FR2882438A1 - Dispositif capteur d'humidite et procede d'autodiagnostic pour celui-ci - Google Patents

Abstract

Dispositif capteur d'humidité (500) comprenant une partie capteur (100) dont la capacité est amenée à varier en fonction de l'humidité ambiante, un processeur (300) de signal pour traiter un signal de détection de la partie capteur et délivrer le signal correspondant à l'humidité, une partie chauffante (200) pour chauffer la partie capteur et un dispositif de commande (400) pour commander le chauffage de la partie chauffante (200) de façon que la capacité de la partie capteur (100) soit sensiblement égale à une valeur sous une humidité prédéterminée au moins pendant une période d'autodiagnostic.

Description

DISPOSITIF CAPTEUR D'HUMIDITE ET PROCEDE

D'AUTODIAGNOSTIC POUR CELUI-CI Le domaine technique concerne un dispositif capteur d'humidité ayant une partie capteur dans laquelle la capacité est amenée à varier en fonction de l'humidité atmosphérique, et un processeur de signal servant à traiter un signal de détection émis par la partie capteur et à délivrer le signal correspondant à l'humidité, ainsi qu'un procédé d'autodiagnostic pour le dispositif capteur d'humidité.

Le demandeur de la présente demande a proposé un dispositif capacitif de détection de grandeur physique servant à détecter une grandeur physique d'après la capacité entre une paire d'électrodes disposées de manière à être en regard l'une de l'autre, comme décrit dans JP-A-2000-81449.

Dans ce dispositif capacitif de détection de grandeur physique, une variation de capacité entre une électrode mobile déplacée en fonction d'une variation d'une grandeur physique (par exemple, une accélération) et une électrode fixe disposée de manière à être en regard de l'électrode mobile est prise comme variation de tension dans un circuit de conversion C-V conçu sous la forme d'un condensateur commuté, puis est soumise à un traitement de signal, grâce à quoi le signal correspondant à la variation de la grandeur physique peut être délivré.

En outre, un signal d'autodiagnostic (tension prédéterminée) est périodiquement appliqué entre l'électrode mobile et l'électrode fixe pour induire une force électrostatique entre l'électrode mobile et l'électrode fixe, ce qui met le dispositif capacitif de détection de grandeur physique dans un état tel qu'une pseudo- grandeur physique est appliquée à l'électrode mobile. Ainsi, un autodiagnostic peut être réalisé.

Cependant, dans le cas d'une structure telle que l'humidité est détectée comme grandeur physique, une paire d'électrodes disposées de manière à être en regard l'une de l'autre sont disposées à demeure, et ainsi, même lorsqu'une tension prédéterminée est appliquée de force entre la paire d'électrodes, il est difficile de mettre le dispositif dans un état tel qu'une pseudo-grandeur physique est induite. De ce fait, l'autodiagnostic ne peut pas être réalisé.

Compte tenu du problème ci-dessus, l'invention vise à réaliser un dispositif capteur d'humidité capable d'effectuer un autodiagnostic., ainsi qu'un procédé d'autodiagnostic pour le dispositif capteur d'humidité.

Afin d'atteindre l'objectif ci-dessus, il est proposé un dispositif capteur d'humidité comprenant une partie capteur dont la capacité est amenée à varier en fonction de l'humidité ambiante, et un processeur de signal servant à traiter un signal de détection de la partie capteur et à délivrer le signal correspondant à l'humidité.

Le dispositif capteur d'humidité comprend en outre une partie chauffante pour chauffer la partie capteur, et un dispositif de commande pour commander le chauffage de la partie chauffante de façon que la capacité de la partie capteur soit sensiblement égale à une valeur dans une humidité prédéterminée au moins pendant une période d'autodiagnostic.

Comme décrit plus haut, un état d'humidité prédéterminé peut être établi de force. Ainsi, en comparant la valeur délivrée à cet instant et la valeur délivrée à prendre lors de cet état d'humidité, l'autodiagnostic (diagnostic d'échec du dispositif capteur) peut être effectué.

Il peut être préférable que l'humidité prédéterminée soit sensiblement égale à une humidité relative de 0 %. Cependant, on ne se limite pas à une humidité relative sensiblement de 0 %.

La partie capteur peut comprendre un substrat, un détecteur qui a une paire d'électrodes de détection disposées à la surface du substrat de façon à être espacées l'une de l'autre et en regard l'une de l'autre et un film sensible à l'humidité qui est disposé sur le substrat de manière à couvrir l'intervalle entre les électrodes de détection et dont la permittivité relative est amenée à varier en fonction de l'humidité, et une partie de capacité de référence qui est disposée dans le même plan que les électrodes de détection et ayant une paire d'électrodes de référence ayant sensiblement la même structure que les électrodes de détection, le processeur de signal peut être équipé d'un convertisseur C- V du type à condensateur commuté pour convertir en tension correspondante la différence de capacité entre la valeur de capacité du détecteur et la valeur de capacité de la partie de capacité de référence, et la partie chauffante peut comporter un élément chauffant disposé sur le substrat. Dans ce cas, la partie chauffante peut être facilement formée par une technique d'impression ou un procédé à semiconducteurs bien connu. En outre, le corps du dispositif capteur peut être miniaturisé. La partie chauffante peut être disposée séparément de la partie capteur.

Le substrat peut comprendre un substrat semiconducteur, le processeur de signal peut être disposé sur le substrat semiconducteur et l'élément chauffant peut faire partie du processeur de signal. Dans ce cas, l'élément constituant le processeur de signal est employé comme élément chauffant, ce qui permet donc de simplifier la structure. Un substrat isolant tel qu'un substrat en verre, un substrat en résine ou analogue peut servir de substrat. Cependant, si on utilise un substrat semiconducteur pourvu d'un film isolant, le dispositif capteur peut être forrné grâce au procédé à semiconducteurs. Ainsi, le coût de la fabrication peut être réduit.

L'élément chauffant peut comprendre une résistance servant d'électrode chauffante alimentée en courant pour produire de la chaleur. Dans ce cas, elle peut être disposée sous les électrodes de détection et les électrodes de référence à travers une couche isolante, ou elle peut être disposée sur le film sensible à l'humidité.

Lorsque le film sensible à l'humidité est prévu, les composants d'eau présents dans le film sensible à l'humidité peuvent être amenés à s'évaporer rapidement et un état humide prédéterminé peut être établi, ce qui permet donc de raccourcir la durée de l'autodiagnostic. Cependant, la pénétration des composants d'eau dans le film sensible à l'humidité et l'évaporation des composants d'eau depuis le film sensible à l'humidité sont empêchées par la résistance, ce qui permet donc d'évaluer la baisse de la réponse. Ainsi, la résistance peut avoir une perméabilité à l'humidité.

Par ailleurs, la résistance est dotée d'une largeur sensiblement égale à la largeur des parties en regard des électrodes de détection et des électrodes de référence, et est prévue en correspondance avec les parties en regard. En particulier, dans le montage dans lequel la résistance est disposée sous les électrodes de détection et les électrodes de référence, les électrodes de détection sont placées dans des positions hautes en prévoyant la résistance ainsi réalisée, et la quantité de film sensible à l'humidité intercalé entre les électrodes de détection peut être accrue, et la variation de capacité peut être accrue. Ainsi, la sensibilité peut être améliorée.

La résistance peut être disposée dans le même plan que les électrodes de détection et les électrodes de référence. Dans ce cas, la résistance peut être constituée de la même matière que les électrodes de détection et les électrodes de référence, ce qui permet donc de réduire le coût de fabrication. En particulier, la résistance peut être disposée entre la paire d'électrodes de détection et entre la paire d'électrodes de référence. Par ailleurs, la résistance peut être disposée autour des électrodes de détection et des électrodes de référence.

L'élément chauffant ne se limite pas à la résistance. Dans le substrat semiconducteur, l'élément chauffant peut être constitué par un transistor et/ou une diode. Dans le cas du transistor, les électrodes de détection et les électrodes de référence peuvent être prévues d'une manière correspondant à des régions de grille ou de drain. Dans le cas de la diode, les diodes peuvent être prévues autour des électrodes de détection et des électrodes de référence.

Le dispositif capteur d'humidité peut comprendre en outre un film protecteur formé sur le substrat de manière à couvrir les électrodes de détection et les électrodes de référence, le film sensible à l'humidité étant disposé sur le film protecteur. Dans ce cas, les électrodes peuvent être protégées d'une manière fiable contre les composants d'eau, et la résistance à la corrosion de chaque électrode aux composants d'eau peut être améliorée.

L'invention propose également un procédé d'autodiagnostic pour un dispositif capteur d'humidité, comprenant les étapes consistant à : faire varier une capacité d'une partie capteur en fonction de l'humidité ambiante; et traiter un signal de détection de la partie capteur par un processeur de signal et délivrer le signal correspondant à l'humidité, la variation de la capacité de la partie capteur comprenant en outre le chauffage de la partie capteur de façon que la capacité de la partie capteur soit sensiblement égale à une valeur sous une humidité prédéterminée, pour ainsi réaliser l'autodiagnostic.

L'humidité prédéterminée peut être sensiblement égale à une humidité relative de 0 %.

L'invention a également pour objet un dispositif capteur d'humidité, comprenant: une partie capteur ayant une capacité qui varie en fonction de l'humidité ambiante; un processeur de signal servant à traiter un signal de détection de la 30 partie capteur et à délivrer le signal correspondant à l'humidité ; et une partie chauffante servant à chauffer la partie capteur de façon que la capacité de la partie capteur soit sensiblement égale à une valeur sous une humidité prédéterminée au moins pendant une période d'autodiagnostic.

L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré sur les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1A est une vue agrandie représentant une partie capteur et une 5 partie chauffante dans un dispositif capteur d'humidité selon un mode de réalisation; la figure 1B est une vue en coupe prise suivant la ligne IB-IB de la figure lA; la figure 2A est une vue en coupe illustrant un cas dans lequel est disposée une électrode chauffante; la figure 2B est une vue en coupe illustrant un cas dans lequel aucune électrode chauffante n'est disposée; la figure 3 est un schéma représentant une structure du dispositif capteur d'humidité apte à réaliser un autodiagnostic; la figure 4 est une vue agrandie en plan représentant une partie capteur et 15 une partie chauffante dans un dispositif capteur d'humidité selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention; la figure 5 est une vue agrandie en coupe de l'environnement d'une partie capteur d'un dispositif capteur d'humidité selon un troisième mode de réalisation; la figure 6 est une vue agrandie en coupe représentant une partie capteur et une partie chauffante dans un dispositif capteur d'humidité selon un quatrième mode de réalisation; et la figure 7 est une vue agrandie en coupe de l'environnement d'une partie capteur selon une autre variante.

En référence aux dessins annexés, on va maintenant décrire des modes de réalisation de l'invention. Dans ces modes de réalisation, un dispositif capteur d'humidité ayant une structure d'électrode dite en peigne est employé comme dispositif capacitif capteur d'humidité.

(Premier mode de réalisation) Les figures 1A et 1B sont des vues agrandies représentant une partie capteur et une partie chauffante d'un dispositif capteur d'humidité selon un mode de réalisation, la figure lA étant une vue en plan et la figure 1B étant une vue en coupe prise suivant la ligne IB-IB. Sur la figure 1A, par commodité, sont représentées des électrodes de détection, des électrodes de référence et une électrode chauffante.

Comme représenté sur la figure 1 A, une partie capteur 100 comprend un détecteur 101 dont la capacité est amenée à varier en fonction de l'humidité, et une partie de capacité de référence 102 formant capacité de référence. En outre, dans le présent mode de réalisation, une électrode chauffante 201 servant d'élément chauffant constitue une partie chauffante 200 sur le même substrat que la partie capteur 100. Le repère 202 représente des plages de connexion formées aux extrémités de l'électrode chauffante 201.

Comme représenté sur la figure 1 B, le repère 110 désigne un substrat semiconducteur constituant le substrat, lequel est constitué de silicium du type P dans le présent mode de réalisation. Un premier film isolant 120 (par exemple du type LOCOS (oxydation locale de silicium)) est formé sur la surface supérieure du substrat semiconducteur 110. Une électrode chauffante 201 constitue la partie chauffante 200 à un emplacement prédéterminé sur le premier film isolant 120.

L'électrode chauffante 201 chauffe au moment de l'autodiagnostic et elle est conçue pour vaporiser des composants d'eau dans un film sensible à l'humidité (décrit plus loin) de la partie capteur 100 afin d'ajuster la quantité d'eau dans le film sensible à l'humidité en créant de ce fait un état d'humidité prédéterminé. De la sorte, elle est formée de préférence autour du détecteur 101. Dans le présent mode de réalisation, pour compenser l'effet du chauffage, l'électrode chauffante 201 est formé en conformité non seulement au détecteur 101, mais aussi à la partie de capacité de référence 102. La forme de l'électrode chauffante 201 sera décrite plus loin.

N'importe quelle matière peut être employée comme matière de l'électrode chauffante 201 dans la mesure où elle est chauffée par alimentation de courant à celle-ci. Cependant, afin de réduire la durée de l'autodiagnostic, il est préférable que la matière ait une valeur de résistance de couche de plusieurs S2 ou plus, et par exemple, on peut employer une matière de câblage telle que du silicium polycristallin, CrSi ou analogue. La matière de câblage ci-dessus peut alors être déposée sur le premier film isolant 120 par dépôt en phase vapeur, pulvérisation ou autres procédés, puis un motif peut y être formé par photolithographie. Dans le présent mode de réalisation, l'électrode chauffante 201 est réalisée en silicium polycristallin.

Un second film isolant 130 (par exemple, un film en oxyde de silicium) est formé sur le premier film isolant 120 contenant l'électrode chauffante 201, et une paire d'électrodes de détection 141, 142 est disposée dans le même plan que le 35 second film isolant 130 de manière à être espacées l'une de l'autre.

La forme des électrodes de détection 141, 142 ne se limite pas à une forme spécifique. Cependant, dans le présent mode de réalisation, on adopte une forme de peigne comme forme des électrodes de détection 141, 142, comme illustré sur la figure 1A. En choisissant comme forme la forme de peigne décrite ci-dessus, les surfaces en regard des électrodes de détection 141, 142 peuvent être accrues tout en réduisant la surface de montage des électrodes de détection 141, 142. Ainsi, la quantité de la variation de la capacité électrostatique entre les électrodes de détection 141, 142, laquelle varie en fonction de la variation de l'humidité ambiante, est accrue et la sensibilité du dispositif capteur d'humidité peut être améliorée.

Les électrodes de détection 141, 142 sont formées en déposant sur le substrat semiconducteur 110 un matériau de câblage tel que de l'aluminium, du cuivre, de l'or, du platine, du silicium polycristallin ou autre par un procédé tel que le dépôt sous vide, la pulvérisation ou analogue, puis, par un traitement de photolithographie, en configurant le matériau de câblage sous la forme d'un motif en peigne. Dans le présent mode de réalisation, les électrodes de détection 141, 142 sont réalisées en aluminium.

Par ailleurs, une paire d'électrodes de référence 143, 144 est disposée dans le même plan sur le second film isolant 130 de façon adjacente aux électrodes de détection 141, 142 de manière à être espacées l'une de l'autre et en regard l'une de l'autre. Les électrodes de référence 143, 144 sont réalisées avec la même matière que les électrodes de détection 141, 142 et sont conçues pour avoir le même motif. Sur la figure 1A, le repère 145 représente une plage de connexion pour l'électrode de détection 141, le repère 146 représente une plage de connexion commune pour l'électrode de détection 142 et l'électrode de référence 143, et le repère 147 représente une plage de connexion pour l'électrode de référence 144.

Un film de nitrure de silicium est formé comme film protecteur 150 sur le substrat semiconducteur 110 de manière à couvrir les électrodes de détection 141, 142 et les électrodes de référence 143, 144. Le film protecteur 150 est déposé et formé par un procédé de dépôt en phase vapeur par voie chimique sous plasma ou analogue de manière à avoir la même épaisseur des parties respectives sur le substrat semiconducteur 110. Lorsque les électrodes de détection 141, 142 et les électrodes de référence 143, 144 présentent une résistance à la corrosion par les composants d'eau, il est inutile de former le film protecteur 150. Sur la figure 2A, par commodité, le film protecteur n'est pas représenté.

Le film 160 sensible à l'humidité, qui est réalisé en polymère à base de polyimide ou analogue et qui a une caractéristique d'absorption de l'humidité, est formé sur le film protecteur 150 de manière à couvrir les électrodes de détection 141, 142 et les intervalles entre les électrodes de détection 141, 142. Le film 160 sensible à l'humidité peut être formé en appliquant des précurseurs (acides polyamides) d'un polymère à base de polyimide par un procédé de dépôt à la tournette, un procédé d'impression ou analogue puis en chauffant et en faisant durcir, les précurseurs.

Lorsque des composants d'eau s'infiltrent dans le film 160 sensible à l'humidité, la permittivité relative du film 160 sensible à l'humidité varie en fonction de la quantité des composants d'eau qui s'infiltrent, puisque l'eau a une grande permittivité relative. De la sorte, la capacité électrostatique d'un condensateur constitué par les électrodes de détection 141, 142 avec le film 160 sensible à l'humidité constituant une partie du matériau diélectrique est amenée à varier. D'autre part, il n'y a pas de film 160 sensible à l'humidité disposé sur les électrodes de référence 143, 144, la capacité électrostatique du condensateur constitué par les électrodes de référence 143, 144 ne varie pas, ou, même si elle varie, la variation est faible. La quantité d'eau contenue dans le film 160 sensible à l'humidité correspond à l'humidité autour de la partie capteur 100, et l'humidité peut ainsi être détectée d'après la différence de capacité de la capacité électrostatique entre les électrodes de détection 141, 142 et la capacité électrostatique entre les électrodes de référence 143, 144. L'emplacement présentant la structure ci-dessus à l'exception de l'électrode chauffante 201 correspond à la partie capteur 100, et le détecteur 101 comporte les électrodes de détection 141, 142 et le film 160 sensible à l'humidité à un emplacement correspondant, la partie de capacité de référence 102 comporte les électrodes de référence 143 et 144 à un emplacement correspondant.

En outre, dans le présent mode de réalisation, les électrodes de détection 141, 142 et les électrodes de référence 143, 144 sont réalisées avec la même matière et sont conçues pour avoir le même motif que celui décrit plus haut, et les dents de peigne correspondantes sont disposées de façon adjacentes les unes aux autres afin d'être situées sur la même ligne. Comme représenté sur la figure 1A, l'électrode chauffante 201 a sensiblement la même largeur d'électrode que les parties en regard (partie constituant un condensateur) des électrodes de détection 141, 142 et des électrodes de référence 143, 144 et est conçue sous une forme sinueuse de manière à se trouver juste sous les parties en regard à travers le second film isolant 130.

Lorsque l'électrode chauffante 201 est formée juste sous les parties en regard des électrodes de détection 141, 142 comme décrit plus haut (figure 2A), des évidements sont formés dans le film protecteur 150, aussi la quantité de film 160 sensible à l'humidité intercalé entre les électrodes de détection 141, 142 augmente davantage en comparaison d'un cas où aucune électrode chauffante 201 n'est formée dans la structure ci- dessus (figure 2B) ou d'un cas dans lequel l'électrode chauffante 201 n'est pas disposée juste sous les parties en regard des électrodes de détection 141, 142, mais ils sont disposés dans l'agencement sinueux par rapport aux parties en regard des électrodes de détection 141, 142. Ainsi, la sensibilité peut être améliorée à mesure que grandit la surface des électrodes de détection 141., 142. Les figures 2A et 2B sont des vues en coupe illustrant l'effet de l'agencement de l'électrode chauffante 201 et, en particulier, la figure 2A est un schéma illustrant le cas où l'électrode chauffante 201 est présente et la figure 2B est un schéma illustrant un cas où l'électrode chauffante 201 est absente.

Ensuite, en référence à la figure 3, on va décrire la structure d'un dispositif capteur d'humidité 500 capable de réaliser un autodiagnostic. Dans le présent mode de réalisation, un processeur 300 de signal et un dispositif de commande 400 pour commander le chauffage de l'électrode chauffante 201 constituant la partie chauffante 200 sont construits sur un substrat différent de la partie capteur 100.

Le processeur 300 de signal est équipé d'au moins un convertisseur C-V 310 du type à condensateur commuté, et d'une partie amplificatrice 320.

Le convertisseur C-V 310 comprend un amplificateur opérationnel 311, un condensateur de rétroaction 312 à valeur de capacité Cf et un commutateur 313. La charge correspondant à la différence entre la charge proportionnelle à la valeur de capacité Cl survenant entre les électrodes de détection 141 et 142 du détecteur 101 et la charge proportionnelle à la valeur de capacité C2 survenant entre les électrodes de référence 143, 144 constituant la partie de référence 102 s'accumule dans le condensateur de rétroaction 312 et est convertie en tension correspondante, puis la tension ainsi convertie est délivrée.

La borne de sortie inversée de l'amplificateur opérationnel 311 est connectée à l'électrode de détection 142 et à l'électrode de référence 143 par l'intermédiaire de la plage de connexion 146, et le condensateur de rétroaction 312 et le commutateur 313 sont montés en parallèle entre la borne d'entrée inversée et la borne de sortie de l'amplificateur opérationnel 311. En outre, un circuit (non représenté) générateur de tension de référence pour appliquer une tension de référence Vr est connecté à la borne d'entrée non inversée.

Par ailleurs, le processeur 300 de signal comporte un circuit (non représenté) générateur de tension d'excitation. Le circuit générateur de tension d'excitation applique périodiquement à l'électrode de détection 141 du détecteur 101 une onde porteuse Pl variant à une amplitude fixe (0 à v) depuis la plage de connexion 145 et applique, de la plage de connexion 147 à l'électrode de référence 144 de la partie de référence 102, une onde porteuse P2 déphasée de 180 par rapport à l'onde porteuse Pl et ayant la même amplitude.

Le commutateur 313 est fermé/ouvert en fonction d'un signal de déclenchement généré en synchronisme avec un signal d'horloge délivré par le circuit générateur de tension d'excitation et, par exemple, il est réglé de façon à n'être fermé que pendant un laps de temps donné (d'une durée plus courte que la demi-période de la porteuse P 1) à l'instant de la montée de l'onde porteuse Pl (l'instant de descente de l'onde porteuse P2).

Pendant une période de détection Tl, le commutateur 313 est fermé. Le condensateur de rétroaction 312 se décharge et est rétabli à la tension de référence Vr. Ensuite, le commutateur 313 est ouvert et l'opération de remise à la tension de référence s'achève. Ensuite, lorsque les ondes porteuses Pl, P2 sont inversées, la charge de (C 1-C2) X V est déchargée depuis l'intervalle entre les électrodes de détection 141, 142 et entre les électrodes de référence 143, 144, et cette charge s'accumule dans le condensateur de rétroaction 312. Ainsi, la tension Vs correspondant à la différence de capacité (Cl-C2) et à l'amplitude V de la partie capteur 100 survient avec la tension de référence Vr lorsqu'une référence survient à la borne de sortie de l'amplificateur opérationnel 311. La tension Vr est représentée par l'équation ci-après.

(Equation 1) Vs = (Cl C2)/Cf X V + Vr A cet instant, lorsque l'humidité ambiante change, la valeur de capacité C2 de la partie de référence 102 ne change pas, ou, même si elle change, la variation est faible. La valeur de capacité Cl du détecteur 101 est modifiée. Ainsi, la détection de la tension Vs indiquée sur le tableau 1 permet de détecter l'humidité.

La partie amplificatrice 320 amplifie la tension de sortie Vs du convertisseur C-V 310 pour parvenir à une sensibilité prédéterminée. D'une façon non illustrée, 35 une partie de maintien d'échantillonnage permettant d'échantillonner la tension de sortie Vs du convertisseur C-V 310 et de maintenir la tension de sortie Vs ainsi maintenue pendant un laps de temps donné peut être disposé juste avant la partie amplificatrice 320, et en outre un filtre passe-bas destiné à ne laisser passer que les composantes d'une bande de fréquence prédéterminée de la tension de sortie de la partie amplificatrice 320 peut être disposé juste après la partie amplificatrice 320.

L'autodiagnostic est effectué dans ce cas de la manière suivante: Dans un état où des tensions d'excitation (ondes porteuses P1, P2) sont appliquées aux électrodes de détection 141, 142 et aux électrodes de référence 143, 144 de la partie capteur 100, le dispositif de commande 400 délivre un signal d'autodiagnostic à la partie chauffante 200, par exemple suivant une périodicité prédéterminée.

Lorsque le signal d'autodiagnostic est reçu dans la partie chauffante 200, l'électrode chauffante 201 est alimentée en courant et produit de la chaleur. Dans le présent mode de réalisation, il est prévu que l'électrode chauffante 201 soit alimentée en courant et produise de la chaleur pendant la période durant laquelle le signal d'autodiagnostic est délivré par le dispositif de commande 400, grâce à quoi la capacité (différence de capacité) de la partie capteur 100 est commandée de manière à être égale à la valeur à une humidité relative sensiblement de 0 %. La quantité d'eau qui s'évapore du film 160 sensible à l'humidité (la quantité d'eau dans le film 160 sensible à l'humidité) est réglée à l'aide de la valeur de chauffage de l'électrode chauffante 201 (c'est-à- dire que l'état d'humidité est ajusté), aussi l'état d'humidité peut-il être ajusté à un état d'humidité autre que l'état d'humidité relative de sensiblement 0 %. Cependant, il est nécessaire de commander la valeur du chauffage de l'électrode chauffante 201 au moment de l'autodiagnostic d'après la sortie capteur délivrée à l'instant normal de la détection, aussi la structure dudispositif peut-elle être simplifiée. D'autre part, dans le présent mode de réalisation, la quantité de chauffage est réglée (l'instant de délivrance du signal d'autodiagnostic) de façon que l'état d'humidité relative sensiblement de 0 % soit établi à tout moment quelle que soit la sortie capteur délivrée à l'instant normal de la détection, grâce à quoi l'autodiagnostic peut être réalisé d'une manière sûre.

Dans le présent mode de réalisation, l'électrode chauffante 201 est prévu en correspondance avec les électrodes de détection 141, 142 et les électrodes de référence 143, 144 qui ont la même structure, ce qui permet donc de compenser l'effet du chauffage (caractéristique à chaud).

La sortie de la partie capteur 100 dans l'état où la quantité d'eau dans le film 160 sensible à l'humidité est ajusté, c'est-à-dire dans lequel l'état d'humidité est ajusté, est converti en tension correspondante dans le convertisseur C-V 310, et la tension ainsi convertie est amplifiée en sensibilité prédéterminée puis est appliquée à la partie amplificatrice 320. En soumettant le signal de sortie à une comparaison et un jugement conformément à une logique prédéterminée, par exemple dans un processeur, un autodiagnostic permettant de savoir si, oui ou non, il y a une anomalie (par exemple, une variation d'une caractéristique provoquée par l'adhérence de corps étrangers, une anomalie dans le film sensible à l'humidité, une panne du processeur de signal, etc.) dans le dispositif 500 peut être réalisé.

Dans le présent mode de réalisation, la comparaison et le jugement sont effectués dans un processeur. Cependant, il peut être prévu qu'une partie de comparaison (par exemple une structure comportant un comparateur) fasse partie du processeur 300 de signal, et que la comparaison soit effectuée dans le dispositif 500.

La ligne de sortie de la partie amplificatrice 320 peut être commutée entre une ligne de test normal et une ligne d'autodiagnostic contenant le comparateur, par exemple d'après la présence ou l'absence du signal d'autodiagnostic érnis par le dispositif de commande 400.

En outre, dans le présent mode de réalisation, le processeur 300 de signal est réalisé sur le substrat différent de la partie capteur 100. Cependant, il peut être construit sur le même substrat. Un substrat isolant tel qu'un substrat en verre ou analogue peut servir de substrat, cependant le procédé à semiconducteurs peut être utilisé de manière active à l'aide d'un substrat semiconducteur 110 ayant le film isolant décrit dans le présent mode de réalisation. Ainsi, le coût de fabrication peut être réduit. L'électrode chauffante 201 constituant l'élément chauffant peut alors être intégrée avec le processeur 300 de signal.

(Deuxième mode de réalisation) En référence à la figure 4, on va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation. La figure 4 est une vue agrandie en plan représentant une partie capteur et une partie chauffante dans un dispositif capteur d'humidité selon le présent mode de réalisation, et elle correspond à la figure 1A du premier mode de réalisation. Par commodité, les électrodes de détection, les électrodes de référence et l'électrode chauffante sont représentées.

Le dispositif capteur d'humidité selon le deuxième mode de réalisation 35 possède de nombreux éléments en commun avec le premier mode de réalisation. Par conséquent, on s'abstiendra de décrire en détail les parties communes et on insistera sur la description des parties différentes.

Comme représenté sur la figure 4, des électrodes chauffantes 201 a, 201b sont réalisées dans le même plan que les électrodes de détection 141, 142 et les électrodes de référence 143, 144. Ainsi, lorsque les électrodes chauffantes 201a, 201b sont réalisées avec la même matière constitutive que les électrodes de détection 141, 142 et les électrodes de référence 143, 144, il est possible de simplifier le procédé de fabrication. Sur la figure 4, les repères 202a, 202b, désignent des plages de connexion pour les électrodes chauffantes 20la, 201b.

En outre, dans le présent mode de réalisation, l'électrode chauffante 201 a est disposée à l'emplacement intermédiaire entre les électrodes de détection 141, 142 et l'électrode chauffante 201b est disposée à l'emplacement intermédiaire entre les électrodes de référence 143, 144. En dehors de l'instant de l'aul:odiagnostic (instant de détection normal), les électrodes chauffantes 201a et 201b sont maintenues aux potentiels intermédiaires des tensions appliquées aux électrodes de détection 141, 142 et aux électrodes de référence 143, 144. Ainsi, à l'instant de détection normal, l'équilibre des capacités entre les électrodes de détection 141, 142 et l'équilibre des capacités entre les électrodes de référence 143, 144 peuvent être maintenus bien que l'électrode chauffante 201a soit disposée entre les électrodes de détection 141, 142 et que l'électrode chauffante 201b soit disposée entre les électrodes de référence 143 et 144. En outre, les électrodes chauffantes 201a, 201b sont conçues sous la forme d'un montage en pont afin qu'il ne soit pas produit de chaleur à l'instant de détection normal.

Dans le présent mode de réalisation, l'électrode chauffante 201a est disposée entre les électrodes de détection 141, 142 et l'électrode chauffante 201b est disposée entre les électrodes de référence 143, 144. Cependant, il est possible de prévoir une seule électrode chauffante 201.

En outre, dans le mode de réalisation ci-dessus, l'électrode chauffante 201 a est disposée entre les électrodes de détection 141, 142 et l'électrode chauffante 201b est disposée entre les électrodes de référence 143, 144. Cependant, si on adopte la structure ci-dessus, la distance entre les électrodes de détection 141, 142 en regard l'une de l'autre et la distance entre les électrodes de référence 143, 144 en regard l'une de l'autre deviennent plus grandes, si bien que la sensibilité est réduite. Par conséquent, les électrodes chauffantes 201a, 20lb peuvent être disposées autour des électrodes de détection 141, 142 et des électrodes de référence 143, 144. Dans ce cas, chacune des électrodes chauffantes 201a, 201b peut être divisée davantage. (Troisième mode de réalisation) En référence à la figure 5, on va maintenant décrire un troisième mode de réalisation selon l'invention. La figure 5 est une vue agrandie en coupe représentant l'environnement du détecteur, et elle correspond à la figure 2A du premier mode de réalisation.

Le dispositif capteur d'humidité, selon le troisième mode de réalisation présente de nombreuses parties en commun avec le premier mode de réalisation. Par conséquent, on s'abstiendra de décrire en détail les parties communes et on insistera sur la description des parties différentes.

Comme représenté sur la figure 5, dans le présent mode de réalisation, l'électrode chauffante 201a est disposée sur le film 160 sensible à l'humidité. Avec ce montage, le film 160 sensible à l'humidité est chauffé directement, aussi les composants d'eau dans le film 160 sensible à l'humidité peuvent-ils être rapidement vaporisés pour établir un état d'humidité prédéterminé. Par conséquent, la durée de l'autodiagnostic peut être abrégée. Comme l'électrode chauffante 201a est disposée sur le film 160 sensible à l'humidité, le présent mode de réalisation est réalisé de façon que l'électrode chauffante 20l a soit partagée par le détecteur 101 et la partie de capacités de référence 102.

Cependant, on considère que la pénétration du composant d'eau dans le film 160 sensible à l'humidité et la vaporisation des composants d'eau depuis le film 160 sensible à l'humidité sont empêchées par l'électrode chauffante 201 a, ce qui provoque une baisse de la réponse. Par conséquent, dans le présent mode de réalisation, l'électrode chauffante 201 a est dotée d'une perméabilité à l'humidité. En particulier, un film mince de matière métallique est déposé (par exemple sur 0,1 m) sur le film 160 sensible à l'humidité par un procédé de dépôt sous vide afin de former l'électrode chauffante 201a. Ainsi, des molécules d'eau peuvent circuler entre les atomes de métal de l'électrode chauffante 20l a qui se présente sous la forme d'un film mince.

En outre, dans le présent mode de réalisation, l'électrode chauffante 201a est disposée juste au-dessus des parties en regard des électrodes de détection 141 et 142. Ainsi, en comparaison du cas dans lequel l'électrode chauffante 201a est disposée sous la forme sinueuse par rapport aux parties en regard des électrodes de détection 141, 142, les molécules d'eau peuvent plus facilement entrer dans et sortir de la zone du film 160 sensible à l'humidité qui se trouve entre les électrodes de détection 141 et 142 et contribue à la variation de la capacité. Ainsi, la réponse peut être améliorée. (Quatrième mode de réalisation) En référence à la figure 6, on va maintenant décrire un quatrième mode de 5 réalisation. La figure 6 est une vue agrandie en coupe représentant une partie capteur et une partie chauffante dans un dispositif capteur d'humidité selon le présent mode de réalisation.

Le dispositif capteur d'humidité selon le quatrième mode de réalisation présente de nombreuses parties en commun avec le premier mode de réalisation. Par conséquent, on s'abstiendra de décrire en détail les parties en commun et on insistera

sur la description des parties différentes.

Dans les premier à troisième modes de réalisation, l'électrode chauffante' 201 (201a, 201b) est employée comme partie chauffante 200. Cependant, la partie chauffante 200 ne se limite pas à l'électrode chauffante 201. Dans le substrat semiconducteur 110, on peut employer le transistor et/ou la diode qui constitue(nt) le processeur 300 de signal. Dans ce cas, il est inutile de disposer séparément l'électrode chauffante 201, ce qui permet donc de simplifier le procédé de fabrication.

Par exemple, dans le cas du transistor, au moins les parties en regard des électrodes de détection 141, 142 et des électrodes de référence 143, 144 peuvent être disposées sur la zone de diffusion, comme représenté sur la figure 6. Sur la figure 6, le repère 210 désigne un transistor MOS, le repère 211 désigne une électrode de grille en silicium polycristallin, le repère 212 désigne une électrode de drain et le repère 213 désigne une électrode de source, et les électrodes de détection 141 et 142 et les électrodes de référence 143 et 144 sont disposées sur la région de drain Nt Dans le cas de la diode, une diode est disposée autour des électrodes de détection et des électrodes de référence.

La présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation ci-dessus, et diverses modifications peuvent être apportées.

Par ailleurs, dans le mode de réalisation ci-dessus, le substrat semiconducteur 110 constitué de silicium est employé comme substrat. Cependant, un substrat isolant tel qu'un substrat en verre, un substrat en résine ou analogue peut être employé comme substrat.

Dans le présent mode de réalisation, le film 160 sensible à l'humidité est disposé sur le film protecteur 150. Cependant, si aucun film protecteur 150 n'est 35 formé, le film 160 sensible à l'humidité peut être formé sur le second film isolant 130. En outre, si le substrat est constitué par un substrat isolant tel qu'un substrat en verre ou analogue, le film 160 sensible à l'humidité peut être directement formé sur le substrat isolant.

En outre, dans le présent mode de réalisation, les électrodes de détection 141, 142 et les électrodes de référence 143, 144 sont conçues sous la forme d'une structure en peigne. Cependant, la structure de chaque électrode formant la capacité ne se limite pas au mode de réalisation ci-dessus. Par exemple., les électrodes peuvent être conçues sous la forme d'une structure du type dit en plaques planes parallèles. En outre, les électrodes de détection 141, 142 et les électrodes de référence 143, 144 peuvent être conçues sous la forme de structures différentes.

En bref, n'importe quelle structure peut être adoptée dans la présente invention dans la mesure où elle comprend la partie capteur 100 dont la capacité est amenée à varier en fonction de l'humidité ambiante, la partie chauffante 200 pour chauffer la partie capteur, le processeur 300 de signal pour traiter le signal de détection de la partie capteur 100 et délivrer le signal correspondant à l'humidité, et le dispositif de commande 400 pour commander le chauffage de la partie chauffante 200 afin que la capacité de la partie capteur 100 soit sensiblement égale à une valeur en cas d'humidité prédéterminée au moins pendant une période d'autodiagnostic. Les éléments ci-dessus peuvent être disposés séparément, ou encore tous les éléments peuvent être formés d'un seul bloc dans le même substrat.

En outre, dans les modes de réalisation, l'électrode chauffante 201 est réalisée à travers le second film isolant 130 juste sous les électrodes de détection 141, 142 (et les électrodes de référence 143, 144) . Cependant, comme représenté sur la figure 7, les électrodes de détection 141, 142 (et les électrodes de référence 143, 144) peuvent être disposées juste sous l'électrode chauffante 201 à travers le second film isolant 130. Dans ce cas, des molécules d'eau présentes dans le film 160 sensible à l'humidité peuvent être amenées à se vaporiser rapidement, aussi la durée de l'autodiagnostic peut-elle être abrégée. Cependant, la quantité de film 160 sensible à l'humidité intercalé entre les électrodes de détection 141 et 142 et contribuant à la variation de la capacité est réduite, si bien que la sensibilité baisse. De ce fait, le montage du premier mode de réalisation est plus souhaitable.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Dispositif capteur d'humidité (500), comprenant: une partie capteur (100) dont la capacité est amenée à varier en fonction de l'humidité ambiante; un processeur (300) de signal servant à traiter un signal de détection de la partie capteur et à délivrer le signal correspondant à l'humidité ; une partie chauffante (200) pour chauffer la partie capteur; et un dispositif de commande (400) pour commander le chauffage de la partie chauffante (200) de façon que la capacité de la partie capteur (100) soit sensiblement égale à une valeur sous une humidité prédéterminée au moins pendant une période d'autodiagnostic.

2. Dispositif capteur d'humidité selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'humidité prédéterminée est sensiblement égale à une humidité relative de 0 %.

3. Dispositif capteur d'humidité selon la revendication 1, caractérisé en ce que: la partie capteur (100) comprend un substrat (110), un détecteur (101) qui a une paire d'électrodes de détection (141, 142) disposées à la surface du substrat (110) de façon à être espacées l'une de l'autre et en regard l'une de l'autre et un film (160) sensible à l'humidité qui est disposé sur le substrat (110) de manière à couvrir l'intervalle entre les électrodes de détection (141, 142) et dont la permittivité relative est amenée à varier en fonction de l'humidité, et une partie de capacité de référence qui est disposée dans le même plan que les électrodes de détection (141, 142) et a une paire d'électrodes de référence (143, 144) ayant sensiblement la même structure que les électrodes de détection; le processeur (300) de signal est équipé d'un convertisseur C-V (310) du type à condensateur commuté pour convertir en tension correspondante la différence de capacité entre la valeur de capacité du détecteur (101) et la valeur de capacité de la partie de capacité de référence (102) ; et la partie chauffante (200) comporte un élément chauffant (201, 201a, 20lb) disposé sur le substrat.

4. Dispositif capteur d'humidité selon la revendication 3, caractérisé en ce que le substrat comprend un substrat semiconducteur (110), le processeur (300) de signal est disposé sur le substrat semiconducteur (110) et l'élément chauffant (201) fait partie du processeur de signal.

5. Dispositif capteur d'humidité selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'élément chauffant (201, 201a, 201b) comprend une résistance servant d'électrode chauffante alimentée en courant pour produire de la chaleur.

6. Dispositif capteur d'humidité selon la revendication 5, caractérisé en ce que la résistance (201) est disposée sous les électrodes de détection (141, 142) et les électrodes de référence (143, 144) à travers une couche isolante (130).

7. Dispositif capteur d'humidité selon la revendication 5, caractérisé en ce que la résistance (201a) est disposée sur le film (160) sensible à l'humidité.

8. Dispositif capteur d'humidité selon la revendication 7, caractérisé en ce que la résistance (201 a) a une perméabilité à l'humidité.

9. Dispositif capteur d'humidité selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la résistance (201a, 201b) a sensiblement la même largeur que les parties en regard des électrodes de détection (141, 142) et des électrodes de référence (143, 144) et est prévue en correspondance avec les parties en regard.

10. Dispositif capteur d'humidité selon la revendication 5, caractérisé en ce que la résistance (201 a, 201b) est disposée dans le même plan que les électrodes de détection (141, 142) et les électrodes de référence (143, 144).

11. Dispositif capteur d'humidité selon la revendication 10, caractérisé en ce que la résistance (201 a, 20lb) est disposée entre la paire d'électrodes de détection (141, 142) et entre la paire d'électrodes de référence (143, 144).

12. Dispositif capteur d'humidité selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément chauffant est constitué par un transistor etlou par une diode.

13. Dispositif capteur d'humidité selon l'une quelconque des revendications 3 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un film protecteur (150) formé sur le substrat de manière à couvrir les électrodes de détection et les électrodes de référence, le film (160) sensible à l'humidité étant disposé sur le film protecteur (150).

14. Procédé d'autodiagnostic pour un dispositif capteur d'humidité, comprenant les étapes consistant à : faire varier une capacité d'une partie capteur (100) en fonction de l'humidité ambiante; et traiter un signal de détection de la partie capteur (100) par un processeur (300) de signal et délivrer le signal correspondant à l'humidité, caractérisé en ce que la variation de la capacité de la partie capteur (100) comprend en outre le chauffage de la partie capteur (100) de façon que la capacité de la partie capteur (100) soit sensiblement égale à une valeur sous une humidité prédéterminée, pour ainsi réaliser l'autodiagnostic.

15. Procédé d'autodiagnostic selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'humidité prédéterminée est sensiblement égale à une humidité relative de 0 %.

16. Dispositif capteur d'humidité (500), comprenant: une partie capteur (100) ayant une capacité qui varie en fonction de l'humidité ambiante; un processeur (300) de signal servant à traiter un signal de détection de la partie capteur et à délivrer le signal correspondant à l'humidité ; et une partie chauffante (200) servant à chauffer la partie capteur (100) de façon que la capacité de la partie capteur (100) soit sensiblement égale à une valeur sous une humidité prédéterminée au moins pendant une période d'autodiagnostic.