JPH03122591A - 薄膜感湿素子 - 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】 ■呈上■且■分！ 本発明は、薄膜感湿素子に関する。更に詳しくは、温度
、薬品等への耐性がすぐれ、高感度で高速応答性を有す
る薄膜感湿素子に関する。

災来ｑ技■ 空気中の相対湿度の制御は、精密工業、食品工業、繊維
工業、ビル管理上等で大変重要であり、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、　Ｓｌ等の金属あるいは半導体
（２）　Ｓｎ、　Ｆｅ＋　Ｔｉ等の金属の酸化物（３）
ＡｈＯ，等の多孔質金属酸化物 （４）　ＬｉＣ１等の電解質塩 （５）有機または無機材料からなる高分子厚膜しかしな
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、あるいは信幀性や応答性に問題
がある等、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
問題であったりあるいは焼結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、耐久性
、換言すれば信顛性にも問題がある。

また、上記（５）の高分子厚膜を用いた場合には、材料
面では廉価であるものの、溶剤等の薬品による劣化や信
鎖性の低下等の問題点がみられる。更に、吸湿部分の体
積が大きいため、高速化及び高感度化にも限界があり、
キャパシタを構成して、容量または電気伝導度を測定す
る場合に、その値が小さいことにより、検出系の安定度
が重要な課題となっている。ここで、高分子厚膜とは、
スピンコード等の方法により得られる厚みが数千Å以上
の高分子膜のことである。

り′シよ゛と　る　　占 ラングミュア・プロジェット法を利用して得られたポリ
イミド薄膜は、その規則的な構造のため水分の脱着速度
が速く、また、微量の水分の存在により誘電率、あるい
は電気伝導度が大きく変化する。更には、ｆｉＩ膜であ
るため、素子を構成した場合の容量および電気伝導度が
比較的大きく、検出系の低コスト化にもつながる。

本発明者等は、こうしたラングミュア・プロジェット法
を利用して得られたポリイミド薄膜に注目し、非常に膜
が緻密でピンホールが極めて少ない良好な電気絶縁性を
有するポリイミド薄膜を感湿膜として、保守、信顛性、
応答性等に問題のみられる従来の感湿素子のかわりに、
感度および応答性のいずれの点においてもすぐれ、また
、耐熱性、耐薬品性にすぐれた薄膜感湿素子を提供する
ことを目的とする。

。　占を２　るための 本発明は、下式で表わされる繰返し単位を有する両親媒
性高分子物質を、 （式中、Ｒ′はいづれも炭素原子数１２〜３０の１価の
脂肪族の基である。） 例えば、ラングミュア・プロジェット法により種々基板
上に積層し、それに続くイミド化反応によって作られた
ポリイミド薄膜を利用して、薄膜感湿素子を作製するこ
とによってなされたものである。ポリイミド薄膜の厚さ
は、薄膜全体にわたろ水分の脱着が容易に起こるように
、１０００Å以下、好ましくは５００Å以下、更に好ま
しくは３００Å以下の厚さが良い。

ＬＢ法以外の方法でこのような厚みのピンホールの少な
い薄膜を得ることは困難である。

金属／感湿Ｍ／金属（以下ＭＩＭという）構造の薄膜感
湿素子の模式図を、第１〜２図に示す。

絶縁基板（Ｉｓ）あるいは半導体基板（ＳＳ）を用い、
その上に金属、感湿膜、金属の順に形成される。用いる
金属および半導体は、酸化被膜を形成するものでも良い
。また、上部電極となる金属は、水分の出入りを容易と
するため、多孔質で、なお且つ金属的な電気伝導度を有
する程度の厚みでなくてはならない。

金属／感湿膜／半導体（以下ＭＩＳという）構造の薄膜
感湿素子の模式図を、第３〜４図に示す。

半導体基板（ＳＳ）あるいは電極（Ｍ）を持つ絶縁基板
（Ｉｓ）上に形成された半導体膜（Ｓ）を用い、その上
に、感湿膜、金属の順に形成される。

用いる金属および半導体は、酸化被膜を形成するもので
も良い。また、上部電極となる金属は、水分の出入りを
容易とするため、多孔質で、なお且つ金属的な電気伝導
度を有する程度の厚みでなくてはならない。

これらのＭＩＭ、及びＭＩＳ型の素子は、ラングミュア
・プロジェット法で得られたポリイミド薄膜が、数人の
厚さでも良好な電気絶縁性を持ち、一般に使用される薬
品におかされないことより、耐薬品性に優れたキャパシ
ター、つまり薄膜感湿素子となる。また、ポリイミドが
高耐熱性であることより、通常感湿素子を使用する温度
では、全く劣化しないキャパシター、つまり薄膜感湿素
子となる。

発」ｊ団すＬ仙肱果 本発明により、温度、薬品等への耐性がすぐれ、高感度
で高速応答性の感湿薄膜素子の提供が可能となった。ま
た、素子を構成した場合の容量および電気伝導度が比較
的大きく、検出系の低コスト化も達成できる。

１施■ 次に実施例によって、本発明を説明する。

実施例１ ガラス基板上に、アルミニウムを蒸着して電極を形成し
た基板の上に、下図の繰返し単位を持つ両親媒性高分子
物質をラングミュア・プロジェット法により４１Ｎ累積
した。その後、４００℃で１時間熱処理を施しイミド化
を完結させた。得られたポリイミド薄膜は、２００人で
ある。形成されたポリイミド薄膜の上に、電極幅１００
μｍ、電極間隔５００μｍの櫛形の金を２００人の厚さ
に抵抗加熱法で蒸着して、ＭＩＭ型の薄膜感湿素子を作
製した。

この程度の厚さの金は、多孔質で、なお且つ金属的な電
気伝導度を有し、水分の出入りが容易である。

このようにして構成された薄膜感温素子を、湿度試験瓶
に取りつけ、ＹＨＰ４１９２Ａインピーダンスアナライ
ザーに接続した後、周波数を一定（ＩＫＨ２）に保ちな
がら、１１〜９２％の相対湿度に対応するキャパシタン
スの変化を２０　’Ｃの温度で測定した。得られた結果
を、第５図のグラフに示す。この結果から、キャパシタ
ンスにより相対湿度を高感度で測定することができる感
湿素子としての有効性が確かめられた。もちろん、電気
伝導度によっても、対応湿度を測定することができる。

更に、このＭＩＭ型の薄膜感湿素子は、種々の相対湿度
に対して２０℃から８０℃の範囲で、キャパシタンス、
電気伝導度の温度分散が殆どなく、温度補正をせずに用
いることが可能なことも確かめられた。

相対湿度の変化に対する、キャパシタンス、電気伝導度
の変化は、１０秒以内に完結し、この薄膜感湿素子が高
速応答性を有することも確かめられた。

比較例１ ポリイミド薄膜の厚さを２０００人とすることだけを変
えて、実施例１と同様のＭＩＭ型の薄膜感湿素子を作製
した。相対湿度の変化に対する、キャパシタンス、電気
伝導度の変化は、１分程度・で完結し、感湿膜が厚い場
合、素子の応答性が低下することがわかった。

実施例２ 金でオーミック接触を取り、裏面電極を形成したシリコ
ン基板に、実施例１と同様の方法でポリイミド薄膜を形
成した。形成されたポリイミド薄膜の上に、電極幅１０
０μｍ、電極間＠５００μｍの櫛形の金を５００人の厚
さに抵抗加熱法で蒸着して、ＭＩＳ型の薄膜感湿素子を
作製した。

このようにして構成された薄膜感湿素子も、実施例１Ｏ
ＭＩＭ型の薄膜感湿素子と同様の性質を有し、薄膜感湿
素子としての有効性が確かめられた。

尚、本実施例において、感湿膜の形成法としてラングミ
ュア・プロジェット法として垂直浸漬法を用いたが、−
船釣に知られている回転円筒法や水平付着法を用いても
良い。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２図は、ＭＩＭ型の薄膜感湿素子の模式図で
あり、第３図〜第４図は、ＭＩＳ型の薄膜感湿素子の模
式図である。第５図は、実施例１に記載したＭＩＭ型の
薄膜感湿素子の、相対湿度に対するキャパシタンスの変
化を示すグラフである。 （符号の説明） Ｍ・・・・・電極 ■・・・・感湿膜 Ｓ・・・・半導体 Ｉｓ・・・絶縁性基板 ＳＳ・・・半導体基板 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下式で表わされる繰返し単位構造を持つ▲数式、化
   学式、表等があります▼ 厚みが１０００Å以下のポリイミド薄膜を含む薄膜感湿
   素子。 ２、下式で表わされる繰返し単位構造を持つ両親媒性高
   分子物質を、 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、Ｒ′はいづれも炭素数１２〜３０の１価の脂肪
   族の基である。） ラングミュア・プロジェット法により基板上に積層し、
   イミド化反応により作製されたポリイミド薄膜を含む、
   特許請求の範囲第１項記載の薄膜感湿素子。