JPH022912A - 薄膜感湿素子 - Google Patents
薄膜感湿素子Info
- Publication number
- JPH022912A JPH022912A JP14976888A JP14976888A JPH022912A JP H022912 A JPH022912 A JP H022912A JP 14976888 A JP14976888 A JP 14976888A JP 14976888 A JP14976888 A JP 14976888A JP H022912 A JPH022912 A JP H022912A
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- Japan
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- thin film
- moisture
- sensitive element
- polyimide
- film
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- Pending
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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】
・ の１ ゝ一
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。
、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。
丈来夙技血
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。
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， Ｓｉ等の金属あるいは半導体
（２１ Ｓｎ， Ｆｅ， Ｔｉ等の金属の酸化物（３１
Ａ１２０３等の多孔質金属酸化物ｆ４１ Ｌ ｉ Ｃ
Ｉ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、あるいは信頼性や応答性に問題
がある等、満足される状態にはない。
（２１ Ｓｎ， Ｆｅ， Ｔｉ等の金属の酸化物（３１
Ａ１２０３等の多孔質金属酸化物ｆ４１ Ｌ ｉ Ｃ
Ｉ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、あるいは信頼性や応答性に問題
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
、換言すれば信頼性にも問題がある。
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
、換言すれば信頼性にも問題がある。
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
頼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。
面では廉価であるものの、溶剤等の薬品による劣化や信
頼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。
しよ゛と る 占
ラングミュア・ブロジェット法を利用して得られたポリ
イミド系薄膜は、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、薄膜である
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。
イミド系薄膜は、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、薄膜である
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・ブロジェット法
を利用して得られたポリイミド系薄膜に注目し、保守、
信頼性、応答性等に問題のみられる従来の！３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ポリイミド系
薄膜を含む、薄膜感湿素子を提供することを目的とする
。
を利用して得られたポリイミド系薄膜に注目し、保守、
信頼性、応答性等に問題のみられる従来の！３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ポリイミド系
薄膜を含む、薄膜感湿素子を提供することを目的とする
。
占 ° るための
本発明は、我々が特願昭６１−２７５５３３に提案した
、両性ポリイミド系前駆体をラングミュア・ブロジェッ
ト法により、種々基板上に累偵し、それに続くイミド化
反応によって作られたポリイミド系薄膜を利用して、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
。ポリイミド系薄膜の厚さは、薄膜全体にわたる水分の
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。
、両性ポリイミド系前駆体をラングミュア・ブロジェッ
ト法により、種々基板上に累偵し、それに続くイミド化
反応によって作られたポリイミド系薄膜を利用して、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
。ポリイミド系薄膜の厚さは、薄膜全体にわたる水分の
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。
金属／感湿膜／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。
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。
、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。
感湿素子の模式図を、第３〜４図に示す。
半導体基板（Ｓ Ｓ）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。
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。
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。
さらに、上部電極は開口部を有し、その開口部より水分
等の出入りが可能な構造をもち、例えば櫛形や渦巻状の
電極を用いることができる。
等の出入りが可能な構造をもち、例えば櫛形や渦巻状の
電極を用いることができる。
これらのＭＩＭ、及びＭＩＳ型の素子は、ラングミュア
・ブロジェット法で得られたポリイミド系薄膜が、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
系樹脂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。
・ブロジェット法で得られたポリイミド系薄膜が、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
系樹脂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。
発肌■作■二立米
本発明に係る薄膜感湿素子は、ラングミュア・ブロジェ
ット法を利用して得られたポリイミド系薄膜が、湿度に
、対して迅速に感応するという性質を有効に利用し、更
に、同薄股が耐熱性、耐薬品性に優れているという性質
を利用したものである。
ット法を利用して得られたポリイミド系薄膜が、湿度に
、対して迅速に感応するという性質を有効に利用し、更
に、同薄股が耐熱性、耐薬品性に優れているという性質
を利用したものである。
この発明により、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。
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。
較的大きく、検出系の低コスト化も達成できる。
夫犯仮
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、下図に示す両性ポリイミド前駆体（Ｐ
ｆ Ｐ）をラングミュア・ブロジェット法により４１層
累積した。その後、４００°ＣでＰＩＰ 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ｌＯＯμｍ、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。
た基板の上に、下図に示す両性ポリイミド前駆体（Ｐ
ｆ Ｐ）をラングミュア・ブロジェット法により４１層
累積した。その後、４００°ＣでＰＩＰ 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ｌＯＯμｍ、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。
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湿素子を、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（ＩＫＨｚ）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℃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。
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（ＩＫＨｚ）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℃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。
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。
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
上部電極の厚さを５００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。こ
の程度の厚さの金は、かなり緻密である。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、上部電極が緻密な場合、素子の応答性
が低下することがわかった。
施例１と同様のＭＩＭ型の薄膜感湿素子を作製した。こ
の程度の厚さの金は、かなり緻密である。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、上部電極が緻密な場合、素子の応答性
が低下することがわかった。
比較例２
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。
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、電極間隔５００μｍの櫛形の金を２００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。
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、電極間隔５００μｍの櫛形の金を２００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１の
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。
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・ブロジェット法を用いたが、−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。また、両性
ポリイミド前駆体としては、ＰＩＰに限定するものでは
なく、熱環化反応によリイミド環を生じる、特願昭６１
−２７５５３３に提案した両親媒性ポリマーであれば、
いかなる物質でも良い。
ュア・ブロジェット法を用いたが、−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。また、両性
ポリイミド前駆体としては、ＰＩＰに限定するものでは
なく、熱環化反応によリイミド環を生じる、特願昭６１
−２７５５３３に提案した両親媒性ポリマーであれば、
いかなる物質でも良い。
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・・・・・１罹 ■・・・・感湿膜 Ｓ・・・・半導体 Ｉｓ・・・絶縁性基板 ＳＳ・・・半導体基板 第５図 ａオ彩兄度 第 図 第２図
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・・・・・１罹 ■・・・・感湿膜 Ｓ・・・・半導体 Ｉｓ・・・絶縁性基板 ＳＳ・・・半導体基板 第５図 ａオ彩兄度 第 図 第２図
Claims (4)
- （１）厚みが１０００Å以下のポリイミド系薄膜を含む
薄膜感湿素子。 - （２）両性ポリイミド前駆体を、ラングミュア・ブロジ
ェット法により基板上に累積し、それに続くイミド化反
応により作製されたポリイミド系薄膜を含む特許請求の
範囲第１項記載の薄膜感湿素子。 - （３）開口部を有する多孔質且つ金属的な電気伝導度を
有する程度の厚みの上部電極を備えた、金属／感湿膜／
金属構造の素子からなり、前記ポリイミド系薄膜を感湿
膜として含む特許請求の範囲第１項または第２項記載の
薄膜感湿素子。 - （４）開口部を有する多孔質且つ金属的な金属的な電気
伝導度を有する程度の厚みの上部電極を備えた金属／感
湿膜／半導体構造の素子からなり、前記ポリイミド系薄
膜を感湿膜として含む特許請求の範囲第１項または第２
項記載の薄膜感湿素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14976888A JPH022912A (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | 薄膜感湿素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14976888A JPH022912A (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | 薄膜感湿素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH022912A true JPH022912A (ja) | 1990-01-08 |
Family
ID=15482312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14976888A Pending JPH022912A (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | 薄膜感湿素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH022912A (ja) |
-
1988
- 1988-06-17 JP JP14976888A patent/JPH022912A/ja active Pending
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