JPH02275601A - 薄膜サーミスタおよびその製造方法 - Google Patents
薄膜サーミスタおよびその製造方法Info
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- JPH02275601A JPH02275601A JP1097123A JP9712389A JPH02275601A JP H02275601 A JPH02275601 A JP H02275601A JP 1097123 A JP1097123 A JP 1097123A JP 9712389 A JP9712389 A JP 9712389A JP H02275601 A JPH02275601 A JP H02275601A
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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
本発明は耐熱性の高い薄膜サーミスタに関するもので、
この薄膜サーミスタは熱セルフクリーニング機能付き電
気オーブン、ガスオーブンなどの温度センサとして利用
される。
この薄膜サーミスタは熱セルフクリーニング機能付き電
気オーブン、ガスオーブンなどの温度センサとして利用
される。
従来の技術
ＳｉＣ″ＦｌｌＩ’Ａサーミスタは、例えば、長井、他
ナショナルテクニカルレポート（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ） Ｖｏｌ、２９．（
１９８３） Ｐ、１４５に示されるように、第１図のよ
うな構造になっていた。すなわち、実用５ｉＣｌ膜サー
ミスタｌはサーミスタ素子２、リード線３および硝子被
覆Ｆｉ４で構成される。サーミスタ素子２は、あらかじ
め櫛形状焼成電極Ｗ１２２の形成された絶縁性基板２１
の一方の表面に、スパッタ５ｉＣｉ膜２３を形成して構
成される。代表的絶縁性基板２１としてアルミナ基板２
１が用いられる。アルミナ基板２１は、通常、表面粗さ
２〜３μｍ、純度約９５％のものが用いられる。代表的
焼成電極膜２２としてＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２が用い
られる。サーミスタ素子２の耐熱性はこの焼成電極１１
！２２に大きく依存するので、後に詳しく述べる。Ｓｉ
Ｃ薄膜２３は通常の平行平板型高周波スパンタリング装
置を用いて形成される。サーミスタ素子２が形成された
後、リード線３が接続され、さらに湿度、埃などから素
子を保護するために硝子被覆層４が形成され、実用Ｓｉ
Ｃ薄膜サーミスタ１として完成する。
ナショナルテクニカルレポート（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ） Ｖｏｌ、２９．（
１９８３） Ｐ、１４５に示されるように、第１図のよ
うな構造になっていた。すなわち、実用５ｉＣｌ膜サー
ミスタｌはサーミスタ素子２、リード線３および硝子被
覆Ｆｉ４で構成される。サーミスタ素子２は、あらかじ
め櫛形状焼成電極Ｗ１２２の形成された絶縁性基板２１
の一方の表面に、スパッタ５ｉＣｉ膜２３を形成して構
成される。代表的絶縁性基板２１としてアルミナ基板２
１が用いられる。アルミナ基板２１は、通常、表面粗さ
２〜３μｍ、純度約９５％のものが用いられる。代表的
焼成電極膜２２としてＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２が用い
られる。サーミスタ素子２の耐熱性はこの焼成電極１１
！２２に大きく依存するので、後に詳しく述べる。Ｓｉ
Ｃ薄膜２３は通常の平行平板型高周波スパンタリング装
置を用いて形成される。サーミスタ素子２が形成された
後、リード線３が接続され、さらに湿度、埃などから素
子を保護するために硝子被覆層４が形成され、実用Ｓｉ
Ｃ薄膜サーミスタ１として完成する。
発明が解決しようとする課題
しかし、このような従来の実用５ｉＣｉ膜サーミスタは
、広い温度範囲を検出するのに適するという特徴を有す
るが、その最高使用温度が約４００℃であり、例えば、
熱セルフクリーニング機能付オープンの温度センサとし
て使用できないという課題があった。すなはち、上記オ
ープンは、通常の調理温度範囲（４０〜３００℃）から
庫内壁に付着した食品汚れを焼き切るセルフクリーニン
グ温度範囲（４５０〜５００℃）までの広い温度範囲に
わたり使用できる温度センサを必要とする。このため検
出温度範囲の広く、５００℃の高温に耐える温度センサ
が求められていた。
、広い温度範囲を検出するのに適するという特徴を有す
るが、その最高使用温度が約４００℃であり、例えば、
熱セルフクリーニング機能付オープンの温度センサとし
て使用できないという課題があった。すなはち、上記オ
ープンは、通常の調理温度範囲（４０〜３００℃）から
庫内壁に付着した食品汚れを焼き切るセルフクリーニン
グ温度範囲（４５０〜５００℃）までの広い温度範囲に
わたり使用できる温度センサを必要とする。このため検
出温度範囲の広く、５００℃の高温に耐える温度センサ
が求められていた。
そこで本発明の第一の目的は、５００℃の高温下でも長
時間にわたり動作可能な実用ＳｉＣ薄膜サーミスタを提
供することである。
時間にわたり動作可能な実用ＳｉＣ薄膜サーミスタを提
供することである。
本発明の第二の目的は、上記高耐熱性ＳｉＣ薄膜サーミ
スタのサーミスタ特性を安定化する方法を提供すること
である。
スタのサーミスタ特性を安定化する方法を提供すること
である。
ブｆ用
用ムムら一一←、サーミスタ素子を高温中で試験すると
、抵抗値は増大し、他方Ｂ定数は低下する。この原因は
、高温での試験中に、焼成電極膜が凝集し、ＳｉＣ薄膜
と焼成電極膜の間に高い界面インピーダンス層が形成さ
れることにある。従来の電極■りは上記の凝集が進行し
易いので、高い界面インピーダンス層が容易に成長する
。このために従来のサーミスタは保護硝子被覆しても約
４００℃以上で使用できなかった。本発明のサーミスタ
では酸化物を微量含むＡｕ−Ｐｔ焼成電掘膜が用いられ
ているので、上記５００℃の高温でも凝集が進行し難く
、このために５００’Ｃの耐熱性が得られた。
、抵抗値は増大し、他方Ｂ定数は低下する。この原因は
、高温での試験中に、焼成電極膜が凝集し、ＳｉＣ薄膜
と焼成電極膜の間に高い界面インピーダンス層が形成さ
れることにある。従来の電極■りは上記の凝集が進行し
易いので、高い界面インピーダンス層が容易に成長する
。このために従来のサーミスタは保護硝子被覆しても約
４００℃以上で使用できなかった。本発明のサーミスタ
では酸化物を微量含むＡｕ−Ｐｔ焼成電掘膜が用いられ
ているので、上記５００℃の高温でも凝集が進行し難く
、このために５００’Ｃの耐熱性が得られた。
実施例
以下、本発明の一実施例を添付図面にもとすいて説明す
る。第１図は本発明の５ｉＣＲ１１Ｑサーミスタの構造
を示す斜視図で、この構造自体は従来のＳｉＣ薄膜サー
ミスタと同じである。
る。第１図は本発明の５ｉＣＲ１１Ｑサーミスタの構造
を示す斜視図で、この構造自体は従来のＳｉＣ薄膜サー
ミスタと同じである。
以下で、Ａｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２のサーミスタ素子２
の耐熱性に及ばず効果を詳述する。従来のＡｕ−Ｐｔ焼
成電極膜２２は次のようにして形成した。Ａｕ−ＰＬペ
ーストを所定のパターンでアルミナ基板２１に印刷した
。印刷されたアルミナ基板２１を乾燥した後、空気中９
００〜１０００℃の温度で焼成した。このようにして形
成された焼成後の従来のＡ’ｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２は
Ａｕ、ＰＬ、および硝子（ＳｉＯｉ）で構成される。硝
子はＡｕ、ＰＬをアルミナ基板２１に強固に接着するた
めに必要であり、Ａｕ、ＰＬの総重量に対して約１０ｗ
ｔ％添加される。このような従来のＡｕ−Ｐｔ焼成電
極膜２２に微量の酸化物を添加することによりサーミス
タ素子２の耐熱性が向上することが見いだされた。以降
の記述では、本発明のサーミスタ素子２Ａは、微量の酸
化物の添加されたＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ａを用いた
サーミスタ素子２として定義する。従来のサーミスタ素
子２Ｂは、従来のＡｕ−ｐｔ焼成電極膜２２Ｂを用いた
サーミスタ素子２Ｂとして定義する。
の耐熱性に及ばず効果を詳述する。従来のＡｕ−Ｐｔ焼
成電極膜２２は次のようにして形成した。Ａｕ−ＰＬペ
ーストを所定のパターンでアルミナ基板２１に印刷した
。印刷されたアルミナ基板２１を乾燥した後、空気中９
００〜１０００℃の温度で焼成した。このようにして形
成された焼成後の従来のＡ’ｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２は
Ａｕ、ＰＬ、および硝子（ＳｉＯｉ）で構成される。硝
子はＡｕ、ＰＬをアルミナ基板２１に強固に接着するた
めに必要であり、Ａｕ、ＰＬの総重量に対して約１０ｗ
ｔ％添加される。このような従来のＡｕ−Ｐｔ焼成電
極膜２２に微量の酸化物を添加することによりサーミス
タ素子２の耐熱性が向上することが見いだされた。以降
の記述では、本発明のサーミスタ素子２Ａは、微量の酸
化物の添加されたＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ａを用いた
サーミスタ素子２として定義する。従来のサーミスタ素
子２Ｂは、従来のＡｕ−ｐｔ焼成電極膜２２Ｂを用いた
サーミスタ素子２Ｂとして定義する。
第２図はサーミスタ素子２Ａと２Ｂを空気中８２５℃で
アニールしたときのアニール時間経過に対するＢ定数変
化率（ΔＢ／Ｂ）を示す図である。本発明のサーミスタ
素子２Ａでは、酸化物として（Ｃａ酸化物＋Ｔｉ酸化物
）の混合物をＡｕとＰＬの総重量に対して約０．１％添
加した。スパッタロフト間での耐熱性のバラツキを避け
るために、両サーミスタ素子２Ａと２８のＳｉＣ薄膜と
も同一のスパッタロフトで作成した。アニール前のＢ定
数は両サーミスタ素子２Ａと２Ｂとも２４００−２４５
０にであった。なお、Ｂ定数は式１ｎ（Ｒ＋／Ｒｔ）／
（１／Ｔ＋−ｉ／ｌｔ）に従って求められた値で、Ｒ１
はＴ、（５０℃・３２３Ｋ）での直流抵抗値、ＲｔはＴ
ｔ（１６０”ｃ・４３３Ｋ）での直流抵抗値である。同
図より本発明のサーミスタ素子２Ａは従来のサーミスタ
素子２Ｂより安定であることが分かる。
アニールしたときのアニール時間経過に対するＢ定数変
化率（ΔＢ／Ｂ）を示す図である。本発明のサーミスタ
素子２Ａでは、酸化物として（Ｃａ酸化物＋Ｔｉ酸化物
）の混合物をＡｕとＰＬの総重量に対して約０．１％添
加した。スパッタロフト間での耐熱性のバラツキを避け
るために、両サーミスタ素子２Ａと２８のＳｉＣ薄膜と
も同一のスパッタロフトで作成した。アニール前のＢ定
数は両サーミスタ素子２Ａと２Ｂとも２４００−２４５
０にであった。なお、Ｂ定数は式１ｎ（Ｒ＋／Ｒｔ）／
（１／Ｔ＋−ｉ／ｌｔ）に従って求められた値で、Ｒ１
はＴ、（５０℃・３２３Ｋ）での直流抵抗値、ＲｔはＴ
ｔ（１６０”ｃ・４３３Ｋ）での直流抵抗値である。同
図より本発明のサーミスタ素子２Ａは従来のサーミスタ
素子２Ｂより安定であることが分かる。
第３図にＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ａと２２８のＸＭ
Ａ （Ｘ−ｒａｙ Ｍｉｃｒｏ−Ａｎａｌｙｓｏｒ）に
よる組成分析例を示す。本発明のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜
２２Ａは、従来のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ｂに含まれ
るＡｕＰＬおよびＳｉ（硝子の主成分）に加えてＣａＴ
ｉを含んでいた。なお、Ｃａ、Ｔｉが酸化物の状態であ
るかどうかは第３図から不明である。しかし、上述した
ように本発明のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２も従来のＡｕ
−Ｐｔ焼成電極膜２２Ｂも高温の空気中で焼成して形成
されるので、Ｃａ、Ｔｉは酸化物の状態であることは明
らかである。
Ａ （Ｘ−ｒａｙ Ｍｉｃｒｏ−Ａｎａｌｙｓｏｒ）に
よる組成分析例を示す。本発明のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜
２２Ａは、従来のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ｂに含まれ
るＡｕＰＬおよびＳｉ（硝子の主成分）に加えてＣａＴ
ｉを含んでいた。なお、Ｃａ、Ｔｉが酸化物の状態であ
るかどうかは第３図から不明である。しかし、上述した
ように本発明のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２も従来のＡｕ
−Ｐｔ焼成電極膜２２Ｂも高温の空気中で焼成して形成
されるので、Ｃａ、Ｔｉは酸化物の状態であることは明
らかである。
本発明のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ａがサーミスタ素子
２Ａの耐熱性を向上する理由を明らかにするために、Ａ
ｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ａと２２Ｂの表面構造を８２５
℃で６時間の空気中アニール前後で分析した。第４図は
上記アニール前後での再焼成電極膜２２Ａと２２ＢのＳ
ＥＭ像を示す。本発明のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ａは
従来Ａｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ｂより明らかに凝集の少
ないことが分かる。
２Ａの耐熱性を向上する理由を明らかにするために、Ａ
ｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ａと２２Ｂの表面構造を８２５
℃で６時間の空気中アニール前後で分析した。第４図は
上記アニール前後での再焼成電極膜２２Ａと２２ＢのＳ
ＥＭ像を示す。本発明のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ａは
従来Ａｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ｂより明らかに凝集の少
ないことが分かる。
また、第５図は８２５℃で３時間の空気中アニール前後
でのサーミスタ素子２Ａと２ＢのＣｏ１ｅ−Ｃｏｌｅプ
ロットを示す。アニール前、サーミスタ素子２Ａと２Ｂ
とも殆ど同じ抵抗値とＢ定数を有していた。アニール後
、本発明のサーミスタ素子２Ａは約７０％の抵抗値増加
と約−１％のＢ定数低下を示した。しかし、アニール後
、従来のサーミスタ素子２Ｂは約５倍の抵抗値増加と約
−１ｅ％以上のＢ定数低下を示した。Ｃｏ１ｅ−Ｃｏｔ
ｅプロットは、第５図に示すように、複素インピーダン
スの抵抗値とりアクタンスの関係として定義される。サ
ーミスタ素子２Ａと２Ｂの複素インピーダンスが２−１
０００ｋＨｚの周波数範囲で室温で測定された。アニー
ル前、サーミスタ素子２Ａと２ＢのＣｏ１ｅ−Ｃｏｌｅ
プロットは互いにほぼ同しで、はぼ完全な半円弧を示し
た。アニール後、本発明のサーミスタ素子２ＡのＣｏ１
ｅ−Ｃｏｌｅプロットは、アニール前の半円弧の半径に
比べ大きな半径であるが、はぼ完全な半円弧を示した。
でのサーミスタ素子２Ａと２ＢのＣｏ１ｅ−Ｃｏｌｅプ
ロットを示す。アニール前、サーミスタ素子２Ａと２Ｂ
とも殆ど同じ抵抗値とＢ定数を有していた。アニール後
、本発明のサーミスタ素子２Ａは約７０％の抵抗値増加
と約−１％のＢ定数低下を示した。しかし、アニール後
、従来のサーミスタ素子２Ｂは約５倍の抵抗値増加と約
−１ｅ％以上のＢ定数低下を示した。Ｃｏ１ｅ−Ｃｏｔ
ｅプロットは、第５図に示すように、複素インピーダン
スの抵抗値とりアクタンスの関係として定義される。サ
ーミスタ素子２Ａと２Ｂの複素インピーダンスが２−１
０００ｋＨｚの周波数範囲で室温で測定された。アニー
ル前、サーミスタ素子２Ａと２ＢのＣｏ１ｅ−Ｃｏｌｅ
プロットは互いにほぼ同しで、はぼ完全な半円弧を示し
た。アニール後、本発明のサーミスタ素子２ＡのＣｏ１
ｅ−Ｃｏｌｅプロットは、アニール前の半円弧の半径に
比べ大きな半径であるが、はぼ完全な半円弧を示した。
しかし、アニール後、従来のサーミスタ素子２ＢのＣｏ
１ｅ−Ｃｏｌｅプロットは半円弧でなかった。約５０ｋ
ｔｌｚ以上の高周波数領域では、そのＣ。
１ｅ−Ｃｏｌｅプロットは半円弧でなかった。約５０ｋ
ｔｌｚ以上の高周波数領域では、そのＣ。
１ｅ−Ｃｏｌｅプロットは、本発明のサーミスタ素子２
Ａのそれとほぼ類似の半円弧であった。他方、５０ ｋ
Ｈｚ以下の低周波数領域では、リアクタンスは抵抗値
の増大と共に緩やかに減少し、１０ ｋ Ｈｚ以下で再
び増加した。このような挙動は、アニール後の従来サー
ミスタ素子２Ｂが第６図に示す回路で等価的に表される
ことを示す。この等価回路は、抵抗体とコンデンサが並
列接続した複合回路が２個直列接続した回路で構成され
る。この等価回路がｒとＣから成る１個の複合回路の場
合、Ｃｏ１ｅ−Ｃｏｌｅプロットは完全な半円弧を示し
、ωｃｒ＝１のとき最大リアクタンスｒ ／ ２を示す
。
Ａのそれとほぼ類似の半円弧であった。他方、５０ ｋ
Ｈｚ以下の低周波数領域では、リアクタンスは抵抗値
の増大と共に緩やかに減少し、１０ ｋ Ｈｚ以下で再
び増加した。このような挙動は、アニール後の従来サー
ミスタ素子２Ｂが第６図に示す回路で等価的に表される
ことを示す。この等価回路は、抵抗体とコンデンサが並
列接続した複合回路が２個直列接続した回路で構成され
る。この等価回路がｒとＣから成る１個の複合回路の場
合、Ｃｏ１ｅ−Ｃｏｌｅプロットは完全な半円弧を示し
、ωｃｒ＝１のとき最大リアクタンスｒ ／ ２を示す
。
ここでω＝２πｆで、［は周波数、Ｃは容量値、ｒは抵
抗値である。アニール前、測定されたＣ。
抗値である。アニール前、測定されたＣ。
Ｉｅ−Ｃｏｌｅプロットは、ｒをＳ ｉ Ｃ３膜の抵抗
値、Ｃを主としてアルミナ基Ｆｉ、２１上に形成された
櫛型状Ａｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ａまたは２２Ｂの間の
容量値としたときの１個の複合回路のＣｏ１ｅ−Ｃｏｌ
ｅプロットとよく一致した。
値、Ｃを主としてアルミナ基Ｆｉ、２１上に形成された
櫛型状Ａｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ａまたは２２Ｂの間の
容量値としたときの１個の複合回路のＣｏ１ｅ−Ｃｏｌ
ｅプロットとよく一致した。
等価回路が２個の複合回路の直列接続で構成された場合
、Ｃｏ１ｅ−Ｃｏｌｅプロットはそれぞれの複合回路に
対応した２個の半円弧の合成曲線を示す。２個の複合回
路の一つはｒとＣの一つの並列接続から成る。他の複合
回路をｒ゛とＣｏの一つの並列接続で定義する。ｃｒ（
ｃ’ｒ″のとき、Ｃｏ１ｅ−Ｃｏｌｅプロットは、高周
波数領域ではＣとｒに依存し、低周波数領域ではＣｏと
ｒ”に依存する。従来のサーミスタ素子２ＢのＣｏ１ｅ
−Ｃｏ１ｅプロツトにおいて１０ ｋ Ｈｚ以下でリア
クタンスが増加したことは、Ｃｏとｒ゛から成る複合回
路に起因し、このｒ′とＣｏの複合回路はアニール中に
形成されたと思われる。他方、アニール後の従来サーミ
スタ素子２Ｂの中で従来のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ｂ
とＳｉＣ薄膜２３との間の接触部分をアルミナなどの絶
縁物で軽くこすると抵抗値が数十％減少した。この抵抗
値減少から、Ｃｏとｒ゛の複合回路が従来のＡｕ−Ｐｔ
焼成電極膜２２ＢとＳｉＣ薄膜２３の界面インピーダン
スに対応することを示す。
、Ｃｏ１ｅ−Ｃｏｌｅプロットはそれぞれの複合回路に
対応した２個の半円弧の合成曲線を示す。２個の複合回
路の一つはｒとＣの一つの並列接続から成る。他の複合
回路をｒ゛とＣｏの一つの並列接続で定義する。ｃｒ（
ｃ’ｒ″のとき、Ｃｏ１ｅ−Ｃｏｌｅプロットは、高周
波数領域ではＣとｒに依存し、低周波数領域ではＣｏと
ｒ”に依存する。従来のサーミスタ素子２ＢのＣｏ１ｅ
−Ｃｏ１ｅプロツトにおいて１０ ｋ Ｈｚ以下でリア
クタンスが増加したことは、Ｃｏとｒ゛から成る複合回
路に起因し、このｒ′とＣｏの複合回路はアニール中に
形成されたと思われる。他方、アニール後の従来サーミ
スタ素子２Ｂの中で従来のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２Ｂ
とＳｉＣ薄膜２３との間の接触部分をアルミナなどの絶
縁物で軽くこすると抵抗値が数十％減少した。この抵抗
値減少から、Ｃｏとｒ゛の複合回路が従来のＡｕ−Ｐｔ
焼成電極膜２２ＢとＳｉＣ薄膜２３の界面インピーダン
スに対応することを示す。
これらのことから、従来のＡｕ−Ｐｔ焼成電掘１１！２
２Ｂがアニール中に容易に凝集し易く、その結果、抵抗
値増加やＢ定数低下を招く界面インピーダンスが形成さ
れたと言える。他方、本発明のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２
２Ａは酸化物の添加により、アニール中の凝集が微小に
低減されるので、界面インピーダンスが形成されない。
２Ｂがアニール中に容易に凝集し易く、その結果、抵抗
値増加やＢ定数低下を招く界面インピーダンスが形成さ
れたと言える。他方、本発明のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２
２Ａは酸化物の添加により、アニール中の凝集が微小に
低減されるので、界面インピーダンスが形成されない。
このことにより本発明のサーミスタ素子２２Ａの耐熱性
が向上した。
が向上した。
次に、実用動作温度を確認するために、寿命試験を、空
気中で４００’Ｃ，５００℃１６００℃の各温度で実施
した。本発明のＳｉＣ薄膜サーミスタ素子２Ａを用いた
実用３ｉＣＩ膜サーミスタＩＡと従来のＳｉＣ薄膜サー
ミスタ素子２Ｂを用いた実用５ｉｃｌ膜サーミスタＩＢ
をそれぞれ用いた。試験された実用サーミスタでは、ｐ
ｔ線をサーミスタ素子２に溶接し、また、約６６０’Ｃ
の転移点温度を有する硝子被覆層４を形成した。従来の
実用サーミスタＩＢは、４００℃で１０００時間試験後
、抵抗値変化率（Δｒ ／ ｒ ） ＜±５％、Ｂ定数
変化率（ΔＢ／Ｂ）＜±２％、５００’Ｃで１００〜２
００時間試験後、Δｒ／ｒ＞１０％、ΔＢ／Ｂ＜５％、
さらに５００’Ｃで１０００時間試験後、Δｒ／ｒ＞５
０％、ΔＢ／Ｂ＜１０％であった。しかし、本発明の実
用ＳｉＣ薄膜サーミスタＩＡは５００’Ｃで１０００時
間試験後、（Δｒ／ｒ）＜＋５％、Ｂ定数変化率（ΔＢ
／Ｂ）＜±２％、また、６００℃で１００時間試験後も
同様の結果であった。これらの結果から本発明の実用サ
ーミスタＩＡは５００℃で動作できることが確認された
。
気中で４００’Ｃ，５００℃１６００℃の各温度で実施
した。本発明のＳｉＣ薄膜サーミスタ素子２Ａを用いた
実用３ｉＣＩ膜サーミスタＩＡと従来のＳｉＣ薄膜サー
ミスタ素子２Ｂを用いた実用５ｉｃｌ膜サーミスタＩＢ
をそれぞれ用いた。試験された実用サーミスタでは、ｐ
ｔ線をサーミスタ素子２に溶接し、また、約６６０’Ｃ
の転移点温度を有する硝子被覆層４を形成した。従来の
実用サーミスタＩＢは、４００℃で１０００時間試験後
、抵抗値変化率（Δｒ ／ ｒ ） ＜±５％、Ｂ定数
変化率（ΔＢ／Ｂ）＜±２％、５００’Ｃで１００〜２
００時間試験後、Δｒ／ｒ＞１０％、ΔＢ／Ｂ＜５％、
さらに５００’Ｃで１０００時間試験後、Δｒ／ｒ＞５
０％、ΔＢ／Ｂ＜１０％であった。しかし、本発明の実
用ＳｉＣ薄膜サーミスタＩＡは５００’Ｃで１０００時
間試験後、（Δｒ／ｒ）＜＋５％、Ｂ定数変化率（ΔＢ
／Ｂ）＜±２％、また、６００℃で１００時間試験後も
同様の結果であった。これらの結果から本発明の実用サ
ーミスタＩＡは５００℃で動作できることが確認された
。
次に、（Ｃａ酸化物＋Ｔｉ酸化物）の混合物が種々の重
量濃度で添加された本発明のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２
Ａを用いた本発明の実用サーミスタＩＡで５００’Ｃ空
気中で試験を実施した。結果を第１表に示す。（Ｃａ酸
化物＋ＴＩ酸化物）の混合物の望ましい添加量は０．０
１〜０．１％の範囲であった。
量濃度で添加された本発明のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２
Ａを用いた本発明の実用サーミスタＩＡで５００’Ｃ空
気中で試験を実施した。結果を第１表に示す。（Ｃａ酸
化物＋ＴＩ酸化物）の混合物の望ましい添加量は０．０
１〜０．１％の範囲であった。
第１表 酸化物添加効果
の混合物を一定量０．１ ｗ ｔ％添加す条件下で、種
々の重量比Ａ ｕ ／ Ｐ ｔで形成した本発明のＡｕ
−ｐｔ焼成電極Ｍ２２Ａを用いた実用サーミスタＩＡも
また５００℃空気中で試験を実施した。その結果を第２
表に示す。
々の重量比Ａ ｕ ／ Ｐ ｔで形成した本発明のＡｕ
−ｐｔ焼成電極Ｍ２２Ａを用いた実用サーミスタＩＡも
また５００℃空気中で試験を実施した。その結果を第２
表に示す。
第２表（Ａｕ：Ｐｔ）重量比の効果
また、酸化物として（Ｃａ酸化物Ｔｉ酸化物）ＡｕやＰ
Ｌの単体金属から成る焼成電極膜２２Ａを用いた実用サ
ーミスタＩＡは耐熱性に劣っていた。しかし、Ａｕ−Ｐ
ｔの金属混合物から成る焼成電極ＩＩ！２２Ａを用いた
それＩＡは耐熱性に優れていた。上記金属混合物の焼成
電極膜２２Ａを用いた本発明の実用サーミスタＩＡが耐
熱性に優れる詳細な理由は明らかでない。しかし、その
優れた耐熱性は、Ａｕとｐｔの２元合金において、２相
（ａｔ、ａｚ）が安定に存在することと深くかかわって
いると思われる。この２相（ａｔ、ａｘ）は、Ｃｏｎ５
ｔｉｔｕｔｉｏｎ ｂｉｎａｒｙ ａｌｌｏｙ、叶、
Ｍａｘ Ｈａｎｓｅｎ、 ＭｃＧｒａｗｈｉｌｌ Ｂｏ
ｏｋ Ｃｏｍｐａｎｙ、 ｐｐ２２６−２２９．１９５
８の中で、約６００℃以上の温度範囲で存在するで報告
されている。２相は各相が熱的にそれぞれ別個に凝集す
ることを妨げる。本発明のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２は
酸化物が添加されているので、この熱的凝集は一層困難
である。他方、単体金属は単一の相のみであるので、熱
的凝集は極めて容易であり、たとえ酸化物が添加されて
も、単体金属の熱的凝集を効果的に低減できない。これ
らのことから、好ましいＡ ｕ ／ Ｐ を比は２相が
存在する範囲である。
Ｌの単体金属から成る焼成電極膜２２Ａを用いた実用サ
ーミスタＩＡは耐熱性に劣っていた。しかし、Ａｕ−Ｐ
ｔの金属混合物から成る焼成電極ＩＩ！２２Ａを用いた
それＩＡは耐熱性に優れていた。上記金属混合物の焼成
電極膜２２Ａを用いた本発明の実用サーミスタＩＡが耐
熱性に優れる詳細な理由は明らかでない。しかし、その
優れた耐熱性は、Ａｕとｐｔの２元合金において、２相
（ａｔ、ａｚ）が安定に存在することと深くかかわって
いると思われる。この２相（ａｔ、ａｘ）は、Ｃｏｎ５
ｔｉｔｕｔｉｏｎ ｂｉｎａｒｙ ａｌｌｏｙ、叶、
Ｍａｘ Ｈａｎｓｅｎ、 ＭｃＧｒａｗｈｉｌｌ Ｂｏ
ｏｋ Ｃｏｍｐａｎｙ、 ｐｐ２２６−２２９．１９５
８の中で、約６００℃以上の温度範囲で存在するで報告
されている。２相は各相が熱的にそれぞれ別個に凝集す
ることを妨げる。本発明のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜２２は
酸化物が添加されているので、この熱的凝集は一層困難
である。他方、単体金属は単一の相のみであるので、熱
的凝集は極めて容易であり、たとえ酸化物が添加されて
も、単体金属の熱的凝集を効果的に低減できない。これ
らのことから、好ましいＡ ｕ ／ Ｐ を比は２相が
存在する範囲である。
本発明の実用サーミスタＩＡが製造される過程で、本発
明のサーミスタ素子２Ａはステンレス製ピンセットで取
り扱われる。例えば、Ｐｔ細線３が溶接されるとき、サ
ーミスタ素子２の表面がピンセットで希に傷付けられる
ことがあった。このように製造時に金属製ピンセットで
傷付けられた本発明のサーミスタ素子２Ａを用いた本発
明の実用サーミスタＩＡは、５００℃空気中で１００−
３００時間試験後、ΔＢ／Ｂ＜±２％であるが、Δｒ
／ ｒ＝−５％〜−２０％を示した。このような抵抗値
減少は、ピンセットで傷付けられたときに表面に付着し
た金属原子がＳｉＣ薄膜２３の中に熱的に拡散すること
に起因すると考えられる。
明のサーミスタ素子２Ａはステンレス製ピンセットで取
り扱われる。例えば、Ｐｔ細線３が溶接されるとき、サ
ーミスタ素子２の表面がピンセットで希に傷付けられる
ことがあった。このように製造時に金属製ピンセットで
傷付けられた本発明のサーミスタ素子２Ａを用いた本発
明の実用サーミスタＩＡは、５００℃空気中で１００−
３００時間試験後、ΔＢ／Ｂ＜±２％であるが、Δｒ
／ ｒ＝−５％〜−２０％を示した。このような抵抗値
減少は、ピンセットで傷付けられたときに表面に付着し
た金属原子がＳｉＣ薄膜２３の中に熱的に拡散すること
に起因すると考えられる。
しかし、この抵抗値減少は、一定の値に飽和したので、
製造後のボストアニールにより安定化されることが見い
だされた。ある傷付いた実用サーミスタＩＡは５００℃
空気中で約２３０時間試験後、Δｒ ／ ｒ ｘ〜−１
０％を示した。しかし、その同じ実用サーミスタＩＡは
、その後５００℃空気中で約７００時間追加した後、Δ
ｒ ／ ｒ〜−８％であった。
製造後のボストアニールにより安定化されることが見い
だされた。ある傷付いた実用サーミスタＩＡは５００℃
空気中で約２３０時間試験後、Δｒ ／ ｒ ｘ〜−１
０％を示した。しかし、その同じ実用サーミスタＩＡは
、その後５００℃空気中で約７００時間追加した後、Δ
ｒ ／ ｒ〜−８％であった。
また、他の傷付いた複数個の実用サーミスタＩＡは６０
０℃空気中で３〜１０時間試験後、Δｒ／「＝＝５％〜
−１０％を示した。しかし、その同じ複数個の実用サー
ミスタＩＡは、その後５００℃空気中で約８００時間試
験後、Δｒ ／ ｒ ＜±２％であった。
０℃空気中で３〜１０時間試験後、Δｒ／「＝＝５％〜
−１０％を示した。しかし、その同じ複数個の実用サー
ミスタＩＡは、その後５００℃空気中で約８００時間試
験後、Δｒ ／ ｒ ＜±２％であった。
これらのことから、ボストアニールが傷付いた実用サー
ミスタＩＡの抵抗値減少を安定化できることを示す。
ミスタＩＡの抵抗値減少を安定化できることを示す。
製造工程中で傷付いたサーミスタ素子２Ａを完全に取り
除くことは実際上困難である。このことは、総ての製造
された実用サーミスタＩＡが望ましくはボストアニール
されることを示す。ボストアニールは、空気中でも、真
空中でも、あるいは不活性ガス中でもよいが、作業の容
易性や特種な装置必要としないことなどを考えると空気
中熱処理が好ましい。また、そのボストアニール条件は
上記実施例から（５００〜６００）’Ｃで（３〜３００
）時間が好ましい。
除くことは実際上困難である。このことは、総ての製造
された実用サーミスタＩＡが望ましくはボストアニール
されることを示す。ボストアニールは、空気中でも、真
空中でも、あるいは不活性ガス中でもよいが、作業の容
易性や特種な装置必要としないことなどを考えると空気
中熱処理が好ましい。また、そのボストアニール条件は
上記実施例から（５００〜６００）’Ｃで（３〜３００
）時間が好ましい。
発明の効果
以上のように本発明の薄膜サーミスタによれば、次に示
す効果が得られる。
す効果が得られる。
（１） （Ｃａ酸化物とＴｉ酸化物）の混合物を微量
添加したＡｕ−Ｐｔ電極膜を用いているので、Ａｕ−Ｐ
ｔ電極膜の凝集が低減でき、このためにＳｉＣ薄膜とＡ
ｕ−Ｐ ｔ ’＠掻膜の接触部の熱的安定性が向上し
た。
添加したＡｕ−Ｐｔ電極膜を用いているので、Ａｕ−Ｐ
ｔ電極膜の凝集が低減でき、このためにＳｉＣ薄膜とＡ
ｕ−Ｐ ｔ ’＠掻膜の接触部の熱的安定性が向上し
た。
（２） これにより、ＳｉＣ薄膜サーミスタの耐熱性
を従来の４００℃から５００℃に向上できる。
を従来の４００℃から５００℃に向上できる。
（３）ボストアニールの導入により、ＳｉＣ薄ｔｌｉサ
ーミスタの製造時に素子表面がピンセントで傷付けられ
ても、抵抗値を安定化できる。
ーミスタの製造時に素子表面がピンセントで傷付けられ
ても、抵抗値を安定化できる。
第１図は本発明の一実施例を示す薄膜サーミスタの斜視
図、第２図は同Ａｕ−Ｐｔ電極膜のＢ定数安定性を示す
特性図、第３図Ａ、 Ｂは同Ａｕｐｔ電掻膜の組成を
示す分析例の図、第４図は同Ａｕ−Ｐｔ電極膜の表面構
造を示すＳＥＭ像、第５図は同Ａｕ−Ｐｔ電極膜の効果
を示すＣｏ１ｅ−Ｃｏｌｅプロット図、第６図はサーミ
スタ素子の等価回路図である。 １・・・・・・実用ＳＩＣ薄膜サーミスタ、２・・・・
・・サーミスタ素子、２１・・・・・・絶縁性基板、２
２・・・・・・Ａｕ−Ｐｔ電極膜、２３・・・・・・Ｓ
ｉＣ薄膜、３・・・・・・リード線、４・・・・・・硝
子被覆層。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名第 ― アニール鍔間 （ｈ） ＩＩａ 図 特粁Ｘ涜のエネルギ （ｅｖ） 特性Ｘ繞のエネルキ （ｅｖ） 傷 １力 Ｊ７り９ンス （ｋｆｌ） 圀
図、第２図は同Ａｕ−Ｐｔ電極膜のＢ定数安定性を示す
特性図、第３図Ａ、 Ｂは同Ａｕｐｔ電掻膜の組成を
示す分析例の図、第４図は同Ａｕ−Ｐｔ電極膜の表面構
造を示すＳＥＭ像、第５図は同Ａｕ−Ｐｔ電極膜の効果
を示すＣｏ１ｅ−Ｃｏｌｅプロット図、第６図はサーミ
スタ素子の等価回路図である。 １・・・・・・実用ＳＩＣ薄膜サーミスタ、２・・・・
・・サーミスタ素子、２１・・・・・・絶縁性基板、２
２・・・・・・Ａｕ−Ｐｔ電極膜、２３・・・・・・Ｓ
ｉＣ薄膜、３・・・・・・リード線、４・・・・・・硝
子被覆層。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名第 ― アニール鍔間 （ｈ） ＩＩａ 図 特粁Ｘ涜のエネルギ （ｅｖ） 特性Ｘ繞のエネルキ （ｅｖ） 傷 １力 Ｊ７り９ンス （ｋｆｌ） 圀
Claims (5)
- （１）絶縁性基板と、前記絶縁性基板の上に形成された
一対の所定形状のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜と、前記絶縁性
基板と前記一対のＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜の上に形成され
たＳｉＣスパッタ抵抗薄膜とから成り、前記Ａｕ−Ｐｔ
焼成電極膜中にＣａ酸化物とＴｉ酸化物の混合酸化物が
微量添加されていることを特徴とする薄膜サーミスタ。 - （２）前記混合酸化物がＡｕとＰｔの合計重量に対して
０．０１〜０．１ｗｔ％添加されたことを特徴とする特
許請求の範囲（１）項記載の薄膜サーミスタ。 - （３）絶縁性基板を準備する工程と、前記絶縁性基板の
上に、Ｃａ酸化物とＴｉ酸化物の混合酸化物が微量添加
されているＡｕ−Ｐｔ焼成電極膜を、一対の所定形状に
焼成する工程と、前記絶縁性基板と前記一対のＡｕ−Ｐ
ｔ焼成電極膜の上にＳｉＣ抵抗膜をスパッタリング法に
より形成する工程と、前記Ａｕ−Ｐｔ焼成電極膜にリー
ド線を接続する工程と、前記Ａｕ−Ｐｔ焼成電極膜、前
記ＳｉＣスパッタ膜の形成された前記絶縁性基板表面を
低融点硝子被覆層で被覆する工程と、熱処理する工程と
から成ることを特徴とする薄膜サーミスタの製造方法。 - （４）前記熱処理工程が空気中熱処理であることを特徴
とする特許請求の範囲（３）項記載の薄膜サーミスタの
製造方法。 - （５）前記熱処理工程が５００〜６００℃の温度で３〜
３００時間なされることを特徴とする特許請求の範囲（
４）項記載の薄膜サーミスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9712389A JP2507036B2 (ja) | 1989-04-17 | 1989-04-17 | 薄膜サ―ミスタおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9712389A JP2507036B2 (ja) | 1989-04-17 | 1989-04-17 | 薄膜サ―ミスタおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02275601A true JPH02275601A (ja) | 1990-11-09 |
| JP2507036B2 JP2507036B2 (ja) | 1996-06-12 |
Family
ID=14183793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9712389A Expired - Fee Related JP2507036B2 (ja) | 1989-04-17 | 1989-04-17 | 薄膜サ―ミスタおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2507036B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016039376A (ja) * | 2014-08-08 | 2016-03-22 | 三菱マテリアル株式会社 | サーミスタ素子の欠陥検出方法 |
-
1989
- 1989-04-17 JP JP9712389A patent/JP2507036B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016039376A (ja) * | 2014-08-08 | 2016-03-22 | 三菱マテリアル株式会社 | サーミスタ素子の欠陥検出方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2507036B2 (ja) | 1996-06-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |