JPH0570281B2 - - Google Patents

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JPH0570281B2
JPH0570281B2 JP63049176A JP4917688A JPH0570281B2 JP H0570281 B2 JPH0570281 B2 JP H0570281B2 JP 63049176 A JP63049176 A JP 63049176A JP 4917688 A JP4917688 A JP 4917688A JP H0570281 B2 JPH0570281 B2 JP H0570281B2
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moisture
thin film
alkaline earth
earth metal
tin
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JP63049176A
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Japanese (ja)
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JPH01222401A (en
Inventor
Masao Yokoyama
Tsutomu Nanao
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は湿度センサ用の感湿体薄膜およびその
製法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a moisture sensitive thin film for a humidity sensor and a method for producing the same.

[従来の技術・発明が解決しようとする課題] これまで湿度センサ用感湿体として、毛髪など
のように吸湿による膨脹を利用したもの、多孔性
セラミツクス焼結体や高分子系薄膜のように吸湿
による交流インピーダンス(以下、インピーダン
スと略す)変化、容量変化を利用したものなどが
知られている。
[Conventional technology/issues to be solved by the invention] Until now, moisture sensors for humidity sensors that utilize expansion due to moisture absorption, such as hair, and porous ceramic sintered bodies and polymeric thin films have been used. There are known methods that utilize alternating current impedance (hereinafter abbreviated as impedance) changes and capacitance changes due to moisture absorption.

しかし、毛髪などの膨脹を利用したものでは応
答速度が遅く、精度的にも信頼性が低いなどの問
題がある。
However, devices that utilize the expansion of hair or the like have problems such as slow response speed and low accuracy and reliability.

また、多孔性セラミツクス焼結体では、セラミ
ツクスという材料の特性から耐環境性には優れて
いるものの、応答速度が遅い、吸着水の化学吸着
による素子のインピーダンスの増加に起因する劣
化がおこる、他のセンサと組合わせた小型複合化
あるいは多機能化が不可能であるなどの問題があ
る。
In addition, although porous ceramic sintered bodies have excellent environmental resistance due to the characteristics of the ceramic material, they have slow response times, deterioration due to increased element impedance due to chemical adsorption of adsorbed water, etc. There are problems such as the impossibility of miniaturization or multifunctionalization by combining with other sensors.

さらに、高分子系薄膜では応答速度は比較的速
く、感度の優れた感湿体も市販され始めている
が、有機物であることの欠点である耐環境性がな
くない、使用温度範囲が狭いなどの問題がある。
Furthermore, the response speed of polymeric thin films is relatively fast, and moisture-sensitive materials with excellent sensitivity are beginning to be commercially available, but they do not have the disadvantages of being organic, such as lack of environmental resistance and a narrow operating temperature range. There's a problem.

[課題を解決するための手段] このような実情に鑑み本発明者らは鋭意研究を
重ねた結果、アルカリ土類金属を含有した酸化ス
ズ薄膜が相対湿度の変化に対して充分なインピー
ダンス変化が生じ、高性能な湿度センサ用感湿体
薄膜となることを見出した。
[Means for Solving the Problems] In view of these circumstances, the inventors of the present invention have conducted extensive research and have found that a tin oxide thin film containing an alkaline earth metal exhibits sufficient impedance changes in response to changes in relative humidity. It has been found that this results in a high-performance moisture-sensitive thin film for humidity sensors.

すなわち、酸化スズにアルカリ土類金属を含有
させて薄膜を形成すると、該薄膜のインピーダン
スが上昇して水分吸着によるインピーダンス変化
が大きくなり、検出しやすくなり、湿度センサと
して用いたばあいの応答速度が従来の湿度センサ
と比べて非常に速く、耐環境性にも優れることを
見出し、本発明を完成するに至つた。
In other words, when a thin film is formed by incorporating an alkaline earth metal into tin oxide, the impedance of the thin film increases and the change in impedance due to moisture adsorption increases, making detection easier and increasing the response speed when used as a humidity sensor. They discovered that the sensor is much faster and has better environmental resistance than conventional humidity sensors, leading to the completion of the present invention.

本発明は、基板上に設けられたアルカリ土類金
属含有酸化スズよりなる感湿体薄膜およびアルカ
リ土類金属化合物とスズ化合物とを含む溶液を基
板上に塗布し、乾燥後、加熱処理して前記感湿体
薄膜を製造する方法に関する。
In the present invention, a moisture-sensitive thin film made of alkaline earth metal-containing tin oxide provided on a substrate and a solution containing an alkaline earth metal compound and a tin compound are applied onto the substrate, dried, and then heat-treated. The present invention relates to a method of manufacturing the moisture sensitive thin film.

[作用] 水分の吸着による感湿体薄膜のインピーダンス
変化を利用した感湿体は、吸着水分子の解離によ
るプロトンの生成にともないプロトン量が変化
し、プロトン量の変化にともない伝導性が変化す
るために、相対湿度変化に対応して感湿体薄膜の
インピーダンスが変化する。
[Function] In a moisture sensitive element that utilizes the change in impedance of the thin membrane of the moisture sensitive body due to moisture adsorption, the amount of protons changes as protons are generated by dissociation of adsorbed water molecules, and the conductivity changes with the change in the amount of protons. Therefore, the impedance of the moisture-sensitive thin film changes in response to changes in relative humidity.

ところが、酸化スズ薄膜を感湿体薄膜として用
いたばあい、酸化スズ単体では抵抗率が低いた
め、水分子の吸着によるインピーダンスの低下、
すなわちプロトン量の変化にともなう伝導性の変
化が検出しにくくなつてしまう。
However, when a tin oxide thin film is used as a moisture-sensitive thin film, since tin oxide alone has low resistivity, the impedance decreases due to adsorption of water molecules.
In other words, it becomes difficult to detect changes in conductivity due to changes in the amount of protons.

それゆえ、酸化スズ薄膜を感湿体薄膜として用
いるにはその電気抵抗率を増加させる必要がある
が、これはアルカリ土類金属を添加することによ
り実現される。
Therefore, in order to use a tin oxide thin film as a moisture sensitive thin film, it is necessary to increase its electrical resistivity, which can be achieved by adding an alkaline earth metal.

本発明者らの実験結果によれば、アルカリ土類
金属を含有した酸化スズ薄膜では、その抵抗率は
急激に上昇する。
According to the experimental results of the present inventors, the resistivity of a tin oxide thin film containing an alkaline earth metal increases rapidly.

このアルカリ土類金属を含有した酸化スズ薄膜
上に水分子が吸着すると、水分子が部分的に解離
してプロトンが生じる。水分子の吸着量は相対湿
度の変化に応じて変化するため、プロトン濃度も
それに応じて変化し、相対湿度の変化に応じた充
分なインピーダンス変化が生じるためアルカリ土
類金属を含有した酸化スズ薄膜は感湿体として使
用しうる。
When water molecules are adsorbed onto this alkaline earth metal-containing tin oxide thin film, the water molecules partially dissociate to generate protons. Since the amount of adsorbed water molecules changes in accordance with changes in relative humidity, the proton concentration also changes accordingly, and a sufficient change in impedance occurs in response to changes in relative humidity.Thin oxide thin films containing alkaline earth metals can be used as a moisture sensitive body.

[実施例] 本発明の感湿体薄膜はアルカリ土類金属を含有
する酸化スズ薄膜からなる。
[Example] The moisture sensitive thin film of the present invention consists of a tin oxide thin film containing an alkaline earth metal.

前記アルカリ土類金属を含有する酸化スズにお
ける含有とは、酸化スズとアルカリ土類金属とが
相互に拡散、分散、固溶または酸化スズ粒子もし
くはアルカリ土類金属酸化物粒子の粒界部にアル
カリ土類金属酸化物もしくは酸化スズとして偏析
した状態、さらには一般式:M2 SnO4(Mはア
ルカリ土類金属)で表わされるスズ酸塩(たとえ
ばMg2 SnO4、Ca2 SnO4など)が全体または
部分的に形成されている状態を意味する概念であ
り、最終的に基板上に形成された薄膜がこのよう
な状態のものになつているかぎり製法などに限定
されることなく、本発明に用いるアルカリ土類金
属を含有する酸化スズとして使用しうる。
Containment in tin oxide containing an alkaline earth metal means that tin oxide and alkaline earth metal are mutually diffused, dispersed, or dissolved in solid solution, or that an alkali is present at the grain boundaries of tin oxide particles or alkaline earth metal oxide particles. In a segregated state as earth metal oxides or tin oxides, stannate salts (e.g. Mg 2 SnO 4 , Ca 2 SnO 4 , etc.) represented by the general formula: M 2 SnO 4 (M is an alkaline earth metal) This concept refers to a state in which the thin film is formed entirely or partially, and as long as the thin film finally formed on the substrate is in this state, the present invention is not limited to the manufacturing method etc. It can be used as tin oxide containing alkaline earth metals.

前記アルカリ土類金属は周期律表に示されてい
るアルカリ土類金属、すなわちベリリウム、マグ
ネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウ
ムであればいずれも使用することができる。これ
らは単独で用いてもよく、2種以上併用してもよ
い。これらアルカリ土類金属のうちでは、均一な
薄膜が形成しやすく、かつ良好な感湿特性を有す
る薄膜がえられるという点から、マグネシウム、
カルシウム、ストロンチウム、バリウムまたはこ
れらを2種以上併用するのが好ましい。
The alkaline earth metal may be any of the alkaline earth metals shown in the periodic table, ie, beryllium, magnesium, calcium, strontium, and barium. These may be used alone or in combination of two or more. Among these alkaline earth metals, magnesium,
It is preferable to use calcium, strontium, barium, or a combination of two or more thereof.

前記アルカリ土類金属の含有量としては、酸化
スズ薄膜の抵抗率をある程度以上に高くする必要
があるため、スズに対して0.1モル%以上である
のが好ましい。また均質な感湿体薄膜をうるため
には、添加するアルカリ土類金属にもよるが、ス
ズに対して500モル%以下であるのが好ましく、
良好な感湿特性を有する感湿体を再現性よくうる
ためには、1〜200モル%、さらには5〜200モル
%であるのが好ましい。
The content of the alkaline earth metal is preferably 0.1 mol % or more based on tin, since it is necessary to increase the resistivity of the tin oxide thin film to a certain level or higher. In addition, in order to obtain a homogeneous moisture-sensitive thin film, although it depends on the alkaline earth metal added, it is preferably 500 mol% or less based on tin.
In order to obtain a moisture sensitive material having good moisture sensitivity characteristics with good reproducibility, the content is preferably 1 to 200 mol%, more preferably 5 to 200 mol%.

前記アルカリ土類金属含有酸化スズを構成する
アルカリ土類金属および酸化スズの純度などにも
とくに限定はなく、通常市販されているものから
製造される程度のものであれば使用しうる。
There are no particular limitations on the purity of the alkaline earth metal and tin oxide constituting the alkaline earth metal-containing tin oxide, and any purity that can be produced from commercially available products may be used.

なお、本発明のアルカリ土類金属含有酸化スズ
感湿体薄膜には、感湿体としての性能に悪影響を
与えない範囲であれば、スズに対して10モル%以
下の範囲で他の金属が含まれていてもよい。
In addition, the alkaline earth metal-containing tin oxide moisture sensitive body thin film of the present invention may contain other metals in an amount of 10 mol% or less based on tin, as long as it does not adversely affect the performance as a moisture sensitive body. May be included.

前記他の金属の具体例としては、たとえばLi,
Na,K,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,
Zn,B,Al,Si,Ge,P,Pb,Zr,Nb,Mo,
Inなどがあげられる。
Specific examples of the other metals include Li,
Na, K, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu,
Zn, B, Al, Si, Ge, P, Pb, Zr, Nb, Mo,
Examples include In.

つぎにアルカリ土類金属含有酸化スズ感湿体薄
膜の膜厚であるが、厚い方が感湿体のインピーダ
ンスが低くなるため、測定湿度範囲が広がり有利
であるが、10μm程度をこえる膜厚を有するアル
カリ土類金属含有酸化スズ薄膜になると、クラツ
ク、剥離などがおこりやすくなり、均質な薄膜の
形成が容易でなくなる。それゆえ、0.02〜5μm、
さらには0.05〜2μm程度の膜厚のものが好まし
い。
Next, regarding the thickness of the thin film of the alkaline earth metal-containing tin oxide moisture sensitive body, the thicker the membrane, the lower the impedance of the moisture sensitive body, which is advantageous in broadening the measurement humidity range. When a thin film of tin oxide containing an alkaline earth metal is formed, cracks and peeling tend to occur, making it difficult to form a homogeneous thin film. Therefore, 0.02~5μm,
Furthermore, a film thickness of about 0.05 to 2 μm is preferable.

本発明において、前記のごときアルカリ土類金
属含有酸化スズ薄膜が基板上に設けられる。
In the present invention, an alkaline earth metal-containing tin oxide thin film as described above is provided on a substrate.

前記基板はアルカリ土類金属含有酸化スズ薄膜
を形成・保持することができるものであるかぎり
とくに限定はないが、たとえばソーダガラス、ソ
ーダライムガラス、石英ガラスなどのガラス基
板、アルミナなどのセラミツクス基板、ステンレ
ス、シリコン、ポリイミドフイルムなど製の基板
などが耐熱性や表面平滑性がよいなどの点から好
ましい。
The substrate is not particularly limited as long as it can form and hold an alkaline earth metal-containing tin oxide thin film, but examples include glass substrates such as soda glass, soda lime glass, and quartz glass; ceramic substrates such as alumina; Substrates made of stainless steel, silicon, polyimide film, etc. are preferable because of their heat resistance and surface smoothness.

つぎに本発明の感湿体薄膜の製法について説明
する。
Next, a method for manufacturing the moisture sensitive thin film of the present invention will be explained.

本発明のアルカリ土類金属含有酸化スズ感湿体
薄膜をうる方法にはとくに限定はなく、通常の酸
化スズ薄膜をうる方法と同様の方法でうることが
できるが、アルカリ土類金属を含有する酸化スズ
薄膜をより容易にうる方法としては、CVD法
(科学的気相析出法)、スパツタリング法、真空蒸
着法などの真空技術を利用した薄膜形成技術ある
いは金属化合物溶液を高温の基板上に噴霧して熱
分解させるスプレー法によるよりも、アルカリ土
類金属化合物とスズ化合物とを含む溶液の塗布加
熱分解法の方がアルカリ土類金属の添加が比較的
容易であり、かつ水分子の吸着に必要な表面多孔
性を有する湿度センサ用感湿体薄膜として好まし
い薄膜がえられやすいなどの点から優れている。
The method for obtaining the alkaline earth metal-containing tin oxide moisture-sensitive thin film of the present invention is not particularly limited, and it can be obtained by the same method as for obtaining a normal tin oxide thin film. Easier methods to obtain a tin oxide thin film include thin film formation techniques using vacuum techniques such as CVD (chemical vapor deposition), sputtering, and vacuum evaporation, or by spraying a metal compound solution onto a high-temperature substrate. It is relatively easier to add alkaline earth metals by applying a solution containing an alkaline earth metal compound and a tin compound and thermally decomposing it than by a spray method in which alkaline earth metal compounds are added and thermally decomposed. This method is excellent in that it is easy to obtain a thin film suitable as a moisture-sensitive thin film for a humidity sensor that has the necessary surface porosity.

また、アルカリ土類金属を含有しない酸化スズ
薄膜を、CVD法、スパツタリング法、真空蒸着
法、塗布加熱分解法、スプレー法などの製膜技術
により、ソーダライムガラスなどのアルカリ土類
金属を含む基板上に製膜し、そののち加熱処理を
することにより、基板から熱拡散により酸化スズ
薄膜中にアルカリ土類金属を拡散させ、含有させ
る方法も採用しうる。しかしながら、良好でしか
も再現性ある感湿特性を有する感湿体薄膜を簡単
にうる方法としては、前記塗布加熱分解法が優れ
ている。
In addition, thin tin oxide films containing no alkaline earth metals can be applied to substrates containing alkaline earth metals such as soda lime glass using film forming techniques such as CVD, sputtering, vacuum evaporation, coating and thermal decomposition, and spraying. A method may also be adopted in which a film is formed on the tin oxide thin film and then a heat treatment is performed so that the alkaline earth metal is diffused and contained in the tin oxide thin film from the substrate by thermal diffusion. However, as a method for easily obtaining a moisture sensitive thin film having good and reproducible moisture sensitive characteristics, the above-mentioned coating thermal decomposition method is excellent.

前記アルカリ土類金属化合物とスズ化合物とを
含む溶液の塗布加熱分解法に用いるスズ化合物の
一種である有機スズ化合物としては、たとえば一
般式(): Sn(OR12 () (式中、R1は炭素数1〜20の炭化水素基であ
る)で表わされる2価のスズのアルコキシド類、
一般式(): Sn(OR14 () (式中、R1は前記と同じ)で表わされる4価
のスズのアルコキシド類、 一般式(): Sn(OR14-xYx () (式中、R1は前記と同じ、Yはキレート能を
有する官能基またはハロゲン原子、Xは1〜3の
整数である)で表わされる4価のスズの部分アル
コキシド類、 一般式()、一般式()、一般式()で表
わされる化合物の縮合多量体、 一般式(): Sn(OCOR22 () (式中、R2は水素原子または炭素水1〜30の
炭化水素基である)で表わされる2価のスズのカ
ルボン酸塩類、 一般式(): Sn(OCOR24 () (式中、R2は前記と同じ)で表わされる4価
のスズのカルボン酸塩類、 2価または4価のスズとアセチルアセトン、ベ
ンゾイルアセトンなどとの反応物であるβ−ジケ
トン錯体類、 スズオキシβ−ジケトン錯体類、テトラメチル
スズ、テトラエチルスズなどのアルキルスズ類、
テトラフエニルスズなどの有機スズ化合物類、 一般式(): RxSnX4-x () (式中、Rは水素原子または炭素数1〜20の炭
化水素基、Xは塩素原子、フツ素原子などのハロ
ゲン原子、アルコキシ基、カルボン酸残基、xは
前記と同じ)で表わされる化合物、 一般式(): R2SnO () (式中、Rは前記と同じ)で表わされる化合物
などがあげられるが、これらに限定されるもので
はない。
As an organic tin compound which is a type of tin compound used in the coating thermal decomposition method of a solution containing an alkaline earth metal compound and a tin compound, for example, the general formula (): Sn(OR 1 ) 2 () (in the formula, R 1 is a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms) divalent tin alkoxides;
Tetravalent tin alkoxides represented by the general formula (): Sn (OR 1 ) 4 () (in the formula, R 1 is the same as above), General formula (): Sn (OR 1 ) 4-x Y x Tetravalent tin partial alkoxides represented by () (wherein R 1 is the same as above, Y is a functional group having chelating ability or a halogen atom, and X is an integer of 1 to 3), general formula ( ), general formula (), condensation polymer of a compound represented by general formula (), general formula (): Sn(OCOR 2 ) 2 () (wherein R 2 is a hydrogen atom or carbonized water with 1 to 30 carbon atoms) divalent tin carboxylates represented by the general formula (): Sn(OCOR 2 ) 4 () (in which R 2 is the same as above) (where R 2 is the same as above); Acid salts, β-diketone complexes that are reaction products of divalent or tetravalent tin and acetylacetone, benzoylacetone, etc., tinoxy β-diketone complexes, alkyltins such as tetramethyltin, tetraethyltin,
Organotin compounds such as tetraphenyltin, general formula (): R x SnX 4-x () (wherein R is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, X is a chlorine atom, fluorine Compounds represented by the general formula (): R 2 SnO () (wherein R is the same as above), etc. Examples include, but are not limited to.

前記一般式()で示される化合物の具体例と
しては、ジエトキシスズ、ジプロポキシスズ、ジ
−2−エチルヘキソキシスズ、ジステアロキシス
ズなど、 一般式()で示される化合物の具体例として
は、テトラエトキシスズ、テトラプロキシスズ、
テトラブトキシスズ、テトラキス(2−エチルヘ
キソキシ)スズ、テトラステアロキシスズなど、 一般式()で示される化合物の具体例として
は、スズブトキシジクロライド、トリステアロキ
シスズモノクロライドなど、 一般式()で示される化合物の具体例として
は、酢酸第1スズ、シユウ酸第1スズ、酒石酸第
1スズ、オクチル酸第1スズ、オレイン酸第1ス
ズ、リノール酸第1スズ、ステアリン酸第1スズ
など、 一般式()で示される化合物の具体例として
は、酢酸第2スズ、乳酸第2スズ、酪酸第2ス
ズ、オクチル酸第2スズ、リノール酸第2スズな
ど、 一般式()で示される化合物の具体例として
は、ジオクチルスズジアセテート、ジエチルスズ
オキサイド、ジプチルスズマレエート、ジフエニ
ルスズジクロライド、ジベンジルスズジヒドロキ
シド、トリブチルスズラウレート、ジブチルスズ
ラウレート、ジブチルスズプロポキシド、ジブニ
ルスズジクロライドなど、 一般式()で示される化合物としては、酸化
ジ−n−ブチルスズ などがあげられる。また、これらの有機スズ化合
物以外にも四塩化スズなどの無機スズ化合物を用
いてもよい。これらの化合物は単独で用いてもよ
く、2種以上混合して用いてもよいが、有機溶媒
に可溶で、350℃以上の加熱で酸化スズ化合物に
分解するものがとくに好ましい。
Specific examples of the compound represented by the general formula () include diethoxytin, dipropoxytin, di-2-ethylhexoxytin, distearoxytin, etc. Specific examples of the compound represented by the general formula () include: Tetraethoxytin, tetraproxytin,
Specific examples of compounds represented by the general formula () such as tetrabutoxytin, tetrakis(2-ethylhexoxy)tin, and tetrastearoxytin include tin butoxydichloride, tristearoxytin monochloride, etc. Specific examples of compounds include stannous acetate, stannous oxalate, stannous tartrate, stannous octylate, stannous oleate, stannous linoleate, stannous stearate, etc. Specific examples of compounds represented by formula () include stannous acetate, stannous lactate, stannous butyrate, stannous octylate, stannous linoleate, etc. Examples include dioctyltin diacetate, diethyltin oxide, diptyltin maleate, diphenyltin dichloride, dibenzyltin dihydroxide, tributyltin laurate, dibutyltin laurate, dibutyltin propoxide, dibnyltin dichloride, etc. General formula Examples of the compound represented by () include di-n-butyltin oxide. In addition to these organic tin compounds, inorganic tin compounds such as tin tetrachloride may also be used. These compounds may be used alone or in combination of two or more, but those that are soluble in organic solvents and decompose into tin oxide compounds when heated to 350° C. or higher are particularly preferred.

前記有機溶媒としては、たとえばメチルアルコ
ール、エチルアルコール、イソプロピルアルコー
ル、ブチルアルコール、ペンタノールなどの1価
アルコール類;エチレングリコール、グリセリ
ン、1,4−ブタンジオールなどの多価アルコー
ル類;酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソアミ
ル、蟻酸プロピルなどのカルボン酸エステル類;
アセトン、アセチルアセトン、ジエチルケトン、
メチルエチルケトンなどのケトン類;ベンゼン、
トルエン、キシレンなどの芳香族溶媒類;ジオキ
サン、テトラヒドロフランなどのエーテル類;メ
チルセロソルブ、エチルセロソルブなどのグリコ
ールエーテル類;N−メチル−2−ピロリドン、
ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドな
どのチツ素含有有機溶媒類などがあげられるが、
これらに限定されるものではない。これらの有機
溶媒は単独で用いてもよく、2種以上混合して用
いてもよい。
Examples of the organic solvent include monohydric alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, and pentanol; polyhydric alcohols such as ethylene glycol, glycerin, and 1,4-butanediol; ethyl acetate and acetic acid. Carboxylic acid esters such as propyl, isoamyl acetate, and propyl formate;
Acetone, acetylacetone, diethyl ketone,
Ketones such as methyl ethyl ketone; benzene,
Aromatic solvents such as toluene and xylene; ethers such as dioxane and tetrahydrofuran; glycol ethers such as methyl cellosolve and ethyl cellosolve; N-methyl-2-pyrrolidone,
Examples include nitrogen-containing organic solvents such as dimethylformamide and dimethylacetamide.
It is not limited to these. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

アルカリ土類金属を含有せしめるばあいに用い
られる化合物としては、アルカリ土類金属を含有
する有機化合物、無機化合物の中で上記有機溶媒
に溶解するものであれば何でもよいが、たとえば
アルカリ土類金属の水酸化物、硝酸塩、硫酸塩な
どの無機化合物、酢酸塩、オクチル酸塩などのア
ルカリ土類金属のカルボン酸塩、バリウムイソプ
ロポキシドなどのアルカリ土類金属のアルコキシ
ド、アセチルアセトナートなどのアルカリ土類金
属錯体などの有機化合物が、用いやすく含有させ
やすいので好ましい。
The compound used in the case of containing an alkaline earth metal may be any organic compound or inorganic compound containing an alkaline earth metal as long as it dissolves in the above organic solvent. inorganic compounds such as hydroxides, nitrates, and sulfates, alkaline earth metal carboxylates such as acetates and octylates, alkaline earth metal alkoxides such as barium isopropoxide, and alkalis such as acetylacetonate. Organic compounds such as earth metal complexes are preferred because they are easy to use and easy to contain.

溶液中の金属含有量は、塗布時の加水分解速度
が適切になるべく、また膜厚の調整のために適宜
選択すればよいが、通常0.5〜20重量%、好まし
くは3〜10重量%である。
The metal content in the solution may be selected as appropriate to achieve an appropriate hydrolysis rate during coating and to adjust the film thickness, but is usually 0.5 to 20% by weight, preferably 3 to 10% by weight. .

また、本発明においては、本発明の目的を妨げ
ない無機または誘起金属塩、増粘剤、安定剤など
を添加してもよい。
In addition, in the present invention, inorganic or induced metal salts, thickeners, stabilizers, etc. may be added that do not interfere with the purpose of the present invention.

アルカリ土類金属化合物とスズ化合物とを含む
溶液を基板上に塗布する方法にはとくに限定はな
く、通常行なわれている浸漬塗布法、スプレー
法、スピンコーテイング法などの方法で行なえば
よい。
There are no particular limitations on the method for applying the solution containing the alkaline earth metal compound and the tin compound onto the substrate, and any commonly used methods such as dip coating, spraying, and spin coating may be used.

基板上に塗布したのち乾燥するばあいの温度に
もとくに限定はなく、溶媒が揮発する温度であれ
ばよい。従つて使用する溶媒によつても異なる
が、通常50〜300℃である。
There is no particular limitation on the temperature at which the solvent is dried after being applied onto the substrate, as long as the temperature is such that the solvent evaporates. Therefore, although it varies depending on the solvent used, the temperature is usually 50 to 300°C.

乾燥後の加熱処理温度としては、有機スズ化合
物が熱分解により酸化スズに変る温度以上であれ
ばよく、通常350℃程度以上を要するが、再現性
に優れた感湿体薄膜をうるためには400℃程度以
上で焼成するのが望ましい。しかし焼成温度が高
すぎると薄膜の緻密化が促進され、良好な感湿特
性がえられにくくなつてしまうため、基板材料に
もよるが、1000℃程度以下、さらには800℃程度
以下であるのが好ましい。
The heat treatment temperature after drying should be at least the temperature at which the organic tin compound turns into tin oxide through thermal decomposition, and usually requires a temperature of about 350°C or higher, but in order to obtain a moisture-sensitive thin film with excellent reproducibility, It is desirable to fire at a temperature of about 400℃ or higher. However, if the firing temperature is too high, the densification of the thin film will be promoted and it will be difficult to obtain good moisture sensitivity characteristics, so depending on the substrate material, it is recommended to keep the firing temperature below about 1000℃, or even below about 800℃. is preferred.

焼成時の雰囲気としては、チツ素などの不活性
ガスもしくは酸素を含む雰囲気などが使用でき
る。
As the atmosphere during firing, an atmosphere containing an inert gas such as nitrogen or oxygen can be used.

このようにしてえられた本発明の感湿体薄膜
は、薄膜自体のインピーダンスが上昇して水分吸
着によるインピーダンス変化が大きくなり、検出
しやすくなり、湿度センサとして用いたばあいの
応答速度が非常に速く、耐環境性にも優れ、湿度
センサとして使用する上で充分な長期安定性を有
している。またこの感湿体薄膜を用いて感湿体素
子を製造すると小型にすることができ、かつイン
テリジエント化しうる。
The moisture-sensitive thin film of the present invention obtained in this way increases the impedance of the thin film itself, and the impedance change due to moisture adsorption becomes large, making it easier to detect and exhibiting a very high response speed when used as a humidity sensor. It is fast, has excellent environmental resistance, and has sufficient long-term stability for use as a humidity sensor. Furthermore, if a moisture sensitive element is manufactured using this moisture sensitive thin film, it can be made smaller and more intelligent.

次に、本発明を実施例に基づき説明するが、本
発明はかかる実施例によつて限定されるものでは
ない。
Next, the present invention will be explained based on Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例1および比較例1 スズテトラプトキシド10gを100gのn−プロピ
ルアルコールに溶解させたのち、2−エチルヘキ
サン酸カルシウム(Ca含有量4.0重量%)を6g添
加し、充分撹拌して透明な均一溶液(Ca/Sn比
は約25モル%)をえた。えられた溶液をアルミナ
基板上に15cm/分の引上げ速度で浸漬塗布し、空
気中、80℃で乾燥させたのちマツフル炉にて10
℃/分の昇温速度で800℃まで昇温し、1時間保
持したのち放冷して、均質なカルシウム含有酸化
スズ膜をえた。
Example 1 and Comparative Example 1 After dissolving 10 g of tin tetraptoxide in 100 g of n-propyl alcohol, 6 g of calcium 2-ethylhexanoate (Ca content 4.0% by weight) was added and stirred thoroughly to form a transparent solution. A homogeneous solution (Ca/Sn ratio approximately 25 mol%) was obtained. The resulting solution was dip coated onto an alumina substrate at a pulling speed of 15 cm/min, dried in air at 80°C, and then heated in a Matsufuru furnace for 10 min.
The temperature was raised to 800°C at a heating rate of °C/min, held for 1 hour, and then allowed to cool to obtain a homogeneous calcium-containing tin oxide film.

えられたカルシウム含有酸化スズ膜は透明性を
有しており、走査型電子顕微鏡による観察の結
果、膜厚約0.3μmであつた。
The obtained calcium-containing tin oxide film was transparent, and as a result of observation using a scanning electron microscope, the film thickness was about 0.3 μm.

この膜表面上に金の櫛形電極(電極間隔0.2mm、
電極総長200mm)を真空蒸着法により形成し、感
湿体素子を作製した。この感湿体素子の室温にお
ける感湿特性、すなわち相対湿度変化に対するイ
ンピーダンス変化を測定したところ、10〜95%
RHの間で約3桁変化した(第1図参照)。
Gold comb-shaped electrodes (electrode spacing 0.2 mm,
A moisture-sensitive element was fabricated by forming an electrode with a total length of 200 mm using a vacuum evaporation method. When we measured the humidity-sensing characteristics of this humidity-sensitive element at room temperature, that is, the impedance change in response to changes in relative humidity, we found that it was 10 to 95%.
It varied by about 3 orders of magnitude between RH (see Figure 1).

また、25℃での50%RHから90%RHへの加湿
時の応答性および90%RHから50%RHへの除湿
時の応答性をしらべ、市販されている多孔性セラ
ミツクス焼結体感湿体素子と比べたところ、応答
速度も速く、良好な感湿体素子であつた(第2図
参照)。さらに、インピーダンスの経時変化もほ
とんどなかつた。
In addition, we investigated the response when humidifying from 50%RH to 90%RH and the response when dehumidifying from 90%RH to 50%RH at 25℃. When compared with other devices, the response speed was fast and it was a good moisture-sensitive device (see Fig. 2). Furthermore, there was almost no change in impedance over time.

実施例 2 スズテトライソプロポキシド10gを100gの無水
イソプロピルアルコールに溶解させ、さらに2g
の硫酸マグネシウムをエタノール100gに溶解さ
せた溶液10gを添加し、充分撹拌して透明な均一
溶液(Mg/Sn比は約6モル%)をえた。
Example 2 10g of tin tetraisopropoxide was dissolved in 100g of anhydrous isopropyl alcohol, and an additional 2g
10 g of a solution of magnesium sulfate dissolved in 100 g of ethanol was added and thoroughly stirred to obtain a transparent homogeneous solution (Mg/Sn ratio about 6 mol %).

えられた溶液を、実施例1と同様の金の櫛形電
極を真空蒸着法により形成したソーダライムガラ
ス基板上に15cm/分の引上げ速度で浸漬塗布し、
実施例1と同様にしてマツフル炉中500℃で焼成
することにより、マグネシウムを含有した透明な
酸化スズ膜をえた。この酸化スズ膜の膜厚は、走
査型電子顕微鏡観察の結果、約0.4μmであつた。
The obtained solution was applied by dip coating at a pulling speed of 15 cm/min onto a soda lime glass substrate on which a gold comb-shaped electrode similar to that in Example 1 was formed by vacuum evaporation.
A transparent tin oxide film containing magnesium was obtained by firing at 500° C. in a Matsufuru furnace in the same manner as in Example 1. The thickness of this tin oxide film was approximately 0.4 μm as a result of scanning electron microscopy observation.

このマグネシウム含有酸化スズ薄膜を有する感
湿体素子の感湿特性を実施例1と同様にして測定
したところ、実施例1でえられたカルシウム含有
酸化スズ感湿体薄膜素子の感湿特性とほぼ同様に
10〜95%RHの相対湿度変化に対して、インピー
ダンスが約3桁変化し、湿度センサとして充分な
感湿特性を示した。また、この感湿体素子は実施
例1の感湿体素子とほぼ同様の応答性を示した。
The moisture-sensitive characteristics of the moisture-sensitive element having this magnesium-containing tin oxide thin film were measured in the same manner as in Example 1, and the moisture-sensitive characteristics were almost the same as that of the calcium-containing tin oxide moisture-sensitive thin film element obtained in Example 1. similarly
The impedance changed by about three orders of magnitude in response to changes in relative humidity from 10 to 95% RH, demonstrating sufficient moisture sensitivity characteristics as a humidity sensor. Further, this moisture-sensitive element exhibited substantially the same responsiveness as the moisture-sensitive element of Example 1.

実施例 3 オクチル酸スズ()4gを石油エーテルに溶
かした溶液20gをn−ブチルアルコール100gに溶
解させ、さらにストロンチウムアセトルアセトナ
ート(Sr含有量は31重量%)を3g添加し、加熱
しながら充分撹拌して均一な透明溶液(Sr/Sn
比は約100モル%)をえた。
Example 3 20 g of a solution of 4 g of tin octylate dissolved in petroleum ether was dissolved in 100 g of n-butyl alcohol, and 3 g of strontium acetolacetonate (Sr content was 31% by weight) was added, and the mixture was heated while heating. Stir thoroughly to obtain a homogeneous transparent solution (Sr/Sn
The ratio was approximately 100 mol%).

えられた溶液を実施例1と同様の金の櫛形電極
を形成した石英ガラス基板上に塗布し、空気中、
120℃で乾燥させたのち、マツフル炉中、900℃で
20分間加熱することにより、ストロンチウムを含
有した透明な酸化スズ膜(膜厚0.4μm)を有する
感湿体素子をえた。この感湿体素子の感湿特性を
実施例1と同様にして測定したところ、10〜95%
RHの相対湿度変化に対してインピーダンスが約
4桁変化したほかは、実施例1とほぼ同様の感湿
特性を示した。また、この感湿体素子は実施例1
の感湿体素子とほぼ同様の応答性を示した。
The obtained solution was applied onto a quartz glass substrate on which gold comb-shaped electrodes were formed as in Example 1, and then heated in air.
After drying at 120℃, drying at 900℃ in a Matsufuru oven.
By heating for 20 minutes, a moisture-sensitive element having a transparent tin oxide film (thickness: 0.4 μm) containing strontium was obtained. When the moisture sensitivity characteristics of this moisture sensitive element were measured in the same manner as in Example 1, it was found that the moisture sensitivity was 10 to 95%.
It exhibited almost the same moisture sensitivity characteristics as Example 1, except that the impedance changed by about four orders of magnitude with respect to changes in RH relative humidity. Moreover, this moisture-sensitive element was used in Example 1.
The response was almost the same as that of the moisture-sensitive element.

実施例 4 スズテトラブトキシド10gを100gのn−プロピ
ルアルコールに溶解させたのち、2−エチルヘキ
サン酸バリウム(Ba含有量15重量%)を4g添加
し、充分撹拌して透明な均一溶液(Ba/Sn比は
約18モル%)をえた。えられた溶液を、実施例1
と同様の金の櫛形電極を真空蒸着により形成した
アルミナ基板上に15cm/分の引上げ速度で浸漬塗
布し、空気中、80℃で乾燥したのち、マツフル炉
にて10℃/分の昇温速度で800℃まで昇温し、30
分間保持したのち放冷して、均質なバリウム含有
酸化スズ膜(膜厚0.3μm)を有する感湿体素子を
えた。
Example 4 After dissolving 10 g of tin tetrabutoxide in 100 g of n-propyl alcohol, 4 g of barium 2-ethylhexanoate (Ba content 15% by weight) was added and thoroughly stirred to form a transparent homogeneous solution (Ba/ The Sn ratio was approximately 18 mol%). The obtained solution was prepared in Example 1.
A gold comb-shaped electrode similar to the above was dip-coated onto an alumina substrate formed by vacuum evaporation at a pulling rate of 15 cm/min, dried at 80°C in air, and then heated at a heating rate of 10°C/min in a Matsufuru furnace. The temperature was raised to 800℃ at 30℃.
After holding for a minute, the mixture was allowed to cool, yielding a moisture-sensitive element having a homogeneous barium-containing tin oxide film (thickness: 0.3 μm).

この感湿体素子の感湿特性を実施例1と同様に
して測定したところ、10〜95%RHの相対湿度変
化に対してインピーダンスは約3桁変化し、実施
例1とほぼ同様の感湿特性を示した。また、この
感湿体素子は実施例1の感湿体素子とほぼ同様の
応答性を示した。
When the moisture-sensing characteristics of this moisture-sensitive element were measured in the same manner as in Example 1, the impedance changed by about three orders of magnitude with respect to relative humidity changes from 10 to 95% RH. The characteristics were shown. Further, this moisture-sensitive element exhibited substantially the same responsiveness as the moisture-sensitive element of Example 1.

[発明の効果] 本発明の感湿体薄膜を用いた感湿体素子は、従
来の感湿体素子と比較して高速応答性であるこ
と、薄膜を用いた素子であるため小型にすること
ができ、他のセンサと組合わせた複合多機能化が
可能なことなどの特徴を有する。しかも本発明の
方法で容易に製造しうる。
[Effects of the Invention] A moisture-sensitive element using the moisture-sensitive thin film of the present invention has faster response than conventional moisture-sensitive elements, and because it is a thin film-based element, it can be made smaller. It has the characteristics that it can be combined with other sensors to make it multi-functional. Moreover, it can be easily produced by the method of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、実施例1でえられた本発明のアルカ
リ土類金属含有酸化スズ薄膜を用いて作製した感
湿体素子を感度センサとして用いて測定した相対
湿度とインピーダンス値との関係を示すグラフ、
第2図は、実施例1でえられた本発明のアルカリ
土類金属含有酸化スズ薄膜を用いて作製した感湿
体素子を湿度センサとして用いたばあいの応答性
および従来のセラミツクス湿度センサを用いたば
あいの応答性を示すグラフである。
FIG. 1 shows the relationship between relative humidity and impedance values measured using a moisture-sensitive element produced using the alkaline earth metal-containing tin oxide thin film of the present invention obtained in Example 1 as a sensitivity sensor. graph,
FIG. 2 shows the response when the moisture-sensitive element produced using the alkaline earth metal-containing tin oxide thin film of the present invention obtained in Example 1 is used as a humidity sensor, and the response when a conventional ceramic humidity sensor is used. It is a graph showing responsiveness in an emergency.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基板上に設けられたアルカリ土類金属含有酸
化スズよりなる感湿体薄膜。 2 薄膜の膜厚が0.02〜5μmである請求項1記載
の感湿体薄膜。 3 前記アルカリ土類金属が、マグネシウム、カ
ルシウム、ストロンチウムおよびバリウムから選
ばれた少なくとも1種である請求項1記載の感湿
体薄膜。 4 前記アルカリ土類金属含有量が、スズに対し
て0.1〜500モル%である請求項1記載の感湿体薄
膜。 5 アルカリ土類金属化合物とスズ化合物とを含
む溶液を基板上に塗布し、乾燥後、加熱処理して
請求項1記載の感湿体薄膜を製造する方法。 6 溶液中のアルカリ土類金属化合物とスズ化合
物との割合が、スズに対してアルカリ土類金属が
0.1〜500モル%である請求項5記載の方法。
[Scope of Claims] 1. A moisture-sensitive thin film made of alkaline earth metal-containing tin oxide provided on a substrate. 2. The moisture sensitive thin film according to claim 1, wherein the thin film has a thickness of 0.02 to 5 μm. 3. The moisture-sensitive thin film according to claim 1, wherein the alkaline earth metal is at least one selected from magnesium, calcium, strontium, and barium. 4. The moisture-sensitive thin film according to claim 1, wherein the alkaline earth metal content is 0.1 to 500 mol% based on tin. 5. A method for producing a moisture sensitive thin film according to claim 1, wherein a solution containing an alkaline earth metal compound and a tin compound is applied onto a substrate, dried, and then heat treated. 6 The ratio of the alkaline earth metal compound to the tin compound in the solution is such that the alkaline earth metal compound is the tin compound.
6. The method according to claim 5, wherein the amount is 0.1 to 500 mol%.
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