JPS63184304A - サーミスタとその製造方法 - Google Patents
サーミスタとその製造方法Info
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- JPS63184304A JPS63184304A JP62238936A JP23893687A JPS63184304A JP S63184304 A JPS63184304 A JP S63184304A JP 62238936 A JP62238936 A JP 62238936A JP 23893687 A JP23893687 A JP 23893687A JP S63184304 A JPS63184304 A JP S63184304A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
- H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
-
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- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/04—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient
- H01C7/041—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient formed as one or more layers or coatings
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は高温度まで測定可能なサーミスタとその製造方
法に関する。
法に関する。
〈従来の技術〉
サーミスタは温度測定用センサとして各種の機器に広く
利用されている。サーミスタは熱電対に比して大きい温
度係数を持ち、しかも測定しやすい電圧電流領域で使用
でき、零点調整も必要とせず、計測機器としての多くの
利点を備えている。サーミスタは２種類の特性のものが
使用されていて、その一つは温度変化に対し抵抗が比例
的に変化するもの、他の一つはある温度近傍で急激に抵
抗値が変化するものである。サーミスタの感温素子材料
としてはガラス、Ｍｎ−Ｎｉ系酸化物、ＳｉＣまたはＢ
ａＴｉ０．等が用いられている。特に、前者の温度変化
に対し抵抗が比例的に変化する種類のサーミスタは、温
度に対する抵抗値の変化が大きく、熱電対等の他の測温
方法に比較しても精密な温度測定が可能なので、温度制
御用として工業的な必要性が高い。
利用されている。サーミスタは熱電対に比して大きい温
度係数を持ち、しかも測定しやすい電圧電流領域で使用
でき、零点調整も必要とせず、計測機器としての多くの
利点を備えている。サーミスタは２種類の特性のものが
使用されていて、その一つは温度変化に対し抵抗が比例
的に変化するもの、他の一つはある温度近傍で急激に抵
抗値が変化するものである。サーミスタの感温素子材料
としてはガラス、Ｍｎ−Ｎｉ系酸化物、ＳｉＣまたはＢ
ａＴｉ０．等が用いられている。特に、前者の温度変化
に対し抵抗が比例的に変化する種類のサーミスタは、温
度に対する抵抗値の変化が大きく、熱電対等の他の測温
方法に比較しても精密な温度測定が可能なので、温度制
御用として工業的な必要性が高い。
一方、現在使用されているサーミスタでは、ＳｉＣ等を
感熱素子として用いたものに、室温から３００℃程度ま
で測温可能なものがあるが、これよりも高い温度領域を
測温するためには、高温領域専用のサーミスタを用いな
ければならない。
感熱素子として用いたものに、室温から３００℃程度ま
で測温可能なものがあるが、これよりも高い温度領域を
測温するためには、高温領域専用のサーミスタを用いな
ければならない。
従って、室温から５００℃以上の高温度まで測定できる
サーミスタが求められていた。
サーミスタが求められていた。
そこで、天然の半導電性ダイヤモンド、または超高圧下
で人工的に合成した半導電性ダイヤモンドをサーミスタ
に用いることが考えられていた。
で人工的に合成した半導電性ダイヤモンドをサーミスタ
に用いることが考えられていた。
即ち、ダイヤモンドは硬く、また、熱的・化学的に極め
て安定であって８００℃まで殆どの腐食性雰囲気で侵さ
れず、更に、物質中最高の熱伝導率（２０Ｗ／ｃｍ−Ｋ
）と極めて小さい比熱とを有するので、室温から高温
に至る広い測定温度範囲を持ち且つ応答速度が速いと考
えられる。一方、ダイヤモンドは、不純物を含まない高
純度のものは５００℃程度まで極めて高い電気的絶縁性
を示すが、Ｂ等の不純物を含有するものは室温でも半導
電性を示すことが知られている。
て安定であって８００℃まで殆どの腐食性雰囲気で侵さ
れず、更に、物質中最高の熱伝導率（２０Ｗ／ｃｍ−Ｋ
）と極めて小さい比熱とを有するので、室温から高温
に至る広い測定温度範囲を持ち且つ応答速度が速いと考
えられる。一方、ダイヤモンドは、不純物を含まない高
純度のものは５００℃程度まで極めて高い電気的絶縁性
を示すが、Ｂ等の不純物を含有するものは室温でも半導
電性を示すことが知られている。
そこで、天然に産出するダイヤモンドの中にも、希には
上述のような半導電性を示すｌｂ型と呼ばれるダイヤモ
ンド結晶があり、このような天然の半導電性ダイヤモン
ドを用いてサーミスタを形成することが考えられた。
上述のような半導電性を示すｌｂ型と呼ばれるダイヤモ
ンド結晶があり、このような天然の半導電性ダイヤモン
ドを用いてサーミスタを形成することが考えられた。
（例えば、Ｇ、Ｂ、Ｒｏｇｅｒｓ ＆ Ｆ、Ａ、Ｒｏａ
ｌ Ｒｅｖ、ＳｅｉＩｎｓｔｒｕｍ、 ３１ （１９６
０） ６６３〜）しかし、天然に産出する半導電性ダイ
ヤモンドは極めて珍しく、且つ、その特性にはバラツキ
が大きいので、実用にはならなかった。
ｌ Ｒｅｖ、ＳｅｉＩｎｓｔｒｕｍ、 ３１ （１９６
０） ６６３〜）しかし、天然に産出する半導電性ダイ
ヤモンドは極めて珍しく、且つ、その特性にはバラツキ
が大きいので、実用にはならなかった。
その後、ダイヤモンドを４万気圧辺上の超高圧下で人工
的に合成する技術が開発されたため、この人工合成技術
を用いて、Ｂ、Ａｌ等の不純物を含む半導電性ダイヤモ
ンド結晶を合成し、これをサーミスタに使用することが
できるようになった。（米国特許明細書（Ｕ、Ｓ、Ｐ）
３．４３５．３９９ （１９６９）及びり、Ｆ、Ｖｏ
ｒｅｓｈｅｈａｇｉｎｅｔ ａｌ、 Ｓｏｖ、Ｐｈｙｓ
、Ｓｅｍ１ｃｏｎｄ、）〈発明が解決しようとする問題
点〉 乙のように超高圧法で人工合成された半導電性ダイヤモ
ンドをサーミスタに使用する場合は、８００℃まで直線
性良く測湿が可能であり、また、同じ品質のものを繰返
して製造できる利点がある。
的に合成する技術が開発されたため、この人工合成技術
を用いて、Ｂ、Ａｌ等の不純物を含む半導電性ダイヤモ
ンド結晶を合成し、これをサーミスタに使用することが
できるようになった。（米国特許明細書（Ｕ、Ｓ、Ｐ）
３．４３５．３９９ （１９６９）及びり、Ｆ、Ｖｏ
ｒｅｓｈｅｈａｇｉｎｅｔ ａｌ、 Ｓｏｖ、Ｐｈｙｓ
、Ｓｅｍ１ｃｏｎｄ、）〈発明が解決しようとする問題
点〉 乙のように超高圧法で人工合成された半導電性ダイヤモ
ンドをサーミスタに使用する場合は、８００℃まで直線
性良く測湿が可能であり、また、同じ品質のものを繰返
して製造できる利点がある。
しかし、高価な超高圧発生装置を用いて半導電性ダイヤ
モンドを合成するために、サーミスタの値段が高価にな
らざるを得ず、また、金属溶媒からダイヤモンドを析出
させる方法であるため、不純物の分布を均一にするのが
困難であった。
モンドを合成するために、サーミスタの値段が高価にな
らざるを得ず、また、金属溶媒からダイヤモンドを析出
させる方法であるため、不純物の分布を均一にするのが
困難であった。
しかも、超高圧法で人工合成した半導電性ダイヤモンド
は形状が不揃いなので、形状不揃いのダイヤモンド単結
晶をサーミスタとして適当な形に加工しなければならな
いが、ダイヤモンドは地球上で最も硬い物質であるかう
、加工にコストがかかり、半導電性ダイヤモンドのサー
ミスタが高価にならざるを得なかった。
は形状が不揃いなので、形状不揃いのダイヤモンド単結
晶をサーミスタとして適当な形に加工しなければならな
いが、ダイヤモンドは地球上で最も硬い物質であるかう
、加工にコストがかかり、半導電性ダイヤモンドのサー
ミスタが高価にならざるを得なかった。
く問題点を解決するための手段〉
上述した従来技術の問題点に鑑み、発明者等は、超高圧
法により人工合成された半導電性ダイヤモンド結晶に代
え、気相合成により半導電性ダイヤモンドの薄膜体を形
成してサーミスタを構成することにより、室温から５０
０℃以上の高温まで応答住良（測定できるサーミスタを
、安価に再現性良く製造できることを見出した。
法により人工合成された半導電性ダイヤモンド結晶に代
え、気相合成により半導電性ダイヤモンドの薄膜体を形
成してサーミスタを構成することにより、室温から５０
０℃以上の高温まで応答住良（測定できるサーミスタを
、安価に再現性良く製造できることを見出した。
本発明によるサーミスタは、感温素子が気相合成法によ
り形成された半導電性ダイヤモンドの薄膜体であること
を特徴とするものである。
り形成された半導電性ダイヤモンドの薄膜体であること
を特徴とするものである。
また、本発明によるサーミスタの製造方法は、基板上に
気相合成法によって所望の不純物を含有する半導電性ダ
イヤモンドの薄膜体を形成し、この薄膜体にオーミック
電極を形成し、少なくとも１本のリード線を前記オーミ
ック電極から取出すことを特徴とする方法である。
気相合成法によって所望の不純物を含有する半導電性ダ
イヤモンドの薄膜体を形成し、この薄膜体にオーミック
電極を形成し、少なくとも１本のリード線を前記オーミ
ック電極から取出すことを特徴とする方法である。
く作 用〉
ダイヤモンドは、本来、数万気圧以上の高圧下で安定な
物質であり、超高圧法による合成はこのようなダイヤモ
ンドの安定な条件で行われてきた。
物質であり、超高圧法による合成はこのようなダイヤモ
ンドの安定な条件で行われてきた。
ところが近年、ダイヤモンドが安定でない大気圧以下の
圧力下で、非平衡過程によるダイヤモンドの合成法が開
発された。（例えば、米国特許明細書（Ｕ、 Ｓ、 Ｐ
） ４．４３４．１８８マイクロ波によるダイヤ気相合
成法） この種の気相合成法では、原料としてメタン等の炭化水
素ガスを用いることができるので、これらの炭化水素ガ
スと同時に適当な不純物をガスの形で供給することによ
り、従来の合成法ではダイヤモンド中にドーピングする
ことができなかった各種の不純物をも、制御住良（、且
つ、極めて均一にドーピングすることができる。
圧力下で、非平衡過程によるダイヤモンドの合成法が開
発された。（例えば、米国特許明細書（Ｕ、 Ｓ、 Ｐ
） ４．４３４．１８８マイクロ波によるダイヤ気相合
成法） この種の気相合成法では、原料としてメタン等の炭化水
素ガスを用いることができるので、これらの炭化水素ガ
スと同時に適当な不純物をガスの形で供給することによ
り、従来の合成法ではダイヤモンド中にドーピングする
ことができなかった各種の不純物をも、制御住良（、且
つ、極めて均一にドーピングすることができる。
ダイヤモンドの気相合成法としては、
（１）直流または交流電界により放電を起し、原料ガス
を活性化する方法、 （２）熱電子放射材を加熱し、原料ガスを活性化する方
法、 （３） ダイヤモンドを成長させる表面をイオンで衝
撃する方法、 （４） レーザーや紫外線等の光で原料ガスを励起す
る方法、 等の各種の方法があるが、いずれの方法も本発明に用い
ることができ、発明の効果は変らない。例えば、１３．
５６１４Ｈｚの高周波無極放電を用いるプラズマＣＶＤ
法では、原料ガスとしてＣＨ４とＨ２を１：１５０の比
で混合し、５００Ｗの高周波出力を与えることにより、
２０Ｘ２０＋ｎ＋ｎの基板に１．０ＷＨｒの成長速度で
ダイヤモンド結晶を成長させることができる。
を活性化する方法、 （２）熱電子放射材を加熱し、原料ガスを活性化する方
法、 （３） ダイヤモンドを成長させる表面をイオンで衝
撃する方法、 （４） レーザーや紫外線等の光で原料ガスを励起す
る方法、 等の各種の方法があるが、いずれの方法も本発明に用い
ることができ、発明の効果は変らない。例えば、１３．
５６１４Ｈｚの高周波無極放電を用いるプラズマＣＶＤ
法では、原料ガスとしてＣＨ４とＨ２を１：１５０の比
で混合し、５００Ｗの高周波出力を与えることにより、
２０Ｘ２０＋ｎ＋ｎの基板に１．０ＷＨｒの成長速度で
ダイヤモンド結晶を成長させることができる。
原料ガスは、Ｃ，、、Ｈｆ、、Ｃ，ＨｏＯ，で表わせる
炭化水素化合物を用いることができる。
炭化水素化合物を用いることができる。
また、原料ガスに所望の不純物を含む化合物の蒸気を混
合することにより、容易に、成長するダイヤモンド結晶
中に不純物をドーピングすることができる。ダイヤモン
ド結晶中の不純物の濃度は、原料ガスと不純物を含む化
合物の蒸気との比によって調整できる。この方法により
、ＰやＡｓ、Ｃ１，Ｓ、Ｓｅ等の超高圧下では安定にダ
イヤモンド中に存在し得ない不純物元素も、均一にドー
ピングすることができる。
合することにより、容易に、成長するダイヤモンド結晶
中に不純物をドーピングすることができる。ダイヤモン
ド結晶中の不純物の濃度は、原料ガスと不純物を含む化
合物の蒸気との比によって調整できる。この方法により
、ＰやＡｓ、Ｃ１，Ｓ、Ｓｅ等の超高圧下では安定にダ
イヤモンド中に存在し得ない不純物元素も、均一にドー
ピングすることができる。
これらの不純物元素は、単体で高い蒸気圧を持つもの例
えばＮ２．Ｃ１２のようなものはそのままで使用でき、
単体では蒸気圧が低いものは水素化合物（Ｈｙｄｒｉｄ
ｅ）、有機金属化合物（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ
Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、塩化物（Ｃｈ ｌｏｒ ｉ ｄｅ
）、アルコキシド（人１ｃｈｏｘｉｄｅ）の形で用いる
ことができる。
えばＮ２．Ｃ１２のようなものはそのままで使用でき、
単体では蒸気圧が低いものは水素化合物（Ｈｙｄｒｉｄ
ｅ）、有機金属化合物（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ
Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、塩化物（Ｃｈ ｌｏｒ ｉ ｄｅ
）、アルコキシド（人１ｃｈｏｘｉｄｅ）の形で用いる
ことができる。
一方、ダイヤモンドは地球上で最も硬い物質であって加
工が極めて困難とされているが、本発明方法によれば、
どのような形状の基材（基板）にもダイヤモンド薄膜体
を形成することができるので、サーミスタの形状を自由
に設計することができる。
工が極めて困難とされているが、本発明方法によれば、
どのような形状の基材（基板）にもダイヤモンド薄膜体
を形成することができるので、サーミスタの形状を自由
に設計することができる。
サーミスタの形状は、正方形、矩形２円形等の板状のも
のが製造容易であるが、特に断面積や総体積を小さくす
る必要がある場合は角柱形状、棒状、線状の形状のもの
が有利である。
のが製造容易であるが、特に断面積や総体積を小さくす
る必要がある場合は角柱形状、棒状、線状の形状のもの
が有利である。
また、薄膜状のダイヤモンドはレーザービーム、放電等
の加工技術で比較的容易にトリミングすることができる
ので、トリミングによって個々のサーミスタの抵抗値を
精密に調整することができ、抵抗値精度の高い製品の歩
留向上になる。
の加工技術で比較的容易にトリミングすることができる
ので、トリミングによって個々のサーミスタの抵抗値を
精密に調整することができ、抵抗値精度の高い製品の歩
留向上になる。
また、ダイヤモンド中に含まれる不純物元素の種類によ
ってサーミスタの抵抗温度特性が異なるので、本発明方
法によれば用途に応じて最適の不純物元素を選ぶことが
できる。
ってサーミスタの抵抗温度特性が異なるので、本発明方
法によれば用途に応じて最適の不純物元素を選ぶことが
できる。
１１一
本発明方法によりＢをドーピングしたダイヤモンド薄膜
体は室温から８００℃まで極めて直線性良く抵抗値が変
化し、広い温度範囲で使用するサーミスタに適している
。
体は室温から８００℃まで極めて直線性良く抵抗値が変
化し、広い温度範囲で使用するサーミスタに適している
。
また、ＮやＳ、Ｓｅ、ＣＩをドーピングしたダイヤモン
ド薄膜体Ｍ体は、Ｂをドーピングしたものに比べて抵抗
率が高いが、３００℃以上の温度範囲での抵抗変化率が
大きいので、高温で高感度のサーミスタを形成するのに
適している。
ド薄膜体Ｍ体は、Ｂをドーピングしたものに比べて抵抗
率が高いが、３００℃以上の温度範囲での抵抗変化率が
大きいので、高温で高感度のサーミスタを形成するのに
適している。
更に、本発明ではダイヤモンド薄膜体をサーＥスタに用
いるので、５ＡＩｍ以下の厚さのダイヤモンド薄膜体を
形成してこれの厚み方向に電流を流して抵抗値を測定す
ることができるので、１０７Ω・ｃｍ ｆ）、上の高い
抵抗率を有するダイヤモンド薄膜体でもサーミスタの感
温素子として用いることができる。このため、不純物を
含まないダイヤモンド薄膜体や、Ｎをドーピングした半
導電性ダイヤモンド薄膜体でも、３００℃以上を測温対
象としたサーミスタの感温素子として用いることができ
る。
いるので、５ＡＩｍ以下の厚さのダイヤモンド薄膜体を
形成してこれの厚み方向に電流を流して抵抗値を測定す
ることができるので、１０７Ω・ｃｍ ｆ）、上の高い
抵抗率を有するダイヤモンド薄膜体でもサーミスタの感
温素子として用いることができる。このため、不純物を
含まないダイヤモンド薄膜体や、Ｎをドーピングした半
導電性ダイヤモンド薄膜体でも、３００℃以上を測温対
象としたサーミスタの感温素子として用いることができ
る。
一方、ダイヤモンド薄膜体を成長させる基板としては、
ダイヤモンド単結晶と、それ以外の物質とが考えられる
。
ダイヤモンド単結晶と、それ以外の物質とが考えられる
。
ダイヤモンド単結晶は、比熱が小さく
（０，５［Ｊ／ｇ−Ｋｌ］） 、熱伝導率が大きい（２
０Ｗ／ｃｍ −Ｋ ）ので、サーミスタに用いるダイヤ
モンド薄膜体の成長用基板として最も適している。また
、ダイヤモンド単結晶基板の上には平滑な単結晶のダイ
ヤモンド薄膜体が成長するので、極めて薄いダイヤモン
ド膜を制御性良く形成できる。
０Ｗ／ｃｍ −Ｋ ）ので、サーミスタに用いるダイヤ
モンド薄膜体の成長用基板として最も適している。また
、ダイヤモンド単結晶基板の上には平滑な単結晶のダイ
ヤモンド薄膜体が成長するので、極めて薄いダイヤモン
ド膜を制御性良く形成できる。
ダイヤモンド単結晶基板は、超高圧下での人工合成法に
より品質の揃ったものが得られるが、他の基板材料に比
べて高価である。そこで、ダイヤモンド単結晶以外の基
板材料としては、融点が高く熱伝導率の良い金属、半導
体、及びそれらの化合物が適している。
より品質の揃ったものが得られるが、他の基板材料に比
べて高価である。そこで、ダイヤモンド単結晶以外の基
板材料としては、融点が高く熱伝導率の良い金属、半導
体、及びそれらの化合物が適している。
例えば、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ。
Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等の金属、及びそ基板とし
て適し、特にＳｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗは入手が容易で且つ
熱伝導率も高いので優れている。
て適し、特にＳｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗは入手が容易で且つ
熱伝導率も高いので優れている。
ダイヤモンド薄膜体の厚さについては、ダイヤモンド単
結晶を基板として成長した単結晶のダイヤモンド薄膜体
は極めて平滑なので０．０５７ｘ以上の厚さで使用でき
るが、ダイヤモンド単結晶以外のＳｉ、Ｍｏ、Ｗ等を基
板として成長した多結晶のダイヤモンド薄膜体はピンホ
ールができやすいので０．３声以上の厚さであることが
好ましい。上限は１１００ＩＩ位。
結晶を基板として成長した単結晶のダイヤモンド薄膜体
は極めて平滑なので０．０５７ｘ以上の厚さで使用でき
るが、ダイヤモンド単結晶以外のＳｉ、Ｍｏ、Ｗ等を基
板として成長した多結晶のダイヤモンド薄膜体はピンホ
ールができやすいので０．３声以上の厚さであることが
好ましい。上限は１１００ＩＩ位。
次に、ダイヤモンド薄膜体に設けるオーミック電極は、
耐熱性があり且つダイヤモンドへの密着性が良いことか
ら、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ。
耐熱性があり且つダイヤモンドへの密着性が良いことか
ら、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ。
Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗやそれらの炭化物。
窒化物、炭窒化物が好ましい。特に、ＴｉとＴａはダイ
ヤモンドへの密着性が優れていて、良好である。
ヤモンドへの密着性が優れていて、良好である。
更に、ダイヤモンドは６００℃までは大気中で極めて安
定であるが、６００℃以上では表面がグラファイト化す
るので、ダイヤモンド薄膜体を、酸化アルζニウムまた
は酸化硅素等の絶縁性酸化物よりなる保護膜で被覆する
ことにより、８００℃以上でも安定して温度測定ができ
るようになる。
定であるが、６００℃以上では表面がグラファイト化す
るので、ダイヤモンド薄膜体を、酸化アルζニウムまた
は酸化硅素等の絶縁性酸化物よりなる保護膜で被覆する
ことにより、８００℃以上でも安定して温度測定ができ
るようになる。
〈実施例１〉
基板として、超高圧下で合成したＩｂ型ダイヤモンド単
結晶の（１００）面を２ＸＩＸ０．３ｍｍの角板形状に
成形した。
結晶の（１００）面を２ＸＩＸ０．３ｍｍの角板形状に
成形した。
このダイヤモンド単結晶を基板とし、各種の不純物をド
ーピングして半導電性単結晶ダイヤモンド薄膜体をエピ
タキシャル成長させ、それらの抵抗一温度特性を測定し
た。
ーピングして半導電性単結晶ダイヤモンド薄膜体をエピ
タキシャル成長させ、それらの抵抗一温度特性を測定し
た。
ダイヤモンド薄膜体の成長は、米国特許明細書（ｕ、ｓ
、ｐ）第４．４．３４，１８８号に開示のマイク四肢プ
ラズマＣＶＤ法により行った。成長条件は、ＣＨ，とＨ
２を１＝１００の比率で石英反応管に供給し、圧力を４
ｋＰａに保って、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を４５
０Ｗの出力で照射してプラズマを発生するものとした。
、ｐ）第４．４．３４，１８８号に開示のマイク四肢プ
ラズマＣＶＤ法により行った。成長条件は、ＣＨ，とＨ
２を１＝１００の比率で石英反応管に供給し、圧力を４
ｋＰａに保って、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を４５
０Ｗの出力で照射してプラズマを発生するものとした。
不純物として、Ｂ、ｋｌ、Ｓ、Ｐ、Ａｓ。
Ｃ１，Ｓｂの各元素をドーピングした。ＣＨ４に対する
各不純物元素の供給ガス濃度と成長時間を表１に示す。
各不純物元素の供給ガス濃度と成長時間を表１に示す。
Ｓｉ、Ｌｉ、Ｓｅ、Ｎも可。
表 １
これらの不純物をドーピングした半導電性ダイヤモンド
薄膜体に、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｕの順で蒸着を行い、２ケ所
に３層のオーミック電極を形成した。更に、スパッタ法
により保護膜として５ｉ０２を半導電性ダイヤモンド薄
膜体上に被覆した。また、２ケ所のオーミック電極から
リード線を取出した。
薄膜体に、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｕの順で蒸着を行い、２ケ所
に３層のオーミック電極を形成した。更に、スパッタ法
により保護膜として５ｉ０２を半導電性ダイヤモンド薄
膜体上に被覆した。また、２ケ所のオーミック電極から
リード線を取出した。
このようにして製造したサーミスタの構造を第１図に示
す。第１図において、１はダイヤモンド単結晶の基板、
２は基板１上に成長させた単結晶の半導電性ダイヤモン
ド薄膜体、３は３層構造のオーミック電極、４は各オー
ミック電極から取出したリード線、５は５ｉ０２による
保護膜である。
す。第１図において、１はダイヤモンド単結晶の基板、
２は基板１上に成長させた単結晶の半導電性ダイヤモン
ド薄膜体、３は３層構造のオーミック電極、４は各オー
ミック電極から取出したリード線、５は５ｉ０２による
保護膜である。
次に、各オーミック電極３，３から取出したリード線４
，４を用い、ドーピングした不純物元素毎に、室温から
ＳＯＯ℃までの抵抗一温度特性を測定した。この測定結
果を第２図に示す。第２図において、各特性線をドーピ
ングした不純物の元素記号で区別しである。
，４を用い、ドーピングした不純物元素毎に、室温から
ＳＯＯ℃までの抵抗一温度特性を測定した。この測定結
果を第２図に示す。第２図において、各特性線をドーピ
ングした不純物の元素記号で区別しである。
第２図より判るように、Ｂ、Ａｌ、Ｓ、Ｐをそれぞれド
ーピングしたものζよ、室温から８００℃まで直線性良
く抵抗値が変化し、室温から８００℃まで広い温度領域
を測定するサーミスタとして好適である。
ーピングしたものζよ、室温から８００℃まで直線性良
く抵抗値が変化し、室温から８００℃まで広い温度領域
を測定するサーミスタとして好適である。
また、Ａｓ、ＣＩ、Ｓｂをドーピングしたものは、３０
０℃以上８００℃までの領域で直線性が良り、シかも温
度に対して抵抗の変化率が大きいので、３００℃以上で
使用するサーミスタとして好適である。
０℃以上８００℃までの領域で直線性が良り、シかも温
度に対して抵抗の変化率が大きいので、３００℃以上で
使用するサーミスタとして好適である。
〈実施例２〉
実施例１と同じ方法と条件でＢをドーピングした半導電
性ダイヤモンド薄膜体を作成した。
性ダイヤモンド薄膜体を作成した。
この半導電性ダイヤモンド薄膜体について、■ 各種電
極材質と ■ 保護膜の材質及び有無とについて、７５０℃で５０
０時間保った後の抵抗値の変化率を比較した。
極材質と ■ 保護膜の材質及び有無とについて、７５０℃で５０
０時間保った後の抵抗値の変化率を比較した。
表２に測定結果を示す。なお、電極材質については、Ｔ
ｌ ｐ Ｔ ａ ） Ｍ ｏ ｐ Ａ Ｉ！ｔ Ｎ
１ ｐＡｕは蒸着法で、ＴｉＮ、ＴｉＣ，ＴａＮは反応
性蒸着法て、Ｗはスパッタ法でそれぞれ成膜した。
ｌ ｐ Ｔ ａ ） Ｍ ｏ ｐ Ａ Ｉ！ｔ Ｎ
１ ｐＡｕは蒸着法で、ＴｉＮ、ＴｉＣ，ＴａＮは反応
性蒸着法て、Ｗはスパッタ法でそれぞれ成膜した。
表 ２
〈実施例３〉
各種材質の基板を直径３ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円板状
に成形し、タングステン（Ｗ）フィラメントを加熱して
原料ガスを分解する方法により各基板上に半導電性ダイ
ヤモンド薄膜体を成長させた。（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ人ｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ、凱
（１９８２） Ｌ１８ｇ参照）成長条件は、Ｗフィラメ
ント温度２３００℃、基板温度８５０℃とし、Ｃ２Ｈ２
とＨ２とを１＝ ５０の比で供給し、圧力を６ ｋＰａ
に保った。成長時間は全て１時間である。
に成形し、タングステン（Ｗ）フィラメントを加熱して
原料ガスを分解する方法により各基板上に半導電性ダイ
ヤモンド薄膜体を成長させた。（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ人ｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ、凱
（１９８２） Ｌ１８ｇ参照）成長条件は、Ｗフィラメ
ント温度２３００℃、基板温度８５０℃とし、Ｃ２Ｈ２
とＨ２とを１＝ ５０の比で供給し、圧力を６ ｋＰａ
に保った。成長時間は全て１時間である。
このようにして成長した各種ダイヤモンド薄膜体に、Ｔ
ａ 、 Ｗ 、 Ａ ｕの順で電極を蒸着したのち、
得られたオーミック電極にリード線を取付け、ついでＳ
ｉＯ２の保護膜をスパッタ法で形成した。
ａ 、 Ｗ 、 Ａ ｕの順で電極を蒸着したのち、
得られたオーミック電極にリード線を取付け、ついでＳ
ｉＯ２の保護膜をスパッタ法で形成した。
表３に、基板材質とドーピングした不純物元素、ドーピ
ングに用いた供給ガスとそのＣ２Ｈ２に対する濃度、７
５０℃で５００時間保持した後の抵抗値の変化を示す。
ングに用いた供給ガスとそのＣ２Ｈ２に対する濃度、７
５０℃で５００時間保持した後の抵抗値の変化を示す。
但し、表３中で、試料Ｎｏ、３．４，７，８については
第３図に示す構造のサーミスタに形成し、それ以外の試
料は第１図に示した構造のサーミスタに形成して抵抗値
を測定した。
第３図に示す構造のサーミスタに形成し、それ以外の試
料は第１図に示した構造のサーミスタに形成して抵抗値
を測定した。
第３図では、ダイヤモンド薄膜体２上にオ一ミック電極
３を１ケ所形成し、この電８ｉｉ３から１本のリード線
４＠取出すと共に、基板１の裏面から他のリード線４Ａ
を取出している。
３を１ケ所形成し、この電８ｉｉ３から１本のリード線
４＠取出すと共に、基板１の裏面から他のリード線４Ａ
を取出している。
第４図に、表３中の試料Ｎｏ、１，５，９，１０゜１１
について、室温から８００℃までの抵抗一温度特性を示
す。
について、室温から８００℃までの抵抗一温度特性を示
す。
表 ３
〈実施例４〉
基板として直径１．５ｎｍのＭＯ線を用い、ＭＯ線の先
端に、実施例１と同様の方法で、Ｂをドーピングした半
導電性ダイヤモンド薄膜体を形成した。
端に、実施例１と同様の方法で、Ｂをドーピングした半
導電性ダイヤモンド薄膜体を形成した。
但し、ＣＨ４とＢ２Ｈ６との比は２０００： １とし
、成長時間は１時間である。
、成長時間は１時間である。
このようにして成長した半導電性ダイヤモンド薄膜体に
Ｔｉ、Ｎｉの順でオーミック電極を蒸着し、第５図に示
す構造として、５ｉ０２−ＡＪ’２０３ガラスの保護膜
５と、オーミック電極３に対するリード線４とを設けた
。
Ｔｉ、Ｎｉの順でオーミック電極を蒸着し、第５図に示
す構造として、５ｉ０２−ＡＪ’２０３ガラスの保護膜
５と、オーミック電極３に対するリード線４とを設けた
。
リード線４とＭＯ線基板１との間で、室温から８００℃
までの抵抗一温度特性を測定した。測定結果は第６図に
示す通りである。
までの抵抗一温度特性を測定した。測定結果は第６図に
示す通りである。
〈発明の効果〉
本発明のサーミスタはダイヤモンドが感温素子であるの
で、高温まで測温できると共に、腐食性の強い雰囲気下
でも使用できる。
で、高温まで測温できると共に、腐食性の強い雰囲気下
でも使用できる。
また、ダイヤモンドが薄膜体であるので、トリミング加
工が容易であり、抵抗値の精密調整ができ、且つ、形状
も所望の形状にできる。
工が容易であり、抵抗値の精密調整ができ、且つ、形状
も所望の形状にできる。
また、気相合成法によりダイヤモンド薄膜体を形成する
ので、所望の不純物を容易に所望濃度で均一にドーピン
グすることができ、各種の抵抗一温度特性のサーミスタ
を製造することができる。
ので、所望の不純物を容易に所望濃度で均一にドーピン
グすることができ、各種の抵抗一温度特性のサーミスタ
を製造することができる。
第１図、第３図はそれぞれ本発明によるサーミスタの構
造例を示す正面図、第５図は他の構造例を示す斜視図、
第２図、第４図、第６図はそれぞれ各種実施例のサーミ
スタの抵抗一温度特性を示すグラフである。 図面中、１は基板、２は半導電性ダイヤモンド薄膜体、
３ばオーミック電極、４，４Ａはリード線、５は保護膜
である。 第２図 温度（０Ｃ） １０００／Ｔ （Ｋ”） 第４図 ＋０００ ／ Ｔ （Ｋ” ）
造例を示す正面図、第５図は他の構造例を示す斜視図、
第２図、第４図、第６図はそれぞれ各種実施例のサーミ
スタの抵抗一温度特性を示すグラフである。 図面中、１は基板、２は半導電性ダイヤモンド薄膜体、
３ばオーミック電極、４，４Ａはリード線、５は保護膜
である。 第２図 温度（０Ｃ） １０００／Ｔ （Ｋ”） 第４図 ＋０００ ／ Ｔ （Ｋ” ）
Claims (11)
- （１）サーミスタの感温素子が気相合成法により形成さ
れた半導電性ダイヤモンドの薄膜体であることを特徴と
するサーミスタ。 - （２）特許請求の範囲第１項において、前記半導電性ダ
イヤモンドの薄膜体の厚さが０．０５μｍないし１００
μｍであることを特徴とするサーミスタ。 - （３）特許請求の範囲第１項または第２項において、前
記ダイヤモンドの薄膜体が単結晶または多結晶の半導電
性ダイヤモンドであることを特徴とするサーミスタ。 - （４）特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
において、前記半導電性ダイヤモンドの薄膜体がＢ、Ａ
ｌ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｌｉ、Ｓ、Ｂｅ、Ｃｌ、Ｎ
のうち１種または２種以上を不純物として含有する半導
電性ダイヤモンドであることを特徴とするサーミスタ。 - （５）特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
または第４項において、前記半導電性ダイヤモンドの薄
膜体が酸化アルミニウムまたは酸化硅素を主成分とする
保護膜で覆われていることを特徴とするサーミスタ。 - （６）基板上に気相合成法によって所望の不純物を含有
する半導電性ダイヤモンドの薄膜体を形成し、この薄膜
体にオーミック電極を形成し、少なくとも１本のリード
線を前記オーミック電極から取出すことを特徴とするサ
ーミスタの製造方法。 - （７）特許請求の範囲第６項において、前記半導電性ダ
イヤモンドの薄膜体をトリミングして所定の抵抗値のサ
ーミスタを得ることを特徴とするサーミスタの製造方法
。 - （８）特許請求の範囲第６項または第７項において、前
記基板がダイヤモンド単結晶であることを特徴とするサ
ーミスタの製造方法。 - （９）特許請求の範囲第６項または第７項において、前
記基板がＢ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ
、Ｈ＿ｆ、Ｔａ、Ｗ若しくはそれらの酸化物、炭化物、
窒化物、硼化物、炭窒化物のうち１種または２種以上を
主成分とする基板であることを特徴とするサーミスタの
製造方法。 - （１０）特許請求の範囲第６項または第７項または第８
項または第９項において、前記基板が板状または角柱状
または棒状または線状であることを特徴とするサーミス
タの製造方法。 - （１１）特許請求の範囲第６項または第７項または第８
項または第９項または第１０項において、前記オーミッ
ク電極が一層または２層以上よりなる電極構造を有し、
半導電性ダイヤモンドの薄膜体に接するオーミック電極
の第１層がＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈ＿ｆ、Ｔａ
、Ｗ若しくはそれらの炭化物、窒化物、炭窒化物のうち
１種または２種以上を主成分とする物体である乙とを特
徴とするサーミスタの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22621286 | 1986-09-26 | ||
| JP61-226212 | 1986-09-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63184304A true JPS63184304A (ja) | 1988-07-29 |
| JP2519750B2 JP2519750B2 (ja) | 1996-07-31 |
Family
ID=16841652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62238936A Expired - Fee Related JP2519750B2 (ja) | 1986-09-26 | 1987-09-25 | サ―ミスタとその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4806900A (ja) |
| EP (1) | EP0262601B1 (ja) |
| JP (1) | JP2519750B2 (ja) |
| DE (1) | DE3784612T2 (ja) |
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