JPH0258802A - 白金測温抵抗体及びその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は温度センサとして用いられる白金を主成分とす
る白金測温抵抗体及びその製造方法に関するものである
。

従来の技術 白金は化学的て安定で高純艶のものが得られ易く、シか
も電気抵抗の温度依存性が大きいという理由で、＠度セ
ンサ材料として古くから用いられている。極１刑の白金
線をマイカ等の絶縁体に葆旋状に巻き付けた状態で保護
管に挿入した形のものは、広く測呂抵抗体として実用さ
れ、ＪＩＳＣ−１６０４に詳訓に規格が決められている
。この種の白金抵抗体は、高精度である反面、 ■　機械的強度が弱い。

■　構造上、製造に手間がかかる。

■　形状が大きい。

■　高価である。

等多くの欠点を有していた。

これらの欠点を無くしたものが、厚膜もしくは薄膜の白
金を用いた測温抵抗体で、近年盛んに開発され、一部市
販されている。しかし、厚膜白金測＠抵抗体は、ヌクリ
ーン印刷技術によるため、１００μｍ以下の微細パター
ンが困難で、＃運上のばらつきが犬きく、その材料成分
の関係上、高いＴＣＲ特性が潜られにくい等の欠点を有
してぃる。一方、薄膜白金測温抵抗体は。

■　パターンの微、剤化が容易なだめ、小型化を計るこ
とが出来、丈高抵抗化による高感度化を達成することが
出来る。

■　悸賊的強度が強い。

■　ウェハー処理によってバラツキを小さくする事が出
来、量産に適し、低価格化が可能である。

等の利点を有する。

薄膜白金による測温抵抗体の製造方法としては。

まず、真空蒸着法、スパッタリング法等により絶禄基板
上に数千オングストローム厚の白金膜、・漢を生成し、
湿式エツチング法、ヌパッタエッチング法などでこの白
金薄、摸を微細パターン化し、大気中で８００〜１４０
０’Ｃの高温熱処理を施すのが−Ｖ的である。その後、
トリミングによる抵抗値調整、チップ化、リード線取り
付けを行って測温抵抗体とする。

しかし、このような方法で作成した白金薄膜の温度係数
は、バルクの抵抗温度係数に比べてかなり小さい１直を
示す。その理由としては以下のようなことが考えられる
。

即ち、このような薄膜の材料としての特徴の中で物性に
大きく影冴するものに、サイズ効果と構造欠陥がある。

サイズ効果とは、薄膜の中の電子の非弾性散乱によシ、
実効的だ電子の平均自由工程が減少したことに起因する
いわゆる電子の輸送現象に現れる影響である。特に膜厚
が電子の平均自由行程と同程度かそれ以下である時には
影響が顕著になる。

また、薄膜の生成課程は、多かれ少なかれ薄膜物質とは
無関係な気体分子やイオンが存在している空間中で、気
層から固層への急激な凝集を伴うことが多いため、薄膜
中には空孔、格子間原子。

各種の私立、格子欠陥、結晶粒界など結晶に固有のあら
ゆる構造欠陥が導入されると共に、異種原子や異種分子
が不純物として混入し、電子の散乱原因となる。

これらの影響のために、薄膜の比抵抗はバルクに比べて
大きくなる等の特徴が現れ、従って白金薄膜の抵抗温度
係数は、バルクに比べて低くなり。

薄膜白金の測ｌ見低抗体としての感度が低下する原因と
なっている。

これを改善するため、白金測温抵抗体の製造方法で・は
前述のように熱処理を施すが、生成した白金の膜厚が１
μｍ以下の場合には熱処理温度が１１００℃を毬すと熱
処理中に白金膜が凝集して島状の不均一な膜になり測温
抵抗体としての特性が得られなかった。

このため高い抵抗温度係数を安定して得るためには白金
の、膜厚を１μｍ以上にしなければならず、材料半固の
高い白金を厚く生成することは工業的に満足できるもの
ではなかった。

発明が解決しようとする課題 本発明は上記従来技術の欠点を解消し、薄い白金膜で高
い抵抗温度係数を有する白金測温抵抗体を提供すること
を目的とする。

課題を解決するための手段 本発明者らは白金、摸を生成する基板の種類、構造を種
々検討した結果、基体の表面ＶｃＴ１０２層を形成し、
その表面に生成した白金膜は他の基板材料の場合に比べ
薄い膜厚で高い抵抗温度係数が得られることを見い出し
だものである。

作用 表−１は本発明よシ成る基本上に形成したＴｉＯ２層の
上に生成した白金膜と、基板上に直接生成した白金膜の
熱処理後の結晶性をＸ線回折法により比較した結果を示
したものである。

表−１に示すように本発明よりなる白金膜は（１１１）
面Ｄピーク強度が強く、半値１１＠も小さくなっており
、共に配向性が高いことが解る。このように本発明によ
れば熱処理によって白金膜の結晶性が高まる結果、ＴＣ
Ｒ特性が改善されるのである。

表−１Ｘ線回折法による白金薄膜の解析結果（熱処理後
）実施例 以下１図面と共に本発明を具体的に説明する。

（実施例−１） 第１図は本発明の第１の実施例を示す白金測温抵抗体の
断面図で、第２図ｃ＆）〜（ｃ）は第１図の測温抵抗体
の製造段階における断面図である。

ム１２０．基Ｆ！ｉ、１１の表面にスパッタリング法に
より（Ｉ　Ｘ　１０−６（Ｔｏｒｒ）に排気後、　６Ｘ
１０−’（Ｔｏｒｒ）迄０２ガスを注入し、４００　（
Ｗ）の電力で約１μｍのＴｉｅ２膜１２全１２しだ後（
第２図２Ｌ）、その表面に真空蒸着法、スパッタリング
法などによシＴｉＯ□膜１２上に０４〜１．６μｍの白
金膜１３を生成する（第２図ｂ）。

白金膜１３を所望形状にパターニングした後（第２図Ｃ
）、９ｏＯ〜９５０′Ｃで熱処理を行いトリミングによ
る抵抗値調整後１個片に分割し。

リード線１４を接続する。

（実施例−２） 第３図は本発明の第２の実施例を示す白金測温抵抗体の
断面図である。

実施例−１と同様、ム４２０３　　基板１１の表面にス
パッタリング法により（Ｉ　Ｘ　１０−６（Ｔｏｒｒ　
）に排気後、６×１Ｏ−３（Ｔｏｒｒ）迄０□ガスを注
入し。

４００　（Ｗ）の電力で約１　μｍのＴｉＯ□膜１２を
生成した後、その表面に真空蒸着法、スパッタリング法
等によりＴｉＯ２膜１２上に０．４〜１．６μｍの白金
膜１３を生成した後、白金膜１３をＴｉＯ２膜１２と共
に所望形状にパターニングＬ、９００〜９６０℃で熱処
理を行い、トリミングによる抵抗値調整後１個片に分割
し、リード線１４を接続する。

（実施例−３） 第４図は本発明の第３の実施例を示す白金測温抵抗体の
断面図である。

チタニウム（Ｔｉ　）基板１６を入れた反応室を（Ｉ　
Ｘ　１０″′’（Ｔｏｒｒ）迄排気後、４　Ｘ　１Ｏ−
２（Ｔｏｒｒ）迄０２を注入し、３ｏｏ℃に加熱したＴ
ｉ基板１５に１．５　ＫＶの直流電圧を印加してイオン
酸化法により表面に厚さ約１μｍのＴｉＯ□膜を生成し
た後。

その表面に真空蒸着法、スパッタリング法等によりＴ１
基板１５上に０．４〜１．６　μｍの白金膜１３を生成
し、白金膜１３をＴｉＯ□層と共に所望形状にパターニ
ング後、９ｏＯ〜５ｅｓｏ’ｃで熱処理を行い、トリミ
ングによる抵抗値調整後１個片に分割し、リード線１４
を接続する。

（実施例−４） 第５図は本発明の第４の実施例を示す白金測温抵抗体の
断面図である。

チタニア（Ｔ１０２）基板１６の表面にその表面に真空
蒸着法、スパッタリング法等によりＴｉＯ２基板１６上
に０．４〜１．６μｍの白金ノ摸１３を生成した後、白
金膜１３を所望形状にパターニングし。

９００〜９５０℃で熱処理を行い、トリミングによる抵
抗値調整後１個片に分割し、リード線１４を接続する。

（比較例） 第６図は本発明の比較例を示す白金測温抵抗体の断面図
である。

ム１２０５　基板１１の表面に真空蒸着法、スパッタリ
ング法等によシ基板上に０．４〜１．６／Ａｍの白金膜
１３を生成した後、白金膜１３を所望形状にパターニン
グした後、９００〜９６０℃で熱処理を行い、トリミン
グによる抵抗１直調整後１個片に分割し、リード線１４
を接続する。

得られた白金測温抵抗体の両端より電流を流し。

ｏ’Ｃ〜１００°Ｃの温度間における抵抗値の変化を測
定し抵抗温度係２孜（ＴＣＲ）を測定した結果。

表−２に示すように本発明よりなる白金測温抵抗体はＴ
ｉＯ２層を用いない従来の物に比べ高い値を得ることが
出来る。

表−２本発明の基板材料とＴＩＣＲ特性の関係（白金膜
厚０．４μ）また、これらの実施例−１，２，３，４，
比較例における白金測温抵抗体について、白金の膜厚と
ＴＣＲとの関係を調べると第７図のようになり、本発明
によれば、薄い白金膜でも高いＴＣＲを得ることが出来
る。

発明の効果 以上のように本発明によれば、白金薄膜は、従来よシも
薄い漢で高い抵抗温度係数が安定して得られ、材料単価
の高い白金の使用量を低減し、高感度の薄膜白金測温抵
抗体を安価に提供し得るものである。

また１本発明による別の効果として基板の基体が自由に
選択できるため基板の熱容量、比熱等の熱特性の制御が
可能となり、測温抵抗体に求められる第二の特性である
熱応答性の向上が容易に出来、安圃で高性能な測温抵抗
体を提供することが可能となる。尚１本発明の効果の一
例としてＴｉＯ□層を形成した効果を絶碌性基体（ム１
２０３）上にＴｌＯ２層を形成した基板の例で説明した
が、基体が半導体（例えばＳ工等）、導体（例えばム５
．Ｔｉ等）の場合でも同様の効果を得ることが出来る。

またＴｉＯ□層の形成方法、白金膜の生成方法について
も本発明の実施例に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による白金測温抵抗体の
断面図、第２図ａＮＣは第１図の白金測温抵抗体の製造
段階における断面図、第３図は本発明の第２の実施例に
よる白金測温抵抗体の断面図、第４図は本発明の第３の
実施例による白金測温抵抗体の断面図、第６図は本発明
の第４の実施例を示す白金測温抵抗体の断面図、第６図
は本発明の比較例を示す白金測温抵抗体の断面図、第７
図１ま本発明の実施例、比較例よりなる白金測温抵抗体
の抵抗温度係数（ＴＣＲ）と白金膜厚の関係を示す特性
図である。 １１・・・・・・ムＣ２０３基板、１２・・・・・Ｔｉ
Ｏ□膜、１３・・・・・白金膜、１５・・・・・・Ｔｉ
基板、１６・・・・・・ＴｉＯ□基板。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名１　
図 第３図 第４図 ２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体の表面に異種の絶縁層を形成し、その絶縁層
   上に白金膜を生成し、前記絶縁層を酸化チタニウム（Ｔ
   ｉＯ＿２）で構成したことを特徴とする白金測温抵抗体
   。
2. （２）基板を酸化チタニウム（ＴｉＯ＿２）で構成した
   ことを特徴とする請求項１記載の白金測温抵抗体。
3. （３）基体上に酸化チタニウム（ＴｉＯ＿２）層、白金
   膜を順次形成した後、白金膜とＴｉＯ＿２層を同一形状
   にパターニングしたことを特徴とする白金測温抵抗体の
   製造方法。