JPS58112377A - 半導体熱電対 - Google Patents
半導体熱電対Info
- Publication number
- JPS58112377A JPS58112377A JP56211730A JP21173081A JPS58112377A JP S58112377 A JPS58112377 A JP S58112377A JP 56211730 A JP56211730 A JP 56211730A JP 21173081 A JP21173081 A JP 21173081A JP S58112377 A JPS58112377 A JP S58112377A
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- JP
- Japan
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- region
- thermocouple
- semiconductor
- regions
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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
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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】
この発明は、単結晶半導体基板内に形成されたn型(又
はp型)領域の熱起電力を利用して、放射エネルギー醇
を計測するようにした半導体熱電対に関する。
はp型)領域の熱起電力を利用して、放射エネルギー醇
を計測するようにした半導体熱電対に関する。
赤外線ガス濃度計等を小形化して携帯用等に使用するK
は、小形で機械的に丈夫で安定な素子が必要であり、小
形高感度の熱電対として第1図に示すようなサーモバイ
ルが知られている。すなわち、円板状の基板1の表面に
10〜15対の金−コンスタンタン熱電対2がそれぞれ
放射状にがつ直列に接続され、これら熱電対2の測温接
点群は基板中央部に集められ、放射エネルギーの吸収を
良くするために金黒や白金黒による黒化処理がなされ、
基準接点群3との間に生じた熱起電力がそれぞれ直列に
合成されて端子4から外部へ出力されるようKなってい
る。しかしながら、このようなサーモバイルは構造が複
絹で機械的振動に弱く、また組立作業に高度の技術を必
要とする欠点があった。
は、小形で機械的に丈夫で安定な素子が必要であり、小
形高感度の熱電対として第1図に示すようなサーモバイ
ルが知られている。すなわち、円板状の基板1の表面に
10〜15対の金−コンスタンタン熱電対2がそれぞれ
放射状にがつ直列に接続され、これら熱電対2の測温接
点群は基板中央部に集められ、放射エネルギーの吸収を
良くするために金黒や白金黒による黒化処理がなされ、
基準接点群3との間に生じた熱起電力がそれぞれ直列に
合成されて端子4から外部へ出力されるようKなってい
る。しかしながら、このようなサーモバイルは構造が複
絹で機械的振動に弱く、また組立作業に高度の技術を必
要とする欠点があった。
しかして、近年薄膜化したサーモバイルも試作されてい
るが、十分な感度は得られていない。
るが、十分な感度は得られていない。
一方、小形で機械的に丈夫な熱形検出器として第2図に
示すような薄膜形サーミスタ・ボロメータが知られてお
り、基板5の表面に形成されたコバルト・マンガン系の
サーミスタ6は抵抗値が4〜5%/’Cと大きく変化し
感度も優れているが、受動素子であるため卑子7を介し
て外部から電力を供給しなければならないという欠点が
ある。また、能動素子であるシリコン太陽電池を熱形検
出器として使用した場合、応答が早(、構造が簡単で丈
夫であると共に1外部からの電力供給が不要である等の
利点があるが、太陽電池の有効波長領域が0.45〜1
.15μmと狭帯緘なので、800℃以下の低温体は測
定できないという欠点がある。
示すような薄膜形サーミスタ・ボロメータが知られてお
り、基板5の表面に形成されたコバルト・マンガン系の
サーミスタ6は抵抗値が4〜5%/’Cと大きく変化し
感度も優れているが、受動素子であるため卑子7を介し
て外部から電力を供給しなければならないという欠点が
ある。また、能動素子であるシリコン太陽電池を熱形検
出器として使用した場合、応答が早(、構造が簡単で丈
夫であると共に1外部からの電力供給が不要である等の
利点があるが、太陽電池の有効波長領域が0.45〜1
.15μmと狭帯緘なので、800℃以下の低温体は測
定できないという欠点がある。
さらにまた、ガスクロマトグラフ装置等に使用されてい
る熱伝導形検出器TCD (Therma/ −Con
duct ivi ty Detector )では、
第3図囚〜(C)に示すように輸送ガス(キャリアガス
)K試料ガスGが混入した混合ガスを測定管部8Cに導
き、輸送ガスのみのガスRを比較管部8Dに導き、この
2つのガスの熱伝導度の差を、流通ないしは拡散の過程
を通じて発熱抵抗体8A 、 8Bおよび比較管部の他
の2つの発熱抵抗体により検出する。しかしながら、こ
れらの検出器ではいずれも通常5W前後の電力を消費す
ると共に応答速度も約0.1秒と遅く、安定な検出器を
得るには構造が複雑罠なってしまう欠点があった。よっ
て、この発明の目的は上述の如き欠点1問題点を除去し
た半導体熱電対を提供するととKある。
る熱伝導形検出器TCD (Therma/ −Con
duct ivi ty Detector )では、
第3図囚〜(C)に示すように輸送ガス(キャリアガス
)K試料ガスGが混入した混合ガスを測定管部8Cに導
き、輸送ガスのみのガスRを比較管部8Dに導き、この
2つのガスの熱伝導度の差を、流通ないしは拡散の過程
を通じて発熱抵抗体8A 、 8Bおよび比較管部の他
の2つの発熱抵抗体により検出する。しかしながら、こ
れらの検出器ではいずれも通常5W前後の電力を消費す
ると共に応答速度も約0.1秒と遅く、安定な検出器を
得るには構造が複雑罠なってしまう欠点があった。よっ
て、この発明の目的は上述の如き欠点1問題点を除去し
た半導体熱電対を提供するととKある。
以下にこの発明を訝明する。
この発明は半導体熱電対に関し、単結晶半導体基板内に
形成された複数のn型又はp型111竣と、これらn型
又はp型領域の一端にそれぞれ導体を蒸着せしめ、これ
ら蒸着導体により放射エネルギーを吸収すると共に、複
数のn型又はp型領域をそれぞれ直列に接続して、高感
度の熱起電力を得るようにしたものである。
形成された複数のn型又はp型111竣と、これらn型
又はp型領域の一端にそれぞれ導体を蒸着せしめ、これ
ら蒸着導体により放射エネルギーを吸収すると共に、複
数のn型又はp型領域をそれぞれ直列に接続して、高感
度の熱起電力を得るようにしたものである。
この発明の一実施例を示す第4図(A)及び(Blにお
いて、弄す円板状のp型牛導体基板10の表面にイオン
注入法轡によりリン等の不純物をドープして複数個のL
字状のn型領域11を放射状に形成し、このn型領#1
1と対称な形に複数個のL字状の導体12を放射状KM
着する。その後n型領域11と導体12の先端が基板1
0の中心部で重畳した領域13を黒化処理して側温接点
群を形成すると共に、!′1fll領域11をそれぞれ
直列に接続することKより、合成熱起電力を1対の電極
T1及びT2から得るようになっている。なお、p型半
導体部分10はn型半導体11のどの部分よりも電位が
正にならないようになっている。
いて、弄す円板状のp型牛導体基板10の表面にイオン
注入法轡によりリン等の不純物をドープして複数個のL
字状のn型領域11を放射状に形成し、このn型領#1
1と対称な形に複数個のL字状の導体12を放射状KM
着する。その後n型領域11と導体12の先端が基板1
0の中心部で重畳した領域13を黒化処理して側温接点
群を形成すると共に、!′1fll領域11をそれぞれ
直列に接続することKより、合成熱起電力を1対の電極
T1及びT2から得るようになっている。なお、p型半
導体部分10はn型半導体11のどの部分よりも電位が
正にならないようになっている。
ここにおいて、n型領域の熱起電力をθ、絶絶対開度T
、半導体の伝導体準位及びフェルミ単位をそれぞれEC
,EF、電子の電荷をeとすると、n型領域の熱起電率
は となる。ここで、例えばリンを3×10 原子/crI
の濃度にドープしたn型シリコンでは、100℃にオイ
テ熱起電率d e / dT= 1.2 mV/’Cと
なり、この値はJIS C160Zに規定されている
最高感度の金属製熱電対の約15倍の熱起電率である。
、半導体の伝導体準位及びフェルミ単位をそれぞれEC
,EF、電子の電荷をeとすると、n型領域の熱起電率
は となる。ここで、例えばリンを3×10 原子/crI
の濃度にドープしたn型シリコンでは、100℃にオイ
テ熱起電率d e / dT= 1.2 mV/’Cと
なり、この値はJIS C160Zに規定されている
最高感度の金属製熱電対の約15倍の熱起電率である。
しかるに、(1)式で示される熱起電率は、半導体中の
不純物濃度によって変化(不純物濃度変化→フェルミ準
位変化→熱起電率変化)するので、互換性のある熱電対
を半導体で作ることは困難であった。
不純物濃度によって変化(不純物濃度変化→フェルミ準
位変化→熱起電率変化)するので、互換性のある熱電対
を半導体で作ることは困難であった。
このため、従来は単1/cn型半導体、p型半導体の判
定に熱起電力を利用する程度であった。
定に熱起電力を利用する程度であった。
しかして、近年、イオン注入法の出現で不純物の注入技
術が進み、半導体中に不純物を制御された状態で注入で
きるようになったことにより半導体基板10内に不純物
を′Jn1度良く注入すれば、互換性のある高感度の小
形半導体熱電対を容易に得ることができる。なお、第5
1M(A)及び(B) K示す如くn型領[11と導体
12の重畳部に小孔14を設け、この小孔14から等方
性及び異方性エツチングによりn型領域11内に丸溝状
の空洞15を設けても良い。
術が進み、半導体中に不純物を制御された状態で注入で
きるようになったことにより半導体基板10内に不純物
を′Jn1度良く注入すれば、互換性のある高感度の小
形半導体熱電対を容易に得ることができる。なお、第5
1M(A)及び(B) K示す如くn型領[11と導体
12の重畳部に小孔14を設け、この小孔14から等方
性及び異方性エツチングによりn型領域11内に丸溝状
の空洞15を設けても良い。
この空洞は、最近の単結晶のエツチング技術の向上によ
り、定まった形に形成される。この空洞構造は、いわゆ
る空洞放射の原理に基いて放射エネルギーを効率良(吸
収するので、吸収効果が増大する。かかる小孔14及び
空洞15の構造はサーモバイルのみならず、単独の放射
検出素子としても利用することができる。第4図の例で
は複数個のn型領域は、p型半導体基板中に形成されて
いるが、サファイアの如き単結晶半絶縁性基板上に形成
することもできる。
り、定まった形に形成される。この空洞構造は、いわゆ
る空洞放射の原理に基いて放射エネルギーを効率良(吸
収するので、吸収効果が増大する。かかる小孔14及び
空洞15の構造はサーモバイルのみならず、単独の放射
検出素子としても利用することができる。第4図の例で
は複数個のn型領域は、p型半導体基板中に形成されて
いるが、サファイアの如き単結晶半絶縁性基板上に形成
することもできる。
また、第6園内及び但)はこの発明の半導体装置対をガ
スクロマトグラフ装置等の熱伝導度形検出器として応用
した一例を示すものであり、方形状のp型半導体基板間
の表面Kn型領域21を形成して熱電対素子とし、その
両端近傍を含む領域をエツチングした後に導体22A及
び22Bを蒸着し、これら導体22A及び22Bに接続
された電極23A及び23Bを介してn型領域21の熱
起電力を出力するようになっている。そして、n型領域
21に沿って高・不純物濃度の拡散領[24を形成して
ヒータとし、このヒータUを電極25A及び25Bから
電力を供給して加熱するようになっている。また、熱電
対素子21の両端に接す−るようにエツチングされたガ
ス*26及びnが配設されており、基板間の上面全体を
カバーするようにパイレックスガラス等から成る板間が
装着されている。なお、板(9)の電極23A彎 、23B上の部分31及び電極25A 、 25B上の
部分32は、いずれもエツチングにより方形状に淑り除
かれている。この構造も、半導体単結晶中への不純物注
入技術とそのエツチング技術の向上により実演1できる
。
スクロマトグラフ装置等の熱伝導度形検出器として応用
した一例を示すものであり、方形状のp型半導体基板間
の表面Kn型領域21を形成して熱電対素子とし、その
両端近傍を含む領域をエツチングした後に導体22A及
び22Bを蒸着し、これら導体22A及び22Bに接続
された電極23A及び23Bを介してn型領域21の熱
起電力を出力するようになっている。そして、n型領域
21に沿って高・不純物濃度の拡散領[24を形成して
ヒータとし、このヒータUを電極25A及び25Bから
電力を供給して加熱するようになっている。また、熱電
対素子21の両端に接す−るようにエツチングされたガ
ス*26及びnが配設されており、基板間の上面全体を
カバーするようにパイレックスガラス等から成る板間が
装着されている。なお、板(9)の電極23A彎 、23B上の部分31及び電極25A 、 25B上の
部分32は、いずれもエツチングにより方形状に淑り除
かれている。この構造も、半導体単結晶中への不純物注
入技術とそのエツチング技術の向上により実演1できる
。
このような構成において、ヒータ飼を1[俸25A、2
5Bを介して加熱すると共に、ガス溝が及びガにガスG
1.G2流入すると、両方のガスG、、G2の熱伝導度
の差によってn型領域210両端に温度差が生じる。こ
れにより、導体22A 、 22B及び電極Z3A 、
23Bを介して、温度差に対応した熱起電力を得るこ
とができる。
5Bを介して加熱すると共に、ガス溝が及びガにガスG
1.G2流入すると、両方のガスG、、G2の熱伝導度
の差によってn型領域210両端に温度差が生じる。こ
れにより、導体22A 、 22B及び電極Z3A 、
23Bを介して、温度差に対応した熱起電力を得るこ
とができる。
一方、第7図及び第8図はそれぞれその変形例を示すも
のであり、第7図の例は2つのガス溝か及びnを並べる
と共に、その側部に熱電素子21を配設するようにした
ものである。そして、熱雷素子21の電極23Aとヒー
タ冴の1!極25Aとを1個所にまとめ、熱電素子21
の電極23BとヒータUの電極25Bとを1個所にまと
めている。また、第8図の例は熱電素子21をコの字状
に形成すると共に、その内側にコの字状のヒータ々を配
設し、電極23A 、 23B 、 25A 、 25
Bを1個所にまとめたものである。かかる(・ずれの装
置によっても上述と同様の検出を行なうことができる。
のであり、第7図の例は2つのガス溝か及びnを並べる
と共に、その側部に熱電素子21を配設するようにした
ものである。そして、熱雷素子21の電極23Aとヒー
タ冴の1!極25Aとを1個所にまとめ、熱電素子21
の電極23BとヒータUの電極25Bとを1個所にまと
めている。また、第8図の例は熱電素子21をコの字状
に形成すると共に、その内側にコの字状のヒータ々を配
設し、電極23A 、 23B 、 25A 、 25
Bを1個所にまとめたものである。かかる(・ずれの装
置によっても上述と同様の検出を行なうことができる。
なお、以上の1明では半導体基板をp型とし、n型領域
を熱電対として使用したカζ、半導体基板をn型としp
型領塚を炉、電対として使用するようにしても良い。
を熱電対として使用したカζ、半導体基板をn型としp
型領塚を炉、電対として使用するようにしても良い。
辺上^り明したように、この発明の牛導体熱電対は、イ
オン柱入法等により単結晶半導体基板内に容易K111
!感度、極小形の#電対として形成できるので、轡械的
に丈夫かつ安定しており、放射温度計やガス濃麿計等の
小形化に役立つと共に1大量生産でき経済的である。
オン柱入法等により単結晶半導体基板内に容易K111
!感度、極小形の#電対として形成できるので、轡械的
に丈夫かつ安定しており、放射温度計やガス濃麿計等の
小形化に役立つと共に1大量生産でき経済的である。
なお、上述では半導体基板の形状を円形ないしは方形状
としているが、その形状は任童である。
としているが、その形状は任童である。
941図は従来のサーモパイルの構造を示す正面図、第
2図はサーミスタ・ボロメータの構造を示す斜耕ト」、
第3図(5)〜(qはそれぞれ従来のガスクロマトグラ
フ装置で使用された熱伝導形検出器の断面図、第4図(
Al及び(Blはこの発明の一構造例を示す正面図及び
そのx −x’断面図、第5回内及び(B)はこの発明
の他の構造例を示す1111面図及びそのX−X/断面
図、第6図(5)及び(B)はこの発明を熱伝導形検出
器に応用した場合の一構造例を示す正面図及びそのX−
X/断面図、第7図及び第8図はそれぞれその変形例を
示す構造図である。 1・・・基板、2・・・熱電対、4・・・端子、10
、2ij・・・p型半導体基板、11 、21・・・n
型領域(Mt素子)、12 、22A 、 22B・・
・導体、14・・・小孔、15・・・空洞、カ、27・
・・ガス溝、30・・・板。 出炉人代理人 安 形 雄 三第1図
第2図 (A) 弗4 図 (,4) (B) 弗5 口 (A) 〃 (β) Δ 12 t:y tt tu 弗 6 図 #77図 弗6図 」 1127
2図はサーミスタ・ボロメータの構造を示す斜耕ト」、
第3図(5)〜(qはそれぞれ従来のガスクロマトグラ
フ装置で使用された熱伝導形検出器の断面図、第4図(
Al及び(Blはこの発明の一構造例を示す正面図及び
そのx −x’断面図、第5回内及び(B)はこの発明
の他の構造例を示す1111面図及びそのX−X/断面
図、第6図(5)及び(B)はこの発明を熱伝導形検出
器に応用した場合の一構造例を示す正面図及びそのX−
X/断面図、第7図及び第8図はそれぞれその変形例を
示す構造図である。 1・・・基板、2・・・熱電対、4・・・端子、10
、2ij・・・p型半導体基板、11 、21・・・n
型領域(Mt素子)、12 、22A 、 22B・・
・導体、14・・・小孔、15・・・空洞、カ、27・
・・ガス溝、30・・・板。 出炉人代理人 安 形 雄 三第1図
第2図 (A) 弗4 図 (,4) (B) 弗5 口 (A) 〃 (β) Δ 12 t:y tt tu 弗 6 図 #77図 弗6図 」 1127
Claims (1)
- 単結晶半導体基板内に形成された1個又は複数のn型半
導体又はp型半導体領域と、これらn型又はp型領域の
両端に蒸着された導体を具え、前記半導体領域と導体に
まり熱電対を形成せしめ、この熱電対の測温接点に熱エ
ネルギーを吸収せしめて熱起電力を得るようにしたこと
を特徴とする半導体熱電対。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56211730A JPS58112377A (ja) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | 半導体熱電対 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56211730A JPS58112377A (ja) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | 半導体熱電対 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58112377A true JPS58112377A (ja) | 1983-07-04 |
| JPH0234193B2 JPH0234193B2 (ja) | 1990-08-01 |
Family
ID=16610641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56211730A Granted JPS58112377A (ja) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | 半導体熱電対 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58112377A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6122676A (ja) * | 1983-12-06 | 1986-01-31 | コムビナ−ト フオルクスアイグナ− ベトリ−ブ ケラミシエ ヴエルケ ヘルムスドルフ | 熱電センサ |
| US4971632A (en) * | 1987-06-23 | 1990-11-20 | British Gas Plc | Miniature thermoelectric converters |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8938885B2 (en) | 2012-05-01 | 2015-01-27 | The Gillette Company | Razor handle with a rotatable portion |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5810874A (ja) * | 1981-07-10 | 1983-01-21 | Anritsu Corp | 熱電対素子 |
-
1981
- 1981-12-25 JP JP56211730A patent/JPS58112377A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5810874A (ja) * | 1981-07-10 | 1983-01-21 | Anritsu Corp | 熱電対素子 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6122676A (ja) * | 1983-12-06 | 1986-01-31 | コムビナ−ト フオルクスアイグナ− ベトリ−ブ ケラミシエ ヴエルケ ヘルムスドルフ | 熱電センサ |
| US4971632A (en) * | 1987-06-23 | 1990-11-20 | British Gas Plc | Miniature thermoelectric converters |
| US4983225A (en) * | 1987-06-23 | 1991-01-08 | British Gas Plc | Process of manufacturing miniature thermoelectric converters |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0234193B2 (ja) | 1990-08-01 |
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