JPH021379B2 - - Google Patents
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- JPH021379B2 JPH021379B2 JP57091342A JP9134282A JPH021379B2 JP H021379 B2 JPH021379 B2 JP H021379B2 JP 57091342 A JP57091342 A JP 57091342A JP 9134282 A JP9134282 A JP 9134282A JP H021379 B2 JPH021379 B2 JP H021379B2
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- JP
- Japan
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- thin film
- amorphous semiconductor
- semiconductor thin
- metal resistor
- thermocouple
- Prior art date
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/81—Structural details of the junction
- H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、熱電対素子、特に大きな熱電能を有
し、薄膜形成の容易性と微細加工の容易性等の特
徴を備えたアモルフアス半導体薄膜と金属抵抗体
薄膜とを具備した熱電対素子であつて、低入力イ
ンピーダンス、特に高周波領域におけるインピー
ダンス整合を配慮した低周波から光波に至る電力
検出に用いられる熱電対素子に関するものであ
る。
し、薄膜形成の容易性と微細加工の容易性等の特
徴を備えたアモルフアス半導体薄膜と金属抵抗体
薄膜とを具備した熱電対素子であつて、低入力イ
ンピーダンス、特に高周波領域におけるインピー
ダンス整合を配慮した低周波から光波に至る電力
検出に用いられる熱電対素子に関するものであ
る。
通常アモルフアス半導体とは、液体及び気体を
除く物質であつて、結晶学的に３次元的周期性を
示さない半導体をいう。すなわち、不規則、非晶
質状のもので、Ｘ線回折図形で特定しうる回折ピ
ークを持たない半導体と定義されているが、本明
細書におけるアモルフアス半導体としては、後の
製造方法で説明されている半導体をも含めて呼ぶ
こととする。
除く物質であつて、結晶学的に３次元的周期性を
示さない半導体をいう。すなわち、不規則、非晶
質状のもので、Ｘ線回折図形で特定しうる回折ピ
ークを持たない半導体と定義されているが、本明
細書におけるアモルフアス半導体としては、後の
製造方法で説明されている半導体をも含めて呼ぶ
こととする。
従来、電力、特に高周波電力を測定する場合、
その検出素子としてはボロメータが用いられ、最
近ではBi−Sb等に代表される薄膜熱電対素子や
Si−Ta2Nに代表される半導体−薄膜熱電対素子
が用いられている。サーミスタやバレツタなどの
ボロメータを検出素子として用いた方式は、高周
波エネルギーを吸収したときに生じる抵抗値変化
から間接的に入射電力を測定するもので、周囲の
温度変化に対して敏感に抵抗値が変化するために
零点がが変動し、この零点ドリフトを補償する回
路が必要となつた。その上サーミスタの場合は、
周波数が高くなると入力定在波比が大きくなり、
また、バレツタの場合は、過電流に弱いなどの欠
点がある。
その検出素子としてはボロメータが用いられ、最
近ではBi−Sb等に代表される薄膜熱電対素子や
Si−Ta2Nに代表される半導体−薄膜熱電対素子
が用いられている。サーミスタやバレツタなどの
ボロメータを検出素子として用いた方式は、高周
波エネルギーを吸収したときに生じる抵抗値変化
から間接的に入射電力を測定するもので、周囲の
温度変化に対して敏感に抵抗値が変化するために
零点がが変動し、この零点ドリフトを補償する回
路が必要となつた。その上サーミスタの場合は、
周波数が高くなると入力定在波比が大きくなり、
また、バレツタの場合は、過電流に弱いなどの欠
点がある。
検出素子として薄膜熱電対素子や半導体−薄膜
熱電対素子を用いた方式は、薄膜熱電対素子又は
半導体−薄膜熱電対素子が入射高周波電力を吸収
し、その入射電力に比例した直流の熱起電力に変
換して測定するものである。この方式は周囲温度
の変化による零点ドリフトは小さいが、1μW以
下の微小な電力を測定するのが困難である。特に
Bi−Sb等に代表される薄膜熱電対素子の場合は、
金属の融点が低く、特にこの金属をポリイミドフ
イルムがマイカ等絶縁性基板に蒸着膜を形成した
場合、絶縁性基板との付着力が弱くなる。しか
も、水や有機溶剤によつて膜質が損なわれるの
で、フオトエツチング技術に代表される微細加工
技術が使用できない等の欠点がある。一方、Si−
Ta2Nに代表される半導体−薄膜熱電対素子は、
支持基板のシリコン（Si）の熱伝導率が1.45W／
cm℃と大きい。このため熱電対素子の検出感度を
高めるために、シリコン基板を薄くする必要性が
あり、実用化素子では基板厚さが5μｍ程度であ
る。チツプ状シリコン基板の一部を薄くするため
には通常選択性エツチング技術が用いられるた
め、予めシリコン基板にエツチングストツパ用拡
散層を形成しておく必要性がある。このように半
導体−薄膜熱電対素子は、構造が複雑な上に製造
方法も困難さを伴なつている。
熱電対素子を用いた方式は、薄膜熱電対素子又は
半導体−薄膜熱電対素子が入射高周波電力を吸収
し、その入射電力に比例した直流の熱起電力に変
換して測定するものである。この方式は周囲温度
の変化による零点ドリフトは小さいが、1μW以
下の微小な電力を測定するのが困難である。特に
Bi−Sb等に代表される薄膜熱電対素子の場合は、
金属の融点が低く、特にこの金属をポリイミドフ
イルムがマイカ等絶縁性基板に蒸着膜を形成した
場合、絶縁性基板との付着力が弱くなる。しか
も、水や有機溶剤によつて膜質が損なわれるの
で、フオトエツチング技術に代表される微細加工
技術が使用できない等の欠点がある。一方、Si−
Ta2Nに代表される半導体−薄膜熱電対素子は、
支持基板のシリコン（Si）の熱伝導率が1.45W／
cm℃と大きい。このため熱電対素子の検出感度を
高めるために、シリコン基板を薄くする必要性が
あり、実用化素子では基板厚さが5μｍ程度であ
る。チツプ状シリコン基板の一部を薄くするため
には通常選択性エツチング技術が用いられるた
め、予めシリコン基板にエツチングストツパ用拡
散層を形成しておく必要性がある。このように半
導体−薄膜熱電対素子は、構造が複雑な上に製造
方法も困難さを伴なつている。
そこで本発明の出願人らは、アモルフアス半導
体薄膜、特にアモルフアスシリコン薄膜（以下ア
モルフアスSi薄膜と記す）の有する大きな熱電
能、P+−n+接合部のオーミツク特性、薄膜形成
の容易さと微細加工性に着目して、絶縁性基板上
に相互にその一部がオーミツク特性を有した接触
部を形成する第１及び第２のアモルフアス半導体
薄膜で構成された熱電対素子を先に提案してい
る。
体薄膜、特にアモルフアスシリコン薄膜（以下ア
モルフアスSi薄膜と記す）の有する大きな熱電
能、P+−n+接合部のオーミツク特性、薄膜形成
の容易さと微細加工性に着目して、絶縁性基板上
に相互にその一部がオーミツク特性を有した接触
部を形成する第１及び第２のアモルフアス半導体
薄膜で構成された熱電対素子を先に提案してい
る。
この第１及び第２のアモルフアス半導体薄膜で
構成された熱電対素子を用いて光パワーを検出す
るに当つては何んら問題はないが、例えばマイク
ロ波の電力を直接電対素子に入射して熱電変換を
行なわせる方式で入射電力を検出するに当つて
は、インピーダンス整合をとる必要がある。しか
しながら前記熱電対素子においては、前記熱電対
素子を構成する第１及び第２のアモルフアス半導
体薄膜の導電率は従来に比べて高くできたが、そ
れでも高周波の電力を検出する十分な導電率を有
する薄膜が得られていない。従がつて前記熱電対
素子における入力インピーダンスはまだ高く、イ
ンピーダンス整合がとれない欠点があつた。アモ
ルフアス半導体薄膜の導電率を高くすればよい
が、現在での技術では導電率（σ）の高いアモル
フアス半導体薄膜、例えば102S・cm-1以上のもの
がP+形では実現できてもn+形では実現されない
でいる。
構成された熱電対素子を用いて光パワーを検出す
るに当つては何んら問題はないが、例えばマイク
ロ波の電力を直接電対素子に入射して熱電変換を
行なわせる方式で入射電力を検出するに当つて
は、インピーダンス整合をとる必要がある。しか
しながら前記熱電対素子においては、前記熱電対
素子を構成する第１及び第２のアモルフアス半導
体薄膜の導電率は従来に比べて高くできたが、そ
れでも高周波の電力を検出する十分な導電率を有
する薄膜が得られていない。従がつて前記熱電対
素子における入力インピーダンスはまだ高く、イ
ンピーダンス整合がとれない欠点があつた。アモ
ルフアス半導体薄膜の導電率を高くすればよい
が、現在での技術では導電率（σ）の高いアモル
フアス半導体薄膜、例えば102S・cm-1以上のもの
がP+形では実現できてもn+形では実現されない
でいる。
そこで熱電対素子の入力インピーダンスを低下
させる物理的な形状の薄膜を形成する製造が考え
られる。この場合、直流的には入力インピーダン
スが小さくでき、インピーダンス整合条件は満足
されるが、交流的には入力定在波比が大きくなつ
て好ましくない。しかも温接点と冷接点との間隔
が短かくなり、熱電対素子として機能が損なわれ
てしまう欠点がある。
させる物理的な形状の薄膜を形成する製造が考え
られる。この場合、直流的には入力インピーダン
スが小さくでき、インピーダンス整合条件は満足
されるが、交流的には入力定在波比が大きくなつ
て好ましくない。しかも温接点と冷接点との間隔
が短かくなり、熱電対素子として機能が損なわれ
てしまう欠点がある。
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、第
１及び第２のアモルフアス半導体薄膜のいずれか
一方を適度の導電率を有する金属抵抗体薄膜に換
え、インピーダンス整合がとり得るような構造の
熱電対素子及び該熱電対素子を用いた電力検出素
子を提供することを目的としている。以下図面を
参照しながら説明する。
１及び第２のアモルフアス半導体薄膜のいずれか
一方を適度の導電率を有する金属抵抗体薄膜に換
え、インピーダンス整合がとり得るような構造の
熱電対素子及び該熱電対素子を用いた電力検出素
子を提供することを目的としている。以下図面を
参照しながら説明する。
第１図は本発明に係る熱電対素子の一実施例を
示す平面図、第２図は第１図の矢視Ｘ−Ｘの断面
図である。
示す平面図、第２図は第１図の矢視Ｘ−Ｘの断面
図である。
第１図、第２図において、絶縁性基板１上には
アモルフアス半導体薄膜２と金属抵抗体薄膜３と
が設けられる。アモルフアス半導体薄膜２と金属
抵抗体薄膜３とは互にその一部が接触し、オーミ
ツク特性を有する接触部５が形成されている。ア
モルフアス半導体薄膜２及び金属抵抗体薄膜３に
は図示の如く、前記接触部５から隔れた位置にそ
の一部を接触してオーミツク電極４および電極
４′が設けられ、一対の電極を構成している。
アモルフアス半導体薄膜２と金属抵抗体薄膜３と
が設けられる。アモルフアス半導体薄膜２と金属
抵抗体薄膜３とは互にその一部が接触し、オーミ
ツク特性を有する接触部５が形成されている。ア
モルフアス半導体薄膜２及び金属抵抗体薄膜３に
は図示の如く、前記接触部５から隔れた位置にそ
の一部を接触してオーミツク電極４および電極
４′が設けられ、一対の電極を構成している。
このように構成された熱電対素子７は、アモル
フアス半導体薄膜２と金属抵抗体薄膜３との接触
部５が温（冷）接点を、アモルフアス半導体薄膜
２とオーミツク電極４との接触部６及び金属抵抗
体薄膜３と電極４′との接触部６′とがそれぞれ冷
（温）接点となり、この温接点と冷接点との間の
温度差ΔTに比例した熱起電力Ｖが、上記オーミ
ツク電極４と電極４′との間に発生する。この時
発生する熱起電力Ｖはアモルフアス半導体薄膜２
の熱電能αaと、金属抵抗体薄膜３の熱電能αnと、
上記温度差ΔTとによつて決定され Ｖ＝（αa＋αn）ΔT ……(1) で示される。
フアス半導体薄膜２と金属抵抗体薄膜３との接触
部５が温（冷）接点を、アモルフアス半導体薄膜
２とオーミツク電極４との接触部６及び金属抵抗
体薄膜３と電極４′との接触部６′とがそれぞれ冷
（温）接点となり、この温接点と冷接点との間の
温度差ΔTに比例した熱起電力Ｖが、上記オーミ
ツク電極４と電極４′との間に発生する。この時
発生する熱起電力Ｖはアモルフアス半導体薄膜２
の熱電能αaと、金属抵抗体薄膜３の熱電能αnと、
上記温度差ΔTとによつて決定され Ｖ＝（αa＋αn）ΔT ……(1) で示される。
アモルフアス半導体薄膜２として、P+形又は
n+形の各アモルフアスSi薄膜を用いれば、P+及
びn+形の各アモルフアスSi薄膜の熱電能αaは逆の
熱電能を有するので、オーミツク電極４と電極
４′との間に発生する熱起電力Ｖは極性が逆とな
る。
n+形の各アモルフアスSi薄膜を用いれば、P+及
びn+形の各アモルフアスSi薄膜の熱電能αaは逆の
熱電能を有するので、オーミツク電極４と電極
４′との間に発生する熱起電力Ｖは極性が逆とな
る。
アモルフアス半導体薄膜２として上記P+形又
はn+形のアモルフアス半導体を用いた場合にそ
れに対する金属抵抗体薄膜３の組合せはゼーベツ
ク係数が大となり、しかも互に熱電能の極性が異
なる金属抵抗体が選ばれる。例えばアモルフアス
半導体薄膜２としてP+形アモルフアス半導体薄
膜が使用されたときの金属抵抗体薄膜には、コン
スタンタン或いはニツケルの各薄膜を組合わせ、
n+形アモルフアス半導体薄膜が使用されたとき
の金属抵抗体薄膜には、ニクロム薄膜等と組合わ
せられるのが一般的である。
はn+形のアモルフアス半導体を用いた場合にそ
れに対する金属抵抗体薄膜３の組合せはゼーベツ
ク係数が大となり、しかも互に熱電能の極性が異
なる金属抵抗体が選ばれる。例えばアモルフアス
半導体薄膜２としてP+形アモルフアス半導体薄
膜が使用されたときの金属抵抗体薄膜には、コン
スタンタン或いはニツケルの各薄膜を組合わせ、
n+形アモルフアス半導体薄膜が使用されたとき
の金属抵抗体薄膜には、ニクロム薄膜等と組合わ
せられるのが一般的である。
一方熱電対素子７の入力インピーダンスは、金
属抵抗体薄膜３を用いていることにより下がつて
いる。金属抵抗体薄膜３に用いられる金属抵抗体
の導電率はアモルフアス半導体薄膜２に用いられ
ているアモルフアス半導体の導電率よりも約１桁
以上も大きい。従がつて、図示の金属抵抗体薄膜
３の部分に第２のアモルフアス半導体薄膜を設け
て熱電対素子を構成した場合に比較して、本発明
に係る熱電対素子７の熱起電力はほゞ半分ではあ
るが、インピーダンス整合がとり得る構造の熱電
対素子が構成される。
属抵抗体薄膜３を用いていることにより下がつて
いる。金属抵抗体薄膜３に用いられる金属抵抗体
の導電率はアモルフアス半導体薄膜２に用いられ
ているアモルフアス半導体の導電率よりも約１桁
以上も大きい。従がつて、図示の金属抵抗体薄膜
３の部分に第２のアモルフアス半導体薄膜を設け
て熱電対素子を構成した場合に比較して、本発明
に係る熱電対素子７の熱起電力はほゞ半分ではあ
るが、インピーダンス整合がとり得る構造の熱電
対素子が構成される。
第３図は本発明に係る熱電対素子を応用した電
力検出素子の一実施例を示している平面図、第４
図は第３図の矢視Ｙ−Ｙの断面図である。
力検出素子の一実施例を示している平面図、第４
図は第３図の矢視Ｙ−Ｙの断面図である。
第３図、第４図において、絶縁性基板１１上に
は第１図、第２図で説明した本発明に係る熱電対
素子が向きを逆にして並列に並べて構成されてい
る。すなわち、互にその一部が接触し、オーミツ
ク特性を有する接触部１５と１５′をそれぞれ形
成するアモルフアス半導体薄膜１２と１２′及び
金属抵抗体薄膜１３と１３′とが、絶縁性基板１
１上に設けられている。アモルフアス半導体薄膜
１２及び金属抵抗体薄膜１３′には図示の如く、
前記各接触部１５及び１５′から隔れた位置にそ
の一部を接触してオーミツク電極１４Ａ及び電極
１４Ｃが設けられている。また前記各接触部１５
及び１５′から隔れた位置にアモルフアス半導体
薄膜１２′と金属抵抗体薄膜１３とが互にその一
部を接触し、更にその上側に前記金属抵抗体薄膜
１３の一部と接触しているオーミツク電極１４Ｂ
が設けられている。
は第１図、第２図で説明した本発明に係る熱電対
素子が向きを逆にして並列に並べて構成されてい
る。すなわち、互にその一部が接触し、オーミツ
ク特性を有する接触部１５と１５′をそれぞれ形
成するアモルフアス半導体薄膜１２と１２′及び
金属抵抗体薄膜１３と１３′とが、絶縁性基板１
１上に設けられている。アモルフアス半導体薄膜
１２及び金属抵抗体薄膜１３′には図示の如く、
前記各接触部１５及び１５′から隔れた位置にそ
の一部を接触してオーミツク電極１４Ａ及び電極
１４Ｃが設けられている。また前記各接触部１５
及び１５′から隔れた位置にアモルフアス半導体
薄膜１２′と金属抵抗体薄膜１３とが互にその一
部を接触し、更にその上側に前記金属抵抗体薄膜
１３の一部と接触しているオーミツク電極１４Ｂ
が設けられている。
このように構成された電力検出素子１８は、ア
モルフアス半導体薄膜１２と金属抵抗体薄膜１３
との接触部１５及びアモルフアス半導体薄膜１
２′との金属抵抗体薄膜１３′との接触部１５′と
が温接点となり、アモルフアス半導体薄膜１２と
オーミツク電極１４Ａとの接触部１６Ａ、及び金
属抵抗体薄膜１３′と電極１４Ｃとの接触部、及
びアモルフアス半導体薄膜１２′と金属抵抗体薄
膜１３との接触部１６Ｂとが冷接点となる。
モルフアス半導体薄膜１２と金属抵抗体薄膜１３
との接触部１５及びアモルフアス半導体薄膜１
２′との金属抵抗体薄膜１３′との接触部１５′と
が温接点となり、アモルフアス半導体薄膜１２と
オーミツク電極１４Ａとの接触部１６Ａ、及び金
属抵抗体薄膜１３′と電極１４Ｃとの接触部、及
びアモルフアス半導体薄膜１２′と金属抵抗体薄
膜１３との接触部１６Ｂとが冷接点となる。
電力検出素子１８を用いて構成した電力検出装
置の一実施例を第５図に示す。第５図において、
符号１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１８は第３図のも
のに対応する。符号２０は被測定信号、２１はカ
ツプリングコンデンサ、２２はバイパスコンデン
サ、２３は増幅器、２４は表示装置、２５，２
５′はアースを表わしている。
置の一実施例を第５図に示す。第５図において、
符号１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１８は第３図のも
のに対応する。符号２０は被測定信号、２１はカ
ツプリングコンデンサ、２２はバイパスコンデン
サ、２３は増幅器、２４は表示装置、２５，２
５′はアースを表わしている。
カツプリングコンデンサ２１を介して入力され
た被測定信号は直接電力検出素子１８内で吸収さ
れ、熱電変換されてその熱起電力が出力端子のオ
ーミツク電極１４Ａと電極１４Ｃとの間に現われ
る。第５図から判る様に、電力検出素子１８の入
力インピーダンスは第１図、第２図で説明した熱
電対素子７の１個分にほゞ相当し、インピーダン
ス整合がとられることを示している。
た被測定信号は直接電力検出素子１８内で吸収さ
れ、熱電変換されてその熱起電力が出力端子のオ
ーミツク電極１４Ａと電極１４Ｃとの間に現われ
る。第５図から判る様に、電力検出素子１８の入
力インピーダンスは第１図、第２図で説明した熱
電対素子７の１個分にほゞ相当し、インピーダン
ス整合がとられることを示している。
電力検出素子１８のオーミツク電極１４Ａと１
４Ｂ、及びオーミツク電極１４Ｂと電極１４Ｃと
の間にはそれぞれ式(1)で示される熱起電力が発生
しているので、上記オーミツク電極１４Ａと電極
１４Ｃとの間には１対の熱電対素子に発生した和
の起電力即ち、Ｖ＝２（αa＋αn）ΔTが現われる。
該和の起電力は増幅器２３で増幅された後、表示
装置２４に表示される。
４Ｂ、及びオーミツク電極１４Ｂと電極１４Ｃと
の間にはそれぞれ式(1)で示される熱起電力が発生
しているので、上記オーミツク電極１４Ａと電極
１４Ｃとの間には１対の熱電対素子に発生した和
の起電力即ち、Ｖ＝２（αa＋αn）ΔTが現われる。
該和の起電力は増幅器２３で増幅された後、表示
装置２４に表示される。
また第５図から判るように、電力検出素子１８
のオーミツク電極１４Ａは接地され、かつ電極１
４Ｃはバイパスコンデンサ２２を介して高周波的
に接地されており、出力端子用リード線によつて
もたらされる浮遊インダクタンスが被測定信号系
にフイードバツクされないので、低周波から超高
周波にわたつて入力定在波比を低く一定に抑える
ことができ、従がつて電力検出素子１８を用いて
構成した電力検出装置は、低周波から超高周波に
わたる電力を検出、測定することができる。
のオーミツク電極１４Ａは接地され、かつ電極１
４Ｃはバイパスコンデンサ２２を介して高周波的
に接地されており、出力端子用リード線によつて
もたらされる浮遊インダクタンスが被測定信号系
にフイードバツクされないので、低周波から超高
周波にわたつて入力定在波比を低く一定に抑える
ことができ、従がつて電力検出素子１８を用いて
構成した電力検出装置は、低周波から超高周波に
わたる電力を検出、測定することができる。
第６図は本発明に係る熱電対素子を応用した光
パワー検出素子の一実施例を示している平面図、
第７図は第６図の矢視Ｚ−Ｚの断面図である。
パワー検出素子の一実施例を示している平面図、
第７図は第６図の矢視Ｚ−Ｚの断面図である。
第６図、第７図において、符号１ないし７は第
１図、第２図のものに対応する。符号３７は光吸
収膜、３８は光パワー検出素子を表わしている。
１図、第２図のものに対応する。符号３７は光吸
収膜、３８は光パワー検出素子を表わしている。
光パワー検出素子３８は第１図、第２図で説明
した熱電対素子７の温接点を形成するアモルフア
ス半導体薄膜２と金属抵抗体薄膜３との接触部５
の面上に光吸収膜３７が設けられている。該光吸
収膜３７は、金黒、カーボンブラツク或いは組成
比の異なつたアモルフアス半導体薄膜等で構成さ
れる。
した熱電対素子７の温接点を形成するアモルフア
ス半導体薄膜２と金属抵抗体薄膜３との接触部５
の面上に光吸収膜３７が設けられている。該光吸
収膜３７は、金黒、カーボンブラツク或いは組成
比の異なつたアモルフアス半導体薄膜等で構成さ
れる。
以上の実施例で説明した熱電対素子、該熱電対
素子を応用した電力検出素子及び光パワー検出素
子は、それぞれ１対或いは２対の熱電対素子の構
成のものについて述べたが、構造上容易に想像で
きるように、１対或いは２対以上をカスケード状
に接続した多対形熱電対素子を構成することがで
き、しかもこの場合はオーミツク電極間の出力電
力（熱起電力）と入力インピーダンスは、それぞ
れ熱電対素子数に比例して大きくなるので、測定
精度及び所望の入力インピーダンス等に合わせた
設計ができる。
素子を応用した電力検出素子及び光パワー検出素
子は、それぞれ１対或いは２対の熱電対素子の構
成のものについて述べたが、構造上容易に想像で
きるように、１対或いは２対以上をカスケード状
に接続した多対形熱電対素子を構成することがで
き、しかもこの場合はオーミツク電極間の出力電
力（熱起電力）と入力インピーダンスは、それぞ
れ熱電対素子数に比例して大きくなるので、測定
精度及び所望の入力インピーダンス等に合わせた
設計ができる。
次に熱電対素子の製造方法について述べる。絶
縁性基板１にグロー放電法を用いてＰ形或いはｎ
形アモルフアス半導体薄膜２を堆積したのち、蒸
着法等により金属抵抗体薄膜３を形成する。パタ
ーニングにはフオトエツチング技術又はメタルマ
スクを用いる。次にＰ形或いはｎ形アモルフアス
半導体薄膜２および金属抵抗体薄膜３の各一部に
オーミツク電極４および電極４′を設ける。オー
ミツク電極材料としてはそれぞれAl、Au、Ｗ、
NiCr、Pt等が使いられる。特にアモルフアス半
導体薄膜用電極材料の一例としてはNiCr500Å／
Au3000Åの多層構造のものが優れている。
縁性基板１にグロー放電法を用いてＰ形或いはｎ
形アモルフアス半導体薄膜２を堆積したのち、蒸
着法等により金属抵抗体薄膜３を形成する。パタ
ーニングにはフオトエツチング技術又はメタルマ
スクを用いる。次にＰ形或いはｎ形アモルフアス
半導体薄膜２および金属抵抗体薄膜３の各一部に
オーミツク電極４および電極４′を設ける。オー
ミツク電極材料としてはそれぞれAl、Au、Ｗ、
NiCr、Pt等が使いられる。特にアモルフアス半
導体薄膜用電極材料の一例としてはNiCr500Å／
Au3000Åの多層構造のものが優れている。
光パワー検出素子の製造方法としては、前記熱
電対素子の製造方法に述べた工程に、光吸収膜３
７を形成する工程を追加する。光吸収膜形成に
は、グロー放電法、あるいは真空蒸着法等を用い
ることができる。次にグロー放電法について若干
述べる。グロー放電法には直流電界中でグロー放
電を発生させるDCグロー放電法と高周波電界中
でグロー放電を発生させるRFグロー放電法があ
る。第８図はRFグロー放電法により、絶縁性基
板等のアモルフアスSi薄膜を堆積させる装置例で
ある。この装置は真空容器４０と真空容器４０内
に平行に配列されたアノード４４およびカソード
４５、ガス４３を真空容器４０内に給気又は排気
するための給気口４１および排気口４２、アノー
ド４４およびカソード４５を加熱するヒータ４
７，４７′等から構成される。絶縁性基板４６は
アノード４５上に置かれる。ガス４３としては、
通常SiH4又はSiF4とH2の混合ガスにドーピング
ガス（例えばPH3、AsH3、B2H6等）を添加した
ものが用いられる。グロー放電中の真空圧力は数
Torr、電圧Ｅは高周波電圧が使用され、その電
圧はほぼ一定で電流は１〜100ｍＡ／cm2であり、
ガス反応の大部分は陽光柱（プラズマ４８）内で
起る。特に、このグロー放電法では基板温度が
400℃以下という低温度でアモルフアス半導体薄
膜を堆積できるという特徴を有する（従来の薄膜
製造のための熱分解法では基板温度として500〜
700℃が必要であつた）。DCグロー放電法を用い
た堆積条件の一例としては、放電圧力0.1〜
10Torr、放電電流１〜100ｍＡ／cm2、放電電圧
500〜800V、電極間隔３cm、基板温度250〜450
℃、SiF4／H2＝１〜10、B2H6／SiF4＝100〜
2500ppm、PH3／SiF4＝100〜2500ppmである。
この条件で堆積したアモルフアス半導体薄膜とし
て、導電率σ＝20（Ω・cm）-1以上のものが容易に
得られている。半導体薄膜の導電率を高める方法
としては、放電電流を大きくする方法あるいはド
ーピングガスの割合を高くする方法等が一般的で
ある。又、磁界を印加する方法も有効である。以
上の方法を用いて半導体薄膜を堆積した場合、ア
モルフアス膜中に100Å前後の微細な結晶相が含
まれたり、多結晶的性質を示すようになるが熱電
能特性は保持される。このように熱電能特性が保
持されている微細な結晶相を包含しているものも
含めて本明細書の冒頭部分で定義したアモルフア
ス半導体の中に入れている。
電対素子の製造方法に述べた工程に、光吸収膜３
７を形成する工程を追加する。光吸収膜形成に
は、グロー放電法、あるいは真空蒸着法等を用い
ることができる。次にグロー放電法について若干
述べる。グロー放電法には直流電界中でグロー放
電を発生させるDCグロー放電法と高周波電界中
でグロー放電を発生させるRFグロー放電法があ
る。第８図はRFグロー放電法により、絶縁性基
板等のアモルフアスSi薄膜を堆積させる装置例で
ある。この装置は真空容器４０と真空容器４０内
に平行に配列されたアノード４４およびカソード
４５、ガス４３を真空容器４０内に給気又は排気
するための給気口４１および排気口４２、アノー
ド４４およびカソード４５を加熱するヒータ４
７，４７′等から構成される。絶縁性基板４６は
アノード４５上に置かれる。ガス４３としては、
通常SiH4又はSiF4とH2の混合ガスにドーピング
ガス（例えばPH3、AsH3、B2H6等）を添加した
ものが用いられる。グロー放電中の真空圧力は数
Torr、電圧Ｅは高周波電圧が使用され、その電
圧はほぼ一定で電流は１〜100ｍＡ／cm2であり、
ガス反応の大部分は陽光柱（プラズマ４８）内で
起る。特に、このグロー放電法では基板温度が
400℃以下という低温度でアモルフアス半導体薄
膜を堆積できるという特徴を有する（従来の薄膜
製造のための熱分解法では基板温度として500〜
700℃が必要であつた）。DCグロー放電法を用い
た堆積条件の一例としては、放電圧力0.1〜
10Torr、放電電流１〜100ｍＡ／cm2、放電電圧
500〜800V、電極間隔３cm、基板温度250〜450
℃、SiF4／H2＝１〜10、B2H6／SiF4＝100〜
2500ppm、PH3／SiF4＝100〜2500ppmである。
この条件で堆積したアモルフアス半導体薄膜とし
て、導電率σ＝20（Ω・cm）-1以上のものが容易に
得られている。半導体薄膜の導電率を高める方法
としては、放電電流を大きくする方法あるいはド
ーピングガスの割合を高くする方法等が一般的で
ある。又、磁界を印加する方法も有効である。以
上の方法を用いて半導体薄膜を堆積した場合、ア
モルフアス膜中に100Å前後の微細な結晶相が含
まれたり、多結晶的性質を示すようになるが熱電
能特性は保持される。このように熱電能特性が保
持されている微細な結晶相を包含しているものも
含めて本明細書の冒頭部分で定義したアモルフア
ス半導体の中に入れている。
又、Si−Geの合金形アモルフアス半導体薄膜
も高い導電率が得られる。この場合、GeH4の混
合ガスにB2H6又はPH3、AsH3のドーピングガス
を添付したものを用い、RF又はDCグロー放電法
を用いてアモルフアス半導薄膜を堆積させる。
も高い導電率が得られる。この場合、GeH4の混
合ガスにB2H6又はPH3、AsH3のドーピングガス
を添付したものを用い、RF又はDCグロー放電法
を用いてアモルフアス半導薄膜を堆積させる。
以上説明した如く、本発明によれば次のような
効果を有する。
効果を有する。
(1) 熱電能、導電率が共に大きいアモルフアス半
導体と熱電能の極性が異なる金属抵抗体とを組
み合わせたので、高周波帯に対してインピーダ
ンス整合が行なえるような熱電対素子が構成で
き、該熱電対素子を応用して直熱形の高周波電
力検出装置等を構成することができる。
導体と熱電能の極性が異なる金属抵抗体とを組
み合わせたので、高周波帯に対してインピーダ
ンス整合が行なえるような熱電対素子が構成で
き、該熱電対素子を応用して直熱形の高周波電
力検出装置等を構成することができる。
(2) フオトエツチング技術に代表される微細加工
技術が使用できるので超小形の熱電対素子およ
び本熱対素子を応用した電力検出素子や光パワ
ー検出素子等を構成することができる。
技術が使用できるので超小形の熱電対素子およ
び本熱対素子を応用した電力検出素子や光パワ
ー検出素子等を構成することができる。
(3) 高周波電力検出素子等が直熱形に構成できる
ので、従来の傍熱形に比して片面加工の電力検
出素子ですみ、従がつて製造工程が少なくなつ
て安価な電力検出装置等が可能となる。
ので、従来の傍熱形に比して片面加工の電力検
出素子ですみ、従がつて製造工程が少なくなつ
て安価な電力検出装置等が可能となる。
以上述べた如く、本発明に係る熱電対素子およ
びこの熱電対素子を応用した電力検出素子、光パ
ワー検出素子は、従来のものよりも幾多の利点を
有している。
びこの熱電対素子を応用した電力検出素子、光パ
ワー検出素子は、従来のものよりも幾多の利点を
有している。
第１図は本発明に係る熱電対素子の一実施例を
示す平面図、第２図は第１図の矢視Ｘ−Ｘの断面
図、第３図は本発明に係る熱電対素子を応用した
電力検出素子の一実施例を示している平面図、第
４図は第３図の矢視Ｙ−Ｙの断面図、第５図は電
力検出装置の一実施例を示している図、第６図は
本発明に係る熱電対素子を応用した光パワー検出
素子の一実施例を示している平面図、第７図は第
６図の矢視Ｚ−Ｚの断面図、第８図はグロー放電
法に係る装置の一例を示している図。 図中、１，１１，４６は各絶縁性基板、２，１
２，１２′は各アモルフアス半導体薄膜、３，１
３，１３′は各金属抵抗体薄膜、４，１４Ａ，１
４Ｂは各オーミツク電極、４′，１４Ｃは各電極、
５，６，６′，１５，１６Ａ，１６Ｂ，３５は接
触部、７は熱電対素子、１８は電力検出素子、２
０は被測定信号、２１はカツプリングコンデン
サ、２２はバイパスコンデンサ、２３は増幅器、
２４は表示装置、２５，２５′はアース、３７は
光吸収膜、３８は光パワー検出素子、４０は真空
容器、４１は給気口、４２は排気口、４３はガ
ス、４４はアノード、４５はカソード、４７，４
７′は各ヒータ、４８はプラズマをそれぞれ表わ
している。
示す平面図、第２図は第１図の矢視Ｘ−Ｘの断面
図、第３図は本発明に係る熱電対素子を応用した
電力検出素子の一実施例を示している平面図、第
４図は第３図の矢視Ｙ−Ｙの断面図、第５図は電
力検出装置の一実施例を示している図、第６図は
本発明に係る熱電対素子を応用した光パワー検出
素子の一実施例を示している平面図、第７図は第
６図の矢視Ｚ−Ｚの断面図、第８図はグロー放電
法に係る装置の一例を示している図。 図中、１，１１，４６は各絶縁性基板、２，１
２，１２′は各アモルフアス半導体薄膜、３，１
３，１３′は各金属抵抗体薄膜、４，１４Ａ，１
４Ｂは各オーミツク電極、４′，１４Ｃは各電極、
５，６，６′，１５，１６Ａ，１６Ｂ，３５は接
触部、７は熱電対素子、１８は電力検出素子、２
０は被測定信号、２１はカツプリングコンデン
サ、２２はバイパスコンデンサ、２３は増幅器、
２４は表示装置、２５，２５′はアース、３７は
光吸収膜、３８は光パワー検出素子、４０は真空
容器、４１は給気口、４２は排気口、４３はガ
ス、４４はアノード、４５はカソード、４７，４
７′は各ヒータ、４８はプラズマをそれぞれ表わ
している。
Claims (1)
- １ 絶縁性基板１と；該絶縁性基板１上に設けら
れたアモルフアス半導体薄膜２と；前記絶縁性基
板１上に設けられ、該アモルフアス半導体薄膜２
の一部と接して形成された金属抵抗体薄膜３と；
該接触部５と隔離して前記アモルフアス半導体薄
膜２および金属抵抗体薄膜３の各一部に設けられ
たオーミツク電極４および電極４′とを備え、前
記アモルフアス半導体薄膜２と前記金属抵抗体薄
膜３との接触部５を温（冷）接点とし、前記アモ
ルフアス半導体薄膜２および金属抵抗体薄膜３と
前記オーミツク電極４および電極４′との各接触
部６，６′を冷（温）接点とすることにより前記
オーミツク電極４と電極４′との間に起電力が発
生するようにしたことを特徴とする熱電対素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57091342A JPS58209174A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | 熱電対素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57091342A JPS58209174A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | 熱電対素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58209174A JPS58209174A (ja) | 1983-12-06 |
| JPH021379B2 true JPH021379B2 (ja) | 1990-01-11 |
Family
ID=14023740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57091342A Granted JPS58209174A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | 熱電対素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58209174A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60124053U (ja) * | 1984-01-30 | 1985-08-21 | アンリツ株式会社 | 双子形熱電対素子 |
| JP2876405B2 (ja) * | 1985-12-27 | 1999-03-31 | アンリツ株式会社 | 薄膜熱電対素子 |
| JP2577546B2 (ja) * | 1986-04-25 | 1997-02-05 | アンリツ株式会社 | 熱電対素子とその製法 |
| JP5361279B2 (ja) * | 2008-08-18 | 2013-12-04 | 株式会社ダ・ビンチ | 熱電変換素子 |
-
1982
- 1982-05-31 JP JP57091342A patent/JPS58209174A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58209174A (ja) | 1983-12-06 |
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