JPS62282255A

JPS62282255A - 薄膜感湿素子

Info

Publication number: JPS62282255A
Application number: JP7448586A
Authority: JP
Inventors: Masato Itami; 伊丹　正登; Kazuyuki Ozaki; 和行尾崎
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1986-01-24
Filing date: 1986-04-01
Publication date: 1987-12-08
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: JPH0623712B2

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】３、発明の詳細な説明〔産業上の利用分野〕本発明は、薄膜感湿素子に関する。更に詳しくは、絶縁
性基板上に形成させた導電性くし形電極の表面を、プラ
ズマ重合膜で覆った薄膜感湿素子に関する。

〔従来の技術〕

空気中の相対湿度の制御は、精密工業、食品工業１ｗ４
維工業、ビル管理上などで大変重要であり、それを検知
する感湿素子としては、従来状のような材料を用いたも
のが知られている。

（１）Ｓｅ、　Ｇｅ、　ＳＬなどの金属あるいは半導体
（２）Ｓｎ、　Ｆｅ、　Ｔｉなどの金属の酸化物（３）
ＡＱ２０．などの多孔質金属酸化物（４）ＬｉＣＱなど
の電解質塩（５）有機または無機材料からなる高分子膜しかしなが
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、あるいは信頼性や応答性に問題が
あるなど、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
困難であったりあるいは焼成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、感湿素
子が水分の脱吸着に起因する抵抗変化を利用する性質上
、水分の影響で粒界から破壊が生ずるため、耐久性、換
言すれば信頼性にも問題がある。

また、上記（５）の高分子膜を用いた場合には、材料面
では廉価であるものの、溶剤などの薬品による劣化や信
頼性の低下などの問題がみられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

こうした問題点を避け、特に電極材料として耐食性にす
ぐれたものを求めて種々検討を重ねた結果９本出願人は
先に、絶縁性基板上に好ましくはスパッタリング法によ
り形成させた耐食性被加工金属薄膜にフォトレジストパ
ターンを形成させた後、電解エツチングして得られる耐
食性くし形電極を湿度センサーに用いることが好適であ
ることを見出している（特願昭５９−２７０　、４５６
号）。

その後、本出願人はかかる耐食性くし形電極を用いた薄
膜感湿素子のなお一層の改善を図った結果、絶縁性基板
上に形成させた導電性くし形電極の表面を高分子薄膜、
一般には含窒素有機けい素化合物のプラズマ重合膜で覆
い、更にこれをハロゲン化アルキルで処理することによ
り、耐環境性にすぐれ、しかも応答性の良好な薄膜感湿
素子を得ることに成功した（特願昭６０−４０，７８６
号）。

このように、応答性のより良好な薄膜感湿素子を得るた
めには、絶縁性基板上に形成させた導電性くし形電極の
表面を含窒素有機けい素化合物のプラズマ重合膜で覆い
、更にこれをハロゲン化アルキルで処理するという２工
程を必要としている。

本発明者らは、応答性のより良好な薄膜感湿素子を１工
程で得る方法を求めて種々検討した結果。

プラズマ重合膜を含窒素有機けい素化合物とハロゲン化
炭化水素との混合物から形成させることにより、かかる
課題が効果的に解決されることを見出した。

〔問題点を解決するための手段〕および〔作用〕従って
１本発明は薄膜感湿素子に係り、この薄膜感湿素子は、
絶縁性基板上に形成させた導電性くし形電極の表面を含
窒素有機けい素化合物とハロゲン化炭化水素との混合物
プラズマ重合膜で覆ってなる。

図面の第１図は、本発明に係る薄膜感湿素子の一態様を
示すそれの平面図であり、絶縁基板１上に導電性くし形
電極２，２′が形成され、その表面は一般に約５００人
〜２００００人（２μｍ）程度の厚さを有する上記混合
物プラズマ重合膜３によって覆われており、この重合膜
によって覆われていない取出電極部分には半田付けある
い銀ペースト４，４′により、リード線５，５′が取り
付けられている。

絶縁性基板としては、一般にガラス、石英、アルミナな
どが用いられるが、感湿素子への温度追従性が更に良好
なことが望まれる場合などには、やはり本出願人よって
提案されているシリコン基板表面を酸化して形成させた
絶縁膜（特願昭６０−１２２．５４８号）なども用いる
ことができる。

これらの絶縁性基板上へ導電性くし形電極を形成させる
に際しては、まず絶縁性基板上に、ステンレススチール
、ハステロイＣ，インコネル、モネル、金などの耐食性
金属や銀、アルミニウムなどの電極形成材料金属をスパ
ッタリング法、イオンブレーティング法などにより、約
０．１−０．５μｍ程度の厚さの薄膜が形成され、次に
そこにフォトレジストパターンを形成させる。

例えばアルミニウムの場合は、このようにして形成され
た電極形成材料金属薄膜へのフォトレジストパターンの
形成は、周知のフォトリングラフ工程を適用することに
よって行われる。即ち、金属薄膜上にフォトレジストコ
ーティングを行ない、そこにくし形電極のパターンの陰
画または陽画を焼付けたガラス乾板を重ね、光照射によ
る焼付けおよび現像によって行われる。この後、湿式化
学エツチングが行われるが、エツチング液としては、リ
ン酸−硫酸−無水クロム酸−水（重量比６５：１５：５
：１５）混合液、ＢＨＦ　（フッ酸系）、塩化第２鉄水
溶液、硝酸、リン酸−硝酸混合液などが用いられる。

絶縁性基板上に形成された導電性くし形電極は、更にそ
の表面が感湿特性にすぐれた含窒素有機けい素化合物−
ハロゲン化炭化水素混合物のプラズマ重合膜によって覆
われる。

含窒素有機けい素化合物としては、例えば次の一般式で
表わされるような化合物が用いられる。

Ｒ，５ｉ−ＮＲ２Ｒ２Ｈ−５ｉＲ，−ＮＲ。

（Ｒ２Ｈ）、−３ｉＲ（ここで、Ｒは水素原子、メチル基、エチル基。

ビニル基またはアセチレン基であり、Ｒ２またはＲ１は
同一または互いに異なるＲ基であり、分子中に少なくと
も２個の水素原子以外の基が含まれる）かかる化合物を具体的に挙げると、例えばトリメチルシ
リルジメチルアミン、トリエチルシラザン、ヘキサメチ
ルジシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザン、ビス
（ジメチルアミノ）メチルビニルシラン、ビス（トリメ
チルシリル）アセトアミド、トリス（ジメチルアミノ）
シラン、トリス（ジメチルアミノ）メチルシラン、トリ
ス（メチルアミノ）メチルシラン、トリス（メチルアミ
ノ）エチルシラン、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノ−Ｎ′−メ
チルアミノ−Ｎ”−二チルアミノシランなどが挙げられ
、好ましくはトリメチルシリルジメチルアミンまたはビ
ス（ジメチルアミノ）メチルビニルシランまたはビス（
ジメチルアミノ）ジメチルシランが用いられる。

ハロゲン化炭化水素としては、好ましくはハロゲン化ア
ルキルが用いられ、ハロゲン置換基は１個またはそれ以
上であり得る。具体的には、臭化メチレン、臭化メタン
、トリ臭化メタン、臭化エチレン、ジ臭化エチレン、臭
化プロパン、ジ臭化プロパン、臭化ブタン、ジ臭化ブタ
ン、塩化メチレン、臭化塩化メチレン、ヨウ化エチルな
どが用いられる。また、ハロゲン化される炭化水素基は
。

鎖状不飽和結合あるいは芳香核であってもよい。

プラズマ重合は、プラズマ重合装置の形状およびプラズ
マ発生方式などに応じて、含窒素有機けい素化合物を数
ｍ〜数Ｔｏｒｒの圧力で、またハロゲン化炭化水素をや
はり数ｍ〜数Ｔｏｒｒの圧力で用い、これらの混合物に
放電出力数〜数１００１Ｊの電力を供給することにより
行なわれる。

具体的には１例えば放電出力が１００１＋１の場合、含
窒素有機けい素化合物が約０．１５〜０．０８Ｔｏｒｒ
に対してハロゲン化炭化水素が約０．０６〜０．０ＩＴ
ｏｒｒの割合で用いられる。ハロゲン化炭化水素の割合
が少なすぎると、プラズマ重合膜中の臭素含有量が減少
して感湿特性が悪くなり、一方この割合が多すぎると、
相対的にプラズマ重合膜中の窒素含有量が少なくなりま
た重合膜も硬化するため、やはり感湿特性が低下するにのようにして構成される薄膜感湿素子は、空気中の水蒸
気量に応じて電気抵抗値が変化するので、この抵抗値変
化を導電性くし形電極より取り出すことにより、湿度を
副定することができる。

〔発明の効果〕

本発明に係る薄膜感湿素子は、次のような効果を奏する
。

（１）含窒素有機けい素化合物とハロゲン化炭化水素と
の混合物としてプラズマ重合膜を形成させることにより
、更にハロゲン化アルキルで処理することを必要とはせ
ず、工程の省力化が図れる。

（２）形成されたプラズマ重合膜は、耐水性および耐薬
品性にすぐれているため、感湿素子の耐環境性も良好で
ある。

（３）膜厚１０００人程度０極く薄い膜でも十分な機能
を有するので、従来用いられている金属酸化物抵抗変化
タイプ、高分子容量変化タイプなどのセンサと比較して
、応答性の点でもすぐれている。

〔実施例〕

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例１絶縁性基板としてガラスプレートを用い、その面上に金
電極のパターニング法として一般に行われているリフト
オフ法によって電極幅５００μｍ、電極間隔２５０μｍ
のくし形電極を形成させた。

このリフトオフ法では、上記ガラスプレート面上にスピ
ンコーターを用いてポジ形レジストを塗布し、８０°Ｃ
で１２０分間のプレベークを行なった後、マスクを用い
て紫外線による密着露出を行ない、次いで現像してくし
形電極の反転したパターンを形成させ、更にそこにいず
れも厚さ１０００人のクロムおよび金を順次蒸着させ、
最後にアセトン浸漬をして残りのレジストを剥離させる
ことにより、くし形電極の形成が行われた。

このようにして形成されたガラスプレート面上のくし形
電極の表面を、トリメチルシリルジメチルアミンおよび
ハロゲン化アルキルのプラズマ重合膜で覆った。プラズ
マ重合は、　Ｏ，０ＩｌｌＴｏｒｒのトリメチルシリル
ジメチルアミンと０．０１Ｔｏｒｒのハロゲン化アルキ
ルとの混合ガスを用い、出力１０１Ｉｌ、時間１時間の
放電条件下で行われた。

電極に銀ペースト付けによりリード線を接続させて感湿
素子を構成させ、これを温湿度試験器に入れ、周波数Ｉ
ＫＨｚ、電圧ＩＶ、温度３０℃の測定条件下で、ＬＣＲ
メーターを用いて感湿特性の評価を行なった。相対湿度
に対する抵抗値の関係は、第２図のグラフの曲線工に示
され、トリメチルシリルジメチルアミンのみのプラズマ
重合膜を形成させた場合（曲線■）と比較して、明らか
に感湿特性の点ですぐれていることが分る。

実施例２実施例１で形成されたガラスプレート面上のくし形電極
の表面を、ビス（ジメチルアミノ）メチルビニルシラン
およびハロゲン化アルキルのプラズマ重合膜で覆った。

プラズマ重合は、０．０８Ｔｏｒｒのビス（ジメチルア
ミノ）メチルビニルシランと０゜０１Ｔｏｒｒのハロゲ
ン化アルキルとの混合ガスを用い、°出力１０ＩＩＩ、
時間４０分間の放電条件下で行なわれた。

電極に銀ペースト付けによりリード線を接続させて感湿
素子を構成させ、これを温湿度試験器に入れ１周波数Ｉ
ＫＨｚ、電圧１ｖ、温度３０℃の測定条件下で、ＬＣＲ
メーターを用いて感湿特性の評価を行なった。相対湿度
に対する抵抗値の関係は、第３図のグラフの直線■に示
され、相対湿度の変化に対して抵抗値がリニアに変化す
ることが分り、抵抗値を測定することによって相対湿度
を知ることができる。また、ビス（メチルアミノ）メチ
ルビニルシランのみのプラズマ重合膜を形成させた場合
（直線■）と比較して、明らかに感湿特性の点ですぐれ
ていることが分る。

実施例３〜４実施例１で形成されたガラスプレート面上のくし形電極
の表面を、ビス（ジメチルアミノ）ジメチルシランおよ
び塩化メチレンのプラズマ重合膜で覆った。重合条件お
よび重合膜の膜厚は１次の表１に示される。

表１ｍ走　−ｍ生〔重合条件〕シラン化合物（Ｔｏｒｒ）　　０，０６　　　　０．０
６５塩化メチレン（Ｔｏｒｒ）　　　０．００ｇ　　　
　０．０１出　　　　　　　　力（Ｗ）　　　　　　２
０　　　　　　　　２０時　　　　　間（分）　　　　
４０　　　　　３０〔重合膜〕膜　　　　　　厚（人）　　　　６１００　　　　　６
５００得られたプラズマ重合膜被覆くし形電極について
、実施例１〜２と同様にして感湿特性の評価を行なうと
、第４図のグラフの曲線■（実施例３）および■（同４
）に示されるような、相対湿度に対する抵抗値の関係が
得られた。

実施例５〜８実施例１で形成されたガラスプレート面上のくし形電極
の表面を、ビス（ジメチルアミノ）ジメチルシランおよ
び臭化メチレンのプラズマ重合膜で覆った。重合条件お
よび重合膜の膜厚は１次の表２に示される。

表２シラン化合物（Ｔｏｒｒ）　　０．０６　　０．０６　
　　０．０４　　　０．０６５臭化メチＬ／　ン（Ｔｏ
ｒｒ）　　０．０２　　０．０２　　　０．ＯＬ　　　
　０．０１５出　　　　　力（Ｗ）　　　　１０　　　
　２０　　　　　１０　　　　　２０時　　　　間（分
）　　　　２０　　　　１５　　　　４０　　　　１５
１合釦膜間　　　厚（人）　　　５０００　　５８００　　　
５１００　　　３０００得られたプラズマ重合膜被覆く
し形電極について、実施例１〜２と同様にして感湿特性
の評価を行なうと、第５図のグラフの曲線■（実施例５
）、■（同６）、ＩＸ（同７）および直１１１ｆｔＸ（
同８）に示されるような、相対湿度に対する抵抗値の関
係が得られた。

なお、実施例８において、ガラスプレート面上に金電極
をパターニングさせたくし形電極の代わりに、セラミッ
クス基板上に金ペーストを用いるスクリーン印刷法を適
用して形成させたくし形電極（＠極幅５００μｍ、電極
間隔１００μｍ）を用いると。

第５図のグラフの直線Ｘ′に示されるような結果が得ら
れた。

実施例９〜１１実施例１で形成されたガラスプレート面上のくし形電極
の表面を、ビス（ジメチルアミノ）ジメチルシランおよ
びヨウ化エチルまたは臭化塩化メチレンのプラズマ重合
膜で覆った。重合条件および重合膜の膜厚は、次の表３
に示される。

（以下余白）表３】■但龍五ユ飛九は〔重合条件〕シラン化合物（Ｔｏｒｒ）　　０．０６　０．０５　　
０．０６ヨウ化エチル（Ｔｏｒｒ）　　０．０２　　０
．０３　　　−臭化塩化メチレン（Ｔｏｒｒ）　　　−
０，０２出　　　　　　　　力（Ｗ）　　　　２０　　
　　　２０　　　　　　２０時　　　　　　　間（分）
　　　　３０　　　　３０　　　　　３２〔重合膜〕膜　　　　　　　厚（人）　　　　７６００　　　８４
００　　　　８０００得られたプラズマ重合膜被覆くし
形電極について、実施例１〜２と同様にして感湿特性の
評価を行なうと、第６図のグラフの直線■（実施例９）
。

曲線ＸＩＩ（同１０）および第７図のグラフの曲線■（
同１１）に示されるような、相対湿度に対する抵抗値の
関係が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に係る薄膜感湿素子の一態様の平面図
である。第２〜３図は実施例１〜２において、第４図は
実施例３〜４において、第５図は実施例５〜８において
、第６図は実施例９〜１０において、また第７図は実施
例１１におし）で、それぞれこの薄膜感湿素子を用いた
場合の相対湿度に対する抵抗値の関係を示すグラフであ
る。（符号の説明）１・・・・・絶縁性基板２・・・・・導電性くし形電極３・・・・・プラズマ重合膜

Claims

【特許請求の範囲】

１．絶縁性基板上に形成させた導電性くし形電極の表面
を、含窒素有機けい素化合物とハロゲン化炭化水素との
混合物プラズマ重合膜で覆ってなる薄膜感湿素子。
２．含窒素有機けい素化合物がトリメチルシリルジメチ
ルアミンである特許請求の範囲第１項記載の薄膜感湿素
子。
３．含窒素有機けい素化合物がビス（ジメチルアミノ）
メチルビニルシランである特許請求の範囲第１項記載の
薄膜感湿素子。
４．含窒素有機けい素化合物がビス（ジメチルアミノ）
ジメチルシランである特許請求の範囲第１項記載の薄膜
感湿素子。
５．ハロゲン化炭化水素がハロゲン化アルキルである特
許請求の範囲第１項記載の薄膜感湿素子。