TWI224668B - Temperature sensor - Google Patents

Description

0) 0)1224668 玖、發明說明 (發明說明應敘明··發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明係關於一種在單晶基材表面上具溫度檢測元件之 溫度檢測器，其中溫度檢測元件係以鉑薄膜電阻製造。本 發明進一步關於一種製造此溫度檢測器之方法及其用途。 先前技術 在單晶基材上具鉑薄膜電阻之溫度檢測器為已知的。因 此’ RU 2069324專利敘述一種具介電基材及塗佈於其上之 薄膜電阻（鎳或鉑製造之彎曲形式）之溫度測量裝置。鉑層與 基材之間為以氮化鈦製造之黏著劑層。例如，已揭示以藍 寶石作為介電基材。 US 6,229，121 B1專利揭示一種具雙金屬開關接點之微開 關，其具有在磊晶層上之彎曲形狀加熱元件及溫度檢測元 件，例如，鉑薄膜電阻。 ，WO 87/05146專利敘述一種具絕緣基材（例如，以藍寶石 製造）之溫度檢測器。其提供鉑薄膜電阻作為以覆蓋層保護 之溫度檢測器。 DE 32 05 704專利揭示一種使用溫度檢測元件評估室内 氣候之裝置’例如，其在以藍寶石製造之基材上具有彎曲 形式之鉑薄膜電阻。 US 4’378,489敘述-種在藍寶石撐體上具链薄膜電阻及 加熱元件之測量配置。 為了可付到含鉑薄骐電阻之溫度檢測器之進一步幾何大 小減小，必須在越來越小之基材表面上製造更薄及更長之 1224668

(2) 導體路徑。由於在較小寬度，導電電子在鉑粒邊界漏出且 鉑電阻之溫度係數α消失，迄今製成用於溫度檢測器之結晶 鉑薄膜電阻在技術上適合以約〉1〇微米之導體路徑寬度開 始。此外，在建構結晶鉑薄膜電阻（例如，經由蝕刻）時，在 導電路徑中產生孔隙，其可回溯鉑結晶、其形狀、大小、 及定向。

因此，問題變成製造一種具鉑薄膜電阻作為鉑薄膜電阻 兀件之溫度檢測器，其中其可將鉑薄膜電阻之導體路徑寬 度及導體路徑分離減小至<10微米。此外，應提供製造此溫 度檢測器之適當方法。 發明内容

現因將翻薄膜電阻建構成蠢晶層而解決溫度檢測器之此 門通應了解，蟲晶層為措蠢晶而在單晶基材上製造之單 晶層。如果將鉑薄膜電阻建構成磊晶層，則由於其單一結 曰曰特徵而非常易於姓刻，而且可製造<1〇微米之無誤導體路 位與路！分離。由於在顆粒邊界不再有任何導電電子漏出 ’始電阻之溫度係數α保持不變。具有在基材上建構更薄因 此更長之導體路徑之能力，則鉑薄膜電阻可得 > 丨之電 阻而無任何問題。 實施方法 已證明如果單晶基材係以電絕緣材料（較佳為三氧化 二链（a-AhOj或氧化鎂（Mg0))製造則為有益的。這些基材 用於始蟲晶層係由Β·Μ· Lairson等人之刊物”Epitaxial

Pt(001)，Pt(U〇)，and pt(lll) films on Mg〇(〇〇i)，Mg〇(ll〇)， (4)1224668

生長，則為有益的 此外已證明’如果單晶基材係賴g〇製造，其中基材表 面平灯MgO之結晶⑴〇)平面而排列，及如果鈕薄獏電阻之 鉑係在平行表面之（111)平面或〇1〇)平面或（1〇〇)平面中生 長，則為有用的。 具至多2奈米厚度之籽層可配置於單晶基材與鉑薄膜電 阻之間。 '

單晶基材亦可以導電材料製造，例如，矽，其中電絕緣 蟲晶層係配置於基材與始薄膜電阻之間。 在此已證明，如果基材表面係平行矽之結晶（111)平面而 製造，則為有用的。鉑薄膜電阻之鉑然後較佳為在平行表 面之（111)平面中生長。 具至多2奈米厚度之籽層可配置於導電基材與電絕緣磊 晶層之間及/或電絕緣磊晶層與鉑薄膜電阻之間。

較佳為，鉑薄膜電阻係以具有丨至丨〇微米範圍之導體路徑 寬度之導體路徑製造。導體路徑較佳為描繪成曲線，其中 相鄰導體路徑係以彼此相距1至10微米距離而配置。理想地 ’導體路徑具有〇.〇5微米至2微米之厚度。 導體路徑具有大於0.00350/K之電阻之較佳溫度係數^。 此問題因藉物理蒸氣沉積（P VD)或化學蒸氣沉積（C VD) 或分子束磊晶（MBE)沉積磊晶層而解決。 單晶基材上磊晶鉑薄膜之理想用途為作為溫度檢測器之 鉑薄膜電阻。 以下之實例1至3意圖以例示方式解釋本發明。具鉑薄膜 -9- (5)1224668

RU 2069324專利充 電阻之溫度檢測器之外觀已由，例如 分地得知，所以圖式描述為不必要的 在以“ l2〇3製造之單晶基材（其表面係平行結晶⑽）平 面而行進）上，藉陰極噴鑛製造變曲形翻薄膜電阻 電阻包括在平行基材表面之⑽）平面中生長且具有⑽米 厚度之磊晶層。由其製造彎曲形鉑薄膜電阻之導體路徑各 具有導體路徑寬度且彼此間隔3微米。 實例2 ： 在以MgO製造之單晶基材（其表面係平行結晶平面 而行進）上，藉CVD製造彎曲形鉑薄膜電阻。鉑薄膜電阻包 括在平行基材表面之（110)平面中生長且具有〇5微米厚度 之磊晶層。由其製造彎曲形鉑薄膜電阻之導體路徑具有$ 微米之導體路徑寬度且彼此間隔h5微米。將具〇.5奈米厚度 之Fe籽層置於基材與鉑薄膜電阻間。 實例3 : 在以矽製造之單晶基材（其表面係平行結晶（1丨丨）平面而 行進）上，藉陰極噴鍍製造以MgO製造之電絕緣磊晶層，其 在平行基材表面之（111)平面中生長且具有2微米之厚度。在 以MgO製造之電絕緣磊晶層上，藉陰極噴鍍製造彎曲形麵 薄膜電阻。鉑薄膜電阻包括在平行基材表面之（m)平面中 生長且具有1.5微米厚度之蠢晶層。由其製造—曲形敍薄膜 電阻之導體路徑具有6微米之導體路徑寬度且彼此間隔5微 米0

Claims (1)

1. 第092105224號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(93年9月）

   拾、申請專利範圍 1 · 一種在單晶基材表面上具溫度檢測元件之溫度檢測器， 其中溫度檢測元件係由鉑薄膜電阻形成，其特徵為將鉑 薄膜電阻製成磊晶層。 2·根據申请專利範圍第丨項之溫度檢測器，其特徵為單晶基 材係由電絕緣材料製成。 3. 4· 5. 6.

   根據申請專利範圍第2項之溫度檢測器，其特徵為單晶基 材係以α-三氧化二鋁（a-Ahoy或氧化鎂（Mg〇)製造。 根據申請專利第3項之溫度檢測器，其特徵為單晶基 材係以a-AUO3製造，其中基材表面平行〜Al2〇3之結晶 (110) 平面而排列，及鉑薄膜電阻之鉑係在平行表面之 (111) 平面或（110)平面或（100)平面中生長。 根據申請專利範圍第3項之溫度檢測器，其特徵為單晶基 材係以a-AhO3製造，其中基材表面平行α_Αΐ2〇3之结晶 (001)平面而排列’及銘薄膜電阻之翻係在平行表面之 (111)平面或（110)平面或（100)平面中生長。 根據申請專利範圍第3項之溫度檢測器，其特徵為單晶基 材係以α-ΑΙβ3製造，其中基材表面平行α_Α丨2〇3之社晶 _面而排列，及麵薄膜電阻之鈾係在平行表：之 (111)平面或（110)平面或（100)平面中生長。 根據申請專利範圍第3項之溫度檢測器，其特徵為單 基材係以MgO製造，其中基材表面平行Mg〇之結晶⑴ 平面而排列，及銘薄膜電阻之鉑係在平行表 U 平面或（110)平面或（1〇〇)平面中生長。 •ftp!被圍續頁， 8·根據申請專利範圍第3項之溫度檢測器，其特徵為單晶基 材係以MgO製造，其中基材表面平行之結晶（〇〇ι)平 面而排列，及鉑薄膜電阻之鉑係在平行表面之（丨丨丨）平面 或（110)平面或（1〇〇)平面中生長。 9.根據申請專利範圍第3項之溫度檢測器，其特徵為單晶基 材係以MgO製造，其中基材表面平行Mg〇之結晶（11⑴平 面而排列，及鉑薄膜電阻之鉑係在平行表面之（111)平面 或（110)平面或（1〇〇)平面中生長。 W·根據申請專利範圍第丨至9項之一之溫度檢測器，其特徵 為將具至多2奈米厚度之籽層配置於基材與鉑薄膜電阻 之間。 U·根據申請專利範圍第丨項之溫度檢測器，其特徵為單晶基 材係以導電材料製造，及將電絕緣磊晶層配置於基材與 鉑薄膜電阻之間。 12.根據中請專利第u項之溫度檢測器，其特徵為單晶 基材係以矽製造。 !3·根據申請專利範圍第12項之溫度檢測器，其特徵為基材 表面平行矽之結晶（111)平面。 14.根據申請專利範圍第13項之溫度檢測器，其特徵為始薄 膜電阻之鉑係在平行表面之（m)平面中生長。 15·根據巾請專利範圍第以㈣之—之溫度檢測器，其特 ^為將具至夕2奈米厚度之軒層配置於基材與電絕石 晶層之間及/或電絕緣磊晶層與鉑薄膜電阻之間猫 16.根據申請專利範圍第1項之溫度檢測器，其特徵為銘薄膜 1224668 園廣買- 電阻係由具有1至10微米之導體路徑寬度之導體路徑形 成0 17·根據申請專利範圍第16項之溫度檢測器、，其特徵為導體 路徑描繪成曲線，及相鄰導體路徑係以彼此間隔丨至^ 〇 微米而配置。 具特徵為導體 18. 根據申請專利範圍第_之溫度檢測器 路徑具有〇_〇5至2微米之厚度。

   19. 根據申請專利範圍第17項之溫度檢測器，其特徵為導體 路徑具有〇·〇5至2微米之厚度。 2〇.根據申請專利範圍第18項之溫度檢測器，其特徵為導體 路控具有大於0.〇〇35〇/K之電阻之溫度係數 21. —種製造根據申請專利範圍第1項之溫度檢測器之方法 轻晶層係藉物理蒸氣沉積或化學蒸氣沉積或 刀子束蠢晶而沉積。 、 22. = Γ晶翻薄膜在根據申請專利範圍第1項之溫度檢 測益中於單晶基材上作為翻4

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