JP3041491B2 - Humidity sensor - Google Patents

Humidity sensor

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JP3041491B2
JP3041491B2 JP3160887A JP16088791A JP3041491B2 JP 3041491 B2 JP3041491 B2 JP 3041491B2 JP 3160887 A JP3160887 A JP 3160887A JP 16088791 A JP16088791 A JP 16088791A JP 3041491 B2 JP3041491 B2 JP 3041491B2
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humidity sensor
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聡美 森
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、家庭用の空調機、加・
除湿器を始め、各種の工業、農業における環境制御を目
的とする湿度検出手段として利用される湿度センサに関
し、特に電界効果型トランジスタを用いた湿度センサに
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a home air conditioner,
The present invention relates to a humidity sensor used as a humidity detecting unit for environmental control in various industries and agriculture, including a dehumidifier, and more particularly to a humidity sensor using a field effect transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の湿度センサには、物質の膨脹収縮
を利用したもの、電気抵抗の変化を利用したもの、およ
び静電容量の変化を利用したものなどがある。また湿度
検出材料としてはマグネシウムスピネル(MgCr2
4 −TiO2 )や水酸アパタイトを始めとするセラミッ
ク、高分子固体電解質や誘電性高分子に代表される高分
子フィルムがある。
2. Description of the Related Art Conventional humidity sensors include those utilizing the expansion and contraction of substances, those utilizing changes in electric resistance, and those utilizing changes in capacitance. As a humidity detecting material, magnesium spinel (MgCr 2 O) is used.
There are polymer films represented by ceramics such as 4- TiO 2 ) and hydroxyapatite, solid polymer electrolytes, and dielectric polymers.

【0003】一方、電界効果型トランジスタのゲート絶
縁層に樹脂を用いた感湿体層を積層し、湿度に応じて変
化する静電容量変化を検出する湿度センサも知られてい
る。さらにこの感湿体層として樹脂の代わりにゲート絶
縁膜として用いられる酸化シリコンや酸化アルミニウム
を用いたセンサも知られている。
On the other hand, there is also known a humidity sensor in which a moisture-sensitive layer using a resin is laminated on a gate insulating layer of a field effect transistor, and a change in capacitance that changes according to humidity is detected. Further, a sensor using silicon oxide or aluminum oxide used as a gate insulating film instead of a resin as the moisture-sensitive layer is also known.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前記従来の湿度センサ
のうち、物質の膨脹収縮を利用したものは機械的な変量
を測定しなければならないことに加え、応答速度も遅く
ヒステリシスや精度に難がある。電気抵抗を利用したも
のでは、特に出力特性に問題があり、直線性を改善した
ものであっても抵抗の変化が相対湿度に対しログスケー
ルで比例関係を持つため、対数変換回路が必要になる。
これに対して静電容量の変化を利用したものでは、容量
の変化が相対湿度に対しリニアスケールで比例関係を持
つため、対数変換などの後処理が不要という利点を持
つ。しかし従来から静電容量型のセンサが主流とならな
かった理由は高価で耐候性が悪く、出力も小さく感度が
低いなど、優れた感湿材料が見出だされなかったためで
ある。
Among the above-mentioned conventional humidity sensors, those utilizing the expansion and contraction of a substance have to measure a mechanical variable, have a slow response speed, and have difficulty in hysteresis and accuracy. is there. In the case of using electrical resistance, there is a problem especially in the output characteristics, and even if the linearity is improved, the change in resistance has a logarithmic relationship to the relative humidity on a log scale, so a logarithmic conversion circuit is required .
On the other hand, in the case of using the change in capacitance, since the change in capacitance has a proportional relationship with the relative humidity on a linear scale, there is an advantage that post-processing such as logarithmic conversion is unnecessary. However, the reason why the capacitance type sensor has not become mainstream conventionally is that no excellent moisture-sensitive material has been found, such as high cost, poor weather resistance, low output, and low sensitivity.

【0005】湿度センサを材料の面からみると、セラミ
ック焼結体と高分子フィルム(高分子固体電解質、誘電
性高分子など)に大別できる。セラミック焼結体センサ
は耐候性に優れる反面、水分子の化学吸着による劣化が
起こるため、再生用ヒータを使用したものが多い。ヒー
タが不要と言われているセンサでも、長期間の使用によ
り特性劣化が生じ、吸着した水分の除去が必要となって
いる。他方、高分子材料では一般にセラミックセンサに
比べて耐熱性を始め耐候性が悪く、種々の材料を用いて
もヒステリシス、応答性、感湿感度、経時安定性などの
諸特性のいずれかに問題がある。
[0005] In terms of materials, humidity sensors can be roughly classified into ceramic sintered bodies and polymer films (polymer solid electrolyte, dielectric polymer, etc.). Although the ceramic sintered body sensor is excellent in weather resistance, since it is deteriorated by chemical adsorption of water molecules, a sensor using a regeneration heater is often used. Even if the sensor is said to require no heater, its characteristics deteriorate due to long-term use, and it is necessary to remove adsorbed moisture. On the other hand, polymer materials generally have poor heat resistance, including heat resistance, compared to ceramic sensors, and even when various materials are used, there are problems with any of the properties such as hysteresis, responsiveness, moisture sensitivity, and stability over time. is there.

【0006】ゲート絶縁層に樹脂を用いた電界効果型ト
ランジスタ湿度センサは、このセンサにおいてはゲート
電極に直流電圧を印加すると樹脂に分極劣化を生ずるた
め、直流駆動型の電界効果型トランジスタには適さな
い。また、感湿体層として樹脂の代わりにゲート絶縁膜
として用いられる酸化シリコンや酸化アルミニウムを用
いたセンサにおいては、高湿度における感度が悪く、感
湿体層に不純物やイオンが混入し易いと言う欠点があっ
た。
A field-effect transistor humidity sensor using a resin for the gate insulating layer is not suitable for a DC-driven field-effect transistor because when a DC voltage is applied to the gate electrode, the resin undergoes polarization deterioration. Absent. Further, in a sensor using silicon oxide or aluminum oxide used as a gate insulating film instead of a resin as a moisture sensitive layer, the sensitivity at high humidity is poor, and impurities and ions are easily mixed into the moisture sensitive layer. There were drawbacks.

【0007】従って本発明は、上記従来の欠点を除去
し、小型で高性能かつ多機能・複合化の要請にも答えら
れる湿度センサを提供することを目的とするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a humidity sensor which eliminates the above-mentioned conventional drawbacks, and which is small in size, has high performance, and can meet the demands for multiple functions and composites.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】第1の発明によれば、水
分の吸脱着により静電容量が変化する感湿体を電界効果
型トランジスタ素子のゲート絶縁膜上に積層して一体構
造に結合した湿度センサにおいて、第1層に金属酸化
物、第2層に半導体性金属酸化物、第3層に透湿性電極
を順次積層してなる材料を用い、前記第3層の透湿性電
極が前記電界効果型トランジスタ素子のゲートの機能を
兼ねるようにしたことを特徴とする湿度センサが提供さ
れる。
According to the first aspect of the present invention, a moisture-sensitive body whose capacitance changes due to absorption and desorption of moisture is laminated on a gate insulating film of a field-effect transistor element and is connected to an integral structure. In the humidity sensor, a material obtained by sequentially laminating a metal oxide for the first layer, a semiconductive metal oxide for the second layer, and a moisture-permeable electrode for the third layer, wherein the moisture-permeable electrode of the third layer is There is provided a humidity sensor having a function of a gate of a field-effect transistor element.

【0009】第2の発明によれば、水分の吸脱着により
静電容量が変化する感湿体を電界効果型トランジスタ素
子のゲート絶縁膜上に積層して一体構造に結合した湿度
センサにおいて、前記感湿体は第1層に金属窒化物の酸
化物(MNX Y )(但し、Mは金属、X、Yはそれぞ
れ任意の数)、第2層に半導体性金属酸化物、第3層に
透湿性電極を順次積層してなる材料を用い、前記第3層
の透湿性電極が前記電界効果型トランジスタ素子のゲー
トの機能を兼ねるようにしたことを特徴とする湿度セン
サが提供される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a humidity sensor in which a moisture-sensitive body whose capacitance changes due to adsorption and desorption of moisture is laminated on a gate insulating film of a field-effect transistor element and integrally connected. The moisture-sensitive body has a metal nitride oxide (MN X O Y ) (M is a metal, X and Y are arbitrary numbers) in the first layer, a semiconductor metal oxide in the second layer, and a third layer. Wherein a material formed by sequentially laminating moisture-permeable electrodes is used, and the moisture-permeable electrode of the third layer also functions as a gate of the field-effect transistor element.

【0010】第3の発明によれば、第1層に金属酸化物
または金属窒化物の酸化物(MNXY )(但し、Mは
金属、X、Yはそれぞれ任意の数)、第2層に半導体性
金属酸化物、第3層に透湿性電極を順次積層してなる材
料を感湿体とし、前記電界効果型トランジスタ素子のゲ
ート絶縁膜上に前記透湿性電極がゲート電極として機能
するように積層してなる湿度センサであって、前記感湿
体中の金属酸化物または金属窒化物の酸化物を反応性ス
パッタリング、CVD等の金属の酸化数を調整できる手
法によってつくることにより、前記ゲート絶縁膜に接す
る側では酸化物としての化学量論比を満足し、前記半導
体性金属酸化物層に接する側の薄い部分で酸素過剰組成
となるようにしたことを特徴とする湿度センサが提供さ
れる。
According to the third aspect of the present invention, the first layer contains a metal oxide or metal nitride oxide (MN X O Y ) (where M is a metal, and X and Y are each an arbitrary number). A material formed by sequentially laminating a semiconductor metal oxide on a layer and a moisture-permeable electrode on a third layer is used as a moisture-sensitive body, and the moisture-permeable electrode functions as a gate electrode on a gate insulating film of the field-effect transistor element. A humidity sensor formed by laminating as described above, wherein the metal oxide or the metal nitride oxide in the moisture-sensitive body is formed by a method capable of adjusting the oxidation number of the metal such as reactive sputtering and CVD. Provided is a humidity sensor characterized in that a stoichiometric ratio as an oxide is satisfied on the side in contact with the gate insulating film, and an oxygen excess composition is provided in a thin portion on the side in contact with the semiconducting metal oxide layer. Is done.

【0011】[0011]

【作用】本発明の湿度センサにおいて、電界効果型トラ
ンジスタ素子のゲート電極に一定の電圧を印加するとゲ
ート絶縁膜直下の半導体基板表面にソース領域およびド
レイン領域を結んでチャンネルが形成され、ゲート電極
とチャンネルが形成された半導体基板表面間には感湿体
層およびゲート絶縁層を挟んで静電容量が形成される。
このような湿度センサの前記感湿体層に湿度に応じて水
蒸気あるいは水分が吸着すると、静電容量を構成する電
極の有効面積が拡大し、あるいは電極間距離が実質的に
減少して静電容量が増加する。この静電容量の変化は電
界効果型トランジスタの出力電圧の変化として取り出す
ことができる。
In the humidity sensor of the present invention, when a constant voltage is applied to the gate electrode of the field-effect transistor element, a channel is formed on the surface of the semiconductor substrate immediately below the gate insulating film by connecting the source region and the drain region, and the channel is formed. Capacitance is formed between the surfaces of the semiconductor substrate where the channels are formed, with the moisture-sensitive layer and the gate insulating layer interposed therebetween.
When water vapor or moisture is adsorbed to the moisture-sensitive layer of such a humidity sensor in accordance with humidity, the effective area of the electrode constituting the capacitance increases, or the distance between the electrodes substantially decreases, and the electrostatic capacitance decreases. The capacity increases. This change in capacitance can be extracted as a change in the output voltage of the field-effect transistor.

【0012】金属酸化物層は高誘電率を有する誘電性の
感湿膜であり、大気中の水分を高い応答速度で可逆的に
吸着する性質を有している。またこの金属酸化物層は電
圧を印加した時においては、酸化物層に欠陥が生じても
酸素を吸収して自己修復する性質を有している。他方、
半導体性金属酸化物層は大気中の水分が金属酸化物層表
面に吸脱着するのを促進し、金属酸化物層の感湿機能を
補助する役割を担っている。
The metal oxide layer is a dielectric moisture-sensitive film having a high dielectric constant, and has a property of reversibly adsorbing moisture in the air at a high response speed. When a voltage is applied, the metal oxide layer has a property of absorbing oxygen and self-repairing even if a defect occurs in the oxide layer. On the other hand,
The semiconducting metal oxide layer plays a role of promoting the absorption and desorption of moisture in the air to the surface of the metal oxide layer, and assisting the moisture sensitivity function of the metal oxide layer.

【0013】また、半導体性金属酸化物層は半導体的な
性質を有する層であるため、金属酸化物層に対する電極
として電子を注入する機能や、金属酸化物層にイオン電
流および熱作用を及ぼすことにより、金属酸化物層の膜
欠陥の自己修復機能を促進し、その絶縁耐圧を向上させ
る機能を有している。
Further, since the semiconducting metal oxide layer is a layer having semiconductor properties, it has a function of injecting electrons as an electrode for the metal oxide layer and an effect of exerting ionic current and thermal action on the metal oxide layer. Accordingly, the metal oxide layer has a function of promoting a self-repair function of a film defect and improving a dielectric breakdown voltage thereof.

【0014】[0014]

【実施例】以下に図1〜図6により本発明の実施例を説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0015】図1は本発明の電界効果型トランジスタを
用いた湿度センサの構造を示す断面図、図2は図1に示
す湿度センサのゲート電極部分の拡大図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a humidity sensor using the field effect transistor of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a gate electrode portion of the humidity sensor shown in FIG.

【0016】本発明の湿度センサは図に示されるよう
に、p型のシリコン基板11上にn型のソース領域12
およびドレイン領域13が形成され、これらの2つの領
域間のシリコン基板11表面上にはゲート絶縁膜14が
設けられている。ゲート絶縁膜14上には金属酸化膜で
ある酸化タンタル膜15が形成され、さらにその上には
半導体性金属酸化膜である二酸化マンガン膜16が形成
されている。酸化タンタル膜15および二酸化マンガン
膜16は大気中の水蒸気あるいは水分を吸着する感湿体
層を構成している。二酸化マンガン膜16の表面にはゲ
ート電極17が設けられている。ソース領域12にはフ
ィールド絶縁膜18を一部除去してソース電極19が設
けられ、またドレイン領域13にはフィールド絶縁膜1
8を一部除去してドレイン電極20が設けられている。
これらのソース電極19およびドレイン電極の表面は絶
縁保護膜である窒化膜21で被覆されている。
As shown in the drawing, the humidity sensor of the present invention has an n-type source region 12 on a p-type silicon substrate 11.
And a drain region 13 are formed, and a gate insulating film 14 is provided on the surface of the silicon substrate 11 between these two regions. A tantalum oxide film 15 as a metal oxide film is formed on the gate insulating film 14, and a manganese dioxide film 16 as a semiconductor metal oxide film is further formed thereon. The tantalum oxide film 15 and the manganese dioxide film 16 constitute a moisture-sensitive layer that adsorbs water vapor or moisture in the atmosphere. A gate electrode 17 is provided on the surface of the manganese dioxide film 16. A source electrode 19 is provided in the source region 12 by partially removing the field insulating film 18, and a field insulating film 1 is provided in the drain region 13.
8 is partially removed to provide a drain electrode 20.
The surfaces of the source electrode 19 and the drain electrode are covered with a nitride film 21 which is an insulating protective film.

【0017】二酸化マンガン膜16は図2に示されるよ
うに、非常にポーラスな膜であり、酸化タンタル膜15
とはa部分で接触しているがb部分では非接触となって
いる。
The manganese dioxide film 16 is a very porous film as shown in FIG.
Are in contact with the part a, but are not in contact with the part b.

【0018】ゲート電極17はポーラスな二酸化マンガ
ン膜16上に白金膜を蒸着により膜状に形成することに
よりポーラス状として透湿性の電極を構成している。
The gate electrode 17 is formed as a porous film by vapor deposition of a platinum film on the porous manganese dioxide film 16 to constitute a moisture-permeable electrode.

【0019】このように構成された本発明の電界効果型
トランジスタを用いた湿度センサの動作は次の通りであ
る。先ず、このセンサを水分の全く存在しない雰囲気中
に置いた場合には、ゲート電極17の下側に形成された
二酸化マンガン膜16による水分吸収はないので、ゲー
ト電極17の有効面積は二酸化マンガン膜16と酸化タ
ンタル膜15との接触部分aだけとなり、小さくなる。
次に、このセンサを水分が存在する雰囲気中すなわち相
対湿度(RH)が0%よりも大きい雰囲気中に置いた場
合には、大気中の水分はポーラスな二酸化マンガン膜1
6を透過して酸化タンタル膜15表面に達し、二酸化マ
ンガン膜16と酸化タンタル膜15との非接触部分bに
も吸着される。これによりゲート電極17の有効面積は
拡大するが、この非接触部分bに対する有効面積の拡大
の度合いはセンサが置かれた雰囲気中の相対湿度に比例
する。しかもこの有効面積は雰囲気中の相対湿度の変化
に応じて素早く可逆的に変化する。
The operation of the humidity sensor using the field-effect transistor according to the present invention thus configured is as follows. First, when this sensor is placed in an atmosphere free of moisture, there is no moisture absorption by the manganese dioxide film 16 formed below the gate electrode 17, so that the effective area of the gate electrode 17 is limited to the manganese dioxide film. Only the contact portion a between the substrate 16 and the tantalum oxide film 15 is reduced, and the size becomes smaller.
Next, when this sensor is placed in an atmosphere where moisture is present, that is, in an atmosphere where the relative humidity (RH) is greater than 0%, the moisture in the atmosphere is reduced to the porous manganese dioxide film 1.
6 and reaches the surface of the tantalum oxide film 15 and is also adsorbed to the non-contact portion b between the manganese dioxide film 16 and the tantalum oxide film 15. As a result, the effective area of the gate electrode 17 increases, but the extent of the increase in the effective area with respect to the non-contact portion b is proportional to the relative humidity in the atmosphere where the sensor is placed. Moreover, this effective area changes quickly and reversibly in response to changes in the relative humidity in the atmosphere.

【0020】ここで、MOS型電界効果型トランジスタ
(以下ではMOSFETという)の動作を考えてみる。
MOSFETにおいてはシリコン基板11とゲート電極
17に挟まれたゲート絶縁膜14とでコンデンサを構成
している。ゲート電極17にVG なるゲート電圧が印加
されると、ゲート絶縁膜14内で分極が生じ、ゲート絶
縁膜14の直下のソース領域12とドレイン領域13間
のシリコン基板11表面に電荷が誘起され、チャンネル
が形成される。ここで形成されるチャンネルの幅は誘起
される電荷の量で変化し、電荷の量はコンデンサにおけ
る電圧の大きさに比例する。したがってコンデンサにお
ける電荷の量Qは下記の式により示される。
Here, consider the operation of a MOS field effect transistor (hereinafter referred to as a MOSFET).
In the MOSFET, a capacitor is constituted by the silicon substrate 11 and the gate insulating film 14 interposed between the gate electrodes 17. When V G becomes the gate voltage is applied to the gate electrode 17, polarization occurs in the gate insulating film 14, the charge on the surface of the silicon substrate 11 between the source region 12 and drain region 13 immediately below the gate insulating film 14 is induced , A channel is formed. The width of the channel formed here varies with the amount of induced charge, and the amount of charge is proportional to the magnitude of the voltage across the capacitor. Therefore, the amount of charge Q in the capacitor is given by the following equation.

【0021】Q=C・V 通常,MOSFETにおいてはQを変化させる、すなわ
ち,チャンネル幅を変化させるためにV(=VG )を変
化させるが、コンデンサの容量Cを変化させることによ
ってもQを変化させることができることは上記式からも
明らかである。本発明の湿度センサはこの点に着目し、
G を一定に維持した状態で湿度により容量Cが変化
し、それによってFETの出力を変化させるものであ
る。
Q = C · V Normally, Q is changed in a MOSFET, that is, V (= V G ) is changed in order to change a channel width, but Q is also changed by changing a capacitance C of a capacitor. It is clear from the above equation that it can be changed. The humidity sensor of the present invention focuses on this point,
The capacitance C varies by humidity while maintaining the V G constant, whereby it is intended to vary the output of the FET.

【0022】ところでコンデンサの容量Cは一般に下記
の式で表される。
Incidentally, the capacitance C of the capacitor is generally expressed by the following equation.

【0023】ε=ε0 ・εS/d ここで、εは絶縁膜の比誘電率、ε0 は空気の比誘電
率、Sは電極面積、dは電極間距離である。
Ε = ε 0 · εS / d Here, ε is the relative dielectric constant of the insulating film, ε 0 is the relative dielectric constant of air, S is the electrode area, and d is the distance between the electrodes.

【0024】この式から容量Cを変化させるためには絶
縁膜の比誘電率ε、電極面積S、電極間距離dのいずれ
かを変化させればよいことが明らかであるが、本発明の
センサでは湿度に応じて電極の有効面積Sを変化させる
ことで目的を達している。
From this equation, it is clear that the capacitance C can be changed by changing any one of the relative permittivity ε of the insulating film, the electrode area S, and the distance d between the electrodes. The objective is achieved by changing the effective area S of the electrode according to the humidity.

【0025】次に、図1に示した本発明の湿度センサに
おいて容量Cが相対湿度により変化することを以下に説
明する。
Next, how the capacitance C changes in the humidity sensor of the present invention shown in FIG. 1 depending on the relative humidity will be described below.

【0026】図1に示した本発明の湿度センサにおいて
は、コンデンサを構成する電極間絶縁層はゲート絶縁膜
14と酸化タンタル膜15であるため、これらの比比誘
電率をそれぞれε1 、ε2 とし、またこれらの導電率を
それぞれσ1 、σ2 とする。また、電極間距離dはゲー
ト絶縁膜14と酸化タンタル膜15のそれぞれの厚さの
合計である。次に、酸化タンタル膜15と二酸化マンガ
ン膜16との接触部aの面積をSa、これらの非接触部
の面積bをSb、Sbのうち水分で覆われている比率を
α、相対湿度をRH(%)で表すと、αおよび電極の有
効面積Sは数式1および下記の式で表される。
In the humidity sensor of the present invention shown in FIG. 1, since the inter-electrode insulating layers constituting the capacitor are the gate insulating film 14 and the tantalum oxide film 15, their relative dielectric constants are ε 1 and ε 2 , respectively. , And their electrical conductivities are σ 1 and σ 2 , respectively. The inter-electrode distance d is the sum of the respective thicknesses of the gate insulating film 14 and the tantalum oxide film 15. Next, the area of the contact portion a between the tantalum oxide film 15 and the manganese dioxide film 16 is Sa, the area b of these non-contact portions is Sb, the ratio of Sb covered with moisture is α, and the relative humidity is RH. When expressed in (%), α and the effective area S of the electrode are represented by Expression 1 and the following expression.

【0027】[0027]

【数1】 S=Sa+αSb また、二層の誘電体であるゲート絶縁膜14と酸化タン
タル膜15を含むコンデンサの容量Cは数式2で表され
る。
(Equation 1) S = Sa + αSb Further, the capacitance C of the capacitor including the gate insulating film 14 and the tantalum oxide film 15 which is a two-layer dielectric is expressed by the following equation (2).

【0028】[0028]

【数2】 この数式2の第2項はσ1 、σ2 が十分小さいので数式
3で近似される。
(Equation 2) Since the second term of the equation (2) has sufficiently small σ 1 and σ 2 , it is approximated by the equation (3).

【0029】[0029]

【数3】 上記の各数式から数式4が得られる。(Equation 3) Equation 4 is obtained from the above equations.

【0030】[0030]

【数4】 この数式4から容量Cは相対湿度RHに応じて変化する
ことがわかる。ところで、ゲート絶縁膜14と酸化タン
タル膜15に蓄えられる電荷の量Qcoは次の式 Qco=CVG で表され、シリコン基板内に誘起される電荷Qchは数
式5
(Equation 4) It can be seen from Equation 4 that the capacitance C changes according to the relative humidity RH. Incidentally, the amount of charge stored in the gate insulating film 14 and the tantalum oxide film 15 Qco is represented by the following formula Qco = CV G, the charge Qch induced in the silicon substrate Equation 5

【数5】 で表されるように、Qcoに比例するため、Qchは数
式6
(Equation 5) As represented by the following equation, Qch is proportional to Qco.

【数6】 のように表される。この数式6からMOSFETのチャ
ンネル幅が相対湿度RHにより変化することが示され、
従ってこの相対湿度の変化はMOSFETの出力変化か
ら読み取ることができることがわかる。
(Equation 6) It is represented as Equation 6 shows that the channel width of the MOSFET changes with the relative humidity RH.
Therefore, it can be seen that the change in the relative humidity can be read from the output change of the MOSFET.

【0031】図3は図1に示した本発明の湿度センサの
製造方法を示す断面図である。先ず図3(A)に示すよ
うに、p型のシリコン基板11の表面に熱酸化法により
5000Aの厚さで酸化シリコン膜を形成し、フィール
ド絶縁膜部分18を残して酸化膜を除去して新たにゲー
ト酸化膜15を約500A(オングストローム、以下A
と略記する)の厚さで形成する。このゲート酸化膜15
上に図3(B)に示すように、酸化タンタル(Ta2
5 )膜15をプラズマCVD法により形成する。
FIG. 3 is a sectional view showing a method of manufacturing the humidity sensor of the present invention shown in FIG. First, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film having a thickness of 5000 A is formed on the surface of a p-type silicon substrate 11 by a thermal oxidation method, and the oxide film is removed while leaving the field insulating film portion 18. A new gate oxide film 15 of about 500 A (angstrom, hereinafter A)
). This gate oxide film 15
As shown in FIG. 3B, tantalum oxide (Ta 2 O)
5 ) The film 15 is formed by a plasma CVD method.

【0032】この時の条件は次の通りである。The conditions at this time are as follows.

【0033】 生成温度;350℃ 反応ガス;塩化タンタル、水素、二酸化炭素の混合ガス (TaCl5 −H2 −CO2 ) 圧力 ;0.2Torr パワー/周波数;60W/13.6MHz 生成速度(膜厚);30A(300A) 成膜後、膜質向上のため真空中800℃で熱処理を行っ
た。
Generation temperature; 350 ° C. reaction gas; mixed gas of tantalum chloride, hydrogen and carbon dioxide (TaCl 5 —H 2 —CO 2 ) pressure; 0.2 Torr power / frequency; 60 W / 13.6 MHz generation rate (film thickness) ); 30A (300A) After the film formation, a heat treatment was performed at 800 ° C in vacuum to improve the film quality.

【0034】次いで、酸化タンタル膜15の不要部分除
去と、ゲート酸化膜15の窓開けを行い、図3(C)に
示すように、イオン注入法により燐を注入してソース・
ドレイン領域12、13を形成する。そして、これらの
領域を含むフィールド酸化膜18上にアルミニウムを蒸
着してソース電極19、ドレイン電極20を形成する。
その後、図3(D)に示すように、酸化タンタル膜15
形成部分を残して2μm厚の窒化シリコン膜21で全体
を覆う。酸化タンタル膜15の上には二酸化マンガン膜
16がRFスパッタリング法により形成される。この
時、膜をポーラスにするため下記の条件でスパッタリン
グを行う。
Next, unnecessary portions of the tantalum oxide film 15 are removed and windows of the gate oxide film 15 are opened, and as shown in FIG.
Drain regions 12 and 13 are formed. Then, a source electrode 19 and a drain electrode 20 are formed by depositing aluminum on the field oxide film 18 including these regions.
After that, as shown in FIG.
The entire structure is covered with a silicon nitride film 21 having a thickness of 2 μm except for the formation part. On the tantalum oxide film 15, a manganese dioxide film 16 is formed by an RF sputtering method. At this time, sputtering is performed under the following conditions to make the film porous.

【0035】 基板温度 ;120℃以下 Arガス圧;3×10-2Torr RFパワー;1.5kW 膜厚 ;6μm 次いで透湿性、導電性をともに損なわないように150
Aの厚みで白金を蒸着して、ゲート電極17を形成す
る。
Substrate temperature: 120 ° C. or less Ar gas pressure: 3 × 10 −2 Torr RF power; 1.5 kW Film thickness: 6 μm Then 150 so as not to impair both moisture permeability and conductivity.
A gate electrode 17 is formed by depositing platinum with a thickness of A.

【0036】なお、上記の第1の実施例では、感湿体層
を構成する金属酸化物として、酸化タンタルを用いる場
合について説明したが、金属酸化物としてIVa族の金
属、バナジウムを除くVa族の金属、アルミニウムまた
はタングステンあるいはこれらの合金の酸化物を用いて
も良い。また、半導体性金属酸化物として、二酸化マン
ガンを用いる場合について説明したが、半導体性金属酸
化物は、酸化錫、酸化ニッケル、酸化ルテニウム、酸化
ビスマス、酸化モリブデンのうちのいずれか1つまたは
複数を含むものでも良い
In the first embodiment, the moisture-sensitive layer
Where tantalum oxide is used as the metal oxide
Was described, but as a metal oxide, a group IVa gold
Metals of the Va group, excluding vanadium, aluminum and
Using tungsten or oxides of these alloys
Is also good. In addition, as a semiconductor metal oxide,
The case where a gun is used has been described.
Are tin oxide, nickel oxide, ruthenium oxide, oxide
Any one of bismuth, molybdenum oxide or
A plurality may be included .

【0037】上記の第1の実施例では感湿体層として金
属酸化物層を用いたが、金属酸化物層の代わりに金属窒
化物の酸化物層を用いることができる。以下では感湿体
層として金属窒化物の酸化物層を用いた本発明の第2の
実施例について説明する。
In the first embodiment, the metal oxide layer is used as the moisture sensitive layer. However, a metal nitride oxide layer can be used instead of the metal oxide layer. Hereinafter, a second embodiment of the present invention using a metal nitride oxide layer as the moisture sensitive layer will be described.

【0038】すなわち、金属窒化物の酸化物はMNX
Y (M;金属、N;窒素、O;酸素、X,Y;任意の
数)なる組成を備えている。この組成中の金属(M)と
しては、IVa族の金属、バナジウムを除くVa族の金
属、アルミニウムまたはタングステンあるいはこれらの
合金である。ここではMに当たる金属をタンタルとして
TaNX Y 膜を下記の条件でのプラズマCVD法によ
り形成した。
That is, the metal nitride oxide is MN X O
Y (M; metal; N; nitrogen; O; oxygen; X, Y; any number). The metal (M) in this composition is a Group IVa metal, a Group Va metal excluding vanadium, aluminum or tungsten, or an alloy thereof. Here, a TaN X O Y film was formed by a plasma CVD method under the following conditions using a metal corresponding to M as tantalum.

【0039】 生成温度;400℃ 反応ガス;塩化タンタル、水素、二酸化炭素、アンモニ
アの混合ガス (TaCl5 −H2 −CO2 −NH3 ) 圧力 ;0.2Torr パワー/周波数;60W/13.6MHz 生成速度(膜厚);30A(300A) 本実施例では感湿体層として金属窒化物の酸化物層を用
いること以外は第1の実施例と構造および製造方法とも
に同じであるため、これらについての説明は省略する。
したがって、半導体性金属酸化物としては、二酸化マン
ガンに代えて、酸化錫、酸化ニッケル、酸化ルテニウ
ム、酸化ビスマス、酸化モリブデンのうちのいずれか1
つまたは複数を含むものを用いることができる
Generation temperature; 400 ° C. reaction gas; a mixed gas of tantalum chloride, hydrogen, carbon dioxide and ammonia (TaCl 5 —H 2 —CO 2 —NH 3 ) pressure; 0.2 Torr power / frequency; 60 W / 13.6 MHz Formation rate (film thickness): 30 A (300 A) In this embodiment, the structure and manufacturing method are the same as those in the first embodiment except that an oxide layer of a metal nitride is used as the moisture-sensitive layer. Is omitted.
Therefore, as a semiconducting metal oxide, man dioxide
Instead of gun, tin oxide, nickel oxide, ruthenium oxide
One of aluminum oxide, bismuth oxide, and molybdenum oxide
One or more than one can be used .

【0040】上記第2の実施例では感湿体層として金属
酸化物層の代わりに金属窒化物の酸化物層を用いること
により、感湿体層を構成する誘電体膜の温度依存性を低
くすることができた。
In the second embodiment, the temperature dependence of the dielectric film constituting the moisture sensitive layer is reduced by using a metal nitride oxide layer instead of the metal oxide layer as the moisture sensitive layer. We were able to.

【0041】図4は本発明の温度センサの温度依存性を
示すグラフであり、横軸に温度を、縦軸にセンサ出力を
それぞれ示している。同図中の実線イは本発明の第2の
実施例として示したセンサ、破線ロは本発明の第1の実
施例として示したセンサの場合をそれぞれ示している。
FIG. 4 is a graph showing the temperature dependence of the temperature sensor according to the present invention, wherein the horizontal axis represents the temperature and the vertical axis represents the sensor output. In the figure, a solid line A shows the case of the sensor shown as the second embodiment of the present invention, and a broken line B shows the case of the sensor shown as the first embodiment of the present invention.

【0042】これから判るように本発明の第2の実施例
により、センサの温度依存性がより改善される。センサ
の温度依存性を低くすることにより、相対湿度を得るた
めの温度補償回路が簡易化されあるいは不要になるとい
う効果が得られる。
As can be seen, the temperature dependency of the sensor is further improved by the second embodiment of the present invention. By lowering the temperature dependence of the sensor, the temperature compensating circuit for obtaining the relative humidity can be simplified or eliminated.

【0043】図5は本発明の第3の実施例である湿度セ
ンサの要部を示す断面図である。この実施例では感湿体
層は第1および第2の実施例で示した金属酸化物層ある
いは金属窒化物の酸化物層から構成される第1層15´
と、同じく第1および第2の実施例で示した半導体性金
属酸化物層16から構成されるが、第1層15´膜の構
造に次のような特徴を有している。すなわち、この第1
層15´膜はゲート絶縁膜14に接する側のe層では酸
化物としての化学量論比を満足し、半導体性金属酸化物
層16に接する側のf層では酸素過剰組成となるよう
に、金属の酸化数が調整されている。例えばこの第1層
15´膜として酸化タンタルTaO2 を用いる場合、e
層は化学量論比TaO2 を満足したp型半導体層であ
り、f層は酸素過剰組成TaOn(n>2.5)を有す
るp型半導体層となっている。この構造で誘電体として
作用するのは化学量論比を満足しているe層であり、f
層は静電容量には関与しない。従って先に示した数式4
において容量Cは次の数式7で表される。
FIG. 5 is a sectional view showing a main part of a humidity sensor according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the moisture-sensitive layer is the first layer 15 'composed of the metal oxide layer or the metal nitride oxide layer shown in the first and second embodiments.
And the semiconductor metal oxide layer 16 shown in the first and second embodiments. The structure of the first layer 15 'has the following characteristics. That is, this first
The layer 15 ′ film satisfies the stoichiometric ratio as an oxide on the e layer on the side contacting the gate insulating film 14, and has an oxygen excess composition on the f layer on the side contacting the semiconductor metal oxide layer 16. The oxidation number of the metal has been adjusted. For example, when using tantalum oxide TaO 2 as the first layer 15 ′ film, e
The layer is a p-type semiconductor layer satisfying the stoichiometric ratio TaO 2 , and the f-layer is a p-type semiconductor layer having an oxygen excess composition TaOn (n> 2.5). It is the e layer that satisfies the stoichiometric ratio that acts as a dielectric in this structure, and f
The layers do not contribute to the capacitance. Therefore, Equation 4 shown above
, The capacity C is represented by the following equation (7).

【0044】[0044]

【数7】 数式7のdは本発明の第3の実施例においてはゲート絶
縁膜の厚さおよびe層の厚さを示していることになる。
ところでp型半導体であるf層は水分に対し非常に活発
な層である。電圧印加時において透湿性ゲート電極1
7、半導体性金属酸化物層16を透過してきた水分がこ
のf層に吸着するとH2 Oからの酸素イオンがf層から
e層に向かって拡散し、f層の厚みが増す。これとは逆
にf層に吸着していた水分が脱着すると酸素イオンの供
給がなくなり、e層に向かっていた拡散が次第に減少し
てf層の厚さは減少し、最終的には水分吸着のない状態
に減少していく。換言すれば、相対湿度の増加により、
e層の厚さが減少し、相対湿度の減少によってe層の厚
さが増加することになる。ここで dG ;ケート絶縁膜の厚さ de;e層の厚さ β ;相対湿度の変化によりdeの減少する比率 とすると、βは次式8で表され、
(Equation 7) In the third embodiment of the present invention, d in Expression 7 indicates the thickness of the gate insulating film and the thickness of the e layer.
Incidentally, the f-layer, which is a p-type semiconductor, is a layer that is very active against moisture. When a voltage is applied, the moisture-permeable gate electrode 1
7. When moisture permeating the semiconductive metal oxide layer 16 is adsorbed on the f layer, oxygen ions from H 2 O diffuse from the f layer toward the e layer, and the thickness of the f layer increases. Conversely, when the water adsorbed on the f-layer is desorbed, the supply of oxygen ions is stopped, the diffusion toward the e-layer gradually decreases, the thickness of the f-layer decreases, and finally, the water adsorbed. It decreases to the state without. In other words, due to the increase in relative humidity,
The thickness of the e-layer will decrease, and the decrease in relative humidity will increase the thickness of the e-layer. Here, d G ; the thickness of the gate insulating film, de; the thickness of the e layer, β; the ratio of decrease of de due to a change in relative humidity, β is expressed by the following equation 8.

【数8】 dは次の式 d=dG +de−βde で表されるから、数式4を書き換えると、Cは次式9の
ように書き替えられる。
(Equation 8) Since d is represented by the following equation, d = d G + de−βde, rewriting Equation 4 rewrites C as in the following Equation 9.

【0045】[0045]

【数9】 そして、Qcoと数式5とにより、Qchは数式10で
表される。
(Equation 9) Then, Qch is expressed by Expression 10 by Qco and Expression 5.

【0046】[0046]

【数10】 このように本発明の第3の実施例によれば、第1の実施
例と同様な電極の有効面積の変化に加え、電極間距離の
変化も伴うため、より高感度に湿度変化を検出すること
ができる。
(Equation 10) As described above, according to the third embodiment of the present invention, in addition to the change in the effective area of the electrodes similar to that in the first embodiment, the change in the distance between the electrodes is accompanied, so that the humidity change can be detected with higher sensitivity. be able to.

【0047】上記の第3の実施例においても、感湿体層
を構成する金属酸化物として、酸化タンタルに代えて、
IVa族の金属、バナジウムを除くVa族の金属、アルミ
ニウムまたはタングステンあるいはこれらの合金の酸化
物を用いても良い。また、半導体性金属酸化物として、
二酸化マンガンに代えて、酸化錫、酸化ニッケル、酸化
ルテニウム、酸化ビスマス、酸化モリブデンのうちのい
ずれか1つまたは複数を含むものを用いても良い
Also in the third embodiment, the moisture-sensitive layer
Instead of tantalum oxide,
Group IVa metals, Va group metals excluding vanadium, aluminum
Oxidation of tungsten or tungsten or their alloys
An object may be used. In addition, as a semiconductor metal oxide,
Instead of manganese dioxide, tin oxide, nickel oxide, oxide
Ruthenium, bismuth oxide or molybdenum oxide
Any one or more of them may be used .

【0048】図6に本発明の湿度センサの複合化の実施
例として、温度センサを同一チップ上に形成した装置を
示す。湿度センサ部分は図1のセンサと同一構造のた
め、各構成部分には同一符号を付して説明は省略する。
複合化される温度センサは、半導体基板11上に形成さ
れたn型領域31とフィールド絶縁膜18に設けられた
窓を介してn型領域31に接続される電極配線32から
構成されるダイオードにより構成される。この電極配線
32の表面は窒化シリコン膜21により覆われる。
FIG. 6 shows an apparatus in which a temperature sensor is formed on the same chip as an embodiment of combining the humidity sensor of the present invention. Since the humidity sensor portion has the same structure as the sensor of FIG. 1, each component is denoted by the same reference numeral and description thereof is omitted.
The temperature sensor to be combined is composed of a diode composed of an n-type region 31 formed on the semiconductor substrate 11 and an electrode wiring 32 connected to the n-type region 31 through a window provided in the field insulating film 18. Be composed. The surface of the electrode wiring 32 is covered with the silicon nitride film 21.

【0049】この温度センサ部分の製造は湿度センサの
製造プロセスに組み込み同一のプロセスにより製造が可
能である。これは湿度センサをMOSFETにより構成
したことによる効果である。
The temperature sensor can be manufactured by the same process as that incorporated in the humidity sensor manufacturing process. This is an effect of configuring the humidity sensor with a MOSFET.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明した本発明の湿度センサにおい
ては、小型で高感度、耐候性および経時安定性に優れ、
かつ多機能・複合化の要請にも答えられる電界効果型ト
ランジスタを用いた湿度センサが得られる。
The humidity sensor according to the present invention described above is small in size, excellent in sensitivity, excellent in weather resistance and stability over time,
In addition, a humidity sensor using a field-effect transistor that can meet the demands for multifunction and composite is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の電界効果型トランジスタを用いた湿度
センサの構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a humidity sensor using a field-effect transistor of the present invention.

【図2】図1に示す湿度センサのゲート電極部分の拡大
図である。
FIG. 2 is an enlarged view of a gate electrode portion of the humidity sensor shown in FIG.

【図3】図1に示した本発明の湿度センサの製造方法を
示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the humidity sensor of the present invention shown in FIG.

【図4】本発明の温度センサの温度依存性を示すグラフ
である。
FIG. 4 is a graph showing the temperature dependence of the temperature sensor of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例である湿度センサの要部
を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a main part of a humidity sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の湿度センサの複合化の実施例を示す断
面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing an embodiment of combining the humidity sensor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半導体基板 12 ソース領域 13 ドレイン領域 14 ゲート絶縁膜 15 酸化タンタル膜 16 二酸化マンガン膜 17 ゲート電極 18 フィールド絶縁膜 19 ソース電極 20 ドレイン電極 21 窒化膜 31 n型領域 32 電極配線 Reference Signs List 11 semiconductor substrate 12 source region 13 drain region 14 gate insulating film 15 tantalum oxide film 16 manganese dioxide film 17 gate electrode 18 field insulating film 19 source electrode 20 drain electrode 21 nitride film 31 n-type region 32 electrode wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/00 - 27/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 27/00-27/24

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 水分の吸脱着により静電容量が変化する
感湿体を電界効果型トランジスタ素子のゲート絶縁膜上
に積層して一体構造に結合した湿度センサにおいて、第
1層に金属酸化物、第2層に半導体性金属酸化物、第3
層に透湿性電極を順次積層してなる材料を用い、前記第
3層の透湿性電極が前記電界効果型トランジスタ素子の
ゲートの機能を兼ねるようにしたことを特徴とする湿度
センサ。
1. A humidity sensor in which a moisture-sensitive body whose capacitance changes due to adsorption and desorption of moisture is laminated on a gate insulating film of a field-effect transistor element and is integrated into an integrated structure. The second layer has a semiconductive metal oxide, and the third layer has
A humidity sensor wherein a material obtained by sequentially laminating a moisture-permeable electrode on a layer is used, and the moisture-permeable electrode of the third layer also functions as a gate of the field-effect transistor element.
【請求項2】 前記感湿体層を構成する金属酸化物は、
IVa族の金属、バナジウムを除くVa族の金属、アルミ
ニウムまたはタングステンあるいはこれらの合金の酸化
物を含んでいることを特徴とする請求項1記載の湿度セ
ンサ。
2. The metal oxide constituting the moisture-sensitive layer,
2. The humidity sensor according to claim 1, wherein the humidity sensor contains a Group IVa metal, a Group Va metal other than vanadium, an oxide of aluminum or tungsten, or an alloy thereof.
【請求項3】 前記感湿体層を構成する半導体性金属酸
化物は、二酸化マンガン、酸化錫、酸化ニッケル、酸化
ルテニウム、酸化ビスマス、酸化モリブデンのうちのい
ずれか1つまたは複数を含んでいることを特徴とする請
求項1記載の湿度センサ。
3. The semiconductor metal oxide constituting the moisture-sensitive layer includes one or more of manganese dioxide, tin oxide, nickel oxide, ruthenium oxide, bismuth oxide, and molybdenum oxide. The humidity sensor according to claim 1, wherein:
【請求項4】 水分の吸脱着により静電容量が変化する
感湿体を電界効果型トランジスタ素子のゲート絶縁膜上
に積層して一体構造に結合した湿度センサにおいて、前
記感湿体は第1層に金属窒化物の酸化物(MNx y
(但し、Mは金属、X、Yはそれぞれ任意の数)、第2
層に半導体性金属酸化物、第3層に透湿性電極を順次積
層してなる材料を用い、前記第3層の透湿性電極が前記
電界効果型トランジスタ素子のゲートの機能を兼ねるよ
うにしたことを特徴とする湿度センサ。
4. A humidity sensor in which a moisture-sensitive body whose capacitance changes due to adsorption and desorption of moisture is laminated on a gate insulating film of a field-effect transistor element and joined together to form an integral structure. Metal nitride oxide (MN x O y ) for layer
(However, M is a metal, X and Y are arbitrary numbers, respectively), second
A material formed by sequentially laminating a semiconductor metal oxide for a layer and a moisture-permeable electrode for a third layer, wherein the moisture-permeable electrode of the third layer also functions as a gate of the field-effect transistor element. A humidity sensor.
【請求項5】 前記感湿体層を構成する金属窒化物の酸
化物(MNx y )に含まれる金属(M)は、IVa族の
金属、バナジウムを除くVa族の金属、アルミニウムま
たはタングステンあるいはこれらの合金のうちのいずれ
か1つまたは複数を含んでいることを特徴とする請求項
4記載の湿度センサ。
5. The metal (M) contained in the metal nitride oxide (MN x O y ) constituting the moisture sensitive layer is a group IVa metal, a group Va metal excluding vanadium, aluminum or tungsten. 5. The humidity sensor according to claim 4, wherein the humidity sensor contains one or more of these alloys.
【請求項6】 前記感湿体層を構成する半導体性金属酸
化物は、二酸化マンガン、酸化錫、酸化ニッケル、酸化
ルテニウム、酸化ビスマス、酸化モリブデンのうちのい
ずれか1つまたは複数を含んでいることを特徴とする請
求項4記載の湿度センサ。
6. The semiconductor metal oxide constituting the moisture-sensitive layer includes one or more of manganese dioxide, tin oxide, nickel oxide, ruthenium oxide, bismuth oxide, and molybdenum oxide. The humidity sensor according to claim 4, wherein:
【請求項7】 第1層に金属酸化物または金属窒化物の
酸化物(MNx y)(但し、Mは金属、X、Yはそれ
ぞれ任意の数)、第2層に半導体性金属酸化物、第3層
に透湿性電極を順次積層してなる材料を感湿体とし、前
記電界効果型トランジスタ素子のゲート絶縁膜上に前記
透湿性電極がゲート電極として機能するように積層して
なる湿度センサであって、前記感湿体中の金属酸化物ま
たは金属窒化物の酸化物を反応性スパッタリング、CV
D等の金属の酸化数を調整できる手法によってつくるこ
とにより、前記ゲート絶縁膜に接する側では酸化物とし
ての化学量論比を満足し、前記半導体性金属酸化物層に
接する側の薄い部分で酸素過剰組成となるようにしたこ
とを特徴とする湿度センサ。
7. A metal oxide or metal nitride oxide (MN x O y ) (M is a metal, X and Y are arbitrary numbers) in a first layer, and a semiconductor metal oxide is formed in a second layer. A material obtained by sequentially laminating a moisture-permeable electrode on the third layer is a moisture-sensitive body, and is laminated on the gate insulating film of the field-effect transistor element so that the moisture-permeable electrode functions as a gate electrode. What is claimed is: 1. A humidity sensor, comprising: reactive sputtering the metal oxide or metal nitride oxide in the moisture-sensitive body;
By making it possible to adjust the oxidation number of a metal such as D, a stoichiometric ratio as an oxide is satisfied on the side in contact with the gate insulating film, and a thin portion on the side in contact with the semiconductive metal oxide layer is formed. A humidity sensor having an oxygen excess composition.
【請求項8】 前記感湿体を構成する金属酸化物は、IV
a族の金属、バナジウムを除くVa族の金属、アルミニ
ウムまたはタングステンあるいはこれらの合金の酸化物
を含んでいることを特徴とする請求項7記載の湿度セン
サ。
8. The method according to claim 8, wherein the metal oxide constituting the moisture-sensitive body is IV.
8. The humidity sensor according to claim 7, comprising a group a metal, a group Va metal other than vanadium, an oxide of aluminum or tungsten or an alloy thereof.
【請求項9】 前記感湿体層を構成する金属窒化物の酸
化物(MNx y )に含まれる金属(M)は、IVa族の
金属、バナジウムを除くVa族の金属、アルミニウムま
たはタングステンあるいはこれらの合金のうちのいずれ
か1つまたは複数を含んでいることを特徴とする請求項
7記載の湿度センサ。
9. The metal (M) contained in the metal nitride oxide (MN x O y ) constituting the moisture-sensitive layer is a group IVa metal, a group Va metal excluding vanadium, aluminum or tungsten. 8. The humidity sensor according to claim 7, further comprising one or more of these alloys.
【請求項10】 前記感湿体層を構成する半導体性金属
酸化物は、二酸化マンガン、酸化錫、酸化ニッケル、酸
化ルテニウム、酸化ビスマス、酸化モリブデンのうちの
いずれか1つまたは複数を含んでいることを特徴とする
請求項7記載の湿度センサ。
10. The semiconductor metal oxide constituting the moisture-sensitive layer contains one or more of manganese dioxide, tin oxide, nickel oxide, ruthenium oxide, bismuth oxide, and molybdenum oxide. The humidity sensor according to claim 7, wherein:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050036905A1 (en) * 2003-08-12 2005-02-17 Matsushita Electric Works, Ltd. Defect controlled nanotube sensor and method of production
US8357958B2 (en) 2004-04-02 2013-01-22 Silicon Laboratories Inc. Integrated CMOS porous sensor
JP2007535662A (en) 2004-04-02 2007-12-06 カミンズ,チモシー Integrated electronic sensor
JP4560362B2 (en) * 2004-09-17 2010-10-13 キヤノン株式会社 Sensor and manufacturing method thereof
US8007167B2 (en) * 2005-09-30 2011-08-30 Silicon Laboratories Inc. Integrated electronic sensor
JP5466859B2 (en) * 2009-02-19 2014-04-09 東京エレクトロン株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
JP5494078B2 (en) * 2010-03-19 2014-05-14 富士通株式会社 Sensor device and manufacturing method thereof
US8852513B1 (en) 2011-09-30 2014-10-07 Silicon Laboratories Inc. Systems and methods for packaging integrated circuit gas sensor systems
US8669131B1 (en) 2011-09-30 2014-03-11 Silicon Laboratories Inc. Methods and materials for forming gas sensor structures
US8691609B1 (en) 2011-09-30 2014-04-08 Silicon Laboratories Inc. Gas sensor materials and methods for preparation thereof
US9164052B1 (en) 2011-09-30 2015-10-20 Silicon Laboratories Inc. Integrated gas sensor
DE102012213625A1 (en) * 2012-08-02 2014-02-06 Robert Bosch Gmbh Gas sensor e.g. oxygen sensor, for determining substance in e.g. gaseous mixture in exhaust line of combustion engine, has insulating layer including fluctuation margin with thickness larger or equal to quarter of overall thickness of layer
GB2523173A (en) * 2014-02-17 2015-08-19 Nokia Technologies Oy An apparatus and associated methods

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