JPS60131448A - 半導体湿度センサ - Google Patents
半導体湿度センサInfo
- Publication number
- JPS60131448A JPS60131448A JP24030183A JP24030183A JPS60131448A JP S60131448 A JPS60131448 A JP S60131448A JP 24030183 A JP24030183 A JP 24030183A JP 24030183 A JP24030183 A JP 24030183A JP S60131448 A JPS60131448 A JP S60131448A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- humidity
- gate
- insulating film
- humidity sensor
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明に絶縁ゲート型電界効果トランジスタ構造全Ｍす
る半導体湿度セン′ｔｊｙｃ関する。
る半導体湿度セン′ｔｊｙｃ関する。
（従来技術）
最近におけるエレクトロニクス化の進展九伴い、制御対
象とのインタフェースとしてセンサａ欠くことの出来な
い重要なものとなっているｏ４１ｉＦに最近ａ周辺回路
との集積化の要望に沿うて開発が進められている。なか
でも湿度センサａ環境条件の設定に欠くことの出来ない
ものとして、いろいろな試みがなされている。例えば、
常温常温用にシリコン基板上ＩＣ有機高分子の感湿剤を
付けたセンナ、あるいａ低湿度用（Ｃゲート絶縁膜に感
温性の多孔質アルミナ（Ａｔ２（Ｊｓ）ｉ使用したＭＵ
Ｓ型ダイオード及びＭＯＢ型電界効果トランジスタなど
が報告されているが、そｈぞわ一長一短の特注？持ち必
ずしも十分要望？満足させているとげ言えない工うであ
る。
象とのインタフェースとしてセンサａ欠くことの出来な
い重要なものとなっているｏ４１ｉＦに最近ａ周辺回路
との集積化の要望に沿うて開発が進められている。なか
でも湿度センサａ環境条件の設定に欠くことの出来ない
ものとして、いろいろな試みがなされている。例えば、
常温常温用にシリコン基板上ＩＣ有機高分子の感湿剤を
付けたセンナ、あるいａ低湿度用（Ｃゲート絶縁膜に感
温性の多孔質アルミナ（Ａｔ２（Ｊｓ）ｉ使用したＭＵ
Ｓ型ダイオード及びＭＯＢ型電界効果トランジスタなど
が報告されているが、そｈぞわ一長一短の特注？持ち必
ずしも十分要望？満足させているとげ言えない工うであ
る。
（発明の目的）
本発明の目的ａ１かかる現状にかんがみ、検出感度並び
に、信、頼注九優ねた絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ構造會有する′＋導体湿度センサを提供Ｔることｒｃ
ある。
に、信、頼注九優ねた絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ構造會有する′＋導体湿度センサを提供Ｔることｒｃ
ある。
（発明のａ成）
本発明の半導体湿度センナａ１一部分が測定雰囲気に露
出したゲート絶縁膜と、ソース領域又ａドレイン領域と
宣な９合い部分を持たないゲート電極とを有する絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタ構造からなることから構成
される０ （発明の原理） 次ｒｃ本発明の原理丸ついて説明する。絶縁薄膜表面の
一部ｆ−電極を形成し、ＶＧなる電圧を与えると、電極
の末端からＸの距離の部分のｔ秒後の電位Ｖｒｒ次の（
１）式で与えられることが知られている０１１Ｊｔば、
ニー、ニス、グローブ、＠フィジックス アンド チク
ノロシイ オプ セミコンダクタ テバイシス”３４８
頁、ジョン、ウイリイ アンド ソンズ インコオペレ
エテツド、ｔ９６７、；んＳ＋Ｇｒｏｖｅ ”Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ ａｎｄ ’ｌ’ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆＳｅ
ｍｌｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｔｃｅｓ”Ｐ、３４８
Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙａｎｄ ５ｏｎｓ Ｉｎｃ、１
９６７、 ）ここで、Ｃａ絶縁薄膜の誘電率など（Ｃ工
って定まり、Ｒ０絶縁薄膜のシート抵抗でその表面状態
と周囲の湿度ｒｃ工っで定まる。
出したゲート絶縁膜と、ソース領域又ａドレイン領域と
宣な９合い部分を持たないゲート電極とを有する絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタ構造からなることから構成
される０ （発明の原理） 次ｒｃ本発明の原理丸ついて説明する。絶縁薄膜表面の
一部ｆ−電極を形成し、ＶＧなる電圧を与えると、電極
の末端からＸの距離の部分のｔ秒後の電位Ｖｒｒ次の（
１）式で与えられることが知られている０１１Ｊｔば、
ニー、ニス、グローブ、＠フィジックス アンド チク
ノロシイ オプ セミコンダクタ テバイシス”３４８
頁、ジョン、ウイリイ アンド ソンズ インコオペレ
エテツド、ｔ９６７、；んＳ＋Ｇｒｏｖｅ ”Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ ａｎｄ ’ｌ’ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆＳｅ
ｍｌｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｔｃｅｓ”Ｐ、３４８
Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙａｎｄ ５ｏｎｓ Ｉｎｃ、１
９６７、 ）ここで、Ｃａ絶縁薄膜の誘電率など（Ｃ工
って定まり、Ｒ０絶縁薄膜のシート抵抗でその表面状態
と周囲の湿度ｒｃ工っで定まる。
第１図にこのシート抵抗凡の相対湿度による変化の一例
を示すｗｅ図で、熱酸化によるシリコン酸化膜（８ｉ０
ｚ膜）とガラス薄膜ＶＣついてのテークが示さｈている
。（イー、エッチ、スノー、′アスタデイ オブ ７エ
リア メカニズム インシリコン ルナ トランジスタ
ズテクニカルドキュメンタリ リポート １９６５．１
２ アールニーチーシー コントラクト、ニーエフ３０
（６０２）−３７７５，；Ｅ、Ｈ，Ｓｎｏｗ、 ”Ａ
８ｔｕｄｙ ｏｆ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｍｅｃｈａｎｉｓ
ｍ ｉｎ ８ｉ１ｔｃｏｎ Ｐｌａｎａｒ Ｔｒａｎｓ
ｉｓｔｏｒｓ″Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ
ａｒｙ ）（ｒｅｐｏｒｔ、Ｄｅｃ、 １９６５゜ＲＡ
ＩＸ： Ｃｏｎｔｒａｃｔ ＡＰ３０（６０２）−３７
７６、）丁なわち、シリコン酸化膜のシート抵抗Ｒ，相
対湿［ＲＨが増加すると、はぼ指数関数的ｒｃ大きく減
少することが分る。
を示すｗｅ図で、熱酸化によるシリコン酸化膜（８ｉ０
ｚ膜）とガラス薄膜ＶＣついてのテークが示さｈている
。（イー、エッチ、スノー、′アスタデイ オブ ７エ
リア メカニズム インシリコン ルナ トランジスタ
ズテクニカルドキュメンタリ リポート １９６５．１
２ アールニーチーシー コントラクト、ニーエフ３０
（６０２）−３７７５，；Ｅ、Ｈ，Ｓｎｏｗ、 ”Ａ
８ｔｕｄｙ ｏｆ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｍｅｃｈａｎｉｓ
ｍ ｉｎ ８ｉ１ｔｃｏｎ Ｐｌａｎａｒ Ｔｒａｎｓ
ｉｓｔｏｒｓ″Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ
ａｒｙ ）（ｒｅｐｏｒｔ、Ｄｅｃ、 １９６５゜ＲＡ
ＩＸ： Ｃｏｎｔｒａｃｔ ＡＰ３０（６０２）−３７
７６、）丁なわち、シリコン酸化膜のシート抵抗Ｒ，相
対湿［ＲＨが増加すると、はぼ指数関数的ｒｃ大きく減
少することが分る。
従って、（１）式から距離Ｘ及び時間ｔ’２定めれば、
電位Ｖ（ｚ知ることＩｃ工Ｖシート抵抗Ｒが釆められ、
その結果から湿度をめることかでさる。
電位Ｖ（ｚ知ることＩｃ工Ｖシート抵抗Ｒが釆められ、
その結果から湿度をめることかでさる。
そこで、この具体的な実現手段として、公知の絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタ（以下、ＩＧＦ’ＥＴという
。ン１ｃおいて、ソース領域又汀ドレイン領域に対し少
なくとも一方と平面的に重なりｖｒ持たない工うにゲー
ト電極を形成し、ゲート絶縁膜を測定雰囲気に露出させ
ることｒｃ工９、ゲート絶縁膜表面の電位分布ａ％Ｖｏ
、ｔＶｉ？定めれば、湿度に工９−喪的に定まり、その
結果、ＩＱＦＢ’ｌ’のドレイン−ソース間を適当ｆＣ
バイアスすることｌ′ｃ工りそのドレイン電流を検出す
ることｒｃエク、湿度の変化が検出することができる０ （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
。
ト型電界効果トランジスタ（以下、ＩＧＦ’ＥＴという
。ン１ｃおいて、ソース領域又汀ドレイン領域に対し少
なくとも一方と平面的に重なりｖｒ持たない工うにゲー
ト電極を形成し、ゲート絶縁膜を測定雰囲気に露出させ
ることｒｃ工９、ゲート絶縁膜表面の電位分布ａ％Ｖｏ
、ｔＶｉ？定めれば、湿度に工９−喪的に定まり、その
結果、ＩＱＦＢ’ｌ’のドレイン−ソース間を適当ｆＣ
バイアスすることｌ′ｃ工りそのドレイン電流を検出す
ることｒｃエク、湿度の変化が検出することができる０ （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
。
第２図（ａ）Ｈ本発明の一実施例の要部ケ示す模式的断
面図、同図（ｂ）Ｈその平面図である。
面図、同図（ｂ）Ｈその平面図である。
本実施例に、一部分が測定雰囲気に露出したゲート絶縁
Ｍ３と、を型のソー□ス領域２′と１なり合い部分を持
たないゲート電極４とを育するｌＧ１１’ＥＴ構造から
なることに工り構成される０なお、ここでｔｒｒ）’型
の半導体基板、２ａソース電極、３’ ｒｆｆチャネル
形成領域、５ｒｒドレイン電極、５′ａドレイン領域、
６ａフイールド絶縁膜である０本実施例九おいて、素子
によって定するチャンネル領域の反転電圧ｔ＝ＶＴとし
たとき、ドレイン電極ｓ ／ＣＶＤ＞ＶＴなる正の電位
Ｖｎ？与え、ソース電極２及び′！ｐ４体基板ｔｉ電位
ゼロとする。ゲート電極４の電位全ゼロから時刻ｔ＝０
ｉｃ、ゲート電極４にＶ。＞ＶＴなる電圧ＶＧ’を与え
る。第２図（ａ）に示す如く、ゲート電極４の端の点ｖ
ｉ？ｘ＝ｏとし、ソース電極２の端の点ｆｘ＝ｘ６とす
るとき、ゲート絶縁膜３の表面の電位に、（１）式に従
うので、第３図のｗｅ図九示す工うに、Ｌ＝ｔ１１ＣＸ
１． ｔ＝ｔ２１ｃｘ２ 。
Ｍ３と、を型のソー□ス領域２′と１なり合い部分を持
たないゲート電極４とを育するｌＧ１１’ＥＴ構造から
なることに工り構成される０なお、ここでｔｒｒ）’型
の半導体基板、２ａソース電極、３’ ｒｆｆチャネル
形成領域、５ｒｒドレイン電極、５′ａドレイン領域、
６ａフイールド絶縁膜である０本実施例九おいて、素子
によって定するチャンネル領域の反転電圧ｔ＝ＶＴとし
たとき、ドレイン電極ｓ ／ＣＶＤ＞ＶＴなる正の電位
Ｖｎ？与え、ソース電極２及び′！ｐ４体基板ｔｉ電位
ゼロとする。ゲート電極４の電位全ゼロから時刻ｔ＝０
ｉｃ、ゲート電極４にＶ。＞ＶＴなる電圧ＶＧ’を与え
る。第２図（ａ）に示す如く、ゲート電極４の端の点ｖ
ｉ？ｘ＝ｏとし、ソース電極２の端の点ｆｘ＝ｘ６とす
るとき、ゲート絶縁膜３の表面の電位に、（１）式に従
うので、第３図のｗｅ図九示す工うに、Ｌ＝ｔ１１ＣＸ
１． ｔ＝ｔ２１ｃｘ２ 。
ｔ＝ｔ３［ｘ３までの領域の基板チャネル形成領域３／
の部分が反転し、第２図（ａ）の７で示す矢印の如く反
転層が時間とともに伸び、Ｘ＝ＸＱまで達した時刻ｔ
（、ｒｃドレイン市接極５びソース電極２の間（Ｃドレ
イン電流１Ｄ８が流れる。
の部分が反転し、第２図（ａ）の７で示す矢印の如く反
転層が時間とともに伸び、Ｘ＝ＸＱまで達した時刻ｔ
（、ｒｃドレイン市接極５びソース電極２の間（Ｃドレ
イン電流１Ｄ８が流れる。
丁なわら、この状態においてＨ（１）式エリ下式が成立
する０ ＶＴ＝ＶＧｅｒｆＣ２ワア・・・・・・（２）従って、
素子ｒｃドレイン電流１Ｄ８が流れ初める時刻’０１’
ｆｆＶＴ＋ ＶＧＩ （−＋ ＸｏＤ素子構造が定まわ
ば、いずれも定数となることから、 とな’）、”ｏげシート抵抗Ｒ九正比例する。
する０ ＶＴ＝ＶＧｅｒｆＣ２ワア・・・・・・（２）従って、
素子ｒｃドレイン電流１Ｄ８が流れ初める時刻’０１’
ｆｆＶＴ＋ ＶＧＩ （−＋ ＸｏＤ素子構造が定まわ
ば、いずれも定数となることから、 とな’）、”ｏげシート抵抗Ｒ九正比例する。
こわエリ相対湿度ＲＨｉ次式にエリ与えられる０Ｉ（、
ＨαｅＸｐ（ｔｏ） ”・（４）先に示した第１図のデ
ータによると、ゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜？用
いたＭＯ８型ＦＥＴの構造？とると、相対湿度７０〜９
Ｏ免でｔｏ＃ｆｆ２桁以上変化することになるので、非
常ｒｃ高感度な半導体湿度センサが得られる。
ＨαｅＸｐ（ｔｏ） ”・（４）先に示した第１図のデ
ータによると、ゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜？用
いたＭＯ８型ＦＥＴの構造？とると、相対湿度７０〜９
Ｏ免でｔｏ＃ｆｆ２桁以上変化することになるので、非
常ｒｃ高感度な半導体湿度センサが得られる。
更／Ｃ，本実施例に工れば、素子に通常のＭＩＳ型集撰
集積回路一のプロセス九エリ、製造が可能であるため、
信号増幅部などを同−雫害体チッグ上１Ｃ作ることが可
能で、その結果、信頼性及び信号対雑音比の優れｙｃ′
ｊ−導体湿度センサ會提供することかできる０ なお、上記実施例丸おいて汀、（１）式において、時間
ｔ’６変数として測定したけねども、（１）式から明ら
がな工うに時間ｔを一定として、電圧ＶＧ全変数として
も湿度の変化全検出することができる。
集積回路一のプロセス九エリ、製造が可能であるため、
信号増幅部などを同−雫害体チッグ上１Ｃ作ることが可
能で、その結果、信頼性及び信号対雑音比の優れｙｃ′
ｊ−導体湿度センサ會提供することかできる０ なお、上記実施例丸おいて汀、（１）式において、時間
ｔ’６変数として測定したけねども、（１）式から明ら
がな工うに時間ｔを一定として、電圧ＶＧ全変数として
も湿度の変化全検出することができる。
（発明の効果）
以上、詳＃ｌｙｃ説明したとおり、本発明の′＋導体湿
度センサａ、ゲート絶縁膜を被測定雰囲気ｒｃ＊出させ
、そのシート抵抗の湿度による変化を絶縁ケート型電界
効果トランジスタのドレインＮＲの有無にニジ検出して
いるので、検出感度と信頼性に優れているという効果會
有している。
度センサａ、ゲート絶縁膜を被測定雰囲気ｒｃ＊出させ
、そのシート抵抗の湿度による変化を絶縁ケート型電界
効果トランジスタのドレインＮＲの有無にニジ検出して
いるので、検出感度と信頼性に優れているという効果會
有している。
第１図ａ絶縁薄膜のシート抵抗Ｈと相対湿度冊の関係を
示す特註図、第２図（ａ）ｒｒ本発明の一実施例の要部
會示す模式的断面図、同図（ｂ）ｒｆｆその平面図、第
３図ａその勤昨全示Ｔ特註図である。 ■・・・半導体基板、２・・・ソース電極、２′・・・
ソース領域、３・・・ゲート絶縁膜、３′・・・チャネ
ル形収領域、４・・・ゲート［極、５・・・ドレイン電
極、５′・・・ドレイン領域、６・・・フィールド絶縁
膜、７・・・チャネル領域形収方同、ＶＧ・・・電圧％
ＶＴ・・・反転電圧、Ｘ・・・距離。 相計湿＃にＨ（乙） 第１閏 （ｂン 第２閃 θ ｉｔ ｌｚ １Ｊ χ 第３図
示す特註図、第２図（ａ）ｒｒ本発明の一実施例の要部
會示す模式的断面図、同図（ｂ）ｒｆｆその平面図、第
３図ａその勤昨全示Ｔ特註図である。 ■・・・半導体基板、２・・・ソース電極、２′・・・
ソース領域、３・・・ゲート絶縁膜、３′・・・チャネ
ル形収領域、４・・・ゲート［極、５・・・ドレイン電
極、５′・・・ドレイン領域、６・・・フィールド絶縁
膜、７・・・チャネル領域形収方同、ＶＧ・・・電圧％
ＶＴ・・・反転電圧、Ｘ・・・距離。 相計湿＃にＨ（乙） 第１閏 （ｂン 第２閃 θ ｉｔ ｌｚ １Ｊ χ 第３図
Claims (1)
- 一部分が測定芥囲気九露出したゲート絶縁膜と、ソース
領域又ａドレイン領域と重なり合い部分を持たないゲー
ト電極と金石する絶縁ゲート型電界効果トランジスタ構
造からなること全特徴とする手専体湿雇センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24030183A JPS60131448A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 半導体湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24030183A JPS60131448A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 半導体湿度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60131448A true JPS60131448A (ja) | 1985-07-13 |
Family
ID=17057425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24030183A Pending JPS60131448A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 半導体湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60131448A (ja) |
-
1983
- 1983-12-20 JP JP24030183A patent/JPS60131448A/ja active Pending
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