JPS62247578A - 金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜 - Google Patents
金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜Info
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜、殊
に、熱電対用の材料として好適である、金属薄膜と無機
絶縁物質薄層とが交互になるように、基板上に、厚さ3
0Å以上のコンスタンクン金属薄層及び厚さ50Å以上
の無機絶縁物質薄層からなる第一層と厚さ30Å以上の
鉄又は銅の金yAFJ層及び厚さ50Å以上の無機絶縁
物質薄層からなる第二層とが交互に積層されている金属
及び無機絶縁物質からなる多層薄膜に係るものである。
に、熱電対用の材料として好適である、金属薄膜と無機
絶縁物質薄層とが交互になるように、基板上に、厚さ3
0Å以上のコンスタンクン金属薄層及び厚さ50Å以上
の無機絶縁物質薄層からなる第一層と厚さ30Å以上の
鉄又は銅の金yAFJ層及び厚さ50Å以上の無機絶縁
物質薄層からなる第二層とが交互に積層されている金属
及び無機絶縁物質からなる多層薄膜に係るものである。
本発明に係る金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜は
、絶縁層を介し隣接した異種の金属薄層の一端を゛接合
することにより一対の熱電対を形成する。
、絶縁層を介し隣接した異種の金属薄層の一端を゛接合
することにより一対の熱電対を形成する。
このようにして形成された熱電対を多層に亘り直列に接
続することにより、高感度の熱電対温度計や高出力の熱
電池として使用することができる。
続することにより、高感度の熱電対温度計や高出力の熱
電池として使用することができる。
近年、機器の小型軽量化に伴い、各種部品の小型化及び
機能性の改良、向上に関する開発が盛んである。
機能性の改良、向上に関する開発が盛んである。
熱電対温度針や熱電池等の分野においても同様であり、
温度差を感知する為の熱電対としては、出来るだけ容積
が小さく、しかも、低い常用温度、殊に、100℃以下
の温度で僅かな温度差でも感知できる高感度なものが要
求されている。
温度差を感知する為の熱電対としては、出来るだけ容積
が小さく、しかも、低い常用温度、殊に、100℃以下
の温度で僅かな温度差でも感知できる高感度なものが要
求されている。
熱電対は、熱起電力を利用する為に直径0.5+IIm
程度以・上の異種の金属線の一端を接合したものであり
、異種の金属線としては、従来から、鉄−コンスタンク
ン(Cu 60%とNi 40%からなる合金)、銅−
コンスタンタン等が用いられている。
程度以・上の異種の金属線の一端を接合したものであり
、異種の金属線としては、従来から、鉄−コンスタンク
ン(Cu 60%とNi 40%からなる合金)、銅−
コンスタンタン等が用いられている。
熱電対は、前述した通り、出来るだけ容積が小さく、し
かも、低い常用温度、殊に、100℃以下の温度で微小
温度変化が検出できる高感度なものであることが必要で
あるが、前出した公知の金属線による場合には、直径数
mow程度以上であり、しかも、常用温度は200℃以
上、殊に、600℃程度と高(、感度も低いものである
。また、感度を高める為に熱電対を多数直列に接続した
場合には、更に大型化するという欠点があった。
かも、低い常用温度、殊に、100℃以下の温度で微小
温度変化が検出できる高感度なものであることが必要で
あるが、前出した公知の金属線による場合には、直径数
mow程度以上であり、しかも、常用温度は200℃以
上、殊に、600℃程度と高(、感度も低いものである
。また、感度を高める為に熱電対を多数直列に接続した
場合には、更に大型化するという欠点があった。
即ち、熱起電力は、組み合わせる金属線の種類と熱接点
と冷接点との両接点の温度差によって定まるものであり
、鉄−コンスタンタンでは、冷接点が0℃、熱接点が1
00℃の場合、両接点の温度差における熱起電力は、5
.32mV程度であり、感度を貰める為には、鉄−コン
スタンクンの熱電対を多数直列に接続して束ねなければ
ならず、また、実用上、金属の周囲を硝子等の絶縁物質
で被覆しなければならない為、必然的に容積が増大し、
実用化に際しての大きな障害となっていた。
と冷接点との両接点の温度差によって定まるものであり
、鉄−コンスタンタンでは、冷接点が0℃、熱接点が1
00℃の場合、両接点の温度差における熱起電力は、5
.32mV程度であり、感度を貰める為には、鉄−コン
スタンクンの熱電対を多数直列に接続して束ねなければ
ならず、また、実用上、金属の周囲を硝子等の絶縁物質
で被覆しなければならない為、必然的に容積が増大し、
実用化に際しての大きな障害となっていた。
また、銅−コンスタンクンでは、冷接点が0℃、熱接点
が100℃の場合、両接点の温度差における熱起電力は
4.27mV程度であり、鉄−コンスタンクンの場合と
同様の欠点を有するものであった。
が100℃の場合、両接点の温度差における熱起電力は
4.27mV程度であり、鉄−コンスタンクンの場合と
同様の欠点を有するものであった。
そこで、熱電対用の材料として、低い常用温度1、殊に
、100℃以下の温度で熱起電力が大きくその結果、高
感度であり、且つ、容積の小さい材料が強く要望されて
いる。
、100℃以下の温度で熱起電力が大きくその結果、高
感度であり、且つ、容積の小さい材料が強く要望されて
いる。
本発明者は、低い常用温度、殊に、100℃以下の温度
で、熱起電力が大きく、その結果高感度であり、且つ、
容積の小さい材料を得るべく種々検討を重ねた結果、本
発明に到達したのである。
で、熱起電力が大きく、その結果高感度であり、且つ、
容積の小さい材料を得るべく種々検討を重ねた結果、本
発明に到達したのである。
即ち、本発明は、金属薄層と無機絶縁物質薄層とが交互
になるように、基板上に、厚さ30Å以上のコンスタン
クン金属薄膜及び厚さ50Å以上の無機絶縁物質薄層か
らなる第一層と厚さ30Å以上の鉄又は銅の金H,”i
i層及び厚さ50Å以上の無機絶縁物質薄層からなる第
二層とが交互に積層されているか、又は、必要により、
更に前記無機絶縁物質薄層の相対する側面の一端を下部
金属薄層より交互に短くすることによって無機絶縁物質
薄層を介して隣接する前記金M’iR層が連続して接合
されている金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜であ
る。
になるように、基板上に、厚さ30Å以上のコンスタン
クン金属薄膜及び厚さ50Å以上の無機絶縁物質薄層か
らなる第一層と厚さ30Å以上の鉄又は銅の金H,”i
i層及び厚さ50Å以上の無機絶縁物質薄層からなる第
二層とが交互に積層されているか、又は、必要により、
更に前記無機絶縁物質薄層の相対する側面の一端を下部
金属薄層より交互に短くすることによって無機絶縁物質
薄層を介して隣接する前記金M’iR層が連続して接合
されている金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜であ
る。
先ず、本発明において最も重要な点は、基板上に、厚さ
30Å以上のコンスタンクン金属薄層及び厚さ50Å以
上の無機絶縁物質薄層からなる第一層と厚さ30Å以上
の鉄又は銅の金属薄層及び厚さ50Å以上の無機絶縁物
質薄層からなる第二層とが交互に薄層状に積層されてい
ることに起因して、多層に積層して熱起電力が大きく、
その結果、高感度なものとした場合でも容積が小さい材
料が得られる点である。
30Å以上のコンスタンクン金属薄層及び厚さ50Å以
上の無機絶縁物質薄層からなる第一層と厚さ30Å以上
の鉄又は銅の金属薄層及び厚さ50Å以上の無機絶縁物
質薄層からなる第二層とが交互に薄層状に積層されてい
ることに起因して、多層に積層して熱起電力が大きく、
その結果、高感度なものとした場合でも容積が小さい材
料が得られる点である。
本発明においては、絶縁物質薄層を含む多層薄膜の厚さ
が600人程度の一対の熱電対の場合、0℃と100℃
との両接点の温度差で5.32mV程度の熱起電力を得
ることができるので絶縁物質薄層を含む多層is膜の厚
さが0.6 mm程度の薄いものであっても0℃と10
0℃との両接点の温度差で53200mV程変の熱起電
カモ得ることができる。
が600人程度の一対の熱電対の場合、0℃と100℃
との両接点の温度差で5.32mV程度の熱起電力を得
ることができるので絶縁物質薄層を含む多層is膜の厚
さが0.6 mm程度の薄いものであっても0℃と10
0℃との両接点の温度差で53200mV程変の熱起電
カモ得ることができる。
本発明において、金属及び無機絶縁物質からなる多層薄
膜を無機絶縁物質薄層を介して隣接する金属薄層が連続
して接合されるように形成した場合には、金属が接続し
ている側面に対して直角方向に切断するのみで多層に亘
り直列結線した細線が得られる。
膜を無機絶縁物質薄層を介して隣接する金属薄層が連続
して接合されるように形成した場合には、金属が接続し
ている側面に対して直角方向に切断するのみで多層に亘
り直列結線した細線が得られる。
次に本発明実施にあたっての諸条件について述べる。
本発明における金属及び無機絶縁物質からなる薄膜は、
真空槽中で蒸発材料を蒸発させ、蒸発源に対向して設置
されている基板上に蒸着させる、所謂、真空蒸着法によ
り得ることができる。
真空槽中で蒸発材料を蒸発させ、蒸発源に対向して設置
されている基板上に蒸着させる、所謂、真空蒸着法によ
り得ることができる。
本発明における基板の種類としては、耐熱性及び絶縁性
を有する、例えば、ポリエチレンテレフタレート等のプ
ラスチックの薄板を使用することができる。
を有する、例えば、ポリエチレンテレフタレート等のプ
ラスチックの薄板を使用することができる。
本発明における基板は、温度が常温付近〜200℃の温
度範囲で使用することができるが、本発明における金属
を蒸着する場合の密着性を考慮すれば0〜100℃の範
囲が好適である。
度範囲で使用することができるが、本発明における金属
を蒸着する場合の密着性を考慮すれば0〜100℃の範
囲が好適である。
本発明におけるコンスタンタン薄層は、Cu 60原子
%、Ni 40原子%の組成の合金を蒸発材料として蒸
発させ、基板上に蒸着させることにより得ることができ
る。
%、Ni 40原子%の組成の合金を蒸発材料として蒸
発させ、基板上に蒸着させることにより得ることができ
る。
コンスタンタン薄層の厚さは、30Å以上である。
薄層の厚さが30Å以下である場合には、均質な連ta
膜を作成することが困難である。
膜を作成することが困難である。
容積の小型化を考慮すれば、その上限は100人である
。
。
本発明における無機絶縁物質薄層は、絶縁性ををする無
機物質、例えばMgO又はSIOを蒸発材料として蒸発
させ、基板上に蒸着させることにより得ることができる
。
機物質、例えばMgO又はSIOを蒸発材料として蒸発
させ、基板上に蒸着させることにより得ることができる
。
無機絶縁物質薄層の厚さは、50Å以上である。
薄層の厚さが50Å以下である場合には、ピンホール等
が生起し、絶縁性が不十分である。容積の小型化を考慮
すれば、その上限は200人である。
が生起し、絶縁性が不十分である。容積の小型化を考慮
すれば、その上限は200人である。
本発明における鉄又は銅の金属薄層は、鉄又は銅を蒸発
材料として蒸発させ、基板上に蒸着させることにより得
ることができる。
材料として蒸発させ、基板上に蒸着させることにより得
ることができる。
鉄又は銅の金属薄膜の厚さは、30Å以上である。
薄層の厚さが30λ以下である場合には、均質な連続膜
を作成することが困難である。
を作成することが困難である。
容積の小型化を考慮すればその上限は100人である。
次に、実施例並びに使用例により、本発明を説明する。
実施例1
10− ” torr台の真空装置内で、コンスタンタ
ン(60Cu−4ONi) 、SiO及びFeを電子銃
加熱により蒸発させ、水晶発振式膜厚計と連動し、互い
に独立に働くステンレス製の自動シャッターによって蒸
着膜厚を制御しながら、ポリエチレンテレフタレートフ
ィルム(厚さ1m+a 80m5+ X 80sai)
の基板上にコンスタンクン−3io−Fe−3ioの順
に交互に蒸着させて金属薄膜及び絶縁物質薄層からなる
薄膜を作製した。
ン(60Cu−4ONi) 、SiO及びFeを電子銃
加熱により蒸発させ、水晶発振式膜厚計と連動し、互い
に独立に働くステンレス製の自動シャッターによって蒸
着膜厚を制御しながら、ポリエチレンテレフタレートフ
ィルム(厚さ1m+a 80m5+ X 80sai)
の基板上にコンスタンクン−3io−Fe−3ioの順
に交互に蒸着させて金属薄膜及び絶縁物質薄層からなる
薄膜を作製した。
蒸着速度約0.IA/sec 、原着中の真空度lXl
0−”Torr程度、蒸着基板の温度を35℃に保持し
た条件下で、コンスタンクン薄層100人、SiO>1
層150人、Fe薄層100人及びSiO150人の一
周期の厚さ500人の薄膜を得た。
0−”Torr程度、蒸着基板の温度を35℃に保持し
た条件下で、コンスタンクン薄層100人、SiO>1
層150人、Fe薄層100人及びSiO150人の一
周期の厚さ500人の薄膜を得た。
実施例2〜5
金属薄層並びに絶縁物質薄層の11類並びに厚み及び多
層薄膜の周期数並びに厚みを種々変化させた以外は、実
施例1と同様にして金属薄層及び絶縁物1を薄層からな
る多層薄膜を作製した。
層薄膜の周期数並びに厚みを種々変化させた以外は、実
施例1と同様にして金属薄層及び絶縁物1を薄層からな
る多層薄膜を作製した。
この時の主要特性を表1に示した。
実施例6
絶縁物質薄層を介して交互蒸着してなる隣接金属薄層の
相対する側面の一端が蒸着接合するように絶縁物質薄層
の蒸着を短くした以外は、実施例3と同様の条件で10
00対直列結線しているFe−コンスタンクンの膜厚3
00μ請の多層薄膜を作製した。
相対する側面の一端が蒸着接合するように絶縁物質薄層
の蒸着を短くした以外は、実施例3と同様の条件で10
00対直列結線しているFe−コンスタンクンの膜厚3
00μ請の多層薄膜を作製した。
使用例1
実施例1で作製した薄膜を用いて、幅11111、長さ
80IIII11の細線を切り出し、側面を絶縁性フィ
ルムでコートして一端のFe薄層とコンスタンクン薄層
とを溶接して熱接点とした。他端は、エナメル被覆銅細
線を用い、Fe層及びコンスタンタン薄層に接続して冷
接点とし、接点を氷水に入れたデュワブービン中に設置
した。
80IIII11の細線を切り出し、側面を絶縁性フィ
ルムでコートして一端のFe薄層とコンスタンクン薄層
とを溶接して熱接点とした。他端は、エナメル被覆銅細
線を用い、Fe層及びコンスタンタン薄層に接続して冷
接点とし、接点を氷水に入れたデュワブービン中に設置
した。
pee1層側を■端子、コンスタンクン薄層側をe端子
として直流電圧計に接続した。
として直流電圧計に接続した。
熱接点をガラスチューブに入れ、沸騰水中に差し入れた
ところ5.3mWを示した。
ところ5.3mWを示した。
使用例2
実施例6で作製した多層膜を用いて、幅10mm、長さ
50mmのFe−コンスタンクンが1000対直列に結
線している細線を切り出し、側面を絶縁性フィルムでコ
ートして、最外層のFe薄層とコンスタンタン薄層にエ
ナメル被覆銅線を接続して冷接点とし、他端を熱接点と
した。
50mmのFe−コンスタンクンが1000対直列に結
線している細線を切り出し、側面を絶縁性フィルムでコ
ートして、最外層のFe薄層とコンスタンタン薄層にエ
ナメル被覆銅線を接続して冷接点とし、他端を熱接点と
した。
熱接点の温度を80℃、冷接点の温度を20℃とした時
、使用例1と同様にして電圧を測定したところ3.1v
であった。
、使用例1と同様にして電圧を測定したところ3.1v
であった。
ワットメーターによる出力が2,41の熱電池であった
・ 使用例3 使用例2で作製したものをユニットとし、FeFff1
層をθ極、コンスタンタン層をe極として5ユニツトを
直列に接続し厚さ約611IIIのユニットの合体を作
った。
・ 使用例3 使用例2で作製したものをユニットとし、FeFff1
層をθ極、コンスタンタン層をe極として5ユニツトを
直列に接続し厚さ約611IIIのユニットの合体を作
った。
このものは、両接点の温度が各々15℃と10℃の時測
定電圧は、1.25Vであった。
定電圧は、1.25Vであった。
ワットメーターによる出力が0.4mWの熱電池であっ
た。
た。
本発明に係る金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜は
、前出実施例に示した通り、基板上に、コンスタンクン
金属薄層及び無機絶縁物質薄層からなる第一層と鉄又は
銅の金rII&薄層及び無機絶縁物質薄層からなる第二
層とが交互に薄層状に積層されていることに起因して、
多層に積層して熱起電力が大きく、その結果、高感度な
ものとした場合でも容積が小いので高感度の熱電対温度
計や高出力の熱電池用の材料として好適である。
、前出実施例に示した通り、基板上に、コンスタンクン
金属薄層及び無機絶縁物質薄層からなる第一層と鉄又は
銅の金rII&薄層及び無機絶縁物質薄層からなる第二
層とが交互に薄層状に積層されていることに起因して、
多層に積層して熱起電力が大きく、その結果、高感度な
ものとした場合でも容積が小いので高感度の熱電対温度
計や高出力の熱電池用の材料として好適である。
Claims (4)
- (1)金属薄層と無機絶縁物質薄層とが交互になるよう
に、基板上に、厚さ30Å以上のコンスタンタン金属薄
層及び厚さ50Å以上の無機絶縁物質薄層からなる第一
層と厚さ30Å以上の鉄又は銅の金属薄層及び厚さ50
Å以上の無機絶縁物質薄層からなる第二層とが交互に積
層されている金属及び無機絶縁物質からなる多層薄膜。 - (2)無機絶縁物質薄層がMgO又はSiOである特許
請求の範囲第1項記載の金属及び無機絶縁物質からなる
多層薄膜。 - (3)金属薄層と無機絶縁物質薄層とが交互になるよう
に、基板上に、厚さ30Å以上のコンスタンタン金属薄
膜及び厚さ50Å以上の無機絶縁物質薄層からなる第一
層と厚さ30Å以上の鉄又は銅の金属薄層及び厚さ50
Å以上の無機絶縁物質薄層からなる第二層とが交互に積
層されており、且つ、前記無機絶縁物質薄層の相対する
側面の一端を下部金属薄層より交互に短くすることによ
って無機絶縁物質薄層を介して隣接する前記金属薄層が
連続して接合されている金属及び無機絶縁物質からなる
多層薄膜。 - (4)無機絶縁物質薄層がMgO又はSiOである特許
請求の範囲第3項記載の金属及び無機絶縁物質からなる
多層薄膜。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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1986
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US6710238B1 (en) | 1999-06-02 | 2004-03-23 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Thermoelectric material and method for manufacturing the same |
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