JP3387280B2 - 薄膜温度センサ - Google Patents
薄膜温度センサInfo
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Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高いサーミスタ定
数と高い導電率を有し、素子の小型化が図れる薄膜温度
センサに関するものである。
数と高い導電率を有し、素子の小型化が図れる薄膜温度
センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の温度センサは、サーミスタ型や焦
電型等様々な方式が考案され実用化されている。これら
は、その用途によって各々適した方式のセンサが用いら
れている。その中で、画像情報を得るための画像センサ
への応用を考えたとき、センサ素子を小型化、高集積化
し、２次元センサアレイを作製する必要がある。しか
し、従来、幅広く用いられている焦電型センサでは、小
型化、高集積化には限界がある。そこで、サーミスタ型
の薄膜センサを用いれば、小型化、高集積化が容易であ
り、画像センサの応用に適していると考えられる。
電型等様々な方式が考案され実用化されている。これら
は、その用途によって各々適した方式のセンサが用いら
れている。その中で、画像情報を得るための画像センサ
への応用を考えたとき、センサ素子を小型化、高集積化
し、２次元センサアレイを作製する必要がある。しか
し、従来、幅広く用いられている焦電型センサでは、小
型化、高集積化には限界がある。そこで、サーミスタ型
の薄膜センサを用いれば、小型化、高集積化が容易であ
り、画像センサの応用に適していると考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のサーミスタ型温
度センサにおいて、サーミスタ特性（以下、 B定数とす
る）を向上させるためには、サーミスタの活性化エネル
ギー（Ea）を大きくする必要がある。Eaと導電率σとの
関係は次式のようになる。 σ＝σ0 exp(-Ea/kT) 但し、σ0 は所定温度での導電率、 kはボルツマン定
数、 Tは温度である。
度センサにおいて、サーミスタ特性（以下、 B定数とす
る）を向上させるためには、サーミスタの活性化エネル
ギー（Ea）を大きくする必要がある。Eaと導電率σとの
関係は次式のようになる。 σ＝σ0 exp(-Ea/kT) 但し、σ0 は所定温度での導電率、 kはボルツマン定
数、 Tは温度である。
【０００４】ここで、 B定数B=Ea/kであるため、上式
は、σ＝σ0 exp(-BT)となり、高い B定数を得るために
は、導電率σが低くなっていた。従来用いられているサ
ーミスタ型温度センサでは、単一の材料で構成されてい
たため、上式の関係がそのまま成り立ち、 B定数と導電
率σとを独立に制御できないため、素子を小型化した場
合、抵抗値が非常に高くなり素子の特性測定が困難にな
るという問題があった。
は、σ＝σ0 exp(-BT)となり、高い B定数を得るために
は、導電率σが低くなっていた。従来用いられているサ
ーミスタ型温度センサでは、単一の材料で構成されてい
たため、上式の関係がそのまま成り立ち、 B定数と導電
率σとを独立に制御できないため、素子を小型化した場
合、抵抗値が非常に高くなり素子の特性測定が困難にな
るという問題があった。
【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、高いサーミスタ定数と高
い導電率を有し、素子を小型化してもその抵抗値の測定
が可能で作製が容易な薄膜温度センサの構造を提供する
ことにある。
で、その目的とするところは、高いサーミスタ定数と高
い導電率を有し、素子を小型化してもその抵抗値の測定
が可能で作製が容易な薄膜温度センサの構造を提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の薄膜温度センサは、シリコン基板
と、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構成された第１層
と、その第１層とはバンドギャップの異なる、絶縁体薄
膜または半導体薄膜で構成され、前記第１層に積層され
た第２層とを含む積層構造を前記シリコン基板上に有
し、しかも、第１層と第２層は積層して形成されるシリ
コン基板に対し平行的な界面を有しており、バンドギャ
ップの大きい層より小さい層にキャリアが流れ込むこと
により界面付近にキャリアの蓄積層を形成するものであ
り、その積層構造の上方の層上に、一対の電極を形成し
たことを特徴とするものである。
め、請求項１記載の薄膜温度センサは、シリコン基板
と、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構成された第１層
と、その第１層とはバンドギャップの異なる、絶縁体薄
膜または半導体薄膜で構成され、前記第１層に積層され
た第２層とを含む積層構造を前記シリコン基板上に有
し、しかも、第１層と第２層は積層して形成されるシリ
コン基板に対し平行的な界面を有しており、バンドギャ
ップの大きい層より小さい層にキャリアが流れ込むこと
により界面付近にキャリアの蓄積層を形成するものであ
り、その積層構造の上方の層上に、一対の電極を形成し
たことを特徴とするものである。
【０００７】請求項１記載の薄膜温度センサは、バンド
ギャップの異なる二種類の、絶縁体薄膜または半導体薄
膜の界面における、キャリアの蓄積効果を利用したもの
である。第１層または第２層のうち、バンドギャップの
大きい方の薄膜のドーピング量を、バンドギャップの小
さい方の薄膜のドーピング量より多くすることにより、
バンドギャップの大きい方の薄膜から界面にキャリアが
流れ込み、その界面の蓄積層のキャリア濃度が高くな
る。また、バンドギャップの小さい方の薄膜の不純物濃
度が低いことから不純物散乱の影響が小さいため、キャ
リア移動度が高くなる。さらに、キャリアを界面に供給
する、バンドギャップの大きい方の薄膜の活性化エネル
ギーが高いため、キャリア数の温度依存性は大きくなる
（温度によるキャリア数の変化を大きくすることができ
る）。つまり、サーミスタが赤外線を吸収していない状
態と、サーミスタが赤外線を吸収してその温度が上昇し
た状態とのキャリア数の変化（抵抗値の変化）を大きく
することができる。これらのことから、高いサーミスタ
定数（ B定数）と高い導電率を有する、小型の作製が容
易な薄膜温度センサを得ることができる。
ギャップの異なる二種類の、絶縁体薄膜または半導体薄
膜の界面における、キャリアの蓄積効果を利用したもの
である。第１層または第２層のうち、バンドギャップの
大きい方の薄膜のドーピング量を、バンドギャップの小
さい方の薄膜のドーピング量より多くすることにより、
バンドギャップの大きい方の薄膜から界面にキャリアが
流れ込み、その界面の蓄積層のキャリア濃度が高くな
る。また、バンドギャップの小さい方の薄膜の不純物濃
度が低いことから不純物散乱の影響が小さいため、キャ
リア移動度が高くなる。さらに、キャリアを界面に供給
する、バンドギャップの大きい方の薄膜の活性化エネル
ギーが高いため、キャリア数の温度依存性は大きくなる
（温度によるキャリア数の変化を大きくすることができ
る）。つまり、サーミスタが赤外線を吸収していない状
態と、サーミスタが赤外線を吸収してその温度が上昇し
た状態とのキャリア数の変化（抵抗値の変化）を大きく
することができる。これらのことから、高いサーミスタ
定数（ B定数）と高い導電率を有する、小型の作製が容
易な薄膜温度センサを得ることができる。
【０００８】請求項２記載の薄膜温度センサは、請求項
１記載の薄膜温度センサで、一対の前記電極が、前記第
１層または前記第２層のうち、バンドギャップの小さい
方の層上に形成されていることを特徴とするものであ
る。バンドギャップの小さい方の層の方がキャリア濃度
が高くなるため、電極とのオーミック接触がとれるので
温度センサとしての特性がさらに向上する。
１記載の薄膜温度センサで、一対の前記電極が、前記第
１層または前記第２層のうち、バンドギャップの小さい
方の層上に形成されていることを特徴とするものであ
る。バンドギャップの小さい方の層の方がキャリア濃度
が高くなるため、電極とのオーミック接触がとれるので
温度センサとしての特性がさらに向上する。
【０００９】請求項３記載の薄膜温度センサは、シリコ
ン基板と、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構成された第
１層と、その第１層とはバンドギャップが同じで活性化
エネルギーが異なる、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構
成され、前記第１層に積層された第２層とを含む積層構
造を前記シリコン基板上に有し、しかも、第１層と第２
層は積層して形成されるシリコン基板に対し平行的な界
面を有しており、活性化エネルギーの大きい層より小さ
い層にキャリアが流れ込むことにより界面付近にキャリ
アの蓄積層を形成するものであり、その積層構造の上方
の層上に、一対の電極を形成したことを特徴とするもの
である。請求項３記載の薄膜温度センサは、請求項１記
載の薄膜温度センサに対して、第１層と第２層を、バン
ドギャップが同じ、すなわち、同じ材料で構成し、例え
ば、それらの層にドーピングする材料の、種類またはド
ーピング量を変えて活性化エネルギーが異なるように構
成したものである。この場合、第１層と第２層は同じ材
料を用いて構成されており、伝導帯及び価電子帯が同じ
であるため、界面でのスパイク（障壁）ができず、活性
化エネルギーの小さい方の薄膜へのキャリアの移動がよ
り発生しやすくなるため、温度センサとしての特性がさ
らに向上する。
ン基板と、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構成された第
１層と、その第１層とはバンドギャップが同じで活性化
エネルギーが異なる、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構
成され、前記第１層に積層された第２層とを含む積層構
造を前記シリコン基板上に有し、しかも、第１層と第２
層は積層して形成されるシリコン基板に対し平行的な界
面を有しており、活性化エネルギーの大きい層より小さ
い層にキャリアが流れ込むことにより界面付近にキャリ
アの蓄積層を形成するものであり、その積層構造の上方
の層上に、一対の電極を形成したことを特徴とするもの
である。請求項３記載の薄膜温度センサは、請求項１記
載の薄膜温度センサに対して、第１層と第２層を、バン
ドギャップが同じ、すなわち、同じ材料で構成し、例え
ば、それらの層にドーピングする材料の、種類またはド
ーピング量を変えて活性化エネルギーが異なるように構
成したものである。この場合、第１層と第２層は同じ材
料を用いて構成されており、伝導帯及び価電子帯が同じ
であるため、界面でのスパイク（障壁）ができず、活性
化エネルギーの小さい方の薄膜へのキャリアの移動がよ
り発生しやすくなるため、温度センサとしての特性がさ
らに向上する。
【００１０】請求項４記載の薄膜温度センサは、シリコ
ン基板と、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構成された第
１層と、その第１層とはバンドギャップの異なる、絶縁
体薄膜または半導体薄膜で構成され、前記第１層に積層
された第２層とを含む積層構造を前記シリコン基板上に
有し、しかも、第１層と第２層は積層して形成されるシ
リコン基板に対し平行的な界面を有しており、バンドギ
ャップの大きい層より小さい層にキャリアが流れ込むこ
とにより界面付近にキャリアの蓄積層を形成するもので
あり、その界面に接するように積層構造の両側面に一対
の前記電極を形成したことを特徴とするものである。こ
の場合、絶縁体または半導体と、金属との界面のショッ
トキー障壁を低減することができ、温度センサとしての
特性がさらに向上する。
ン基板と、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構成された第
１層と、その第１層とはバンドギャップの異なる、絶縁
体薄膜または半導体薄膜で構成され、前記第１層に積層
された第２層とを含む積層構造を前記シリコン基板上に
有し、しかも、第１層と第２層は積層して形成されるシ
リコン基板に対し平行的な界面を有しており、バンドギ
ャップの大きい層より小さい層にキャリアが流れ込むこ
とにより界面付近にキャリアの蓄積層を形成するもので
あり、その界面に接するように積層構造の両側面に一対
の前記電極を形成したことを特徴とするものである。こ
の場合、絶縁体または半導体と、金属との界面のショッ
トキー障壁を低減することができ、温度センサとしての
特性がさらに向上する。
【００１１】請求項５記載の薄膜温度センサは、シリコ
ン基板と、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構成された第
１層と、その第１層とはバンドギャップの異なる、絶縁
体薄膜または半導体薄膜で構成され、前記第１層と側面
同士が接するように形成された第２層とを前記シリコン
基板上に有し、しかも、第１層と第２層は側面同士が接
して形成されるシリコン基板に対し垂直的な界面を有し
ており、バンドギャップの大きい層より小さい層にキャ
リアが流れ込むことにより界面付近にキャリアの蓄積層
を形成するものであり、その界面に接するように第１層
及び第２層の上下面に一対の前記電極を形成したことを
特徴とするものである。このように構成することによ
り、電極間の距離が小さくなり抵抗値を下げることがで
きるので、素子のさらなる小型化が可能である。
ン基板と、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構成された第
１層と、その第１層とはバンドギャップの異なる、絶縁
体薄膜または半導体薄膜で構成され、前記第１層と側面
同士が接するように形成された第２層とを前記シリコン
基板上に有し、しかも、第１層と第２層は側面同士が接
して形成されるシリコン基板に対し垂直的な界面を有し
ており、バンドギャップの大きい層より小さい層にキャ
リアが流れ込むことにより界面付近にキャリアの蓄積層
を形成するものであり、その界面に接するように第１層
及び第２層の上下面に一対の前記電極を形成したことを
特徴とするものである。このように構成することによ
り、電極間の距離が小さくなり抵抗値を下げることがで
きるので、素子のさらなる小型化が可能である。
【００１２】請求項６記載の薄膜温度センサは、シリコ
ン基板と、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構成された第
１層と、その第１層とはバンドギャップが同じで活性化
エネルギーが異なる、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構
成され、前記第１層と側面同士が接するように形成され
た第２層とを前記シリコン基板上に有し、しかも、第１
層と第２層は側面同士が接して形成されるシリコン基板
に対し垂直的な界面を有しており、活性化エネルギーの
大きい層より小さい層にキャリアが流れ込むことにより
界面付近にキャリアの蓄積層を形成するものであり、そ
の界面に接するように第１層及び第２層の上下面に一対
の前記電極を形成したことを特徴とするものである。こ
のように構成することにより、電極間の距離が小さくな
り抵抗値を下げることができるので、素子のさらなる小
型化が可能である
ン基板と、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構成された第
１層と、その第１層とはバンドギャップが同じで活性化
エネルギーが異なる、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構
成され、前記第１層と側面同士が接するように形成され
た第２層とを前記シリコン基板上に有し、しかも、第１
層と第２層は側面同士が接して形成されるシリコン基板
に対し垂直的な界面を有しており、活性化エネルギーの
大きい層より小さい層にキャリアが流れ込むことにより
界面付近にキャリアの蓄積層を形成するものであり、そ
の界面に接するように第１層及び第２層の上下面に一対
の前記電極を形成したことを特徴とするものである。こ
のように構成することにより、電極間の距離が小さくな
り抵抗値を下げることができるので、素子のさらなる小
型化が可能である
【００１３】
【００１４】
【発明の実施の形態】図１の断面図に基づいて、本発明
の薄膜温度センサの一実施形態について説明する。図
で、１はシリコン基板、２はシリコン基板１上に形成さ
れた、第１層であるアモルファスシリコン膜（a-Si）、
３はアモルファスシリコン膜２上に形成された、第２層
であるアモルファスシリコンカーボン膜（a-SiC ）であ
る。アモルファスシリコンカーボンは、アモルファスシ
リコンよりバンドギャップが大きいので、シリコン基板
１上には、バンドギャップの異なる半導体薄膜を積層し
た積層構造４が形成されていることになる。また、５は
アモルファスシリコンカーボン膜３上に形成された、一
対の電極となる、クロム電極、６はアモルファスシリコ
ン膜２とアモルファスシリコンカーボン膜の界面であ
る。積層構造４は、ＲＦ放電によるプラズマＣＶＤで形
成する場合、反応ガスを変えることによって、簡便に形
成することができる。図１に示す薄膜温度センサの場
合、キャリアは、主に、シリコン基板１と平行に移動す
ることになる。
の薄膜温度センサの一実施形態について説明する。図
で、１はシリコン基板、２はシリコン基板１上に形成さ
れた、第１層であるアモルファスシリコン膜（a-Si）、
３はアモルファスシリコン膜２上に形成された、第２層
であるアモルファスシリコンカーボン膜（a-SiC ）であ
る。アモルファスシリコンカーボンは、アモルファスシ
リコンよりバンドギャップが大きいので、シリコン基板
１上には、バンドギャップの異なる半導体薄膜を積層し
た積層構造４が形成されていることになる。また、５は
アモルファスシリコンカーボン膜３上に形成された、一
対の電極となる、クロム電極、６はアモルファスシリコ
ン膜２とアモルファスシリコンカーボン膜の界面であ
る。積層構造４は、ＲＦ放電によるプラズマＣＶＤで形
成する場合、反応ガスを変えることによって、簡便に形
成することができる。図１に示す薄膜温度センサの場
合、キャリアは、主に、シリコン基板１と平行に移動す
ることになる。
【００１５】さらに、アモルファスシリコン膜２及びア
モルファスシリコンカーボン膜３には、 p型の特性を示
すように、ボロン（B ）がドーピングされており、アモ
ルファスシリコン膜２に比べてバンドギャップの大きい
アモルファスシリコンカーボン膜３のドーピング濃度の
方が、アモルファスシリコン膜２のドーピング濃度より
も大きくなるように構成されている。
モルファスシリコンカーボン膜３には、 p型の特性を示
すように、ボロン（B ）がドーピングされており、アモ
ルファスシリコン膜２に比べてバンドギャップの大きい
アモルファスシリコンカーボン膜３のドーピング濃度の
方が、アモルファスシリコン膜２のドーピング濃度より
も大きくなるように構成されている。
【００１６】次に、図１に示す構造のエネルギーバンド
図を図２に示す。図２に示すように、多数キャリアであ
る正孔は、アモルファスシリコンカーボン膜３の方に多
く存在するが、活性化エネルギーのより小さいアモルフ
ァスシリコン膜２の方に移動し蓄積層に蓄積される。ま
た、アモルファスシリコン膜２は不純物濃度が低いた
め、キャリアの不純物散乱が少なくなり移動度が大きく
なるので、サーミスタの導電率を高くすることができ
る。さらに、キャリアを界面６に供給する、バンドギャ
ップの大きい方のアモルファスシリコンカーボン膜３の
活性化エネルギーが高いため、キャリア数の温度依存性
を大きくする（温度による、キャリア数変化、抵抗値変
化を大きくすることができる）ことができ、高いサーミ
スタ定数（ B定数）を有する薄膜温度センサを実現する
ことができる。
図を図２に示す。図２に示すように、多数キャリアであ
る正孔は、アモルファスシリコンカーボン膜３の方に多
く存在するが、活性化エネルギーのより小さいアモルフ
ァスシリコン膜２の方に移動し蓄積層に蓄積される。ま
た、アモルファスシリコン膜２は不純物濃度が低いた
め、キャリアの不純物散乱が少なくなり移動度が大きく
なるので、サーミスタの導電率を高くすることができ
る。さらに、キャリアを界面６に供給する、バンドギャ
ップの大きい方のアモルファスシリコンカーボン膜３の
活性化エネルギーが高いため、キャリア数の温度依存性
を大きくする（温度による、キャリア数変化、抵抗値変
化を大きくすることができる）ことができ、高いサーミ
スタ定数（ B定数）を有する薄膜温度センサを実現する
ことができる。
【００１７】但し、以上に説明した薄膜温度センサの特
性は、形成された界面６の状態に大きく左右されるた
め、その状態によっては、図３のエネルギーバンド図に
示すように、蓄積層が形成されないことになるが、この
場合でも、アモルファスシリコンカーボン膜３から、バ
ンドギャップの小さい方の薄膜であるアモルファスシリ
コン膜２にキャリアが移動するので、B 定数が高く、導
電率の高い薄膜温度センサを実現することができる。
性は、形成された界面６の状態に大きく左右されるた
め、その状態によっては、図３のエネルギーバンド図に
示すように、蓄積層が形成されないことになるが、この
場合でも、アモルファスシリコンカーボン膜３から、バ
ンドギャップの小さい方の薄膜であるアモルファスシリ
コン膜２にキャリアが移動するので、B 定数が高く、導
電率の高い薄膜温度センサを実現することができる。
【００１８】次に、図４の断面図に基づいて、本発明の
薄膜温度センサの異なる実施形態について説明する。図
４に示す薄膜温度センサは、図１に示した薄膜温度セン
サに対して、アモルファスシリコン膜２とアモルファス
シリコンカーボン膜３の形成位置を入れ換えて、バンド
ギャップの小さい方の薄膜であるアモルファスシリコン
膜２上に、クロム電極を形成したものである。アモルフ
ァスシリコン膜２の方が、キャリア濃度が高いため、ク
ロム電極とのオーミック接触がとれ、温度センサとして
の特性が向上する。
薄膜温度センサの異なる実施形態について説明する。図
４に示す薄膜温度センサは、図１に示した薄膜温度セン
サに対して、アモルファスシリコン膜２とアモルファス
シリコンカーボン膜３の形成位置を入れ換えて、バンド
ギャップの小さい方の薄膜であるアモルファスシリコン
膜２上に、クロム電極を形成したものである。アモルフ
ァスシリコン膜２の方が、キャリア濃度が高いため、ク
ロム電極とのオーミック接触がとれ、温度センサとして
の特性が向上する。
【００１９】次に、図５の線図に基づいて、図４に示し
た薄膜温度センサの特性について説明する。図は、薄膜
温度センサの B定数と導電率σとの関係を示す線図で、
横軸が B定数、縦軸が導電率σを表したものである。図
でＡ点に示す、アモルファスシリコンカーボン膜３（ B
定数：4500、導電率： 2×10-7S/cm）の膜上に、Ｂ点に
示す、アモルファスシリコン膜２（ B定数：4600、導電
率： 6×10-6S/cm）を積層した場合、アモルファスシリ
コンカーボン膜３の導電率が一桁以上低くなるため、キ
ャリアは全てアモルファスシリコン膜２中を流れるとす
ると、積層構造４の特性は、Ｃ点に示すように、 B定
数：4800、導電率：1.5 ×10-5S/cmとなり、アモルファ
スシリコン膜２の導電率が約２倍に上がった。
た薄膜温度センサの特性について説明する。図は、薄膜
温度センサの B定数と導電率σとの関係を示す線図で、
横軸が B定数、縦軸が導電率σを表したものである。図
でＡ点に示す、アモルファスシリコンカーボン膜３（ B
定数：4500、導電率： 2×10-7S/cm）の膜上に、Ｂ点に
示す、アモルファスシリコン膜２（ B定数：4600、導電
率： 6×10-6S/cm）を積層した場合、アモルファスシリ
コンカーボン膜３の導電率が一桁以上低くなるため、キ
ャリアは全てアモルファスシリコン膜２中を流れるとす
ると、積層構造４の特性は、Ｃ点に示すように、 B定
数：4800、導電率：1.5 ×10-5S/cmとなり、アモルファ
スシリコン膜２の導電率が約２倍に上がった。
【００２０】次に、本発明の薄膜温度センサのさらに異
なる実施形態について説明する。図１に示した構造で、
第１層と第２層として、バンドギャップが同じで活性化
エネルギーが異なる、絶縁体薄膜または半導体薄膜を用
いて、薄膜温度センサを実現することもできる。この場
合のエネルギーバンド図を図６に示す。図６に示すよう
に、第１層と第２層はバンドギャップが同じであるた
め、一般の p-n接合と同様スパイク等の障壁が形成され
ず、活性化エネルギーの小さい方の薄膜（図６では第２
層）へのキャリアの移動がより起こりやすくなる。この
方法によれば、ＲＦ放電によるプラズマＣＶＤで形成す
る場合、ドーピングガス流量を変えることによって簡便
に活性化エネルギーの異なる半導体薄膜の積層構造を形
成することができる。
なる実施形態について説明する。図１に示した構造で、
第１層と第２層として、バンドギャップが同じで活性化
エネルギーが異なる、絶縁体薄膜または半導体薄膜を用
いて、薄膜温度センサを実現することもできる。この場
合のエネルギーバンド図を図６に示す。図６に示すよう
に、第１層と第２層はバンドギャップが同じであるた
め、一般の p-n接合と同様スパイク等の障壁が形成され
ず、活性化エネルギーの小さい方の薄膜（図６では第２
層）へのキャリアの移動がより起こりやすくなる。この
方法によれば、ＲＦ放電によるプラズマＣＶＤで形成す
る場合、ドーピングガス流量を変えることによって簡便
に活性化エネルギーの異なる半導体薄膜の積層構造を形
成することができる。
【００２１】次に、図７の断面図に基づいて本発明のさ
らに異なる実施形態について説明する。但し、図１に示
した構成と同等構成については同符号を付すこととす
る。図で、１はシリコン基板、２はシリコン基板１上に
形成された、第１層であるアモルファスシリコン膜（a-
Si）、３はアモルファスシリコン膜２上に形成された、
第２層であるアモルファスシリコンカーボン膜（a-SiC
）である。また、７はアモルファスシリコン膜２とア
モルファスシリコンカーボン膜３との界面６に接するよ
うに、積層構造４の側面に形成された、一対の電極であ
るクロム電極である。図に示す構造は、例えば、積層構
造４を形成した後に、ＲＩＥ、イオンミリング、ウエッ
トエッチング等の方法により、積層構造４のエッチング
を行い、界面６を露出させた後、その上に電極を形成す
ることで実現することができる。
らに異なる実施形態について説明する。但し、図１に示
した構成と同等構成については同符号を付すこととす
る。図で、１はシリコン基板、２はシリコン基板１上に
形成された、第１層であるアモルファスシリコン膜（a-
Si）、３はアモルファスシリコン膜２上に形成された、
第２層であるアモルファスシリコンカーボン膜（a-SiC
）である。また、７はアモルファスシリコン膜２とア
モルファスシリコンカーボン膜３との界面６に接するよ
うに、積層構造４の側面に形成された、一対の電極であ
るクロム電極である。図に示す構造は、例えば、積層構
造４を形成した後に、ＲＩＥ、イオンミリング、ウエッ
トエッチング等の方法により、積層構造４のエッチング
を行い、界面６を露出させた後、その上に電極を形成す
ることで実現することができる。
【００２２】図８に基づいて本発明の薄膜温度センサの
さらに異なる実施形態について説明する。まず、図８
（ｄ）に基づいてその構造を説明する。図で、８はシリ
コン基板、９はシリコン基板８上に形成された下部クロ
ム電極、１０は下部クロム電極９上に局所的に形成され
た、第１層であるアモルファスシリコン膜、１１はアモ
ルファスシリコン膜１０と側面同士で接するように形成
された、第２層であるアモルファスシリコンカーボン膜
である。また、１２は上部クロム電極で、下部クロム電
極９と対をなしてアモルファスシリコン膜１０とアモル
ファスシリコンカーボン膜１１との界面１３を挟むよう
に形成されている。このように構成することにより、電
極間の距離が小さくなり抵抗値を下げることができるの
で、素子のさらなる小型化が可能である。
さらに異なる実施形態について説明する。まず、図８
（ｄ）に基づいてその構造を説明する。図で、８はシリ
コン基板、９はシリコン基板８上に形成された下部クロ
ム電極、１０は下部クロム電極９上に局所的に形成され
た、第１層であるアモルファスシリコン膜、１１はアモ
ルファスシリコン膜１０と側面同士で接するように形成
された、第２層であるアモルファスシリコンカーボン膜
である。また、１２は上部クロム電極で、下部クロム電
極９と対をなしてアモルファスシリコン膜１０とアモル
ファスシリコンカーボン膜１１との界面１３を挟むよう
に形成されている。このように構成することにより、電
極間の距離が小さくなり抵抗値を下げることができるの
で、素子のさらなる小型化が可能である。
【００２３】次に、図８（ａ）〜（ｄ）に基づいて製造
方法の一実施形態について説明する。まず、（ａ）に示
すように、シリコン基板８上に、下部クロム電極９を形
成し、一方の薄膜（アモルファスシリコン膜１０）を形
成した後、その膜の一部をエッチングにより除去する。
その後、（ｂ）に示すように、表面に、もう一方の薄膜
（アモルファスシリコンカーボン膜１１）を形成した
後、エッチングを行って、（ｃ）に示すように、アモル
ファスシリコン膜１０を露出させる。最後に、（ｄ）に
示すように、アモルファスシリコン膜１０とアモルファ
スシリコンカーボン膜１１との界面１３上に、上部クロ
ム電極１２を形成する。
方法の一実施形態について説明する。まず、（ａ）に示
すように、シリコン基板８上に、下部クロム電極９を形
成し、一方の薄膜（アモルファスシリコン膜１０）を形
成した後、その膜の一部をエッチングにより除去する。
その後、（ｂ）に示すように、表面に、もう一方の薄膜
（アモルファスシリコンカーボン膜１１）を形成した
後、エッチングを行って、（ｃ）に示すように、アモル
ファスシリコン膜１０を露出させる。最後に、（ｄ）に
示すように、アモルファスシリコン膜１０とアモルファ
スシリコンカーボン膜１１との界面１３上に、上部クロ
ム電極１２を形成する。
【００２４】図９に基づいて本発明のさらに異なる実施
形態について説明する。図８に示した実施形態で、第１
層と第２層として、バンドギャプが同じで活性化エネル
ギーが異なる、絶縁体薄膜あるいは半導体薄膜を用いて
もよい。このような材料を用いる場合は、図８に基づい
て説明した製造方法の他に、より簡便な方法で図８に示
した構造の薄膜温度センサを形成することができる。具
体的には、図９に示すように、シリコン基板１４上に、
下部クロム電極１５を形成した後、第１層であるアモル
ファスシリコンカーボン膜１６を形成し、そのアモルフ
ァスシリコンカーボン膜１６上の、第１層形成箇所を、
マスク１７によって覆って、第２層形成箇所にイオン打
ち込み等の方法によってドーピングを行い、第２層を形
成して積層構造を形成する。この製造方法により、より
簡便に目的の特性を備えた薄膜温度センサを実現するこ
とができる。
形態について説明する。図８に示した実施形態で、第１
層と第２層として、バンドギャプが同じで活性化エネル
ギーが異なる、絶縁体薄膜あるいは半導体薄膜を用いて
もよい。このような材料を用いる場合は、図８に基づい
て説明した製造方法の他に、より簡便な方法で図８に示
した構造の薄膜温度センサを形成することができる。具
体的には、図９に示すように、シリコン基板１４上に、
下部クロム電極１５を形成した後、第１層であるアモル
ファスシリコンカーボン膜１６を形成し、そのアモルフ
ァスシリコンカーボン膜１６上の、第１層形成箇所を、
マスク１７によって覆って、第２層形成箇所にイオン打
ち込み等の方法によってドーピングを行い、第２層を形
成して積層構造を形成する。この製造方法により、より
簡便に目的の特性を備えた薄膜温度センサを実現するこ
とができる。
【００２５】次に、図１０に基づいて、本発明の薄膜温
度センサのさらに異なる実施形態について説明する。図
で、１８はシリコン基板、１９はシリコン基板１８上に
形成された下部クロム電極、２０は、下部クロム電極１
９上に形成された、第１層となるアモルファスシリコン
膜、２１はアモルファスシリコン膜２０中に形成され
た、粒状のアモルファスシリコンカーボン領域、２２は
アモルファスシリコン膜２０上に形成された上部クロム
電極である。上部クロム電極２２は、下部クロム電極１
９と対をなして、アモルファスシリコンとアモルファス
シリコンカーボンとの複数の界面２３を挟むように形成
されている。図１０に示す、粒状のアモルファスシリコ
ンカーボン領域２１を備えたアモルファスシリコン膜２
０は、例えば、マイクロ波による ECRプラズマCVD 法、
反応ガスまたは希釈ガスの流量を制御してマイクロクリ
スタルを形成する方法等によって実現することができ
る。
度センサのさらに異なる実施形態について説明する。図
で、１８はシリコン基板、１９はシリコン基板１８上に
形成された下部クロム電極、２０は、下部クロム電極１
９上に形成された、第１層となるアモルファスシリコン
膜、２１はアモルファスシリコン膜２０中に形成され
た、粒状のアモルファスシリコンカーボン領域、２２は
アモルファスシリコン膜２０上に形成された上部クロム
電極である。上部クロム電極２２は、下部クロム電極１
９と対をなして、アモルファスシリコンとアモルファス
シリコンカーボンとの複数の界面２３を挟むように形成
されている。図１０に示す、粒状のアモルファスシリコ
ンカーボン領域２１を備えたアモルファスシリコン膜２
０は、例えば、マイクロ波による ECRプラズマCVD 法、
反応ガスまたは希釈ガスの流量を制御してマイクロクリ
スタルを形成する方法等によって実現することができ
る。
【００２６】なお、本発明に係る薄膜温度センサは、実
施形態で説明した材料に限定されるものではない。ま
た、積層構造として、２層構造のものを示したが、第１
層と第２層を積層した構造を含むものであれば実施形態
に限定されない。
施形態で説明した材料に限定されるものではない。ま
た、積層構造として、２層構造のものを示したが、第１
層と第２層を積層した構造を含むものであれば実施形態
に限定されない。
【００２７】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項６記載の薄膜温度センサによれば、高いサーミスタ
定数と高い導電率を有し、小型化が図れる薄膜温度セン
サを実現することができる。
求項６記載の薄膜温度センサによれば、高いサーミスタ
定数と高い導電率を有し、小型化が図れる薄膜温度セン
サを実現することができる。
【図１】本発明の薄膜温度センサの一実施形態を示す断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の薄膜温度センサの一実施形態のバンド
ギャップ図である。
ギャップ図である。
【図３】本発明の薄膜温度センサの一実施形態のバンド
ギャップ図である。
ギャップ図である。
【図４】本発明の薄膜温度センサの異なる実施形態を示
す断面図である。
す断面図である。
【図５】本発明の薄膜温度センサの異なる実施形態の性
能を示す線図である。
能を示す線図である。
【図６】本発明の薄膜温度センサの異なる実施形態のバ
ンドギャップ図である。
ンドギャップ図である。
【図７】本発明の薄膜温度センサのさらに異なる実施形
態を示す断面図である。
態を示す断面図である。
【図８】本発明の薄膜温度センサのさらに異なる実施形
態を示す断面図である。
態を示す断面図である。
【図９】本発明の薄膜温度センサのさらに異なる実施形
態の製造方法を示す断面図である。
態の製造方法を示す断面図である。
【図１０】本発明の薄膜温度センサのさらに異なる実施
形態を示す断面図である。
形態を示す断面図である。
２，１６，２０ アモルファスシリコン膜（第１層）
３，１１ アモルファスシリコンカーボン膜
（第２層） ４ 積層構造 ５，７ クロム電極（電極） ６，１３，２３ 界面 ９，１５，１９ 下部クロム電極（電極） １２，２２ 上部クロム電極（電極） ２１ アモルファスシリコンカーボン領域
（領域）
（第２層） ４ 積層構造 ５，７ クロム電極（電極） ６，１３，２３ 界面 ９，１５，１９ 下部クロム電極（電極） １２，２２ 上部クロム電極（電極） ２１ アモルファスシリコンカーボン領域
（領域）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01J 5/00 - 5/62
H01C 7/02 - 7/04
Claims (6)
- 【請求項１】 シリコン基板と、絶縁体薄膜または半導
体薄膜で構成された第１層と、その第１層とはバンドギ
ャップの異なる、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構成さ
れ、前記第１層に積層された第２層とを含む積層構造を
前記シリコン基板上に有し、しかも、第１層と第２層は
積層して形成されるシリコン基板に対し平行的な界面を
有しており、バンドギャップの大きい層より小さい層に
キャリアが流れ込むことにより界面付近にキャリアの蓄
積層を形成するものであり、その積層構造の上方の層上
に、一対の電極を形成したことを特徴とする薄膜温度セ
ンサ。 - 【請求項２】 一対の前記電極が、前記第１層または前
記第２層のうち、バンドギャップの小さい方の層上に形
成されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜温度
センサ。 - 【請求項３】 シリコン基板と、絶縁体薄膜または半導
体薄膜で構成された第１層と、その第１層とはバンドギ
ャップが同じで活性化エネルギーが異なる、絶縁体薄膜
または半導体薄膜で構成され、前記第１層に積層された
第２層とを含む積層構造を前記シリコン基板上に有し、
しかも、第１層と第２層は積層して形成されるシリコン
基板に対し平行的な界面を有しており、活性化エネルギ
ーの大きい層より小さい層にキャリアが流れ込むことに
より界面付近にキャリアの蓄積層を形成するものであ
り、その積層構造の上方の層上に、一対の電極を形成し
たことを特徴とする薄膜温度センサ。 - 【請求項４】 シリコン基板と、絶縁体薄膜または半導
体薄膜で構成された第１層と、その第１層とはバンドギ
ャップの異なる、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構成さ
れ、前記第１層に積層された第２層とを含む積層構造を
前記シリコン基板上に有し、しかも、第１層と第２層は
積層して形成されるシリコン基板に対し平行的な界面を
有しており、バンドギャップの大きい層より小さい層に
キャリアが流れ込むことにより界面付近にキャリアの蓄
積層を形成するものであり、その界面に接するように積
層構造の両側面に一対の前記電極を形成したことを特徴
とする薄膜温度センサ。 - 【請求項５】 シリコン基板と、絶縁体薄膜または半導
体薄膜で構成された第１層と、その第１層とはバンドギ
ャップの異なる、絶縁体薄膜または半導体薄膜で構成さ
れ、前記第１層と側面同士が接するように形成された第
２層とを前記シリコン基板上に有し、しかも、第１層と
第２層は側面同士が接して形成されるシリコン基板に対
し垂直的な界面を有しており、バンドギャップの大きい
層より小さい層にキャリアが流れ込むことにより界面付
近にキャリアの蓄積層を形成するものであり、その界面
に接するように第１層及び第２層の上下面に一対の前記
電極を形成したことを特徴とする薄膜温度センサ。 - 【請求項６】 シリコン基板と、絶縁体薄膜または半導
体薄膜で構成された第１層と、その第１層とはバンドギ
ャップが同じで活性化エネルギーが異なる、絶縁体薄膜
または半導体薄膜で構成され、前記第１層と側面同士が
接するように形成された第２層とを前記シリコン基板上
に有し、しかも、第１層と第２層は側面同士が接して形
成されるシリコン基板に対し垂直的な界面を有してお
り、活性化エネルギーの大きい層より小さい層にキャリ
アが流れ込むことにより界面付近にキャリアの蓄積層を
形成するものであり、その界面に接するように第１層及
び第２層の上下面に一対の前記電極を形成したことを特
徴とする薄膜温度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19394695A JP3387280B2 (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | 薄膜温度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19394695A JP3387280B2 (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | 薄膜温度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0943060A JPH0943060A (ja) | 1997-02-14 |
| JP3387280B2 true JP3387280B2 (ja) | 2003-03-17 |
Family
ID=16316392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19394695A Expired - Fee Related JP3387280B2 (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | 薄膜温度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3387280B2 (ja) |
-
1995
- 1995-07-31 JP JP19394695A patent/JP3387280B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0943060A (ja) | 1997-02-14 |
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