JP2002090329A

JP2002090329A - 湿度センサおよびその製法

Info

Publication number: JP2002090329A
Application number: JP2000283225A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Okuda; 浩史奥田
Original assignee: Tabai Espec Co Ltd
Current assignee: Tabai Espec Co Ltd
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】計測範囲が広く、かつ耐結露性を含む耐環境
ストレスも良好な湿度センサおよびその製法を提供す
る。【解決手段】基板１の上に下部電極膜２を形成し、該
下部電極膜２の上に強誘電体の感湿膜３を形成し、該感
湿膜の上に上部電極膜４を形成してなる湿度センサＳで
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は湿度センサおよびそ
の製法に関する。さらに詳しくは、空調機、環境試験
機、植物育成室などの湿度制御、湿度モニターを行う乾
燥機、調理器、掃除機の湿度検知、あるいは湿度変化の
測定記録、認証を行う気象観測器、ラジオゾンデ、輸送
機器などの湿度計測などに利用される湿度センサおよび
その製法に関する。なお、ここで計測とは、測定などを
包含する概念である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、雰囲気中の湿度を計測するセ
ンサ、いわゆる湿度センサとして種々のものが提案され
ている。この湿度センサの計測方式は、抵抗変化により
湿度を計測するものと静電容量変化により湿度を計測す
るものとに大別される。また、感湿部に使用される感湿
材料は、ポリマーとセラミックスとに大別される。

【０００３】ポリマーを使用して抵抗変化により湿度を
計測する湿度センサとして、例えば特開昭６０−１７７
２５４号公報に、テトラフルオロエチレンに親水性ポリ
マーをグラフト重合させたものに電極を取り付けたもの
が提案されている。

【０００４】セラミックスを使用して抵抗変化により湿
度を計測あるいは測定する湿度センサとして、例えば特
開平４−３５９１４１号公報に、Ｚｎ，Ｃｒ，Ｌｉ，
Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ
ｂ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｎｉ，Ｃｅ複合酸化物に
電極を取り付けたものが提案されている。

【０００５】しかしながら、抵抗変化で湿度を計測ある
いは測定する湿度センサは、低湿度側の測定が困難であ
るという問題があるとともに、静電容量変化により湿度
を計測あるいは測定する湿度センサに比して結露に弱い
という問題がある。その上、感湿材料としてポリマーを
用いたものにあっては、それに加えて耐熱性をはじめと
する耐環境性に劣るため、使用可能温度は２００℃に制
限されるという問題もある。

【０００６】ポリマーを使用して静電容量変化により湿
度を計測あるいは測定する湿度センサとして、例えば特
開平４−２６５８５０号公報には、アセチレン末端付加
型ポリイミドオリゴマーを重合させることによって得ら
れるポリマーを感湿膜とする湿度センサが提案されてい
る。また、セラミックスを使用して静電容量変化により
湿度を計測する湿度センサとして、例えば英国ミッシェ
ル社のＣＥＲＭＥＴ（商品名）がある。

【０００７】静電容量変化により湿度を計測する湿度セ
ンサは、抵抗変化により湿度を計測する湿度センサに比
して計測範囲が広くて計測精度がよく、しかも応答性に
優れている。ただし、感湿材料としてポリマーを用いた
ものにあっては、前記と同様に耐環境性の制約がある。
また、その静電容量は０％Ｒ．Ｈ近くで１００〜数１０
０ｐＦであるにもかかわらず、１００％Ｒ．Ｈ近くにな
っても数１０ｐＦしか変化しない。そのため、ケーブル
などにおいて発生する浮遊静電容量の影響を受けやす
く、ケーブルの長さは２ｍ程度が限界とされている。

【０００８】英国ミッシェル社のＣＥＲＭＥＴは、極低
湿度用のもので露点温度は−１００〜２０℃程度の範囲
における計測に限られ、広く一般に計測が必要とされる
湿度範囲を計測することができない。なお、市販されて
いる湿度センサで、広く一般湿度を計測するものであっ
て感湿材料としてセラミックスを用いて静電容量変化に
より湿度を計測するものは知られていない。

【０００９】ただし、大学の研究室レベルでは、以下の
ものが知られている。

【００１０】豊橋科学技術大学の藤井らによって、感湿
部にＦｅＢＯ₃薄膜を用いた静電容量式湿度センサが報
告されている。しかしながら、藤井らの報告に係る湿度
センサは高湿度側での特性が悪く実用レベルには達して
いない。

【００１１】愛媛大学の定岡らによって、感湿部に（Ｐ
ｂ_9.91Ｌａ_0.09）（Ｚｒ_0.65Ｔｉ_0. ₃₅）_0.8375Ｏ₃を用
いた静電容量式湿度センサが報告されている。しかしな
がら、定岡らの報告に係る湿度センサは、本発明者の追
試によれば感湿材料自体が潮解性があることが認められ
ており、それがため耐水性が非常に劣るという致命的な
欠点を有しているという問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、計測範囲が広
く、かつ耐結露性を含む耐環境ストレスも良好な湿度セ
ンサおよびその製法を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の湿度センサは、
静電容量式湿度センサであって、感湿膜が強誘電体から
なることを特徴とする。

【００１４】本発明の湿度センサにおいては、前記強誘
電体の比誘電率が１５０以上であるのが好ましい。

【００１５】また、本発明の湿度センサにおいては、前
記強誘電体がペロブスカイト型構造を有してなるのが好
ましい。この場合、前記ペロブスカイト型構造の格子定
数が２．５オングストローム以上とされてなるのがさら
に好ましい。また、前記ペロブスカイト型構造はＡＢＯ
_xで表され、ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の
中から選択された一つまたは二以上のものとされ、Ｂが
Ｔｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまたは二
つのものとされ、ｘがほぼ３とされてなるのが好まし
い。

【００１６】あるいは、前記ペロブスカイト型構造はＰ
ｂ（Ｚｒ_x，Ｔｉ_1-x）Ｏ_yで表され、ｘが０≦ｘ≦１と
されてなるのが好ましい。この場合、ｘが０．５≦ｘ≦
０．７とされてなるがより好ましく、ｘが０．６５とさ
れてなるのがさらに好ましい。

【００１７】また、本発明の湿度センサにおいては、感
湿膜が薄膜とされてなるのが好ましい。この場合、感湿
膜の膜厚が１μｍ以下とされてなるのが好ましく、感湿
膜の膜厚が１５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲とされてなる
のがより好ましく、感湿膜の膜厚が２５０ｎｍ〜６００
ｎｍの範囲とされてなるのがさらに好ましい。

【００１８】また、本発明の湿度センサにおいては、感
湿膜表面が−ＯＨ基，−ＣＯ基，−ＳＯ基などの官能基
により修飾されてなるのが好ましい。この場合、官能基
が−ＯＨ基とされてなるのがより好ましい。

【００１９】また、本発明の湿度センサにおいては、拡
散防止膜の上に感湿膜が形成されてなるのが好ましい。
この場合、所定膜厚の稠密な絶縁膜上に感湿膜が形成さ
れてなるのがより好ましい。

【００２０】また、本発明の湿度センサにおいては、前
記絶縁膜が強誘電体とされてなるのが好ましい。そし
て、前記強誘電体がペロブスカイト型構造を有してなる
のがより好ましい。

【００２１】この場合、前記ペロブスカイト型構造はＡ
ＢＯ_xで表され、ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる
群の中から選択された一つまたは二以上のものとされ、
ＢがＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまた
は二つのものとされ、ｘがほぼ３とされてなるのが好ま
しい。

【００２２】あるいは、前記ペロブスカイト型構造はＰ
ｂ（Ｚｒ_x，Ｔｉ_1-x）Ｏ_yで表され、ｘが０≦ｘ≦１と
されてなるのが好ましい。そして、ｘが０．５≦ｘ≦
０．７とされてなるのがより好ましく、ｘが０．６５と
されてなるのがさらに好ましい。

【００２３】また、本発明の湿度センサにおいては、感
湿膜が吸着可能量増加処理膜とされてなるのが好まし
い。

【００２４】また、本発明の湿度センサにおいては、感
湿膜が強制的に分極させられてなるのが好ましい。

【００２５】また、上部電極が、該上部電極形成後に加
熱されて多孔化されてなるのが好ましい。

【００２６】一方、本発明の静電容量式湿度センサの製
法の第１形態は、静電容量式湿度センサの製法であっ
て、基板の上に下部電極膜を形成し、該下部電極膜の上
に強誘電体の感湿膜を形成し、該感湿膜の上に上部電極
膜を形成することを特徴とし、本発明の静電容量式湿度
センサの製法の第２形態は、静電容量式湿度センサの製
法であって、基板の上に下部電極膜を形成し、該下部電
極膜の上に拡散防止膜を形成し、該拡散防止膜の上に強
誘電体の感湿膜を形成し、該感湿膜の上に上部電極膜を
形成することを特徴とし、本発明の静電容量式湿度セン
サの製法の第３形態は、静電容量式湿度センサの製法で
あって、基板の上に下部電極膜を形成し、該下部電極膜
の上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜の上に強誘電体の感湿
膜を形成し、該感湿膜の上に上部電極膜を形成すること
を特徴とする。

【００２７】本発明の静電容量式湿度センサの製法にお
いては、感湿膜に対して吸着可能量増加処理をなすのが
好ましい。この場合、前記吸着可能量増加処理は、例え
ば逆スパッタリング法またはエッチング法によりなされ
る。

【００２８】また、本発明の静電容量式湿度センサの製
法においては、感湿膜表面を官能基により修飾する修飾
処理をなすのが好ましい。この場合、前記修飾処理は、
例えば反応性スパッタリング法またはイオンプレーティ
ング法によりなされたり、感湿膜成膜後、該感湿膜をた
だちに水、硫酸、カルボン酸などの官能基含有溶液と接
触させることによりなされたりする。

【００２９】また、本発明の静電容量式湿度センサの製
法においては、感湿膜に対して強制分極処理をなすのが
好ましい。この場合、前記強制分極処理は、例えば直流
電圧を印加することによりなされる。

【００３０】しかして、本発明の湿度センサを用いて湿
度を計測する湿度計測装置、湿度および温度の両方を計
測する計測装置、湿度センサ素子表面の結露が検知でき
るように構成されてなる計測装置、上部電極、下部電極
またはリード線の断線が検知できるように構成されてな
ることを特徴とする計測装置などが得られる。なお、結
露が検知できるようにされている計測装置においては、
湿度センサを加熱する加熱機構が備えられているのが好
ましい。

【００３１】

【作用】本発明の湿度センサは、前記の如く構成されて
いるので、計測範囲が広くてしかも耐結露性を含む耐環
境性に優れている。

【００３２】また、本発明の湿度センサの好ましい形態
は耐温度依存性が優れているので、その湿度センサを用
いれば湿度の計測と同時に温度計測もなし得る。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる
実施形態のみに限定されるものではない。

【００３４】実施形態１本発明の実施形態１に係る湿度センサを図１および図２
に示す。

【００３５】湿度センサＳは、図１および図２に示すよ
うに、長方形状の基板１と、基板１表面に形成される下
部電極膜（以下、単に下部電極ということもある。）２
と、下部電極膜２の表面に形成される感湿膜３と、感湿
膜３表面に形成される多孔質上部電極膜（以下、単に上
部電極ということもある。）４と、下部電極膜２に電気
的に接続される下部電極リード線５と、多孔質上部電極
膜４に電気的に接続される上部電極リード線６とを主要
構成要素として備えてなる静電容量式湿度センサとされ
る。

【００３６】基板１は、例えばアルミナ基板、サファイ
ア基板、シリコン基板などの各種基板とされるが、高温
環境下で使用される場合には耐熱性基板とされる。

【００３７】下部電極膜２は電極膜本体２ａとリード部
２ｂとを有するものとされ、例えばＮｉ、Ｐｔなどの金
属、レニウム酸化物などの導電性酸化物などの導電性を
有する材質の薄膜とされる。この下部電極膜２は、スパ
ッタリング法、真空蒸着法などの公知の方法により基板
１表面にリード部２ｂを基板１の一方の側部に位置させ
て形成される。

【００３８】感湿膜３は強誘電体からなる膜とされ、前
記電極膜本体２ａとリード部２ｂの前記電極膜本体２ａ
との接続部とを覆うように形成される。この感湿膜３
は、スパッタリング法などの公知の膜形成法により下部
電極膜本体２ａとリード部２ｂの前記電極膜本体２ａと
の接続部とを覆うように形成される。この場合、感湿膜
３は薄膜とされるのが、応答速度の高速性を確保する
点、およびヒステリシスの減少を図る点から好ましい。
具体的には、膜厚は１μｍ以下であればよいが、あまり
薄いと下部電極２と上部電極４との短絡を生ずるおそれ
があるので、１５０ｎｍ〜７００ｎｍとされるのが好ま
しく、２５０ｎｍ〜６００ｎｍとされるのがより好まし
い。

【００３９】また、感湿膜３の表面は−ＯＨ基，−ＣＯ
基，−ＳＯ基などの官能基により修飾する修飾処理がな
されているのが好ましい。この修飾処理は、感湿膜３に
反応性スパッタリング処理、イオンプレーティング処理
を施すことにより、または成膜後ただちに水、硫酸、カ
ルボン酸等の官能基含有溶液に接触させる、例えば官能
基含有溶液に浸漬させることによりなされる。感湿膜３
表面に対してこのような修飾処理を行うのは、適度な吸
着水分量を確保するためである。つまり、検出される信
号レベルを高くするためである。この場合、生産の容易
性および結合エネルギーが強固である点から官能基は−
ＯＨ基とされるのが好ましい。

【００４０】さらに、感湿膜３は成膜後に逆スパッタリ
ング法（またはエッチング法）により、人為的に感湿膜
３表面の平滑度を下げて感湿膜３の表面積が増加させら
れてもよい。つまり、吸着できる水分量（以下、吸着可
能量という）の増加を図る吸着可能量増加処理をなして
もよい。なお、このようにして得られた感湿膜３を「吸
着可能量増加処理膜」と定義することにする。

【００４１】ここで、前記強誘電体は次の特性を有する
ものとされる。

【００４２】（１）比誘電率は１５０以上であること。
比誘電率をこのようにするのは、低誘電率層の生成を防
止するとともに、吸着水による容量変化を精度よく計測
するためである。

【００４３】（２）ペロブスカイト型構造を有するもの
であること。ペロブスカイト型構造を有するものとする
のは、強誘電体とするためである。

【００４４】（３）ペロブスカイト型構造の格子定数は
２．５Å以上であること。格子定数をこのようにするの
は、ペロブスカイト型構造において−ＯＨ基が形成され
るのは格子頂点であるので、格子定数を２．５Å以上と
することにより格子点間の距離を水素結合の平均距離＋
３δ（δ：水素結合距離の標準偏差）とすることがで
き、感湿膜３表面に吸着される水分子相互の水素結合を
妨げて、応答速度の高速性および低ヒステリシスが確保
されるからである。

【００４５】（４）ペロブスカイト型構造が、次のいず
れかの式により表されるものであること。

【００４６】ペロブスカイト型構造がＡＢＯ_xで表さ
れること。

【００４７】ここに、ＡはＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａから
なる群の中から選択された一つまたは二以上のものとさ
れ、ＢはＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つ
または二つのものとされ、ｘはほぼ３とされる。

【００４８】ペロブスカイト型構造がＰｂ（Ｚｒ_x，
Ｔｉ_1-x）Ｏ_yで表されること。

【００４９】ここに、ｘは０≦ｘ≦１とされればよい
が、０．５≦ｘ≦０．７とされるのが好ましく、０．６
５とされるのがより好ましく、またｙはほぼ３とされ
る。ペロブスカイト型構造を前記のもの、つまりＰＺＴ
とするのは、繰返し疲労に強く、かつキュリー温度が高
いことによる。また、ｘを０．６５とするのは、このと
きに比誘電率が最大となるからである。

【００５０】多孔質上部電極膜４はＡｕ，Ｎｉ，Ｗなど
からなるものであって、電極膜本体４ａとリード部４ｂ
とを有しかつ所望の水分子透過性および導電性を有する
ものとされる。かかる特性を有する多孔質薄膜は、例え
ば多孔質上部電極膜４としてＡｕを用いた場合には、ス
パッタリング法、真空蒸着法、レーザアブレーション法
などにより極薄い膜として形成することにより得られ
る。あるいは、やや厚めの膜を前述の手法にて形成した
後に加熱することによっても得られる。また、Ｎｉおよ
びＷを用いた場合にも同様にして形成することができ
る。図３および図４に、多孔質上部電極膜４の電子顕微
鏡写真をそれぞれ示す。ここで、図３は倍率が３，００
０倍のものを示し、図４は倍率が５０，０００倍のもの
を示す。

【００５１】しかして、この多孔質上部電極膜４と下部
電極膜２との導通を生じさせないようにするため、電極
膜本体４ａは前記感湿膜３からはみ出すことのないよう
に、またそのリード部４ｂは基板１の他方の側部に位置
させて形成される。

【００５２】下部電極膜２のリード部２ｂの端部と、下
部電極リード線５の先端部との接続は、例えばリード線
５の先端部に導電性クリップを設け、そのクリップによ
りリード部２ｂの端部を基板１ごと挾み込むようにして
なしてもよく、下部電極リード線５の先端部をリード部
２ｂの端部に導電性の接着剤、ハンダ付け、ロー付けな
どによりなしてもよく、また両者を併用してなしてもよ
い。また、上部電極膜４のリード部４ｂの端部と、上部
電極リード線６の先端部との接続も同様にしてなされ
る。なお、接続部の機械的強度および美観を向上させる
ため、接続部をセラミックペーストにより固めてもよ
い。

【００５３】次に、かかる構成とされている湿度センサ
Ｓの製法について説明する。

【００５４】（１）アルミナ基板１を所定サイズに調整
する。

【００５５】（２）アルミナ基板１表面に下部電極膜２
を所定パターンにて形成する。

【００５６】（３）感湿膜３をスパッタリング法、真空
蒸着法、ＣＶＤ法などによりアルミナ基板１表面に下部
電極膜２の電極膜本体２ｂを覆うように形成する。

【００５７】（４）必要に応じて感湿膜３の成膜後に、
逆スパッタリング、ケミカルエッチングなどにより吸着
可能量増加処理をなしてもよい。

【００５８】（５）必要に応じて反応性スパッタリング
法により感湿膜３表面を−ＯＨ基，−ＣＯ基，−ＳＯ基
などの官能基により修飾する。この場合、反応性スパッ
タリングに代えてイオンプレーティングを用いてもよ
い。あるいは、成膜後ただちに水、硫酸、カルボン酸な
どに接触させることにより、感湿膜３表面を−ＯＨ基，
−ＣＯ基，−ＳＯ基などの官能基により修飾してもよ
い。

【００５９】（６）感湿膜３の表面に多孔質上部電極膜
４を所定パターンにて形成する。

【００６０】（７）後熱処理を所定温度にて所定時間行
う。

【００６１】（８）下部電極膜２のリード部２ｂに下部
電極側リード線５および多孔質上部電極膜４のリード部
４ｂに上部電極側リード線６を接続する。これにより、
湿度センサＳの製造が完了する。

【００６２】この場合、（１）において大面積のアルミ
ナ基板１を用いて（２）〜（７）の工程を行った後、大
面積のアルミナ基板１をレーザカットなどにより所定サ
イズに分割してもよい。また、後熱処理および煮沸処理
はリード線５，６を接続した後になしてもよく、熱処理
は（５）および（７）の工程の後にそれぞれなしてもよ
い。さらに、（６）では感湿膜３上にＤＣスパッタリン
グによりＡｕの上部電極膜を形成し、（７）の後熱処理
により上部電極膜を多孔質化して多孔質電極膜４として
もよい。図５および図６にＤＣスパッタリングにより得
られた電極膜の顕微鏡写真を示す。図５および図６より
感湿膜３上に均質な電極膜が形成されているのが認めら
れる。なお、図３および図４は、図５および図６に示す
電極膜に対して大気中で６００℃で２０時間加熱した状
態、つまり後熱処理した状態の電極膜の顕微鏡写真であ
る。図３および図４より、金が凝集して多孔質化して多
孔質電極膜４なっているのがわかる。

【００６３】しかして、得られた湿度センサＳの特性を
調べたところ、所定温度範囲において所望の特性が得ら
れた。また、ヒステリシスも実用上問題となるものでは
なかった。その上、前述したように、上部電極膜が多孔
質上部電許膜４とされているので、感湿膜３における水
分の速やかな吸脱着がなし得るのが理解される。

【００６４】なお、実施形態１においては、下部電極２
と上部電極４は長方形状の平板とされているが、上部電
極４および下部電極２の形状ならびに電極２，４とリー
ド線５，６との接続は各種とすることができ、例えば図
７（ａ）〜図７（ｄ）に示すような形状とすることもで
きる。ここで、図７（ａ）は下部電極２を対向電極２
Ａ，２Ｂとしてその上に感湿膜３および上部電極４をこ
の順で形成してなるものであり、図７（ｂ）は下部電極
２を櫛の歯電極２Ｃ，２Ｄとしてその上に感湿膜３およ
び上部電極４をこの順で形成してなるものであり、図７
（ｃ）は上部電極４と下部電極２のそれぞれのリード線
５，６をワイヤボンディングにより接続してなるもので
あり、図７（ｄ）は中央に透孔７を形成するとともに、
上部電極４と下部電極２のそれぞれのリード線５，６を
ワイヤボンディングにより接続してなるものである。

【００６５】実施形態２本発明の実施形態２に係る湿度センサＳ１を図８（ａ）
および（ｂ）に示す。この実施形態２は実施形態１を改
変してなるものであって、図８に示すように、下部電極
膜２の上に拡散防止膜８を形成し、その上に感湿膜３お
よび多孔質上部電極膜４をこの順で形成した後、下部電
極膜２および上部電極膜４をそれぞれリード線５，６と
接続してなるものである。

【００６６】拡散防止膜８は例えばＴｉＯ₂の薄膜とさ
れ、例えばスパッタリング法や真空蒸着法により形成さ
れる。拡散防止膜８はＴｉＯ₂薄膜に限定されるもので
はなく、ルテニウム酸化物などの一般にコンデンサに用
いられている各種の拡散防止膜８とされてもよい。この
拡散防止膜８を設けるのは、下部電極膜２を構成してい
る材料が感湿膜３中に拡散し、それにより感湿膜３およ
び下部電極膜２が劣化するのを防止するためである。

【００６７】また、この実施形態２においては、実施形
態１と同様に逆スパッタリング法により吸着可能量増加
処理をなしてもよく、感湿膜３表面を官能基により修飾
してもよい。

【００６８】実施形態２の湿度センサＳ１は、下部電極
２と感湿膜３との間に拡散防止膜８を設けているので、
下部電極２を構成している材料が感湿膜３中に拡散して
下部電極２が劣化されるのが防止されるとともに、下部
電極２と上部電極４との短絡が防止されて製品の歩留ま
りが向上されるという実施形態１の湿度センサＳでは得
られない効果も得られる。

【００６９】実施形態３本発明の実施形態３に係る湿度センサＳ２を図９（ａ）
および（ｂ）に示す。この実施形態３は実施形態１を改
変してなるものであって、図９に示すように、下部電極
膜２の上に絶縁膜９を形成し、その上に感湿膜３および
多孔質上部電極膜４をこの順で形成した後、下部電極膜
２および上部電極膜４をそれぞれリード線５，６と接続
してなるものである。

【００７０】この絶縁膜９を設けるのは次のような理由
による。すなわち、用いる基板１の表面が粗い場合に通
常どおりに感湿膜３を形成すると、図１０に示すよう
に、下部電極膜２が形成されている基板１表面に感湿膜
３による被覆がなされない箇所が発生し、そのような状
態で上部電極膜４を形成すると、上部電極膜４と下部電
極膜２との短絡が起こり湿度センサＳ２として機能しな
くなるからである。

【００７１】そのため、絶縁膜９は緻密で相当の厚さを
有する強誘電体膜、例えばＰＺＴ膜とされて、例えばス
パッタリング法により形成される。絶縁膜９はＰＺＴ膜
に限定されるものではなく、前述した各種ペロブスカイ
ト型構造を有するものを好適に用いることができる。こ
の絶縁膜９の成膜は、前記絶縁膜９の特質から、成膜温
度は高くし、例えば４００℃以上とし、ガス圧は比較的
低くし、例えば０．４Ｐａ以下とされる。

【００７２】感湿膜３は下部に絶縁膜９が形成されてい
るので、計測のみに必要な膜、つまり粗くて薄い膜とす
ることができる。そのため、成膜温度は低くてよく例え
ば１５℃〜６５℃の範囲とされ、ガス圧は高くてよく、
例えば１Ｐａ以下とされる。

【００７３】また、この実施形態３では実施形態１と同
様に、吸着可能量増加処理をなしてもよく、また感湿膜
３表面を官能基により修飾してもよい。

【００７４】さらに、この実施形態３では湿度センサＳ
２としての感度を向上させるため、絶縁膜９および感湿
膜３が分極処理（強制分極処理）がなされてもよい。す
なわち、上部電極膜４の成膜後に絶縁膜９と感湿膜３に
対して所定電圧の直流電圧を印加する処理がなされても
よい。印加する電界強度は４０Ｖ／ｍ〜４ｘ１０⁸Ｖ／
ｍとされる。

【００７５】なお、この分極処理は実施形態１および実
施形態２においてなされてもよい。

【００７６】実施形態３の湿度センサＳ２は、下部電極
２と感湿膜３との間に絶縁膜９を設けているので、表面
粗さの粗い基板１を用いることができるとともに、下部
電極２を形成している金属粒子による悪影響を緩和する
ことができる。例えば、下部電極２をミクロンオーダの
粗い金属粒子により形成しても、下部電極２と上部電極
４との短絡を防止できる。また、感湿膜３成膜時に基板
１表面にチリなどが付着していて、そのチリが上部電極
膜４の成膜時に脱落しても上部電極４と下部電極２とが
短絡するのが防止されて製品の歩留まりが向上する。

【００７７】さらに、絶縁膜９と感湿膜３とに直流電圧
を印加して分極させている実施形態３の好ましい態様に
よれば、湿度センサＳ２の感度を著しく向上できるとい
う実施形態１の湿度センサＳでは得られない効果が得ら
れる。例えば、静電容量のオーダを１ランク上昇させる
ことができる。また、上部電極４と下部電極２との間に
直流電圧を印加することにより、上部電極４と下部電極
２との間に短絡箇所があればその短絡箇所を消失させる
こともできる。そのため、製品の歩留まりも向上する。

【００７８】次に、本発明の湿度センサＳによる温度計
測について説明する。この温度計測は本発明の湿度セン
サＳの抵抗値と温度との間には一定の関係があるという
知見に基づくものである。なお、以下の説明において
は、便宜的に実施形態１の湿度センサＳを用いた温度計
測について説明するが、温度計測が可能なものは実施形
態１の湿度センサＳに限定されるものではなく、その他
の実施形態の湿度センサＳによっても計測可能である。

【００７９】図１１に、実施形態１の湿度センサＳを用
いた温度計測装置Ａのブロック図を示す。

【００８０】図１１（ａ）に示す温度計測装置Ａ１は、
湿度センサＳと、湿度センサＳからの計測値に基づいて
湿度センサＳの抵抗を計測する抵抗計測部２０と、抵抗
計測部２０により計測された抵抗値により温度を算出す
る抵抗・温度テーブル３１を有する演算処理部３０とを
主要構成要素として備えてなる。

【００８１】温度計測装置Ａ１は前記の如く構成されて
いるので、実施形態１の湿度センサＳを用いて温度計測
がなし得る。

【００８２】図１１（ｂ）に示す温度計測装置Ａ２は、
湿度センサＳと、湿度センサＳからの計測値に基づいて
湿度センサＳの静電容量および抵抗を計測する静電容量
・抵抗計測部２２と、静電容量・抵抗計測部２２により
計測された静電容量値および抵抗値により温度を算出す
る、静電容量・抵抗・温度テーブル３２を有する演算処
理部３０とを主要構成要素として備えてなる。この静電
容量・抵抗・温度テーブル３２は、湿度センサＳの抵抗
値が湿度により若干変動するため、計測された静電容量
値により湿度による抵抗値の変動を補償して温度を算出
するように構成されている。そのため、温度計測装置Ａ
２によれば、温度計測装置Ａ１より精度よく温度計測が
なし得る。

【００８３】しかして、かかる機能を有する温度計測装
置Ａ１，Ａ２は、マイクロコンピュータを用いて容易に
実現することができる。

【００８４】このように、実施形態１の湿度センサＳに
よれば、湿度計測ばかりでなく、温度計測も同時になし
得るのが理解される。

【００８５】なお、図示例においては、演算処理部３０
にテーブルを設けて湿度センサＳの計測値から温度を算
出するようにされているが、関数により温度を算出する
ようにされてもよい。また、図示例ではソフトウエアに
より温度を計測するようにされているが、温度計測専用
の回路を設けて温度を計測するようにしてもよい。

【００８６】

【実施例】以下、より具体的な実施例により、本発明を
より具体的に説明する。

【００８７】実施例１下部電極膜が形成されたアルミナ基板に感湿膜を以下の
条件で形成し、ついで得られた感湿膜を以下の条件で逆
スパッタリング処理、後熱処理および後処理をした後、
多孔質上部電極を形成して湿度センサを得た。

【００８８】感湿膜成膜条件膜質：ＰＺＴ（Ｚｒ＝０．６５）基板温度：５００℃ 使用ガス：Ａｒ，Ｏ₂ 使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ₂＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃ
ｃｍ使用ガス総圧力：０．２９ＰａＲＦ出力：１００Ｗスパッタリング時間：２時間

【００８９】逆スパッタリング条件基板温度：５００℃ 使用ガス：Ａｒ，Ｏ₂ 使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ₂＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃ
ｃｍ使用ガス総圧力：０．２９ＰａＲＦ出力：１００Ｗ時間：２５分

【００９０】後熱処理条件温度：６００℃ 時間：２０時間

【００９１】後処理条件処理：煮沸時間：２時間

【００９２】得られた実施例１の湿度センサの各特性を
調査し、その結果を図１２、１３、１５、１６、１７、
１８に示す。

【００９３】図１２は、温度をパラメータとして相対湿
度と静電容量との関係を示したグラフで、図１２より実
施例１の湿度センサは、温度依存性は有するものの、相
対湿度と静電容量とは一定の関係を有しているのが認め
られる。また、相対湿度と静電容量との関係は再現性を
有していことも認められる。なお、この温度依存性は測
定器側の演算処理部により補正できるので、実用上問題
はない。

【００９４】図１３は、温度３０℃における相対湿度と
湿度センサの静電容量との関係を示すグラフに、センサ
素子表面に結露が生じたときの静電容量、および電極
（電極膜）またはリード線が開放されたときの静電容量
を併せて示したグラフである。図１３より、センサ素子
表面に結露が生じたときには静電容量値が相対湿度が１
００％時における静電容量値よりも大きくなる一方、電
極またはリード線が開放されたときには静電容量値が極
端に小さくなるのがわかる。したがって、結露あるいは
断線が生じたときには静電容量値が極端に変動すると理
解できる。そのため、静電容量値の変動を監視すること
により、センサ素子表面の結露あるいは電極やリード線
の断線を検知できる。その検知は具体的には次のように
してなし得る。

【００９５】例えば、湿度計測装置における湿度センサ
の静電容量の検出値が１．０ｘ１０ ^-11Ｆ以下であれば
断線として断線アラームを出力するようにする一方、静
電容量の検出値が１．５ｘ１０^-9Ｆ以上であればアラー
ムを出力するようにする。後者の場合、結露アラームと
しないのは、短絡の場合にも静電容量の検出値が異常に
上昇するためである。なお、後者の場合、湿度センサに
ヒータ等の加熱機構が付加されていて昇温可能であれ
ば、まず結露の可能性を考えてセンサ素子の温度を上昇
させて、所定時間経過後に静電容量の検出値が所定値に
復帰すれば、結露が解消されたと判断して測定を継続す
る。その逆に、所定時間が経過しても静電容量の検出値
が所定値に復帰しなければ、アラームを出力する。

【００９６】この場合、出力されるアラームは、例えば
結露表示、断線表示、接点信号、ブザーなど種々のもの
とすることができ、その出力も例えば静電容量の検出値
が閾値を超えるとただちになしたり、所定時間内におけ
る静電容量の検出値が閾値を超える回数が所定回を超え
てからなすようにしてもよい。また、要アラームの判定
に用いられる閾値も湿度センサに応じて適宜設定され
る。なお、結露の解消判断も同様とすることができる。

【００９７】図１４に、かかる機能を有する計測装置を
ブロック図で示す。図１４に示す計測装置Ａ３において
は、湿度センサＳの検出値が静電容量計測部２４に送出
され、静電容量計測部２４は入力された検出値から静電
容量を計測してその計測値を演算処理部３０に送出す
る。演算処理部３０の加熱指示部３５は静電容量の計測
値が閾値を超えている場合、湿度センサＳに付加されて
いるヒータＨに加熱を指示する。アラーム判定部３６
は、静電容量の計測値に応じて断線アラーム、結露アラ
ーム、短絡アラームを出力する。短絡アラームは、例え
ばヒータＨによる加熱を所定時間行なっても静電容量の
計測値が所定値に復帰しない場合になされる。

【００９８】このように、図１４に示す計測装置Ａ３に
よれば、湿度センサＳの異常に対して自動対応がなし得
る。また、湿度センサＳの故障や結露などにより正常な
計測がなし得ない状態を検知できることにより、湿度セ
ンサＳの不具合による異常値の記録、意図しない制御が
なされるのが防止される。

【００９９】図１５（ａ）は、塩化ナトリウム飽和塩に
よって充分な安定時間をおき、一定湿度雰囲気にされた
デシケータに実施例１の湿度センサをすばやく挿入して
湿度指示値（静電容量）の時間変化を記録したグラフで
ある。なお、デシケータ内は無風とされ、またキャップ
は用いていない。

【０１００】図１５（ｂ）は、比較のために感湿膜にポ
リマーを用いた市販の静電容量式湿度センサ（以下、比
較例１の湿度センサという）の湿度指示値の時間変化を
実施例１の湿度センサの場合と同一条件下で記録したグ
ラフである。

【０１０１】図１５（ａ）および図１５（ｂ）より、実
施例１の湿度センサは１００秒程度で指示値が完全に安
定するのが認められるのに対し、比較例１の湿度センサ
は３００秒が経過しても指示値が安定していないのが認
められる。したがって、実施例１の湿度センサは、比較
例１の湿度センサに対して応答性が優れているといえ
る。

【０１０２】図１６（ａ）は、実施例１の湿度センサの
結露サイクル試験の結果を示すグラフであり、図１６
（ｂ）は比較例１の湿度センサの結露サイクル試験の結
果を示すグラフである。結露サイクル試験は、沸騰した
純水でセンサ素子部分を３時間煮沸した後、常温・常湿
で乾燥するという方法で行い、実施例１の湿度センサに
ついては各基準湿度における静電容量を計測し、比較例
１の湿度センサについては各基準湿度における湿度指示
値を計測した。

【０１０３】図１６（ａ）および図１６（ｂ）より、実
施例１の湿度センサは試験を行った各相対湿度におい
て、静電容量変化を湿度指示値変化に換算した状態で、
数％の変化しか認められず再現性を有しているのに対
し、比較例１の湿度センサは試験を行った各相対湿度に
おいて、基準湿度に対する偏差が試験前の５％未満から
１５％を超えるようになり再現性を有していないのが認
められる。したがって、実施例１の湿度センサは比較例
１の湿度センサに対して耐結露性に優れているといえ
る。

【０１０４】図１７は、実施例１の湿度センサの温度を
パラメータとして相対湿度と抵抗との関係を示すグラフ
である。図１７より、抵抗値の湿度依存性はほとんどな
いことが認められる。

【０１０５】図１８は、実施例１の湿度センサの相対湿
度０％における温度と抵抗との関係示したグラフであ
る。図１８より、温度と抵抗との間には一定の関係があ
るのが認められる。

【０１０６】図１２、図１７および図１８より、実施例
１の湿度センサにより抵抗値のみで概略の温度を検出す
ることもできるのが理解される。また、抵抗値と静電容
量値を用いれば、精密に温度計測がなし得るのが理解さ
れる。つまり、実施例１の湿度センサにより湿度と温度
の両方が同時に計測あるいは検出することができるのが
理解される。さらに、図１３および図１４より湿度セン
サＳの断線や結露なども検知できるのも理解される。

【０１０７】実施例２下部電極膜が形成されたアルミナ基板に拡散防止膜およ
び感湿膜を以下の条件で形成し、ついで得られた感湿膜
を以下の条件で後熱処理および後処理をした後、多孔質
上部電極を形成して湿度センサを得た。

【０１０８】拡散防止膜成膜条件膜質：ＴｉＯ₂ 基板温度：５００℃ 使用ガス：Ａｒ，Ｏ₂ 使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ₂＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃ
ｃｍ使用ガス総圧力：０．２４ＰａＲＦ出力：１００Ｗスパッタリング時間：３０分

【０１０９】感湿膜成膜条件膜質：ＰＺＴ（Ｚｒ＝０．６５）基板温度：５００℃ 使用ガス：Ａｒ，Ｏ₂ 使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ₂＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃ
ｃｍ使用ガス総圧力：０．２４ＰａＲＦ出力：１００Ｗスパッタリング時間：２時間

【０１１０】後熱処理条件温度：６００℃ 時間：２０時間

【０１１１】後処理条件処理：煮沸時間：４時間

【０１１２】得られた実施例２の湿度センサについて高
温さらし試験を行った。また、比較のために感湿膜にポ
リマーを用いた市販の静電容量式湿度センサ（以下、比
較例２の湿度センサという）について高温さらし試験を
行った。高温さらし試験は、実施例２の湿度センサにつ
いては２５０℃の温度雰囲気に２４時間さらすことによ
り行い、比較例２の湿度センサについては２００℃の温
度雰囲気に２４時間さらすことにより行った。

【０１１３】図１９（ａ）に実施例２の湿度センサの各
基準湿度に対する静電容量の試験前後の変化を示し、図
１９（ｂ）に比較例２の湿度センサの各基準湿度に対す
る湿度指示値の試験前後の変化を示す。

【０１１４】図１９（ａ）および図１９（ｂ）より、実
施例２の湿度センサは試験を行った各基準湿度におい
て、静電容量変化を湿度指示値変化に換算した状態で、
数％の変化しか認められず再現性を有しているのに対
し、比較例２の湿度センサは試験を行った各基準湿度に
おいて、基準湿度に対する偏差が試験前の５％程度から
２５％近くにまでなり再現性を有していないのが認めら
れる。したがって、実施例２の湿度センサは比較例２の
湿度センサに対して耐高温さらし性に優れているといえ
る。

【０１１５】実施例３および比較例３下部電極膜が形成されたアルミナ基板に拡散防止膜およ
び感湿膜を以下の条件で形成し、ついで得られた感湿膜
を以下の条件で後熱処理および後処理をした後、多孔質
上部電極を形成して湿度センサを得た（実施例３）。後
処理をしなかった他は実施例３と同様にして湿度センサ
を得た（比較例３）。

【０１１６】拡散防止膜成膜条件膜質：ＴｉＯ₂ 基板温度：５００℃ 使用ガス：Ａｒ，Ｏ₂ 使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ₂＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃ
ｃｍ使用ガス総圧力：０．２８ＰａＲＦ出力：３００Ｗスパッタリング時間：３０分

【０１１７】感湿膜成膜条件膜質：ＰＺＴ（Ｚｒ＝０．６５）基板温度：５００℃ 使用ガス：Ａｒ，Ｏ₂ 使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ₂＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃ
ｃｍ使用ガス総圧力：０．２８ＰａＲＦ出力：３００Ｗスパッタリング時間：５時間

【０１１８】後熱処理条件温度：６００℃ 時間：２０時間

【０１１９】後処理条件処理：煮沸時間：２時間

【０１２０】実施例３および比較例３の湿度センサのそ
れぞれについて、相対湿度に対する静電容量の変化を温
度をパラメータとして計測した。図２０にその結果を示
す。図２０より、実施例３の湿度センサは、温度の違い
による静電容量計測値のずれが小さく、比較例３の湿度
センサは、温度の違いによる静電容量計測値のずれが大
きいのがわかる。したがって、実施例３の湿度センサの
方が比較例３の湿度センサより特性が改善されていると
いえる。

【０１２１】実施例４下部電極膜が形成されたアルミナ基板に拡散防止膜およ
び感湿膜を以下の条件で形成し、ついで得られた感湿膜
を以下の条件で後熱処理および後処理をした後、多孔質
上部電極を形成して湿度センサを得た。

【０１２２】拡散防止膜成膜条件膜質：ＴｉＯ₂ 基板温度：５００℃ 使用ガス：Ａｒ，Ｏ₂ 使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ₂＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃ
ｃｍ使用ガス総圧力：０．２８ＰａＲＦ出力：１００Ｗスパッタリング時間：３０分

【０１２３】感湿膜成膜条件膜質：ＭｇＴｉＯ₃ 基板温度：５００℃ 使用ガス：Ａｒ，Ｏ₂ 使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ₂＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃ
ｃｍ使用ガス総圧力：０．２８ＰａＲＦ出力：１００Ｗスパッタリング時間：２時間

【０１２４】後熱処理条件温度：６００℃ 時間：２０時間

【０１２５】後処理条件処理：煮沸時間：２時間

【０１２６】実施例４の湿度センサについて、温度をパ
ラメータとして相対湿度に対する静電容量の変化を計測
した。図２１にその結果を示す。図２１より、実施例４
の湿度センサは、温度の違いによる静電容量計測値のず
れが小さいのがわかる。したがって、実施例４の湿度セ
ンサは耐温度依存性が優れているといえる。

【０１２７】実施例５下部電極膜が形成されたアルミナ基板に拡散防止膜およ
び感湿膜を以下の条件で形成して湿度センサを得た。

【０１２８】拡散防止膜成膜条件膜質：ＴｉＯ₂ 基板温度：５００℃ 使用ガス：Ａｒ，Ｏ₂ 使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ₂＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃ
ｃｍ使用ガス総圧力：０．２８ＰａＲＦ出力：１００Ｗスパッタリング時間：３０分

【０１２９】感湿膜成膜条件膜質：ＢａＴｉＯ₃ 基板温度：５００℃ 使用ガス：Ａｒ，Ｏ₂ 使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ₂＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃ
ｃｍ使用ガス総圧力：０．２８ＰａＲＦ出力：１００Ｗスパッタリング時間：２時間

【０１３０】実施例５の湿度センサについて、温度をパ
ラメータとして相対湿度に対する静電容量の変化を計測
した。図２２にその結果を示す。図２２より、実施例５
の湿度センサは、温度の違いによる静電容量計測値のず
れが小さいのがわかる。したがって、実施例５の湿度セ
ンサは耐温度依存性が優れているといえる。

【０１３１】実施例６下部電極膜が形成されたアルミナ基板に絶縁膜および感
湿膜を以下の条件で形成し、ついで得られた感湿膜を以
下の条件で後熱処理および後処理をした後、多孔質上部
電極を形成して湿度センサを得た。

【０１３２】絶縁膜成膜条件膜質：ＰＺＴ（Ｚｒ＝０．６５）基板温度：５００℃ 使用ガス：Ａｒ，Ｏ₂ 使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ₂＝３ｓｃｃｍ／０．３４ｓ
ｃｃｍ使用ガス総圧力：０．３２ＰａＲＦ出力：２００Ｗスパッタリング時間：８時間

【０１３３】感湿膜成膜条件膜質：ＰＺＴ（Ｚｒ＝０．６５）基板温度：１５〜６２℃ 使用ガス：Ａｒ，Ｏ₂ 使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ₂＝１０ｓｃｃｍ／１．３１
ｓｃｃｍ使用ガス総圧力：０．９２ＰａＲＦ出力：２００Ｗスパッタリング時間：８時間

【０１３４】後熱処理条件温度：６００℃ 時間：２０時間

【０１３５】後処理条件処理：ＤＣ１２０Ｖ印加実施例６の湿度センサについて、温度をパラメータとし
て相対湿度に対する静電容量の変化を計測した。図２３
（ａ）にその結果を示す。図２３（ａ）より、実施例６
の湿度センサは、初期静電容量および静電容量変化量が
大きいのがわかる。また、実施例６の湿度センサについ
て、温度をパラメータとして相対湿度に対する抵抗の変
化を計測した。図２３（ｂ）にその結果を示す。図２３
（ｂ）より、実施例６の湿度センサは、実施例１の湿度
センサに比較して抵抗値が高いのが理解される（図１７
参照）。これにより、計測回路の実現が容易となりの
で、信頼性の高い計測がなし得る。

【０１３６】実施例７下部電極膜が形成されたアルミナ基板に感湿膜を以下の
条件で形成し、ついで得られた感湿膜を以下の条件で後
熱処理および後処理をした後、多孔質上部電極を形成し
て湿度センサを得た。

【０１３７】感湿膜成膜条件膜質：ＰＺＴ（Ｚｒ＝０．６５）基板温度：５００℃ 使用ガス：Ａｒ，Ｏ₂ 使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ₂＝３ｓｃｃｍ／０．３４ｓ
ｃｃｍ使用ガス総圧力：０．３２ＰａＲＦ出力：２００Ｗスパッタリング時間：８時間

【０１３８】後処理条件処理：ＤＣ３．５Ｖ印加

【０１３９】実施例７の湿度センサについて、温度をパ
ラメータとして相対湿度に対する静電容量の変化を計測
した。図２４にその結果を示す。図２４より、実施例７
の湿度センサは他の実施例の湿度センサより静電容量が
一桁程度大きいことがわかる。したがって、実施例７の
湿度センサは、他の実施例の湿度センサよりより精度の
高い計測がなし得る。

【０１４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の湿度セン
サによれば次のような優れた効果が得られる。

【０１４１】（１）耐結露性を包含する耐環境性に優れ
ている。

【０１４２】（２）計測範囲が広い。

【０１４３】（３）応答性がよい。

【０１４４】（４）耐温度依存性に優れている。

【０１４５】（５）湿度と温度が同時に計測できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の湿度センサの正面図であ
る。

【図２】同側面断面図である。

【図３】多孔質上部電極膜の後熱処理後における倍率が
３，０００倍の電子顕微鏡写真である。

【図４】多孔質上部電極膜の後熱処理後における倍率が
５０，０００倍の電子顕微鏡写真である。

【図５】多孔質上部電極膜の後熱処理前における倍率が
３，０００倍の電子顕微鏡写真である。

【図６】多孔質上部電極膜の後熱処理前における倍率が
５０，０００倍の電子顕微鏡写真である。

【図７】本発明の実施形態１の湿度センサは変形例を示
す概略図であって、同（ａ）は下部電極を対向電極とし
てなるものであり、同（ｂ）は下部電極を櫛の歯電極と
してなるものであり、同（ｃ）は上部電極と下部電極を
それぞれワイヤボンディングにより接続してなるもので
あり、同（ｄ）は中央に透孔を形成し、かつ上部電極と
下部電極をそれぞれワイヤボンディングにより接続して
なるものである。

【図８】本発明の実施形態２の湿度センサの概略図であ
って、同（ａ）は正面図、同（ｂ）は側面断面図をそれ
ぞれ示す。

【図９】本発明の実施形態３の湿度センサの概略図であ
って、同（ａ）は正面図、同（ｂ）は側面断面図をそれ
ぞれ示す。

【図１０】基板表面が粗い場合に上部電極と下部電極と
の短絡が生ずることを示す説明図である。

【図１１】実施形態１の湿度センサを用いた温度計測装
置のブロック図であって、同（ａ）は抵抗値のみにより
計測をなす装置を示し、同（ｂ）は抵抗値と静電容量値
により計測をなす装置を示す。

【図１２】実施例１の湿度センサの相対湿度と静電容量
との関係を示すグラフである。

【図１３】実施例１の湿度センサの相対湿度と静電容量
との関係を示すグラフである。

【図１４】実施例１の湿度センサを用いた計測装置の一
例のブロック図である。

【図１５】湿度センサの応答性を示すグラフであって、
同（ａ）は実施例１を示し、同（ｂ）は比較例１を示
す。

【図１６】湿度センサの結露サイクル試験結果のグラフ
であって、同（ａ）は実施例１を示し、同（ｂ）は比較
例１を示す。

【図１７】実施例１の湿度センサの相対湿度と抵抗との
関係を示すグラフである。

【図１８】実施例１の湿度センサの温度と抵抗との関係
を示すグラフである。

【図１９】湿度センサの高温さらし試験結果のグラフで
あって、同（ａ）は実施例２を示し、同（ｂ）は比較例
２を示す。

【図２０】実施例３の湿度センサと比較例３の湿度セン
サの相対湿度と静電容量との関係を示すグラフである。

【図２１】実施例４の湿度センサの相対湿度と静電容量
との関係を示すグラフである。

【図２２】実施例５の湿度センサの相対湿度と静電容量
との関係を示すグラフである。

【図２３】実施例６の湿度センサの特性を示すグラフで
あって、同（ａ）は相対湿度と静電容量との関係を示
し、同（ｂ）は相対湿度と抵抗との関係を示す。

【図２４】実施例７の湿度センサの相対湿度と静電容量
との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１基板２下部電極膜、下部電極３感湿膜４上部電極膜、上部電極５下部電極リード線６上部電極リード線７透孔８拡散防止膜９絶縁膜２０抵抗計測部２２静電容量・抵抗計測部２４静電容量計測部３０演算処理部３１抵抗・温度テーブル３２静電容量・抵抗・温度テーブル３５加熱指示部３６アラーム判定部Ａ温度計測装置Ｓ湿度センサＨヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電容量式湿度センサであって、感湿膜
が強誘電体からなることを特徴とする湿度センサ。
【請求項２】前記強誘電体の比誘電率が１５０以上で
あることを特徴とする請求項１記載の湿度センサ。
【請求項３】前記強誘電体がペロブスカイト型構造を
有してなることを特徴とする請求項１記載の湿度セン
サ。
【請求項４】前記ペロブスカイト型構造の格子定数が
２．５オングストローム以上とされてなることを特徴と
する請求項３記載の湿度センサ。
【請求項５】前記ペロブスカイト型構造はＡＢＯ_xで
表され、ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択さ
れた一つまたは二以上のものとされ、ＢがＴｉ，Ｚｒか
らなる群の中から選択された一つまたは二つのものとさ
れ、ｘがほぼ３とされてなることを特徴とする請求項３
記載の湿度センサ。
【請求項６】前記ペロブスカイト型構造はＰｂ（Ｚｒ
_x，Ｔｉ_1-x）Ｏ_yで表され、ｘが０≦ｘ≦１とされてな
ることを特徴とする請求項３記載の湿度センサ。
【請求項７】ｘが０．５≦ｘ≦０．７とされてなるこ
とを特徴とする請求項６記載の湿度センサ。
【請求項８】ｘが０．６５とされてなることを特徴と
する請求項７記載の湿度センサ。
【請求項９】感湿膜が薄膜とされてなることを特徴と
する請求項１ないし請求項８記載の湿度センサ。
【請求項１０】感湿膜の膜厚が１μｍ以下とされてな
ることを特徴とする請求項９記載の湿度センサ。
【請求項１１】感湿膜の膜厚が１５０ｎｍ〜７００ｎ
ｍの範囲とされてなることを特徴とする請求項１０記載
の湿度センサ。
【請求項１２】感湿膜の膜厚が２５０ｎｍ〜６００ｎ
ｍの範囲とされてなることを特徴とする請求項１１記載
の湿度センサ。
【請求項１３】感湿膜表面が−ＯＨ基，−ＣＯ基，−
ＳＯ基などの官能基により修飾されてなることを特徴と
する請求項１ないし請求項１２記載の湿度センサ。
【請求項１４】前記官能基が−ＯＨ基とされてなるこ
とを特徴とする請求項１３記載の湿度センサ。
【請求項１５】拡散防止膜の上に感湿膜が形成されて
なることを特徴とする請求項１ないし請求項１４記載の
湿度センサ。
【請求項１６】所定膜厚の稠密な絶縁膜上に感湿膜が
形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項
１５記載の湿度センサ。
【請求項１７】前記絶縁膜が強誘電体とされてなるこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項１６記載の湿度セ
ンサ。
【請求項１８】前記強誘電体がペロブスカイト型構造
を有してなることを特徴とする請求項１ないし請求項１
７記載の湿度センサ。
【請求項１９】前記ペロブスカイト型構造はＡＢＯ_x
で表され、ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択さ
れた一つまたは二以上のものとされ、ＢがＴｉ，Ｚｒか
らなる群の中から選択された一つまたは二つのものとさ
れ、ｘがほぼ３とされてなることを特徴とする請求項１
ないし請求項１８記載の湿度センサ。
【請求項２０】前記ペロブスカイト型構造はＰｂ（Ｚ
ｒ_x，Ｔｉ_1-x）Ｏ_yで表され、ｘが０≦ｘ≦１とされて
なることを特徴とする請求項１ないし請求項１８記載の
湿度センサ。
【請求項２１】ｘが０．５≦ｘ≦０．７とされてなる
ことを特徴とする請求項１ないし請求項２０記載の湿度
センサ。
【請求項２２】ｘが０．６５とされてなることを特徴
とする請求項１ないし請求項２１記載の湿度センサ。
【請求項２３】感湿膜が吸着可能量増加処理膜とされ
てなることを特徴とする請求項１ないし請求項２２記載
の湿度センサ。
【請求項２４】感湿膜が強制的に分極させられてなる
ことを特徴とする請求項１ないし２３記載の湿度セン
サ。
【請求項２５】上部電極が、該上部電極形成後に加熱
されて多孔化されてなることを特徴とする請求項１ない
し請求項２４記載の湿度センサ。
【請求項２６】請求項１ないし請求項２５記載の湿度
センサを用いて構成されてなることを特徴とする湿度計
測装置。
【請求項２７】請求項１ないし請求項２５記載の湿度
センサを用いて湿度および温度の計測がなし得るよう構
成されてなることを特徴とする計測装置。
【請求項２８】請求項１ないし請求項２５記載の湿度
センサを用いて該湿度センサ素子表面の結露が検知でき
るように構成されてなることを特徴とする計測装置。
【請求項２９】湿度センサを加熱する加熱機構が備え
られてなることを特徴とする請求項２８記載の計測装
置。
【請求項３０】請求項１ないし請求項２５記載の湿度
センサを用いて上部電極、下部電極またはリード線の断
線が検知できるように構成されてなることを特徴とする
計測装置。
【請求項３１】静電容量式湿度センサの製法であっ
て、基板の上に下部電極膜を形成し、該下部電極膜の上
に強誘電体の感湿膜を形成し、該感湿膜の上に上部電極
膜を形成することを特徴とする湿度センサの製法。
【請求項３２】静電容量式湿度センサの製法であっ
て、基板の上に下部電極膜を形成し、該下部電極膜の上
に拡散防止膜を形成し、該拡散防止膜の上に強誘電体の
感湿膜を形成し、該感湿膜の上に上部電極膜を形成する
ことを特徴とする湿度センサの製法。
【請求項３３】静電容量式湿度センサの製法であっ
て、基板の上に下部電極膜を形成し、該下部電極膜の上
に絶縁膜を形成し、該絶縁膜の上に強誘電体の感湿膜を
形成し、該感湿膜の上に上部電極膜を形成することを特
徴とする湿度センサの製法。
【請求項３４】感湿膜に対して吸着可能量増加処理を
なすことを特徴とする請求項３１、３２または３３記載
の湿度センサの製法。
【請求項３５】前記吸着可能量増加処理を逆スパッタ
リング法またはエッチング法によりなすことを特徴とす
る請求項３４記載の湿度センサの製法。
【請求項３６】感湿膜表面を官能基により修飾する修
飾処理をなすことを特徴とする請求項３１ないし請求項
３５記載の湿度センサの製法。
【請求項３７】前記修飾処理を反応性スパッタリング
法またはイオンプレーティング法によりなすことを特徴
とする請求項３６記載の湿度センサの製法。
【請求項３８】前記修飾処理を感湿膜成膜後、該感湿
膜をただちに水、硫酸、カルボン酸などの官能基含有溶
液と接触させることによりなすことを特徴とする請求項
３６記載の湿度センサの製法。
【請求項３９】感湿膜に対して強制分極処理をなすこ
とを特徴とする請求項３１ないし請求項３８記載の湿度
センサの製法。
【請求項４０】前記強制分極処理を直流電圧を印加す
ることによりなすことを特徴とする請求項３９記載の湿
度センサの製法。