JPH0587643A - Thermometer for extremely low temperature - Google Patents
Thermometer for extremely low temperatureInfo
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- JPH0587643A JPH0587643A JP27477591A JP27477591A JPH0587643A JP H0587643 A JPH0587643 A JP H0587643A JP 27477591 A JP27477591 A JP 27477591A JP 27477591 A JP27477591 A JP 27477591A JP H0587643 A JPH0587643 A JP H0587643A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は極低温域での温度を高精
度に測定するための温度計で、特に極低温状態下で稼働
されるクライオスタット、核融合炉用超伝導電磁石、M
HD発電、超伝導送電、超高速磁気浮上列車等の極低温
の計測に用いる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermometer for measuring temperature in a cryogenic region with high accuracy, particularly a cryostat operated under cryogenic conditions, a superconducting electromagnet for a fusion reactor, M
It is used to measure cryogenic temperatures such as HD power generation, superconducting power transmission, and ultra-high speed magnetic levitation trains.
【0002】[0002]
【従来の技術】極低温領域における温度の計測には、半
導体や金属の抵抗値変化を利用した測温抵抗体が用いら
れている。この測温抵抗体は、小型で使用法が簡便な
上、特にゲルマニウム温度計は温度検出感度(以下、検
出感度あるいは検出電圧ともいう)が大きいという特徴
を有しているが検出感度が測定温度に大きく依存してい
る。その上、「Experimental Techn
iques in Low−Temperature
Physics(by GUY K.WHITE)OX
FORD SCIENCE PUBLICATION
S,1979 Third Edition」により、
図5に示すように抵抗値Rと温度Tとの関係式が複雑で
あり、また個々の特性のバラツキが大きく実用上、個々
の較正を必要としており、したがって、高価格になると
いう課題があった。2. Description of the Related Art For measuring the temperature in an extremely low temperature range, a resistance temperature detector utilizing a change in resistance value of a semiconductor or a metal is used. This resistance thermometer is small and easy to use. In particular, the germanium thermometer has the characteristic of high temperature detection sensitivity (hereinafter also referred to as detection sensitivity or detection voltage). Heavily depends on. In addition, "Experimental Techn
issues in Low-Temperature
Physics (by GUY K. WHITE) OX
FORD SCIENCE PUBLICATION
S, 1979 Third Edition ",
As shown in FIG. 5, the relational expression between the resistance value R and the temperature T is complicated, and there is a large variation in individual characteristics. Therefore, in practice, individual calibration is required, so that there is a problem that the cost becomes high. It was
【0003】以上に述べた課題は、高濃度ドーピングに
よるキャリアの縮退やホッピング伝導に起因するといわ
れており、温度検出感度の温度依存性の小さいものはま
だ開発されていない。シリコン半導体を用いた場合でも
同様である。つまり、いずれも検出感度が低かったり、
また、温度検出感度の温度依存性が大きく、したがって
測定温度範囲が狭く、なおかつ非直線性を補正するため
の回路を必要としていた。It is said that the above-mentioned problems are caused by carrier degeneracy due to high-concentration doping and hopping conduction, and those having small temperature dependency of temperature detection sensitivity have not been developed yet. The same applies when a silicon semiconductor is used. In other words, both have low detection sensitivity,
Further, the temperature dependency of the temperature detection sensitivity is large, and therefore the measurement temperature range is narrow, and a circuit for correcting the nonlinearity is required.
【0004】次に、測温抵抗体を用いて低温あるいは極
低温を計測する上では、測温抵抗体のみが低温あるいは
極低温にさらされ、基準用抵抗体は室温におかれる例が
多い。このような場合には、配線上に生じるノイズや配
線の温度差に起因する熱起電力が生じ易く、測定精度の
劣化につながっていた。Next, when measuring a low temperature or a very low temperature using a resistance temperature detector, only the resistance temperature resistor is exposed to a low temperature or a very low temperature, and the reference resistance body is often kept at a room temperature. In such a case, a thermoelectromotive force due to noise generated on the wiring or a temperature difference between the wirings is easily generated, which leads to deterioration of measurement accuracy.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示すように従来の極低温用抵抗温度計においてはいずれ
も温度Tと抵抗Rの関係において簡単な関係式が成り立
たないので、比較的多くの温度で較正を行う必要があっ
た。したがって、多くの温度での較正を必要としない温
度Tと抵抗Rの関係において簡単な関係式が成り立ち、
かつ極低温下の磁場中で比較的簡単な補正を行うことに
より高精度に計測できる極低温用抵抗温度計を実現する
ことが本発明の課題である。However, as shown in FIG. 5, none of the conventional resistance thermometers for cryogenic temperatures has a simple relational expression for the relationship between the temperature T and the resistance R, so that there are relatively many. It was necessary to calibrate at temperature. Therefore, a simple relational expression holds in the relation between the temperature T and the resistance R, which does not require calibration at many temperatures,
Further, it is an object of the present invention to realize an extremely low temperature resistance thermometer capable of highly accurate measurement by performing relatively simple correction in a magnetic field under extremely low temperature.
【0006】以上の他、高速応答性であること、小型化
・薄膜化が容易であること、及び測温抵抗体と基準抵抗
体を集積化できる極低温用抵抗温度計であり,極低温、
及び低温領域で使用できることをも兼ね備えた抵抗値変
化型の極低温用抵抗温度計を実現することが本発明の課
題である。[0006] In addition to the above, it is a resistance thermometer for cryogenic temperature, which has high-speed response, is easy to miniaturize and thin, and can integrate a resistance temperature detector and a reference resistor.
Further, it is an object of the present invention to realize a resistance thermometer for extremely low temperature of a resistance value changing type which also has a capability of being used in a low temperature region.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】以上の点に鑑み、本発明
では同一出願人による「感温装置」(特開昭58−17
0001号公報)及び「感温装置」( 特願平2−750
94号) を基本とし、その後の研究によりプラズマCV
D法や光CVD法等を用いて絶縁性基板上に堆積したア
モルファスシリコン薄膜の伝導特性が微結晶化度すなわ
ち、X線回折法あるいはレーザラマン分光法を用いて計
量したアモルファス中に含まれる微結晶相中の占有率に
より異なる実験事実が得られたことに着目する。In view of the above points, in the present invention, a "temperature-sensitive device" by the same applicant (Japanese Patent Laid-Open No. 58-17).
No. 0001) and "temperature sensitive device" (Japanese Patent Application No. 2-750).
No. 94), and the plasma CV
The conduction characteristics of the amorphous silicon thin film deposited on the insulating substrate by using the D method or the photo-CVD method are the microcrystallinity, that is, the microcrystals contained in the amorphous material measured by the X-ray diffraction method or the laser Raman spectroscopy method. Note that different experimental facts were obtained depending on the occupancy in the phase.
【0008】すなわち、セラミック基板上にプラズマC
VD法を用いて堆積した、微結晶化シリコン薄膜からな
る抵抗体の抵抗Rと温度Tの関係式が簡単に表されるこ
と及び極めて磁場による抵抗変化が少ないということが
発明者により発見された現象を利用する。図4は、それ
ぞれ微結晶化度の異なる微結晶化シリコン薄膜抵抗体の
抵抗Rの温度(T)依存性を示す図である。図中、実線
(a−1)、(a−2)、(a−3)はそれぞれ微結晶
化度が15%、20%、60%のp型微結晶化シリコン
薄膜抵抗体を示す。また、実線(b)は微結晶化度65
%のn型微結晶化シリコン薄膜抵抗体を示す。すなわ
ち、図4に示されているように、20%以上の微結晶化
度を有する微結晶化シリコン薄膜抵抗体の、抵抗Rと温
度Tの関係はほぼ次式で与えることができる。That is, plasma C is formed on the ceramic substrate.
It has been discovered by the inventor that the relational expression between the resistance R and the temperature T of the resistor formed of the microcrystalline silicon thin film deposited by using the VD method can be simply expressed and that the resistance change due to the magnetic field is extremely small. Take advantage of the phenomenon. FIG. 4 is a diagram showing the temperature (T) dependence of the resistance R of the microcrystallized silicon thin film resistors having different microcrystallinity. In the figure, solid lines (a-1), (a-2), and (a-3) indicate p-type microcrystalline silicon thin film resistors having microcrystallinity of 15%, 20%, and 60%, respectively. In addition, the solid line (b) shows a microcrystallinity of 65.
% N-type microcrystalline silicon thin film resistor. That is, as shown in FIG. 4, the relationship between the resistance R and the temperature T of the microcrystallized silicon thin film resistor having a microcrystallinity of 20% or more can be given by the following equation.
【0009】[0009]
【数1】 [Equation 1]
【0010】ここで、α、βは実験的に得られ、例えば
図3の実線(a−3)ではβ=−0.28、また実線
(b)ではβ=−1.06で与えられる。このプラズマ
CVD法等を用いて堆積したアモルファスシリコン薄膜
を測温抵抗体の検出部に用いることにより、検出感度が
大きく、高速応答性を有し、小型化・集積化ができる極
低温用抵抗温度計を実現する。Here, α and β are experimentally obtained, and are given by β = −0.28 in the solid line (a-3) and β = −1.06 in the solid line (b) of FIG. 3, for example. By using the amorphous silicon thin film deposited by using the plasma CVD method etc. in the detection part of the resistance temperature detector, the detection temperature is high, the response speed is high, and the resistance temperature for cryogenic temperature can be downsized and integrated. Realize the total.
【0011】[0011]
【作用】微結晶化シリコン薄膜抵抗体の抵抗Rと温度T
の関係は、式(1)に示すように簡単な関係式で表すこ
とができる。したがって、温度T1及び温度T2でのそ
れぞれの抵抗値R1及びR2を測定し、それらの値を式
(1)に代入することにより、式(1)におけるα及び
βは一意的に決定される。したがって、この較正された
抵抗体の抵抗値Rを測定することにより測定すべき温度
Tは式(1)を用いて容易に求めることができる。ま
た、ΔR/Rは常に一定なので、ΔT/Tも常に一定と
なる。そのため、極低温でも検出感度が劣化せず、した
がって広範囲にわたって高精度で温度を測定できる。Function: Resistance R and temperature T of the microcrystalline silicon thin film resistor
The relation of can be expressed by a simple relational expression as shown in Expression (1). Therefore, by measuring the respective resistance values R1 and R2 at the temperature T1 and the temperature T2 and substituting those values into the equation (1), α and β in the equation (1) are uniquely determined. Therefore, by measuring the resistance value R of the calibrated resistor, the temperature T to be measured can be easily obtained by using the equation (1). Further, since ΔR / R is always constant, ΔT / T is also always constant. Therefore, the detection sensitivity does not deteriorate even at an extremely low temperature, and therefore the temperature can be measured with high accuracy over a wide range.
【0012】[0012]
【実施例】図1及び図2は本発明に係る感温装置の一実
施例の構成を示す図であり、図1にその平面図を、図2
に図1の線X−Yにおける断面図を示す。図1及び図2
において、1は絶縁性基板、2は微結晶化半導体薄膜で
あるn形(p形)アモルファスシリコン・ゲルマニウム
薄膜、3aと3bは一対のオーミック電極(単に電極と
もいう)、4aと4bは一対のリード線を示す。1 and 2 are views showing the construction of an embodiment of a temperature sensing device according to the present invention. FIG. 1 is a plan view thereof, and FIG.
1 shows a sectional view taken along line XY of FIG. 1 and 2
In FIG. 1, 1 is an insulating substrate, 2 is an n-type (p-type) amorphous silicon-germanium thin film that is a microcrystalline semiconductor thin film, 3a and 3b are a pair of ohmic electrodes (also simply referred to as electrodes), and 4a and 4b are a pair of ohmic electrodes. Indicates a lead wire.
【0013】次に、本発明に係る感温装置の製造方法に
ついて述べる。絶縁性基板1の材料としては、耐熱性が
ある絶縁体や、同様の性質を有する導体板あるいは半導
体板の表面をCVD法による二酸化シリコン(Si
O2 )膜や窒化シリコン(Si3 N4 )膜で覆ったもの
が望ましく、例えばガラス板、アルミナ板、石英板、溶
融石英ガラス板、水晶板、ポリミィドフィルム、金属板
や半導体の表面を絶縁薄膜(例えば、CVD法による二
酸化シリコン薄膜や窒化シリコン薄膜)で覆ったもの等
が用いられる。特に、線膨脹率がアモルファスシリコン
薄膜に近いガラス板やアルミナ板が良い。これらによる
基板は、有機溶剤等で十分に洗浄した後、清浄な雰囲気
中で瞬時に乾燥させる。Next, a method of manufacturing the temperature sensitive device according to the present invention will be described. As the material of the insulating substrate 1, a surface of a heat-resistant insulator, a conductor plate or a semiconductor plate having similar properties is used for the silicon dioxide (Si
O 2) film or a silicon nitride (Si 3 N 4) is preferably those covered with film, for example a glass plate, an alumina plate, a quartz plate, a fused quartz glass plate, quartz plate, poly Creamy de film, metal plate or the surface of a semiconductor An insulating thin film (for example, a silicon dioxide thin film or a silicon nitride thin film formed by the CVD method) is used. In particular, a glass plate or an alumina plate having a linear expansion coefficient close to that of an amorphous silicon thin film is preferable. The substrate made of these materials is thoroughly washed with an organic solvent or the like, and then instantaneously dried in a clean atmosphere.
【0014】次に、シラン(SiH4 )、または(シラ
ン+水素(H2 ))の混合ガスを用い、プラズマCVD
法、または光CVD法等を用いてアモルファスシリコン
薄膜(アモルファスシリコン薄膜抵抗体ともいう)2を
堆積させる。この場合、アモルファスシリコン薄膜抵抗
体の導電率が大きい程望ましく、通常σ=1S・cm-1
以上のものが用いられる。Next, plasma CVD is performed using a mixed gas of silane (SiH 4 ) or (silane + hydrogen (H 2 )).
Amorphous silicon thin film (also referred to as amorphous silicon thin film resistor) 2 is deposited by using a photolithography method or an optical CVD method. In this case, it is desirable that the conductivity of the amorphous silicon thin film resistor is larger, and normally σ = 1 S · cm −1.
The above is used.
【0015】プラズマCVD法を用いた堆積条件の一例
としては、放電圧力0.1〜10Torr、放電パワー
密度0.01〜10W/cm2 (放電電流1〜100m
A/cm2 、放電電圧500〜800V、電極間隔1.
5〜3cm)、基板温度150〜500℃、シラン/水
素=0.003〜1、ジボラン/シラン=10〜250
0ppm、ホスフィン/シラン=10〜2500pp
m、である。これらの条件で堆積したアモルファスシリ
コン薄膜として、導電率σが20S・cm-1以上で最大
100S・cm-1のものが容易に得られている。As an example of deposition conditions using the plasma CVD method, discharge pressure is 0.1 to 10 Torr, discharge power density is 0.01 to 10 W / cm 2 (discharge current is 1 to 100 m).
A / cm 2 , discharge voltage 500 to 800 V, electrode interval 1.
5 to 3 cm), a substrate temperature of 150 to 500 ° C., silane / hydrogen = 0.003 to 1, diborane / silane = 10 to 250.
0 ppm, phosphine / silane = 10 to 2500 pp
m. As the amorphous silicon thin film deposited under these conditions, it is easy to obtain a film having a conductivity σ of 20 S · cm −1 or more and a maximum of 100 S · cm −1 .
【0016】アモルファスシリコン薄膜の導電率を高め
る方法としては、放電電流を大きくする方法あるいはド
ーピングガスの割合を高くする方法等が一般的である。
微結晶化度の制御方法としては、同一発明者により開示
されている方法(「微結晶相を含むアモルファスシリコ
ン薄膜導電体」(特開昭62−158320号公
報))、つまり、微結晶化度が放電パワー密度の大きさ
に依存するため、その関係に基づいて放電パワー密度を
制御する手法を用いた。その他、熱アニール法やレーザ
アニール法を用いても行うことができる。As a method of increasing the conductivity of the amorphous silicon thin film, a method of increasing the discharge current or a method of increasing the proportion of the doping gas is generally used.
As a method of controlling the microcrystallinity, a method disclosed by the same inventor (“amorphous silicon thin film conductor containing microcrystal phase” (Japanese Patent Laid-Open No. 62-158320)), that is, microcrystallinity Depends on the magnitude of the discharge power density, so a method of controlling the discharge power density based on this relationship was used. Alternatively, thermal annealing or laser annealing may be used.
【0017】次に、真空蒸着法を用いて、電極用金属膜
(例えば、NiCr 500オングストローム/Au
1000オングストローム)を堆積させる。さらに、フ
ォトエッチング技術を用いて不要部を除去し、電極対3
a、3b及びアモルファスシリコン薄膜抵抗体2を形成
する。このアモルファスシリコン薄膜抵抗体2の形状と
してはアモルファスシリコン薄膜の導電率、膜厚及び出
力インピーダンスを考慮して決められるが、アモルファ
スシリコン薄膜の長さをL、幅をWとすれば、通常L/
W=1/10〜10に設定される。Next, a metal film for electrodes (for example, NiCr 500 Å / Au) is formed by using a vacuum evaporation method.
1000 Å) is deposited. Further, the unnecessary portion is removed by using the photo etching technique, and the electrode pair 3
a, 3b and the amorphous silicon thin film resistor 2 are formed. The shape of the amorphous silicon thin film resistor 2 is determined in consideration of the conductivity, the film thickness and the output impedance of the amorphous silicon thin film. If the length of the amorphous silicon thin film is L and the width is W, it is usually L /
W is set to 1/10 to 10.
【0018】次に、絶縁性基板の表面に保護膜を堆積す
る。保護膜としてはCVD法による二酸化シリコン膜、
窒化シリコン膜及びポリミイド樹脂等を用いる。フォト
エッチング技術を用いて、電極パット部の保護膜を除去
する。最後に、電極3a、3bに取り出し用リード線4
a、4bを取り付けて完成する。リード線としては、ビ
ームリード方式、またはAu線やAuリボン線等をワイ
ヤボンデングすることによって構成される。Next, a protective film is deposited on the surface of the insulating substrate. As the protective film, a silicon dioxide film formed by the CVD method,
A silicon nitride film and a polymide resin are used. The protective film on the electrode pad portion is removed by using a photo etching technique. Finally, the lead wires 4 for extraction are attached to the electrodes 3a and 3b.
Complete with a and b attached. The lead wire is formed by a beam lead method or by wire bonding an Au wire, an Au ribbon wire, or the like.
【0019】以上に述べた製造方法では、半導体薄膜抵
抗体、及び電極対の形成にフォトエッチング技術を用い
たがメタルマスクを用いた方法でも形成できる。この場
合は、アモルファス半導体薄膜を堆積する時、あるいは
真空蒸着法を用いて電極金属薄を堆積する時に不要部を
メタルマスクでカバーする方法が用いられる。In the manufacturing method described above, the semiconductor thin film resistor and the electrode pair are formed by the photo-etching technique, but can be formed by a method using a metal mask. In this case, a method of covering an unnecessary portion with a metal mask is used when depositing an amorphous semiconductor thin film or when depositing an electrode metal thin film using a vacuum evaporation method.
【0020】図3は上に述べた方法で作製したアモルフ
ァスシリコン薄膜抵抗体の抵抗Rの温度(T)依存性の
一例を示す図で、抵抗Rと温度Tの関係は式(1)のよ
うな簡単な関係式で与えることができる。ここで、α、
βは実験的に得られ、例えば実線(a−3)ではβ=−
0.28、で与えられる。したがって、温度T1及び温
度T2でのそれぞれの抵抗値R1及びR2を測定し、そ
れらの値を式(1)に代入することにより、式(1)に
おけるα及びβは一意的に決定される。したがって、こ
の較正された抵抗体の抵抗値Rを測定することにより測
定すべき温度Tは式(1)を用いて高精度に容易に求め
ることができる。FIG. 3 is a diagram showing an example of the temperature (T) dependence of the resistance R of the amorphous silicon thin film resistor manufactured by the above-described method. The relationship between the resistance R and the temperature T is as shown in equation (1). It can be given by a simple relational expression. Where α,
β is obtained experimentally, and β = − in the solid line (a-3), for example.
Given at 0.28. Therefore, by measuring the respective resistance values R1 and R2 at the temperature T1 and the temperature T2 and substituting those values into the equation (1), α and β in the equation (1) are uniquely determined. Therefore, by measuring the resistance value R of the calibrated resistor, the temperature T to be measured can be easily obtained with high accuracy by using the equation (1).
【0021】図4は、本発明に係る他の実施例の平面図
を示す。図4において、11は絶縁性基板、12aと1
2bは抵抗ブリッジの対向する辺を構成するように堆積
された一対のアモルファスシリコン薄膜、13aと13
bは抵抗ブリッジの対向する辺を構成するように堆積さ
れた一対の窒化タンタル薄膜抵抗体14a、14b、1
4c、14dは各アモルファスシリコン薄膜12a、1
2bと各窒化タンタル薄膜抵抗体13a、13bとを接
続するための対向する2対のオーミック電極、15a、
15b、15c、15dは各オーミック電極に設けられ
たリード線をそれぞれ示す。FIG. 4 shows a plan view of another embodiment according to the present invention. In FIG. 4, 11 is an insulating substrate, and 12a and 1
2b is a pair of amorphous silicon thin films deposited to form opposite sides of the resistance bridge, 13a and 13
b is a pair of tantalum nitride thin film resistors 14a, 14b, 1 deposited so as to form opposite sides of the resistance bridge.
4c and 14d are amorphous silicon thin films 12a and 1
2b of two ohmic electrodes facing each other for connecting 2b and each tantalum nitride thin film resistor 13a, 13b,
Reference numerals 15b, 15c, and 15d denote lead wires provided on the respective ohmic electrodes.
【0022】オーミック電極14a、14c間に定量圧
Vinを印加すれば、該オーミック電極14b、14d
間の検出電圧Voutは、周囲温度によって変化し、式
(2)で与えられる。When a constant pressure Vin is applied between the ohmic electrodes 14a and 14c, the ohmic electrodes 14b and 14d are
The detection voltage Vout between varies depending on the ambient temperature and is given by the equation (2).
【0023】[0023]
【数2】 [Equation 2]
【0024】ここで、Aは形状等により決まる係数であ
る。例えば、入力電圧Vinを10mVとすれば、検出
電圧Voutの変化率は〜15μv/℃となる。図4に
示した本発明に係る極低温用温度計は、図1及び図2に
示した本発明に係る極低温用温度計の製造方法の段階に
おいて、絶縁性基板上にアモルファス半導体薄膜を堆積
させる工程の前、または後にスパッタ法、またはプラズ
マCVD法等を用いて薄膜抵抗体を堆積させる工程を加
えることにより構成できる。この場合、薄膜抵抗体のパ
ターニングにはフォトエッチング技術、またはメタルマ
スク技術等が用いられる。Here, A is a coefficient determined by the shape and the like. For example, if the input voltage Vin is 10 mV, the rate of change of the detection voltage Vout is -15 μv / ° C. The cryogenic thermometer according to the present invention shown in FIG. 4 is obtained by depositing an amorphous semiconductor thin film on an insulating substrate at the stage of the method for manufacturing the cryogenic thermometer according to the present invention shown in FIGS. 1 and 2. It can be configured by adding a step of depositing a thin film resistor using a sputtering method or a plasma CVD method before or after the step of performing. In this case, a photoetching technique, a metal mask technique, or the like is used for patterning the thin film resistor.
【0025】以上に述べた本発明の極低温用温度計とし
ては、1mm角以内の超小型のものが形成でき、また絶
縁性基板として熱伝導率の大きなアルミナ等を用いて、
応答速度10msec以下のものを実現している。ま
た、数Tガウスの磁界内での抵抗率の変化は1%以下で
あることを確認している。As the above-mentioned cryogenic thermometer of the present invention, an ultra-small one within 1 mm square can be formed, and alumina or the like having a large thermal conductivity is used as the insulating substrate,
A response speed of 10 msec or less is realized. Moreover, it has been confirmed that the change in resistivity in a magnetic field of several Gauss is 1% or less.
【0026】[0026]
【発明の効果】この発明では、極低温用温度計を構成す
る微結晶化半導体薄膜として、微結晶化度が20%以上
からなり、比抵抗および温度をそれぞれ対数に取ったと
き負の電気抵抗温度係数をもったアモルファスシリコン
薄膜を用いたので、検出感度が大きくかつ該検出感度の
温度依存性が小さい。したがって、補正回路が不用また
は簡便に構成できる極低温用温度計を実現できた。更
に、以下に示す固有の効果を有する極低温用温度計を実
現することができた。 (1)磁界の影響を受けにくい。 (2)形状が1mm角以下と小さいので小型化できる。
また、基板に熱伝導率のよいアルミナ基板を用いること
により応答速度10msec以下の高速応答性を有す
る。 (3)検出温度範囲が1.4K〜300Kと広い。 (4)測定抵抗体と温度係数の小さな窒化タンタル薄膜
を集積化・小型化することにより配線ノイズをなくした
高精度で温度測定ができる。 (5)半導体プロセスを用いることにより、再現性がよ
く、また大量生産が可能なので安価となる。According to the present invention, the microcrystallized semiconductor thin film constituting the thermometer for cryogenic use has a microcrystallinity of 20% or more, and has a negative electric resistance when the specific resistance and the temperature are logarithmically taken. Since the amorphous silicon thin film having a temperature coefficient is used, the detection sensitivity is large and the temperature dependence of the detection sensitivity is small. Therefore, it was possible to realize a cryogenic thermometer in which the correction circuit is unnecessary or can be simply constructed. Furthermore, a cryogenic thermometer having the following unique effects could be realized. (1) Less susceptible to magnetic field. (2) Since the shape is as small as 1 mm square or less, the size can be reduced.
Further, by using an alumina substrate having a high thermal conductivity as the substrate, a high response speed of 10 msec or less is obtained. (3) The detection temperature range is as wide as 1.4K to 300K. (4) By integrating and miniaturizing the measuring resistor and the tantalum nitride thin film having a small temperature coefficient, the temperature can be measured with high accuracy by eliminating wiring noise. (5) By using a semiconductor process, the reproducibility is good and mass production is possible, so that the cost is low.
【図1】本発明に係る極低温用温度計の一実施例を示す
平面図。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a cryogenic thermometer according to the present invention.
【図2】図1の線X−Yにおける断面図を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional view taken along line XY of FIG.
【図3】アモルファスシリコン薄膜抵抗体の抵抗と温度
との関係を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between resistance of an amorphous silicon thin film resistor and temperature.
【図4】本発明に係る極低温用温度計の他の実施例を示
す図。FIG. 4 is a view showing another embodiment of the cryogenic thermometer according to the present invention.
【図5】従来の極低温用温度計の抵抗Rと温度Tとの関
係を示した図。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between resistance R and temperature T of a conventional cryogenic thermometer.
1 絶縁性基板。 2 アモルファスシリコン半導体薄膜。 3a、3b オ−ミック電極。 4a、4b リード線。 11 絶縁性基板。 12a、12b アモルファスシリコン半導体薄膜。 13a、13b 窒化タンタル薄膜抵抗体。 14a、14b、14c、14d オ−ミック電極。 15a、15b、15c、15d リード線。 1 Insulating substrate. 2 Amorphous silicon semiconductor thin film. 3a, 3b Ohmic electrodes. 4a, 4b Lead wire. 11 Insulating substrate. 12a, 12b Amorphous silicon semiconductor thin film. 13a, 13b Tantalum nitride thin film resistors. 14a, 14b, 14c, 14d ohmic electrodes. 15a, 15b, 15c, 15d Lead wire.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平岡 淳 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 (72)発明者 奈良 広一 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院計量研究所内 (72)発明者 岡路 正博 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院計量研究所内 (72)発明者 加藤 英幸 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院計量研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Atsushi Hiraoka 5-10-10 Minamiazabu, Minato-ku, Tokyo Anritsu Co., Ltd. (72) Koichi Nara 1-4-1 Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki Industrial Technology Institute of Metrology (72) Inventor Masahiro Okaji 1-4-1, Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki Industrial Technology Institute (72) Inventor Hideyuki Kato 1-4-1 Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki Industrial Technology Institute Metrology Institute
Claims (1)
積された微結晶化半導体薄膜(2)と、該微結晶化半導
体薄膜にそれぞれ接触し、所定の距離を隔てて設けた一
対のオーミック電極(3a、3b)とを備えた感温装置
において、前記微結晶化半導体薄膜が微結晶化度20%
以上の微結晶相よりなり、かつ抵抗値が温度のβ乗にほ
ぼ比例した伝導特性を有するアモルファスシリコン半導
体薄膜抵抗体であることを特徴とする極低温用温度計。1. An insulating substrate (1), a microcrystalline semiconductor thin film (2) deposited on the insulating substrate, and a microcrystalline semiconductor thin film, which are in contact with each other and are provided at a predetermined distance. In a temperature sensitive device including a pair of ohmic electrodes (3a, 3b), the microcrystallized semiconductor thin film has a microcrystallinity of 20%.
A cryogenic thermometer, which is an amorphous silicon semiconductor thin film resistor having the above-mentioned microcrystalline phase and having a conduction characteristic whose resistance value is approximately proportional to the βth power of temperature.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1991
- 1991-09-26 JP JP3274775A patent/JP3030337B2/en not_active Expired - Lifetime
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