JPS6085358A - 感湿素子とその製造方法 - Google Patents

感湿素子とその製造方法

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JPS6085358A
JPS6085358A JP59166288A JP16628884A JPS6085358A JP S6085358 A JPS6085358 A JP S6085358A JP 59166288 A JP59166288 A JP 59166288A JP 16628884 A JP16628884 A JP 16628884A JP S6085358 A JPS6085358 A JP S6085358A
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ステイーブン・ジヨン・プロツサー
正也 枅川
古林　久敏
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    • 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
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。
（従来技術及び発明の解決すべき問題点）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ずの
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。
本発明の目的は、従来とは異なった感湿方式を有し、優
れた感度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。
（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が周
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ｊこめ、この絶縁ゲート電界効果トランジスタのドレ
ーンソースチャ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。したがって、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。。
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、このポリビニルアルコールを結晶させ、そ
して、または、安定化させるようにこの水溶液層に熱処
理を施こし、 以上のように処理された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
ティングによって形成してもよい。
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ってもよい。
（実施例） 次に、本発明の実施例が、感湿素子の断面図である添付
の図面を参照して説明される。
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。
周知のように、ドレーン電圧ＶＤが、ドレーン電流−ド
レーン電極（ＩＤ−ＶＤ）特性の飽和領域におけるＩＧ
ＦＥＴの動作に適したある一定値に保たれると、ドレー
ン電流ｌ　は、ゲート電圧■６と次の近似式により関係
づけられる。
ｌ　ｕｃ（ｖｃ　ＶＴ）”　。
　２Ｌ ここに、ＷとＬは、それぞれ、伝導チャネルの幅と長さ
であり、ともにＶＤに依存する量であり、７は、伝導チ
ャ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、■１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Ｉ　ＧＦＥＴ力仁定のゲート電圧ｖＧで
動作するとき、ドレーン電流１ｏは、大気の水蒸気分圧
の示度を与えることかできる。
図面を参照すると、感湿素子は、半導体材料、典型的に
はシリコン、の基板１０を含む。この基板ＩＯ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三箇所の拡散
領域ＩＩ、１２とからなる。後者の拡散領域１１．１２
は、ドレーンとソースとを構成し、それぞれ、ドレーン
電極りとソース電極Ｓとを備えている。ゲート絶縁体１
３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、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、
層１４の最も上の面の上に、周囲の水蒸気に層Ｉ４をさ
らすことができるように設置すられる。
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ｌＯとゲート絶縁体１３と（よ、水吸収層１４をそ
の上に形成するための原デフ（イスを構成する。この原
デバイスは、当業者に（よよく知られている半導体技術
により製造される。
層１４を付着するために、シラン結合試薬（たとえば、
グリシドキシプロビ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ィングにより
基板に付着さｔＬる。次に、この基板は、大気中で典型
的にけ９０°Ｃで約１時間乾かされ、そして、ポリビニ
ルアルコ−Ｊしの水溶液（たとえば、５Ｒｆ！Ｈ２０に
つきＮ？ＰＶＡ）が、再びスピンコーティングにより、
ゲート絶縁体１３を被覆する層として付着される。スピ
ンコーティングは、典型的には、３０００　ｒｐｍで１
５秒間、行なわれる。被覆された基板が、次に、熱処理
されると、ＰＶＡの結晶化が生じ、その結果、基板にし
っかりと固着した吸収層１４が生じることが＋ｌらかっ
た。
必要ならば、吸収層１４は、パターニングで形成しても
よい、。このために、フォトレジスト層が基板に塗布さ
れ、この基板は、次に、適当な形状のフォトリソグラフ
ィのシャ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ＰＶＡ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ＰＶＡ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。
ゲート電極１５は、パターニングを施された層Ｉ４の最
上面に蒸着された金（または、たとえば銅）である。吸
収剤ＰＶＡを周囲の水蒸気にさらすために、電極が、適
当な形状のシャ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
Ｉ５が十分薄ければ、ゲート電極Ｉ５は多孔性で必要な
程度に水分を通す。このため、ゲート電極Ｉ５の厚みは
、典型的には１００人と５０ＯＡの間に、好ましくは約
２００人であるべきである。
この感湿素子を使用するときは、適当なゲート電圧Ｖ。
とドレーン電流Ｖｐ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。本発明による感湿素子の応答は、著しく敏
感で且つ再現性があることが２つかった。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
極り、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、且つその応答
は著しく敏感で再現性がある。
【図面の簡単な説明】
図面は、感湿センサの断面図である。 １５七ＦＪ＠洗 第１頁の続き ＠発明　者　ステイーブン・ジョ　イ ン・プロッサ−− ＠発明者枡川　正也大 ０発明者古林　久敏大 ギリス国、イングランド、オックスフォードシャー、テ
ム、グレンビルφウェイ　３旙 坂ｄ 坂１１

Claims (1)

  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ャネルの
    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、 上記のポリビニルアルコール層がパターニングにより形
    成されることを特徴とする感湿素子。 （３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載された
    感湿素子において、 上記のポリビニルアルコール層が上記のゲート絶縁体上
    にスピンコーティングにより被覆されることを特徴とす
    る感湿素子。 （４）特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか
    の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ｘｏｏｉから５００Åまでの範囲内にするこ七
    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。 （５）特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか
    の項に記載された感湿素子において、上記のゲート電極
    がパターニングにより形成されることにより、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。 （６）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−ト絶縁
    体の大気にさらす側の表面上（ご形成し、このポリビニ
    ルアルコールを結晶させ、そして、または、安定化させ
    るようにこの水溶液層ζこ熱処理を施こし、 以上のように処理された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。 （７）特許請求の範囲第６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
    ティングによって付着させることを特徴とする感湿素子
    製造方法。 （８）特許請求の範囲第６項または第７項に記載された
    感湿素子製造方法において、 上記の熱処理が、上記のポリビニ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行われることを特徴と
    する感湿素子製造方法。 （９）特許請求の範囲第６項から第８項までの０ずれか
    の項に記載された感湿素子製造方法におＬ１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。 （１０）特許請求の範囲第６項から第９項までのいずれ
    かの項に記載された感湿素子製造方法において、 ゲート電極にパターニングを施こすことにより、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製造方法。
JP59166288A 1983-08-19 1984-08-07 感湿素子とその製造方法 Granted JPS6085358A (ja)

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