JPH0620003B2 - Moisture-sensitive thin film and method for manufacturing the same - Google Patents

Moisture-sensitive thin film and method for manufacturing the same

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JPH0620003B2
JPH0620003B2 JP63045399A JP4539988A JPH0620003B2 JP H0620003 B2 JPH0620003 B2 JP H0620003B2 JP 63045399 A JP63045399 A JP 63045399A JP 4539988 A JP4539988 A JP 4539988A JP H0620003 B2 JPH0620003 B2 JP H0620003B2
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thin film
alkali metal
tin
moisture
tin oxide
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昌夫 横山
勉 七尾
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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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造方法
に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a humidity sensitive thin film for a humidity sensor and a method for manufacturing 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、毛髪などの吸湿に
よる膨張を利用したもの、多孔性セラミックス燒結体や
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。
[Problems to be solved by the prior art / invention] Up to now, as a humidity sensor for a humidity sensor, one that utilizes expansion due to moisture absorption of hair or the like, an alternating current due to moisture absorption such as a porous ceramic sintered body or a polymer thin film. There are known ones that use impedance (hereinafter abbreviated as impedance) changes and capacitance changes.

しかし、毛髪などの膨張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, there is a problem in that the response speed is slow and the reliability is low in accuracy in the case of utilizing expansion of hair or the like.

また、多孔性セラミックス燒結体では、セラミックスと
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様機能が不可能であるな
どの問題がある。
In addition, although the porous ceramic sintered body is excellent in environmental resistance due to the characteristics of the material called ceramics, it has a slow response speed and is deteriorated due to an increase in the impedance of the element due to the chemical adsorption of adsorbed water. There are problems such as miniaturization combined with a sensor or the inability to perform various functions.

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よくない、使用温度範囲が
狭いなどの問題がある。
In addition, the response speed of polymer thin films is relatively fast, and moisture sensitive materials with excellent sensitivity are beginning to be marketed, but the drawbacks of being an organic substance are that the environment resistance is not good and that the operating temperature range is narrow. 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] As a result of intensive studies conducted by the present inventors in view of such circumstances, the tin oxide thin film containing an alkali metal undergoes a sufficient impedance change with respect to a change in relative humidity. We have found that it can be a high-performance moisture sensitive thin film for humidity sensors.

すなわち、酸化スズにアルカリ金属を含有させて薄膜を
形成させると、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った。
That is, when a thin film is formed by adding an alkali metal to tin oxide, the impedance of the thin film rises, the impedance change due to water adsorption increases, and it becomes easier to detect. The inventors have found that the humidity sensor is much faster than the humidity sensor described above and has excellent environmental resistance, and thus completed the present invention.

本発明は、基板上に設けられたアルカリ金属含有酸化ス
ズよりなる感湿体薄膜およびアルカリ金属化合物とスズ
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。
The present invention provides a moisture sensitive thin film made of an alkali metal-containing tin oxide provided on a substrate and a solution containing an alkali metal compound and a tin compound, applied on a substrate, dried, and then heat-treated to obtain the moisture sensitive material. A method of manufacturing a 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。
[Operation] The humidity sensitive material that utilizes the impedance change of the moisture sensitive material thin film due to the adsorption of water changes the proton amount with the generation of protons due to the dissociation of adsorbed water molecules, and has a conductivity that does not change with the proton amount. Because of the change, the impedance of the moisture sensitive thin film changes in response to the change 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ってしま
う。
However, when a tin oxide thin film is used as the moisture sensitive thin film, the tin oxide alone has a low resistivity, so that the impedance drop due to the adsorption of water molecules, that is, the change in conductivity due to the change in the amount of protons is difficult to detect. turn into.

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
カリ金属を添加することにより実現される。
Therefore, in order to use the tin oxide thin film as a moisture sensitive thin film, it is necessary to increase its electrical resistivity, which is realized by adding an alkali metal.

本発明者らの実験結果によれば、アルカリ金属を実際に
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 the tin oxide thin film that actually contains the alkali metal rapidly increases.

このアルカリ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 on the tin oxide thin film containing the alkali metal, the water molecules are partially dissociated to generate protons. Since the adsorption amount of water molecules changes according to the change in relative humidity, the proton concentration also changes accordingly, and a sufficient impedance change occurs according to the change in relative humidity. It can be used as a wet body.

[実施例] 本発明の感湿体薄膜はアルカリ金属を含有する酸化スズ
薄膜からなる 前記アルカリ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金属酸化物粒子
の粒界部にアルカリ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:xM2O・ySnO2・zH2O
(Mはアルカリ金属、xは1〜2の整数、yは1〜9の
整数、zは0〜8の整数)で表わされるスズ塩酸(たと
えばNa2O・SnO2・3H2O、 Na2O・ 5SnO2・8H2O、Na2O・ 9SnO2・8H2O、 K2O・3SnO2・3H2O、 K2O・ 5SnO2・4H2O、 2Na2O・SnO2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っているかぎり、
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
金属を含有する酸化スズとして使用しうる。
[Example] The moisture sensitive thin film of the present invention is composed of a tin oxide thin film containing an alkali metal. The inclusion in the tin oxide containing an alkali metal means that tin oxide and an alkali metal are mutually diffused, dispersed, or solid-dissolved. Or, a state in which tin oxide particles or alkali metal oxide particles are segregated as alkali metal oxides or tin oxide at the grain boundary part, and further, a general formula: xM 2 O ・ ySnO 2・ zH 2 O
(M is an alkali metal, x is an integer of 1-2, y is an integer of 1-9, and z is an integer of 0-8) (for example, Na 2 O.SnO 2 .3H 2 O, Na 2 O ・ 5SnO 2・ 8H 2 O, Na 2 O ・ 9SnO 2・ 8H 2 O, K 2 O ・ 3SnO 2・ 3H 2 O, K 2 O ・ 5SnO 2・ 4H 2 O, 2Na 2 O ・ SnO 2 etc.) Is a concept that means a state of being formed wholly or partially, and as long as the thin film finally formed on the substrate is in such a state,
The tin oxide containing an alkali metal used in the present invention can be used regardless of the production method.

前記アルカリ金属は周期律表に示されているアルカリ金
属、すなわちリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジ
ウム、セシ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という点か
ら、リチウム、ナトリウム、カリウムまたはこれらを2
種以上併用するのが好ましい。
As the alkali metal, any of alkali metals shown in the periodic table, that is, lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Of these alkali metals, lithium, sodium, potassium, or 2 or more of these alkali metals is used because it is easy to form a uniform thin film and has good moisture sensitivity.
It is preferable to use one or more kinds in combination.

前記アルカリ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 alkali metal is preferably 0.1 mol% or more with respect to tin because it is necessary to increase the resistivity of the tin oxide thin film to some extent or more. Further, in order to obtain a uniform moisture sensitive thin film, it is preferably 500 mol% or less with respect to tin, though it depends on the alkali metal to be added. 1 to 200 mol%, more preferably 5 to 200 mol%
Is preferred.

前記アルカリ金属含有酸化スズを構成するアルカリ金属
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もの程度のものであ
れば使用しうる。
The purity of the alkali metal and tin oxide constituting the alkali metal-containing tin oxide is not particularly limited, and may be as long as it is a commercially available product.

なお、本発明のアルカリ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。
The alkali metal-containing tin oxide moisture sensitive thin film of the present invention contains other metal in a range of 10 mol% or less with respect to tin as long as it does not adversely affect the performance as a moisture sensitive substance. May be.

前記他の金属の具体例としては、たとえばMg、Ca、Sr、
Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、B、Al、Si、G
e、P、Pb、Zr、Nb、Mo、Inなどがあげられる。
Specific examples of the other metal include, for example, Mg, Ca, Sr,
Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, B, Al, Si, G
Examples thereof include e, P, Pb, Zr, Nb, Mo and In.

つぎにアルカリ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
こえる膜圧を有するアルカリ金属含有酸化スズ薄膜にな
ると、クラック、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、0.02〜5
μm、さらには0.05〜2μm程度の膜厚のものが好まし
い。
Next, regarding the film thickness of the alkali metal-containing tin oxide moisture sensitive thin film, the thicker it is, the lower the impedance of the moisture sensitive substance, so the measured humidity range is widened, which is advantageous, but an alkali with a membrane pressure of more than about 10 μm is used. When a metal-containing tin oxide thin film is formed, cracks and peeling easily occur, and it becomes difficult to form a uniform thin film. Therefore, 0.02-5
It is preferable that the thickness is about μm, and more preferably about 0.05 to 2 μm.

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

前記基板はアルカリ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きに限定はない
が、ソーダガラス、石英ガラスなどのガラス基板、アル
ミナなどのセラミックス基板、ステンレス、シリコン、
ポリイミドフィ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 limited as long as it can form and hold an alkali metal-containing tin oxide thin film, soda glass, a glass substrate such as quartz glass, a ceramic substrate such as alumina, stainless steel, silicon,
A substrate made of a polyimide film or the like is preferable in terms of good heat resistance and surface smoothness.

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

本発明のアルカリ金属含有酸化スズ感湿体薄膜をうる方
法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、CV
D 法(化学的気相析出法)、スパッタリング法、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 alkali metal-containing tin oxide moisture sensitive thin film of the present invention is not particularly limited, and it can be obtained by a method similar to the method for obtaining a normal tin oxide thin film, but a tin oxide thin film containing an alkali metal is more preferable. CV is an easy way to get
Alkaline rather than thin film forming technology using vacuum technology such as D method (chemical vapor deposition method), sputtering method, vacuum deposition method or spray method in which a metal compound solution is sprayed on a high temperature substrate and pyrolyzed. Application of a solution containing a metal compound and a tin compound The thermal decomposition method is relatively easier to add an alkali metal, and is preferable as a humidity sensor thin film for a humidity sensor having surface porosity necessary for adsorbing water molecules. It is excellent in that it is easy to obtain a thin film.

また、アルカリ金属を含有しない酸化スズ薄膜を、CVD
法、スパッタリング法、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、ソーダガラスなどの
アルカリ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, a tin oxide thin film that does not contain an alkali metal is
Method, sputtering method, vacuum deposition method, coating heating decomposition method,
By a film forming technique such as a spray method, a film is formed on a substrate containing an alkali metal such as soda glass, and then by heat treatment, the alkali metal is diffused into the tin oxide thin film by thermal diffusion from the substrate, and then contained. The method of making it possible can also be adopted. However, the coating heat decomposition method is excellent as a method for easily obtaining a moisture-sensitive thin film having good and reproducible moisture-sensitive characteristics.

前記アルカリ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(I): Sn(OR1)2 (I) (式中、Rは炭素数1〜20の炭素水素基である)で表
わされる2価のスズのアルコキシド類、 一般式(II): Sn(OR1)4 (II) (式中、R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(III): Sn(OR1)4-aYa (III) (式中、R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、a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(I)、一般式(II)、一般式(III)で表わされる化合
物の縮合多量体、 一般式(IV): Sn(OCOR2)2 (IV) (式中、Rは水素原子または炭素数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(V): Sn(OCOR2)4 (V) (式中、R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、テトラフェニル
スズなどの有機スズ化合物類、 一般式(VI): RaSnX4-a (VI) (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、フッ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、aは前記と同じ)で表わ
される化合物、 一般式(VII): R2SnO (VII) (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。
Examples of the organotin compound which is one of the tin compounds used in the coating thermal decomposition method of the solution containing the alkali metal compound and the tin compound include, for example, the general formula (I): Sn (OR 1 ) 2 (I) (wherein R 1 is a divalent tin alkoxide represented by a C 1-20 carbon-hydrogen group, a general formula (II): Sn (OR 1 ) 4 (II) (in the formula, R 1 is as described above). Same as the above, tetravalent tin alkoxides represented by the general formula (III): Sn (OR 1 ) 4-a Y a (III) (wherein R 1 is the same as above, Y is a chelating functional group). Group or halogen atom, a is an integer of 1 to 3), a tetravalent tin partial alkoxide represented by formula (I), general formula (II), condensation of a compound represented by general formula (III) multimers, the general formula (IV): Sn (OCOR 2 ) 2 (IV) ( wherein, R 2 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms) mosquito divalent tin represented by Bonn acid salts of the general formula (V): Sn (OCOR 2 ) 4 (V) ( wherein, R 2 is as defined above) carboxylic acid salts of tetravalent tin represented by a divalent or tetravalent tin Β-diketone complexes that are reaction products with acetylacetone, benzoylacetone, etc., tinoxy β-diketone complexes, alkyltins such as tetramethyltin and tetraethyltin, organotin compounds such as tetraphenyltin, general formula (VI) R a SnX 4-a (VI) (wherein R is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, X is a halogen atom such as a chlorine atom or a fluorine atom, an alkoxy group, a carboxylic acid residue, a Are the same as those described above), compounds represented by general formula (VII): R 2 SnO (VII) (wherein R is the same as above), and the like, but are not limited to these. .

前記一般式(I)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(II)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、テトラプロポキシスズ、テトラブトキシ
シズ、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(III)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(IV)で示される化合物の具体例としては、酢酸第
1スズ、シュウ酸第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(V)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、酢酸第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(VI)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、ジブチルスズマレエー
ト、ジフェ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、ジビニルスズ
ジクロライドなど、 一般式(VII)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、これらを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 (I) include diethoxytin, dipropoxytin, di-2-ethylhexoxytin, and distearoxtin, as specific examples of the compound represented by the general formula (II). Is, for example, tetraethoxytin, tetrapropoxytin, tetrabutoxyzides, tetrakis (2-ethylhexoxy) tin, tetrastearoxytin, tin butoxydichloride, tristearoxytin. Specific examples of the compound represented by the general formula (IV) such as monochloride include stannous acetate, stannous oxalate, stannous tartrate, stannous octylate, stannous oleate, stannous linoleate. Specific examples of the compound represented by the general formula (V) such as stannous acid and stannous stearate include stannous acetate, stannous lactate and stannous acetate. Tin, octylic acid second
Specific examples of the compound represented by the general formula (VI) such as tin and stannous linoleate include dioctyl tin diacetate, diethyl tin oxide, dibutyl tin maleate, diphenyl tin dichloride, dibenzyl tin dihydroxide, tributyl tin laurate, Examples of the compound represented by the general formula (VII), such as dibutyltin laurate, dibutyltin propoxide, and divinyltin dichloride, include oxidized di-n-
Butyl tin and the like. In addition to these organic tin compounds, inorganic tin compounds such as tin tetrachloride may be used.
These compounds may be used alone or as a mixture of two or more kinds, but those which are soluble in an organic solvent and decompose into tin oxide by heating at 350 ° C. or more are particularly preferable.

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
ドなどのチッ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;
Ketones such as acetone, acetylacetone, diethyl ketone and methyl ethyl ketone; aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene; ethers such as dioxane and tetrahydrofuran; glycol ethers such as methyl cellosolve and ethyl cellosolve; N-methyl-2- Examples thereof include, but are not limited to, nitrogen-containing organic solvents such as pyrrolidone, dimethylformamide, and dimethylacetamide. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

アルカリ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、たとえばアルカリ金属の水酸化物などの無機化
合物、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラートな
どのアルカリ金属のアルコキシド、オクチル酸ナトリウ
ム、オクチル酸リチウム、オクチル酸カリウムなどのア
ルカリ金属のカルボン酸塩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。
As the compound used in the case of containing an alkali metal, any of organic compounds containing an alkali metal and inorganic compounds that can be dissolved in the above organic solvent may be used, for example, a hydroxide of an alkali metal or the like. Organic compounds such as inorganic compounds, alkali metal alkoxides such as sodium methylate and sodium ethylate, and alkali metal carboxylates such as sodium octylate, lithium octylate and potassium octylate are preferred because they are easy to use and easy to contain.

また、前記有機スズ化合物として一般式(VIII): M[Sn(OR1)5] (VIII) や一般式(IX): M[Sn2(OR1)9] (IX) (式中、Mはアルカリ金属、R1は前記と同じ)などで表
わさるスズの複合アルコキシドを用いて、直接アルカリ
金属を添加してもよい。
Further, as the organotin compound, a compound represented by the general formula (VIII): M [Sn (OR 1 ) 5 ] (VIII) or the general formula (IX): M [Sn 2 (OR 1 ) 9 ] (IX) (wherein M is Alkali metal may be added directly using a composite alkoxide of tin represented by ( 1 ) is an alkali metal and R 1 is the same as above.

一般式(VIII)、一般式(IX)に示す複合アルコキシドの具
体例としては、たとえばリチウムスズイソプロポキシ
ド:Li[Sn(OCH(CH3)2)5]、ナトリウムスズイソプロポ
キシド: Na[Sn2(OCH(CH3 )2)9]などがあげられる。
Specific examples of the complex alkoxides represented by the general formulas (VIII) and (IX) include, for example, lithium tin isopropoxide: Li [Sn (OCH (CH 3 ) 2 ) 5 ], sodium tin isopropoxide: Na [ Sn 2 (OCH (CH 3 ) 2 ) 9 ] and the like.

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 appropriately selected so that the hydrolysis rate at the time of coating is appropriate and for adjusting 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
または有機金属塩、増粘剤、安定剤などを添加してもよ
い。
Further, in the present invention, an inorganic or organic metal salt, a thickener, a stabilizer and the like which do not impair the object of the present invention may be added.

アルカリ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、スピンコーティング法な
どの方法で行なえばよい。
The method of applying the solution containing the alkali metal compound and the tin compound onto the substrate is not particularly limited, and may be a commonly used method such as a dip coating method, a spray method or a spin coating method.

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。従って
使用する溶媒によっても異なるが、通常50〜 300℃であ
る。
There is no particular limitation on the temperature at which the solvent is applied and dried, as long as it is a temperature at which the solvent volatilizes. Therefore, it is usually 50 to 300 ° C., though it varies depending on the solvent used.

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 3
50℃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ってしまうため、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 may be at least a temperature at which the organotin compound is converted to tin oxide by thermal decomposition, and is usually 3
Although it requires about 50 ° C or higher, it is desirable to bake at about 400 ° C or higher in order to obtain a moisture sensitive thin film having excellent reproducibility.
However, if the firing temperature is too high, the densification of the thin film is promoted,
Since it becomes difficult to obtain a good moisture-sensitive property, it is preferably 1000 ° C. or lower, more preferably 800 ° C. or lower, though it depends on the substrate material.

焼成時の雰囲気としては、チッ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
リジェント化しうる。
The moisture-sensitive thin film of the present invention thus obtained has an increased impedance of the thin film itself and a large impedance change due to water adsorption, which facilitates detection, and has a very high response speed when used as a humidity sensor. It is fast, has excellent environmental resistance, and has long-term stability sufficient for use as a humidity sensor. Further, when a moisture sensitive element is manufactured using this moisture sensitive thin film, it can be made compact and can be made intelligent.

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

実施例1および比較例1 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-エチルヘキサン酸ナトリウム
(Na含有量6.3 重量%)を3g添加し、充分撹拌して透明
な均一溶液をえた(Na/Sn比は約34モル%)。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ッフル炉にて10
℃/分の昇温速度で 500℃まで昇温し、1時間保持した
のち放冷して、均質なナトリウム含有酸化スズ膜をえ
た。
Example 1 and Comparative Example 1 10 g of tin tetrabutoxide was dissolved in 100 g of n-propyl alcohol, 3 g of sodium 2-ethylhexanoate (Na content 6.3% by weight) was added, and the mixture was thoroughly stirred to give a transparent, homogeneous mixture. A solution was obtained (Na / Sn ratio about 34 mol%). The obtained solution is dip-coated on an alumina substrate at a pulling rate of 15 cm / min, dried in air at 80 ° C., and then dried in a muffle furnace for 10 minutes.
The temperature was raised to 500 ° C. at a temperature rising rate of ° C./min, and the temperature was maintained for 1 hour and then allowed to cool to obtain a homogeneous sodium-containing tin oxide film.

えられたナトリ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 0.3μ
mであった。
The obtained sodium-containing tin oxide film has transparency, and as a result of observation with a scanning electron microscope, the film thickness was about 0.3 μm.
It was m.

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の間でインピーダンスが約3桁変
化した(第1図参照)。
Moisture-sensitive elements were manufactured by forming gold comb-shaped electrodes (electrode spacing 0.2 mm, total electrode length 200 mm) on the surface of this film by a vacuum vapor deposition method. When the humidity-sensitive property of this humidity-sensitive element at room temperature, that is, the impedance change with respect to the relative humidity change was measured, the impedance changed by about 3 digits between 10 and 95% RH (see FIG. 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ックス焼成体乾湿素子と比べ
たところ、応答速度も速く、良好な感湿体素子であった
(第2図参照)。
In addition, by examining the response at the time of humidification from 50% RH to 90% RH at 25 ° C and the response at the time of dehumidification from 90% RH to 50% RH, we compared it with a commercially available porous ceramic fired body wet and dry element. By comparison, the response speed was fast and the moisture sensitive element was excellent (see FIG. 2).

さらに、25℃、70%RHでインピーダンスの経時変化をし
らべたところ、ほとんど変化しなかった(第3図参
照)。
Furthermore, when the change in impedance with time was examined at 25 ° C. and 70% RH, almost no change was observed (see FIG. 3).

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1gの水酸化カリウム
を100gのエタノールに溶かした水酸化カリウムのエタノ
ール溶液を約10g添加し、充分撹拌して透明な均一溶液
をえた(K/Sn 比は約6モル%)。
Example 2 10 g of tin tetraisopropoxide was dissolved in 100 g of anhydrous isopropyl alcohol, and about 10 g of an ethanol solution of potassium hydroxide in which 1 g of potassium hydroxide was dissolved in 100 g of ethanol was added, and the mixture was sufficiently stirred to be transparent. A homogeneous solution was obtained (K / 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と同様にしてマッフ
ル炉中で焼成することにより、カリ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 0.2μmであった。
The obtained solution was dip-coated at a pulling rate of 15 cm / min on a soda glass substrate on which a gold comb-shaped electrode similar to that in Example 1 was formed by a vacuum evaporation method, and then applied in a muffle furnace in the same manner as in Example 1. By baking, a transparent tin oxide film containing potassium was obtained. The thickness of this tin oxide film was about 0.2 μm as a result of observation with a scanning electron microscope.

このカリ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でえられたナトリ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、この感湿体素子の応答
性および経時安定性も実施例1とほぼ同様であった。
The humidity-sensitive property of the moisture-sensitive element having this potassium-containing tin oxide thin film was measured in the same manner as in Example 1. As a result, it was almost the same as that of the sodium-containing tin oxide thin-film thin film element obtained in Example 1. Similarly, the impedance changed about 3 orders of magnitude with respect to a change in relative humidity of 10 to 95% RH, and the humidity sensor showed sufficient humidity sensitivity. The responsiveness and temporal stability of this moisture sensitive element were almost the same as in Example 1.

実施例3 オクチル酸スズ(II)4gを石油エーテルに溶かした溶液20
g をn-ブチルアルコール100gに溶解させ、さらにオクチ
ル酸リチウム(Li 含有量4.7 重量%)の10重量%のエタ
ノール溶液を20g 添加し、加熱しながら充分撹拌して均
一な透明溶液をえた(Li/Sn比は約130 モル%)。
Example 3 A solution of 4 g of tin (II) octylate in petroleum ether 20
g was dissolved in 100 g of n-butyl alcohol, and 20 g of 10 wt% ethanol solution of lithium octylate (Li content 4.7 wt%) was added, and stirred well while heating to obtain a uniform transparent solution (Li / Sn ratio is about 130 mol%).

この溶液を実施例1と同様にして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、マッフル炉中、900 ℃で1時間加熱すること
により、リチウムを含有した透明な酸化スズ膜(膜厚0.
4 μm)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、この感湿対素
子の応答性および経時安定性も実施例1とほぼ同様であ
った。
This solution was applied onto a quartz glass substrate having a gold comb-shaped electrode formed thereon in the same manner as in Example 1, dried in air at 120 ° C., and then heated in a muffle furnace at 900 ° C. for 1 hour, Transparent tin oxide film containing lithium (film thickness 0.
A moisture sensitive element having a thickness of 4 μm) was obtained. When the humidity-sensitive characteristics of this humidity-sensitive element were measured, it showed almost the same humidity-sensitive characteristics as in Example 1 except that the impedance changed by about 4 digits with respect to the relative humidity change of 10 to 95% RH. Moreover, the responsiveness and temporal stability of this moisture-sensitive element were almost the same as in 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。
[Advantages of the Invention] A moisture-sensitive element using the moisture-sensitive thin film of the present invention has high-speed responsiveness as compared with a conventional moisture-sensitive element, and is small because it is an element using a thin film. It is possible to realize multi-functionalization by combining with other sensors. Moreover, it can be easily produced by the method of the present invention.

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

第1図は、実施例1でえられた本発明のアルカリ金属含
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
よび従来のセラミックス湿度センサを用いたばあいの応
答性を示すグラフ、第3図は、実施例1でえられた本発
明のアルカリ金属含有酸化スズ薄膜を用いて作製した感
湿体素子を25℃、70%RHで湿度センサとして用いたばあ
いの経時変化を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the relative humidity and the impedance value measured by using a humidity sensitive element manufactured using the alkali metal-containing tin oxide thin film of the present invention obtained in Example 1 as a humidity sensor, FIG. 2 shows the response when using the humidity sensitive element prepared by using the alkali metal-containing tin oxide thin film of the present invention obtained in Example 1 as a humidity sensor and using the conventional ceramics humidity sensor. FIG. 3 is a graph showing the responsiveness to the humidity, and the humidity-sensitive element manufactured using the alkali metal-containing tin oxide thin film of the present invention obtained in Example 1 was used as a humidity sensor at 25 ° C. and 70% RH. It is a graph which shows the time-dependent change of the case.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に設けられたアルカリ金属含有酸化
スズよりなる感湿体薄膜。
1. A moisture sensitive thin film comprising an alkali metal-containing tin oxide provided on a substrate.
【請求項2】前記薄膜の膜厚が0.02〜5μmである請求
項1記載の感湿体薄膜。
2. The moisture sensitive thin film according to claim 1, wherein the thin film has a thickness of 0.02 to 5 μm.
【請求項3】前記アルカリ金属が、リチウム、ナトリウ
ムおよびカリウムから選ばれれた少なくとも1種である
請求項1記載の感湿体薄膜。
3. The moisture-sensitive thin film according to claim 1, wherein the alkali metal is at least one selected from lithium, sodium and potassium.
【請求項4】前記アルカリ金属含有量が、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。
4. The moisture sensitive thin film according to claim 1, wherein the alkali metal content is 0.1 to 500 mol% with respect to tin.
【請求項5】アルカリ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。
5. A solution containing an alkali metal compound and a tin compound is applied onto a substrate, dried and then heat-treated.
A method for producing the moisture-sensitive thin film described.
【請求項6】溶液中のアルカリ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金属が0.1〜500
モル%である請求項5記載の方法。
6. The ratio of the alkali metal compound to the tin compound in the solution is such that the alkali metal is 0.1 to 500 relative to tin.
6. The method according to claim 5, which is mol%.
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