JPWO2018138993A1 - 温度センサ - Google Patents
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Abstract
Description
有機無機複合負特性サーミスタは、
Mn、NiおよびFeを含むスピネル型半導体磁器組成物の粉末と、有機高分子成分とを含むサーミスタ層と、
1対の電極層と
を含み、半導体磁器組成物の粉末において、MnとNiとのモル比率が85/15≧Mn/Ni≧65/35であり、かつMnおよびNiの総モル量を100モル部としたとき、Feの含有量が30モル部以下であり、半導体磁器組成物の粉末は、X線回折パターンの29°〜31°付近に極大値を有するピークを有し、そのピークの半値幅は0.15以上であり、
トランジスタは、有機無機複合負特性サーミスタの電極層のいずれか一方と接続される、温度センサが提供される。
図1に本発明の一の実施形態に係る温度センサの断面模式図を示す。図1に示す温度センサ1は、有機無機複合負特性サーミスタ(以下、「有機無機複合NTCサーミスタ」ともよぶ)10と、トランジスタ20とを備える。有機無機複合NTCサーミスタ10は、Mn、NiおよびFeを含むスピネル型半導体磁器組成物の粉末と、有機高分子成分とを含むサーミスタ層13と、1対の電極層11および12とを含む。有機無機複合NTCサーミスタ10およびトランジスタ20の詳細については後述する。
VEN=VDD×(Rt/(Rg+Rt))・・・(1)
式中、VENは外部に出力される電圧であり、VDDはドレイン電圧であり、Rgはトランジスタ20の抵抗値であり、Rtは有機無機複合NTCサーミスタ10の抵抗値である。ゲート電圧VGを変化させると、トランジスタ20の抵抗値Rgが変化し、その結果、式(1)に示すように外部に出力される電圧VENが変化する。すなわち、温度センサ1は、トランジスタ20のゲート電圧VGを変化させることで、外部に出力される電圧VENを変化させることができる。
本実施形態における有機無機複合NTCサーミスタについて以下に説明する。本発明の一の実施形態に係る有機無機複合NTCサーミスタは、Mn、NiおよびFeを含むスピネル型半導体磁器組成物の粉末と、有機高分子成分とを含むサーミスタ層と、1対の電極層とを含む。図1に示す構成例において、有機無機複合NTCサーミスタ10は、トランジスタ20の上に、電極層11および電極層12を積層し、その上にサーミスタ層13を積層したものである。
本実施形態に係る温度センサに用いられるトランジスタは、有機トランジスタであることが好ましい。有機トランジスタはそれ自体がフレキシブル性を有するため、有機トランジスタを用いることにより、温度センサのフレキシブル性をより一層向上させることができる。有機トランジスタの種類は特に限定されるものではなく、例えば電界効果トランジスタであってよい。
次に、本発明の一の実施形態に係る温度センサの製造方法の一例について以下に説明する。尤も、本発明に係る温度センサの製造方法は以下に説明する製造方法に限定されるものではない。
ガラス基板をIPAとアセトンで洗浄した後、120℃で10分間乾燥させ、窒素ガスで表面をブローして埃などのゴミを除去した。ガラス基板上に、剥離剤をスピンコート法で塗布し、乾燥させた。剥離剤を定着させるために120℃で1時間熱処理した。剥離剤を塗ったガラス基板上にパリレンを化学気相重合法(CVD法)で厚さ5μmに成膜し、フィルム温度センサのフレキシブル基材を作製した。
フレキシブル基材上に、真空蒸着法によって、アクティブマトリックス型有機トランジスタを縦12個×横12個の合計144個作製した。まず、フレキシブル基材上にゲート電極層として、真空蒸着法によって金を厚さ50nm成膜した。次に、ゲート電極層の表面に酸素プラズマを照射して電極層表面を洗浄した。その後、ゲート絶縁膜として、パリレンを化学気相重合法(CVD法)で厚さ250nm成膜した。次に、有機半導体層として、DNTTを厚さ20nm成膜した。ソース電極層およびドレイン電極層として、真空蒸着法によって金を厚さ50nm成膜した。次いで、歩留まり向上のためにエージング処理を行った。この上に、中間保護層として、パリレンを厚さ2μm成膜した。中間保護層にレーザー加工法によってビアホールを形成した。
中間保護層の上に、有機無機複合NTCサーミスタのくし型電極を金で厚さ50nm成膜した。これによって、有機トランジスタのソース電極層と有機無機複合NTCサーミスタのくし型電極を、ビアホールを介して接続した。
フレキシブル温度分布センサを、30℃〜60℃に設定したホットプレート上に置き、有機トランジスタのソース電極とドレイン電極間に−1Vの電圧を印加し、ソース電極とゲート電極間の電圧VGを+20V〜−20Vまで掃引したときのドレイン電流(ソース電極とドレイン電極間に流れる電流)IDを測定した。結果を図6(a)および(b)に示す。なお、図6(a)において、「W/O Load」は有機トランジスタ単独の測定を行った結果を示す。図6(b)はゲート電圧VGを−20Vに固定したときのドレイン電流値IDを示している。図6に示すように、温度に応じて変化するドレイン電流が観測された。これは、温度が高くなると有機無機複合NTCサーミスタの抵抗値が低下し、それにより有機トランジスタのドレイン電流量が増大したからである。このように、ドレイン電流量を計測することにより、温度を測定することができた。
10 有機無機複合負特性サーミスタ
11 電極層
12 電極層
13 サーミスタ層
20 トランジスタ
21 ソース電極
22 ドレイン電極
Claims (15)
- 有機無機複合負特性サーミスタと、トランジスタとを備える温度センサであって、
前記有機無機複合負特性サーミスタは、
Mn、NiおよびFeを含むスピネル型半導体磁器組成物の粉末と、有機高分子成分とを含むサーミスタ層と、
1対の電極層と
を含み、前記半導体磁器組成物の粉末において、MnとNiとのモル比率が85/15≧Mn/Ni≧65/35であり、かつMnおよびNiの総モル量を100モル部としたとき、Feの含有量が30モル部以下であり、前記半導体磁器組成物の粉末は、X線回折パターンの29°〜31°付近に極大値を有するピークを有し、該ピークの半値幅は0.15以上であり、
前記トランジスタは、前記有機無機複合負特性サーミスタの電極層のいずれか一方と接続される、温度センサ。 - 前記トランジスタが有機トランジスタである、請求項1に記載の温度センサ。
- 前記有機トランジスタが、ゲート電極層、ゲート絶縁膜、有機半導体層、ソース電極層およびドレイン電極層を含む、請求項2に記載の温度センサ。
- 前記温度センサが、基板と、該基板上にマトリクス状に交差して配置された複数のx電極および複数のy電極とを更に備え、
前記x電極と前記y電極との各交差部の近傍にそれぞれ、前記有機無機複合負特性サーミスタと、該有機無機複合負特性サーミスタの電極層のいずれか一方と接続される前記トランジスタとが配置され、
前記トランジスタはそれぞれ、前記x電極および前記y電極に接続される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の温度センサ。 - 前記温度センサが、前記有機無機複合負特性サーミスタの抵抗値変化を読み取る読み取り部と、該読み取り部で読み取られた情報を送信する無線通信部とを更に備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の温度センサ。
- 前記半導体磁器組成物の粉末の平均粒径が2μm以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の温度センサ。
- 前記半導体磁器組成物の粉末がCo、TiおよびAlからなる群から選択される1種以上を更に含み、
MnおよびNiの総モル量を100モル部としたとき、Co、TiおよびAlの含有量の合計が2.0モル部以上60モル部以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の温度センサ。 - 前記半導体磁器組成物の粉末の比表面積が2m2/g以上12m2/g以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の温度センサ。
- 前記サーミスタ層における前記半導体磁器組成物の粉末の体積割合が30vol%以上70vol%以下である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の温度センサ。
- 前記有機高分子成分が熱硬化性樹脂を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の温度センサ。
- 前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂およびポリイミド樹脂からなる群から選択される1以上の樹脂である、請求項10に記載の温度センサ。
- 前記有機高分子成分が、熱可塑性樹脂を含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の温度センサ。
- 前記熱可塑性樹脂が、ポリビニルブチラール樹脂、硬化剤未添加のエポキシ樹脂、硬化剤未添加のフェノキシ樹脂 、ポリエステルおよびポリ酢酸ビニルからなる群から選択される1以上の樹脂である、請求項12に記載の温度センサ。
- 前記有機高分子成分がフェノキシ樹脂を更に含む、請求項10または11に記載の温度センサ。
- 前記サーミスタ層の厚さが200μm以下である、請求項1〜14のいずれか1項に記載の温度センサ。
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