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WO2026004696A1 - 応力センサ材料 - Google Patents

応力センサ材料

Info

Publication number
WO2026004696A1
WO2026004696A1 PCT/JP2025/021797 JP2025021797W WO2026004696A1 WO 2026004696 A1 WO2026004696 A1 WO 2026004696A1 JP 2025021797 W JP2025021797 W JP 2025021797W WO 2026004696 A1 WO2026004696 A1 WO 2026004696A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
less
content
stress sensor
sensor material
thin film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2025/021797
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
航介 柄木田
佳雅 松下
史雄 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Electric Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Glass Co Ltd filed Critical Nippon Electric Glass Co Ltd
Publication of WO2026004696A1 publication Critical patent/WO2026004696A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Definitions

  • the present invention relates to a stress sensor.
  • the gauge factor is known as an index that determines the detection sensitivity of a stress sensor, and there is a demand for stress sensor materials with higher gauge factors.
  • Known stress sensor materials include metal materials and semiconductor materials.
  • the gauge factor of many metal materials is small, at around 2.
  • the semiconductor materials Si and Ge exhibit a relatively large gauge factor compared to metal materials, it is difficult to further improve the gauge factor, and there are problems with large fluctuations in characteristics due to anisotropy (Patent Documents 1 and 2).
  • JP 2019-204874 A Japanese Patent Application Publication No. 10-270201
  • the present invention aims to provide a stress sensor material that has a high gauge factor and is advantageous for reducing the power consumption of stress sensors.
  • the stress sensor material of aspect 1 is characterized by containing, in atomic percent, 0.1% to 50% Ge, 10% to 99% Te, and 5% or less As.
  • the stress sensor material of embodiment 2 preferably contains, in atomic percent, 0.1% to 89.9% of Mn + Cu + W + Sn + Bi in embodiment 1.
  • the stress sensor material of aspect 3 is characterized by containing, in atomic percent, 10% to 99% Te, 5% or less As, and 0.1% to 50% Si.
  • the atomic ratio Ge/Te is 0.5 or less.
  • the stress sensor material of aspect 5 is characterized by containing, in atomic percent, 10% to 99% Te, 5% or less As, and 0.1% to 90% Mn + Cu + W + C + Al + In + Sn + Bi.
  • the atomic ratio Ge/Te is 0.5 or less.
  • the stress sensor material of aspect 7 is any one of aspects 1 to 6, and preferably has a gauge factor of 3 or more at a strain of 0.1%.
  • the stress sensor material of Aspect 8 is any one of Aspects 1 to 7, and preferably has an electrical resistivity at 25 ⁇ 2° C. of 1.0 ⁇ 10 5 ⁇ cm or less.
  • the stress sensor material of aspect 9 is preferably a thin film in any one of aspects 1 to 8.
  • the present invention provides a stress sensor material that has a high gauge factor and is advantageous for reducing the power consumption of stress sensors.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a stress sensor.
  • FIG. 2 is a schematic top view of the stress sensor.
  • the stress sensor material of the present invention is characterized by containing, in atomic percent, 0.1% to 50% Ge, 10% to 99% Te, and 5% or less As.
  • % means “atomic percent” unless otherwise specified.
  • x + y + z + " means the total content of each component.
  • each component does not necessarily have to be contained as an essential component, and it is acceptable to have a component that is not contained (content 0%).
  • Ge is a component that increases the gauge factor of the stress sensor material.
  • the Ge content is preferably 0.1% to 50%. More specifically, the lower limit of the Ge content is preferably 0.1% or more, 0.2% or more, 0.5% or more, 1% or more, and especially 2% or more, and the upper limit of the Ge content is preferably 50% or less, 49% or less, especially 45% or less, 40% or less, less than 40%, 35% or less, and especially 30% or less. If the Ge content is too low, the gauge factor is likely to be small. If the Ge content is too high, the electrical resistivity increases, making it difficult to detect changes in the electrical resistance or current of the stress sensor due to strain, and requiring high-resolution electrical resistance or current measuring equipment. Furthermore, the need for an amplifier circuit tends to increase the power consumption of the stress sensor. In addition to the above, manufacturing costs are likely to increase.
  • Te is a component that constitutes the stress sensor material.
  • the Te content is preferably 10% to 99%. More specifically, the lower limit of the Te content is preferably 10% or more, 12% or more, 15% or more, and particularly 20% or more, and the upper limit of the Te content is preferably 99% or less, 98% or less, 97% or less, 95% or less, 94% or less, 90% or less, or less than 90%, and particularly 88% or less. If the Te content is too low, the amorphous state tends to become unstable. If the Te content is too high, the amorphous state tends to become unstable.
  • the lower limit of the Ge+Te content (total amount of Ge and Te) is preferably 10.1% or more, 20% or more, and particularly 30% or more. Furthermore, from the viewpoint of reducing electrical resistivity, the upper limit of the Ge+Te content is preferably 100% or less, and particularly 99.9% or less.
  • the As content be 5% or less, less than 5%, 4.9% or less, 4.5% or less, 3% or less, 1% or less, and in particular that it be substantially free of As.
  • substantially free of As means that it is not intentionally included in the raw materials, and does not exclude contamination at the impurity level. Objectively, it refers to a content of each component being less than 0.1%.
  • Mn, Cu, W, Sn, and Bi increase the gauge factor of the stress sensor material and reduce its electrical resistivity, making it easier to detect changes in the electrical resistance or current of the stress sensor due to strain. These elements are effective in reducing the power consumption of the stress sensor.
  • the Mn+Cu+W+Sn+Bi content (the total amount of Mn, Cu, W, Sn, and Bi) is preferably 0% to 89.9%, and more preferably 0.1% to 89.9%. More specifically, the lower limit of the Mn+Cu+W+Sn+Bi content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and especially 0.5% or more.
  • the upper limit of the Mn+Cu+W+Sn+Bi content is preferably 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 75% or less, 70% or less, and especially 65% or less. If the content of these components is too high, the amorphous state tends to become unstable.
  • the preferred contents of each of the components Mn, Cu, W, Sn, and Bi are as follows:
  • the Mn content is preferably 0% to 89.9%. More specifically, the lower limit of the Mn content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more, and the upper limit of the Mn content is preferably 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 75% or less, 70% or less, and particularly 65% or less.
  • the Cu content is preferably 0% to 89.9%. More specifically, the lower limit of the Cu content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more, and the upper limit of the Cu content is preferably 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 75% or less, 70% or less, and particularly 65% or less.
  • the W content is preferably 0% to 89.9%. More specifically, the lower limit of the W content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more, and the upper limit of the W content is preferably 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 75% or less, 70% or less, and particularly 65% or less.
  • the Sn content is preferably 0% to 89.9%. More specifically, the lower limit of the Sn content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more, and the upper limit of the Sn content is preferably 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 75% or less, 70% or less, and particularly 65% or less.
  • the Bi content is preferably 0% to 89.9%. More specifically, the lower limit of the Bi content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more, and the upper limit of the Bi content is preferably 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 75% or less, 70% or less, and particularly 65% or less.
  • the lower limit of the W+Bi content (total amount of W and Bi) be 0% or more, 0.1% or more, 1% or more, and especially 3% or more.
  • the upper limit of the W+Bi content be 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 70% or less, and especially 65% or less.
  • the lower limit of the Mn+Cu+W content (total amount of Mn, Cu, and W) is preferably 0% or more, 0.1% or more, 1% or more, and particularly 3% or more.
  • the upper limit of the Mn+Cu+W content is preferably 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 70% or less, and particularly 65% or less.
  • Al and Si are components that increase the gauge factor of the stress sensor material.
  • the Al+Si content (total amount of Al and Si) is preferably 0% to 89.9%. More specifically, the lower limit of the Al+Si content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and especially 0.5% or more, while the upper limit of the Al+Si content is preferably 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 75% or less, 70% or less, and especially 65% or less. If the content of these components is too high, the amorphous state tends to become unstable. Furthermore, the electrical resistivity tends to increase.
  • the preferred contents of each of the Al and Si components are as follows:
  • the Al content is preferably 0% to 89.9%. More specifically, the lower limit of the Al content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly preferably 0.5% or more, and the upper limit of the Al content is preferably 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 75% or less, 70% or less, 60% or less, 50% or less, 40% or less, 30% or less, and particularly preferably 20% or less.
  • the Si content is preferably 0% to 89.9%. More specifically, the lower limit of the Si content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more, and the upper limit of the Si content is preferably 89.9% or less, 80% or less, 75% or less, 70% or less, 60% or less, 50% or less, 40% or less, and particularly 30% or less.
  • the upper limit of the Ge+Te+Al+Si content (total amount of Ge, Te, Al, and Si) is preferably 100% or less, and particularly 99.9% or less.
  • the Ge+Te+Al+Si content is preferably, for example, 10.1% or more, 20% or more, and particularly 30% or more.
  • V+Nb+Mo content (total amount of V, Nb, and Mo) is preferably 0% to 89.9%. More specifically, the upper limit of the V+Nb+Mo content is preferably 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 70% or less, 65% or less, 50% or less, and particularly 30% or less.
  • the lower limit of the V+Nb+Mo content may be 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more. If the content of these components is too high, the amorphous state tends to become unstable.
  • the preferred contents of each of the V, Nb, and Mo components are as follows:
  • the V content is preferably 0% to 89.9%. More specifically, the upper limit of the V content is preferably 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 70% or less, 65% or less, 50% or less, and particularly 30% or less.
  • the lower limit of the V content may be 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more.
  • the Nb content is preferably 0% to 89.9%. More specifically, the upper limit of the Nb content is preferably 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 70% or less, 65% or less, 50% or less, and particularly 30% or less.
  • the lower limit of the Nb content may be 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more.
  • the Mo content is preferably 0% to 89.9%. More specifically, the upper limit of the Mo content is preferably 89.9% or less, less than 89.9%, 80% or less, 70% or less, 65% or less, 50% or less, and particularly 30% or less.
  • the lower limit of the Mo content may be 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more.
  • the stress sensor material of this embodiment preferably contains, in atomic percent, 0.1% to 50% Ge, 20% to 90% Te, and 5% or less As. It also preferably contains, in atomic percent, 0.1% to 50% Ge, 20% to 90% Te, 5% or less As, and 0.1% to 75% Mn + Cu + W + Sn + Bi. It also preferably contains, in atomic percent, 0.1% to 50% Ge, 20% to 90% Te, 5% or less As, and 0.1% to 75% Al + Si.
  • the stress sensor material of the present invention is characterized by containing, in atomic percent, 10% to 99% Te, 5% or less As, and 0.1% to 90% Si.
  • the reasons for specifying the composition as described above and the content of each component are explained below. Note that in the description of this embodiment, descriptions of components that overlap with those of stress sensor material A may be omitted. Furthermore, for components not described in the description of this embodiment, the preferred configurations described in the description of stress sensor material A may be adopted.
  • Te is a component that constitutes the stress sensor material.
  • the Te content is preferably 10% to 99%. More specifically, the lower limit of the Te content is preferably 10% or more, 12% or more, 15% or more, and particularly 20% or more, and the upper limit of the Te content is preferably 99% or less, 98% or less, 97% or less, 95% or less, 94% or less, 90% or less, or less than 90%, and particularly 88% or less. If the Te content is too low, the amorphous state tends to become unstable. If the Te content is too high, the amorphous state tends to become unstable.
  • As is a component that easily stabilizes the amorphous state of the stress sensor material.
  • As is a toxic component, from the perspective of reducing the burden on the environment, it is preferable that the As content be 5% or less, less than 5%, 4.9% or less, 4.5% or less, 3% or less, 1% or less, and in particular, that it be essentially non-existent.
  • Si is a component that particularly tends to increase the gauge factor of the stress sensor material. It is particularly preferable that the Si content be 0.1% to 90%. More specifically, the lower limit of the Si content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, 0.5% or more, 0.7% or more, 0.8% or more, and especially 1% or more, and the upper limit of the Si content is preferably 90% or less, 80% or less, 70% or less, 65% or less, 60% or less, 55% or less, 50% or less, 40% or less, and especially 30% or less. If the content of these components is too high, the electrical resistivity is likely to become high.
  • the Ge content is preferably 0% to 5%. More specifically, the upper limit of the Ge content is preferably 5% or less, 2% or less, 1% or less, or 0.1% or less, and it is particularly preferable that Ge be substantially absent.
  • the atomic ratio Ge/Te is preferably 0.5 or less, 0.2 or less, 0.1 or less, and particularly preferably less than 0.03.
  • a stress sensor material that satisfies the above atomic ratio is more likely to achieve both a high gauge factor and low electrical resistivity.
  • There is no particular lower limit for the atomic ratio Ge/Te but it may be, for example, 0 or more, particularly 0.0001 or more.
  • the stress sensor material of this embodiment preferably contains, in atomic percent, 10% to 99% Te, 5% or less As, 0.1% to 90% Si, and 0% to 5% Ge; more preferably, 20% to 99% Te, 5% or less As, 0.1% to 30% Si, and 0% to 2% Ge; and it is particularly preferable that the material contains 20% to 99% Te, 5% or less As, 0.1% to 30% Si, and is substantially free of Ge.
  • the stress sensor material of the present invention is characterized by containing, in atomic percent, 10% to 99% Te, 5% or less As, and 0.1% to 90% Mn+Cu+W+C+Al+In+Sn+Bi.
  • the reasons for specifying the composition as above and the content of each component are explained below. Note that in the description of this embodiment, descriptions of components that overlap with stress sensor material A or B may be omitted. Furthermore, components not described in the description of this embodiment may adopt the preferred configurations described in the description of stress sensor material A or B.
  • Te is a component that constitutes the stress sensor material.
  • the Te content is preferably 10% to 99%. More specifically, the lower limit of the Te content is preferably 10% or more, 12% or more, 15% or more, and particularly 20% or more, and the upper limit of the Te content is preferably 99% or less, 98% or less, 97% or less, 95% or less, 94% or less, 90% or less, or less than 90%, and particularly 88% or less. If the Te content is too low, the amorphous state tends to become unstable. If the Te content is too high, the amorphous state tends to become unstable.
  • As is a component that easily stabilizes the amorphous state of the stress sensor material.
  • As is a toxic component, from the perspective of reducing the burden on the environment, it is preferable that the As content be 5% or less, less than 5%, 4.9% or less, 4.5% or less, 3% or less, 1% or less, and in particular, that it be essentially non-existent.
  • Mn, Cu, W, C, Al, In, Sn, and Bi increase the gauge factor of the stress sensor material and reduce its electrical resistivity, thereby facilitating detection of strain-induced changes in electrical resistance or current in the stress sensor, and are effective components in reducing the power consumption of the stress sensor. It is particularly preferable that the content of Mn+Cu+W+C+Al+In+Sn+Bi (the total amount of Mn, Cu, W, C, Al, In, Sn, and Bi) be 0.1% to 90%.
  • the lower limit of the content of Mn+Cu+W+C+Al+In+Sn+Bi is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and especially 0.5% or more.
  • the upper limit of the content of Mn+Cu+W+C+Al+In+Sn+Bi is preferably 90% or less, 80% or less, and especially 60% or less. If the content of these components is too high, the amorphous state tends to become unstable.
  • the preferred contents of each of the components Mn, Cu, W, C, Al, In, Sn, and Bi are as follows:
  • the Mn content is preferably 0% to 90%. More specifically, the lower limit of the Mn content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more, and the upper limit of the Mn content is preferably 90% or less, 80% or less, 70% or less, and particularly 65% or less.
  • the Cu content is preferably 0% to 90%. More specifically, the lower limit of the Cu content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more, and the upper limit of the Cu content is preferably 90% or less, 80% or less, 70% or less, and particularly 65% or less.
  • the W content is preferably 0% to 90%. More specifically, the lower limit of the W content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more, and the upper limit of the W content is preferably 90% or less, 80% or less, 70% or less, and particularly 65% or less.
  • the C content is a component that is particularly effective in increasing the gauge factor and in lowering the electrical resistivity.
  • the C content is preferably 0% to 90%. More specifically, the lower limit of the C content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and especially 0.5% or more, and the upper limit of the C content is preferably 90% or less, 80% or less, 70% or less, and especially 65% or less.
  • the Al content is preferably 0% to 90%. More specifically, the lower limit of the Al content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly preferably 0.5% or more, and the upper limit of the Al content is preferably 90% or less, 80% or less, 70% or less, 60% or less, 50% or less, 40% or less, 30% or less, and particularly preferably 20% or less.
  • the In content is preferably 0% to 90%. More specifically, the lower limit of the In content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly preferably 0.5% or more, and the upper limit of the In content is preferably 90% or less, 80% or less, 70% or less, and particularly preferably 65% or less.
  • the Sn content is preferably 0% to 90%. More specifically, the lower limit of the Sn content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more, and the upper limit of the Sn content is preferably 90% or less, 80% or less, 70% or less, and particularly 65% or less.
  • the Bi content is preferably 0% to 90%. More specifically, the lower limit of the Bi content is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and particularly 0.5% or more, and the upper limit of the Bi content is preferably 90% or less, 80% or less, 70% or less, and particularly 65% or less.
  • the Ge content is preferably 0% to 5%. More specifically, the upper limit of the Ge content is preferably 5% or less, 2% or less, 1% or less, or 0.1% or less, and it is particularly preferable that Ge be substantially absent.
  • the atomic ratio Ge/Te is preferably 0.5 or less, 0.2 or less, 0.1 or less, and particularly preferably less than 0.03.
  • a stress sensor material that satisfies the above atomic ratio is more likely to achieve both a high gauge factor and low electrical resistivity.
  • There is no particular lower limit for the atomic ratio Ge/Te but it may be, for example, 0 or more, particularly 0.0001 or more.
  • C, In, and Sn are components that are particularly likely to increase the gauge factor of the stress sensor material. It is particularly preferable that the content of C + Si + In + Sn (total amount of C, In, and Sn) is 0.1% to 90%. More specifically, the lower limit of the content of C + Si + In + Sn is preferably 0% or more, 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, and especially 0.5% or more, and the upper limit of the content of C + In + Sn is preferably 90% or less, 80% or less, 70% or less, and especially 65% or less. If the content of these components is too high, the amorphous state is likely to become unstable.
  • the stress sensor material of this embodiment preferably contains, in atomic percent, 10% to 99% Te, 5% or less As, 0.1% to 90% Mn + Cu + W + C + Al + In + Sn + Bi, and 0% to 5% Ge; more preferably, it contains 10% to 99% Te, 5% or less As, 0.1% to 90% Mn + Cu + W + C + Al + In + Sn + Bi, and 0% to 2% Ge; and it is particularly preferable that it contains 10% to 99% Te, 5% or less As, and 0.1% to 90% Mn + Cu + W + C + Al + In + Sn + Bi, with substantially no Ge.
  • the stress sensor material of the present invention preferably has a gauge factor of 3 or more, 4 or more, 5 or more, and particularly 10 or more at a strain of 3%.
  • the upper limit of the gauge factor at a strain of 3% is not particularly limited, but may be, for example, 10,000 or less, 5,000 or less, 1,000 or less, and particularly 500 or less.
  • the stress sensor material of the present invention also preferably has a gauge factor of 3 or more, 4 or more, 5 or more, and particularly 10 or more at a strain of 0.1%.
  • the upper limit of the gauge factor at a strain of 0.1% is not particularly limited, but may be, for example, 10,000 or less, 5,000 or less, 1,000 or less, and particularly 500 or less.
  • the strain amount used to calculate the gauge factor is preferably 5% or less, 3% or less, and particularly 1% or less.
  • the stress sensor material of the present invention has the above gauge factor, making it suitable for use in stress sensors.
  • the gauge factor refers to the rate of resistance change at 25 ⁇ 2°C divided by the amount of strain.
  • the amount of strain can be determined by measuring the amount of bending or the amount of elongation of the thin film.
  • the amount of elongation of the thin film can be measured using a micrometer, calipers, laser measuring instrument, etc.
  • the rate of resistance change can be measured using a multimeter, semiconductor parameter analyzer, etc. Note that when using a multimeter, a DC power source must be connected and voltage applied.
  • the amount of bending can be measured using a micrometer, calipers, laser measuring instrument, etc., or it can be approximated from the amount of deflection or radius of curvature. Specifically, the amount of bending can be calculated from the amount of deflection using the following equation (1): where ⁇ is the strain, T is the thickness (mm) of the test piece to which the stress sensor 10 is attached, t is the thickness (mm) of the stress sensor 10, d is the amount of deflection (mm), and l is the length (mm) of the SK material to which the stress sensor 10 is attached.
  • the material of the test piece to which the stress sensor is attached is preferably metal or resin, but is not limited to these.
  • the thickness of the test piece is preferably 0.01 mm or more, 0.02 mm or more, 0.03 mm or more, and especially 0.05 mm or more. There is no particular upper limit, but 25 mm or less, 20 mm or less, 10 mm or less, 1 mm or less, and especially 0.5 mm or less are preferred. If the thickness is too small, the measurement error is likely to be large. If the thickness is too large, the equipment for applying strain is likely to be expensive.
  • the gauge factor can be calculated from the obtained strain amount and resistance change rate using the following formula (2): where K is the gauge factor, R1 is the electrical resistance value ( ⁇ ) after application of tensile stress, R0 is the initial electrical resistance value ( ⁇ ), and ⁇ is the strain.
  • the stress sensor material of the present invention preferably has an electrical resistivity at 25 ⁇ 2°C of 1.0 ⁇ 10 5 ⁇ cm or less, 1.0 ⁇ 10 4 ⁇ cm or less, 3.5 ⁇ 10 3 ⁇ cm or less, 3 ⁇ 10 3 ⁇ cm or less, 2.5 ⁇ 10 3 ⁇ cm or less, 2 ⁇ 10 3 ⁇ cm or less, 10 2 ⁇ cm or less, 80 ⁇ cm or less, 70 ⁇ cm or less, 50 ⁇ cm or less, and particularly 10 ⁇ cm or less.
  • This makes it easy to detect changes in electrical resistance or current of the stress sensor due to strain. Furthermore, since an amplifier circuit is not required, the power consumption of the stress sensor can be reduced.
  • the lower limit of the electrical resistivity is not particularly limited, but may be, for example, 10 ⁇ 6 ⁇ cm or more, 2 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm or more, and particularly 3 ⁇ 10 ⁇ 5 ⁇ cm or more.
  • the electrical resistivity can be determined by measuring the electrical resistance value and film thickness.
  • the electrical resistance value can be measured using a multimeter, semiconductor parameter analyzer, or the like.
  • the film thickness can be measured using a step gauge, fluorescent X-ray analysis, or the like.
  • the stress sensor material of the present invention is preferably used as a thin film.
  • the film thickness of the thin film is preferably 1 nm to 5000 nm. More specifically, the lower limit of the film thickness is preferably 1 nm or more, 2 nm or more, 5 nm or more, 10 nm or more, 30 nm or more, and particularly more than 50 nm, and the upper limit of the film thickness is preferably 5000 nm or less, 4000 nm or less, and particularly 1000 nm or less. If the film thickness is too small, the electrical resistance value tends to be high. If the film thickness is too large, the gauge factor tends to be low.
  • the stress sensor material of the present invention can be suitably used in stress sensors.
  • suitable stress sensors include pressure sensors, barometric pressure sensors, strain sensors, strain gauges, acceleration sensors, and angular velocity sensors. It can be particularly suitable for use in piezo-resistive pressure sensors.
  • the stress sensor material of the present invention can be produced, for example, as follows. First, the raw materials are mixed to achieve the desired composition. Next, the mixed raw materials are placed in a quartz glass ampoule that has been heated and evacuated, and the ampoule is sealed with an oxygen burner while evacuating. Next, the sealed quartz glass ampoule is kept at approximately 650°C to 1000°C for 6 to 12 hours. After that, it is rapidly cooled to room temperature, yielding a bulk stress sensor material.
  • the raw materials may be elemental raw materials (Cu, Ge, Te, etc.), compound raw materials ( GeTe4, etc.), or oxide raw materials ( GeO2, etc.), or these may be used in combination.
  • a thin film made of the stress sensor material can be obtained by depositing the bulk stress sensor material described above as a target.
  • a thin film having the above-mentioned composition can also be formed by using a multi-sputtering method with a pure element M target (Ge, Te, Mn, Cu, W, C, Al, Si, In, Sn, and Bi), a binary alloy target, or a ternary or higher alloy target, and adjusting the cathode output during film formation to adjust the components.
  • a pure element M target Ge, Te, Mn, Cu, W, C, Al, Si, In, Sn, and Bi
  • a binary alloy target or a ternary or higher alloy target
  • the method for producing the thin film is not particularly limited, and PVD methods such as sputtering, vacuum deposition, and ion plating can be used. Alternatively, CVD (Chemical Vapor Deposition) and ALD (Atomic Layer Deposition) methods may also be selected. In particular, sputtering is preferred because it allows for easy composition and film thickness control.
  • the thin film of the stress sensor material of the present invention is not limited to an amorphous state, but may also be in a crystalline state or a mixture of amorphous and crystalline states.
  • Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a stress sensor
  • Fig. 2 is a schematic top view of the stress sensor.
  • the stress sensor 10 includes a substrate 1, a thin film 2 disposed on a main surface of the substrate 1, and an electrode 3 disposed on the main surface of the thin film 2.
  • the substrate 1 is preferably in the form of a film. There are no particular restrictions on the thickness of the substrate 1, but it is preferably, for example, 1 ⁇ m to 1000 ⁇ m, 5 ⁇ m to 500 ⁇ m, and particularly 10 ⁇ m to 100 ⁇ m. There are no particular restrictions on the material of the substrate 1, and examples that can be used include polyimide, polydimethylsiloxane (PDMS), and polyethylene terephthalate (PET).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • PET polyethylene terephthalate
  • the thin film 2 is a thin film made of the stress sensor material described above.
  • the thickness of the thin film 2 is preferably 1 nm to 5000 nm. More specifically, the lower limit of the thickness of the thin film 2 is preferably 1 nm or more, 2 nm or more, 5 nm or more, 10 nm or more, 30 nm or more, and especially more than 50 nm, and the upper limit of the thickness of the thin film 2 is preferably 5000 nm or less, 4000 nm or less, and especially 1000 nm or less.
  • An inorganic material can be used for the electrode 3.
  • a metal material or a ceramic material as the inorganic material.
  • the metal material is preferably at least one selected from gold, copper, aluminum, tungsten, titanium, and platinum.
  • the ceramic material is preferably tungsten nitride or titanium nitride, but is not limited to these.
  • the thickness of electrode 3 can be designed as appropriate. It is preferable that the thickness of electrode 3 be, for example, 1 nm or more, 10 nm or more, and particularly 100 nm or more. There is no particular upper limit to the thickness of electrode 3, but it is preferably 1000 nm or less, 500 nm or less, and particularly 200 nm or less. If electrode 1 is too thin, poor contact is likely to occur. If electrode 3 is too thick, manufacturing costs are likely to increase.
  • a barrier layer (not shown) may be formed below the electrode 3.
  • the barrier layer is preferably made of at least one material selected from the group consisting of tantalum, tantalum nitride, titanium nitride, tungsten nitride, and molybdenum nitride, but is not limited to these.
  • the thickness of the barrier layer can be designed as appropriate.
  • the thickness of the barrier layer is preferably 100 nm or less, 50 nm or less, 10 nm or less, and particularly 5 nm or less.
  • There is no particular lower limit to the thickness of the barrier layer but it is preferably 0.1 nm or more, 0.5 nm or more, and particularly 1 nm or more. If the barrier layer is too thick, the electrical resistance is likely to be high. If the barrier layer is too thin, the electrode 3 is likely to diffuse into the thin film 2.
  • Tables 1 to 6 show Examples 1 to 46 of the present invention and Comparative Examples 1 to 3.
  • Example 1 Examples 1 to 12
  • the samples of Examples 1 to 12 were prepared as follows. First, a quartz glass ampoule was heated and evacuated, and then raw materials were mixed so that the Ge and Te composition ratios were as shown in Tables 1 and 2, and placed in the quartz glass ampoule. Next, the quartz glass ampoule was sealed with an oxygen burner. Next, the sealed quartz glass ampoule was placed in a melting furnace, and the temperature was raised to 650°C to 1000°C at a rate of 10°C to 40°C/hour, and then held for 6 to 12 hours. During this holding time, the quartz glass ampoule was turned upside down to stir the melt. Finally, the quartz glass ampoule was removed from the melting furnace and rapidly cooled to room temperature to obtain a Ge-Te precursor.
  • the following thin film samples were fabricated using Ar co-sputtering with a pure metal target (in this embodiment, a pure element target selected from Mn, Cu, and W) and a Ge-Te precursor.
  • a pure metal target in this embodiment, a pure element target selected from Mn, Cu, and W
  • a Ge-Te precursor a pure metal target selected from Mn, Cu, and W
  • the composition was adjusted by appropriately changing the cathode output during film formation.
  • composition analysis sample A thin film with a thickness of 200 nm was formed on a 725 ⁇ m thick SiO 2 /Si substrate to obtain a thin film sample for composition analysis. Using the obtained thin film sample, composition analysis of the thin film made of the stress sensor material was performed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The results are shown in Tables 1 and 2.
  • a thin film with a thickness of 200 nm and a width of 5 mm was formed on a 50 ⁇ m thick polyimide substrate (polyimide film), and electrodes (Au films) were formed on the main surfaces of the thin film to obtain a thin film sample for measuring the gauge factor and electrical resistivity.
  • the electrodes had a thickness of 150 nm and were spaced 2 mm apart.
  • the gauge factor was calculated from the strain and resistance change rate by measuring the change in current when tensile stress was applied to a thin film sample. Specifically, a DC power supply, a tensile test jig, and a multimeter were connected in series, and tensile stress was applied until the strain reached 3%, at which point the resistance change rate was measured. The strain amount was measured by measuring the elongation of the thin film with a micrometer. The resistance change rate was measured using a multimeter. The gauge factor was calculated from the obtained strain and resistance change rate using the following formula (4).
  • K is the gauge factor
  • R1 is the electrical resistance value ( ⁇ ) after application of tensile stress
  • R0 is the initial electrical resistance value ( ⁇ )
  • ⁇ is the strain.
  • the electrical resistivity at 25°C ⁇ 2°C was calculated from the electrical resistance value and film thickness of the thin film sample. Specifically, the current value when a DC voltage of 1 V was applied to the thin film sample was measured with a multimeter and converted into an electrical resistance value. Next, the film thickness was measured with a step gauge, and the electrical resistivity was calculated using the following formula (5): where ⁇ is the electrical resistivity ( ⁇ cm), R is the electrical resistance ( ⁇ ), A is the cross-sectional area ( cm2 ), and L is the length (cm).
  • the gauge factor, electrical resistivity ⁇ at 25°C ⁇ 2°C, and electrical resistivity log 10 ⁇ at 25°C ⁇ 2°C are shown in Tables 1 and 2.
  • Examples 1 to 12 had a large gauge factor of 3 or more at a strain of 3%.
  • the electrical resistivity was small, at 1 x 10 2 ⁇ cm or less (log 10 ⁇ was 2.0 ⁇ cm or less), which was advantageous for ease of detection of electrical resistance changes or current changes due to strain without the need for high-resolution measuring equipment.
  • an amplifier circuit was not required, which was advantageous for low power consumption.
  • the gauge factor at a strain of 3% was small, at less than 3, which was disadvantageous for improving detection sensitivity.
  • Example 2 Examples 13 to 29
  • the samples of Examples 13 to 29 were prepared as follows. First, a quartz glass ampoule was heated and evacuated, and then raw materials were mixed so that the Ge and Te composition ratios were as shown in Tables 3 and 4, and placed in the quartz glass ampoule. Next, the quartz glass ampoule was sealed with an oxygen burner. Next, the sealed quartz glass ampoule was placed in a melting furnace, and the temperature was raised to 650°C to 1000°C at a rate of 10°C to 40°C/hour, and then held for 6 to 12 hours. During this holding time, the quartz glass ampoule was turned upside down to stir the melt. Finally, the quartz glass ampoule was removed from the melting furnace and rapidly cooled to room temperature to obtain a Ge-Te precursor.
  • the following thin film samples were fabricated using Ar co-sputtering with a pure element target (in this embodiment, one selected from Cu, W, Al, Si, Sn, and Bi) and a Ge-Te precursor.
  • a pure element target in this embodiment, one selected from Cu, W, Al, Si, Sn, and Bi
  • the composition was adjusted by appropriately changing the cathode output during film formation.
  • composition analysis sample A thin film with a thickness of 200 nm was formed on a 725 ⁇ m thick SiO 2 /Si substrate to obtain a thin film sample for composition analysis. Using the obtained thin film sample, composition analysis of the thin film made of the stress sensor material was performed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The results are shown in Tables 3 and 4.
  • a thin film with a thickness of 200 nm and a width of 5 mm was formed on a 50 ⁇ m thick polyimide substrate (polyimide film), and electrodes (W films) were formed on the main surfaces of the thin film to obtain a thin film sample for measuring the gauge factor and electrical resistivity.
  • the electrodes had a thickness of 150 nm and were spaced 2 mm apart.
  • the gauge factor was calculated from the strain and resistance change rate by measuring the change in current when a tensile stress was applied to a thin film sample. Specifically, a DC power supply, a bending strain test jig, and a multimeter were connected in series, and bending stress was applied until the strain reached 0.1%. The resistance change rate was then measured. More specifically, the stress sensor was attached to SK material FGSM0.1 (Misumi Group Holdings, Inc.) using strain gauge adhesive CC-33A (Kyowa Electronics Co., Ltd.) with finger pressure for at least 40 seconds. After leaving the sample stationary for at least 72 hours, bending stress was applied to the attached SK material to generate a 0.1% strain in the stress sensor.
  • the current change at this time was measured using a multimeter DMM6500 (Keithley), and the resistance change rate was calculated.
  • the strain was calculated using the following equation (6):
  • ⁇ is the strain
  • T is the thickness of the SK material (mm)
  • t is the thickness of the stress sensor 10 (mm)
  • d is the deflection displacement (mm)
  • l is the length (mm) of the SK material to which the stress sensor 10 is attached.
  • the gauge factor was calculated from the obtained strain amount and resistance change rate using the following formula (7).
  • K is the gauge factor
  • R1 is the electrical resistance value ( ⁇ ) after application of tensile stress
  • R0 is the initial electrical resistance value ( ⁇ )
  • ⁇ is the strain.
  • the electrical resistivity at 25°C ⁇ 2°C was calculated from the electrical resistance value and film thickness of the thin film sample. Specifically, the current value when a DC voltage of 1 V was applied to the thin film sample was measured with a multimeter and converted into an electrical resistance value. Next, the film thickness was measured with a step gauge, and the electrical resistivity was calculated using the following formula (8): where ⁇ is the electrical resistivity ( ⁇ cm), R is the electrical resistance ( ⁇ ), A is the cross-sectional area ( cm2 ), and L is the length (cm).
  • the gauge factor at a strain of 0.1%, the electrical resistivity ⁇ at 25°C ⁇ 2°C, and the electrical resistivity log 10 ⁇ at 25°C ⁇ 2°C are shown in Tables 3 and 4. As shown in Tables 3 and 4, Examples 13 to 29 had a large gauge factor of 3 or more at a strain of 0.1%.
  • the electrical resistivity was small, at 3.5 x 10 3 ⁇ cm or less (log 10 ⁇ was 4.54 ⁇ cm or less), which was advantageous for ease of detection of electrical resistance changes or current changes due to strain without the need for high-resolution measuring equipment.
  • an amplifier circuit was not required, which was advantageous for low power consumption.
  • the gauge factor of Comparative Example 2 was small, at less than 3, which was disadvantageous in terms of high detection sensitivity.
  • the electrical resistivity of Comparative Example 3 was as high as 2.0 ⁇ 10 5 ⁇ cm (log 10 ⁇ was 5.30 ⁇ cm), which was disadvantageous in terms of ease of detecting changes in electrical resistance or current due to strain.
  • an amplifier circuit was required, which was disadvantageous in terms of reducing power consumption.
  • Example 30 to 46 The samples of Examples 30 to 46 were prepared as follows. First, the following thin film samples were prepared by Ar co-sputtering using a pure element target (in this embodiment, any one selected from C, Si, In, and Sn) and a Te pure element target. The composition was adjusted by appropriately changing the cathode output during film formation. Preparation of composition analysis samples and composition analysis of thin films made of stress sensor materials were performed in the same manner as in Example 2. Preparation of gauge factor/electrical resistivity measurement samples and measurement of gauge factor and electrical resistivity at 25°C ⁇ 2°C were also performed in the same manner as in Example 2.
  • the gauge factor at a strain of 0.1%, the electrical resistivity ⁇ at 25°C ⁇ 2°C, and the electrical resistivity log 10 ⁇ at 25°C ⁇ 2°C are shown in Tables 5 and 6. As shown in Tables 5 and 6, Examples 30 to 46 had a large gauge factor of 3 or more at a strain of 0.1%.
  • the electrical resistivity was small, at 5.7 x 10 4 ⁇ cm or less (log 10 ⁇ was 4.75 ⁇ cm or less), which was advantageous for ease of detection of electrical resistance changes or current changes due to strain without the need for high-resolution measuring equipment.
  • an amplifier circuit was not required, which was advantageous for low power consumption.
  • the stress sensor material of the present invention can be suitably used in stress sensors.
  • suitable stress sensors include pressure sensors, barometric pressure sensors, strain sensors, strain gauges, velocity sensors, and angular velocity sensors.

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  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

高ゲージ率かつ応力センサの低消費電力化に有利な応力センサ材料を提供する。原子％で、Ｇｅ　０．１％～５０％、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下を含有する、応力センサ材料。

Description

応力センサ材料
　本発明は応力センサに関する。
　応力を検知するセンサ（応力センサ）の高性能化や小型化が求められており、より高性能な応力センサ材料の開発が求められている。例えば、応力センサの検出感度を決定する指標としてゲージ率が知られており、より高いゲージ率を有する応力センサ材料が求められている。応力センサ材料としては、金属材料、半導体材料などが知られている。しかしながら、多くの金属材料はゲージ率が２程度と小さい。また、半導体材料であるＳｉやＧｅは金属材料と比べて比較的大きなゲージ率を示すものの、更なるゲージ率の向上が難しく、かつ異方性による特性の変動が大きいという問題がある（特許文献１、２）。
特開２０１９－２０４８７４号公報 特開平１０－２７０２０１号公報
　近年は検出感度の向上だけでなく低消費電力化が可能な応力センサが求められている。
　以上に鑑み、本発明は高ゲージ率かつ応力センサの低消費電力化に有利な応力センサ材料を提供することを目的とする。
　上記課題を解決する応力センサ材料の態様について説明する。
　態様１の応力センサ材料は、原子％で、Ｇｅ　０．１％～５０％、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下を含有することを特徴とする。
　態様２の応力センサ材料は、態様１において、原子％で、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｓｎ＋Ｂｉ　０．１％～８９．９％を含有することが好ましい。
　態様３の応力センサ材料は、原子％で、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下、Ｓｉ　０．１％～５０％を含有することを特徴とする。
　態様４の応力センサ材料は、態様３において、原子比Ｇｅ／Ｔｅが０．５以下であることが好ましい。
　態様５の応力センサ材料は、原子％で、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｃ＋Ａｌ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉ　０．１％～９０％を含有することを特徴とする。
　態様６の応力センサ材料は、態様３において、原子比Ｇｅ／Ｔｅが０．５以下であることが好ましい。
　態様７の応力センサ材料は、態様１から態様６のいずれか一つの態様において、ひずみ量０．１％におけるゲージ率が３以上であることが好ましい。
　態様８の応力センサ材料は、態様１から態様７のいずれか一つの態様において、２５±２℃における電気抵抗率が１．０×１０５Ωｃｍ以下であることが好ましい。
　態様９の応力センサ材料は、態様１から態様８のいずれか一つの態様において、薄膜であることが好ましい。
　本発明によれば、高ゲージ率かつ応力センサの低消費電力化に有利な応力センサ材料を提供することができる。
図１は、応力センサの模式的断面図である。 図２は、応力センサの模式的上面図である。
　以下、好ましい実施態様について説明する。ただし、以下の実施態様は単なる例示であり、本発明は以下の実施態様に限定されるものではない。
　（応力センサ材料Ａ）
　本発明の応力センサ材料は、ある実施形態において、原子％で、Ｇｅ　０．１％～５０％、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下を含有することを特徴とする。上記のように組成を規定した理由及び各成分の含有量について以下で説明する。なお、以下の説明において、特に断りのない限り「％」は「原子％」を意味する。また、本発明において、「ｘ＋ｙ＋ｚ＋・・・」は各成分の含有量の合量を意味する。ここで、必ずしも各成分を必須成分として含有しなくてもよく、含有しない（含有量０％）成分が存在しても構わない。また「ｘ＋ｙ＋ｚ＋・・・　Ａ％～Ｂ％」は、例えば「ｘ＝０％、ｙ＋ｚ＋・・・　Ａ％～Ｂ％」や「ｘ＝０％、ｙ＝０％、ｚ＋・・・　Ａ％～Ｂ％」の場合を含む。
　Ｇｅは応力センサ材料のゲージ率を大きくする成分である。Ｇｅの含有量は０．１％～５０％であることが好ましい。より詳細には、Ｇｅの含有量の下限は０．１％以上、０．２％以上、０．５％以上、１％以上、特に２％以上、であることが好ましく、Ｇｅの含有量の上限は５０％以下、４９％以下、特に４５％以下、４０％以下、４０％未満、３５％以下、特に３０％以下であることが好ましい。Ｇｅの含有量が少なすぎるとゲージ率が小さくなりやすい。Ｇｅの含有量が多すぎると電気抵抗率が大きくなり、ひずみによる応力センサの電気抵抗変化、又は電流変化の検知が難しくなり、高分解能の電気抵抗、又は電流測定機器が必要になる。また、増幅回路が必要になるため応力センサの消費電力が大きくなりやすい。上記に加え、製造コストが増加しやすい。
　Ｔｅは応力センサ材料を構成する成分である。Ｔｅの含有量は１０％～９９％であることが好ましい。より詳細には、Ｔｅの含有量の下限は１０％以上、１２％以上、１５％以上、特に２０％以上であることが好ましく、Ｔｅの含有量の上限は９９％以下、９８％以下、９７％以下、９５％以下、９４％以下、９０％以下、９０％未満、特に８８％以下であることが好ましい。Ｔｅの含有量が少なすぎるとアモルファス状態が不安定になりやすい。Ｔｅの含有量が多すぎるとアモルファス状態が不安定になりやすい。
　応力センサ材料のアモルファス状態を安定化させる観点から、Ｇｅ＋Ｔｅの含有量（Ｇｅ及びＴｅの合量）の下限は１０．１％以上、２０％以上、特に３０％以上であることが好ましい。また、電気抵抗率を低下させる観点から、Ｇｅ＋Ｔｅの含有量の上限は１００％以下、特に９９．９％以下であることが好ましい。
　Ａｓは、応力センサ材料のアモルファス状態を安定化させやすい成分である。ただしＡｓは毒性成分であるため、環境への負荷を低減するという観点から、Ａｓの含有量は５％以下、５％未満、４．９％以下、４．５％以下、３％以下、１％以下、特に実質的に含有しないことが好ましい。なお、本明細書において、「実質的に含有しない」とは、意図的に原料中に含有させないという意味であり、不純物レベルの混入を排除するものではない。客観的には、各成分の含有量が０．１％未満を指す。
　Ｍｎ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｎ及びＢｉは、応力センサ材料のゲージ率を大きくし、電気抵抗率を下げることでひずみによる応力センサの電気抵抗変化、又は電流変化の検知を容易にし、応力センサの低消費電力化に有効な成分である。Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｓｎ＋Ｂｉの含有量（Ｍｎ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｎ及びＢｉの合量）は０％～８９．９％であることが好ましく、０．１％～８９．９％であることが特に好ましい。より詳細には、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｓｎ＋Ｂｉの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｓｎ＋Ｂｉの含有量の上限は８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７５％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、アモルファス状態が不安定になりやすい。なお、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｎ及びＢｉの各成分の好ましい含有量は以下の通りである。
　Ｍｎの含有量は０％～８９．９％であることが好ましい。より詳細には、Ｍｎの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｍｎの含有量の上限は８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７５％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　Ｃｕの含有量は０％～８９．９％であることが好ましい。より詳細には、Ｃｕの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｃｕの含有量の上限は８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７５％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　Ｗの含有量は０％～８９．９％であることが好ましい。より詳細には、Ｗの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｗの含有量の上限は８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７５％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　Ｓｎの含有量は０％～８９．９％であることが好ましい。より詳細には、Ｓｎの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｓｎの含有量の上限は８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７５％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　Ｂｉの含有量は０％～８９．９％であることが好ましい。より詳細には、Ｂｉの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｂｉの含有量の上限は８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７５％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　上記成分のうち、Ｗ及びＢｉは電気抵抗率を低下させる効果が大きい。そのため、特に電気抵抗率を低下させる観点からは、Ｗ＋Ｂｉの含有量（Ｗ及びＢｉの合量）の下限は０％以上、０．１％以上、１％以上、特に３％以上であることが好ましい。アモルファス状態を安定化させる観点から、Ｗ＋Ｂｉの含有量の上限は、８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　上記成分のうち、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｗは電気抵抗率を低下させる効果が大きい。そのため、特に電気抵抗率を低下させる観点からは、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗの含有量（Ｍｎ、Ｃｕ及びＷの合量）の下限は０％以上、０．１％以上、１％以上、特に３％以上であることが好ましい。アモルファス状態を安定化させる観点から、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗの含有量の上限は、８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　Ａｌ及びＳｉは、応力センサ材料のゲージ率を大きくする成分である。Ａｌ＋Ｓｉの含有量（Ａｌ及びＳｉの合量）は０％～８９．９％であることが好ましい。より詳細には、Ａｌ＋Ｓｉの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ａｌ＋Ｓｉの含有量の上限は８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７５％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、アモルファス状態が不安定になりやすい。また、電気抵抗率が高くなりやすい。なお、Ａｌ及びＳｉの各成分の好ましい含有量は以下の通りである。
　Ａｌの含有量は０％～８９．９％であることが好ましい。より詳細には、Ａｌの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ａｌの含有量の上限は８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７５％以下、７０％以下、６０％以下、５０％以下、４０％以下、３０％以下、特に２０％以下であることが好ましい。
　Ｓｉの含有量は０％～８９．９％であることが好ましい。より詳細には、Ｓｉの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｓｉの含有量の上限は８９．９％以下、８０％以下、７５％以下、７０％以下、６０％以下、５０％以下、４０％以下、特に３０％以下であることが好ましい。
　応力センサ材料の電気抵抗率を特に低下させる観点から、Ｇｅ＋Ｔｅ＋Ａｌ＋Ｓｉの含有量（Ｇｅ、Ｔｅ、Ａｌ及びＳｉの合量）の上限は１００％以下、特に９９．９％以下であることが好ましい。Ｇｅ＋Ｔｅ＋Ａｌ＋Ｓｉの含有量の下限は特に限定されないが、例えば、１０．１％以上、２０％以上、特に３０％以上であることが好ましい。
　その他の成分として、例えば、Ｖ、Ｎｂ及びＭｏから選ばれる少なくとも一種を含有してもよい。Ｖ＋Ｎｂ＋Ｍｏの含有量（Ｖ、Ｎｂ及びＭｏの合量）は０％～８９．９％であることが好ましい。より詳細には、Ｖ＋Ｎｂ＋Ｍｏの含有量の上限は８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７０％以下、６５％以下、５０％以下、特に３０％以下であることが好ましく、Ｖ＋Ｎｂ＋Ｍｏの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上としてもよい。これらの成分の含有量が多すぎると、アモルファス状態が不安定になりやすい。なお、Ｖ、Ｎｂ及びＭｏの各成分の好ましい含有量は以下の通りである。
　Ｖの含有量は０％～８９．９％であることが好ましい。より詳細には、Ｖの含有量の上限は８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７０％以下、６５％以下、５０％以下、特に３０％以下であることが好ましい。Ｖの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上としてもよい。
　Ｎｂの含有量は０％～８９．９％であることが好ましい。より詳細には、Ｎｂの含有量の上限は８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７０％以下、６５％以下、５０％以下、特に３０％以下であることが好ましい。Ｎｂの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上としてもよい。
　Ｍｏの含有量は０％～８９．９％であることが好ましい。より詳細には、Ｍｏの含有量の上限は８９．９％以下、８９．９％未満、８０％以下、７０％以下、６５％以下、５０％以下、特に３０％以下であることが好ましい。Ｍｏの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上としてもよい。
　例えば、本実施形態の応力センサ材料は、原子％で、Ｇｅ　０．１％～５０％、Ｔｅ　２０％～９０％、Ａｓ　５％以下を含有することが好ましい。また、原子％で、Ｇｅ　０．１％～５０％、Ｔｅ　２０％～９０％、Ａｓ　５％以下、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｓｎ＋Ｂｉ　０．１％～７５％を含有することが好ましい。また、原子％で、Ｇｅ　０．１％～５０％、Ｔｅ　２０％～９０％、Ａｓ　５％以下、Ａｌ＋Ｓｉ　０．１％～７５％を含有することが好ましい。
　（応力センサ材料Ｂ）
　本発明の応力センサ材料は、ある実施形態において、原子％で、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下、Ｓｉ　０．１％～９０％を含有することを特徴とする。上記のように組成を規定した理由及び各成分の含有量について以下で説明する。なお、本実施形態の説明において応力センサ材料Ａと重複する構成は記載を省略することがある。また、本実施形態の説明に記載のない成分は、応力センサ材料Ａの説明に記載された好ましい構成を採用してもよい。
　本実施形態において、Ｔｅは応力センサ材料を構成する成分である。Ｔｅの含有量は１０％～９９％であることが好ましい。より詳細には、Ｔｅの含有量の下限は１０％以上、１２％以上、１５％以上、特に２０％以上であることが好ましく、Ｔｅの含有量の上限は９９％以下、９８％以下、９７％以下、９５％以下、９４％以下、９０％以下、９０％未満、特に８８％以下であることが好ましい。Ｔｅの含有量が少なすぎるとアモルファス状態が不安定になりやすい。Ｔｅの含有量が多すぎるとアモルファス状態が不安定になりやすい。
　本実施形態において、Ａｓは応力センサ材料のアモルファス状態を安定化させやすい成分である。ただしＡｓは毒性成分であるため、環境への負荷を低減するという観点から、Ａｓの含有量は５％以下、５％未満、４．９％以下、４．５％以下、３％以下、１％以下、特に実質的に含有しないことが好ましい。
　本実施形態において、Ｓｉは、応力センサ材料のゲージ率を特に大きくしやすい成分である。Ｓｉ含有量は０．１％～９０％であることが特に好ましい。より詳細には、Ｓｉの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、０．５％以上、０．７％以上、０．８％以上、特に１％以上であることが好ましく、Ｓｉの含有量の上限は９０％以下、８０％以下、７０％以下、６５％以下、６０％以下、５５％以下、５０％以下、４０％以下、特に３０％以下であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、電気抵抗率が高くなりやすい。
　本実施形態において、特に電気抵抗率を低減する観点から、Ｇｅの含有量は０％～５％であることが好ましい。より詳細には、Ｇｅの含有量の上限は５％以下、２％以下、１％以下、０．１％以下であることが好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。
　本実施形態において、原子比Ｇｅ／Ｔｅは０．５以下、０．２以下、０．１以下、特に０．０３未満であることが好ましい。上記原子比を満たす応力センサ材料は、高いゲージ率と低い電気抵抗率を両立しやすくなる。原子比Ｇｅ／Ｔｅの下限は特に限定されないが、例えば０以上、特に０．０００１以上としてもよい。
　例えば、本実施形態の応力センサ材料は、原子％で、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下、Ｓｉ　０．１％～９０％、Ｇｅ　０％～５％を含有することが好ましく、Ｔｅ　２０％～９９％、Ａｓ　５％以下、Ｓｉ　０．１％～３０％、Ｇｅ　０％～２％を含有することがより好ましく、Ｔｅ　２０％～９９％、Ａｓ　５％以下、Ｓｉ　０．１％～３０％を含有し、Ｇｅを実質的に含有しないことことが特に好ましい。
　（応力センサ材料Ｃ）
　本発明の応力センサ材料は、ある実施形態において、原子％で、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｃ＋Ａｌ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉ　０．１％～９０％を含有することを特徴とする。上記のように組成を規定した理由及び各成分の含有量について以下で説明する。なお、本実施形態の説明において応力センサ材料Ａ又はＢと重複する構成は記載を省略することがある。また、本実施形態の説明に記載のない成分は、応力センサ材料Ａ又はＢの説明に記載された好ましい構成を採用してもよい。
　本実施形態において、Ｔｅは応力センサ材料を構成する成分である。Ｔｅの含有量は１０％～９９％であることが好ましい。より詳細には、Ｔｅの含有量の下限は１０％以上、１２％以上、１５％以上、特に２０％以上であることが好ましく、Ｔｅの含有量の上限は９９％以下、９８％以下、９７％以下、９５％以下、９４％以下、９０％以下、９０％未満、特に８８％以下であることが好ましい。Ｔｅの含有量が少なすぎるとアモルファス状態が不安定になりやすい。Ｔｅの含有量が多すぎるとアモルファス状態が不安定になりやすい。
　本実施形態において、Ａｓは応力センサ材料のアモルファス状態を安定化させやすい成分である。ただしＡｓは毒性成分であるため、環境への負荷を低減するという観点から、Ａｓの含有量は５％以下、５％未満、４．９％以下、４．５％以下、３％以下、１％以下、特に実質的に含有しないことが好ましい。
　本実施形態において、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＢｉは、応力センサ材料のゲージ率を大きくし、電気抵抗率を下げることでひずみによる応力センサの電気抵抗変化、又は電流変化の検知を容易にし、応力センサの低消費電力化に有効な成分である。Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｃ＋Ａｌ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉの含有量（Ｍｎ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＢｉの合量）は０．１％～９０％であることが特に好ましい。より詳細には、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｃ＋Ａｌ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｃ＋Ａｌ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉの含有量の上限は９０％以下、８０％以下、特に６０％以下であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、アモルファス状態が不安定になりやすい。なお、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＢｉの各成分の好ましい含有量は以下の通りである。
　Ｍｎの含有量は０％～９０％であることが好ましい。より詳細には、Ｍｎの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｍｎの含有量の上限は９０％以下、８０％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　Ｃｕの含有量は０％～９０％であることが好ましい。より詳細には、Ｃｕの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｃｕの含有量の上限は９０％以下、８０％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　Ｗの含有量は０％～９０％であることが好ましい。より詳細には、Ｗの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｗの含有量の上限は９０％以下、８０％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　Ｃは特にゲージ率を高める効果が大きく、かつ電気抵抗率を下げる効果が大きい成分である。Ｃの含有量は０％～９０％であることが好ましい。より詳細には、Ｃの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｃの含有量の上限は９０％以下、８０％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　Ａｌの含有量は０％～９０％であることが好ましい。より詳細には、Ａｌの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ａｌの含有量の上限は９０％以下、８０％以下、７０％以下、６０％以下、５０％以下、４０％以下、３０％以下、特に２０％以下であることが好ましい。
　Ｉｎの含有量は０％～９０％であることが好ましい。より詳細には、Ｉｎの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｉｎの含有量の上限は９０％以下、８０％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　Ｓｎの含有量は０％～９０％であることが好ましい。より詳細には、Ｓｎの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｓｎの含有量の上限は９０％以下、８０％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　Ｂｉの含有量は０％～９０％であることが好ましい。より詳細には、Ｂｉの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｂｉの含有量の上限は９０％以下、８０％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
　本実施形態において、特に電気抵抗率を低減する観点から、Ｇｅの含有量は０％～５％であることが好ましい。より詳細には、Ｇｅの含有量の上限は５％以下、２％以下、１％以下、０．１％以下であることが好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。
　本実施形態において、原子比Ｇｅ／Ｔｅは０．５以下、０．２以下、０．１以下、特に０．０３未満であることが好ましい。上記原子比を満たす応力センサ材料は、高いゲージ率と低い電気抵抗率を両立しやすくなる。原子比Ｇｅ／Ｔｅの下限は特に限定されないが、例えば０以上、特に０．０００１以上としてもよい。
　本実施形態において、Ｃ、Ｉｎ及びＳｎは、応力センサ材料のゲージ率を特に大きくしやすい成分である。Ｃ＋Ｓｉ＋Ｉｎ＋Ｓｎの含有量（Ｃ、Ｉｎ及びＳｎの合量）は０．１％～９０％であることが特に好ましい。より詳細には、Ｃ＋Ｓｉ＋Ｉｎ＋Ｓｎの含有量の下限は０％以上、０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、特に０．５％以上であることが好ましく、Ｃ＋Ｉｎ＋Ｓｎの含有量の上限は９０％以下、８０％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、アモルファス状態が不安定になりやすい。
　例えば、本実施形態の応力センサ材料は、原子％で、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｃ＋Ａｌ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉ　０．１％～９０％、Ｇｅ　０％～５％を含有することが好ましく、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｃ＋Ａｌ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉ　０．１％～９０％、Ｇｅ　０％～２％を含有することがより好ましく、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｃ＋Ａｌ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉ　０．１％～９０％を含有し、Ｇｅを実質的に含有しないことが特に好ましい。
　本発明の応力センサ材料は、ひずみ量３％におけるゲージ率が３以上、４以上、５以上、特に１０以上であることが好ましい。ひずみ量３％におけるゲージ率の上限は特に限定されないが、例えば１００００以下、５０００以下、１０００以下、特に５００以下としてもよい。また、本発明の応力センサ材料は、ひずみ量０．１％におけるゲージ率が３以上、４以上、５以上、特に１０以上であることが好ましい。ひずみ量０．１％におけるゲージ率の上限は特に限定されないが、例えば１００００以下、５０００以下、１０００以下、特に５００以下としてもよい。なお、測定時の薄膜試料の破損を抑制する観点から、ゲージ率を算出する際のひずみ量は５％以下、３％以下、特に１％以下であることが好ましい。本発明の応力センサ材料は上記ゲージ率を有することにより、応力センサに好適に用いることができる。なお、ゲージ率は２５±２℃における抵抗変化率をひずみ量で除した値を意味する。ひずみ量は曲げ量や薄膜の伸び量を測定することで求めることができる。薄膜の伸び量はマイクロメータ、ノギス及びレーザー測定器等で測定することができる。抵抗変化率はマルチメータや半導体パラメータアナライザ等を用いて測定することができる。なお、マルチメータを使用する際は、直流電源を接続し、電圧を印加する必要がある。曲げ量はマイクロメータ、ノギス及びレーザー測定器等で測定する方法やたわみ変位量、又は曲率半径から近似的に求めることもできる。具体的には下記式（１）を用いてたわみ変位量から曲げ量を求めることができる。ここで、εはひずみ、Ｔは応力センサ１０を貼り付ける試験片の厚み（ｍｍ）、ｔは応力センサ１０の厚み（ｍｍ）、ｄはたわみ変位量（ｍｍ）、ｌは応力センサ１０を貼り付けたＳＫ材の長さ（ｍｍ）を示す。
　ε＝（４×（Ｔ＋ｔ）×ｄ）／ｌ２　　　　式（１）
　なお、応力センサを貼り付ける試験片の材質は金属や樹脂が好ましいが、これらに限定されるものではない。また、試験片の厚みは０．０１ｍｍ以上、０．０２ｍｍ以上、０．０３ｍｍ以上、特に０．０５ｍｍ以上が好ましい。上限は特に限定されないが、２５ｍｍ以下、２０ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、１ｍｍ以下、特に０．５ｍｍ以下が好ましい。厚みが小さすぎると測定値の誤差が大きくなりやすい。厚みが大きすぎるとひずみを加えるための装置が高額になりやすい。
　得られたひずみ量と抵抗変化率から、下記式（２）を用いてゲージ率を算出することができる。ここで、Ｋはゲージ率、Ｒ１は引張応力印加後の電気抵抗値（Ω）、Ｒ０は初期電気抵抗値（Ω）、εはひずみを示す。
　Ｋ＝（（Ｒ１-Ｒ０）／Ｒ０）／ε＝（ΔＲ／Ｒ）／ε　　　　式（２）
　なお、ひずみεは下記式（３）を用いて曲率半径から近似的に求めることもできる。ここで、ρは応力センサ１０の曲率半径（ｍｍ）を示す。
　ε＝ｔ／２ρ　　　　式（３）
　本発明の応力センサ材料は、２５±２℃における電気抵抗率が１．０×１０５Ωｃｍ以下、１．０×１０４Ωｃｍ以下、３．５×１０３Ωｃｍ以下、３×１０３Ωｃｍ以下、２．５×１０３Ωｃｍ以下、２×１０３Ωｃｍ以下、１０２Ωｃｍ以下、８０Ωｃｍ以下、７０Ωｃｍ以下、５０Ωｃｍ以下、特に１０Ωｃｍ以下であることが好ましい。これによりひずみによる応力センサの電気抵抗変化、又は電流変化の検知を容易にすることができる。また、増幅回路が不要になるため、応力センサの消費電力を低減することができる。電気抵抗率の下限は特に限定されないが、例えば、１０－６Ωｃｍ以上、２×１０-６Ωｃｍ以上、特に３×１０-５Ωｃｍ以上としてもよい。電気抵抗率は、電気抵抗値と膜厚を測定することで求めることができる。電気抵抗値は、マルチメータや半導体パラメータアナライザ等を用いて測定することができる。膜厚は、段差計、蛍光Ｘ線分析等を用いて測定することができる。
　本発明の応力センサ材料は薄膜として用いられることが好ましい。薄膜の膜厚は、１ｎｍ～５０００ｎｍであることが好ましい。より詳細には、薄膜の膜厚の下限は１ｎｍ以上、２ｎｍ以上、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、特に５０ｎｍ超であることが好ましく、膜厚の上限は５０００ｎｍ以下、４０００ｎｍ以下、特に１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。膜厚が小さすぎると電気抵抗値が大きくなる傾向がある。膜厚が大きすぎるとゲージ率が小さくなる傾向がある。
　本発明の応力センサ材料は、応力センサに好適に用いることができる。応力センサとしては、例えば、圧力センサ、気圧センサ、ひずみセンサ、ひずみゲージ、加速度センサ及び角速度センサ等が好ましい。特にピエゾ抵抗式圧力センサに好適に用いることができる。
　本発明の応力センサ材料は、例えば以下のように作製することができる。はじめに、所望の組成となるように原料を調合する。次に、加熱しながら真空排気を行った石英ガラスアンプルに調合した原料を入れ、真空排気を行いながら酸素バーナーで封管する。次に、封管された石英ガラスアンプルを６５０℃～１０００℃程度で６時間～１２時間保持する。その後、室温まで急冷することにより、バルク状の応力センサ材料を得ることができる。
　原料には、元素原料（Ｃｕ、Ｇｅ、Ｔｅ等）を用いてもよく化合物原料（ＧｅＴｅ４等）や酸化物原料（ＧｅＯ２等）を用いてもよい。また、これらを併用してもよい。
　次に、上述したバルク状の応力センサ材料をターゲットとして用いて成膜することにより、応力センサ材料からなる薄膜を得ることができる。
　なお、ターゲットとして純元素Ｍターゲット（Ｇｅ、Ｔｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＢｉ）、２元系合金ターゲット、又は３元系以上の合金ターゲットを用いた多元スパッタリング法により、適宜成膜時のカソード出力を調整することにより成分調整し、上述した組成を有する薄膜を形成することもできる。例えば、Ｇｅ及びＴｅを含有するＧｅ－Ｔｅ前駆体を作製後、当該Ｇｅ－Ｔｅ前駆体と純元素Ｍターゲット（Ｍｎ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＢｉ）を併用したコスパッタリングにより薄膜を形成してもよい。
　薄膜の製造方法は特に限定されず、ＰＶＤ法としてスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法を用いることができる。また、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（ａｔｏｍｉｃ　ｌａｙｅｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を選択してもよい。特に、組成制御や膜厚制御が簡便なため、スパッタリング法を用いることが好ましい。
　本発明の応力センサ材料の薄膜はアモルファス状態に限定されるものではなく、結晶状態やアモルファスと結晶が混在する状態でもよい。
　（応力センサ素子）
　図１は応力センサの模式的断面図であり、図２は応力センサの模式的上面図である。応力センサ１０は、基材１と、基材１の主面上に配置された薄膜２と、薄膜２の主面上に配置された電極３とを備える。
　基材１はフィルム状であることが好ましい。基材１の厚さは特に限定されないが、例えば１μｍ～１０００μｍ、５μｍ～５００μｍ、特に１０μｍ～１００μｍであることが好ましい。基材１の材質は特に限定されず、例えばポリイミドやポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いることができる。
　薄膜２は上述した応力センサ材料からなる薄膜である。薄膜２の厚みは１ｎｍ～５０００ｎｍであることが好ましい。より詳細には、薄膜２の膜厚の下限は１ｎｍ以上、２ｎｍ以上、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、特に５０ｎｍ超であることが好ましく、薄膜２の膜厚の上限は５０００ｎｍ以下、４０００ｎｍ以下、特に１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。
　電極３には無機材料を用いることができる。例えば、無機材料として金属材料又はセラミック材料を用いることが好ましい。金属材料は金、銅、アルミニウム、タングステン、チタン、及びプラチナから選択される少なくとも一種であることが好ましい。セラミック材料は窒化タングステン又は窒化チタンであることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
　電極３の厚みは適宜設計することができる。電極３の厚みは、例えば、１ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、特に１００ｎｍ以上とすることが好ましい。電極３の厚みの上限は特に限定されないが、１０００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、特に２００ｎｍ以下が好ましい。電極１の厚みが小さすぎると接触不良になりやすい。電極３の厚みが大きすぎると製造コストが増加しやすい。
　薄膜２中へ電極３が拡散することを抑制するため、電極３の下層にバリア層を形成してもよい（図示せず）。バリア層は、例えば、タンタル、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン及び窒化モリブデンから選択される少なくとも一種であることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
　バリア層の厚みは適宜設計することができる。バリア層の厚みは、例えば、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、特に５ｎｍ以下とすることが好ましい。バリア層の厚みの下限は特に限定されないが、０．１ｎｍ以上、０．５ｎｍ以上、特に１ｎｍ以上が好ましい。バリア層の厚みが大きすぎると電気抵抗が高くなりやすい。バリア層の厚みが小さすぎると電極３が薄膜２中へ拡散しやすい。
　以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　表１～６は本発明の実施例１～４６及び比較例１～３を示す。
　（形態１：実施例１～１２）
　実施例１～１２の試料は以下のように作製した。はじめに、石英ガラスアンプルを加熱しながら真空排気した後、ＧｅとＴｅの組成比が表１、２に記載の値となるように原料を調合し、石英ガラスアンプルに入れた。次に、石英ガラスアンプルを酸素バーナーで封管した。次に、封管された石英ガラスアンプルを溶融炉に入れ、１０℃～４０℃／時間の速度で６５０℃～１０００℃まで昇温後、６時間～１２時間保持した。保持時間中、石英ガラスアンプルの上下を反転し、溶融物を撹拌した。最後に、石英ガラスアンプルを溶融炉から取り出し、室温まで急冷することによりＧｅ－Ｔｅ前駆体を得た。
　次に、純金属ターゲット（本実施形態においては、Ｍｎ、Ｃｕ及びＷから選ばれるいずれか一種の純元素ターゲット）と、Ｇｅ－Ｔｅ前駆体をターゲットとし、Ａｒコスパッタリングを用いて以下の薄膜試料を作製した。組成の調整は、適宜成膜時のカソード出力を変えることで行った。
　（組成分析試料）
　厚み７２５μｍのＳｉＯ２／Ｓｉ基板上に膜厚２００ｎｍの薄膜を形成し、組成分析用の薄膜試料を得た。得られた薄膜試料を用いて、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ-ｒａｙ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により応力センサ材料からなる薄膜の組成分析を行った。結果を表１、２に示す。
　（ゲージ率・電気抵抗率測定試料）
　厚み５０μｍのポリイミド基板（ポリイミドフィルム）上に膜厚２００ｎｍ、幅５ｍｍの薄膜を形成し、当該薄膜の主面上に電極（Ａｕ膜）を成膜することによりゲージ率及び電気抵抗率測定用の薄膜試料を得た。電極の厚みは１５０ｎｍ、電極間の距離は２ｍｍとした。
　ゲージ率は、薄膜試料に引張応力を印加した際の電流変化を測定し、ひずみ量と抵抗変化率から算出した。具体的には、直流電源、引張試験治具及びマルチメータを直列に接続し、ひずみ量が３％となるまで引張応力を印加し、そのときの抵抗変化率を測定した。ひずみ量は薄膜の伸び量をマイクロメータで測定した。抵抗変化率はマルチメータを用いて測定した。得られた歪量と抵抗変化率から、下記式（４）を用いてゲージ率を算出した。ここで、Ｋはゲージ率、Ｒ１は引張応力印加後の電気抵抗値（Ω）、Ｒ０は初期電気抵抗値（Ω）、εはひずみを示す。
　Ｋ＝（（Ｒ１-Ｒ０）／Ｒ０）／ε＝（ΔＲ／Ｒ）／ε　　　　式（４）
　２５℃±２℃における電気抵抗率は、薄膜試料の電気抵抗値と膜厚から算出した。具体的には、薄膜試料に１Ｖの直流電圧を印加した時の電流値をマルチメータで測定し、電気抵抗値に変換した。次に、段差計で薄膜の膜厚を測定し、下記式（５）を用いて電気抵抗率を算出した。ここで、ρは電気抵抗率（Ωｃｍ）、Ｒは電気抵抗（Ω）、Ａは断面積（ｃｍ２）、Ｌは長さ（ｃｍ）を示す。
　ρ＝ＲＡ／Ｌ　　　　式（５）
　（比較例１）
　Ｃｕ純金属をターゲットとし、Ａｒスパッタリングを用いて実施例１～１２と同様にゲージ率測定用のＣｕ薄膜試料を作製した。得られた薄膜試料に対して、実施例１～１２と同様にゲージ率及び２５℃±２℃における電気抵抗率を測定した。
　ゲージ率、２５℃±２℃における電気抵抗率ρ、及び２５℃±２℃における電気抵抗率ｌｏｇ１０ρを表１、２に示す。表１、２に示すように、実施例１～１２はひずみ量３％におけるゲージ率が３以上と大きかった。また、電気抵抗率は１×１０２Ωｃｍ以下（ｌｏｇ１０ρが２．０Ωｃｍ以下）と小さくなっており、高分解能な測定機器を必要とせず、ひずみによる電気抵抗変化、又は電流変化の検出しやすさに有利であった。また、ひずみによる電気抵抗変化、又は電流変化が検出しやすくなることで増幅回路が不要になるため、低消費電力化に有利であった。一方、比較例１は１はひずみ量３％におけるゲージ率が３未満と小さくなり、検出感度の向上に不利であった。
　（形態２：実施例１３～２９）
　実施例１３～２９の試料は以下のように作製した。はじめに、石英ガラスアンプルを加熱しながら真空排気した後、ＧｅとＴｅの組成比が表３、４に記載の値となるように原料を調合し、石英ガラスアンプルに入れた。次に、石英ガラスアンプルを酸素バーナーで封管した。次に、封管された石英ガラスアンプルを溶融炉に入れ、１０℃～４０℃／時間の速度で６５０℃～１０００℃まで昇温後、６時間～１２時間保持した。保持時間中、石英ガラスアンプルの上下を反転し、溶融物を撹拌した。最後に、石英ガラスアンプルを溶融炉から取り出し、室温まで急冷することによりＧｅ－Ｔｅ前駆体を得た。
　次に、純元素ターゲット（本実施形態においては、Ｃｕ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ及びＢｉから選ばれるいずれか一種）と、Ｇｅ－Ｔｅ前駆体をターゲットとし、Ａｒコスパッタリングを用いて以下の薄膜試料を作製した。組成の調整は、適宜成膜時のカソード出力を変えることで行った。
　（組成分析試料）
　厚み７２５μｍのＳｉＯ２／Ｓｉ基板上に膜厚２００ｎｍの薄膜を形成し、組成分析用の薄膜試料を得た。得られた薄膜試料を用いて、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により応力センサ材料からなる薄膜の組成分析を行った。結果を表３、４に示す。
　（ゲージ率・電気抵抗率測定試料）
　厚み５０μｍのポリイミド基板（ポリイミドフィルム）上に膜厚２００ｎｍ、幅５ｍｍの薄膜を形成し、当該薄膜の主面上に電極（Ｗ膜）を成膜することによりゲージ率及び電気抵抗率測定用の薄膜試料を得た。電極の厚みは１５０ｎｍ、電極間の距離は２ｍｍとした。
　ゲージ率は、薄膜試料に引張応力を印加した際の電流変化を測定し、ひずみ量と抵抗変化率から算出した。具体的には、直流電源、曲げひずみ試験治具及びマルチメータを直列に接続し、ひずみ量が０．１％となるまで曲げ応力を印加し、そのときの抵抗変化率を測定した。より具体的には、応力センサはひずみゲージ用接着剤ＣＣ－３３Ａ（株式会社共和電業）を用いてＳＫ材ＦＧＳＭ０．１（株式会社ミスミグループ本社）に４０秒以上指圧して貼り付けた。７２時間以上静置させた後に、貼り付け後のＳＫ材に曲げ応力を加えることで、応力センサに０．１％のひずみを生じさせ、そのときの電流変化についてマルチメータＤＭＭ６５００（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ）を用いて測定し、抵抗変化率を算出した。ひずみ量は下記式（６）を用いて算出した。ここで、εはひずみ、ＴはＳＫ材の厚み（ｍｍ）、ｔは応力センサ１０の厚み（ｍｍ）、ｄはたわみ変位量（ｍｍ）、ｌは応力センサ１０を貼り付けたＳＫ材の長さ（ｍｍ）を示す。得られたひずみ量と抵抗変化率から、下記式（７）を用いてゲージ率を算出した。ここで、Ｋはゲージ率、Ｒ１は引張応力印加後の電気抵抗値（Ω）、Ｒ０は初期電気抵抗値（Ω）、εはひずみを示す。
　ε＝（４×（Ｔ＋ｔ）×ｄ）／ｌ２　　　　　　　　　　　式（６）
　Ｋ＝（（Ｒ１-Ｒ０）／Ｒ０）／ε＝（ΔＲ／Ｒ）／ε　　　　式（７）
　２５℃±２℃における電気抵抗率は、薄膜試料の電気抵抗値と膜厚から算出した。具体的には、薄膜試料に１Ｖの直流電圧を印加した時の電流値をマルチメータで測定し、電気抵抗値に変換した。次に、段差計で薄膜の膜厚を測定し、下記式（８）を用いて電気抵抗率を算出した。ここで、ρは電気抵抗率（Ωｃｍ）、Ｒは電気抵抗（Ω）、Ａは断面積（ｃｍ２）、Ｌは長さ（ｃｍ）を示す。
　ρ＝ＲＡ／Ｌ　　　　式（８）
　（比較例２、３）
　Ｃｕ純金属及びＳｉ純元素をターゲットとし、Ａｒスパッタリングを用いて実施例１３～２９と同様にゲージ率測定用のＣｕ薄膜試料、Ｓｉ薄膜試料をそれぞれ作製した。Ｃｕ薄膜試料を比較例２、Ｓｉ薄膜試料を比較例３とした。得られた薄膜試料に対して、実施例１３～２９と同様にゲージ率及び２５℃±２℃における電気抵抗率を測定した。
　ひずみ量０．１％におけるゲージ率、２５℃±２℃における電気抵抗率ρ、及び２５℃±２℃における電気抵抗率ｌｏｇ１０ρを表３、４に示す。表３、４に示すように、実施例１３～２９はひずみ量０．１％におけるゲージ率が３以上と大きかった。また、電気抵抗率は３．５×１０３Ωｃｍ以下（ｌｏｇ１０ρが４．５４Ωｃｍ以下）と小さくなっており、高分解能な測定機器を必要とせず、ひずみによる電気抵抗変化、又は電流変化の検出しやすさに有利であった。また、ひずみによる電気抵抗変化、又は電流変化が検出しやすくなることで増幅回路が不要になるため、低消費電力化に有利であった。一方、比較例２はゲージ率が３未満と小さくなり、検出感度の高さに不利であった。また、比較例３は電気抵抗率が２．０×１０５Ωｃｍ（ｌｏｇ１０ρが５．３０Ωｃｍ）と大きくなっており、ひずみによる電気抵抗変化、又は電流変化の検出しやすさに不利であった。また、ひずみによる電気抵抗変化、又は電流変化が検出しづらくなるため、増幅回路が必要になり低消費電力化に不利であった。
　（形態３：実施例３０～４６）
　実施例３０～４６の試料は以下のように作製した。はじめに、純元素ターゲット（本実施形態においては、Ｃ、Ｓｉ、Ｉｎ及びＳｎから選ばれるいずれか一種）と、Ｔｅ純元素ターゲットを用いて、Ａｒコスパッタリングを用いて以下の薄膜試料を作製した。組成の調整は、適宜成膜時のカソード出力を変えることで行った。組成分析試料の作製及び応力センサ材料からなる薄膜の組成分析は形態２と同様の方法で行った。また、ゲージ率・電気抵抗率測定試料の作製と、ゲージ率及び２５℃±２℃における電気抵抗率の測定についても形態２と同様の方法で行った。
　ひずみ量０．１％におけるゲージ率、２５℃±２℃における電気抵抗率ρ、及び２５℃±２℃における電気抵抗率ｌｏｇ１０ρを表５、６に示す。表５、６に示すように、実施例３０～４６はひずみ量０．１％におけるゲージ率が３以上と大きかった。また、電気抵抗率は５．７×１０４Ωｃｍ以下（ｌｏｇ１０ρが４．７５Ωｃｍ以下）と小さくなっており、高分解能な測定機器を必要とせず、ひずみによる電気抵抗変化、又は電流変化の検出しやすさに有利であった。また、ひずみによる電気抵抗変化、又は電流変化が検出しやすくなることで増幅回路が不要になるため、低消費電力化に有利であった。
　本発明の応力センサ材料は応力センサに好適に用いることができる。応力センサとしては、例えば、圧力センサ、気圧センサ、ひずみセンサ、ひずみゲージ、速度センサ及び角速度センサ等が好ましい。
　１　　基板
　２　　薄膜
　３　　電極
　１０　　応力センサ

Claims (9)

  1. 　原子％で、Ｇｅ　０．１％～５０％、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下を含有する、応力センサ材料。
  2. 　原子％で、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｓｎ＋Ｂｉ　０．１％～８９．９％を含有する、請求項１に記載の応力センサ材料。
  3. 　原子％で、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下、Ｓｉ　０．１％～９０％を含有する、応力センサ材料。
  4. 　原子比Ｇｅ／Ｔｅが０．５以下である、請求項３に記載の応力センサ材料。
  5. 　原子％で、Ｔｅ　１０％～９９％、Ａｓ　５％以下、Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｗ＋Ｃ＋Ａｌ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉ　０．１％～９０％を含有する、応力センサ材料。
  6. 　原子比Ｇｅ／Ｔｅが０．５以下である、請求項５に記載の応力センサ材料。
  7. 　ひずみ量０．１％におけるゲージ率が３以上である、請求項１～５のいずれか一項に記載の応力センサ材料。
  8. 　２５±２℃における電気抵抗率が１．０×１０５Ωｃｍ以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載の応力センサ材料。
  9. 　薄膜である、請求項１～５のいずれか一項に記載の応力センサ材料。
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