JPH0240973B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0240973B2 JPH0240973B2 JP59166288A JP16628884A JPH0240973B2 JP H0240973 B2 JPH0240973 B2 JP H0240973B2 JP 59166288 A JP59166288 A JP 59166288A JP 16628884 A JP16628884 A JP 16628884A JP H0240973 B2 JPH0240973 B2 JP H0240973B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polyvinyl alcohol
- layer
- moisture
- sensitive element
- alcohol layer
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/60—Electrodes characterised by their materials
- H10D64/66—Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes
- H10D64/667—Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes the conductor comprising a layer of alloy material, compound material or organic material contacting the insulator, e.g. TiN workfunction layers
-
- 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
- G01N27/4141—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for gases
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、感湿素子とその製造方法に関する。
（従来技術及び発明が解決しようとする問題点）
湿度に感じるコンデンサは、周知である。この
デバイスの欠点は、周囲の水蒸気分圧の変化が生
じたときの容量の変化がかなり小さいことであ
り、また、このため、ストレー容量が接続する電
気回路に生じると検出すべき効果をかくすので、
ストレー容量を十分に注意してなくす必要がある
ことである。
デバイスの欠点は、周囲の水蒸気分圧の変化が生
じたときの容量の変化がかなり小さいことであ
り、また、このため、ストレー容量が接続する電
気回路に生じると検出すべき効果をかくすので、
ストレー容量を十分に注意してなくす必要がある
ことである。
また、特開昭58−2731号公報には、FET型の
感湿素子が開示されている。この感湿素子は、
MOSFETの透湿性ゲート電極と基板上の絶縁膜
の間に感湿部材を挿入した構造である。感湿部材
は、周囲の湿度によりインピーダンスが変化する
材料である。実施例では、感湿部材として陽極酸
化Al2O3が用いられている。（他にSnO2スパツタ
膜が例として挙げられている。）この構造により
FET素子のチヤンネルコンダクタンスが変化す
るので、FET出力より湿度を検出できることに
なる。しかし、相対湿度０％と55％RHの応答の
みが示され、動作も不安定である。
感湿素子が開示されている。この感湿素子は、
MOSFETの透湿性ゲート電極と基板上の絶縁膜
の間に感湿部材を挿入した構造である。感湿部材
は、周囲の湿度によりインピーダンスが変化する
材料である。実施例では、感湿部材として陽極酸
化Al2O3が用いられている。（他にSnO2スパツタ
膜が例として挙げられている。）この構造により
FET素子のチヤンネルコンダクタンスが変化す
るので、FET出力より湿度を検出できることに
なる。しかし、相対湿度０％と55％RHの応答の
みが示され、動作も不安定である。
ところで、かかるFET型感湿素子に用いる感
湿部材としては、FET素子の入力インピーダン
スと良好な電気的整合性を有すること、EFT素
子の特性に悪影響を及ぼさないこと、さらには、
微小パターン化できることなどが基本的に必要で
ある。さらに、優れた感湿素子として使用できる
ためには、広い湿度範囲で使用できること、応答
速度が速いこと、ヒステリシスが小さいこと、出
力が時間的に安定であること（再現性）、出力が
湿度に対して直線的に変化することなどが望まし
い。従つて、優れた感湿特性を有する感湿材料を
見い出さねばならない。しかし、FET型感湿素
子用の感湿材料としては、上述の陽極酸化Al2O3
の他は、感湿特性についてほとんど具体的に検討
されていなかつた。
湿部材としては、FET素子の入力インピーダン
スと良好な電気的整合性を有すること、EFT素
子の特性に悪影響を及ぼさないこと、さらには、
微小パターン化できることなどが基本的に必要で
ある。さらに、優れた感湿素子として使用できる
ためには、広い湿度範囲で使用できること、応答
速度が速いこと、ヒステリシスが小さいこと、出
力が時間的に安定であること（再現性）、出力が
湿度に対して直線的に変化することなどが望まし
い。従つて、優れた感湿特性を有する感湿材料を
見い出さねばならない。しかし、FET型感湿素
子用の感湿材料としては、上述の陽極酸化Al2O3
の他は、感湿特性についてほとんど具体的に検討
されていなかつた。
なお、本発明は、結晶化ポリビニルアルコール
を感湿部材として用いた感湿素子に係るが、特開
昭52−51880号公報や特開昭52−98993号公報に
は、ポリビニルアルコールを用いているがFET
型ではない感湿素子が開示されている。しかし、
前者では、ポリビニルアルコールは水分保持体と
して用いられ、半導体の抵抗特性に間接的に影響
させるものである。また、後者は、ベースである
ポリビニルアルコールに電解質及び／又は導電性
粒子を含有させ、インピーダンスの湿度に対する
変化を検出するものであり、電気伝導に主に寄与
するのは、電解質と導電性粒子である。従つて、
両者とも、ポリビニルアルコール自体の電気的性
質の湿度変化を利用したものではなかつた。
を感湿部材として用いた感湿素子に係るが、特開
昭52−51880号公報や特開昭52−98993号公報に
は、ポリビニルアルコールを用いているがFET
型ではない感湿素子が開示されている。しかし、
前者では、ポリビニルアルコールは水分保持体と
して用いられ、半導体の抵抗特性に間接的に影響
させるものである。また、後者は、ベースである
ポリビニルアルコールに電解質及び／又は導電性
粒子を含有させ、インピーダンスの湿度に対する
変化を検出するものであり、電気伝導に主に寄与
するのは、電解質と導電性粒子である。従つて、
両者とも、ポリビニルアルコール自体の電気的性
質の湿度変化を利用したものではなかつた。
本発明の目的は、優れた感湿特性を示す感湿素
子及びその製造方法を提供することである。
子及びその製造方法を提供することである。
（問題点を解決するための手段）
本発明に係る感湿素子は、ゲート電極とゲート
絶縁体との間にポリビニルアルコール層を介在さ
せ、このゲート電極がポリビニルアルコール層を
周囲の水蒸気にさらすことができるように設けら
れる絶縁ゲート電界効果トランジスタからなり、 上記のポリビニルアルコール層は、ポリビニル
アルコール水溶液を120〜250℃で熱処理して結晶
化したポリビニルアルコール層であつて、周囲の
水蒸気を吸収することができ、この吸収の結果、
ポリビニルアルコール層のバルクの誘電定数が変
化し、そのため、この絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタのドレーンソースチヤネルの電気伝導度に
検出可能な変化を生じさせることを特徴とする。
絶縁体との間にポリビニルアルコール層を介在さ
せ、このゲート電極がポリビニルアルコール層を
周囲の水蒸気にさらすことができるように設けら
れる絶縁ゲート電界効果トランジスタからなり、 上記のポリビニルアルコール層は、ポリビニル
アルコール水溶液を120〜250℃で熱処理して結晶
化したポリビニルアルコール層であつて、周囲の
水蒸気を吸収することができ、この吸収の結果、
ポリビニルアルコール層のバルクの誘電定数が変
化し、そのため、この絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタのドレーンソースチヤネルの電気伝導度に
検出可能な変化を生じさせることを特徴とする。
水蒸気の吸収により生じるポリビニルアルコー
ル層のバルクの誘電定数の変化は、ゲート容量の
変化を生じ、このゲート容量の変化は、ゲート電
圧が一定の場合、ドレーン電流をこれに対応して
変化させる。ドレーン電流の変化の大きさは、吸
収した水蒸気の量に依存し、この水蒸気の量は、
一方、水蒸気の分圧に依存する。したがつて、感
湿素子において、ドレーン電流は水蒸気分圧の示
度を与えることが可能である。
ル層のバルクの誘電定数の変化は、ゲート容量の
変化を生じ、このゲート容量の変化は、ゲート電
圧が一定の場合、ドレーン電流をこれに対応して
変化させる。ドレーン電流の変化の大きさは、吸
収した水蒸気の量に依存し、この水蒸気の量は、
一方、水蒸気の分圧に依存する。したがつて、感
湿素子において、ドレーン電流は水蒸気分圧の示
度を与えることが可能である。
ポリビニルアルコール層の優れた感湿特性によ
り、感湿素子は全湿度範囲で応答し、出力は湿度
変化に対してほぼ直線的に変化し、また安定性に
優れる。
り、感湿素子は全湿度範囲で応答し、出力は湿度
変化に対してほぼ直線的に変化し、また安定性に
優れる。
また、本発明に係る感湿素子の製造方法は、絶
縁ゲート電界効果トランジスタの半導体基板とゲ
ート絶縁体とからなる原デバイスを製造し、ポリ
ビニルアルコールの水溶液の層を上記のゲート絶
縁体の大気にさらす側の表面上に形成し、上記の
ポリビニルアルコールの水溶液の層を付着させた
原デバイスを120℃から250℃までの範囲内のある
温度で加熱することによりこのポリビニルアルコ
ールを結晶化させてポリビニルアルコール層を形
成し、以上のように処理されたポリビニルアルコ
ール層の上にゲート電極を形成する、という工程
からなる。
縁ゲート電界効果トランジスタの半導体基板とゲ
ート絶縁体とからなる原デバイスを製造し、ポリ
ビニルアルコールの水溶液の層を上記のゲート絶
縁体の大気にさらす側の表面上に形成し、上記の
ポリビニルアルコールの水溶液の層を付着させた
原デバイスを120℃から250℃までの範囲内のある
温度で加熱することによりこのポリビニルアルコ
ールを結晶化させてポリビニルアルコール層を形
成し、以上のように処理されたポリビニルアルコ
ール層の上にゲート電極を形成する、という工程
からなる。
ポリビニルアルコールの水溶液の上記の層は、
上記のゲート絶縁体の大気にさらされている面上
に、スピンコーテイングによつて形成してもよ
い。これにより、製造工程でのポリビニルアルコ
ール層への不純物の混入が、陽極酸化Al2O3膜の
場合などに比べて少なくなる。また、上記の熱処
理は、上記の層を付着させ、典型的には120℃と
250℃との間で、好ましくは、約180℃の温度で、
原デバイスを加熱して行つてもよい。
上記のゲート絶縁体の大気にさらされている面上
に、スピンコーテイングによつて形成してもよ
い。これにより、製造工程でのポリビニルアルコ
ール層への不純物の混入が、陽極酸化Al2O3膜の
場合などに比べて少なくなる。また、上記の熱処
理は、上記の層を付着させ、典型的には120℃と
250℃との間で、好ましくは、約180℃の温度で、
原デバイスを加熱して行つてもよい。
（実施例）
次に、本発明の実施例が、添付の図面を参照し
て説明される。
て説明される。
本発明に係る感湿素子は、絶縁ゲート電界効果
トランジスタ（IGFET）であり、ゲート電極と
ゲート絶縁体との間にポリビニルアルコール
（PVA）を含む。この物質が周囲の水蒸気を吸収
すると、バルクの誘電定数が変化する。
トランジスタ（IGFET）であり、ゲート電極と
ゲート絶縁体との間にポリビニルアルコール
（PVA）を含む。この物質が周囲の水蒸気を吸収
すると、バルクの誘電定数が変化する。
周知のように、ドレーン電圧VDが、ドレーン
電流−ドレーン電圧（ID―VD）特性の飽和領域に
おけるIGFETの動作に適したある一定値に保た
れると、ドレーン電流IDは、ゲート電圧VGと次の
近似式により関係づけられる。
電流−ドレーン電圧（ID―VD）特性の飽和領域に
おけるIGFETの動作に適したある一定値に保た
れると、ドレーン電流IDは、ゲート電圧VGと次の
近似式により関係づけられる。
ID＝Ｗ／2LμC（VG−VT）2
ここに、ＷとＬは、それぞれ、伝導チヤネルの
幅と長さであり、ともにVDに依存する量であり、
μは、伝導チヤネルでの荷電体の移動度であり、
Ｃは、ゲート容量であり、そしてVTは、閾値電
圧である。
幅と長さであり、ともにVDに依存する量であり、
μは、伝導チヤネルでの荷電体の移動度であり、
Ｃは、ゲート容量であり、そしてVTは、閾値電
圧である。
水蒸気の吸収により生じたバルクの誘電定数の
変化は、ゲート容量Ｃの変化を生じ、このゲート
容量Ｃの変化は、ドレーン電流IDの変化を生じ
る。この容量の変化の大きさは、周囲の水蒸気分
圧の関数である吸収された水蒸気の量に依存す
る。こうして、このIGFETが一定のゲート電圧
VGで動作するとき、ドレーン電流IDは、大気の水
蒸気分圧の示度を与えることができる。
変化は、ゲート容量Ｃの変化を生じ、このゲート
容量Ｃの変化は、ドレーン電流IDの変化を生じ
る。この容量の変化の大きさは、周囲の水蒸気分
圧の関数である吸収された水蒸気の量に依存す
る。こうして、このIGFETが一定のゲート電圧
VGで動作するとき、ドレーン電流IDは、大気の水
蒸気分圧の示度を与えることができる。
第１図を参照して説明すると、感湿素子は、半
導体材料、典型的にはシリコン、の基板１０を有
し、この基板１０は、ある極性型（通常はｐ型）
のドープ領域と、他の極性型（通常はｎ型）にド
ープされ離れて配置されたドープ領域の二箇所の
拡散領域１１，１２とからなる。拡散領域１１，
１２は、ドレーンとソースとを構成し、それぞ
れ、ドレーン電極Ｄとソース電極Ｓとを備えてい
る。ゲート絶縁体１３は、典型的には、二酸化シ
リコンまたは窒化シリコンの層であり、基板１０
上に両拡散領域１１，１２にわたつて形成され、
さらに、親水性材料のポリビニルアルコールの層
１４がその上に配置される。ゲート電極１５は、
ポリビニルアルコール層１４の上の面の上に、周
囲の水蒸気にポリビニルアルコール層１４をさら
すことができるように設けられる。
導体材料、典型的にはシリコン、の基板１０を有
し、この基板１０は、ある極性型（通常はｐ型）
のドープ領域と、他の極性型（通常はｎ型）にド
ープされ離れて配置されたドープ領域の二箇所の
拡散領域１１，１２とからなる。拡散領域１１，
１２は、ドレーンとソースとを構成し、それぞ
れ、ドレーン電極Ｄとソース電極Ｓとを備えてい
る。ゲート絶縁体１３は、典型的には、二酸化シ
リコンまたは窒化シリコンの層であり、基板１０
上に両拡散領域１１，１２にわたつて形成され、
さらに、親水性材料のポリビニルアルコールの層
１４がその上に配置される。ゲート電極１５は、
ポリビニルアルコール層１４の上の面の上に、周
囲の水蒸気にポリビニルアルコール層１４をさら
すことができるように設けられる。
ソース拡散領域１１とドレーン拡散領域１２と
を有する基板１０とゲート絶縁体１３とは、水吸
収層であるポリビニルアルコール層１４をその上
に形成するための原デバイスを構成する。この原
デバイスは、当業者にはよく知られている半導体
技術により製造される。
を有する基板１０とゲート絶縁体１３とは、水吸
収層であるポリビニルアルコール層１４をその上
に形成するための原デバイスを構成する。この原
デバイスは、当業者にはよく知られている半導体
技術により製造される。
ポリビニルアルコール層１４を付着するため
に、シラン結合試薬（たとえば、グリシドキシプ
ロピルトリメトキシシラン（GPTS）の10％エタ
ノール溶液）である付着促進剤が、ゲート絶縁体
１３を被覆するためにスピンコーテイングにより
基板に付着される。次に、この基板は、大気中で
典型的には90℃で約１時間乾かされ、そして、ポ
リビニルアルコールの水溶液（たとえば、５ml
H2Oにつき１ｇPVA）が、再びスピンコーテイ
ングにより、ゲート絶縁体１３を被覆する層とし
て付着される。スピンコーテイングは、典型的に
は、3000rpmで15秒間、行なわれる。被覆された
基板が、次に、熱処理されると、ポリビニルアル
コールの結晶化が生じ、その結果、基板にしつか
りと固着したポリビニルアルコール層１４が生じ
ることがわかつた。
に、シラン結合試薬（たとえば、グリシドキシプ
ロピルトリメトキシシラン（GPTS）の10％エタ
ノール溶液）である付着促進剤が、ゲート絶縁体
１３を被覆するためにスピンコーテイングにより
基板に付着される。次に、この基板は、大気中で
典型的には90℃で約１時間乾かされ、そして、ポ
リビニルアルコールの水溶液（たとえば、５ml
H2Oにつき１ｇPVA）が、再びスピンコーテイ
ングにより、ゲート絶縁体１３を被覆する層とし
て付着される。スピンコーテイングは、典型的に
は、3000rpmで15秒間、行なわれる。被覆された
基板が、次に、熱処理されると、ポリビニルアル
コールの結晶化が生じ、その結果、基板にしつか
りと固着したポリビニルアルコール層１４が生じ
ることがわかつた。
必要ならば、ポリビニルアルコール層１４は、
パターニングで形成してもよい。このために、フ
オトレジスト層が基板に塗布され、この基板は、
次に、適当な形状のフオトリソグラフイのシヤド
ウマスクの下に設置される。レジストは、紫外線
にたとえば２分間に500Wで露光され、現像され、
そして、不必要なポリビニルアルコールは、
0.4Torrの酸素雰囲気中でのプラズマエツチング
により取り除かれる。次に、残りのポリビニルア
ルコールを被覆している余分のレジストは、有機
溶媒、たとえば二塩化メチレンまたはアセトンを
用いて取り除かれる。パターニングを用いると、
感湿素子を小型化できる利点がある。
パターニングで形成してもよい。このために、フ
オトレジスト層が基板に塗布され、この基板は、
次に、適当な形状のフオトリソグラフイのシヤド
ウマスクの下に設置される。レジストは、紫外線
にたとえば２分間に500Wで露光され、現像され、
そして、不必要なポリビニルアルコールは、
0.4Torrの酸素雰囲気中でのプラズマエツチング
により取り除かれる。次に、残りのポリビニルア
ルコールを被覆している余分のレジストは、有機
溶媒、たとえば二塩化メチレンまたはアセトンを
用いて取り除かれる。パターニングを用いると、
感湿素子を小型化できる利点がある。
ゲート電極１５は、パターニングを施されたポ
リビニルアルコール層１４の上面に蒸着された金
（または、たとえば銅）である。吸収剤であるポ
リビニルアルコールを周囲の水蒸気にさらすため
に、電極が、適当な形状のシヤドウマスクを通し
ての蒸着により、または、たとえばイオンビーム
加工技術による蒸着層の加工により、パターンが
形成される。一方、もしゲート電極１５が十分薄
ければ、ゲート電極１５は多孔性で必要な程度に
水分を通す。これにより応答が速くなる。このた
め、ゲート電極１５の厚みは、典型的には100Å
と500Åの間に、好ましくは約200Åであるべきで
ある。
リビニルアルコール層１４の上面に蒸着された金
（または、たとえば銅）である。吸収剤であるポ
リビニルアルコールを周囲の水蒸気にさらすため
に、電極が、適当な形状のシヤドウマスクを通し
ての蒸着により、または、たとえばイオンビーム
加工技術による蒸着層の加工により、パターンが
形成される。一方、もしゲート電極１５が十分薄
ければ、ゲート電極１５は多孔性で必要な程度に
水分を通す。これにより応答が速くなる。このた
め、ゲート電極１５の厚みは、典型的には100Å
と500Åの間に、好ましくは約200Åであるべきで
ある。
次に、上述のポリビニルアルコール水溶液層の
熱処理について説明する。第２図は、ポリビニル
アルコール水溶液層を80〜230℃で焼成して得た
ポリビニルアルコール膜の赤外線スペクトルを示
す。焼成によつて、ポリビニルアルコールの分子
配列が規則性をもち（結晶化）、120℃以上で1142
cm-1に鋭い吸収ピーク（結晶バンド）が現れるよ
うになる。しかし、230℃での高温焼成では、そ
の吸収ピークは消失している。従つて、120〜210
℃の焼成で結晶化が起こつている。（なお、焼成
によつて結晶化と同時にポリビニルアルコール中
のOH基が減少して、分子間の架橋が起こつてい
ることは当然予想されるが、それに関するデータ
はない。） 第３図は、ポリビニルアルコール膜の熱重量分
析曲線を示す。250℃で分解が開始することがわ
かる。
熱処理について説明する。第２図は、ポリビニル
アルコール水溶液層を80〜230℃で焼成して得た
ポリビニルアルコール膜の赤外線スペクトルを示
す。焼成によつて、ポリビニルアルコールの分子
配列が規則性をもち（結晶化）、120℃以上で1142
cm-1に鋭い吸収ピーク（結晶バンド）が現れるよ
うになる。しかし、230℃での高温焼成では、そ
の吸収ピークは消失している。従つて、120〜210
℃の焼成で結晶化が起こつている。（なお、焼成
によつて結晶化と同時にポリビニルアルコール中
のOH基が減少して、分子間の架橋が起こつてい
ることは当然予想されるが、それに関するデータ
はない。） 第３図は、ポリビニルアルコール膜の熱重量分
析曲線を示す。250℃で分解が開始することがわ
かる。
第４図ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ、150℃、
180℃、210℃、250℃で焼成したポリビニルアル
コール膜のインピーダンスの時間安定性を示す。
焼成温度が高いほど安定性がよいことがわかる。
180℃、210℃、250℃で焼成したポリビニルアル
コール膜のインピーダンスの時間安定性を示す。
焼成温度が高いほど安定性がよいことがわかる。
250℃焼成の場合、赤外線スペクトルには結晶
化バンドは現れないが、安定性が良いので、感湿
部材として使用できる。従つて、熱処理は120〜
250℃で行えば良い。以下では、120〜250℃で焼
成したポリビニルアルコールを結晶化ポリビニル
アルコールという。
化バンドは現れないが、安定性が良いので、感湿
部材として使用できる。従つて、熱処理は120〜
250℃で行えば良い。以下では、120〜250℃で焼
成したポリビニルアルコールを結晶化ポリビニル
アルコールという。
第５図は、180℃で焼成した結晶化ポリビニル
アルコール膜（φ8mm×t1μm）の1KHzでの抵抗成
分（Rp）、容量成分（Cp）及びインピーダンス
（Ｚ）の全湿度範囲での電気特性を示す。抵抗成
分が大きいため、インピーダンス（Ｚ）は、90％
RH以下の相対湿度では、容量成分によつて決定
される。ポリビニルアルコールの種類によつて
は、全相対湿度範囲で容量変化を示すものもあ
る。結晶化ポリビニルアルコールのように容量変
化を示すものは、FET型感湿素子の出力が直線
的に変化し、センサとして好ましい。（一方、抵
抗変化を示す感湿材料は対数的変化を示し好まし
くない。） 第６図は、特に10kHzでのインピーダンスの相
対湿度に対する変化を示したものであるが、ほぼ
直線的に変化するという優れた特性を示す。ま
た、ヒステリシスも小さいことがわかる。
アルコール膜（φ8mm×t1μm）の1KHzでの抵抗成
分（Rp）、容量成分（Cp）及びインピーダンス
（Ｚ）の全湿度範囲での電気特性を示す。抵抗成
分が大きいため、インピーダンス（Ｚ）は、90％
RH以下の相対湿度では、容量成分によつて決定
される。ポリビニルアルコールの種類によつて
は、全相対湿度範囲で容量変化を示すものもあ
る。結晶化ポリビニルアルコールのように容量変
化を示すものは、FET型感湿素子の出力が直線
的に変化し、センサとして好ましい。（一方、抵
抗変化を示す感湿材料は対数的変化を示し好まし
くない。） 第６図は、特に10kHzでのインピーダンスの相
対湿度に対する変化を示したものであるが、ほぼ
直線的に変化するという優れた特性を示す。ま
た、ヒステリシスも小さいことがわかる。
以上に述べたように、結晶化ポリビニルアルコ
ール膜は、時間安定性（再現性）に優れているこ
と、全湿度範囲でインピーダンスが変化するこ
と、インピーダンスの相対湿度にたいする変化が
ほぼ直線的であること、ヒステリシスが小さいこ
となどの優れた電気特性を有する。
ール膜は、時間安定性（再現性）に優れているこ
と、全湿度範囲でインピーダンスが変化するこ
と、インピーダンスの相対湿度にたいする変化が
ほぼ直線的であること、ヒステリシスが小さいこ
となどの優れた電気特性を有する。
このFET型感湿素子を使用するときは、適当
なゲート電圧VGとドレーン電圧VDがそれぞれの
電極に加えられ、そして大気中の水蒸気分圧を示
すドレーン電流IDがモニターされる。
なゲート電圧VGとドレーン電圧VDがそれぞれの
電極に加えられ、そして大気中の水蒸気分圧を示
すドレーン電流IDがモニターされる。
第７図と第８図は、それぞれ、180℃で焼成し
た結晶化ポリビニルアルコール層を用いたFET
型感湿素子の一実施例の出力の相対湿度に対する
変化と湿度変化に対する応答特性を示す。第７図
より、感湿素子の出力がほぼ直線的であることが
わかる。この優れた直線性は、ポリビニルアルコ
ール層の容量変化を利用しているためである。ま
た、第８図に示すように、感湿素子の応答は、著
しく敏感である。また、再現性（安定性）がある
ことがわかつた。この感湿素子のもう一つの長所
は、小型の複合固体デバイスであることである。
た結晶化ポリビニルアルコール層を用いたFET
型感湿素子の一実施例の出力の相対湿度に対する
変化と湿度変化に対する応答特性を示す。第７図
より、感湿素子の出力がほぼ直線的であることが
わかる。この優れた直線性は、ポリビニルアルコ
ール層の容量変化を利用しているためである。ま
た、第８図に示すように、感湿素子の応答は、著
しく敏感である。また、再現性（安定性）がある
ことがわかつた。この感湿素子のもう一つの長所
は、小型の複合固体デバイスであることである。
（発明の効果）
本発明により、大気中の湿度をIGFETを構成
する電極Ｄ，Ｓ，15間のゲート容量の変化を通し
て検出できる。本発明に係る感湿素子は、小型で
あり、全湿度範囲で応答でき、且つその応答はほ
ぼ相対湿度に対し直線的であり、著しく敏感で再
現性がある。
する電極Ｄ，Ｓ，15間のゲート容量の変化を通し
て検出できる。本発明に係る感湿素子は、小型で
あり、全湿度範囲で応答でき、且つその応答はほ
ぼ相対湿度に対し直線的であり、著しく敏感で再
現性がある。
第１図は、感湿センサの断面図である。第２図
は、熱処理したポリビニルアルコールの赤外線ス
ペクトル図である。第３図は、ポリビニルアルコ
ールの熱重量測定データのグラフである。第４図
ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ、150℃、180℃、
210℃、250℃で焼成したポリビニルアルコール膜
のインピーダンスの時間安定性を示すグラフであ
る。第５図は、ポリビニルアルコール膜の電気特
性のグラフである。第６図は、ポリビニルアルコ
ール膜のインピーダンスの相対湿度に対する変化
を示すグラフである。第７図は、本発明に係る感
湿素子の出力の相対湿度依存性を示すグラフであ
る。第８図は、本発明に係る感湿素子の出力の応
答特性を示すグラフである。 １０…基板、１１…ソース拡散領域、１２…ド
レーン拡散領域、１３…ゲート絶縁体、１４…ポ
リビニルアルコール層、１５…ゲート電極。
は、熱処理したポリビニルアルコールの赤外線ス
ペクトル図である。第３図は、ポリビニルアルコ
ールの熱重量測定データのグラフである。第４図
ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ、150℃、180℃、
210℃、250℃で焼成したポリビニルアルコール膜
のインピーダンスの時間安定性を示すグラフであ
る。第５図は、ポリビニルアルコール膜の電気特
性のグラフである。第６図は、ポリビニルアルコ
ール膜のインピーダンスの相対湿度に対する変化
を示すグラフである。第７図は、本発明に係る感
湿素子の出力の相対湿度依存性を示すグラフであ
る。第８図は、本発明に係る感湿素子の出力の応
答特性を示すグラフである。 １０…基板、１１…ソース拡散領域、１２…ド
レーン拡散領域、１３…ゲート絶縁体、１４…ポ
リビニルアルコール層、１５…ゲート電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ゲート電極とゲート絶縁体との間にポリビニ
ルアルコール層を介在させ、このゲート電極がポ
リビニルアルコール層を周囲の水蒸気にさらすこ
とができるように設けられる絶縁ゲート電界効果
トランジスタからなり、 上記のポリビニルアルコール層がポリビニルア
ルコール水溶液を120〜250℃で熱処理した結晶化
ポリビニルアルコール層であつて、周囲の水蒸気
を吸収することができ、この吸収の結果、ポリビ
ニルアルコール層のバルクの誘電定数が変化し、
そのため、この絶縁ゲート電界効果トランジスタ
のドレーンソースチヤネルの電気伝導度に検出可
能な変化を生じさせることを特徴とする感湿素
子。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された感湿素子
において、 上記のゲート電極の厚さを100Åから500Åまで
の範囲内にすることにより、上記のポリビニルア
ルコール層が周囲の水蒸気にさらされることを特
徴とする感湿素子。 ３ 絶縁ゲート電界効果トランジスタの半導体基
板とゲート絶縁体とからなる原デバイスを製造
し、 ポリビニルアルコールの水溶液の層を上記のゲ
ート絶縁体の大気にさらす側の表面上に形成し、 上記のポリビニルアルコールの水溶液の層を付
着させた原デバイスを120℃から250℃までの範囲
内のある温度で加熱することによりこのポリビニ
ルアルコールを結晶化させてポリビニルアルコー
ル層を形成し、 以上のように処理されたポリビニルアルコール
層の上にゲート電極を形成する、 という工程からなる感湿素子製造方法。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載された感湿素子
製造方法において、 上記のポリビニルアルコールの水溶液の層をス
ピンコーテイングによつて付着させることを特徴
とする感湿素子製造方法。 ５ 特許請求の範囲第３項に記載された感湿素子
製造方法において、 熱処理された後の上記のポリビニルアルコール
層にパターニングを施こすことを特徴とする感湿
素子製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB838322418A GB8322418D0 (en) | 1983-08-19 | 1983-08-19 | Humidity sensor |
| GB8322418 | 1983-08-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6085358A JPS6085358A (ja) | 1985-05-14 |
| JPH0240973B2 true JPH0240973B2 (ja) | 1990-09-14 |
Family
ID=10547590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59166288A Granted JPS6085358A (ja) | 1983-08-19 | 1984-08-07 | 感湿素子とその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5004700A (ja) |
| JP (1) | JPS6085358A (ja) |
| DE (1) | DE3429115C2 (ja) |
| GB (2) | GB8322418D0 (ja) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6157847A (ja) * | 1984-08-29 | 1986-03-24 | Sharp Corp | 電界効果型湿度センサ |
| JPS6339667U (ja) * | 1986-09-01 | 1988-03-15 | ||
| JP2546340B2 (ja) * | 1988-06-28 | 1996-10-23 | エヌオーケー株式会社 | 感湿素子およびその動作回路 |
| US5693545A (en) * | 1996-02-28 | 1997-12-02 | Motorola, Inc. | Method for forming a semiconductor sensor FET device |
| DE19828093C2 (de) * | 1998-06-24 | 2003-09-11 | Univ Dresden Tech | Einrichtung zum Messen physikalischer Größen von ein- oder mehrkomponentigen Flüssigkeiten |
| US6246118B1 (en) * | 1999-02-18 | 2001-06-12 | Advanced Micro Devices, Inc. | Low dielectric semiconductor device with rigid, conductively lined interconnection system |
| DE10036178A1 (de) * | 2000-07-25 | 2002-02-14 | Siemens Ag | Feuchtesensor und Verwendung |
| DE10036180A1 (de) * | 2000-07-25 | 2002-02-14 | Siemens Ag | Potentialgesteuerter Gassensor |
| US6724612B2 (en) | 2002-07-09 | 2004-04-20 | Honeywell International Inc. | Relative humidity sensor with integrated signal conditioning |
| JP3855950B2 (ja) * | 2003-03-19 | 2006-12-13 | 株式会社デンソー | 容量式湿度センサ |
| US7112304B2 (en) * | 2003-04-11 | 2006-09-26 | Therm-O-Disc, Incorporated | Robust chemiresistor sensor |
| JP4438049B2 (ja) * | 2003-08-11 | 2010-03-24 | キヤノン株式会社 | 電界効果トランジスタ及びそれを用いたセンサ並びにその製造方法 |
| DE102005008051A1 (de) * | 2005-02-22 | 2006-08-24 | Siemens Ag | Gassensor und Verfahren zu dessen Betrieb |
| WO2006097566A1 (en) * | 2005-03-18 | 2006-09-21 | Avantone Oy | Methods and arrangements for acquiring and utilising enhanced electronic conduction in an organic thin film transistor |
| KR101322354B1 (ko) * | 2011-04-07 | 2013-10-25 | 한국과학기술원 | 습도 센서, 습도 센싱 방법 및 이를 위한 트랜지스터 |
| US8978452B2 (en) | 2011-08-11 | 2015-03-17 | 3M Innovative Properties Company | Wetness sensor using RF circuit with frangible link |
| US9681996B2 (en) | 2011-08-11 | 2017-06-20 | 3M Innovative Properties Company | Wetness sensors |
| KR101498112B1 (ko) * | 2012-06-15 | 2015-03-04 | (주)아이티헬스 | 전도성 섬유형의 도선을 이용한 대소변 감지센서 및 감지장치 |
| GB2516247A (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-21 | Nokia Corp | An apparatus and associated methods |
| GB2521193A (en) | 2013-12-12 | 2015-06-17 | Nokia Technologies Oy | Electronic apparatus and associated methods |
| DE102015206631A1 (de) * | 2015-04-14 | 2016-10-20 | Robert Bosch Gmbh | Feldeffekttransistor sowie Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Feldeffekttransistors |
| EP3217167B1 (en) | 2016-03-11 | 2018-05-16 | Honeywell International Inc. | Humidity sensors with transistor structures and piezoelectric layer |
| EP3244201B1 (en) * | 2016-05-13 | 2021-10-27 | Honeywell International Inc. | Fet based humidity sensor with barrier layer protecting gate dielectric |
Family Cites Families (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3715702A (en) * | 1971-06-23 | 1973-02-06 | Honeywell Inc | Relative humidity sensor |
| GB1464605A (en) * | 1973-08-14 | 1977-02-16 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Humidity-sensitive sensor |
| US3916367A (en) * | 1974-01-22 | 1975-10-28 | Honeywell Inc | Relative humidity sensor |
| JPS5251880A (en) * | 1975-10-22 | 1977-04-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Moisture sensitive element |
| JPS5287381A (en) * | 1976-01-17 | 1977-07-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Humidity sensitive element |
| JPS5298993A (en) * | 1976-02-14 | 1977-08-19 | Sony Corp | Humidity sensitive element material |
| US4158807A (en) * | 1977-04-25 | 1979-06-19 | Massachusetts Institute Of Technology | Gapped gate charge-flow transistor with a thin film sensor having two modes of conduction within the gapped gate used to sense a property of the ambient environment |
| US4273636A (en) * | 1977-05-26 | 1981-06-16 | Kiyoo Shimada | Selective chemical sensitive field effect transistor transducers |
| JPS5412893A (en) * | 1977-06-30 | 1979-01-30 | Sony Corp | Dew-sensitive element material |
| US4302530A (en) * | 1977-12-08 | 1981-11-24 | University Of Pennsylvania | Method for making substance-sensitive electrical structures by processing substance-sensitive photoresist material |
| JPS5529774A (en) * | 1978-08-24 | 1980-03-03 | Shinei Kk | Relative humidity detector |
| US4263576A (en) * | 1978-07-10 | 1981-04-21 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Humidity sensitive device |
| EP0013022B1 (en) * | 1978-12-26 | 1984-03-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Humidity detecting apparatus using a humidity detecting resistor ceramic element |
| JPS5814043B2 (ja) * | 1979-06-07 | 1983-03-17 | 秩父セメント株式会社 | 湿度センサ素子 |
| US4288775A (en) * | 1979-11-09 | 1981-09-08 | Bennewitz Paul F | Device and method of manufacturing a relative humidity sensor and temperature sensor |
| GB2064126A (en) * | 1979-11-22 | 1981-06-10 | Philips Electronic Associated | Method of making humidity sensors |
| WO1982000362A1 (en) * | 1980-07-21 | 1982-02-04 | Kinjo N | Moisture-sensitive element,moisture-sensitive material and manufacturing method for same |
| EP0045950B1 (en) * | 1980-08-08 | 1985-12-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Moisture sensitive element |
| US4337658A (en) * | 1980-10-14 | 1982-07-06 | Honeywell Inc. | Humidity sensor |
| US4464647A (en) * | 1981-02-12 | 1984-08-07 | Marcon Electronics Co. Ltd. | Humidity sensor made of metal oxide |
| JPS582731A (ja) * | 1981-06-30 | 1983-01-08 | Anritsu Corp | 感湿素子 |
| US4486292A (en) * | 1981-09-23 | 1984-12-04 | Critikon, Inc. | Support and anchoring mechanism for membranes in selectively responsive field effect devices |
| US4514263A (en) * | 1982-01-12 | 1985-04-30 | University Of Utah | Apparatus and method for measuring the concentration of components in fluids |
| US4562725A (en) * | 1982-07-31 | 1986-01-07 | Shimadzu Corporation | Moisture sensor and a process for the production thereof |
| US4422129A (en) * | 1982-08-19 | 1983-12-20 | General Electric Company | Humidity sensor |
| JPS59173743A (ja) * | 1983-03-23 | 1984-10-01 | Sharp Corp | 感湿素子 |
| US4567221A (en) * | 1983-03-31 | 1986-01-28 | Kuraray Co., Ltd. | Water resistant compositions |
| US4515653A (en) * | 1983-04-30 | 1985-05-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for production of a moisture sensor |
| JPS60239657A (ja) * | 1984-05-15 | 1985-11-28 | Sharp Corp | 感湿素子及びその製造方法 |
| JPS6156952A (ja) * | 1984-08-28 | 1986-03-22 | Sharp Corp | 感湿抵抗素子 |
| JPS6157847A (ja) * | 1984-08-29 | 1986-03-24 | Sharp Corp | 電界効果型湿度センサ |
| US4784936A (en) * | 1985-10-24 | 1988-11-15 | General Electric Company | Process of forming a resist structure on substrate having topographical features using positive photoresist layer and poly(vinyl pyrrolidone) overlayer |
| CA1302675C (en) * | 1986-05-20 | 1992-06-09 | Masakazu Uekita | Thin film and device having the same |
| US4943471A (en) * | 1986-05-20 | 1990-07-24 | Kanegafuchi Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Patterned thin film and process for preparing the same |
| US4900405A (en) * | 1987-07-15 | 1990-02-13 | Sri International | Surface type microelectronic gas and vapor sensor |
-
1983
- 1983-08-19 GB GB838322418A patent/GB8322418D0/en active Pending
-
1984
- 1984-07-13 GB GB08417946A patent/GB2145282B/en not_active Expired
- 1984-08-04 DE DE3429115A patent/DE3429115C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1984-08-07 JP JP59166288A patent/JPS6085358A/ja active Granted
-
1990
- 1990-08-01 US US07/561,377 patent/US5004700A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB8322418D0 (en) | 1983-09-21 |
| DE3429115C2 (de) | 1996-02-22 |
| DE3429115A1 (de) | 1985-03-07 |
| GB2145282B (en) | 1987-05-28 |
| GB2145282A (en) | 1985-03-20 |
| US5004700A (en) | 1991-04-02 |
| GB8417946D0 (en) | 1984-08-15 |
| JPS6085358A (ja) | 1985-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0240973B2 (ja) | ||
| US6521109B1 (en) | Device for detecting an analyte in a sample based on organic materials | |
| US4638346A (en) | Field effect transistor-type moisture sensor | |
| EP1085319B1 (en) | A device for detecting an analyte in a sample based on organic materials | |
| EP3217167B1 (en) | Humidity sensors with transistor structures and piezoelectric layer | |
| US6109094A (en) | Method and device for gas sensing | |
| CN107449811B (zh) | 具有保护栅极电介质的阻挡层的基于fet的湿度传感器 | |
| US4849798A (en) | Field effect transistor type sensor with an auxiliary electrode | |
| GB2156150A (en) | Fet with an auxiliary electrode at a sensitive layer | |
| US4816888A (en) | Sensor | |
| KR20040111397A (ko) | 집적된 가스 센서 | |
| US7387923B2 (en) | ISFET using PbTiO3 as sensing film | |
| JP4587539B2 (ja) | 有機材料に基づいてサンプル中の被分析物を検出するための装置 | |
| CN111141795A (zh) | 湿度传感器芯片、制作方法、检测系统及使用方法 | |
| JP2546340B2 (ja) | 感湿素子およびその動作回路 | |
| US20050221594A1 (en) | ISFET with TiO2 sensing film | |
| JPH06105235B2 (ja) | 湿度検知素子 | |
| Barker et al. | Electrical characteristics of a polyaniline/silicon hybrid field-effect transistor gas sensor | |
| JPH01137674A (ja) | 薄膜トランジスタ | |
| JPH0374789B2 (ja) | ||
| CN119804596B (zh) | 基于薄膜场效应晶体管的气体传感器件及其制备方法 | |
| JPH083476B2 (ja) | Ｆｅｔ型センサ | |
| JP7822805B2 (ja) | ガスセンサ | |
| JPS60181645A (ja) | 複合センサ及びその製造方法 | |
| Calderon-Gonzalez et al. | Microheater integration in gate dielectric functionalized a-IGZO thin film transistors for methanol sensing |