JP2536064B2 - 薄膜感湿素子 - Google Patents
薄膜感湿素子Info
- Publication number
- JP2536064B2 JP2536064B2 JP63131392A JP13139288A JP2536064B2 JP 2536064 B2 JP2536064 B2 JP 2536064B2 JP 63131392 A JP63131392 A JP 63131392A JP 13139288 A JP13139288 A JP 13139288A JP 2536064 B2 JP2536064 B2 JP 2536064B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- thin film
- sensitive element
- moisture
- plasma
- Prior art date
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜感湿素子に関する。更に詳しくは、絶
縁性基板上に形成させた導電性くし形電極の表面を、プ
ラズマ重合膜で覆った薄膜感湿素子に関する。
縁性基板上に形成させた導電性くし形電極の表面を、プ
ラズマ重合膜で覆った薄膜感湿素子に関する。
空気中の相対湿度の制御は、精密工業、食品工業、繊
維工業、ビル管理上などで大変重要であり、それを検知
する感湿素子としては、従来次のような材料を用いたも
のが知られている。
維工業、ビル管理上などで大変重要であり、それを検知
する感湿素子としては、従来次のような材料を用いたも
のが知られている。
（１）Se、Ge、Siなどの金属あるいは半導体 （２）Sn、Fe、Tiなどの金属の酸化物 （３）Al2O3などの多孔質金属酸化物 （４）LiClなどの電解質塩 （５）有機または無機材料からなる高分子膜 しかしながら、これらの各種材料を用いた感湿素子
は、いずれも保守が大変であったり、あるいは信頼性や
応答性に問題があるなど、満足される状態にはない。
は、いずれも保守が大変であったり、あるいは信頼性や
応答性に問題があるなど、満足される状態にはない。
例えば、上記（２）の金属酸化物を用いる場合には、
それの成形にプレスや焼結が行われるが、均質なプレス
が困難であったりあるいは焼成時の割れなどの問題がみ
られる。また、工程上では問題なく成形されても、感湿
素子が水分の脱吸着に起因する抵抗変化を利用する性質
上、水分の影響で粒界から破壊が生ずるため、耐久性、
換言すれば信頼性にも問題がある。
それの成形にプレスや焼結が行われるが、均質なプレス
が困難であったりあるいは焼成時の割れなどの問題がみ
られる。また、工程上では問題なく成形されても、感湿
素子が水分の脱吸着に起因する抵抗変化を利用する性質
上、水分の影響で粒界から破壊が生ずるため、耐久性、
換言すれば信頼性にも問題がある。
また、上記（５）の高分子膜を用いた場合には、材料
面では廉価であるものの、溶剤などの薬品による劣化や
信頼性の低下などの問題がみられる。
面では廉価であるものの、溶剤などの薬品による劣化や
信頼性の低下などの問題がみられる。
本発明は、感湿膜を薄膜で形成せしめて応答速度の増
大を図ると共に、感湿特性の再現性および耐熱性にもす
ぐれた感湿素子を提供することを目的としている。
大を図ると共に、感湿特性の再現性および耐熱性にもす
ぐれた感湿素子を提供することを目的としている。
かかる目的を達成させる本発明の薄膜感湿素子は、絶
縁性基板上に形成させた導電性くし形電極の表面をジ低
級アルキル亜鉛プラズマ重合膜の酸化膜で覆って構成さ
れる。
縁性基板上に形成させた導電性くし形電極の表面をジ低
級アルキル亜鉛プラズマ重合膜の酸化膜で覆って構成さ
れる。
絶縁性基板としては、一般にガラス、石英、アルミナ
などが用いられるが、感湿素子への温度追従性が更に良
好なことが望まれる場合などには、やはり本出願人よっ
て提案されているシリコン基板表面を酸化して形成させ
た絶縁膜（特公平５−28340号公報）なども用いること
ができる。
などが用いられるが、感湿素子への温度追従性が更に良
好なことが望まれる場合などには、やはり本出願人よっ
て提案されているシリコン基板表面を酸化して形成させ
た絶縁膜（特公平５−28340号公報）なども用いること
ができる。
これらの絶縁性基板上へ導電性くし形電極を形成させ
るに際しては、まず絶縁性基板上に、ステンレススチー
ル、ハステロイＣ、インコネル、モネル、金などの耐食
性金属や銀、アルミニウムなどの電極形成材料金属をス
パッタリング法、イオンプレーティング法などにより、
約0.1〜0.5μｍ程度の厚さの薄膜が形成され、次にそこ
にフォトレジストパターンを形成させる。
るに際しては、まず絶縁性基板上に、ステンレススチー
ル、ハステロイＣ、インコネル、モネル、金などの耐食
性金属や銀、アルミニウムなどの電極形成材料金属をス
パッタリング法、イオンプレーティング法などにより、
約0.1〜0.5μｍ程度の厚さの薄膜が形成され、次にそこ
にフォトレジストパターンを形成させる。
例えばアルミニウムの場合は、このようにして形成さ
れた電極形成材料金属薄膜へのフォトレジストパターン
の形成は、周知のフォトリソグラフ工程を適用すること
によって行われる。即ち、金属薄膜上にフォトレジスト
コーティングを行ない、そこにくし形電極のパターンの
陰画または陽画を焼付けたガラス乾板を重ね、光照射に
よる焼付けおよび現像によって行われる。この後、湿式
化学エッチングが行われるが、エッチング液としては、
リン酸‐硫酸‐無水クロム酸‐水（重量比65:15:5:15）
混合液、BHF（フッ酸系）、塩化第２鉄水溶液、硝酸、
リン酸−硝酸混合液などが用いられる。
れた電極形成材料金属薄膜へのフォトレジストパターン
の形成は、周知のフォトリソグラフ工程を適用すること
によって行われる。即ち、金属薄膜上にフォトレジスト
コーティングを行ない、そこにくし形電極のパターンの
陰画または陽画を焼付けたガラス乾板を重ね、光照射に
よる焼付けおよび現像によって行われる。この後、湿式
化学エッチングが行われるが、エッチング液としては、
リン酸‐硫酸‐無水クロム酸‐水（重量比65:15:5:15）
混合液、BHF（フッ酸系）、塩化第２鉄水溶液、硝酸、
リン酸−硝酸混合液などが用いられる。
絶縁性基板上に形成された導電性くし形電極は、更に
その表面がジ低級アルキル亜鉛プラズマ重合膜の酸化膜
によって覆われる。
その表面がジ低級アルキル亜鉛プラズマ重合膜の酸化膜
によって覆われる。
プラズマ重合膜を形成させるジ低級アルキル亜鉛とし
ては、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛などが好んで用いら
れる。
ては、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛などが好んで用いら
れる。
プラズマ重合は、例えば第１図に示されるような装置
を用いて行われる。まず、プラズマ反応容器１内を油回
転ポンプ２に連結されている分子ターボポンプ３の作動
により10-5Torrのオーダーに減圧する。減圧された反応
容器内に、バルブ４を調節することにより設定される任
意の流量を流量計５で計測しながら、ジ低級アルキル亜
鉛を10-2Torrのオーダー迄導入し、高周波電源６からマ
ッチングボックス７を介して電力約20〜300Wの高周波
（13.56MHz）を印加し、放電を起させる。この際、マッ
チングボックスを調節することにより、反射電力をでき
る丈抑えて、印加電力と反射電力との差が任意の電力に
なるようにする。一定時間放電したら、高周波の印加お
よびジ低級アルキル亜鉛の供給を中止し、メインバルブ
（図示せず）を閉じ、反応容器をリークして、内部電極
８上に搭載した基質９の表面にプラズマ重合膜を形成さ
せたものを取り出す。
を用いて行われる。まず、プラズマ反応容器１内を油回
転ポンプ２に連結されている分子ターボポンプ３の作動
により10-5Torrのオーダーに減圧する。減圧された反応
容器内に、バルブ４を調節することにより設定される任
意の流量を流量計５で計測しながら、ジ低級アルキル亜
鉛を10-2Torrのオーダー迄導入し、高周波電源６からマ
ッチングボックス７を介して電力約20〜300Wの高周波
（13.56MHz）を印加し、放電を起させる。この際、マッ
チングボックスを調節することにより、反射電力をでき
る丈抑えて、印加電力と反射電力との差が任意の電力に
なるようにする。一定時間放電したら、高周波の印加お
よびジ低級アルキル亜鉛の供給を中止し、メインバルブ
（図示せず）を閉じ、反応容器をリークして、内部電極
８上に搭載した基質９の表面にプラズマ重合膜を形成さ
せたものを取り出す。
形成されたプラズマ重合膜は、一般に約500〜20000Å
の膜厚を有し、約30％（元素比率）の炭素を含み、金属
亜鉛とジ低級アルキル亜鉛のポリマー化物とが複合化し
た組成を有している。このように、このプラズマ重合膜
には有機物を含んでいるため、膜中に水分をトラップし
ており、再現性のある感湿特性を示さない。
の膜厚を有し、約30％（元素比率）の炭素を含み、金属
亜鉛とジ低級アルキル亜鉛のポリマー化物とが複合化し
た組成を有している。このように、このプラズマ重合膜
には有機物を含んでいるため、膜中に水分をトラップし
ており、再現性のある感湿特性を示さない。
そこで、このようなプラズマ重合膜を形成させた素子
を大気中で約300℃以上、一般には約300〜500℃に加熱
すると、膜中に含まれる有機成分が酸化、燃焼し、炭素
含有率を燃焼温度300℃で10％程度に迄、または燃焼温
度450℃では２％程度に迄低下させる。この際の酸化を
酸素ガスの存在下で行うと、短時間で酸化反応が進むた
め効率的である。この酸化反応では、通常の金属亜鉛が
酸化されるときとは異なり、発熱を伴って反応し、残留
炭素が二酸化炭素となって放出され、外部の酸素が亜鉛
と反応するものと考えられる。
を大気中で約300℃以上、一般には約300〜500℃に加熱
すると、膜中に含まれる有機成分が酸化、燃焼し、炭素
含有率を燃焼温度300℃で10％程度に迄、または燃焼温
度450℃では２％程度に迄低下させる。この際の酸化を
酸素ガスの存在下で行うと、短時間で酸化反応が進むた
め効率的である。この酸化反応では、通常の金属亜鉛が
酸化されるときとは異なり、発熱を伴って反応し、残留
炭素が二酸化炭素となって放出され、外部の酸素が亜鉛
と反応するものと考えられる。
得られた酸化膜は、約500℃迄安定であり、湿度変化
に対して負の大きな抵抗変化を示している。これは、酸
化膜が非晶質の物質で構成され、粒界の影響を受けない
ために得られる特性と考えられる。
に対して負の大きな抵抗変化を示している。これは、酸
化膜が非晶質の物質で構成され、粒界の影響を受けない
ために得られる特性と考えられる。
絶縁性基板上に形成させた導電性くし形電極の表面を
ジ低級アルキル亜鉛のプラズマ重合膜で覆ったものは、
プラズマ重合膜中にかなりの割合の炭素が含まれるた
め、再現性のある感湿特性を示さないが、プラズマ重合
膜を約300℃以上で加熱酸化処理して得られた酸化膜
は、相対湿度約60％以上の高湿度領域で急激な抵抗値の
低下を示すようになるので、本発明に係る薄膜感湿素子
は結露検出用途などに有効に用いることができる。
ジ低級アルキル亜鉛のプラズマ重合膜で覆ったものは、
プラズマ重合膜中にかなりの割合の炭素が含まれるた
め、再現性のある感湿特性を示さないが、プラズマ重合
膜を約300℃以上で加熱酸化処理して得られた酸化膜
は、相対湿度約60％以上の高湿度領域で急激な抵抗値の
低下を示すようになるので、本発明に係る薄膜感湿素子
は結露検出用途などに有効に用いることができる。
更に、この薄膜感湿素子は、約300℃以上の温度で加
熱酸化処理しているため耐熱性も良好であり、また表面
に油分、タバコのやに、塩分、ほこりなどによる汚れが
発生しても、上記加熱酸化処理温度より低い温度で加熱
処理することにより、このような汚れの除去も容易であ
る。
熱酸化処理しているため耐熱性も良好であり、また表面
に油分、タバコのやに、塩分、ほこりなどによる汚れが
発生しても、上記加熱酸化処理温度より低い温度で加熱
処理することにより、このような汚れの除去も容易であ
る。
次に、実施例について本発明を説明する。
実施例１〜２ 第１図に示されるようなプラズマ反応装置を用い、ジ
メチル亜鉛流量300SCCM、放電圧力0.01Torr、高周波電
力100Wの条件下でプラズマ重合を行ない、絶縁性基板た
るガラスプレート上に形成させたくし形電極のくし形部
分をプラズマ重合膜で被覆し、次いでこれを大気中、30
0℃（実施例１）または450℃（実施例２）でそれぞれ１
時間加熱した。
メチル亜鉛流量300SCCM、放電圧力0.01Torr、高周波電
力100Wの条件下でプラズマ重合を行ない、絶縁性基板た
るガラスプレート上に形成させたくし形電極のくし形部
分をプラズマ重合膜で被覆し、次いでこれを大気中、30
0℃（実施例１）または450℃（実施例２）でそれぞれ１
時間加熱した。
電極に銀ペースト付けによりリード線を接続させて感
湿素子を構成させ、これを温湿度試験器に入れ、周波数
1KHz、電圧1V、温度30℃の測定条件下で、LCRメーター
を用いて感湿特性の評価を行なった。相対湿度に対する
抵抗値の関係は、第２図のグラフに示され、相対湿度が
約60％以上の高湿度領域では急激な抵抗値の減少がみら
れ、このような傾向の中でも加熱酸化処理温度の高いも
の程高い抵抗値を示すことも分る。
湿素子を構成させ、これを温湿度試験器に入れ、周波数
1KHz、電圧1V、温度30℃の測定条件下で、LCRメーター
を用いて感湿特性の評価を行なった。相対湿度に対する
抵抗値の関係は、第２図のグラフに示され、相対湿度が
約60％以上の高湿度領域では急激な抵抗値の減少がみら
れ、このような傾向の中でも加熱酸化処理温度の高いも
の程高い抵抗値を示すことも分る。
なお、加熱処理前の湿度センサについて同様の測定を
２回行なうと、１回目は○で、また２回目は●で示され
るような結果が得られ、再現性に欠けていることが分
る。
２回行なうと、１回目は○で、また２回目は●で示され
るような結果が得られ、再現性に欠けていることが分
る。
第１図は、本発明方法で用いられるプラズマ重合装置の
概略図である。第２図は、実施例１〜２で作製された湿
度センサの加熱処理前後における湿度−抵抗特性を示す
グラフである。 （符号の説明） １……プラズマ反応容器 ６……高周波電源 ７……マッチングボックス ８……内部電極 ９……基質
概略図である。第２図は、実施例１〜２で作製された湿
度センサの加熱処理前後における湿度−抵抗特性を示す
グラフである。 （符号の説明） １……プラズマ反応容器 ６……高周波電源 ７……マッチングボックス ８……内部電極 ９……基質
Claims (1)
- 【請求項１】絶縁性基板上に形成させた導電性くし形電
極の表面を、ジ低級アルキル亜鉛プラズマ重合膜の酸化
膜で覆ってなる薄膜感湿素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63131392A JP2536064B2 (ja) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | 薄膜感湿素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63131392A JP2536064B2 (ja) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | 薄膜感湿素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01302152A JPH01302152A (ja) | 1989-12-06 |
| JP2536064B2 true JP2536064B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=15056894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63131392A Expired - Lifetime JP2536064B2 (ja) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | 薄膜感湿素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2536064B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57132050A (en) * | 1981-02-09 | 1982-08-16 | Mitsubishi Electric Corp | Humidity-sensitive element |
| JPS61243351A (ja) * | 1985-04-22 | 1986-10-29 | Nippon Gakki Seizo Kk | 感湿素子用材料 |
-
1988
- 1988-05-31 JP JP63131392A patent/JP2536064B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01302152A (ja) | 1989-12-06 |
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