JPS6114556A - Ｆｅｔ型湿度センサの駆動方式 - Google Patents
Ｆｅｔ型湿度センサの駆動方式Info
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- JPS6114556A JPS6114556A JP13610684A JP13610684A JPS6114556A JP S6114556 A JPS6114556 A JP S6114556A JP 13610684 A JP13610684 A JP 13610684A JP 13610684 A JP13610684 A JP 13610684A JP S6114556 A JPS6114556 A JP S6114556A
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- fet
- film
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- capacitance
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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
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
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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】
〈発明の技術分野〉
本発明は、ＭＯＳ型或はＭＩＳ型等の電界効果トランジ
スタ（以下単にＦＥＴと略す）のゲート絶縁膜上に外的
要因である湿度変化によってその４静電容量の変化する
感湿体を形成し、該感湿体で湿度の変化１ＦＥＴのゲー
ト作用変化として検出するためのＦＥＴ型湿度センサの
駆動方式に関するものである。
スタ（以下単にＦＥＴと略す）のゲート絶縁膜上に外的
要因である湿度変化によってその４静電容量の変化する
感湿体を形成し、該感湿体で湿度の変化１ＦＥＴのゲー
ト作用変化として検出するためのＦＥＴ型湿度センサの
駆動方式に関するものである。
〈発明の技術的背景〉
一般ＫＦＥＴ型センサは検出しようとする物理量との化
学的或は物理的相互作用によって静電容量や電気伝導度
或は静電電位等の電気的変化を生ずる感応体とＦＥＴ素
子とを組み合せて、検出しようとする物理量をＦ４Ｔ素
子のゲート作用変化として把えるものである。このＦＥ
Ｔ型センサは、ＦＥＴ素子の有する高い入力インピーダ
ンスとその増幅作用を巧みに利用することにより高出力
でかつ小型のセンサとなるものであり、実用に適したセ
ンサである。
学的或は物理的相互作用によって静電容量や電気伝導度
或は静電電位等の電気的変化を生ずる感応体とＦＥＴ素
子とを組み合せて、検出しようとする物理量をＦ４Ｔ素
子のゲート作用変化として把えるものである。このＦＥ
Ｔ型センサは、ＦＥＴ素子の有する高い入力インピーダ
ンスとその増幅作用を巧みに利用することにより高出力
でかつ小型のセンサとなるものであり、実用に適したセ
ンサである。
特に、ＦＥＴ素子のゲート部の上に感応体を形成した構
造からなるＦＥＴ型センサは、素子寸法も小さく設定す
ることが可能であるため、実用上も、コスト面でも好捷
しいものである。
造からなるＦＥＴ型センサは、素子寸法も小さく設定す
ることが可能であるため、実用上も、コスト面でも好捷
しいものである。
しかし、このようなＦＥＴ型センサを駆動して検知しよ
うとする物理量を何らかの手段でＳ／Ｎの良好な電気信
号に変換し、精度の良い出力信号を得るには駆動回路の
構成に留意する必要がある。
うとする物理量を何らかの手段でＳ／Ｎの良好な電気信
号に変換し、精度の良い出力信号を得るには駆動回路の
構成に留意する必要がある。
捷た、ＦＥＴ型センサ部をそれぞれ異なる数個所に配置
し、各センサの出力を伝送して一箇所で集中管理するよ
うな場合においては、伝送路長の長短における信号の減
衰差も考慮する必要がある。
し、各センサの出力を伝送して一箇所で集中管理するよ
うな場合においては、伝送路長の長短における信号の減
衰差も考慮する必要がある。
〈発明の目的〉
本発明は、以上のような背景に基づいて成されたもので
あシ、ＦＥＴ型センサの検知物理量を正確に電気信号に
変換し、この変換した検出電気信号を伝送路の長短に左
右されないで伝送すること全可能ならしめるＦＥＴ型湿
度センサの駆動方式を提供することを目的とし、この目
的を達成するため本発明のＦＥＴ型湿度センサの駆動方
式は、被検知体との物理的または化学的相互作用によっ
て静電容量変化を生ずる感湿体’１ＦＥＴ素子のゲート
絶縁膜とゲート電極間に配設して成るＦＥＴ型湿度セン
サにおいて、上記の感湿体の静電容量を少なくとも発振
周波数を決定する一構成要素として発振回路を構成し、
この発振回路の発振周波数の変化を検出信号として得る
ように成されている。
あシ、ＦＥＴ型センサの検知物理量を正確に電気信号に
変換し、この変換した検出電気信号を伝送路の長短に左
右されないで伝送すること全可能ならしめるＦＥＴ型湿
度センサの駆動方式を提供することを目的とし、この目
的を達成するため本発明のＦＥＴ型湿度センサの駆動方
式は、被検知体との物理的または化学的相互作用によっ
て静電容量変化を生ずる感湿体’１ＦＥＴ素子のゲート
絶縁膜とゲート電極間に配設して成るＦＥＴ型湿度セン
サにおいて、上記の感湿体の静電容量を少なくとも発振
周波数を決定する一構成要素として発振回路を構成し、
この発振回路の発振周波数の変化を検出信号として得る
ように成されている。
〈発明の実施例〉
以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例の説明に供するＦＥＴ型湿度
センサの構造を示す断面図である。まだ第２図は本発明
に係る駆動方式の動作原理を説明するだめの回路図であ
る。
センサの構造を示す断面図である。まだ第２図は本発明
に係る駆動方式の動作原理を説明するだめの回路図であ
る。
本実施例におけるＦＥＴ素子は、ＭＯＳ型のｎチャンネ
ルＦＥＴで、ｐ型のシリコン基板１表面付近に燐を拡散
することによってｎ型のソース２とドレイン３を並設し
て形成している。シリコン基板１上にはソース２及びド
レイン３でスルホールを有する二酸化シリコン膜５が被
覆されている。
ルＦＥＴで、ｐ型のシリコン基板１表面付近に燐を拡散
することによってｎ型のソース２とドレイン３を並設し
て形成している。シリコン基板１上にはソース２及びド
レイン３でスルホールを有する二酸化シリコン膜５が被
覆されている。
ゲート絶縁膜は、ソース２とドレイン３を結ぶシリコン
基板１上に堆積された二酸化シリコン膜（Ｓｉ０２）５
と窒化シリコン膜（Ｓｉ３Ｎ４）７ との２重積層膜
からなり、窒化シリコン膜７は更にソース２及びドレイ
ン３に片端が接触してシリコン基板ｌ及び二酸化シリコ
ン膜５上に堆積された電極用導体膜６の上面をも被覆し
、ＦＥＴ素子の保護膜としての機能も兼ねている。。
基板１上に堆積された二酸化シリコン膜（Ｓｉ０２）５
と窒化シリコン膜（Ｓｉ３Ｎ４）７ との２重積層膜
からなり、窒化シリコン膜７は更にソース２及びドレイ
ン３に片端が接触してシリコン基板ｌ及び二酸化シリコ
ン膜５上に堆積された電極用導体膜６の上面をも被覆し
、ＦＥＴ素子の保護膜としての機能も兼ねている。。
ゲート絶縁膜５．７上には感湿体９と透湿性のゲート電
極膜１０が積層されるが、ここで感湿体９と窒化シリコ
ン膜７との界面には導電性膜から成るブロッキング膜８
を挿入した構造となっている。プロツキ、ング膜８は感
湿体９に直流的な電位差が存在した場合に起る出力信号
の経時変化を解除するだめの電圧を印加する補助電極と
なるものである。。
極膜１０が積層されるが、ここで感湿体９と窒化シリコ
ン膜７との界面には導電性膜から成るブロッキング膜８
を挿入した構造となっている。プロツキ、ング膜８は感
湿体９に直流的な電位差が存在した場合に起る出力信号
の経時変化を解除するだめの電圧を印加する補助電極と
なるものである。。
本実施例に用いる湿度センサは感湿体９を熱焼成によっ
て結晶化したポリビニルアルコール膜又はアセチルセル
ロース膜で形成したが有機若しくは無機の固体電解質膜
まだは酸化アルミニウム等の金属酸化膜を用いてもよい
。才だ透湿性ゲート電極膜１０としては厚さ約１０ＯＡ
の金蒸着膜を、捷だブロッキング膜８としては厚さ約２
，０ＯＯＡの金又はアルミニウム蒸着膜を用いた。但し
、これらの素子構成材料及び膜厚は必ずしも上述のもの
に限定されるものではなく、その他の適当な材料に代替
することは当然に可能である。またＦＥＴ素子はＭＯ８
型以外のＭＩＳ型等を使用することもできる。
て結晶化したポリビニルアルコール膜又はアセチルセル
ロース膜で形成したが有機若しくは無機の固体電解質膜
まだは酸化アルミニウム等の金属酸化膜を用いてもよい
。才だ透湿性ゲート電極膜１０としては厚さ約１０ＯＡ
の金蒸着膜を、捷だブロッキング膜８としては厚さ約２
，０ＯＯＡの金又はアルミニウム蒸着膜を用いた。但し
、これらの素子構成材料及び膜厚は必ずしも上述のもの
に限定されるものではなく、その他の適当な材料に代替
することは当然に可能である。またＦＥＴ素子はＭＯ８
型以外のＭＩＳ型等を使用することもできる。
次に第２図に示す回路図に従って上記構成を有するＦＥ
Ｔ型湿度センサの本発明によるところの動作原理を説明
する。
Ｔ型湿度センサの本発明によるところの動作原理を説明
する。
第２図（ａ）は本発明の適用されるＦＥＴ型センサの等
価回路であり、１１ばＦＥＴ素子、Ｃ８は感湿膜９の静
電容量であり、この容量ＣｓＯ値が湿度変化に追従して
変化する。
価回路であり、１１ばＦＥＴ素子、Ｃ８は感湿膜９の静
電容量であり、この容量ＣｓＯ値が湿度変化に追従して
変化する。
第２図（ｂ）はコルピッツ発振回路’１ＦＥＴ型湿度セ
ンサで構成したものである。（ただしＦＥＴ素子へのバ
イアス回路は省略している。）第２図（ｂ）において、
コイルＬの一端がＦＥＴ素子１１のドレイン端に接続さ
れ、他端が補助電極８に接続されている。捷だゲート電
極ＩＯはソース端に接続されると共にコンデンサｃ４介
してドレイン端に接続されて跡る。
ンサで構成したものである。（ただしＦＥＴ素子へのバ
イアス回路は省略している。）第２図（ｂ）において、
コイルＬの一端がＦＥＴ素子１１のドレイン端に接続さ
れ、他端が補助電極８に接続されている。捷だゲート電
極ＩＯはソース端に接続されると共にコンデンサｃ４介
してドレイン端に接続されて跡る。
上記のように構成された発振回路の発振周波数ｆは、は
ぼ次式で示される。
ぼ次式で示される。
上記に示す（１）式から明らかなように発振周波数ｆは
感湿膜９の静電容量Ｃ８の変化に対応して変化すること
が判る。
感湿膜９の静電容量Ｃ８の変化に対応して変化すること
が判る。
なお、Ｃｓ ＜＜ｃ なる条件になるように外付容量ｃ
１選定することにより、上記（１）式は次のように近似
することが出来る。
１選定することにより、上記（１）式は次のように近似
することが出来る。
これにより発振周波数は容量Ｃ３の逆数の平方根に比例
することになる。
することになる。
上記第２図（ｂ）に示した例においては、発振回路をコ
ルピッツ発振器で構成した場合の例を示したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、別の方式、例えばハ
ートレー型としても良いことは言うまでもない。
ルピッツ発振器で構成した場合の例を示したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、別の方式、例えばハ
ートレー型としても良いことは言うまでもない。
第２図（ｃ）は他の発振方式の例としてディジクル製の
電圧制御発振器を用いた場合を示している。
電圧制御発振器を用いた場合を示している。
この電圧制御発振器１２そのものは集積回路として一般
に市販されている公知のものであり、発振周波数を制御
する入力端子に電圧を印加することにより、その電圧値
Ｖと外付容量によって、その発振周波数が決定される。
に市販されている公知のものであり、発振周波数を制御
する入力端子に電圧を印加することにより、その電圧値
Ｖと外付容量によって、その発振周波数が決定される。
したがって印加電圧Ｖを一定に保ち、外付容量として感
湿膜９による静電容量Ｃ８を接続することにより、外付
容量であるＣｓの容量変化に対応して、その発振周波数
が変化する。
湿膜９による静電容量Ｃ８を接続することにより、外付
容量であるＣｓの容量変化に対応して、その発振周波数
が変化する。
以上のようにして、感湿膜及びＦＥＴ素子を発振器内に
組込むことによシ、感湿膜の静電容量変化を発振周波数
の変化として、これを湿度出力信号として得られること
になる。
組込むことによシ、感湿膜の静電容量変化を発振周波数
の変化として、これを湿度出力信号として得られること
になる。
〈発明の効果〉
以上の如く、本発明のＦＥＴ型湿度センサの駆動方式は
検知物理量の変化を電気信号に変換する手段として発振
回路を用いて検知物理量の変化全周波数の変化に変換す
るように成しているため、次のような利点を有している
。
検知物理量の変化を電気信号に変換する手段として発振
回路を用いて検知物理量の変化全周波数の変化に変換す
るように成しているため、次のような利点を有している
。
■ 出力信号がアナログ量でないため、伝送径路の長短
による信号の振幅の減衰差があっても検知物理量の情報
内容に影響を与えることがない。
による信号の振幅の減衰差があっても検知物理量の情報
内容に影響を与えることがない。
■ 発振波形を矩形波とすれば、そのままデジタル処理
が可能となシ、マイクロプロセッサへの入力信号として
用いることにより、その用途は広範囲に広がることにな
る。
が可能となシ、マイクロプロセッサへの入力信号として
用いることにより、その用途は広範囲に広がることにな
る。
第１図は本発明の一実施例の説明に供するＦＥＴ型湿度
センサの構造を示す断面図、第２図（ａ）乃至（ｃ）は
それぞれ本発明に係る駆動方式の動作原理を説明するた
めの回路図である。 １・・・シリコン基板、２・・・ソース、３・・・ドレ
イン、５・・・二酸化シリコン膜、６・・・電極用導電
膜、７・・・窒化シリコン膜、８・・・ブロッキング膜
、９・・・感湿体、］Ｏ・・・ゲート電極膜、Ｃ８・・
・感湿膜静電容量、１１・・・ＦＥＴ素子、Ｉ２・・・
電圧制御発振器。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）第１図 （ｂ） （Ｃ） 第２図
センサの構造を示す断面図、第２図（ａ）乃至（ｃ）は
それぞれ本発明に係る駆動方式の動作原理を説明するた
めの回路図である。 １・・・シリコン基板、２・・・ソース、３・・・ドレ
イン、５・・・二酸化シリコン膜、６・・・電極用導電
膜、７・・・窒化シリコン膜、８・・・ブロッキング膜
、９・・・感湿体、］Ｏ・・・ゲート電極膜、Ｃ８・・
・感湿膜静電容量、１１・・・ＦＥＴ素子、Ｉ２・・・
電圧制御発振器。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）第１図 （ｂ） （Ｃ） 第２図
Claims (1)
- １、被検知体との物理的または化学的相互作用によって
静電容量変化を生ずる感湿体を電界効果トランジスタ素
子のゲート絶縁膜とゲート電極間に配設して成るＦＥＴ
型湿度センサにおいて、前記感湿体の静電容量を少なく
とも発振周波数を決定する一構成要素として発振回路を
構成し、該発振回路の発振周波数の変化を検出信号とし
て得るように成したことを特徴とするＦＥＴ型湿度セン
サの駆動方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13610684A JPS6114556A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | Ｆｅｔ型湿度センサの駆動方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13610684A JPS6114556A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | Ｆｅｔ型湿度センサの駆動方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6114556A true JPS6114556A (ja) | 1986-01-22 |
Family
ID=15167418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13610684A Pending JPS6114556A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | Ｆｅｔ型湿度センサの駆動方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6114556A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10338023B2 (en) | 2013-08-13 | 2019-07-02 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Temperature and humidity sensor |
-
1984
- 1984-06-29 JP JP13610684A patent/JPS6114556A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10338023B2 (en) | 2013-08-13 | 2019-07-02 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Temperature and humidity sensor |
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