JPS6371648A - ダイオ−ド型湿度センサ - Google Patents

ダイオ−ド型湿度センサ

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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
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layer
zno
humidity
lower electrode
humidity sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP21597886A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeyuki Tsurumi
重行 鶴見
Kazuo Mogi
一男 茂木
Juichi Noda
野田 壽一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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。

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。
(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。
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。
Proceedings of the Intern
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〔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。
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。
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP21597886A 1986-09-16 1986-09-16 ダイオ−ド型湿度センサ Pending JPS6371648A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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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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