JP2700949B2 - 感湿素子 - Google Patents
感湿素子Info
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- JP2700949B2 JP2700949B2 JP31147290A JP31147290A JP2700949B2 JP 2700949 B2 JP2700949 B2 JP 2700949B2 JP 31147290 A JP31147290 A JP 31147290A JP 31147290 A JP31147290 A JP 31147290A JP 2700949 B2 JP2700949 B2 JP 2700949B2
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は感湿素子の改良に関する。
［従来の技術］ 近年、誘導体層が空気中の水分を吸収することによっ
てその誘電率を変化させる性質を利用して、その誘電体
層の両面に電極を形成した感湿素子が提供されている。
てその誘電率を変化させる性質を利用して、その誘電体
層の両面に電極を形成した感湿素子が提供されている。
この感湿素子の誘導体層に形成される電極には、誘導
体層が空気中の水分を吸収し易いように、良好な透湿性
を有するとともに、機械的強度が良好であるといった条
件が要求される。
体層が空気中の水分を吸収し易いように、良好な透湿性
を有するとともに、機械的強度が良好であるといった条
件が要求される。
そして、従来この種の感湿素子としては、ガラス基板
上にニッケルやクロム製の第１の電極を形成し、この第
１の電極上に高分子誘電体層を形成し、この誘電体層の
上面にクロムからなる第２の電極を島状に形成した構成
のものが知られている。
上にニッケルやクロム製の第１の電極を形成し、この第
１の電極上に高分子誘電体層を形成し、この誘電体層の
上面にクロムからなる第２の電極を島状に形成した構成
のものが知られている。
また、この第２の電極の形成に関して、本出願人は先
に、特開平２−108952号公報において、60〜85°の入射
角度で斜方蒸着することにより、機械的強度の改善を図
った湿度センサーを開示している。
に、特開平２−108952号公報において、60〜85°の入射
角度で斜方蒸着することにより、機械的強度の改善を図
った湿度センサーを開示している。
しかしながら、従来の感湿素子は、特に感湿特性の経
時変化の点で満足できるものではなく、また第２の電極
が感湿特性に与える影響に着目し、その作成方法を検討
しているものはなかった。
時変化の点で満足できるものではなく、また第２の電極
が感湿特性に与える影響に着目し、その作成方法を検討
しているものはなかった。
本発明はこのような従来の事情に対処してなされたも
ので、電極の良好な機械的強度および透湿性を確保する
と共に、感湿特性に優れ、応答速度の速い感湿素子を提
供することを目的とする。
ので、電極の良好な機械的強度および透湿性を確保する
と共に、感湿特性に優れ、応答速度の速い感湿素子を提
供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するために本発明は、吸収され
る水分量の関数として誘電率が変化する誘電体層と、こ
の誘電体層の片面に形成された第１の電極と、前記誘電
体層の他面に前記第１の電極と対向するように形成され
た第２の電極とを具備する感湿素子において、第２の電
極が、入射方向の異なる斜方蒸着により２層以上の多層
構造で形成された構成となっている。
る水分量の関数として誘電率が変化する誘電体層と、こ
の誘電体層の片面に形成された第１の電極と、前記誘電
体層の他面に前記第１の電極と対向するように形成され
た第２の電極とを具備する感湿素子において、第２の電
極が、入射方向の異なる斜方蒸着により２層以上の多層
構造で形成された構成となっている。
本発明において、第２の電極の材料は、NiCr,Cr,Ta,N
i,Au,Pd,Pt等を使用することができ、その総厚みは光学
膜厚にして1000オングストローム以上であることが望ま
しい。実用上は感湿膜の1.5〜２倍程度が限度である。
斜方蒸着は基板の法線方向に対し、60〜85°で入射させ
るのが望ましく、この入射方向で、例えば90°あるいは
180°ずらせて多層構造を形成する。この時の電極材料
の材質は、それぞれの層で同一であっても異なっていて
もよい。
i,Au,Pd,Pt等を使用することができ、その総厚みは光学
膜厚にして1000オングストローム以上であることが望ま
しい。実用上は感湿膜の1.5〜２倍程度が限度である。
斜方蒸着は基板の法線方向に対し、60〜85°で入射させ
るのが望ましく、この入射方向で、例えば90°あるいは
180°ずらせて多層構造を形成する。この時の電極材料
の材質は、それぞれの層で同一であっても異なっていて
もよい。
［作用］ このような手段を備えた本発明は、第２の電極を斜方
蒸着により光学膜厚にして1000オングストローム以上と
厚くすることにより、第２の電極の誘電体層への付着強
度が大きくなり、機械的強度が改善されて感湿特性が向
上する。しかし、一方向のみの斜方蒸着では、電極割れ
を完全に防止することは困難である。そこで、多方向斜
方蒸着することにより、蒸着物質のからみ合いを生じさ
せて、電極割れを生じにくくさせる。この結果、感湿特
性、特に経時的な感湿特性がさらに改善される。また、
このように厚く形成しても電極中の空隙は確保されるの
で、電極の透湿性の点で支障はなく、従って、応答特性
が損われることはない。
蒸着により光学膜厚にして1000オングストローム以上と
厚くすることにより、第２の電極の誘電体層への付着強
度が大きくなり、機械的強度が改善されて感湿特性が向
上する。しかし、一方向のみの斜方蒸着では、電極割れ
を完全に防止することは困難である。そこで、多方向斜
方蒸着することにより、蒸着物質のからみ合いを生じさ
せて、電極割れを生じにくくさせる。この結果、感湿特
性、特に経時的な感湿特性がさらに改善される。また、
このように厚く形成しても電極中の空隙は確保されるの
で、電極の透湿性の点で支障はなく、従って、応答特性
が損われることはない。
［実施例］ 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明
する。
する。
第１図は本発明に係る感湿素子の一実施例の断面図で
ある。ガラス基板１の上面にはニクロム（NiCr）からな
る第１の電極２が真空蒸着法等によって膜厚約1000オン
グストロームに形成されており、この第１の電極２上に
は感湿膜として、例えば高分子誘電体層３がプラズマ重
合法等によって膜厚約1000オングストロームに平坦形成
されている。この誘電体層３は、吸収される水分量の関
数として誘電率が変化するものである。
ある。ガラス基板１の上面にはニクロム（NiCr）からな
る第１の電極２が真空蒸着法等によって膜厚約1000オン
グストロームに形成されており、この第１の電極２上に
は感湿膜として、例えば高分子誘電体層３がプラズマ重
合法等によって膜厚約1000オングストロームに平坦形成
されている。この誘電体層３は、吸収される水分量の関
数として誘電率が変化するものである。
なお、基板１、第１の電極２および誘電体層３の材料
・厚みおよび形成方法は、目的に応じて任意に選定可能
である。
・厚みおよび形成方法は、目的に応じて任意に選定可能
である。
誘電体層３の第１の電極２と対向する面（上面）に
は、２層からなる第２の電極4,5が誘電体層３の上面に
おける法線に対して70°の入射角度で90°ずらした斜方
蒸着によってそれぞれ膜厚約1000オングストロームに形
成されている。
は、２層からなる第２の電極4,5が誘電体層３の上面に
おける法線に対して70°の入射角度で90°ずらした斜方
蒸着によってそれぞれ膜厚約1000オングストロームに形
成されている。
このような第２の電極4,5は、第２図に示すような蒸
着装置によって形成可能である。
着装置によって形成可能である。
すなわち、ベルジャー19の内部上方に、第２の電極4,
5を形成する前の素材21が、支持基台23上に載置されて
いるとともに、後述する蒸着材料の入射角方向に対して
誘電体層３の法線Ａが70°となるような位置関係で配置
される。なお、支持基台23の支持部材の図示は省略し
た。
5を形成する前の素材21が、支持基台23上に載置されて
いるとともに、後述する蒸着材料の入射角方向に対して
誘電体層３の法線Ａが70°となるような位置関係で配置
される。なお、支持基台23の支持部材の図示は省略し
た。
一方、ベルジャー19内における素材21の下方には、加
熱フィラメント27に巻き付けた蒸着材料としてのクロム
線25を配置し、ベルジャー19に排気装置（図示せず）が
連結されて構成されている。
熱フィラメント27に巻き付けた蒸着材料としてのクロム
線25を配置し、ベルジャー19に排気装置（図示せず）が
連結されて構成されている。
このような斜め蒸着装置において、ベルジャー19内を
真空度５×10-6Torr程度に排気した後、フィラメント27
でクロム線25を加熱蒸発させて誘電体層３の上面に70°
の入射角度で斜め蒸着される。
真空度５×10-6Torr程度に排気した後、フィラメント27
でクロム線25を加熱蒸発させて誘電体層３の上面に70°
の入射角度で斜め蒸着される。
第３図は斜方蒸着において、多層構造を形成する時の
説明図であり、１回目は第３図（ａ）に示すように、蒸
着材料の蒸気流を基板１のｃ辺方向から所定の角度で入
射させて第２の電極を1000オングストローム蒸着す
る。次いで２回目は第３図（ｂ）に示すように、基板１
のｂ辺方向から１回目と同じ入射角度で1000オングスト
ローム蒸着する。その結果、第１図に示すような多層構
造の電極が形成される。
説明図であり、１回目は第３図（ａ）に示すように、蒸
着材料の蒸気流を基板１のｃ辺方向から所定の角度で入
射させて第２の電極を1000オングストローム蒸着す
る。次いで２回目は第３図（ｂ）に示すように、基板１
のｂ辺方向から１回目と同じ入射角度で1000オングスト
ローム蒸着する。その結果、第１図に示すような多層構
造の電極が形成される。
第４図は本実施例と同様の方法で作製した感湿素子に
おける第２の電極の総厚みと、応答速度との関係を示し
たもので、斜方蒸着の角度は70°とし、100日経過後の6
3.2％応答を測定したものである。図示はしていない
が、上記と同条件で膜厚0.16μｍの時の応答も第４図と
同様のオーダーであった。このことから、本発明の方法
によれば、電極膜厚を厚くしても応答特性が損われるこ
とはないことがわかる。
おける第２の電極の総厚みと、応答速度との関係を示し
たもので、斜方蒸着の角度は70°とし、100日経過後の6
3.2％応答を測定したものである。図示はしていない
が、上記と同条件で膜厚0.16μｍの時の応答も第４図と
同様のオーダーであった。このことから、本発明の方法
によれば、電極膜厚を厚くしても応答特性が損われるこ
とはないことがわかる。
次に、第２の電極を70°の斜方蒸着で形成し、その構
成を厚み0.04μｍの単層、厚み0.16μｍの単層、および
本実施例による厚み800オングストロームずつの２層と
した時の40℃における経時変化をそれぞれ第５図、第６
図および第７図に示す。これらの図の横軸は経過日数
（日）であり、縦軸は０日目の０％RHの容量値（CO）を
基準とし、｛（CX−CO）／CO｝×100（式中のCXは各測
定容量値）より算出される変化率（％）である。図中、
□は０％RH、＋は10％RH、◇は30％RH、△は60％RH、×
は90％RHの場合をそれぞれ示す。同図から、単層で薄い
よりも単層で厚い方が経時安定性に優れ、多層構造にす
ると、さらに経時安定性が増すことがわかる。
成を厚み0.04μｍの単層、厚み0.16μｍの単層、および
本実施例による厚み800オングストロームずつの２層と
した時の40℃における経時変化をそれぞれ第５図、第６
図および第７図に示す。これらの図の横軸は経過日数
（日）であり、縦軸は０日目の０％RHの容量値（CO）を
基準とし、｛（CX−CO）／CO｝×100（式中のCXは各測
定容量値）より算出される変化率（％）である。図中、
□は０％RH、＋は10％RH、◇は30％RH、△は60％RH、×
は90％RHの場合をそれぞれ示す。同図から、単層で薄い
よりも単層で厚い方が経時安定性に優れ、多層構造にす
ると、さらに経時安定性が増すことがわかる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の感湿素子は、第１の電
極を形成した誘電体層の他面に第２の電極を形成し、そ
の第２の電極を多方向斜方蒸着で多層構造としたので、
応答性を損なうことなく、経時変化を小さくすることが
できる。
極を形成した誘電体層の他面に第２の電極を形成し、そ
の第２の電極を多方向斜方蒸着で多層構造としたので、
応答性を損なうことなく、経時変化を小さくすることが
できる。
しかも、本発明の感湿素子は、第２の電極や誘電体層
に裂け目を形成したり加熱処理する必要がないから、誘
電体層の機械的強度および化学的強度を良好に保つこと
が可能であるし、誘電体層の材料が制約されることも少
ない。
に裂け目を形成したり加熱処理する必要がないから、誘
電体層の機械的強度および化学的強度を良好に保つこと
が可能であるし、誘電体層の材料が制約されることも少
ない。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る感湿素子の一実施例を示す断面
図、第２図は本発明の感湿素子を製造するための斜方蒸
着装置の一例の概略構成図、第３図は多方向斜方蒸着工
程を示す説明図、第４図は本発明の構成における応答速
度に対する第２の電極の膜厚依存性を示す特性図、第５
図、第６図および第７図はそれぞれ第２の電極を厚み0.
04μｍの単層、厚み0.16μｍの単層および厚み800オン
グストロームの２層とした時の経時変化を示す特性図で
ある。 １…ガラス基板、２…第１の電極 ３…誘電体層、４…第２の電極 ５…第２の電極、19…ベルジャー 21…感湿素子素材、23…支持基台 25…蒸着材料（クロム線） 27…フィラメント
図、第２図は本発明の感湿素子を製造するための斜方蒸
着装置の一例の概略構成図、第３図は多方向斜方蒸着工
程を示す説明図、第４図は本発明の構成における応答速
度に対する第２の電極の膜厚依存性を示す特性図、第５
図、第６図および第７図はそれぞれ第２の電極を厚み0.
04μｍの単層、厚み0.16μｍの単層および厚み800オン
グストロームの２層とした時の経時変化を示す特性図で
ある。 １…ガラス基板、２…第１の電極 ３…誘電体層、４…第２の電極 ５…第２の電極、19…ベルジャー 21…感湿素子素材、23…支持基台 25…蒸着材料（クロム線） 27…フィラメント
Claims (2)
- 【請求項１】吸収される水分量の関数として誘電率が変
化する誘電体層と、この誘電体層の片面に形成された第
１の電極と、前記誘電体層の他面に前記第１の電極と対
向するように形成された第２の電極と、 を具備する感湿素子において、 第２の電極が、入射方向の異なる斜方蒸着により２層以
上の多層構造が形成されていることを特徴とする感湿素
子。 - 【請求項２】第２の電極の総厚みは、光学膜厚にして10
00オングストローム以上である請求項（１）記載の感湿
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31147290A JP2700949B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | 感湿素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31147290A JP2700949B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | 感湿素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04184159A JPH04184159A (ja) | 1992-07-01 |
| JP2700949B2 true JP2700949B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=18017637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31147290A Expired - Fee Related JP2700949B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | 感湿素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2700949B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5041837B2 (ja) * | 2007-03-20 | 2012-10-03 | 富士電機株式会社 | 薄膜ガスセンサおよびその製造方法 |
-
1990
- 1990-11-19 JP JP31147290A patent/JP2700949B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04184159A (ja) | 1992-07-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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