【手続補正書】
【提出日】平成19年2月9日(2007.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
図1に、主要な温度センサ及び歪センサ材料の特性を示す。SiやGeなどの半導体は、温度感度及び歪感度が共に高く、本発明には適さない。これに対しCuNi及びNiCrは、感度があまり大きくはないものの温度感度が小さいので補償回路なしに歪検出素子として使用できる。また、標準抵抗測温体であるPtは、歪感度が若干高いが、それに比べて大きな温度感度を持つことから、温度検出素子として使うことができる。故に、これらの薄膜を組み合わせることにより、本発明の感温感歪複合センサを成すことができ、補償回路なしに温度及び歪の同時検知を可能とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
ここでさらに、図1で示されているように、Fe-Pd合金薄膜はＰtよりも温度感度が高く（特開平11-195504号）、かつ歪感度はＰtよりも小さい。またCr-N合金薄膜は、Cu-Ni合金より数倍も歪感度が大きい上に温度感度は非常に小さい（特開平10-270201号）。そこで、これらFe-Pd合金（又はFe-Pd基合金）及びCr-N合金（又はCr-N基合金）薄膜をそれぞれ温度検出用抵抗体及び歪検出用抵抗体として用いることが、より効果的である。すなわち、Cr-N合金の温度感度はほぼゼロであることから、ホイートストンブリッジ等による温度補償を必要とせずに感度良く歪測定を行うことができる。また、Fe-Pd合金は非常に高い温度感度をもち、それに比較して歪感度は小さいことから、歪は変動要因としてあまり重大ではなく、また、互いに測定して得た情報を用いて補正を加えることも可能で、その場合、さらに正確で安定な温度及び歪の検知が可能となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
表1に、種々の材料を組み合せて構築した感温感歪センサとして、本発明試料（No.1〜5）及び参考試料（No.6〜11）において測定した個々のセンサ特性を、また表2に該感温感歪センサに対して温度及び歪を同時に印加した場合におけるそれらの実測結果を示す。センサ材料欄の各々における上側が歪センサ材料を、下側が温度センサ材料を示す。ρoは273Kの温度で歪印加なしの状態における比電気抵抗、TCRは273Kと373Kの間における温度感度（抵抗温度係数）、並びにGfは室温（約293K）における歪感度（抵抗歪係数、いわゆるゲージ率）を示す。また、表２の右側の2つの欄に、273K及び無歪の状態に対し温度及び圧力として1K及び500μεを加えた場合、並びに100Kおよび500μεを加えた場合に測定された電気抵抗値から見積もった温度と歪量を示す。ただし、No.6のpoly-Siについての373K、500μεにおける値は他と比べて直線性が悪く、ここで説明しようとする内容から外れるので、直線性が良いと仮定した場合に特性から見込まれる数値を算出し、記載した。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
【表１】
2001221696.tif 000001
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
【表２】
2001221696.tif 000002
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
表から、これまで述べてきた通り、温度と歪が同時に加わった場合、No.6に記したSiは両物理量の影響を大きく受けてしまうため正確な測定ができないことがわかる。また、No.7〜11に記した金属バルク及び薄膜の場合には、温度センサ及び歪センサ共に歪感度が小さく温度感度が大きいため、温度センサによって測定した温度は実際の温度と極端に異なることはないが、歪センサによって測定した歪量は温度変化による大きな抵抗値の増分により全く異なる値となっていることがわかる。これに対し、No.1〜5に示したCr-N基合金及びFe-Pd基合金薄膜の組み合わせは、温度センサにおける温度感度が大きく、かつ歪感度が小さく、歪センサにおいては歪感度が大きく温度感度が小さいことから、温度及び歪量共に、No.6〜11と比較してその誤差は非常に小さくなり、歪による温度測定誤差が0.5K以内、かつ温度による歪量測定誤差百分率が50%以内となることがわかる。以上の実施結果は、本発明の有効性を明確に表している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
【表３】
2001221696.tif 000003
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
表３には、上記の補正した温度及び補正した歪量、ならびに実際の条件である274K、500μεと373K、500μεからの誤差を示した。表2と表3との比較から、この簡単な補正が有効に作用し、誤差を小さくしていることがわかる。特に本発明の試料であるNo.1〜5においては誤差がほとんどなく、高精度の測定が可能であることを示している。参考試料であるNo.6〜11においては誤差が大きいことが分かる。特に、温度センサおよび歪センサの特性値があまり異なっていない場合には、補正の効果はむしろマイナスに作用する場合があり、No.6のpoly-Siにおいてはそれが顕著に表れている。以上の結果から、本発明にかかるセンサであるNo.1〜5は優れた測定能力を有することが明らかになり、本発明の有効性を実証することができた。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
【実施例】本発明の実施例について説明する。
実施例1  試料番号１の並列型感温感歪複合センサの製造と評価
センサ材    温度センサ：Fe-60at%Pd薄膜
歪センサ：Cr-10at%N薄膜
幅15mm、長さ50mmのガラス基板（Corning社製 2011番）上に Fe-60at%Pd合金ターゲットを用いた高周波スパッタリング法により同成分、同組成の温度検出用抵抗薄膜を作製後、773Kで熱処理を施した後、同一基板上に該温度検出用抵抗薄膜と並べてCrターゲットを使用すると同時に窒素ガスを導入して行う反応性スパッタリング法によりCr-10%Nの組成を持つ歪検出用抵抗薄膜を作製後、623Kで熱処理を施し、さらに４端子法による抵抗測定を可能とするCu電極を、Cuターゲットを用いた高周波マグネトロンスパッタリング法により作製し、並列型感温感歪複合センサを作製した。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
これらの結果から、Cr-N歪センサにおける歪感度は約7と大きく、かつ温度感度は約−60ppm/Kと小さいことがわかった。また、Fe-Pd温度センサにおける温度感度は約4400ppm/Kと大きく、歪感度は2.0と小さいこともわかった。これらの値はいずれも本発明において限定された数値の範囲内に含まれると共に、各薄膜個々の場合の特性とほとんど変化がないことから、複合化による特性の劣化がなく、感温感歪センサとして使用可能であることを示した。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
実施例２  試料番号２の並列型感温感歪複合センサの製造と評価
センサ材料    温度センサ：Fe-50at%Pd薄膜
歪センサ  ：Cr-15at%N薄膜
幅15mm、長さ50mmの合成石英基板上にFe-50at%Pd合金ターゲットを用いた高周波マグネトロンスパッタリング法により同成分、同組成の温度検出用抵抗薄膜を作製後、973Kで熱処理を施した後、同一基板上に該温度検出用抵抗薄膜と並べて99.9%純度のCrを蒸発源として使用すると同時に窒素ガスを導入して行う反応性の真空蒸着法によりCr-10%Nの組成を持つ歪検出用抵抗薄膜を作製後、653Kで熱処理を施し、さらに4端子法による抵抗測定を可能とする電極を、Cuターゲットを用いた高周波スパッタリング法により作製し、並列型感温感歪複合センサを作製した。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
実施例3  試料番号5の並列型感温歪複合センサの製造と評価
センサ材料    温度センサ：Fe-60%Pd-3%Ni薄膜
歪センサ  ：Cr-10%N-3%Al薄膜
幅15mm、長さ50mmのステンレス（SUS304）基板上にSiO２ターゲットを使用すると同時に酸素ガスを導入して行う反応性スパッタリング法によりSiO2絶縁層を形成後、該絶縁層の上にFe-60at%Pd-3%Ni合金を蒸発源として用いた真空蒸着法により同成分、同組成の温度検出用抵抗薄膜を作製し、これを973Kで熱処理を施した後、さらに同一基板上のSiO２絶縁層の上に、該温度検出用抵抗薄膜と並べてCr-4%Al合金ターゲットを備えたイオンビームスパッタリング装置を使用すると同時にスパッタリングガスであるArとともに微量の窒素ガスを導入して行う反応性スパッタリング法によりCr-10%N-3%Alの組成を持つ歪検出用抵抗薄膜を作製後、633Kで熱処理を施し、さらに4端子法による抵抗測定を可能とする電極を、Cuターゲットを用いた高周波マグネトロンスパッタリング法により作製し、並列型感温感歪複合センサを作製した。