JPH0749270A - 温度センサ - Google Patents

温度センサ

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JPH0749270A
JPH0749270A JP5235981A JP23598193A JPH0749270A JP H0749270 A JPH0749270 A JP H0749270A JP 5235981 A JP5235981 A JP 5235981A JP 23598193 A JP23598193 A JP 23598193A JP H0749270 A JPH0749270 A JP H0749270A
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sensor
temperature
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diamond
capacitance
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JP5235981A
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Inventor
Barbara L Jones
リン ジョーンズ バーバラ
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De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Original Assignee
De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/26—Measuring radiation intensity with resistance detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/34—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using capacitative elements
    • G01K7/343—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using capacitative elements the dielectric constant of which is temperature dependant

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイヤモド型材料から形成され、電離放射並
びに温度変化に高速応答し、温度補放射測定装置に使用
されるのにも適した温度センサを提供する。 【構成】 温度センサは、絶縁ダイヤモンド型材料の本
体２０とこの本体に取り付けられたかつ間隔を挟む１対
の電気接点を含む。本体２０がこれらの接点間に所定の
厚さを有し、かつこれらの接点は所定の面積を有し、し
たがって、このセンサがこれらの接点間に温度依存性の
この厚さと面積に 相当するキャパシタンスを有す
る。本体２０は、ダイヤモンド型結晶を含むか又は化学
気相成長プロセスによって基板２２上に堆積された層で
ある。後者の場合、基板２２は半導体シリコン層でよ
く、この層はこれらの接点の１つとして働く。他の接点
は、金属接点２４であるか又はドープトアモルファス半
導体材料を含む層である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド型材料か
ら形成される温度センサであって、温度に感応性であり
かつ電離放射又は中性子放射にもまた感応性である温度
センサに関する。
【０００２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、温度セ
ンサは、絶縁ダイヤモンド型材料の本体及びこの本体に
取り付けられた１対のかつ間隔を挟む電気接点を含み、
このダイヤモンド型材料の本体はこれら接点間に所定の
厚さを有し、かつこれらの接点は所定の面積を有し、し
たがって、前記センサが前記接点間に温度依存性である
（この厚さ及び面積に）相当するキャパシタンスを有す
る。
【０００３】このダイヤモンド型材料の本体は、型式Ｉ
ａ、Ｉｂ又はＩＩａ天然又は合成ダイヤモンド型結晶を
含むことがある。
【０００４】このダイヤモンド型材料の本体は、更に、
化学気相成長プロセスによって堆積された非ドープトダ
イヤモンド型材料の層を含むことがある。
【０００５】このダイヤモンド型材料の層は、導体基板
又は半導体基板上に堆積されることがある。
【０００６】この基板は、ドープトシリコンを含むこと
がある。
【０００７】このドープトシリコン基板は、電気接点の
１つとして機能することができる。
【０００８】これらの電気接点の少なくとも１つは、金
属であってよく、かつ、例えば、チタン、アルミニウ
ム、ニッケル、又はクロムを含むことがある。
【０００９】これらの電気接点の少なくとも１つは、こ
のダイヤモンド型材料の本体上に堆積されたドープトア
モルファス半導体材料を含むことがある。
【００１０】本発明は温度測定装置へ拡張し、この装置
は上に定義された温度センサを含み及び更に発振器回路
を含み、この発振器の出力周波数がこのセンサの温度と
共に変動するようにこのセンサがこの回路に帰還素子と
して接続される。
【００１１】本発明は更に放射測定装置へ拡張し、この
装置は本発明の温度センサを含み、更に、所定の充電速
度でこのセンサに電荷を印加する充電手段、及びこのセ
ンサ上のその結果の電圧を監視する監視手段を含み、こ
れによってこのセンサへ入射する電離放射の強度を測定
する。
【００１２】本発明はなお更に放射測定装置へ拡張し、
この装置は本発明のセンサを含み、更に、このセンサへ
入射する電離放射に起因するパルス又は導通モード電気
出力信号を測定しかつこれに相当する第１電気信号を発
生するパルス又は導通モード測定手段、温度の関数とし
てこのセンサのキャパシタンスを測定しかつこれに相当
する第２電気信号を発生するキャパシタンス測定手段、
及び第１、第２電気信号に応答してこのセンサへ入射す
る電離放射の強度に相当する出力信号を発生し、このセ
ンサの温度変化を補償する補償手段を含む。
【００１３】本発明は、加えて、温度測定方法へ拡張
し、この方法は絶縁ダイヤモンド型材料の本体及びこの
本体に取り付けられたかつ間隔を挟む１対の電気接点を
含む温度センサであって、ダイヤモンド型材料のこの本
体がこれらの接点間に所定の厚さを有し、かつこれらの
接点が所定の面積を有し、したがって、このセンサが、
これらの接点間に、温度依存性の この厚さと面積に
相当するキャパシタンスを有するこの本体を提供するス
テップ、このセンサを測定される環境内又は物体に対し
て配置するステップ、これらの接点間のキャパシタンス
又はこれに関連するパラメータを測定するステップ、及
びその環境又は物体の温度を測定するために測定された
キャパシタンス又は電気的パラメータを基準キャパシタ
ンス又は電気パラメータに関連させるステップを含む。
【００１４】この方法は、このセンサを発振器回路内の
帰還素子として接続し、及びこのセンサによって測定さ
れた温度変動をこの発振器回路の発振周波数の対応する
変動に関連させることを含む。
【００１５】本発明は、放射測定方法を含み、この方法
は絶縁ダイヤモンド型材料の本体及びこの本体に取り付
けられたかつ間隔を挟む１対の電気接点を含む温度セン
サであって、ダイヤモンド型材料のこの本体がこれらの
接点間に所定の厚さを有し、かつこれらの接点が所定の
面積を有し、したがって、このセンサが、これらの接点
間に、温度依存性の この厚さと面積に 相当するキャ
パシタンスを有するこの本体を提供するステップ、所定
の充電速度でこのセンサに電荷を印加する充電ステップ
手段、及びこのセンサ上のその結果の電圧を監視し、こ
れによってこのセンサ上へ入射する電離放射の強度を測
定するステップを含む。
【００１６】本発明は、放射測定方法を含み、この方法
は絶縁ダイヤモンド型材料の本体及びこの本体に取り付
けられたかつ間隔を挟む１対の電気接点を含む温度セン
サであって、ダイヤモンド型材料のこの本体がこれらの
接点間に所定の厚さを有し、かつこれらの接点が所定の
面積を有し、したがって、このセンサが、これらの接点
間に、温度依存性の この厚さと面積に 相当するキャ
パシタンスを有するこの本体を提供するステップ、この
センサを電離放射に晒すステップ、この電離放射に起因
するパルス又は導通モード電気信号を測定しかつこれに
相当する第１電気出力信号を発生するステップ、温度の
関数としてこのセンサのキャパシタンスを測定しかつこ
れに相当する第２電気出力信号を発生するステップ、及
び温度変化を補償されるこのセンサへ入射する電離放射
の強度に相当する出力信号を発生するために第１、第２
電気出力信号を処理するステップを含む。
【００１７】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【００１８】図１に示す本発明による温度センサは、ダ
イヤモンド型材料の本体１０を含み、これに電気接点１
２及び１４が取り付けられている。導体１６及び１８
は、接点１２及び１４に、それぞれ、接続されている。
【００１９】本体１０は、典型的に、型式Ｉａ、Ｉｂ又
はＩＩａ天然又は合成ダイヤモンド型結晶のような、絶
縁ダイヤモンド型材料の１ｍｍ立方の立方体である。こ
の結晶は、その絶縁特性に減じるであろう、低レベルの
ホウ素又はリンのような不純物を持つように選択され
る。接点１２及び１４は、好適には、金属であり、か
つ、例えば、チタン、アルミニウム、ニッケル、クロ
ム、又はその他の金属を含むことがある。これらの接点
は、必ずしもオーミックであるには及ばない。
【００２０】図２は、本発明の温度センサの代替実施例
を示し、このセンサにおいて、ダイヤモンド型材料の本
体２０は、ドープトシリコン基板上に化学気相成長（Ｃ
ＶＤ）プロセスによって層として形成される。この場合
も、このダイヤモンド型材料の層は、その導電性を増大
するであろう低濃度の不純物を持つ。そのドープト基板
２２は、導電性又は半導電性であり、かつこのダイヤモ
ンド型材料の層への第１電気接点として働く。
【００２１】この基板は、約１００μｍ以上の厚さのシ
リコンウェーハで作られ、かつその主結晶面の１つから
３°から４°内にある結晶方向を有する。
【００２２】第２金属接点２４が、ダイヤモンド型材料
の本体２０に取り付けられる。金属接点の代わりに、非
金属接点を、例えば、本体２０上にアモルファスシリコ
ン又は同ゲルマニウムのようなドープトアモルファス半
導体材料を堆積することによって、施すこともできる。
この半導体材料は、これに１０３Ωｃｍ以下の抵抗性を
与えるに充分高い濃度にホウ素又はリンで以てドープさ
れる。原型センサは、１ｍｍ平方の寸法を有し、約１０
０μｍの厚さのダイヤモンド型材料の層２０を備える。
【００２３】本発明のセンサの両実施例において、その
デバイスは、その電気接点間に温度依存性キャパシタン
スを示す。図３は、このセンサのキャパシタンスと温度
との関係を概略的に示す。図１による本発明のセンサの
第１実施例の原型は２０℃で約５ｐＦのキャパシタンス
を有し、他方、その第２実施例の原型は約５０ｐＦのキ
ャパシタンスを有する。
【００２４】このセンサのキャパシタンスＣは、次の式
に従い、そのダイヤモンド型材料の誘電率Ｃによって決
定される：
【００２５】
【数１】
【００２６】ここに、Ａはそれらの接点の面積、及びｄ
はこれらの接点間のこのダイヤモンド型材料の幅又は厚
さである。
【００２７】ε０は定数であり、他方、εは温度の関数
である。
【００２８】
【数２】
【００２９】ここに、Ｔは絶対温度である。
【００３０】したがって、このセンサのキャパシタンス
が、非線形的に、温度の関数として変化することが判
る。
【００３１】本発明の温度センサの基本的なキャパシタ
ンスは、それらの接点の寸法（面積）及びこれらの接点
間のダイヤモンド型材料の幅又は厚さを調節することに
よって選択され得る。上に説明された両実施例の場合の
ダイヤモンド型材料の厚さの典型的な範囲は、１０μｍ
から１ｍｍの範囲にある。本発明のセンサの第１実施例
において、ダイヤモンド型結晶を採用することによっ
て、このセンサは、全体的に、寸法において１又は２ｍ
ｍ以下であるが、しかしその第２実施例のセンサは、も
し所望されるならば、遥かに大きくなることができ、数
平方ｃｍの面積、及びこれに相当するキャパシタンスを
持つことができる。
【００３２】センサを組み込んでいる温度測定装置の漂
遊キャパシタンスに対する感度を低減する、比較的大き
いキャパシタンスを備えるそのセンサを提供することは
好都合ではあるが、認められているように、そのセンサ
の寸法を増大することは、測定されている物体又は環境
によってそれだけい多くの質量の材料が加熱されるか
ら、なおまた、このセンサの応答速度を遅くすることに
なる。それゆえ、このセンサの意図する応用に従い、妥
協に達する必要がある。
【００３３】上に説明された本発明のセンサの実施例に
おいて、電荷キャリヤは温度の変化の関数として移動さ
せられ又は局在させられ、これは放射センサのような他
のセンサの動作機構と異なっている。放射センサにおい
ては、キャリヤは、電離粒子とダイヤモンド型材料の構
造との相互作用によって発生される。しかしながら、こ
の説明されているセンサは、下に説明されるように、両
モードで応答し、これが利点を持たらすように使用され
得る。
【００３４】本発明の温度センサは、温度を測定するた
めに、典型的には基準ダイヤモンド型材料のキャパシタ
を備える、零位法キャパシタンスブリッジと関連して使
用されることがある。
【００３５】図４及び図５は、温度を測定するために及
びその温度された測定に相当する出力電圧を提供するた
めに本発明のセンサと共に使用することのできる回路を
示す。
【００３６】図４は、温度センサＣが帰還素子として使
用される電圧制御発振器（以下、ＶＣＯと称する）回路
を示す。このＶＣＯは公称周波数で運転するようにプリ
セットされ、この周波数は温度に伴うこのセンサのキャ
パシタンスの変動に従って変動する。図示の回路におい
ては、そのセンサのキャパシタンスは、次の式で与えら
れる：
【００３７】
【数３】
【００３８】ここに、ＴはこのＶＣＯの発振周期であ
る。このセンサのキャパシタンスと絶対温度Ｔ（上の発
振周期と混同してはならない）との間の上の関係から、
温度値を計算することできる。
【００３９】図５の回路は、温度センサＣが非線形帰還
素子として使用される比較的簡単な方形波発振器であ
る。この回路は、次の関係に従って、センサＣのキャパ
シタンス及びこの回路の抵抗器によって決定される周波
数を持つ方形波を発生する：
【００４０】
【数４】
【００４１】ここに、Ｔはこの方形波発生器の発振周期
である。
【００４２】この場合も、このようにして得られたキャ
パシタンス値から、温度値を計算することができる。
【００４３】図６において、電界効果トランジスタ（Ｆ
ＥＴＳ）Ｔ１及びＴ２を含む簡単な回路が、発振器から
方形波を供給される。このことが、そのパルス列の周波
数繰返し速度でトランジスタＴ１をスイッチさせて、温
度センサＣを一定速度で放電させる。センサＣが中性子
放射又は電離放射に晒されるとき、このセンサは、その
入射放射の強度に比例する速度で放電する。トランジス
タＴ２は、センサＣ上の電荷を監視しかつこれに相当す
る出力電圧Ｖｏｕｔを提供する。
【００４４】本発明のセンサが電離放射と温度との両方
に感応性であると云う事実は、温度及び入射放射の両方
を測定する測定デバイス、又は温度補償される放射測定
デバイスを提供するために利用され得ることは、認めら
れる所である。後者の場合、基準温度補償キャパシタ
を、適当な補償回路で以て、図４及び図５の回路内に提
供することもできる。
【００４５】
【発明の効果】説明された温度センサは、パルスモード
又は導通モードで動作する既知の放射センサに物理的に
類似しており、したがって、温度の関数としてそのセン
サのキャパシタンスと、このセンサへの入射放射から生
じるパルスモード信号又は導通モード信号との両方を測
定する複合測定回路に接続され得る。
【００４６】温度依存性キャパシタンス測定は、温度変
動に起因するそのセンサのパルスモード出力又は導通モ
ード出力の変動を補償するために使用される。
【００４７】この温度センサのダイヤモンド型材料の本
体は非導電性であるので、このセンサは、誘導電流に起
因する誤りを生じるおそれなく強力な磁界内に使用され
得る。本発明のセンサは、したがって、従来のサーミス
タが不適当なことがある超電導物体と関連して使用され
るのに適している。
【００４８】ダイヤモンド型材料の優れた熱伝導率に起
因して、本発明の温度センサは、熱絶縁材料でもある電
気絶縁材料を使用することがある、先行技術のセンサと
比較して高速応答を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるダイヤモンド型材料の温度センサ
の第１実施例の概略側断面図。
【図２】本発明による温度センサの第２実施例の概略側
断面図。
【図３】本発明による温度センサの温度に対する電気的
特性を示すグラフ図。
【図４】温度を測定するために本発明の温度センサと共
に使用することのできるＶＣＯ回路の回路図。
【図５】温度を測定するために本発明の温度センサと共
に使用することのできる方形波発振器の回路図。
【図６】放射及び／又は温度を測定するために本発明の
温度センサと共に使用することのできる回路の回路図。
【符号の説明】
１０ ダイヤモンド型材料の本体 １２、１４ 電気接点 １６、１８ 導体 ２０ ダイヤモンド型材料の本体 ２２ ドープト基板 ２４ 第２金属接点 Ｃ 温度センサ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１０月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 温度センサ
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド型材料か
ら形成される温度センサであって、温度に感応性であり
かつ電離放射又は中性子放射にもまた感応性である温度
センサに関する。
【０００２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、温度セ
ンサは、絶縁ダイヤモンド型材料の本体及びこの本体に
取り付けられた１対のかつ間隔を挟む電気接点を含み、
このダイヤモンド型材料の本体はこれら接点間に所定の
厚さを有し、かつこれらの接点は所定の面積を有し、し
たがって、前記センサが前記接点間に温度依存性である
（この厚さ及び面積に）相当するキャパシタンスを有す
る。
【０００３】このダイヤモンド型材料の本体は、型式Ｉ
ａ、Ｉｂ又はＩＩａ天然又は合成ダイヤモンド型結晶を
含むことがある。
【０００４】このダイヤモンド型材料の本体は、更に、
化学気相成長プロセスによって堆積された非ドープトダ
イヤモンド型材料の層を含むことがある。
【０００５】このダイヤモンド型材料の層は、導体基板
又は半導体基板上に堆積されることがある。
【０００６】この基板は、ドープトシリコンを含むこと
がある。
【０００７】このドープトシリコン基板は、電気接点の
１つとして機能することができる。
【０００８】これらの電気接点の少なくとも１つは、金
属であってよく、かつ、例えば、チタン、アルミニウ
ム、ニッケル、又はクロムを含むことがある。
【０００９】これらの電気接点の少なくとも１つは、こ
のダイヤモンド型材料の本体上に堆積されたドープトア
モルファス半導体材料を含むことがある。
【００１０】本発明は温度測定装置へ拡張し、この装置
は上に定義された温度センサを含み及び更に発振器回路
を含み、この発振器の出力周波数がこのセンサの温度と
共に変動するようにこのセンサがこの回路に帰還素子と
して接続される。
【００１１】本発明は更に放射測定装置へ拡張し、この
装置は本発明の温度センサを含み、更に、所定の充電速
度でこのセンサに電荷を印加する充電手段、及びこのセ
ンサ上のその結果の電圧を監視する監視手段を含み、こ
れによってこのセンサへ入射する電離放射の強度を測定
する。
【００１２】本発明はなお更に放射測定装置へ拡張し、
この装置は本発明のセンサを含み、更に、このセンサへ
入射する電離放射に起因するパルス又は導通モード電気
出力信号を測定しかつこれに相当する第１電気信号を発
生するパルス又は導通モード測定手段、温度の関数とし
てこのセンサのキャパシタンスを測定しかつこれに相当
する第２電気信号を発生するキャパシタンス測定手段、
及び第１、第２電気信号に応答してこのセンサへ入射す
る電離放射の強度に相当する出力信号を発生し、このセ
ンサの温度変化を補償する補償手段を含む。
【００１３】本発明は、加えて、温度測定方法へ拡張
し、この方法は絶縁ダイヤモンド型材料の本体及びこの
本体に取り付けられたかつ間隔を挟む１対の電気接点を
含む温度センサであって、ダイヤモンド型材料のこの本
体がこれらの接点間に所定の厚さを有し、かつこれらの
接点が所定の面積を有し、したがって、このセンサが、
これらの接点間に、温度依存性のこの厚さと面積に相当
するキャパシタンスを有するこの本体を提供するステッ
プ、このセンサを測定される環境内又は物体に対して配
置するステップ、これらの接点間のキャパシタンス又は
これに関連するパラメータを測定するステップ、及びそ
の環境又は物体の温度を測定するために測定されたキャ
パシタンス又は電気的パラメータを基準キャパシタンス
又は電気パラメータに関連させるステップを含む。
【００１４】この方法は、このセンサを発振器回路内の
帰還素子として接続し、及びこのセンサによって測定さ
れた温度変動をこの発振器回路の発振周波数の対応する
変動に関連させることを含む。
【００１５】本発明は、放射測定方法を含み、この方法
は絶縁ダイヤモンド型材料の本体及びこの本体に取り付
けられたかつ間隔を挟む１対の電気接点を含む温度セン
サであって、ダイヤモンド型材料のこの本体がこれらの
接点間に所定の厚さを有し、かつこれらの接点が所定の
面積を有し、したがって、このセンサが、これらの接点
間に、温度依存性のこの厚さと面積に相当するキャパシ
タンスを有するこの本体を提供するステップ、所定の充
電速度でこのセンサに電荷を印加する充電ステップ手
段、及びこのセンサ上のその結果の電圧を監視し、これ
によってこのセンサ上へ入射する電離放射の強度を測定
するステップを含む。
【００１６】本発明は、放射測定方法を含み、この方法
は絶縁ダイヤモンド型材料の本体及びこの本体に取り付
けられたかつ間隔を挟む１対の電気接点を含む温度セン
サであって、ダイヤモンド型材料のこの本体がこれらの
接点間に所定の厚さを有し、かつこれらの接点が所定の
面積を有し、したがって、このセンサが、これらの接点
間に、温度依存性のこの厚さと面積に相当するキャパシ
タンスを有するこの本体を提供するステップ、このセン
サを電離放射に晒すステップ、この電離放射に起因する
パルス又は導通モード電気信号を測定しかつこれに相当
する第１電気出力信号を発生するステップ、温度の関数
としてこのセンサのキャパシタンスを測定しかつこれに
相当する第２電気出力信号を発生するステップ、及び温
度変化を補償されるこのセンサへ入射する電離放射の強
度に相当する出力信号を発生するために第１、第２電気
出力信号を処理するステップを含む。
【００１７】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【００１８】図１に示す本発明による温度センサは、ダ
イヤモンド型材料の本体１０を含み、これに電気接点１
２及び１４が取り付けられている。導体１６及び１８
は、接点１２及び１４に、それぞれ、接続されている。
【００１９】本体１０は、典型的に、型式Ｉａ、Ｉｂ又
はＩＩａ天然又は合成ダイヤモンド型結晶のような、絶
縁ダイヤモンド型材料の１ｍｍ立方の立方体である。こ
の結晶は、その絶縁特性に減じるであろう、低レベルの
ホウ素又はリンのような不純物を持つように選択され
る。接点１２及び１４は、好適には、金属であり、か
つ、例えば、チタン、アルミニウム、ニッケル、クロ
ム、又はその他の金属を含むことがある。これらの接点
は、必ずしもオーミックであるには及ばない。
【００２０】図２は、本発明の温度センサの代替実施例
を示し、このセンサにおいて、ダイヤモンド型材料の本
体２０は、ドープトシリコン基板上に化学気相成長（Ｃ
ＶＤ）プロセスによって層として形成される。この場合
も、このダイヤモンド型材料の層は、その導電性を増大
するであろう低濃度の不純物を持つ。そのドープト基板
２２は、導電性又は半導電性であり、かつこのダイヤモ
ンド型材料の層への第１電気接点として働く。
【００２１】この基板は、約１００μｍ以上の厚さのシ
リコンウェーハで作られ、かつその主結晶面の１つから
３°から４°内にある結晶方向を有する。
【００２２】第２金属接点２４が、ダイヤモンド型材料
の本体２０に取り付けられる。金属接点の代わりに、非
金属接点を、例えば、本体２０上にアモルファスシリコ
ン又は同ゲルマニウムのようなドープトアモルファス半
導体材料を堆積することによって、施すこともできる。
この半導体材料は、これに１０３Ωｃｍ以下の抵抗性を
与えるに充分高い濃度にホウ素又はリンで以てドープさ
れる。原型センサは、１ｍｍ平方の寸法を有し、約１０
０μｍの厚さのダイヤモンド型材料の層２０を備える。
【００２３】本発明のセンサの両実施例において、その
デバイスは、その電気接点間に温度依存性キャパシタン
スを示す。図３は、このセンサのキャパシタンスと温度
との関係を概略的に示す。図１による本発明のセンサの
第１実施例の原型は２０℃で約５ｐＦのキャパシタンス
を有し、他方、その第２実施例の原型は約５０ｐＦのキ
ャパシタンスを有する。
【００２４】このセンサのキャパシタンスＣは、次の式
に従い、そのダイヤモンド型材料の誘電率εによって決
定される：
【００２５】
【数１】
【００２６】ここに、Ａはそれらの接点の面積、及びｄ
はこれらの接点間のこのダイヤモンド型材料の幅又は厚
さである。
【００２７】εｏは定数であり、他方、εは温度の関数
である。
【００２８】
【数２】
【００２９】ここに、Ｔは絶対温度である。
【００３０】したがって、このセンサのキャパシタンス
が、非線形的に、温度の関数として変化することが判
る。
【００３１】本発明の温度センサの基本的なキャパシタ
ンスは、それらの接点の寸法（面積）及びこれらの接点
間のダイヤモンド型材料の幅又は厚さを調節することに
よって選択され得る。上に説明された両実施例の場合の
ダイヤモンド型材料の厚さの典型的な範囲は、１０μｍ
から１ｍｍの範囲にある。本発明のセンサの第１実施例
において、ダイヤモンド型結晶を採用することによっ
て、このセンサは、全体的に、寸法において１又は２ｍ
ｍ以下であるが、しかしその第２実施例のセンサは、も
し所望されるならば、遥かに大きくなることができ、数
平方ｃｍの面積、及びこれに相当するキャパシタンスを
持つことができる。
【００３２】センサを組み込んでいる温度測定装置の漂
遊キャパシタンスに対する感度を低減する、比較的大き
いキャパシタンスを備えるそのセンサを提供することは
好都合ではあるが、認められているように、そのセンサ
の寸法を増大することは、測定されている物体又は環境
によってそれだけい多くの質量の材料が加熱されるか
ら、なおまた、このセンサの応答速度を遅くすることに
なる。それゆえ、このセンサの意図する応用に従い、妥
協に達する必要がある。
【００３３】上に説明された本発明のセンサの実施例に
おいて、電荷キャリヤは温度の変化の関数として移動さ
せられ又は局在させられ、これは放射センサのような他
のセンサの動作機構と異なっている。放射センサにおい
ては、キャリヤは、電離粒子とダイヤモンド型材料の構
造との相互作用によって発生される。しかしながら、こ
の説明されているセンサは、下に説明されるように、両
モードで応答し、これが利点を持たらすように使用され
得る。
【００３４】本発明の温度センサは、温度を測定するた
めに、典型的には基準ダイヤモンド型材料のキャパシタ
を備える、零位法キャパシタンスブリッジと関連して使
用されることがある。
【００３５】図４及び図５は、温度を測定するために及
びその温度された測定に相当する出力電圧を提供するた
めに本発明のセンサと共に使用することのできる回路を
示す。
【００３６】図４は、温度センサＣが帰還素子として使
用される電圧制御発振器（以下、ＶＣＯと称する）回路
を示す。このＶＣＯは公称周波数で運転するようにプリ
セットされ、この周波数は温度に伴うこのセンサのキャ
パシタンスの変動に従って変動する。図示の回路におい
ては、そのセンサのキャパシタンスは、次の式で与えら
れる：
【００３７】
【数３】
【００３８】ここに、ＴはこのＶＣＯの発振周期であ
る。このセンサのキャパシタンスと絶対温度Ｔ（上の発
振周期と混同してはならない）との間の上の関係から、
温度値を計算することできる。
【００３９】図５の回路は、温度センサＣが非線形帰還
素子として使用される比較的簡単な方形波発振器であ
る。この回路は、次の関係に従って、センサＣのキャパ
シタンス及びこの回路の抵抗器によって決定される周波
数を持つ方形波を発生する：
【００４０】
【数４】
【００４１】ここに、Ｔはこの方形波発生器の発振周期
である。
【００４２】この場合も、このようにして得られたキャ
パシタンス値から、温度値を計算することができる。
【００４３】図６において、電界効果トランジスタ（Ｆ
ＥＴｓ）Ｔ１及びＴ２を含む簡単な回路が、発振器から
方形波を供給される。このことが、そのパルス列の周波
数繰返し速度でトランジスタＴ１をスイッチさせて、温
度センサＣを一定速度で放電させる。センサＣが中性子
放射又は電離放射に晒されるとき、このセンサは、その
入射放射の強度に比例する速度で放電する。トランジス
タＴ２は、センサＣ上の電荷を監視しかつこれに相当す
る出力電圧Ｖｏｕｔを提供する。
【００４４】本発明のセンサが電離放射と温度との両方
に感応性であると云う事実は、温度及び入射放射の両方
を測定する測定デバイス、又は温度補償される放射測定
デバイスを提供するために利用され得ることは、認めら
れる所である。後者の場合、基準温度補償キャパシタ
を、適当な補償回路で以て、図４及び図５の回路内に提
供することもできる。
【００４５】
【発明の効果】説明された温度センサは、パルスモード
又は導通モードで動作する既知の放射センサに物理的に
類似しており、したがって、温度の関数としてそのセン
サのキャパシタンスと、このセンサへの入射放射から生
じるパルスモード信号又は導通モード信号との両方を測
定する複合測定回路に接続され得る。
【００４６】温度依存性キャパシタンス測定は、温度変
動に起因するそのセンサのパルスモード出力又は導通モ
ード出力の変動を補償するために使用される。
【００４７】この温度センサのダイヤモンド型材料の本
体は非導電性であるので、このセンサは、誘導電流に起
因する誤りを生じるおそれなく強力な磁界内に使用され
得る。本発明のセンサは、したがって、従来のサーミス
タが不適当なことがある超電導物体と関連して使用され
るのに適している。
【００４８】ダイヤモンド型材料の優れた熱伝導率に起
因して、本発明の温度センサは、熱絶縁材料でもある電
気絶縁材料を使用することがある、先行技術のセンサと
比較して高速応答を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるダイヤモンド型材料の温度センサ
の第１実施例の概略側断面図。
【図２】本発明による温度センサの第２実施例の概略側
断面図。
【図３】本発明による温度センサの温度に対する電気的
特性を示すグラフ図。
【図４】温度を測定するために本発明の温度センサと共
に使用することのできるＶＣＯ回路の回路図
【図５】温度を測定するために本発明の温度センサと共
に使用することのできる方形波発振器の回路図
【図６】放射及び／又は温度を測定するために本発明の
温度センサと共に使用することのできる回路の回路図。
【符号の説明】 １０ ダイヤモンド型材料の本体 １２、１４ 電気接点 １６、１８ 導体 ２０ ダイヤモンド型材料の本体 ２２ ドープト基板 ２４ 第２金属接点 Ｃ 温度センサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁ダイヤモンド型材料の本体と、前記
    本体に取り付けられた１対のかつ間隔を挟む電気接点と
    を含む温度センサであって、前記ダイヤモンド型材料の
    本体は前記接点間に所定の厚さを有し、かつ前記接点は
    所定の面積を有し、したがって、前記センサが、前記接
    点間に、温度依存性である相当するキャパシタンスを有
    する温度センサ。
JP5235981A 1992-08-17 1993-08-17 温度センサ Pending JPH0749270A (ja)

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GB9217436.6 1992-08-17
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