JPH03283601A - ダイヤモンド薄膜温度センサ - Google Patents
ダイヤモンド薄膜温度センサInfo
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- JPH03283601A JPH03283601A JP8451790A JP8451790A JPH03283601A JP H03283601 A JPH03283601 A JP H03283601A JP 8451790 A JP8451790 A JP 8451790A JP 8451790 A JP8451790 A JP 8451790A JP H03283601 A JPH03283601 A JP H03283601A
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- JP
- Japan
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- thin film
- type
- diamond
- temperature sensor
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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、熱放散のよいダイヤモンド薄膜温度センサに
関する。
関する。
（従来の技術）
従来、単結晶ダイヤモンド基板又はＳｉｍＮ、等の絶縁
物の基板上に単結晶又は多結晶のダイヤモンド半導体薄
膜を形成したいわゆるブレーナ型のサーミスタや、Ｍｏ
等の金属基板上に゛多結晶のダイヤモンド半導体薄膜を
形成したいわゆるダイオード型のサーミスタが知られて
いる（特開昭６３−１８４３０４号公報参照）。
物の基板上に単結晶又は多結晶のダイヤモンド半導体薄
膜を形成したいわゆるブレーナ型のサーミスタや、Ｍｏ
等の金属基板上に゛多結晶のダイヤモンド半導体薄膜を
形成したいわゆるダイオード型のサーミスタが知られて
いる（特開昭６３−１８４３０４号公報参照）。
（発明が解決しようとする課題）
上記のブレーナ型のサーミスタは基板の一面に電極を設
け、これにリード線を接続するものであるから、熱放散
が基板の一面に制約される。
け、これにリード線を接続するものであるから、熱放散
が基板の一面に制約される。
また上記のダイオード型のサーミスタはアルミニウム、
モリブデン等の金属を用いるため熱放散が基板材料の熱
伝導率（アルミニウムの熱伝導率ρは２．Ｉ３Ｖ／ｃａ
４．その比熱Ｃは０．８７Ｊ／ｇ４ ）に制約される。
モリブデン等の金属を用いるため熱放散が基板材料の熱
伝導率（アルミニウムの熱伝導率ρは２．Ｉ３Ｖ／ｃａ
４．その比熱Ｃは０．８７Ｊ／ｇ４ ）に制約される。
した１がって両サーミスタとも熱応答特性が余りよくな
いという課題があった。
いという課題があった。
本発明は従来のものより熱応答性の優れた温度センサを
得ることをその目的とするものである。
得ることをその目的とするものである。
（課題を解決するための手段）
上記の目的を達成するために、本願の第１発明は、直方
体に成形された高抵抗のダイヤモンド基板または炭化硅
素基板の上下面及び少なくとも３側面に気相成長により
Ｐ形またはＮ形ダイヤモンド半導体薄膜を連続して形成
し、前記上下面の薄膜上にオーミック接触する金属から
成る電極を各々設けて成り、前記Ｐ形またはＮ形ダイヤ
モンド半導体薄膜を抵抗体として用い温度の変化を該抵
抗体の抵抗値の変化として検知することを特徴とする。
体に成形された高抵抗のダイヤモンド基板または炭化硅
素基板の上下面及び少なくとも３側面に気相成長により
Ｐ形またはＮ形ダイヤモンド半導体薄膜を連続して形成
し、前記上下面の薄膜上にオーミック接触する金属から
成る電極を各々設けて成り、前記Ｐ形またはＮ形ダイヤ
モンド半導体薄膜を抵抗体として用い温度の変化を該抵
抗体の抵抗値の変化として検知することを特徴とする。
第２発明は、直方体に成形されたＰ＋形低抵抗ダイヤモ
ンド基板上該基板より高抵抗のＰ形ダイヤモンド半導体
薄膜を気相成長により形成し、前記基板上及び該Ｐ形ダ
イヤモンド半導体薄膜上にオーミック接触する金属から
成る電極を各々対向するように設けて成り、該半導体薄
膜を抵抗体として用い、温度の変化を該抵抗体の抵抗値
の変化として検知することを特徴とする。
ンド基板上該基板より高抵抗のＰ形ダイヤモンド半導体
薄膜を気相成長により形成し、前記基板上及び該Ｐ形ダ
イヤモンド半導体薄膜上にオーミック接触する金属から
成る電極を各々対向するように設けて成り、該半導体薄
膜を抵抗体として用い、温度の変化を該抵抗体の抵抗値
の変化として検知することを特徴とする。
（作 用）
温度センサの熱容量をＨ１熱放散定数をＫとするとき、
温度センサの熱応答特性は次式で表わされる。
温度センサの熱応答特性は次式で表わされる。
Ｔ−Ｔａ＝（Ｔｏ −Ｔ、 ）ｅｘｐ（−ｔ／ｒ）
−（１）ここでｔは時間、Ｔはセンサチップの温度、Ｔ
ｏはセンサチップの初期温度、Ｔ、はセンサチップの変
化後の平衡温度、τは熱時定数であり、熱時定数τは次
式で表わされる。
−（１）ここでｔは時間、Ｔはセンサチップの温度、Ｔ
ｏはセンサチップの初期温度、Ｔ、はセンサチップの変
化後の平衡温度、τは熱時定数であり、熱時定数τは次
式で表わされる。
τ・Ｈ／に一■ｃ／Ｋ ・・・（２）但し、ｍはセン
サチップ質量、Ｃは比熱。
サチップ質量、Ｃは比熱。
本願の第１発明では熱伝導率が高く、比熱が小さい（熱
伝導率ｐ＝２０Ｗｌｃｓ ’に、比熱ｃ−０，５Ｊ／ｇ
・Ｋ）高抵抗のダイヤモンド基板又はダイヤモンドに次
〜１で熱伝導率が高い炭化硅素基板の対向する２面に設
けた電極からリード線を介して熱放散が行なわれるので
、従来の上記ブレーナ型サーミスタのように基板の一面
に形成された電極及びリード線を介して熱放散されるも
のに比して熱放散が優れ、上記（２）式から明らかなよ
うに熱時定数が小さい。したがって熱応答特性は（１）
式から明らかなように優れたものとなる。
伝導率ｐ＝２０Ｗｌｃｓ ’に、比熱ｃ−０，５Ｊ／ｇ
・Ｋ）高抵抗のダイヤモンド基板又はダイヤモンドに次
〜１で熱伝導率が高い炭化硅素基板の対向する２面に設
けた電極からリード線を介して熱放散が行なわれるので
、従来の上記ブレーナ型サーミスタのように基板の一面
に形成された電極及びリード線を介して熱放散されるも
のに比して熱放散が優れ、上記（２）式から明らかなよ
うに熱時定数が小さい。したがって熱応答特性は（１）
式から明らかなように優れたものとなる。
また本願の１１２発明では、アルミニウム等の金属に比
べて熱伝導率が高く、比熱が小さいＰ１形低抵抗ダイヤ
モンド基板に形成された該基板より高抵抗のＰ形ダイヤ
モンド半導体薄膜と該基板にそれぞれ対向するように電
極を形成したから、従来の上記ダイオード型サーミスタ
に比べて熱時定数を小さくでき、熱応答特性を改善する
ことができる。
べて熱伝導率が高く、比熱が小さいＰ１形低抵抗ダイヤ
モンド基板に形成された該基板より高抵抗のＰ形ダイヤ
モンド半導体薄膜と該基板にそれぞれ対向するように電
極を形成したから、従来の上記ダイオード型サーミスタ
に比べて熱時定数を小さくでき、熱応答特性を改善する
ことができる。
（実施例）
以下本発明の実施例を図面につき説明する。
第１図は本発明の一実施例の断面図を示す。
同図において、１は直方体に成形された高抵抗のダイヤ
モンド基板、２は該基板１の上下面並びに左右及び前後
側面に被着形成されたＰ形またはＮ形ダイヤモンド半導
体薄膜、３．４は基板１の上下面の該薄膜２上に形成さ
れたオーミック接触する金属から成る電極で、該電極３
．４には各々リード線がボンディングされる（図示しな
い。） その製造工程を説明すると、先ず、原料ガスとして水素
希釈のメタンガス、ドーピングガスとしてジボランをそ
れぞれ用い、これらのガスが充満する領域に基台に載置
した高抵抗ダイヤモンド基板１を配置する。そして所定
の抵抗値が実現するように前記ドーピングガスの流量を
調節し、該基板１の５面にプラズマ支援によるエピタキ
シャル気相成長によりＰ型ダイヤモンド半導体薄膜２を
形成する。次いで前記基板１を裏返して未成膜の一面に
同様に前記薄膜２を形成する。前記基板１の全面に薄膜
２を形成した後、基板１の上下面の対向する薄膜２上に
各々オーミック接触をする金属から成る電極３．４を形
成する。Ｎ形ダイヤモンド半導体薄膜を形成するときは
、ドーピングガスとしてホスフィン等を用い、その他の
製造工程はＰ形のときと同様である。
モンド基板、２は該基板１の上下面並びに左右及び前後
側面に被着形成されたＰ形またはＮ形ダイヤモンド半導
体薄膜、３．４は基板１の上下面の該薄膜２上に形成さ
れたオーミック接触する金属から成る電極で、該電極３
．４には各々リード線がボンディングされる（図示しな
い。） その製造工程を説明すると、先ず、原料ガスとして水素
希釈のメタンガス、ドーピングガスとしてジボランをそ
れぞれ用い、これらのガスが充満する領域に基台に載置
した高抵抗ダイヤモンド基板１を配置する。そして所定
の抵抗値が実現するように前記ドーピングガスの流量を
調節し、該基板１の５面にプラズマ支援によるエピタキ
シャル気相成長によりＰ型ダイヤモンド半導体薄膜２を
形成する。次いで前記基板１を裏返して未成膜の一面に
同様に前記薄膜２を形成する。前記基板１の全面に薄膜
２を形成した後、基板１の上下面の対向する薄膜２上に
各々オーミック接触をする金属から成る電極３．４を形
成する。Ｎ形ダイヤモンド半導体薄膜を形成するときは
、ドーピングガスとしてホスフィン等を用い、その他の
製造工程はＰ形のときと同様である。
第２図は本発明の他の実施例の断面図を示す。
この実施例の温度センサは、直方体に形成された高抵抗
のダイヤモンド基板１ａの右側面を除く５面にＰ型単結
晶ダイヤモンド半導体薄膜２ａが前述のようにして形成
され、対向する上下の薄膜２ａ上にオーミック接触をす
る電極３ａｓ ４ａが形成されたものである。
のダイヤモンド基板１ａの右側面を除く５面にＰ型単結
晶ダイヤモンド半導体薄膜２ａが前述のようにして形成
され、対向する上下の薄膜２ａ上にオーミック接触をす
る電極３ａｓ ４ａが形成されたものである。
第１図及び第２図に示す高抵抗のダイヤモンド基板１、
ｌａの代りにダイヤモンドに次いで熱伝導率のよい高抵
抗炭化硅素基板を用いてもよい。特に多結晶のこの基板
によれば、表面を研摩しなくてもその表面にダイヤモン
ドの結晶を形成することができるから、ダイヤモンド基
板を用いたときより熱応答が遅くなるが安価な温度セン
サが得られる。
ｌａの代りにダイヤモンドに次いで熱伝導率のよい高抵
抗炭化硅素基板を用いてもよい。特に多結晶のこの基板
によれば、表面を研摩しなくてもその表面にダイヤモン
ドの結晶を形成することができるから、ダイヤモンド基
板を用いたときより熱応答が遅くなるが安価な温度セン
サが得られる。
第３図は本発明の更に他の実施例を示す。
同図においてｌｂは低抵抗のＰ＋形ダイヤモンド基板で
、この基板ｉｂの上面にはＰ形ダイヤモンド半導体薄膜
２ｂが形成され、該薄膜２ｂ上及びこれに対向する前記
基板ｔｂ上に各々オーミック接触をする電極３ｂ、 ４
ｂが形成されている。
、この基板ｉｂの上面にはＰ形ダイヤモンド半導体薄膜
２ｂが形成され、該薄膜２ｂ上及びこれに対向する前記
基板ｔｂ上に各々オーミック接触をする電極３ｂ、 ４
ｂが形成されている。
第１図及び第２図に示す実施例では、基板を非常に大き
い反応ガス領域に配置して基台に接する面を除く５面に
同時に薄膜２．２ａを形成したが、この実施例では比較
的小さい反応ガス領域に前記基板１ｂを配置し、前記実
施例と同様の反応ガスを用いて、エピタキシャル気相成
長により前記基板１ｂの上面にのみＰ型ダイヤモンド半
導体薄膜２ｂを形成した。
い反応ガス領域に配置して基台に接する面を除く５面に
同時に薄膜２．２ａを形成したが、この実施例では比較
的小さい反応ガス領域に前記基板１ｂを配置し、前記実
施例と同様の反応ガスを用いて、エピタキシャル気相成
長により前記基板１ｂの上面にのみＰ型ダイヤモンド半
導体薄膜２ｂを形成した。
この実施例では、前記基板１ｂの上面にのみ薄膜２ｂを
形成したが、第２図示の実施例と同様にして、前記基板
の下面を除く上面及び４側面に同時に前記薄膜２ｂを形
成してもよい。
形成したが、第２図示の実施例と同様にして、前記基板
の下面を除く上面及び４側面に同時に前記薄膜２ｂを形
成してもよい。
第３図示の実施例及び前記したその変形例の温度センサ
によれば、下記の条件のように設定すると、薄膜の温度
係数及びセンサの合成抵抗値のばらつきを小さくするこ
とができる。すなわち、Ｐ＋形低抵抗ダイヤモンド基板
抵抗値をＲ１、Ｐ型のダイヤモンド半導体薄膜の抵抗値
をＲ２としたとき、この温度センサは抵抗ＩＲ＋の抵抗
と抵抗値Ｒ２の抵抗の直列回路と等価であり、その抵抗
値Ｒ，，Ｒ２は次式で示すように温度ｔで変化する。
によれば、下記の条件のように設定すると、薄膜の温度
係数及びセンサの合成抵抗値のばらつきを小さくするこ
とができる。すなわち、Ｐ＋形低抵抗ダイヤモンド基板
抵抗値をＲ１、Ｐ型のダイヤモンド半導体薄膜の抵抗値
をＲ２としたとき、この温度センサは抵抗ＩＲ＋の抵抗
と抵抗値Ｒ２の抵抗の直列回路と等価であり、その抵抗
値Ｒ，，Ｒ２は次式で示すように温度ｔで変化する。
ここで、Ｒ１０％ Ｒ２０は前記Ｒ１、Ｒ２の基準温
度における抵抗値、Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ前記Ｒ，、Ｒ
２の温度係数である。
度における抵抗値、Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ前記Ｒ，、Ｒ
２の温度係数である。
したがって、この抵抗値Ｒ３とＲ２の合成抵抗値は次式
で表わされる。
で表わされる。
Ｒ”Ｂ＋ ＋Ｒ２−Ｒ２Ｏ＋（１４ＲＩＧ／Ｒ２０）”
Ｃ１２ｔ（１＋ Ｒｌｏｆｆ ｌ ／Ｒ２０（Ｚ ２
）） ＝１４）−例として、常温において基板の抵抗
Ｒ，のばらつきが１〜１００Ωの範囲にあり、側温部と
なる抵抗Ｒ２の目標値（設定値）をＩＯＫΩとするとき
、合成抵抗値のばらつき ＲＩＧ／Ｒ２０（前記（４）
式参照）は０．０１〜１％以下にすることができる。
Ｃ１２ｔ（１＋ Ｒｌｏｆｆ ｌ ／Ｒ２０（Ｚ ２
）） ＝１４）−例として、常温において基板の抵抗
Ｒ，のばらつきが１〜１００Ωの範囲にあり、側温部と
なる抵抗Ｒ２の目標値（設定値）をＩＯＫΩとするとき
、合成抵抗値のばらつき ＲＩＧ／Ｒ２０（前記（４）
式参照）は０．０１〜１％以下にすることができる。
また、基板及びダイヤモンド半導体薄膜のＢ定数をそれ
ぞれＢ、、Ｂ２とするとき、α、ｌα２−Ｂ＋ ／ Ｂ
２と表わされ、Ｂ＋ ／ Ｂ２は一般に、Ｒ１がＲ２よ
り低抵抗ならば１より小さい。したがってα１１α２は
１より小さく、Ｃ２のばらつきＢ＋ｏ（Ｚ ｌ ／Ｒ２
０（Ｚ ２はＲＩＧ／Ｒ２ｏより小さくなる。
ぞれＢ、、Ｂ２とするとき、α、ｌα２−Ｂ＋ ／ Ｂ
２と表わされ、Ｂ＋ ／ Ｂ２は一般に、Ｒ１がＲ２よ
り低抵抗ならば１より小さい。したがってα１１α２は
１より小さく、Ｃ２のばらつきＢ＋ｏ（Ｚ ｌ ／Ｒ２
０（Ｚ ２はＲＩＧ／Ｒ２ｏより小さくなる。
この−例によれば温度係数のばらつきは０．０１〜１％
以下にすることができる。
以下にすることができる。
第４図は、本願の温度センサの熱応答特性の一例を示す
。
。
この図から明らかなように、初期平衡温度ＴＯから最終
の平衝温度Ｔ、まで変化させたとき、時定数は０．２秒
であって、同じ大きさの例えばＭｎ−Ｎｉ−Ｃｏ酸化物
セラミックスを用いた温度センサの時定数が１．６秒で
あるのに比べて数倍速い熱応答性が得られた。
の平衝温度Ｔ、まで変化させたとき、時定数は０．２秒
であって、同じ大きさの例えばＭｎ−Ｎｉ−Ｃｏ酸化物
セラミックスを用いた温度センサの時定数が１．６秒で
あるのに比べて数倍速い熱応答性が得られた。
第１図乃至第３図示の温度センサチップは、例えば第５
図に示すように、対向する電極３．３ａ、 ３ｂ及び４
．４ａ、 ４ｂにリード線５及び６を圧接しながら不活
性ガス１中で封止ガラス８で被覆して使用することがで
き、このように構成すると、リード線を簡便に且つ高い
信頼度で引出すことができ、また信頼度の高いパッケー
ジングが容易にできる。
図に示すように、対向する電極３．３ａ、 ３ｂ及び４
．４ａ、 ４ｂにリード線５及び６を圧接しながら不活
性ガス１中で封止ガラス８で被覆して使用することがで
き、このように構成すると、リード線を簡便に且つ高い
信頼度で引出すことができ、また信頼度の高いパッケー
ジングが容易にできる。
（発明の効果）
本発明は、上記の通りの構成を有するから、前記従来の
ものに比べて熱応答を早くすることができる効果を有し
、請求項２の発明は請求項１の発明に比べてＰ形ダイヤ
モンド半導体薄膜の形成作業が簡便になるという効果を
有する。
ものに比べて熱応答を早くすることができる効果を有し
、請求項２の発明は請求項１の発明に比べてＰ形ダイヤ
モンド半導体薄膜の形成作業が簡便になるという効果を
有する。
第１図及び第２図はそれぞれ本発明の実施例の断面図、
第３図は本発明の他の実施例の正面図、第４図はその熱
応答特性図、第５図は、本発明の一実施例の構造を示す
模式図である。 １、ｌａ・・・高抵抗のダイヤモンド基板又は炭化硅素
基板 ｌｂ・・・低抵抗Ｐ１形ダイヤモンド基板２．２ａ・・
・Ｐ形またはＮ形ダイヤモンド半導体薄膜 ２ｂ・・・Ｐ形ダイヤモンド半導体薄膜３．３ａ、 ３
ｂ＝・電 極 ４．４ａ、 ４ｂ・・・電 極 ５．６・・・リード線 ７・・・不活性ガス ８・・・封止ガラス 出
第３図は本発明の他の実施例の正面図、第４図はその熱
応答特性図、第５図は、本発明の一実施例の構造を示す
模式図である。 １、ｌａ・・・高抵抗のダイヤモンド基板又は炭化硅素
基板 ｌｂ・・・低抵抗Ｐ１形ダイヤモンド基板２．２ａ・・
・Ｐ形またはＮ形ダイヤモンド半導体薄膜 ２ｂ・・・Ｐ形ダイヤモンド半導体薄膜３．３ａ、 ３
ｂ＝・電 極 ４．４ａ、 ４ｂ・・・電 極 ５．６・・・リード線 ７・・・不活性ガス ８・・・封止ガラス 出
Claims (2)
- １．直方体に成形された高抵抗のダイヤモンド基板また
は炭化硅素基板の上下面及び少なくとも３側面に気相成
長によりＰ形またはＮ形ダイヤモンド半導体薄膜を連続
して形成し、前記上下面の薄膜上にオーミック接触する
金属から成る電極を各々設けて成り、前記Ｐ形またはＮ
形ダイヤモンド半導体薄膜を抵抗体として用い温度の変
化を該抵抗体の抵抗値の変化として検知することを特徴
とするダイヤモンド薄膜温度センサ。 - ２．直方体に成形されたＰ＾＋形低抵抗ダイヤモンド基
板上に該基板より高抵抗のＰ形ダイヤモンド半導体薄膜
を気相成長により形成し、前記基板上及び該Ｐ形ダイヤ
モンド半導体薄膜上にオーミック接触する金属から成る
電極を各々対向するように設けて成り、該半導体薄膜を
抵抗体として用い、温度の変化を該抵抗体の抵抗値の変
化として検知することを特徴とするダイヤモンド薄膜温
度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8451790A JPH03283601A (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | ダイヤモンド薄膜温度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8451790A JPH03283601A (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | ダイヤモンド薄膜温度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03283601A true JPH03283601A (ja) | 1991-12-13 |
Family
ID=13832827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8451790A Pending JPH03283601A (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | ダイヤモンド薄膜温度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03283601A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6550325B1 (en) | 1992-10-27 | 2003-04-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electric device and method of driving the same |
| CN110233016A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-09-13 | 北京科技大学 | 一种金刚石基薄膜电阻器元件的制造方法 |
| CN114038640A (zh) * | 2021-09-18 | 2022-02-11 | 盛雷城精密电阻（江西）有限公司 | 一种超高频射频电阻器及其生产方法 |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP8451790A patent/JPH03283601A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6550325B1 (en) | 1992-10-27 | 2003-04-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electric device and method of driving the same |
| CN110233016A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-09-13 | 北京科技大学 | 一种金刚石基薄膜电阻器元件的制造方法 |
| CN114038640A (zh) * | 2021-09-18 | 2022-02-11 | 盛雷城精密电阻（江西）有限公司 | 一种超高频射频电阻器及其生产方法 |
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