WO1988003319A1 - Electric resistor equipped with thin film conductor and power detector - Google Patents

Description

明細書

薄膜導電体を備えた電気抵抗器および電力検出器 [ 技術分野 ]

本発明は、 薄膜導電体を備えた電子回路用の電気抵抗 器に係わ り 、 と く に直流から超高周波帯にわたる広い周 波数領域で良好なイ ン ピーダンス整合特性を示す電気抵 抗器に関する。

さ らに本発明は、 薄膜導電体の有する大きな熟電能に 着目 して構成され、 高周波頃域においてイ ン ピーダンス 整合を取るこ とができる熱電対を具備 した電力検出器に 係わ り 、 と く に低電力領域において入射電力 に対 して検 出感度が直線性を有.する、 低電力か ら高電力に至る電力 検出に用い られる薄膜導電体を備えた電力検出器に関す る。

[ 背景技術 ]

マイ ク ロ エ レク 卜 ロ ニクスに用い られる電気抵抗器を 構成する薄膜抵抗体素材 と して は、 ニク ロ ム蒸着薄膜及 ぴ窒化タ ンタル薄膜が従来公知である。 この薄膜は、 微 細加工性ができる という特徴を有するが、 良好な高周波 特性を示す膜厚が 2 0 0 A前後であ ¾ため、 抵抗体を形 成する基板の表面がち密でなければな らない。 ま た膜質 の劣化温度が 2 0 0 で前後と低い欠点がある。 と く に膜 質の劣化温度が低い という こ と は、 焼損 レベルが低 く な るため、 従来の薄膜抵抗体を用いて構成される電気抵抗 器の使用環境を著 し く 制限 していた 。 他方、 電力検出器に関 しては、 本発明者の—人は、 特 開昭 5 9 — 2 3 2 6 3号にて、 アモルフ ァ ス と微結晶 と の混晶薄膜に金属抵抗体薄膜を接続 した熟電対素子を開 示している。 この熱電対素子からなる電力検出器は、 高 い電力を検出するにあた っ ては、 安定した測定をおこな う上で問題はないが、 例えば 1 W程度の低電力を検出 して安定 した測定をおこなう場合、 感度が低く 、 しかも 入射電力に対する熟電対の起電力の直線性が悪い。

本発明者の一人が した米環出願 （ 出願番号 396131およ び 068273 ) は、 アモルフ ァ スと微結晶とが混在するシ リ コ ン一ゲルマニウム混晶薄膜導電体を開示 している。 こ の薄膜導電体は、 半導体材料からなるにもかかねらず、 比較的大きな導電率を持,ち、 しかもその温度係数が金属 なみに小さ く 、 他方では熟電能 （ゼーベッ ク係数の大き さ ） が半導体のよう に大きい という特徴、 すなわち熟-起 電力が大きい という 特徴も有 している。 これらの出願で は、'電気抵抗器及び電力'検出器への適用可能性を示して いる。

[ 発明の開示 ]

本発明の第 Ί の目的は、 微細加ェ性に優れ、 高温での 使用が可能な薄膜抵抗体を備えた電気抵抗器を提供する こ とにある。

第 2 の目 的は、 ち密性を必要とせず、 ほ とんど任意の 種類の材質からなる絶縁性基板の使用を可能とする電気 抵抗器を提供するこ とにある。 第 3 の目 的は、 直流か ら 3 2 G Hzま での高周波領域に おいて利用可能な特性を示 し 、 しかも製作が容易な電気 抵抗器を提供するこ と にある。

本発明の第 4 の目 的は、 検出感度を高め、 低電力領域 での直線性が優れた電力検出器を提供するこ とにある。

第 5 の目 的は、 熱電対の熟接点 と冷接点の間の温度差 を大き く して 、 低電力での惑度を向上するこ とができる 電力検出器を提供するこ とを目 的 とする。

第 1 ない し第 3 の目 的を達成するために 、 本発明は、 薄膜抵抗体の素材 と して 、 アモルフ ァ ス相 と微桔晶相 と が混在する主にシ リ コ ン とゲルマニウムを有する混晶薄 膜導電体を使用 し 、 この混晶薄膜導電体が、 高い導電率 を持ち 、 導電率の温度係数が小さ く 、 しかも導電率が直 流か ら 3 2 G Hzま での.高周波にわた つ てほぼ一定である という 性質を利用する。

上記混晶薄膜夢電体の製法は、 米国出願 06 82 73号に記 戦さ れているよ う に 、 プラズマ C V D 法、 光 C V D 法な どのマイ ク ロ エ レク 卜 ロ ニク スの手法を適用 して作製す る。

このよ う に して作 られたシ リ コ ン とゲルマ二ゥムの混 晶薄膜導電体は、 結晶化度 （ 微結晶が全体に占める割合 ） は、 Ί 0 〜 9 9 %ま でで、 この微桔晶はシ リ コ ン とゲル マニウ ムの混晶である。 そ してその平均粒径は 5 0 〜 5 0 0 0 人程度であ り 、 導電率は、 少な く とも 0 . 1 S ♦ c m -¹ である。 しかも導電率の測定周波数に よる変化の割 合は直流から 3 2 G Hzにわた つ て 2 0 %以内 （ 1 d B以 内 ） である。

この電気抵抗器は、 絶緣性の基板上に上記薄膜導電体 と一対の第 1 電極と一個の第 2電極とを配置したあので、 上記薄膜導電体は、 互いに平行な二 とこれらの πに直 角な辺を有する台形状をな し、 上記第 1 電極は、 薄膜導 電体の平行な二辺よ り あ長い矩形状をな し、 それぞれ薄 膜導電体の平行なニ迈に接する部分と薄膜導電体から延 長する部分とを有してお り 、 また第 2 電極は、 上記直角 な迎に接し、 前記第 1 電極の延長部分の間に第 1 電極と 間隔を設けて配置されている。 これら電極は、 電流の入 出力端子を形成して、 上記薄膜導電体の電流現象 （ 輸送 現象 ） を電気抵抗器に利用できる構造と している。

本発明の電気抵抗器によれば、

( 1 ) 直流から 3 2ί G Hzまて周波数変化による抵抗値比 がほぼ一定の電気抵抗器を構成することができる。

( 2 ) と く に電極と して、 日本特許出願 6 0— 2 7 4 3 9 0号に開示 したク ロムノ白金多層蒸着薄膜を用いれば 6 0 0 で以上でも安定な電気抵抗器を構成するこ とがで きる。

( 3 ) 微細加工技術を用いて薄膜抵抗体を作製するこ と ができるので、 I G基板上に容易に直流から 3 2 G Hzの 高周波にわた っ て検出可能な電気抵抗器を構成するこ と ができる。

第 4 および第 5 の目的を達成するために、 本発明は、 熱電対の一方を構成する素材 と して 、 アモルフ ァ ス と微 結晶 とが混在する主にシ リ コ ン とゲルマニウムを有する 混晶薄膜を使用 し、 この混晶薄膜が高い導電率を持ち 、 導電率の温度係数が小さ く 、 熟起電力が大き く 、 しかも 導電率が直流か ら 3 2 G Hz ま での高周波にわた っ てほぼ —定である という性質を利用する。 上記混晶薄膜の製造 方法は、 電気抵抗器の薄膜抵抗体のそれ と原理的に同 じ であるのでここではその説明を省略する。

この電力検出器は、 上記混晶薄膜 と導電体薄膜 とを接 続 して熟電対を構成 し 、 この熱電対の 1 個若 し く は 2 個 以上の組合わせを絶緣性基板上に配置 し 、 前記熱電対の 混晶薄膜に第 1 電極を接続 し 、 前記熱電対の導電体薄膜 に第 2 電極を接続 し 、 さ ら に前記第 1 電極に第 Ί ビー ム リ ー ド電極を接続 し 、 前記第 2 電極に第 2 ビー ム リ ー ド 電極を接続 している。

この電力検出器によれば、

( ) ビーム リ ー ド電極を設けるこ と に よ り 、 熱電対の 熟接点と冷接点 との間の温度差を大き く し 、 直線性、 と く に低電力検出領域における直線性を改良 した電力検出 器の提供を可能に し、 該電力検出器を利用 した電力検出 装置を実現できる。

( 2 ) 従来の半導体薄膜一金属抵抗体薄膜を使用 した電 力検出器の使用周波数の上限が 1 8 G Hz、 検出可能な電 力範囲が 1 0 V〜 1 6 0 m W、 検出 答速度が 0 . 7 秒であるのに比 して 、 本発明の電力検出器では上記混晶 薄膜及びビーム リ ー ド電極を使用するこ とによ り 、 使用 周波数の上限が 3 2 G Hzに、 検出可能な電力範囲が 1 J W〜 5 0 0 m Wになる。 さ らにフ ォ ト エ ッ チング技術に 代表される微細加工技術を使甩 した超小形素子を形成す るこ とができるため、 検出応答速度が 0 . 0 6秒以下と なる。

( 3 ) 電力検出感度が従来の半導体薄膜一金属抵抗体薄 膜を使甩した電力検出器に比して更に構造が簡単である ので安価な電力検出器を提供するこ とができる。

[ 図面の簡単な説明 ]

第 1 A図ば本発明にかかる電気抵抗器の一例を示す平 面図である。

第 1 B 図は本発明にかかる電気抵抗器の他の例を示す 平面図である。

第 2 図'は本発明に係わるアモルフ ァ スシ リ コ ン一ゲル マニウム混晶薄膜導電体の暗導電率の周波数変化特性を 示す図である。 " 第 3 図は本発明の電気抵抗器の抵抗値の周波数変化特 性を示す図である。

第 4 図は本発明にかかる薄膜導電体の レーザラマンス ぺク トルを比較例の薄膜抵抗体のそれと比較して示す図 である。

第 5 図は本発明の薄膜導電体の暗導電率の温度異存性 を比較例の薄膜抵抗体のそれと比較して示す図である。

第 6 A図は、 本発明にかかる電力検出器の一例を示す 図である。

第 6 B図は、 本発明に かかる電力検出器の他の例を示 す図である。

第 7図は第 6 A図の X— X線に沿う 断面図である。 第 8図は本発明の電力検出器を応用 した電力検出裝置 の一例を示す平面図である。

第 9図は第 8図の電力検出裝置の電気回路図である。 第 1 0図は第 8図の検出装置を同軸回路 と結合 した状 態を示す図である。

第 1 Ί 図は本発明の電力検出器によ り 得られた入射電 力 と検出感度との直線性を示す特性図である。

第 1 2図は本発明の電力検出器に よ り 得られた入射電 力 1 mWの ときの検出感度の周波数特性を示す特性図で ある。

第 1 3図は本発明の電力検出器に よ り 得られた電圧反 射係数の周波数特性を示す特性図である。

[ 発明を実施するための最良の形態 ]

ま ず本発明に係わる電気抵抗器の実施例について説明 する。

こ こでは混晶薄膜導電体をマイ ク ロ エ レク 卜 ロ ニクス の技法の—つである C V D ( Chemical Vapour Depos i t i on) 法で製造する方法について述べる。 ここでは市販の プラズマ C V D炉を用いたが、 熟 C V D炉あるいは光 G V D炉を使用 しても差支えず、 要はアモルフ ァ ス相 と微 結晶相 と の混晶薄膜を絶縁性基板上に形成可能なちので 'あればよい。 この実施例では、 P形の薄膜を形成するが Π、形の薄膜ち周様な方法で形成するこ とがでぎる。

上記炉内に絶縁性の基板を配置し、 原料ガスを導入す る ₀ <_の絶緣性の基板は、 少な く とも表面が絶縁性を有 する基板で、 例えばガラス基板、 マイ 力 、 ポ リ ィ ¾ ドフ イルム、 各種半導体基板、 も しく は表面が絶緣材で覆わ れた金属板が甩い られる。 この絶縁性基板は、 表面が必 ず しもち密である必要ばない。 炉内に導入する原料ガス は、 シラン ( S i H 4 ) とゲルマン （ G e H 4 ) の混合 ガスを用いる。 P形 ド一パン 卜 と して水素希釈のジポラ ン （ B 2 H S ) を添加す'る。 堆積条件の一例 表 1 に，示 す。 表 1

サンプル番号 A Β· C

ガス流量比 1 1

(S iH₄ /GeH₄ )

放電圧力 2 2 2

(Tor r)

放電パヮ一 1 5 8 0 3 0 0

( W )

放電パワ ー密度 0.02 0.11 0.40

基板温度 （ Ό ) 3 8 0 3 8 0 3 8 0 こ の よ う に し て得 ら れる薄膜導電体の諸特性は 、 先に 挙げた米国特許出願 896131に示さ れて いる 。

第 4 図 は 、 表 1 の条件でガラ ス基板上に堆積 し た ァ モ ルフ ァ ス と微結晶 と を備えたシ リ コ ン 、 ゲルマ ニウ ム混 晶薄膜の レ ーザラ マ ンスぺ ク 卜 ルの一例を示す。 こ の測 定法 と し て は 、 直角散乱法を用いた 。 図 に おいて 、 横軸 は 、 ラ マ ンシ フ ト （ cur¹ ) を縦軸 は ラマ ン強度 （ 任意単 位 ） をそれぞれ示 し て いる 。 ま た波形 A , B , お よ び C は 、 放電パワ ー の大きさ

が 1 5 W、 8 0 Wお よ び 3 0 0 Wでそれぞれ堆積させた 場台の各 ラ マ ンス ペ ク ト ルを示す。 波形 Aはプ ロ ー ドな パタ ー ンを示 し 、 波形 Aの混晶薄膜はガラ ス基板上に堆 積された シ リ コ ン 、 ゲルマニ ウ ム薄膜が完全な ァモル フ ァ ス相 よ り 構成さ れて いる こ と を し め し て いる。 さ ら に 波形 Bおよ び波形 Cは鋭い ピー ク を有 し てお り 、 こ の こ

， — _― ^一-一

と に よ り こ れ ら波形の混晶薄膜は微結晶相 と ァ モル フ ァ ス相 と が混在 し て いる こ と が示さ れている 。 さ ら に 波形 Bお よ び波形 Cにおける ピ ー ク 値の各ラマ ン シ フ 卜 量が 2 9 0 cm"¹ 、 4 O O cnr¹ およ び 4 9 O cnr¹ 近辺 に得 ら れ て いるので 、 この シ リ コ ン 、 ゲルマ ニウ ム混晶薄膜は、 主 に ゲルマ ニ ウ ム一ゲルマニ ウ ム結合 、 シ リ コ ン一ゲル マ ニ ウ ム結合及びシ リ コ ン一シ リ コ ン結合 よ り 構成さ れ て いる こ とが示さ れている。 ま た X線解析パタ ー ン （ 図 示せず ） と第 4 図て示 し た ラ マ ンスペ ク ト ルよ り 、 シ リ コ ン ， ゲルマ ニ ウ ム薄膜は 、 シ リ コ ン微結晶のみあ るい ( 0 はゲルマニウム微結晶のみよ り なるクラスタ 一はほ とん ど存在せず、 シリ コン ♦ ゲルマニウム混晶よ り なる微結 晶相が構成されているこ とが示されている。

第 5 図は、 シ リ コ ン ♦ ゲルマニウム薄膜導電体の暗導 電率の温度特性の一例を示す図である。 図において、 横 軸は絶対温度の.逆数 （ 1 / T ) を、 縦軸は暗導雷率 （ S D ) —をそれぞれ示 している。 波形 Aは放電パワ ーの大き さ 1 5 Wで堆積したアモルフ ァ ス相のみで構成されるァ モルフ ァ スシ リ コ ン ♦ ゲルマニウム混晶薄膜の暗導電率 の温度特性を示す図で、 この図から波形 Aの混晶薄膜の 暗導電率は低温領域では （ 1 Z T ) の一 1 Z 4乗に比例 し、 高温頜域では （ 1 Z T ) に比例するこ とから、 低温 領域ではホッ ビング伝導によ り 、 ま た高温領域ではパン ド伝導によ り電気伝導機構が支配されているこ とがわか る。 これは従来公知のァモルフ ァ スシ リ コ ン薄膜で得ら れている温度特性と同 じ傾向を示しているが、 ァ ルフ ァ スシ リ コ ン薄膜に比べて暗導電率の絶対値の大きさが 2〜 3 桁向上しているのが大きい特徴である。 波形 Β及 ぴ波形 Gは、 放電パワ ーの大きさ 8 0 Wおよび 3 0 0 W で堆積した結晶化度 3 0 %および 9 0 %の微結晶相を含 んだァモルフ ァ スシ リ コ ン ♦ ゲルマニウム薄膜の暗導電 率の温度特性の例を示す図である。 暗導電率の大きさが 0 0 S - cm-¹ 以上と半金属に等しい程大きいこ と と共 に、 温度に よる変化が Λ %ノ K以下と非常に小さいこ と が大きい特徴 と！"える。 このよう に暗導電率が温度変化 に よる影響を受け難いこ と は、 I Cチ ッ プ上、 特に高い 精度が要求される薄膜抵抗体等を形成する上で極めて有 利である。 なお図示 しないが、 表 1 に よる堆積条件で形 成 した アモルフ ァ スシ リ コ ンゲルマニウム薄膜では、 暗 導電率が I S ♦ c nr¹ 以上のちのでは、 溫度係数が 1 % Z K以下 と極めて小さいこ とが確認されている。

第 2 図は、 表 1 の条件に よ り ガラス基板上に堆積 した ァモルフ ァ スシ リ コ ン ♦ ゲルマニウム薄膜の暗導電率の 周波数に よる変化を示す。 図において 、 縦軸は暗導電率 比 ( % ) を、 横軸は測定周波数 （ Hz 〉 の大きさを示 し、 図中黒丸印は、 堆積条件 Aで堆積 したサンプルの周波数 特性を示 し、 2 0 0 K Hz近辺か ら暗導電率は減少 し は じ め 4 M Hzでは約 1 0 %以上減少 しているこ とがわかる。 ま た 白丸印は、 堆積条件 B および Gで堆積 したサンプル の周波数特性を示 し、 4 M Hz ま で暗導電率が一定である こ とが示されている。 なお 1 0 M Hzでは ご く わすかの増 加が見 ら れる。 このこ とは、 第 4 図で示 し た ァモルフ 尸 スシ リ コ ン ♦ ゲルマニウム薄膜が アモルフ ァ ス相か ら微 結晶相に変化 し てい く 様子と対応 している。 このこ と に よ り アモルフ ァ スシ リ コ ン ♦ ゲルマニウム薄膜中に微桔 晶相を含ま せるこ と に よ り 、 直流か ら高周波に渡っ て暗 導電率をほぼ一定 とするこ とができる。

第 1 A図は、 本発明のアモルフ ァ スシ リ コ ン ♦ ゲルマ ニゥム混晶薄膜導電体を用いて構成される電気抵抗器を 示す。 図示する電気抵抗器は、 コ ープ レーナマイ ク ロ ス 卜 リ ッ プ線路で直流か ら超高周波までの範囲で使用する 終端抵抗器と しての一例である。 この電気抵抗器 1 1 は、 絶縁性基板 1 2 上に、 すでに説明 したアモルフ ァ ス相 と 微結晶柜とが混在するシ リ コ ン とゲルマニウムの混晶の 薄膜導雷体 1 3 を配置 している。 この薄膜導電体は幅 D、 長さ Lの矩形状.をなす。 上記絶緣性基板上には更に一対 の第 1 電極 1 4 A , 4 B が平行に配置されている。 こ の第 1 電極は、 矩形状をな し、 その長さは薄膜導電体の 長さ L よ り も長い。 この第 1 電極 1 A , 1 4 B は、 そ の一部が薄膜導電体の平行な両側 に接してお り 、 残り は薄膜導電体から延出 レている。 絶縁基板上には、 さ ら に第 2 電極 1 5 が配置され、 この第 2電極は、 矩形をな し その幅 2 d は、 第 1 電極間の間隔 D ( 薄膜導電体の 幅） よ り も小さい。 この第 2電極は、 第 Ί 電極が接する 辺と直角な辺に接し、 第 1 電極 1 4 A , 1 4 B の対向す る延出部間に、 第 1 電極と間隙を設けで配置されている。 第 1 雷極 1 ' 4 A , 1 4 B の先端と第 2電極 Ί 5 の先端は、 図面からも分かるよう に周一線上にある。 第 Ί 電極は、 同軸線路の外部導体に、 ま た第 2 電極は、 内部導体に相 当する。 前記第 1 電極の電極間隔 D と第 2電極の幅 2 d は、 基板の比誘電率、 厚さ と共に線路の特性イ ン ピーダ ンスを決定する。 薄膜導電体、 すなわち薄膜抵抗体の長 さ し は璩袞率を考慮 して決定される。 設計の一例を示す と、 D = 2 d 、 L≥ 0 . 7 D を用いることによ り単純な モデルで解析する と.、 薄膜抵抗体面積抵抗は、 特性イ ン ピーダンス及び減衰率の周波数特性に影響を与えない と されるが 、 超高周波でのこの単純なモデルは成立せず、 抵抗体の性質に依存 し て特性が定 ま り 、 減衰率 2 0 d B 以上が得 ら れる。 薄膜抵抗体の具体的な寸法は 、 同軸ラ イ ンの形状に よっ て決ま るが、 一般的に は D = 3 . 5 m m前後の ものを用 いる。

第 3 図 は、 第 1 A図 に示 し た電気抵抗器の周波数変化 に よ る抵抗値の変化する割合 （ 抵抗値比 〉 を示す図であ る。 図 に おいて 、 縦軸 は抵抗値比 （ ％ ) を、 横軸 は測定 周波数 〈 Hz 〉 を示す。 こ の図か ら本発明 に よ る電気抵抗 器は 、 3 2 G Hzま でほぼ一定の抵抗値を示すこ とが確認 さ れる 。 - 上記の本発明の電気抵抗器はプラズマ C V D法に よ る アモルフ ァ スシ リ コ ン ♦ ゲルマニウ ム混晶導電体の堆積、 ホ 卜 エ ッ チング法を用 いた微細加工技術、 真空蒸着法に よ る金属薄膜堆積技術を用 いて容易に製作する こ と がで ぎ る 。 ' なお第 1 電極お よ び第 2電極を形成する金属薄膜 と し て は 、 アルミ ニウ ム蒸着薄膜、 ニ ク ロ ム Z金多層蒸着薄 膜、 ク ロ ム 白金族金属蒸着薄膜等を使用 する こ と がで き 、 特に ク ロ ム 白金族金属蒸着薄膜は 、 6 0 0で以上 の高温でも安定であ り 、 有効である 。 この こ と は本発明 者の 日 本特許出願 （ 特願昭 6 0 — 2 7 4 3 9 0号、 発明 の名称 ： 才 ー ミ ッ ク接合装置 〉 に示されている。 ま た上 述 し た ア モルフ ァ スシ リ コ ン ♦ ゲルマニ ウ ム混晶薄膜の プラズマ G V D 法による堆積条件は、 S ！ H 4 / G e H 4 の流量比、 放電圧力、 放電パワ ー、 基板温度に依存し ており 、 前記表 Ί に示 した条件以外でも形成するこ とが でき、 例えば、 S i H 4 / G e H 4 = 0 〜 1 0 O , 放電 圧力 0 . 1 〜 1 0 Τ Ο Γ Γ , 放電パヮ ー密度 0 , 1 〜 1 0 W Z c m² ， 基板温度 3 0 0〜 5 0 Q Όの条件で形成する こ とができる。

ま た光 C V D法においては、 この混晶薄膜を低温、 例 えば基板温度が 2 0 0 で前後でも形成するこ とができる。

本発明は第 1 A図の実施例に限定されない。 例えば第 1 B 図に示すよう に薄膜導電体の形状を六角形状と して、 互いに平行な二迈とこれに直角な辺との間に傾斜 した辺 を形成して、 前記直角な辺の長さが前記平行な二 S間の 間隔よ り も短く なるよう に してもよい。 また第 1 A図に おいて薄膜導電体の矩形の右側の迎を軸 と して、 対象の 図形をもつ素子を作る と、 抵抗減衰器を実現するこ とが できる。 この場合の減袞量はおおむね長さ L に比例に、 し を変えても特性イ ン ピーダンスは変わ らない。

次にァモルフ ァス相 と微結晶.枏が混在するシ リ コ ン ♦ ゲルマニウム混晶薄膜を利用 した電力検出器の実施例に ついて説明する。 第 6 A図および第 7 図において、 電力 検出器は、 絶縁性基板 2 上に、 シ リ コン ♦ ゲルマ二ゥ ム混晶薄膜 2 2 Aに金属からなる導電体薄膜 2 3 Aを接 続した第 熟電对 2 4 A と、 シ リ コ ン ♦ ゲルマニウム混 晶薄膜 2 2 B に金属からなる導電体薄膜 2 3 B を接続し た第 2熱電対 2 4 B と を、 第 1 熱電対の混晶薄膜 と第 2 熱電対の金属薄膜 と が対向 し 、 第 2熟電対の混晶薄膜 と 第 1 熟電対の金属薄膜 と が対向する よ う に平行に 配置 し て いる 。 第 1 熟電対の混晶薄膜 と第 2熟雷対の金属薄膜 と は第 1 電極 2 5 で橋絡さ れ、 ま た第 1 熱電対の金属薄 膜に は第 2電極 2 6が接続さ れ、 さ ら に第 2熱電対の混 晶薄膜に は第 3電極 2 7 が接続さ れて 、 両熱電対の出力 が合い加え ら れる よ う に な つ て いる 。 ま た第 1 、 第 2及 ぴ第 3電極 2 5 , 2 6 , 2 7 に は 、 こ れに密接 し て ピ ー ム リ ー ド電極 2 8 , 2 9 , 3 0が接続 し て いる。 こ れ ら ビ ー ム リ ー ド雷極の幅は、 電極が接する電極の幅よ り も 広 く 、 好ま し く は 1 0 0〜 2 0 0 mであ る 。 ま た ビ ー ム リ ー ド電極の厚さ は、 好ま し く は 5〜 3 0 、 よ り 好ま し く は 1 0〜 2 0 mである 。 ピ ー ム リ ー ド電極の材質 は、 A u ま た は 白金上に A u をめ つ き し た ものな どが通 常使用 される 。 こ のよ う に熱電対の両端、 すなわ ち冷接 点部位に ビ ー ム リ ー ド電極を設ける こ と に よ り 、 冷接点 部位の熱抵抗を著 し く 小さ く でき 、 ス ト リ ッ プ基板に ポ ンデ イ ング等を用いて マ ウ ン ト する こ と に よ り 周囲温度 と の差、 すなわ ち熟勾配を非常に小さ く する こ と ができ る 。 一方、 熱電対の接合部、 すなわ ち熟接点部 と冷接点 部 と の間の熱抵抗は絶縁性基板薄膜導電体お よ び導電体 薄膜のそれぞれの厚み と幅に よ っ て決定される 。 こ の熱 抵抗は前記冷接点部位の熱抵抗 と比較 し て大きな値 と な る 。 すなわ ち熱電対の熟接点 と冷接点 と の熱勾配を大き く するこ とができる。 従っ て、 熟接点と冷接点間を隔離 して熟接点と冷接点間の熟抵抗を大きく するこ とができ、 その温度差 Δ Τが大き ぐなる。 一方 2 個の熱電対の出力 が相加されるよう に構成された上記電力検出器において、 発生する熟起電力 V は混晶薄膜の熱電能ひ a と金属薄膜 の熟電能 ¾ mによ っ て

V = 2 ( a a + a m ) 厶 丁 … '♦* ( )

で示される。 この式から分かるよう に、 温度差 Δ Τが大 き く なる と、 熟起電力 V、 即ち検出感度を高く するこ と' になる。 このこ とか ら微少な雷カを検出する場合、 雑音 による影響を軽減するこ とができ、 それにより直線性が 良好となる。

この実施例では、， 熱電対を構成する混晶薄膜及び導電 体薄膜の形状が矩形のものを示したが、 本発明の熱電対 " は矩形に限定されず、 例えぱ第 6 B 図に示すよう に、 混 晶薄膜及び金属薄膜の熟接点側が冷接点餅に比べて次第 ' に幅が狭く なる台形状とするこ とができる。 この台形状 の熱電対によれば、 熟接点部に発熟を集中させるこ とに より 、 熟接点と冷接点との間の温度差を大き く でき、 し たが っ て検出感度をさ らに向上するこ とができる。 また 実施例では 2 個の熱電対を使用 した例を示したが、 1 個 又は 3 個以上でもよい。 ま たこの実施例では、 導電体薄 膜に金属を使用 したが、 他の導電材科を使甩するこ とも できる。 例えば混晶薄膜が P形半導体の場合、 導電体薄 膜と しては熟電能の異なる n 形半導体を用いるこ とに よ り感度の向上が図れる。

第 8図及び慮 9図は、 第 6 A図の電力検出器を使用 し た電力検出装置を示す。 この装置は、 誘電体基板 3 1 上 に所定の幅をもつ中心導体 3 2 と所定の間隔をも っ て両 側に配置された外部導体 3 3 A , 3 3 B とを設けて伝送 線路を構成 している。 この伝送線路は、 電力検出器 3 4 の ビー ム リ ー ド電極 2 8 , 2 9 , 3 0にそれぞれ接続さ れて 、 被測定電力を電力検出器に供給する。 回路に直列 に挿入されているカ ッ プ リ ングコ ンデンサ 3 5 は直流を 遮断するが、 高周波電力 は通過する。 パイパスコ ンデン サ 3 6もカ ッ プ リ ングコ ンデンサ 3 5 と同様の作用をす る。 この電力検出装置では、 被測定電力 3 7が熱に変換 されて熟起電力を発生するが、 この検出出力 は ビー ム リ ー ド電極 2 8 , .2 9 , 3 0に直 ¾出力 と して現われるの で、 リ ー ド線 3 7 , 3 8で取出す。 なお符号 4 0は接続 部である。、直流出力は増幅器 4 1 で増幅され、 指示計 4 2で表示される。 符号 5 0は ア ースである。

第 1 0図は第 8図の電力検出装置を同軸伝送線路 と結 合 した実装の断面図である。 図中 4 3 は空中の外部導電 体で、 この外部導電体に電力検出装置 4 4が揷入され、 周軸伝送線路 4 5の中心導体が電力検出装置 4 4の中心 導体 3 3 とを接続部 4 6で接続 している。

第 1 1 図は、 電力検出器における入射電力 に対する検 出感度の直線性を示すデー タ ーで、 横軸は入射電力 、 縦 軸は検出感度をそれぞれ対数目盛り で示す。 図から 、 本 発明電力検出装置は低電力から高電力まで極めて直線性 がよいこ とがわかる。 このよう に高感度で しかも低電力 で直線性の良いデー タ ーが得られた原因の一つに、 シ リ コ ン * ゲルマニウム混晶薄膜を 1 m前後と したこ とに よ り 、 熱電対の熟抵抗を大きく できた点が挙げられる。 すなわち第 Ί 2.図は本発明電力検出器における検出感度 の周波数特性を示す図で、 3 2 G Hzまで 1 d B以内の平 坦な特性が得られている。 第 1 3 図は本発明電力検出器 における入力 V S W R ( vo I tage stand i ng ratio) の周 波数特性を示す図で、 3 2 G Hzまで 1 . 3 以下と良好な 整合が得られてお り 、 第 1 3 図の破線で示される従来例 と比較して大幅な特性の向上が図れる。

Claims

' 請求の範囲

( 1 〉 絶緣性基板 と、

この絶縁性基板上に設け られ、 ァモルフ ァ ス相 と ^桔 晶相 とが混在するシ リ コ ン とゲルマニウム との混晶薄膜 導電体からな り 、 その平面形状が互いに平行な二辺 と こ れ らの Sに直角な一 とを有する薄膜導電体と 、

前記絶緣基板上に平行に設け られた一対の第 1 電極で あ っ て 、 上記薄膜導電体の平行な二辺よ り ち長い矩形状 をな し 、 薄膜導電体の平行な二辺に接する部分と薄膜導 電体か ら延長する.部分とを有する第 1 電極 と 、

前記絶縁性基板に前記第 Ί 電極の延長部分の間に間隙 を設けて配置され、 前記薄膜導電体の前記直角な辺に接 している第 2 電極 と 、

を具備 した薄膜導電体を備えた電気抵抗器。

( 2 ) 薄膜導電体は矩形状をな している請求の範囲第 1 項記載の薄膜導電体を備えた電気抵抗器。

( 3 ) 薄膜導電体は六角形状をな し 、 前記互いに平行な 二 Sと これに直角な辺 との間に傾斜 した辺を形成 して第 2 電極が接する前記直角な辺の長さが前記平行な辺間の 間隔よ り も短か く した請求の範囲第 1 項記載の薄膜導電 体を備えた電気抵抗器。

( 4 ) 薄膜導電体は、 暗導電率 a _D が 1 S ♦ c m よ り 大き く 、 暗導電率の溫度係数 α が 1 % Z K よ り も小さい 請求の範囲第 1 項記載の薄膜導電体を備えた電気抵抗器。

( 5 ) 薄膜導電钵の抵抗比が 3 2 G Hz まで Ί d B 以内の 範囲にある請求の範囲第 1 項記載の薄膜導電体を備えた ¾ 5¾ ¾ in is o

( 6 ) 前記電極はク 口 ム Z白金蒸着薄膜で形成されてい る請求の範囲第 1 項記載の薄膜導電体を備えた電気抵抗 i§ o

( 7 ) 絶縁性基板と、

この絶縁性基板上に設けられ、 ァ ΐルフ ァス祖と微結 晶相 とが混在する主にシ リ コ ン とゲルマニウムとを有す る混晶薄膜に導電体薄膜を接続して構成されている 1 個 も しく は 2個以上組合わせた熱電対と、

前記混晶薄膜に接続する第 1 雷極と、

前記導電体に接続する第 2電極と、

前記第 1 電極に接続された第 1 ビーム リ ー ド電極と、 前記第 2 電極に接続された第 2 ピーム リ ー ド電極と、 を'具備した夢膜導電体を備えた電力検出器。

( 8 ) 絶縁性基板上に、 2 個の熟電対を、 第 1 熟電対の 混晶薄膜と第 2 熱電対の導電体薄膜とが周 じ側に、 第 2 熱電対の混晶薄膜と第 1 熟 ¾対の導電体薄膜とが別の側 になるよう に並設し、

第 Ί 熱電対の混晶薄膜と第 2熟電対の導電体薄膜とに 第 1 電極が接椽され、 .

第 Ί 熟電対の導電体薄膜に第 2 電極が接続され、 さ ら に第 2電極の導電体薄膜に第 3 電極が接続され、 前記第 1 電極、 第 2電極および第 3 電極にそれぞれ第 1 ピー ム リ ー ド電極、 第 2 ビー ム リ ー ド電極および第 3 ビーム リ ー ド電極が接続されている、

請求の範囲第 7項記載の薄膜導電体を備えた電力検出

( 9 ) 各 ビーム リ ー ド電極の糯は、 これが接続する第 1 、 第 2、 又は第 3電極の暢よ り ち大きい請求の範囲第 7項 記載の薄膜導電体を備えた電力検出器。

( 1 0 ) 各 ビー ム リ ー ド電極の幅は、 これが接続する電 極の幅よ り ち大きい請求の範囲第 8項記載の薄膜導電体 を備えた電力検出器。

( 1 1 ) 各 ビーム リ ー ド電極は、 厚さが 5〜 3 0 、 檑が 1 0 0〜 2 0 0 mである請求の範囲第 7項記載の 薄膜導電体を備えた電力検出器。

( 1 2 ) 各 ピーム リ ー ド電極ほ、 厚さが 5〜 3 0 ^ m、 幅が 1 0 0〜 2 0 0 mである請求の範囲第 8項記載の 薄膜導電体を備えた電力検出器。

( 1 3 ) 熱電対を構成する混晶薄膜および導電体薄膜は、 両者が接する熟接点側の提が狭く 、 熱電対の両端側にあ る冷接点側の幅が広い台形状をな している請求の範囲第 7.項記載の薄膜導電体を備えた電力検出器。

( 1 4 〉 混晶薄膜は、 導電率 《 D が I S ' c m'¹ よ り大 き く 、 導電率の渥度係数 αが 1 %Ζ Κよ り ち小さ く 、 熟 起電力 Sが Ί 0 V Z Kよ り も大きい請求の範囲第 7項 記載の薄膜導電体を備えた電力検出器。

( 5 ) 検出感度の周波数特性が 3 2 G Hzま で 1 d B以 内である請求の範囲第 7項記载の薄膜導電体を健えた電 力 出 ^ lr。■

( 1 6 ) V S W R ( voltage standing ratio) が 3 2 G feまで 1 . 0ない し Ί . 3の範囲にある請求の範囲第 Ί 項記載の薄膜導電体を備えた電力検出器。

( 1 7 ) 検出応答速度がほぽ 0. 0 6秒以下である請求 の範囲第 7項記載の薄膜導電体を備えた電力検出器。