JPS6371648A - ダイオ−ド型湿度センサ - Google Patents
ダイオ−ド型湿度センサInfo
- Publication number
- JPS6371648A JPS6371648A JP21597886A JP21597886A JPS6371648A JP S6371648 A JPS6371648 A JP S6371648A JP 21597886 A JP21597886 A JP 21597886A JP 21597886 A JP21597886 A JP 21597886A JP S6371648 A JPS6371648 A JP S6371648A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- zno
- humidity
- lower electrode
- humidity sensor
- 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.)
- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
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。
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)
本発明は小型、低電力にしてメンテナンスフリーの湿度
センサに関するものである。
センサに関するものである。
(従来技術および発明が解決しようとする問題点〕従来
より湿度センサは物理的・化学的に安定なセラミックス
によるものが多く開発されている。セラミックスの感湿
家構には物理吸着水によるイオン伝4金利用するタイプ
〔内用他9表面科学、 s、 189 cx9s2):
清水他、電気化学。
より湿度センサは物理的・化学的に安定なセラミックス
によるものが多く開発されている。セラミックスの感湿
家構には物理吸着水によるイオン伝4金利用するタイプ
〔内用他9表面科学、 s、 189 cx9s2):
清水他、電気化学。
so、 831 (x9sz) :定岡他、電気化学、
51.437(1983))と化学的吸着水による半
導体の電子伝導度変化を利用するタイプ(H,Arai
et al。
51.437(1983))と化学的吸着水による半
導体の電子伝導度変化を利用するタイプ(H,Arai
et al。
Proceedings of the Intern
ational Meeting onChemica
l 5ensora+ 393 (1983): T、
N1tta et al。
ational Meeting onChemica
l 5ensora+ 393 (1983): T、
N1tta et al。
Proceedings of the Intern
ational Meeting onChemica
l 5ensors+ 387 (1983))とがあ
る。前者のタイプはセラミックスの細孔に水が物理吸着
することによって、ヒドロニウムイオンが電気伝導キャ
リアとなり素子のインピーダンスが低下することKよっ
て湿度を知ることができる。
ational Meeting onChemica
l 5ensors+ 387 (1983))とがあ
る。前者のタイプはセラミックスの細孔に水が物理吸着
することによって、ヒドロニウムイオンが電気伝導キャ
リアとなり素子のインピーダンスが低下することKよっ
て湿度を知ることができる。
このため感湿性は素子の粗孔分布とインピーダンスとに
大きく依存する欠点を有すると共に、細孔に入り込んだ
水は出にくくなり、長時間便用すると誤差を生じるため
、定期的に300℃前板に加熱してリフレッシュしなけ
ればならないという欠点を有していた。後者のタイプは
通常、素子の動作温度は300〜500℃であシ、高温
で使用しなければならないという欠点を有していたO 最近、CuOとZnOの焼結体を機械的圧着により湿度
を測定する方法が提唱されている(中村他1日本化学会
誌 1154 (1985) 〕o CuO/ ZnO
のへテロ接合の整流性がCuO/ ZnOの界面に水が
入り込むことにより変化することを利用している。高温
を必要としない利点はあるが、焼結体t−機械的圧層し
て、素子化しているため微細化して、チップ上で他の素
子と集積化することは不可能である欠点を有していた。
大きく依存する欠点を有すると共に、細孔に入り込んだ
水は出にくくなり、長時間便用すると誤差を生じるため
、定期的に300℃前板に加熱してリフレッシュしなけ
ればならないという欠点を有していた。後者のタイプは
通常、素子の動作温度は300〜500℃であシ、高温
で使用しなければならないという欠点を有していたO 最近、CuOとZnOの焼結体を機械的圧着により湿度
を測定する方法が提唱されている(中村他1日本化学会
誌 1154 (1985) 〕o CuO/ ZnO
のへテロ接合の整流性がCuO/ ZnOの界面に水が
入り込むことにより変化することを利用している。高温
を必要としない利点はあるが、焼結体t−機械的圧層し
て、素子化しているため微細化して、チップ上で他の素
子と集積化することは不可能である欠点を有していた。
(発明の目的)
本発明は上記の欠点を改善するために提案されたもので
、従来の湿度センサが必要とした高温によるリフレッシ
ュ、従来の湿度センナでは不可能であった微細化、他の
素子との集積化の点を解決したメンテナンスフリーの薄
膜のダイオード型湿度センナを提供することを目的とす
る0 (問題点’t−解決するだめの手段) 上記の目的を達成する丸め、本発明はCr、Auと順次
に横=して形成された下部!極上に、電気抵抗率が1O
−ffiΩ譚以下の第1のZn01U 、電気抵抗率が
10’Ω百以上の第2のZnO層を順次に槓J−した後
、Cr層 Ni 、 We Au層 Pd+ Ptのう
ちの一種類の金Sを積層したことを特徴とするダイオー
ド型湿度センナを発明の要旨とするものである。
、従来の湿度センサが必要とした高温によるリフレッシ
ュ、従来の湿度センナでは不可能であった微細化、他の
素子との集積化の点を解決したメンテナンスフリーの薄
膜のダイオード型湿度センナを提供することを目的とす
る0 (問題点’t−解決するだめの手段) 上記の目的を達成する丸め、本発明はCr、Auと順次
に横=して形成された下部!極上に、電気抵抗率が1O
−ffiΩ譚以下の第1のZn01U 、電気抵抗率が
10’Ω百以上の第2のZnO層を順次に槓J−した後
、Cr層 Ni 、 We Au層 Pd+ Ptのう
ちの一種類の金Sを積層したことを特徴とするダイオー
ド型湿度センナを発明の要旨とするものである。
しかして本発明の最も主要な特徴とする点は、仕事関数
が高く水素等の還元性ガスに影響されないCr、 Ni
、 W、 Auのいずれか一つを上S電極として薄膜
のZnOとショットキーダイオードを構成することにあ
る。従来技術とはすべて薄M[I、したショットキー接
合を用いて湿度センサを構成した点、上部電極にCr、
Ni 、 W、 Auのいずれか一つを用いた点及び
これらの動作メカニズムから吻理吸看水によるイオン伝
導性をオリ用したセラミックス湿度センサに見られる定
期的なリフレッシュ動作全必要としないいわゆるメンテ
ナンスフリーである点が異なる。
が高く水素等の還元性ガスに影響されないCr、 Ni
、 W、 Auのいずれか一つを上S電極として薄膜
のZnOとショットキーダイオードを構成することにあ
る。従来技術とはすべて薄M[I、したショットキー接
合を用いて湿度センサを構成した点、上部電極にCr、
Ni 、 W、 Auのいずれか一つを用いた点及び
これらの動作メカニズムから吻理吸看水によるイオン伝
導性をオリ用したセラミックス湿度センサに見られる定
期的なリフレッシュ動作全必要としないいわゆるメンテ
ナンスフリーである点が異なる。
次に本発明の詳細な説明する。なお実施例は一つの例示
でめって、本発明の梢神を逸脱しない範囲で%種々の変
更あるいは改良を行いうろことは言うまでもない。
でめって、本発明の梢神を逸脱しない範囲で%種々の変
更あるいは改良を行いうろことは言うまでもない。
第1図は本発明の第1の実施例を示すものであって、(
イ)は斜視図、(ロ)は断面図を示す0図において、工
はZnO膜を示すもので、この膜は2層構造となってお
9% 1a[気抵抗10′″30備の層を厚さ1ooo
A 、 1 b電気抵抗106Ω側の層を厚さ1μmの
1幀に積層する。しかしてZnO膜は断面が逆り字状に
形成され、その中の一部はガラス基板4に接合され、こ
のZnO膜とガラス基板4との間の間隙に下部電極2が
配置されている0さらにこの下部電極2も2層に形成さ
れておシ、ガラス基板4に接する側には2aとしてCr
層(厚さ100^) r Cr層の上には2bとしてA
u層(厚さ1000λンが形成されているo3は上部電
極でNi層(厚さ200^)がZnO膜上に形成されて
いる。
イ)は斜視図、(ロ)は断面図を示す0図において、工
はZnO膜を示すもので、この膜は2層構造となってお
9% 1a[気抵抗10′″30備の層を厚さ1ooo
A 、 1 b電気抵抗106Ω側の層を厚さ1μmの
1幀に積層する。しかしてZnO膜は断面が逆り字状に
形成され、その中の一部はガラス基板4に接合され、こ
のZnO膜とガラス基板4との間の間隙に下部電極2が
配置されている0さらにこの下部電極2も2層に形成さ
れておシ、ガラス基板4に接する側には2aとしてCr
層(厚さ100^) r Cr層の上には2bとしてA
u層(厚さ1000λンが形成されているo3は上部電
極でNi層(厚さ200^)がZnO膜上に形成されて
いる。
これを動作するには、下部電極2と上部電極30間に5
Hz程度の低周波数で約2vの交流電圧を印加する。下
部電極2bi′i電気抵抗lO−!ΩdのZn0層1a
と接しているためオーミック接続されているが、下部電
極3は電気抵抗106Ω側のZnO層lbと接続してお
りショットキー接合を形成しているために整流性を示す
。上S″QI憾3は厚さ200AのNi層で、隙間が多
く存在し、水の十人やも自白な状況となっている。まf
c、Z210J曽1の表面は水が吸膚しやすいため上部
電極3とZnO* 1の界面には湿度に応じた水が存在
している。
Hz程度の低周波数で約2vの交流電圧を印加する。下
部電極2bi′i電気抵抗lO−!ΩdのZn0層1a
と接しているためオーミック接続されているが、下部電
極3は電気抵抗106Ω側のZnO層lbと接続してお
りショットキー接合を形成しているために整流性を示す
。上S″QI憾3は厚さ200AのNi層で、隙間が多
く存在し、水の十人やも自白な状況となっている。まf
c、Z210J曽1の表面は水が吸膚しやすいため上部
電極3とZnO* 1の界面には湿度に応じた水が存在
している。
このようなm遺になっているから1.f12Vの交流電
圧を印加すると湿度に応じて第2図に示すような整流特
性を得ることができる。この整流性は低湿度時には化学
吸着水が鱗心して生じたHのポツピング伝導によるもの
でお夕、高湿度時では物理吸潜水から生じるH3O+の
拡散低感によるものである。いずれにしても水の嘔気分
解反応に起因する効果で69、隊間に入り込んだ水は分
解されて消費≧れる。このため、高温によるリフレッシ
ュ動作を必要としない。この結果から明らかなように従
来技術に比べて、4膜を用いて湿度センナを構成でき、
かつ高温によるリフレッシュ動作を必要としないため小
型。
圧を印加すると湿度に応じて第2図に示すような整流特
性を得ることができる。この整流性は低湿度時には化学
吸着水が鱗心して生じたHのポツピング伝導によるもの
でお夕、高湿度時では物理吸潜水から生じるH3O+の
拡散低感によるものである。いずれにしても水の嘔気分
解反応に起因する効果で69、隊間に入り込んだ水は分
解されて消費≧れる。このため、高温によるリフレッシ
ュ動作を必要としない。この結果から明らかなように従
来技術に比べて、4膜を用いて湿度センナを構成でき、
かつ高温によるリフレッシュ動作を必要としないため小
型。
低電力化が可能となる改善がめった。
なお、第1のZnO層の電気抵抗率は101Ωd以下が
好ましいが、101Ωcmf超過すると下部電極に対し
てオーミック接続されがたく好ましくない。また第2の
ZnOF−の電気抵抗率は1080口以上が好ましいが
10’Ω閤未満の場合は、上部電極に対して整流性を示
さず好ましくない。
好ましいが、101Ωcmf超過すると下部電極に対し
てオーミック接続されがたく好ましくない。また第2の
ZnOF−の電気抵抗率は1080口以上が好ましいが
10’Ω閤未満の場合は、上部電極に対して整流性を示
さず好ましくない。
〔実施例2〕
実施例1におけるm1図の素子構造において下部電極3
をCr+ Ni、 W、 Aug Pd とした場合の
感湿性及び水素ガスに対する感ガス性を第1表に示す。
をCr+ Ni、 W、 Aug Pd とした場合の
感湿性及び水素ガスに対する感ガス性を第1表に示す。
第1表
バイアス+1.5vのもとて
I/I。で評価する
Io 湿度0%での電流値
工 加湿時の゛電流値
第1表において、乾燥空気中で、順方向バイアス1.5
vに設定した場合の電a値を工。、湿度を与えた場合さ
らに水素を含ませた場合の電流値を工とし、 I/I
。で感湿性及び感ガス性を評価した。参考のため実施例
1におけるNiの上部電極3の結果も合わせて示した。
vに設定した場合の電a値を工。、湿度を与えた場合さ
らに水素を含ませた場合の電流値を工とし、 I/I
。で感湿性及び感ガス性を評価した。参考のため実施例
1におけるNiの上部電極3の結果も合わせて示した。
湿度70%のみの場合は上部電極に依存せず感湿性が見
られるが、湿度70チの空気に1000 ppmの水素
を添加するとPdだけが反応して大きな感度を示した。
られるが、湿度70チの空気に1000 ppmの水素
を添加するとPdだけが反応して大きな感度を示した。
Pd、Ptなとの白金系金属薄膜は低温で水素などの還
元性ガスに反応するが、還元性ガスのない雰囲気におけ
る温度センサとしては使用可能である。この結果から明
らかなようにCr HNl *W、Auは湿度のみを感
知するという改善があった0 〔実施例3」 第3図は本発明の第3の実施例を説明する図であって、
Si基板5上に、白金温度計6.IC部7.電極バッド
8が設けられている。素子部分の下部電極3にはNiを
用いである。これらの動作としては、素子部分で水分を
感知し、白金m度計6で温度を感知し、これらをIC部
7で演算して相対湿度を計算し、七の結果を電極バッド
8を逃して出力させる。このように演算を受は持つIC
部7及び白金温度計6と湿度センナの素子部分を同−S
t基板上に形成できる理由は、本発明のダイオード型湿
度センサがすべて薄膜で形成できること、高温によるリ
フレッシュを必要としないためである。この結果から明
らかなように、従来の技術に比べ、演算部を含めて小型
化、低消費電力化ができる改善があった0 (発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、ZnO薄膜とCr
* Nl + W * Auの薄膜とでショットキー
接合を構成し、これらの接合の隙間に入り込んだ水分全
電気分解することによショットキー接合の整流性を変化
させて湿度を測定するため、これまでのセラミックスを
利用した湿度センサと異なシ高温によるリフレッシュに
よって水を追い出す動作を必要とせず、かつ薄膜を用い
て素子を構成できるためメンテナンスフリーであシ小型
化、低駆動電力化できる利点がある。さらに、 Stプ
ロセスをオリ用できるためM錆化も図れる。
元性ガスに反応するが、還元性ガスのない雰囲気におけ
る温度センサとしては使用可能である。この結果から明
らかなようにCr HNl *W、Auは湿度のみを感
知するという改善があった0 〔実施例3」 第3図は本発明の第3の実施例を説明する図であって、
Si基板5上に、白金温度計6.IC部7.電極バッド
8が設けられている。素子部分の下部電極3にはNiを
用いである。これらの動作としては、素子部分で水分を
感知し、白金m度計6で温度を感知し、これらをIC部
7で演算して相対湿度を計算し、七の結果を電極バッド
8を逃して出力させる。このように演算を受は持つIC
部7及び白金温度計6と湿度センナの素子部分を同−S
t基板上に形成できる理由は、本発明のダイオード型湿
度センサがすべて薄膜で形成できること、高温によるリ
フレッシュを必要としないためである。この結果から明
らかなように、従来の技術に比べ、演算部を含めて小型
化、低消費電力化ができる改善があった0 (発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、ZnO薄膜とCr
* Nl + W * Auの薄膜とでショットキー
接合を構成し、これらの接合の隙間に入り込んだ水分全
電気分解することによショットキー接合の整流性を変化
させて湿度を測定するため、これまでのセラミックスを
利用した湿度センサと異なシ高温によるリフレッシュに
よって水を追い出す動作を必要とせず、かつ薄膜を用い
て素子を構成できるためメンテナンスフリーであシ小型
化、低駆動電力化できる利点がある。さらに、 Stプ
ロセスをオリ用できるためM錆化も図れる。
第1図は本発明の湿度センサの実施例、第2図は第1崗
の素子による感湿特性、第3図は第1図の素子と白金温
度計及びそれらの情報を処理して出力するxcg分を集
積化した湿度センサを示す。 l・・・・・・・・・ZnO膜 2・・・・・・・・・Cr * Auからなる下部1J
L極、3・・・・・・・・・Cr + Ni 、 W
* Auのいずれか一つの金属薄膜からなる上部電極 4・・・・・・・・・ガラス基板 5・・・・・・・・・St基板 6・・・・・・・・・白金温度計 7・・・・・・・・・IC部 8・・・・・・・・・電極パッド 特許出願人 日本電信電話株式会社 塔・−7 ほか1名 第2図 る湿特性
の素子による感湿特性、第3図は第1図の素子と白金温
度計及びそれらの情報を処理して出力するxcg分を集
積化した湿度センサを示す。 l・・・・・・・・・ZnO膜 2・・・・・・・・・Cr * Auからなる下部1J
L極、3・・・・・・・・・Cr + Ni 、 W
* Auのいずれか一つの金属薄膜からなる上部電極 4・・・・・・・・・ガラス基板 5・・・・・・・・・St基板 6・・・・・・・・・白金温度計 7・・・・・・・・・IC部 8・・・・・・・・・電極パッド 特許出願人 日本電信電話株式会社 塔・−7 ほか1名 第2図 る湿特性
Claims (1)
- Cr,Auと順次に積層して形成された下部電極上に
、電気抵抗率が10^−^2Ωcm以下の第1のZnO
層、電気抵抗率が10^RΩcm以上の第2のZnO層
を順次に積層した後、Cr,Ni,W,Au,Pd,P
tのうちの一種類の金属を積層したことを特徴とするダ
イオード型湿度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21597886A JPS6371648A (ja) | 1986-09-16 | 1986-09-16 | ダイオ−ド型湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21597886A JPS6371648A (ja) | 1986-09-16 | 1986-09-16 | ダイオ−ド型湿度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6371648A true JPS6371648A (ja) | 1988-04-01 |
Family
ID=16681387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21597886A Pending JPS6371648A (ja) | 1986-09-16 | 1986-09-16 | ダイオ−ド型湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6371648A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH047359U (ja) * | 1990-05-02 | 1992-01-23 | ||
| EP1254478A4 (en) * | 2000-01-19 | 2004-12-01 | Adrena Inc | A chemical sensor using chemically induced electron-hole production at a schottky barrier |
| US6903433B1 (en) | 2000-01-19 | 2005-06-07 | Adrena, Inc. | Chemical sensor using chemically induced electron-hole production at a schottky barrier |
| US7274082B2 (en) | 2000-01-19 | 2007-09-25 | Adrena, Inc. | Chemical sensor using chemically induced electron-hole production at a schottky barrier |
-
1986
- 1986-09-16 JP JP21597886A patent/JPS6371648A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH047359U (ja) * | 1990-05-02 | 1992-01-23 | ||
| EP1254478A4 (en) * | 2000-01-19 | 2004-12-01 | Adrena Inc | A chemical sensor using chemically induced electron-hole production at a schottky barrier |
| US6903433B1 (en) | 2000-01-19 | 2005-06-07 | Adrena, Inc. | Chemical sensor using chemically induced electron-hole production at a schottky barrier |
| US6998693B2 (en) | 2000-01-19 | 2006-02-14 | Adrena, Inc. | Chemical sensor using chemically induced electron-hole production at a schottky barrier |
| US7057213B2 (en) | 2000-01-19 | 2006-06-06 | Adrena, Inc. | Chemical sensor using chemically induced electron-hole production at a schottky barrier |
| US7274082B2 (en) | 2000-01-19 | 2007-09-25 | Adrena, Inc. | Chemical sensor using chemically induced electron-hole production at a schottky barrier |
| US7282778B2 (en) | 2000-01-19 | 2007-10-16 | Adrena, Inc. | Chemical sensor using chemically induced electron-hole production at a Schottky barrier |
| US7385271B2 (en) | 2000-01-19 | 2008-06-10 | Adrena, Inc. | Chemical sensor using chemically induced electron-hole production at a schottky barrier |
| US7391056B2 (en) | 2000-01-19 | 2008-06-24 | Adrena, Inc. | Chemical sensor using chemically induced electron-hole production at a Schottky barrier |
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