JPH0623713B2 - 薄膜感湿素子 - Google Patents
薄膜感湿素子Info
- Publication number
- JPH0623713B2 JPH0623713B2 JP9831886A JP9831886A JPH0623713B2 JP H0623713 B2 JPH0623713 B2 JP H0623713B2 JP 9831886 A JP9831886 A JP 9831886A JP 9831886 A JP9831886 A JP 9831886A JP H0623713 B2 JPH0623713 B2 JP H0623713B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- sensitive element
- moisture sensitive
- film moisture
- nitrogen
- 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
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- 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、薄膜感湿素子に関する。更に詳しくは、絶縁
性基板上に形成させた導電性くし形電極の表面を、プラ
ズマ重合膜で覆った薄膜感湿素子に関する。
性基板上に形成させた導電性くし形電極の表面を、プラ
ズマ重合膜で覆った薄膜感湿素子に関する。
空気中の相対湿度の制御は、精密工業、食品工業、繊維
工業、ビル管理上などで大変重要であり、それを検知す
る感湿素子としては、従来次のような材料を用いたもの
が知られている。
工業、ビル管理上などで大変重要であり、それを検知す
る感湿素子としては、従来次のような材料を用いたもの
が知られている。
(１)Se、Ge、Siなどの金属あるいは半導体 (２)Sn、Fe、Tiなどの金属の酸化物 (３)Al２O3などの多孔質金属酸化物 (４)LiClなどの電解質塩 (５)有機または無機材料からなる高分子膜 しかしながら、これらの各種材料を用いた感湿素子は、
いずれも保守が大変であったり、あるいは信頼性や応答
性に問題があるなど、満足される状態にはない。
いずれも保守が大変であったり、あるいは信頼性や応答
性に問題があるなど、満足される状態にはない。
例えば、上記(２)の金属酸化物を用いる場合には、それ
の成形にプレスや焼結が行われるが、均質なプレスが困
難であったりあるいは焼成時の割れなどの問題がみられ
る。また、工程上では問題なく成形されても、感湿素子
が水分の脱吸着に起因する抵抗変化を利用する性質上、
水分の影響で粒界から破壊が生ずるため、耐久性、換言
すれば信頼性にも問題がある。
の成形にプレスや焼結が行われるが、均質なプレスが困
難であったりあるいは焼成時の割れなどの問題がみられ
る。また、工程上では問題なく成形されても、感湿素子
が水分の脱吸着に起因する抵抗変化を利用する性質上、
水分の影響で粒界から破壊が生ずるため、耐久性、換言
すれば信頼性にも問題がある。
また、上記(５)の高分子膜を用いた場合には、材料面で
は廉価であるものの、溶剤などの薬品による劣化や信頼
性の低下などの問題がみられる。
は廉価であるものの、溶剤などの薬品による劣化や信頼
性の低下などの問題がみられる。
こうした問題点を避け、特に電極材料として耐食性にす
ぐれたものを求めて種々検討を重ねた結果、本出願人は
先に、絶縁性基板上に好ましくはスパッタリング法によ
り形成させた耐食性被加工金属薄膜にフォトレジストパ
ターンを形成させた後、電解エッチングして得られる耐
食性くし形電極を湿度センサーに用いることが好適であ
ることを見出している(特開昭61-148,871号公報)。 その後、本出願人はかかる耐食性くし形電極を用いた薄
膜感湿素子のなお一層の改善を図った結果、絶縁性基板
上に形成させた導電性くし形電極の表面を高分子薄膜、
一般には含窒素有機けい素化合物のプラズマ重合膜で覆
い、更にこれをハロゲン化アルキルで処理することによ
り、耐環境性にすぐれ、しかも応答性の良好な薄膜感湿
素子を得ることに成功した(特開昭61-200,454号公報)。 このように、応答性のより良好な薄膜感湿素子を得るた
めには、絶縁性基板上に形成させた導電性くし形電極の
表面を含窒素有機けい素化合物のプラズマ重合膜で覆
い、更にこれをハロゲン化アルキルで処理するという2
工程を必要としている。
ぐれたものを求めて種々検討を重ねた結果、本出願人は
先に、絶縁性基板上に好ましくはスパッタリング法によ
り形成させた耐食性被加工金属薄膜にフォトレジストパ
ターンを形成させた後、電解エッチングして得られる耐
食性くし形電極を湿度センサーに用いることが好適であ
ることを見出している(特開昭61-148,871号公報)。 その後、本出願人はかかる耐食性くし形電極を用いた薄
膜感湿素子のなお一層の改善を図った結果、絶縁性基板
上に形成させた導電性くし形電極の表面を高分子薄膜、
一般には含窒素有機けい素化合物のプラズマ重合膜で覆
い、更にこれをハロゲン化アルキルで処理することによ
り、耐環境性にすぐれ、しかも応答性の良好な薄膜感湿
素子を得ることに成功した(特開昭61-200,454号公報)。 このように、応答性のより良好な薄膜感湿素子を得るた
めには、絶縁性基板上に形成させた導電性くし形電極の
表面を含窒素有機けい素化合物のプラズマ重合膜で覆
い、更にこれをハロゲン化アルキルで処理するという2
工程を必要としている。
本発明者らは、応答性のより良好な薄膜感湿素子を１工
程で得る方法を求めて種々検討した結果、プラズマ重合
膜を含窒素有機けい素化合物とハロゲン化シランとの混
合物から形成させることにより、かかる課題が効果的に
解決されることを見出した。
程で得る方法を求めて種々検討した結果、プラズマ重合
膜を含窒素有機けい素化合物とハロゲン化シランとの混
合物から形成させることにより、かかる課題が効果的に
解決されることを見出した。
〔問題点を解決するための手段〕および〔作用〕 従って、本発明は薄膜感湿素子に係り、この薄膜感湿素
子は、絶縁性基板上に形成させた導電性くし形電極の表
面を含窒素有機けい素化合物とハロゲン化シランとの混
合物プラズマ重合膜で覆ってなる。
子は、絶縁性基板上に形成させた導電性くし形電極の表
面を含窒素有機けい素化合物とハロゲン化シランとの混
合物プラズマ重合膜で覆ってなる。
図面の第1図は、本発明に係る薄膜感湿素子の一態様を
示すそれの平面図であり、絶縁基板1上に導電性くし形
電極2,2′が形成され、その表面は一般に約500Å〜2000
0Å(2μm)程度の厚さを有する上記混合物プラズマ重合
膜3によって覆われており、この重合膜によって覆われ
ていない取出電極部分には半田付けあるいは銀ペースト
4,4′により、リード線5,5′が取り付けられている。
示すそれの平面図であり、絶縁基板1上に導電性くし形
電極2,2′が形成され、その表面は一般に約500Å〜2000
0Å(2μm)程度の厚さを有する上記混合物プラズマ重合
膜3によって覆われており、この重合膜によって覆われ
ていない取出電極部分には半田付けあるいは銀ペースト
4,4′により、リード線5,5′が取り付けられている。
絶縁性基板としては、一般にガラス、石英、アルミナな
どが用いられるが、感湿素子への温度追従性が更に良好
なことが望まれる場合などには、やはり本出願人よって
提案されているシリコン基板表面を酸化して形成させた
絶縁膜(特願昭60-122,548号，特開昭61-281958号公報)
なども用いることができる。
どが用いられるが、感湿素子への温度追従性が更に良好
なことが望まれる場合などには、やはり本出願人よって
提案されているシリコン基板表面を酸化して形成させた
絶縁膜(特願昭60-122,548号，特開昭61-281958号公報)
なども用いることができる。
これらの絶縁性基板上へ導電性くし形電極を形成させる
に際しては、まず絶縁性基板上に、ステンレススチー
ル、ハステロイＣ、インコネル、モネル、金などの耐食
性金属や銀、アルミニウムなどの電極形成材料金属をス
パッタリング法、イオンプレーティング法などにより、
約0.1〜0.5μｍ程度の厚さの薄膜が形成され、次にそこ
にフォトレジストパターンを形成させる。
に際しては、まず絶縁性基板上に、ステンレススチー
ル、ハステロイＣ、インコネル、モネル、金などの耐食
性金属や銀、アルミニウムなどの電極形成材料金属をス
パッタリング法、イオンプレーティング法などにより、
約0.1〜0.5μｍ程度の厚さの薄膜が形成され、次にそこ
にフォトレジストパターンを形成させる。
例えばアルミニウムの場合は、このようにして形成され
た電極形成材料金属薄膜へのフォトレジストパターンの
形成は、周知のフォトリソグラフ工程を適用することに
よって行われる。即ち、金属薄膜上にフォトレジストコ
ーティングを行ない、そこにくし形電極のパターンの陰
画または陽画を焼付けたガラス乾板を重ね、光照射によ
る焼付けおよび現像によって行われる。この後、湿式化
学エッチングが行われるが、エッチング液としては、リ
ン酸-硫酸-無水クロム酸-水(重量比65:15:5:15)混合
液、BHF(フッ酸系)、塩化第2鉄水溶液、硝酸、リン酸-
硝酸混合液などが用いられる。
た電極形成材料金属薄膜へのフォトレジストパターンの
形成は、周知のフォトリソグラフ工程を適用することに
よって行われる。即ち、金属薄膜上にフォトレジストコ
ーティングを行ない、そこにくし形電極のパターンの陰
画または陽画を焼付けたガラス乾板を重ね、光照射によ
る焼付けおよび現像によって行われる。この後、湿式化
学エッチングが行われるが、エッチング液としては、リ
ン酸-硫酸-無水クロム酸-水(重量比65:15:5:15)混合
液、BHF(フッ酸系)、塩化第2鉄水溶液、硝酸、リン酸-
硝酸混合液などが用いられる。
絶縁性基板上に形成された導電性くし形電極は、更にそ
の表面が感湿特性にすぐれた含窒素有機けい素化合物-
ハロゲン化シラン混合物のプラズマ重合膜によって覆わ
れる。
の表面が感湿特性にすぐれた含窒素有機けい素化合物-
ハロゲン化シラン混合物のプラズマ重合膜によって覆わ
れる。
含窒素有機けい素化合物としては、例えば次の一般式で
表わされるような化合物が用いられる。
表わされるような化合物が用いられる。
Ｒ3Ｓｉ−ＮＲ2 Ｒ2Ｎ−ＳｉＲ2−ＮＲ2 (Ｒ2Ｎ)3−ＳｉＲ (ここで、Ｒは水素原子、メチル基、エチル基、ビニル
基またはアセチレン基であり、Ｒ2またはＲ3は同一また
は互いに異なるＲ基であり、分子中に少なくとも２個の
水素原子以外の基が含まれる) かかる化合物を具体的に挙げると、例えばトリメチルシ
リルジメチルアミン、トリエチルシラザン、ヘキサメチ
ルジシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザン、ビス
（ジメチルアミノ）メチルビニルシラン、ビス（トリメ
チルシリル）アセトアミド、トリス（ジメチルアミノ）
シラン、トリス（ジメチルアミノ）メチルシラン、トリ
ス（メチルアミノ）メチルシラン、トリス（メチルアミ
ノ）エチルシラン、N,N-ジメチルアミノ-N′-メチルア
ミノ-N′-エチルアミノシランなどが挙げられ、好まし
くはトリメチルシリルジメチルアミンまたはビス（ジメ
チルアミノ）メチルビニルシランまたはビス（ジメチル
アミノ）ジメチルシランが用いられる。
基またはアセチレン基であり、Ｒ2またはＲ3は同一また
は互いに異なるＲ基であり、分子中に少なくとも２個の
水素原子以外の基が含まれる) かかる化合物を具体的に挙げると、例えばトリメチルシ
リルジメチルアミン、トリエチルシラザン、ヘキサメチ
ルジシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザン、ビス
（ジメチルアミノ）メチルビニルシラン、ビス（トリメ
チルシリル）アセトアミド、トリス（ジメチルアミノ）
シラン、トリス（ジメチルアミノ）メチルシラン、トリ
ス（メチルアミノ）メチルシラン、トリス（メチルアミ
ノ）エチルシラン、N,N-ジメチルアミノ-N′-メチルア
ミノ-N′-エチルアミノシランなどが挙げられ、好まし
くはトリメチルシリルジメチルアミンまたはビス（ジメ
チルアミノ）メチルビニルシランまたはビス（ジメチル
アミノ）ジメチルシランが用いられる。
ハロゲン化シランとしては、一般式ＳｉＸ1Ｘ2Ｘ3Ｘ
4(ここで、Ｘ1〜Ｘ4はハロゲン原子、水素原子、低級ア
ルキル基、低級アルケニル基または低級アルキニル基で
あり、これらの内の１〜３個はハロゲン原子である)で
表わされるものが用いられ、好ましくは低級アルキル置
換ハロゲン化シランが用いられる。かかるハロゲン化シ
ランのいくつかの例を挙げると、次の如くである。
4(ここで、Ｘ1〜Ｘ4はハロゲン原子、水素原子、低級ア
ルキル基、低級アルケニル基または低級アルキニル基で
あり、これらの内の１〜３個はハロゲン原子である)で
表わされるものが用いられ、好ましくは低級アルキル置
換ハロゲン化シランが用いられる。かかるハロゲン化シ
ランのいくつかの例を挙げると、次の如くである。
ＣＨ3ＳｉＣｌ3 ＣＨ3ＳｉＨ2Ｂｒ、ＣＨ3ＳｉＨＢｒ2 (ＣＨ3)2ＳｉＢｒ2 プラズマ重合は、プラズマ重合装置の形状およびプラズ
マ発生方法などに応じて、含窒素有機けい素化合物を数
m〜数Torrの圧力で、またハロゲン化シランをやはり数m
〜数Torrの圧力で用い、これらの混合物に放電出力数〜
数100Wの電力を供給することにより行なわれる。
マ発生方法などに応じて、含窒素有機けい素化合物を数
m〜数Torrの圧力で、またハロゲン化シランをやはり数m
〜数Torrの圧力で用い、これらの混合物に放電出力数〜
数100Wの電力を供給することにより行なわれる。
具体的には、例えば放電出力が10Wの場合、含窒素有機
けい素化合物が約 0.15〜0.08Torrに対してハロゲン化
シランが約0.06〜0.01Torrの割合で用いられる。ハロゲ
ン化シランの割合が少なすぎると、プラズマ重合膜中の
臭素含有量が減少して感湿特性が悪くなり、一方この割
合が多すぎると、相対的にプラズマ重合膜中の窒素含有
量が少なくなりまた重合膜も硬化するため、やはり感湿
特性が低下する。
けい素化合物が約 0.15〜0.08Torrに対してハロゲン化
シランが約0.06〜0.01Torrの割合で用いられる。ハロゲ
ン化シランの割合が少なすぎると、プラズマ重合膜中の
臭素含有量が減少して感湿特性が悪くなり、一方この割
合が多すぎると、相対的にプラズマ重合膜中の窒素含有
量が少なくなりまた重合膜も硬化するため、やはり感湿
特性が低下する。
このようにして構成される薄膜感湿素子は、空気中の水
蒸気量に応じて電気抵抗値が変化するので、この抵抗値
変化を導電性くし形電極より取り出すことにより、湿度
を測定することができる。
蒸気量に応じて電気抵抗値が変化するので、この抵抗値
変化を導電性くし形電極より取り出すことにより、湿度
を測定することができる。
本発明に係る薄膜感湿素子は、次のような効果を奏す
る。
る。
(１)含窒素有機けい素化合物とハロゲン化シランとの混
合物としてプラズマ重合膜を形成させることにより、更
にハロゲン化アルキルで処理することを必要とはせず、
工程の省略化が図れる。
合物としてプラズマ重合膜を形成させることにより、更
にハロゲン化アルキルで処理することを必要とはせず、
工程の省略化が図れる。
(２)形成されたプラズマ重合膜は、耐水性および耐薬品
性にすぐれているため、感湿素子の耐環境性も良好であ
る。
性にすぐれているため、感湿素子の耐環境性も良好であ
る。
(３)膜厚1000Å程度の極く薄い膜でも十分な機能を有す
るので、従来用いられている金属酸化物抵抗変化タイ
プ、高分子容量変化タイプなどのセンサと比較して、応
答性の点でもすぐれている。
るので、従来用いられている金属酸化物抵抗変化タイ
プ、高分子容量変化タイプなどのセンサと比較して、応
答性の点でもすぐれている。
次に、実施例について本発明を説明する。
実施例１〜２ 絶縁性基板としてガラスプレートを用い、その面上に金
電極のパターニング法として一般に行われているリフト
オフ法によって電極幅500μｍ、電極間隔250μｍのくし
形電極を形成させた。
電極のパターニング法として一般に行われているリフト
オフ法によって電極幅500μｍ、電極間隔250μｍのくし
形電極を形成させた。
このリフトオフ法では、上記ガラスプレート面上にスピ
ンコーターを用いてポジ形レジストを塗布し、80℃で12
0分間のプレベークを行なった後、マスクを用いて紫外
線による密着露出を行ない、次いで現像してくし形電極
の反転したパターンを形成させ、更にそこにいずれも厚
さ1000Åのクロムおよび金を順次蒸着させ、最後にアセ
トン浸漬をして残りのレジストを剥離させることによ
り、くし形電極の形成が行われた。
ンコーターを用いてポジ形レジストを塗布し、80℃で12
0分間のプレベークを行なった後、マスクを用いて紫外
線による密着露出を行ない、次いで現像してくし形電極
の反転したパターンを形成させ、更にそこにいずれも厚
さ1000Åのクロムおよび金を順次蒸着させ、最後にアセ
トン浸漬をして残りのレジストを剥離させることによ
り、くし形電極の形成が行われた。
このようにして形成されたガラスプレート面上のくし形
電極の表面を、ビス（ジメチルアミノ）ジメチルシラン
およびメチルトリクロルシランのプラズマ重合膜で覆っ
た。重合条件および重合膜の膜厚は、次の表に示され
る。
電極の表面を、ビス（ジメチルアミノ）ジメチルシラン
およびメチルトリクロルシランのプラズマ重合膜で覆っ
た。重合条件および重合膜の膜厚は、次の表に示され
る。
電極に銀ペースト付けによりリード線を接続させて感湿
素子を構成させ、これを温湿度試験器に入れ、周波数１
ＫＨｚ、電圧１Ｖ、温度３０℃の条件下で、ＬＣＲメー
ターを用いて感湿特性の評価を行なった。相対湿度に対
する抵抗値の関係は、第２図の曲線Ｉ（実施例１）およ
びII（実施例２）に示される。
素子を構成させ、これを温湿度試験器に入れ、周波数１
ＫＨｚ、電圧１Ｖ、温度３０℃の条件下で、ＬＣＲメー
ターを用いて感湿特性の評価を行なった。相対湿度に対
する抵抗値の関係は、第２図の曲線Ｉ（実施例１）およ
びII（実施例２）に示される。
第１図は、本発明に係る薄膜感湿素子の一態様の平面図
である。また、第２図は、実施例１〜２における相対湿
度と抵抗値の関係を示すグラフである。
である。また、第２図は、実施例１〜２における相対湿
度と抵抗値の関係を示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項１】絶縁性基板上に形成させた導電性くし形電
極の表面を、含窒素有機けい素化合物とハロゲン化シラ
ンとの混合物プラズマ重合膜で覆ってなる薄膜感湿素
子。 - 【請求項２】含窒素有機けい素化合物がビス（ジメチル
アミノ）ジメチルシランである特許請求の範囲第１項記
載の薄膜感湿素子。 - 【請求項３】ハロゲン化シランが低級アルキル置換ハロ
ゲン化シランである特許請求の範囲第１項記載の薄膜感
湿素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9831886A JPH0623713B2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 薄膜感湿素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9831886A JPH0623713B2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 薄膜感湿素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62255860A JPS62255860A (ja) | 1987-11-07 |
| JPH0623713B2 true JPH0623713B2 (ja) | 1994-03-30 |
Family
ID=14216563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9831886A Expired - Lifetime JPH0623713B2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 薄膜感湿素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0623713B2 (ja) |
-
1986
- 1986-04-30 JP JP9831886A patent/JPH0623713B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62255860A (ja) | 1987-11-07 |
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