JP2022091728A - 高速湿度センサ、および高速湿度センサを較正するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
-コンデンサ9の静電容量は、分子が誘電物質に吸収されるにつれて変化し、測定される静電容量は、物質の濃度と相関する。
-コンデンサ9の温度は、温度依存抵抗器8によって測定される。
-コンデンサ9は、別個の加熱抵抗器7によって、または代替的に温度測定抵抗器8に定期的に電力を供給するか、または温度測定抵抗器8を測定することによって加熱できる。
-コンデンサ9の誘電体材料10は、有機ポリマ、セラミック、または分子を吸収できる他の任意の誘電体材料であり得る。
-自立薄膜14は、SiNとできる。
-抵抗7、8の材料は、白金、モリブデン、または、温度変化に対して単調に応答する他の材料とできる。
LPCVD 低圧化学蒸着
PECVD プラズマ化学気相成長
1 第1の耐熱性接点パッド
2 第2の耐熱性接点パッド
3 第1の湿度測定コンデンサ接点パッド
4 第2の湿度測定コンデンサ接点パッド
5 第1の温度センサ接点パッド
6 第2の温度センサ接点パッド
7 熱抵抗体
8 温度センサ
9 湿度測定コンデンサ、容量式湿度センサ
10 湿度測定コンデンサのアクティブポリマ
11 湿度測定コンデンサの上部多孔質電極
12 シリコンまたはゲルマニウムの基板
13 湿度測定コンデンサの下部電極
14 LPCVD-窒化物層(支持体)、熱絶縁層
15 保護ポリマ
16 抵抗導体支持ブリッジ
17 コンデンサ導体支持ブリッジ
18 隔離ギャップ
19 センサ構造
20 RH0%点
21 センサフレーム
22 アクティブセンサ
23 RH最大点
Claims (19)
- -センサ用の電気接点(1~6)を備えるセンサフレーム(21)と、
-少なくとも容量式湿度センサ(9)を備える前記センサフレーム(21)内のアクティブセンサ(22)と、
を備える基板(12)上に形成されたセンサ構造(19)であって、
-前記アクティブセンサ(22)は、前記アクティブセンサ(22)を支持する熱絶縁層(14)によってのみ前記センサフレーム(23)に接続され、前記熱絶縁層(14)は、前記センサフレーム(21)からの電気接点を含み、
-前記基板(12)は、前記アクティブセンサ(22)領域から除去され、
-前記アクティブセンサ(22)は、加熱抵抗器(7)および温度測定抵抗器(8)のうちの少なくとも1つを含み、前記容量式湿度センサの温度は、前記温度測定抵抗器(8)によって測定され、前記容量式湿度センサ(9)は、別個の加熱抵抗器(7)によって、または温度測定抵抗器(8)に定期的に電力を供給するか、または温度測定抵抗器(8)を測定することによって、加熱され、
-前記アクティブセンサ(22)の熱応答時間と湿度応答時間との差は、ドリフト補償に利用されることを特徴とする、センサ構造(19)。 - 前記基板(12)は、シリコン製であることを特徴とする、請求項1に記載のセンサ構造。
- 前記基板(12)は、ゲルマニウム製であることを特徴とする、請求項1に記載のセンサ構造。
- 前記アクティブセンサ(22)は、温度センサ(8)も含むことを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のセンサ構造。
- 前記アクティブセンサ(22)を支持する前記熱絶縁層(14)の厚さは、100~1000nm、典型的には350nmであることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のセンサ構造。
- 前記センサフレーム(21)および前記アクティブセンサ(22)は、互いに同心であることを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のセンサ構造。
- 前記アクティブセンサ(22)と前記センサフレーム(21)との間の前記熱絶縁層(14)は、支持ブリッジ(16および17)の全幅が、前記アクティブセンサ(22)の円周の約0.5~75%を表すように、隔離ギャップ(18)を含むことを特徴とする、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のセンサ構造。
- 前記アクティブセンサ(22)の全厚は、1~100μmの範囲、典型的には約2μmであることを特徴とする、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のセンサ構造。
- 前記アクティブセンサ(22)は、前記加熱抵抗器(7)を含み、前記アクティブセンサの加熱電力は、0.1mW/℃...5mW/℃の範囲にあることを特徴とする、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のセンサ構造。
- 前記アクティブセンサ(22)は、前記加熱抵抗器(7)を含み、前記アクティブセンサ(22)の加熱中の温度変化の速度は、通常、200℃/秒よりも大きいことを特徴とする、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のセンサ構造。
- 前記アクティブセンサ(22)の幅に対する、前記センサフレーム(21)と前記アクティブセンサ(22)との間の前記層(14)の幅は、通常、1:6~1:2の範囲、好ましくは約1:4であることを特徴とする、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のセンサ構造。
- 前記アクティブセンサ(22)は、前記加熱抵抗器(7)および前記温度センサ(8)を含み、前記アクティブセンサ(22)の熱応答時間は、前記アクティブセンサ(22)の湿度応答時間の10倍以上、好ましくは20倍以上速いことを特徴とする、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のセンサ構造。
- 前記熱絶縁層(14)は、SiN製であることを特徴とする、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のセンサ構造。
- 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のセンサまたはそれらの組み合わせを使用する較正方法であって、
-前記アクティブセンサ(22)は、加熱パルスで加熱され、
-前記湿度センサ(9)の静電容量と、前記アクティブセンサ(22)の温度とは、前記加熱パルスに関連して決定され、
-少なくとも乾燥静電容量を表す前記静電容量の最小値(20)は、前記湿度センサ(9)のRH0%点として、測定温度で決定されることを特徴とする、較正方法。 - 加熱によって前記湿度センサ(9)から水は除去されないが、前記温度が安定値に達した点を表すRH最大点(23)も、前記加熱パルスに関連して決定されることを特徴とする、請求項14に記載の較正方法。
- 前記加熱パルスの持続時間は、0.05~5秒の範囲、好ましくは約2.5秒であることを特徴とする、請求項14または請求項15に記載の較正方法。
- 前記アクティブセンサ(22)の加熱電力は、0.1mW/℃...5mW/℃の範囲内にあることを特徴とする、請求項14から請求項16のいずれか一項に記載の較正方法。
- 前記アクティブセンサ(22)の加熱中の温度変化の速度は、典型的には、200℃/秒よりも大きいことを特徴とする、請求項14から請求項17のいずれか一項に記載の較正方法。
- 請求項14から請求項18の少なくともいずれか一項に記載の方法が、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載のセンサ構造によって実行されるように構成されたコンピュータプログラム。
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