JPS63139241A - ダイオ−ド型湿度センサ - Google Patents
ダイオ−ド型湿度センサInfo
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- JPS63139241A JPS63139241A JP28605386A JP28605386A JPS63139241A JP S63139241 A JPS63139241 A JP S63139241A JP 28605386 A JP28605386 A JP 28605386A JP 28605386 A JP28605386 A JP 28605386A JP S63139241 A JPS63139241 A JP S63139241A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、小型、低電力にしてメンテナンスフリーのダ
イオード型湿度センサに関するものである。
イオード型湿度センサに関するものである。
（従来の技術）
従来湿度センサは、物理的、化学的に安定なセラミック
スによるものが多く開発されている。セラミックスの感
湿機構には物理吸着水によるイオン伝導を利用するタイ
プ［内用他１表面科学。
スによるものが多く開発されている。セラミックスの感
湿機構には物理吸着水によるイオン伝導を利用するタイ
プ［内用他１表面科学。
３．１８９（１９８２）コ、［清水他、電気化学、 ５
０，８３１（１９８２）］、［定岡他、電気化学、 ５
１．４３７（１９８３） ］と、化学的吸着水による半
導体の電子伝導度変化を利用するタイプ、［Ｈ，Ａｒａ
ｉ ｅｔ ａｌ、、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ
ＣｈｅｍｉｃａｌＳｅｎｓｏｒｓ、３９３（１９８３
） ］、［Ｔ、ＮＩｔｔａ ｅｔ ａｌ Ｐｒｏ−ｃｅ
ｅｄｌｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒ＋ｔｅｒｎａｔ１ｏ
ｎａｌ Ｍｅｅｔｌｎｇ ｏｎＣｈｅｍｉｃａｌ ５ｅ
ｎｓｏｒｓ、３ｇ７（１９８３）］がある。
０，８３１（１９８２）］、［定岡他、電気化学、 ５
１．４３７（１９８３） ］と、化学的吸着水による半
導体の電子伝導度変化を利用するタイプ、［Ｈ，Ａｒａ
ｉ ｅｔ ａｌ、、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ
ＣｈｅｍｉｃａｌＳｅｎｓｏｒｓ、３９３（１９８３
） ］、［Ｔ、ＮＩｔｔａ ｅｔ ａｌ Ｐｒｏ−ｃｅ
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ｎａｌ Ｍｅｅｔｌｎｇ ｏｎＣｈｅｍｉｃａｌ ５ｅ
ｎｓｏｒｓ、３ｇ７（１９８３）］がある。
（発明が解決しようとする問題点）
前者のタイプはセラ、ミックスの細孔に水が物理吸着す
ることによってヒドロニウムイオンが電気伝導キャリア
となり素子のインピーダンスが低下することによって湿
度を知ることができる。このため感湿性は素子の細孔分
布とインピーダンスに大きく依存する欠点を有すると共
に、細孔に入り込んだ水は出にくくなり、長時間使用す
ると誤差を生じるため定期的に３００℃前後に加熱して
リフレッシュしなければならないという欠点を有してい
た。
ることによってヒドロニウムイオンが電気伝導キャリア
となり素子のインピーダンスが低下することによって湿
度を知ることができる。このため感湿性は素子の細孔分
布とインピーダンスに大きく依存する欠点を有すると共
に、細孔に入り込んだ水は出にくくなり、長時間使用す
ると誤差を生じるため定期的に３００℃前後に加熱して
リフレッシュしなければならないという欠点を有してい
た。
後者のタイプは通常、素子の動作温度は３００〜５００
℃であり、高温で使用しなければならないという欠点を
有していた。
℃であり、高温で使用しなければならないという欠点を
有していた。
最近ＣｕＯとＺｎＯの焼結体を機械的圧着することによ
り湿度を測定する方法が提唱されている［中村他９日本
化学会誌１１５４（１９８５）］。この方法は、ＣｕＯ
／ ＺｎＯのへテロ接合の整流性がＣｕＯ／ ＺｎＯの
界面に水が入り込むことにより変化することを利用して
いる。高温を必要としない利点はあるが焼結体を機械的
圧着して、素子化しているため微細化して、チップ上で
他の素子と集積化することは不可能である欠点を有して
いた。
り湿度を測定する方法が提唱されている［中村他９日本
化学会誌１１５４（１９８５）］。この方法は、ＣｕＯ
／ ＺｎＯのへテロ接合の整流性がＣｕＯ／ ＺｎＯの
界面に水が入り込むことにより変化することを利用して
いる。高温を必要としない利点はあるが焼結体を機械的
圧着して、素子化しているため微細化して、チップ上で
他の素子と集積化することは不可能である欠点を有して
いた。
本発明の目的は、従来の湿度センサが必要とした高温に
よるリフレッシュ、及び従来の湿度センサでは不可能で
あった微細化、集積化を可能にするとともに、高い動作
安定性を有する省力化されたダイオード型湿度センサを
提供することにある。
よるリフレッシュ、及び従来の湿度センサでは不可能で
あった微細化、集積化を可能にするとともに、高い動作
安定性を有する省力化されたダイオード型湿度センサを
提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明は上記目的を達成するため、Ｃｒ、＾Ｕを記述の
順に基板上に積層してなる下部電極上に薄膜のＺｎＯ層
を形成し、その上に薄膜のｓｉｏ、層を形成し、さらに
その上に前記ＺｎＯ層とショットキー接合可能な金属の
単体あるいは合金からなる薄膜の上部電極を形成したこ
とを特徴とする。
順に基板上に積層してなる下部電極上に薄膜のＺｎＯ層
を形成し、その上に薄膜のｓｉｏ、層を形成し、さらに
その上に前記ＺｎＯ層とショットキー接合可能な金属の
単体あるいは合金からなる薄膜の上部電極を形成したこ
とを特徴とする。
（作用）
上記構成によれば、電極間に所定電圧を印加することに
より、ＺｎＯ層の薄膜とショットキー接合可能な金属の
単体あるいは合金からなる上部電極の薄膜とそれらの間
に存在するＳｉＯ２層とのそれぞれの接合の隙間に入り
込んだ水を媒介とするイオン伝導度の変化から湿像を測
定できることになる。
より、ＺｎＯ層の薄膜とショットキー接合可能な金属の
単体あるいは合金からなる上部電極の薄膜とそれらの間
に存在するＳｉＯ２層とのそれぞれの接合の隙間に入り
込んだ水を媒介とするイオン伝導度の変化から湿像を測
定できることになる。
（実施例１）
第１図は本発明の第１の実施例を示す斜視図、第２図は
拡大断面図であり、厚み方向を強調して示している。図
中、１はガラス製基板、２は厚さ１０ｎＩＩのＣ「、厚
さ１１００ｎのＡｕを記述の順に前記基板１上に積層し
て形成した下部電極、３は下部電極２の図に向って左側
の略半分上に形成したＺｎＯ層で、電気抵抗１０−５Ω
■で厚さ１１００ｎの第１のＺｎＯ層と電気抵抗１０４
Ω禦で厚さ１μｍの第２のＺｎＯ層とを記述の順に積層
して形成される。該ＺｎＯ層３の左辺を除く残りの周辺
部は基板１上に形成されている。４は前記ＺｎＯ層３の
上に積層された厚さ１０ｎｓのｓｉｏ２層で、該８１０
２層４は通常の伝導体における電子伝導に対しては絶縁
性の膜として働くが、その表面には多数の水分子を吸着
させており、これを媒介としたイオン伝導を安定して保
持するので、適当量の電気抵抗値と感湿性を実現する機
能を持つ。
拡大断面図であり、厚み方向を強調して示している。図
中、１はガラス製基板、２は厚さ１０ｎＩＩのＣ「、厚
さ１１００ｎのＡｕを記述の順に前記基板１上に積層し
て形成した下部電極、３は下部電極２の図に向って左側
の略半分上に形成したＺｎＯ層で、電気抵抗１０−５Ω
■で厚さ１１００ｎの第１のＺｎＯ層と電気抵抗１０４
Ω禦で厚さ１μｍの第２のＺｎＯ層とを記述の順に積層
して形成される。該ＺｎＯ層３の左辺を除く残りの周辺
部は基板１上に形成されている。４は前記ＺｎＯ層３の
上に積層された厚さ１０ｎｓのｓｉｏ２層で、該８１０
２層４は通常の伝導体における電子伝導に対しては絶縁
性の膜として働くが、その表面には多数の水分子を吸着
させており、これを媒介としたイオン伝導を安定して保
持するので、適当量の電気抵抗値と感湿性を実現する機
能を持つ。
５は厚さ２０ｎｍの旧よりなる上部電極で、前記ＳｌＯ
□層４上に形成され、他部は前記基板１上に形成されて
いる。
□層４上に形成され、他部は前記基板１上に形成されて
いる。
次に動作について説明する。前記下部電極２と上部電極
５との間に０．０１）１ｚ程度の低周波数で約２Ｖの交
流電圧を印加する。下部電極２とＺｎ０層３は電気抵抗
１０−５Ωｍの伝導電子密度の高い第１のＺｎＯ層をは
さんで積層されているためオーミック接続されているが
、上部電極５は電気抵抗１０４Ωｍの伝導電子密度の低
い第２のＺｎＯ層と、間に厚さ１０ｎｌｌの５１０２層
４をはさんで接続されている。このためＺｎ０層３内に
整流性の電位障壁が形成されとともに、ＳｉＯ２層４に
より逆方向の降伏電圧がより高くなり、この素子は良好
な整流性を示す。また上部電極５は厚さ２０ｎ１のＮｉ
層で、多孔質となっており、容易に水が出入りするほか
、ＺｎＯＭ ３−８１０２層４の表面には水が吸着しや
すいため上部電極５とＺｎ０層３の間の領域には湿度に
応じた水が存在することになる。従って、約２Ｖの交流
電圧を印加すると湿度に応じて第３図に示すような整流
特性を得ることができる。この素子の電気伝導は、上部
電極５とＺｎ０層３の間に入り込んだ水を媒体とするイ
オン伝導によるものであるが、間にＳｉＯ２層４がある
ので電流路が１カ所に集中することがなく、安定した特
性を得ることができる。また素子内部の水の量は外気の
湿度に追従して変化するので、湿度に応じた電流量を得
ることができる。それ故、この電流量から湿度を検知で
きるのである。
５との間に０．０１）１ｚ程度の低周波数で約２Ｖの交
流電圧を印加する。下部電極２とＺｎ０層３は電気抵抗
１０−５Ωｍの伝導電子密度の高い第１のＺｎＯ層をは
さんで積層されているためオーミック接続されているが
、上部電極５は電気抵抗１０４Ωｍの伝導電子密度の低
い第２のＺｎＯ層と、間に厚さ１０ｎｌｌの５１０２層
４をはさんで接続されている。このためＺｎ０層３内に
整流性の電位障壁が形成されとともに、ＳｉＯ２層４に
より逆方向の降伏電圧がより高くなり、この素子は良好
な整流性を示す。また上部電極５は厚さ２０ｎ１のＮｉ
層で、多孔質となっており、容易に水が出入りするほか
、ＺｎＯＭ ３−８１０２層４の表面には水が吸着しや
すいため上部電極５とＺｎ０層３の間の領域には湿度に
応じた水が存在することになる。従って、約２Ｖの交流
電圧を印加すると湿度に応じて第３図に示すような整流
特性を得ることができる。この素子の電気伝導は、上部
電極５とＺｎ０層３の間に入り込んだ水を媒体とするイ
オン伝導によるものであるが、間にＳｉＯ２層４がある
ので電流路が１カ所に集中することがなく、安定した特
性を得ることができる。また素子内部の水の量は外気の
湿度に追従して変化するので、湿度に応じた電流量を得
ることができる。それ故、この電流量から湿度を検知で
きるのである。
このように、この実施例によれば、従来の技術に比べて
薄膜を用いて湿度センサを構成でき、高温によるリフレ
ッシュを必要とせずに安定した特性を得ることができる
ため、小型、低消費電力、省力化が可能となる。
薄膜を用いて湿度センサを構成でき、高温によるリフレ
ッシュを必要とせずに安定した特性を得ることができる
ため、小型、低消費電力、省力化が可能となる。
第１図及び第２図に示す素子構造において上部電極５を
Ｃｒ、旧、Ｗ、Ａｕ、Ｐｄのいずれか−の金属とした場
合の感湿特性及び水素ガスに対する感ガス特性の測定結
果を表１に示す。
Ｃｒ、旧、Ｗ、Ａｕ、Ｐｄのいずれか−の金属とした場
合の感湿特性及び水素ガスに対する感ガス特性の測定結
果を表１に示す。
二の表においては素子に順方向に１．５Ｖのバイアスを
印加した状態において、乾燥空気中の電流値を１１湿潤
空気中または水素を添加した湿温空気中での電流値を１
とし、Ｉ／Ｉｏで感湿特性および感ガス特性を評価した
。水素を感知しない湿潤空気中での感湿特性には、上部
電極に対する依存性は見られないが、水素が１１０００
ｐｐ添加されるとＰｄ電極の素子のみに反応がみられた
。一般にＰｄ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属は低温でも水素な
どの還元性ガスに反応するため湿度のみに感度を得よう
とする場合には避ける必要がある。但し、水素が存在し
ないことが明らかであればＰｄ、Ｐｔ、Ａｕを用いても
よい。
印加した状態において、乾燥空気中の電流値を１１湿潤
空気中または水素を添加した湿温空気中での電流値を１
とし、Ｉ／Ｉｏで感湿特性および感ガス特性を評価した
。水素を感知しない湿潤空気中での感湿特性には、上部
電極に対する依存性は見られないが、水素が１１０００
ｐｐ添加されるとＰｄ電極の素子のみに反応がみられた
。一般にＰｄ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属は低温でも水素な
どの還元性ガスに反応するため湿度のみに感度を得よう
とする場合には避ける必要がある。但し、水素が存在し
ないことが明らかであればＰｄ、Ｐｔ、Ａｕを用いても
よい。
この結果から明らかなようにＣｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｒｈ、
Ｉｒ、Ｒｕ。
Ｉｒ、Ｒｕ。
Ｏｓ 、 Ｒｅは湿度のみに反応するという改善があっ
た。
た。
なお、上部電極５の厚さは２０ｎ１こ設定しであるが、
１０ｎｍ未満であると整流性が不安定になり、１１００
ｎを越えると湿度変化に対する応答が悪くなる。また５
ｉ０２層４の厚さは１０ｎｌｌに設定しであるが、５ｒ
＋ａ＋未満とするとこの層の効果がなくなり、５００ｎ
ｍを越えると直流抵抗が大きくなり過ぎて動作が困難に
なる。
１０ｎｍ未満であると整流性が不安定になり、１１００
ｎを越えると湿度変化に対する応答が悪くなる。また５
ｉ０２層４の厚さは１０ｎｌｌに設定しであるが、５ｒ
＋ａ＋未満とするとこの層の効果がなくなり、５００ｎ
ｍを越えると直流抵抗が大きくなり過ぎて動作が困難に
なる。
（実施例２）
第４図は第２の実施例を説明する図であって、本願発明
を温度計と組合わせた例である。６は８１基板、７は白
金温度計、８は集積回路よりなる演算部、９は電極パッ
ドである。１０は８１基板６上に形成された前記実施例
と同様の湿度センサの素子部分で、その上部電極５には
Ｎ１を用いである。
を温度計と組合わせた例である。６は８１基板、７は白
金温度計、８は集積回路よりなる演算部、９は電極パッ
ドである。１０は８１基板６上に形成された前記実施例
と同様の湿度センサの素子部分で、その上部電極５には
Ｎ１を用いである。
これ等の動作は、湿度センサの素子部分１０で湿度を感
知し、白金温度計７で温度を感知して、これ等を演算部
８で演算して補正し、その結果を電極バッド９を通して
出力する事である。この様に演算を受は持つ集積回路よ
りなる演算部８及び白金温度計７と湿度センサの素子部
分１０を同一８１基板上に形成できる理由は、本発明の
ダイオード型湿度センサがすべて薄膜で形成できること
、高温によるリフレッシュを必要としないことによる。
知し、白金温度計７で温度を感知して、これ等を演算部
８で演算して補正し、その結果を電極バッド９を通して
出力する事である。この様に演算を受は持つ集積回路よ
りなる演算部８及び白金温度計７と湿度センサの素子部
分１０を同一８１基板上に形成できる理由は、本発明の
ダイオード型湿度センサがすべて薄膜で形成できること
、高温によるリフレッシュを必要としないことによる。
この結果から明らかなように、従来の技術に比べ、演算
部を含めて小型化、低消費電力化ができる。
部を含めて小型化、低消費電力化ができる。
（発明の効果）
以上説明したように本発明によれば、ＺｎＯ層の薄膜と
ショットキー接合可能な金属の単体あるいは合金からな
る薄膜の上部電極の間に８１０２層を形成し、これ等の
接合の隙間に入り込んだ水を媒介とするイオン伝導度の
変化により湿度を測定するため、これまでのセラミック
スを利用した湿度センサと異なり高温によるリフレッシ
ュによって水分を乾燥させる動作を必要とせず、かつ薄
膜を用いて素子を構成できるため、省力化、小型化、低
消費電力化ができる。さらにＳ１プロセスを利用できる
ため経済性も図れるなどの利点がある。
ショットキー接合可能な金属の単体あるいは合金からな
る薄膜の上部電極の間に８１０２層を形成し、これ等の
接合の隙間に入り込んだ水を媒介とするイオン伝導度の
変化により湿度を測定するため、これまでのセラミック
スを利用した湿度センサと異なり高温によるリフレッシ
ュによって水分を乾燥させる動作を必要とせず、かつ薄
膜を用いて素子を構成できるため、省力化、小型化、低
消費電力化ができる。さらにＳ１プロセスを利用できる
ため経済性も図れるなどの利点がある。
図面は本発明の説明に供するもので、第１図は本発明の
ダイオード型湿度センサの斜視図、第２図は第１図■−
ｎ線矢視方向の拡大断面図、第３図は湿度センサによる
感湿特性を示すグラフ、第４図は第１図に示すセンサ素
子部と白金温度計及びそれ等の情報を処理して出力する
演算回路を集積化した湿度センサの斜視図である。 １・・・ガラス基板、２・・・Ｃｒ、Ａｕからなる下部
電極、３−ＺｎＯ層、４ ・５ＩＯ２層、５ ・＝ Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｒｈ、 Ｉｒ、Ｒｕ、 Ｏｓ 、 Ｒｅ
の金属薄膜からなる上部電極、６・・・８１基板、７・
・・白金温度計、８・・・集積回路（演算部）、９・・
・電極パッド。
ダイオード型湿度センサの斜視図、第２図は第１図■−
ｎ線矢視方向の拡大断面図、第３図は湿度センサによる
感湿特性を示すグラフ、第４図は第１図に示すセンサ素
子部と白金温度計及びそれ等の情報を処理して出力する
演算回路を集積化した湿度センサの斜視図である。 １・・・ガラス基板、２・・・Ｃｒ、Ａｕからなる下部
電極、３−ＺｎＯ層、４ ・５ＩＯ２層、５ ・＝ Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｒｈ、 Ｉｒ、Ｒｕ、 Ｏｓ 、 Ｒｅ
の金属薄膜からなる上部電極、６・・・８１基板、７・
・・白金温度計、８・・・集積回路（演算部）、９・・
・電極パッド。
Claims (3)
- （１）Ｃｒ，Ａｕを記述の順に基板上に積層してなる下
部電極上に薄膜のＺｎＯ層を形成し、その上に薄膜のＳ
ｉＯ＿２層を形成し、さらにその上に前記ＺｎＯ層とシ
ョットキー接合可能な金属の単体あるいは合金からなる
薄膜の上部電極を形成したことを特徴とするダイオード
型湿度センサ。 - （２）ショットキー接合可能な金属としてＣｒ，Ｎｉ，
Ｗ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｒｅ，Ａｕを用いたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のダイオード型
湿度センサ。 - （３）ＺｎＯ層が低抵抗層と高抵抗層とからなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載のダイ
オード型湿度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28605386A JPS63139241A (ja) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | ダイオ−ド型湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28605386A JPS63139241A (ja) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | ダイオ−ド型湿度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63139241A true JPS63139241A (ja) | 1988-06-11 |
Family
ID=17699349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28605386A Pending JPS63139241A (ja) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | ダイオ−ド型湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63139241A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003520351A (ja) * | 2000-01-19 | 2003-07-02 | ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティー・オブ・カリフォルニア | ショットキー・バリヤで化学的に誘起された電子孔を用いる化学センサー |
| WO2015029541A1 (ja) * | 2013-08-30 | 2015-03-05 | 株式会社村田製作所 | ガスセンサ、ガスセンサの製造方法、及びガス濃度の検出方法 |
| JPWO2016125283A1 (ja) * | 2015-02-05 | 2017-11-16 | 富士通株式会社 | ガスセンサ及びセンサ装置 |
| JPWO2016143053A1 (ja) * | 2015-03-10 | 2017-12-21 | 富士通株式会社 | ガスセンサ及びセンサ装置 |
| WO2018024932A1 (es) * | 2016-08-01 | 2018-02-08 | Universidad Autónoma de Madrid | Sensor de humedad |
-
1986
- 1986-12-02 JP JP28605386A patent/JPS63139241A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003520351A (ja) * | 2000-01-19 | 2003-07-02 | ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティー・オブ・カリフォルニア | ショットキー・バリヤで化学的に誘起された電子孔を用いる化学センサー |
| WO2015029541A1 (ja) * | 2013-08-30 | 2015-03-05 | 株式会社村田製作所 | ガスセンサ、ガスセンサの製造方法、及びガス濃度の検出方法 |
| JP6012005B2 (ja) * | 2013-08-30 | 2016-10-25 | 株式会社村田製作所 | ガスセンサ、ガスセンサの製造方法、及びガス濃度の検出方法 |
| JPWO2016125283A1 (ja) * | 2015-02-05 | 2017-11-16 | 富士通株式会社 | ガスセンサ及びセンサ装置 |
| JPWO2016143053A1 (ja) * | 2015-03-10 | 2017-12-21 | 富士通株式会社 | ガスセンサ及びセンサ装置 |
| WO2018024932A1 (es) * | 2016-08-01 | 2018-02-08 | Universidad Autónoma de Madrid | Sensor de humedad |
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