JPH01237442A - 湿度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明はポリグルタミン酸メチルとポリウレタンの共
重合体を感湿体とする湿度センサに関する。

（従来の技術） 湿度を検出して電気的な信号（こ変換するため、従来ｆ
Ｊ）ら各機略湿材料が試みられている。それらはセラミ
ックを使用するもの、有機材料を用いるζこ大別される
。

セラミックを用いたものの多くは、電気抵抗変化弐で、
湿度（こ応じてその電気抵抗が変化する。

この目的のｆこめ、大気中の水分を吸着しやすい材料を
選定し、多孔質セラミックの形に焼成し、測定弔電２．
゛乗をＡｕ焼付ペーストなどを用いて設ける。

セラミックを用いｆこ湿度センサは、現在“廻用比され
ているものの、応答速度が１唱い、　７．７Ｉ］湿時と
除湿時では、ヒステリシスが太きい浄の難点がある。

さらは最近の傾向として、ｃｆｆＬら％ＭＯ８ＦＥＴＳ
ｌ）ゲート−ヒに形成する（こはセラミックの焼収益度
が高Ｇ）ため、ＭＯＳＦＥＴそのも６つや金属電ｉ蚕（
多くは蒸着（こよる）の′特製を損なうためＩＣ比され
た湿度センサには適合しない。

一力、有Ｉｌ幾物を用い１こものはＰＶＡやＳｉ樹１指
の膜が提案されているが、ヒステリシスや経時安定性に
欠けろため、信頼できる安価な湿度センサとして広く用
いられるＥこ至っていない。

またヒステリシスが小さく、応答速度が速く、Ｓｉ累子
と組み貧せ甘子が工程ヒ申能な湿度センサとしてポリグ
ルタミン酸メチル牟体の模も提案されているが、基板と
の密着性が悪く暎が剥離しやすいという難点があった。

（本発明が解決しようとする課題） 本発明は上記の事情を鑑み、ヒステリシスが小さく、応
答速度が速＜、Ｓｉ素子と組合わせ手が工程上可能で基
板との密着性が強い感湿膜を有する湿度センサを提供す
る。

〔発明の構改〕

（課題を解決するための手段と作用） 本発明は、上記の従来摩湿度センサの難点を克服し、安
価で信頼性の高い湿度センサを提供することを目的とす
る。

このため本発明では、感湿材料（こポリグルタミン酸メ
チルとポリウレタンの共重合体を用いる。

ポリグルタミン酸メチルは、下記の如き分子構造をもち
疎水性である。

またポリウレタンは、下記の如き分子構造をもち疎水性
である。

ポリグルタミン酸メチルの膜は多孔性で透湿性に富む反
面、吸湿性は少ない。このため吸湿性１こ富むＰＶＡや
セラミックにくらべ、ヒステリシスを大幅に低減できる
。さらをこ、セラミックにくらべて薄＠をたやすく形成
できるので応答速度は大幅に改善できる。

さらに、ポリグルタミン酸メチルは、適当な溶媒で希釈
して、容易に基板上ｌこスピンコードでき、不要部分は
プラズマアッシャ−で除去できろうこれらの工程は、高
々２００°Ｃ以下で行なうことができ、そのため、この
感湿膜をＳｌ素子上に形成できる。

また、ポリグルタミン酸メチルとポリウレタンを共重合
させることによりポリグルタミン酸メチル単体の膜より
も高伸度の嘆が得られ、基板との密着性が向上する。そ
のためより信頼性の高い感湿膜が得られる。

ポリグルタミン酸メチルとポリウレタンを共重合体を用
いた感湿膜の感湿特性はポリグルタミン酸メチル単体の
ものよりも線形に近くなり、実用化ｔこ適している。

（実施例） 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１ 第１図は本発明の素子の断面構造を示す。ＳｉＮ基板１
−４上醗こ蒸着により下部電極１−２として全電極を設
け、この上にポリグルタミン酸メチルとボリウレタ／の
共重合体１−１をジメチルホルムアミド（以（ｉＤＭＦ
）ｆこて体積比５０％に希釈し′ｒ−溶液を基板のＳ　
ｉ　ｏ、ガラスを回転してスピンコードした。この後乾
燥（室＠）シ、さらｌこ膜上に蒸着により上部電極１−
３である全電極を形成した。この後、この素子にリード
線ｅ付け、湿度が可変な槽齋こて相対湿度１０チ〜９０
チ（２５チ）で評価した。

第２図番こは１本素子の相対湿度１０チ下で電気容量Ｃ
３゜を基準としたとき、９０％下の眠気容量Ｃ，。の非
並びに相対湿度１０％→９０チ→１０チにおける行程で
の最大ヒステリシスを他の例と併せて示す。

実施例２ 実施例１と同一構成であるが、ポリグルタミン酸メチル
とボリウレタ／の共重仕体＠を形成乾燥後、紫外線（水
銀ランプ、波長的３３００〜３７００Ａ）を一定時間照
射した後、上部！極を設けた。

この喋作をこより、′ｌ？性分損うことなく感湿膜は。

より機械的１こ強固になり、実施例１のものは膜面を機
械的に擦ると剥離が生じたが、この例では生ずることが
なくなった。

実施例３ 実施例１と同−構成であるが、ポリグルタミン酸メチル
とポリウレタンの共重合体＠を形成乾燥後、６０℃〜１
８０℃で一定時間熱硬化した後、上部電極を設けた。こ
の操作により、特性を損うことなく感湿膜は、より長期
間にわたりて安定になった。実施例２のものは高湿試験
において電気容量が増加し感湿膜が劣化したが、この例
では電気容量の増υ口は見られなかった。

実施例４ 第３図−こ本発明の第４の実施例を説明する構造を断面
で示す。ＳＩＯ！ガラス基板３−５上に蒸着により金の
面の歯状電極３−２．３−３を形成し。

その上にポリグルタミン酸メチルとポリウレタンの共重
合体膜３−１を実施例１と同様にして設け、さらＥこ、
その上に先番こ設けた櫛の歯状電極に電気的に接するこ
とがないように蒸着により金電極を被覆した。測定には
、前記一対の櫛の歯状電極を用いると、蒸着した金がな
んら段差を横切ることがないため、ｔｌｆｆｉ切れの心
配がない素子が得られ′た。感湿特性を第１表に示す。

実施例５ 実施列４と同様な構成をとり、ポリグルタミン酸メチル
とポリウレタンの共重曾体映乾保後、実施例２と同様な
紫外線を照射したものを試作した。

感湿膜は、実施例２と同様丈夫になり、特性も実施例４
と大差なきものが得られた。

実施例６ 第４図Ｇこ本発明の実施例の素子の構造を示す。

この素子はＭＯＳＦＥＴを含むＳｉ基板４−５上に設け
られた絶縁膜４−４の上に、さらに、ＭＯＳＦＥＴのゲ
ート表面に対面して、Ｔｉ−Ａｕ成る蒸着金属の積層電
極４−２を設け、さらにこれを覆うべくポリグルタミン
酸メチルとポリウレタンの共重合体＠４−１　を設け、
不用部分をプラズマアッシャ−で除去した後、このポリ
グルタミン酸メチルとポリウレタンの共重合体膜膜上に
蒸着により上部電極４−３を設けて感湿部とした。

また、参考のため、このようなＭＯＳＦＥＴ５−２と感
湿集子５−１とを組み会わせた湿度センサ測定回路を第
５１図に示す。このようにして試作したゲート上の感湿
部分のみを評価した結果を表１に他の例も併せて示す。

上記の実施例１〜６と比べるため、次の参考例の試作２
行なった。

参考例１ 実施例１と同様な製法をこてＰＶＡを感湿体に用いた。

用いたＰＶＡの重仕度は約２００００．その結晶化度に
よって多少の差はあるが５表１１こ示すごとき結果とな
った。なお、ヒステリシスは、比較的小さいものを表１
１こ示したが、相対湿度９０％を経験すると、全く復帰
せず測定不能なものが５個中２個あった。

参考例２ 実施例２と同様な構成によりアクリル系モノマー重合体
を用いた。重合度は不明である。感湿特性は湿度センサ
としては十分であるが、塗れ性が良くないので、均一な
素子を作成するのが困難であった。

参考列３ 実施例１と同様な構成で感湿）摸としてＡＪ、Ｏ，スパ
ッタ模と用いた。ＡＡ、Ｏ，とターゲットとし、Ｏ３：
Ａｒ＝１：１とし、１０”Ｔｏｒｒ下でマグネトロンス
パッタを行ない、Ｉ＠３０００Ａの感湿膜を作成した。

〔発明の効果〕

表１で明らかな如く、ポリグルタミン酸メチルとポリウ
レタンの共重合体を用いた限度センサはＣｏｏ／Ｃｏｏ
が十分大きい上に、ヒステリシスが小さく、かつ応答速
度が速い。応答速度は通常膜厚により左右されるが、実
施例１〜６．参考例１〜２はほぼ同一の厚みで、およそ
１μｍ前後である。

従って、これらの例の差は１本発明（こよる効果が顕著
に現われているといえる。また、参考例３ハ念）ｋ　ｂ
　Ａ　’　２０　ａ模につぃての結果を示したがこれも
本発明の結果を大きく下回るものである。

（［２） 上述の如く、ポリグルタミン酸メチルとポリウンタ／の
共重合体は、各種の形態をもって、湿度センサＥこ適応
しつるが、第６図Ｑこ示すごとく感湿素子をリングオシ
レータの発振回路６−２ｆこ挿入し、容量変化がオシレ
ータの周波数変化として、信号を取り出すことができる
。

また、この場合発振器の他の部品をＳｉチツプ上にＩＣ
化し、そのＩＣの基板の一部Ｅこ本発明による感湿膜を
設けることも可能である。

さらに、Ｓ１チツプ上全而を感湿部とした構成であって
も良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本活明の実施例１（こおける構造図、第２図は
第１図の素子の２５°Ｃ１こおける特性図、第３図は本
発明の池の構成例を示す断面図、第４図は本発明の池の
実施列を示す）析面図、第５図は第４図の素子のＦ　Ｅ
　Ｔ湿度センサとしての測定回路を示す回路図、第６図
は本発明による感湿素Ｐ６−１を発振回路６−２の一部
をご用いたリングオシレータを示す回路図である。 １−１・・・ポリグルタミン酸メチルとポリウレタンの
共重合体から成る感湿膜、２・・・下部電極、３・・・
上部透湿性電極、４・・・基板、３−１・・・ポリグル
タミン酸メチルとボリウレタ／の共重合体膜、２−３・
・・櫛型電極、４・・・上部電極、５・・・基板、４−
１・・・ポリグルタミン酸メチルとポリウレタンの共重
合体膜、２・・・Ｔｉ−Ａｕからなるゲート電極。 ３・・・上部透湿性電極、４・・・Ｓｉ上に設けた絶縁
膜、５・・・ＭＯＳＦＥＴを言むＳｉ基板。 代理人　弁理士　　則　近　憲　缶 周　　　　　　　　松　　山　　光　　之／−会 第　　１　　図 第　　３　　図 第　　４　　図 珂も　　　乙　　　凶

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に設けた一対の湿度測定用電極、及びこの
   電極間に設けたポリグルタミン酸メチルとポリウレタン
   の共重合体からなる感湿膜から成ることを特徴とする湿
   度センサ。
2. （２）基板上に第１の電極を設け、その上にポリグルタ
   ミン酸メチルとポリウレタンの共重合体から成る感湿膜
   を積層し、さらにその上部に透湿性の第２電極を設けた
   積層構造を特徴とする請求項１記載の湿度センサ。
3. （３）基板上に櫛の歯状電極を設け、その両方を覆うべ
   くポリグルタミン酸メチルとポリウレタンの共重合体か
   ら成る感湿膜を設け、その上部を透過性の金属電極で覆
   ったことを特徴とする請求項１記載の湿度センサ。
4. （４）第１の電極がＳｉＭＯＳＦＥＴのゲート電極を兼
   ねるべく配置されたことを特徴とする請求項２記載の湿
   度センサ。
5. （５）感湿部分の形成がＭＯＳＦＥＴと同一の基板上に
   形成され、感湿膜に接する一方の電極が該ＦＥＴのゲー
   ト電極と電気的に接続して成ることを特徴とする請求項
   ２記載の湿度センサ。
6. （６）形成される湿度センサが、外部回路と接続され、
   リングオシレータを形成し、該リングオシレータの発振
   周波数が湿度によって変化することを特徴とする請求項
   １記載の湿度センサ。
7. （７）リングオシレータを形成するＳｉ基板上の一部に
   湿度センサを設けたことを特徴とする請求項６記載の湿
   度センサ。
8. （８）リングオシレータを形成するＳｉ基板上の湿度セ
   ンサ接続電極を除く全面に絶縁膜を設け、この上に第１
   項における湿度センサを形成したことを特徴とする請求
   項６記載の湿度センサ。
9. （９）ポリグルタミン酸メチルとポリウレタンの共重合
   体膜を塗布後、紫外光を照射して硬化、安定化せしめた
   感湿膜としたことを特徴とする請求項１記載の湿度セン
   サ。
10. （１０）ポリグルタミン酸メチルとポリウレタンの共重
    合体膜を塗布後、風乾して硬化、安定化せしめた感湿膜
    としたことを特徴とする請求項１記載の湿度センサ。
11. （１１）ポリグルタミン酸メチルとポリウレタンの共重
    合体膜を塗布後、熱硬化を行なって硬化、安定化せしめ
    た感湿膜としたことを特徴とする請求項１記載の湿度セ
    ンサ。