(57)【要約】【課題】  計測範囲が広く、かつ耐結露性を含む耐環境ストレスも良好な湿度センサおよびその製法を提供する。【解決手段】  本発明の湿度センサは、上部電極４と下部電極２とを備え、感湿膜３がペロブスカイト型構造を有する強誘電体からなる静電容量式湿度センサＳであって、前記ペロブスカイト型構造はＡＢＯxで表され、ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択された一つまたは二以上のものとされ、ＢがＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまたは二つのものとされ、ｘがほぼ３とされてなるものである。【選択図】  図１
2005031090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極と下部電極とを備え、感湿膜がペロブスカイト型構造を有する強誘電体からなる静電容量式湿度センサであって、
前記ペロブスカイト型構造はＡＢＯxで表され、
ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択された一つまたは二以上のものとされ、ＢがＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまたは二つのものとされ、ｘがほぼ３とされてなる
ことを特徴とする湿度センサ。
【請求項２】
感湿膜が薄膜とされてなることを特徴とする請求項１記載の湿度センサ。
【請求項３】
感湿膜の膜厚が１μｍ以下とされてなることを特徴とする請求項２記載の湿度センサ。
【請求項４】
感湿膜の膜厚が１５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲とされてなることを特徴とする請求項３載の湿度センサ。
【請求項５】
感湿膜の膜厚が２５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲とされてなることを特徴とする請求項４記載の湿度センサ。
【請求項６】
感湿膜表面が−ＯＨ基，−ＣＯ基，−ＳＯ基などの官能基により修飾されてなることを特徴とする請求項１記載の湿度センサ。
【請求項７】
前記官能基が−ＯＨ基とされてなることを特徴とする請求項６記載の湿度センサ。
【請求項８】
拡散防止膜の上に感湿膜が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の湿度センサ。
【請求項９】
所定膜厚の稠密な絶縁膜上に感湿膜が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の湿度センサ。
【請求項１０】
前記稠密な絶縁膜が強誘電体とされてなることを特徴とする請求項９記載の湿度センサ。
【請求項１１】
前記稠密な絶縁膜の強誘電体がペロブスカイト型構造を有してなることを特徴とする請求項１０記載の湿度センサ。
【請求項１２】
前記稠密な絶縁膜の強誘電体を構成するペロブスカイト型構造はＡＢＯxで表され、
ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択された一つまたは二以上のものとされ、ＢがＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまたは二つのものとされ、ｘがほぼ３とされてなる
ことを特徴とする請求項１１記載の湿度センサ。
【請求項１３】
前記稠密な絶縁膜の強誘電体を構成するペロブスカイト型構造はＰｂ（Ｚｒx，Ｔｉ1-x）Ｏyで表され、ｘが０≦ｘ≦１とされてなることを特徴とする請求項１１記載の湿度センサ。
【請求項１４】
ｘが０．５≦ｘ≦０．７とされてなることを特徴とする請求項１３記載の湿度センサ。
【請求項１５】
ｘが０．６５とされてなることを特徴とする請求項１４記載の湿度センサ。
【請求項１６】
感湿膜が吸着可能量増加処理膜とされてなることを特徴とする請求項１記載の湿度センサ。
【請求項１７】
感湿膜が強制的に分極させられてなることを特徴とする請求項１記載の湿度センサ。
【請求項１８】
上部電極が、該上部電極形成後に加熱されて多孔化されてなることを特徴とする請求項１記載の湿度センサ。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８のいずれか一項に記載の湿度センサを用いて構成されてなることを特徴とする湿度計測装置。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項１８のいずれか一項に記載の湿度センサを用いて湿度および温度の計測がなし得るよう構成されてなることを特徴とする計測装置。
【請求項２１】
請求項１ないし請求項１８のいずれか一項に記載の湿度センサを用いて該湿度センサ素子表面の結露が検知できるように構成されてなることを特徴とする計測装置。
【請求項２２】
湿度センサを加熱する加熱機構が備えられてなることを特徴とする請求項２１記載の計測装置。
【請求項２３】
請求項１ないし請求項１８のいずれか一項に記載の湿度センサを用いて上部電極、下部電極または前記各電極に接続されているリード線の断線が検知できるように構成されてなることを特徴とする計測装置。
【請求項２４】
基板の上に下部電極膜を形成し、該下部電極膜の上にペロブスカイト型構造を有する強誘電体の感湿膜を形成し、該感湿膜の上に上部電極膜を形成する静電容量式湿度センサの製法であって、
前記ペロブスカイト型構造はＡＢＯxで表され、
ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択された一つまたは二以上のものとされ、ＢがＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまたは二つのものとされ、ｘがほぼ３とされてなる
ことを特徴とする湿度センサの製法。
【請求項２５】
基板の上に下部電極膜を形成し、該下部電極膜の上に拡散防止膜を形成し、該拡散防止膜の上にペロブスカイト型構造を有する強誘電体の感湿膜を形成し、該感湿膜の上に上部電極膜を形成する静電容量式湿度センサの製法であって、
前記ペロブスカイト型構造はＡＢＯxで表され、
ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択された一つまたは二以上のものとされ、ＢがＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまたは二つのものとされ、ｘがほぼ３とされてなる
ことを特徴とする湿度センサの製法。
【請求項２６】
基板の上に下部電極膜を形成し、該下部電極膜の上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜の上にペロブスカイト型構造を有する強誘電体の感湿膜を形成し、該感湿膜の上に上部電極膜を形成する静電容量式湿度センサの製法であって、
前記ペロブスカイト型構造はＡＢＯxで表され、
ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択された一つまたは二以上のものとされ、ＢがＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまたは二つのものとされ、ｘがほぼ３とされてなる
ことを特徴とする湿度センサの製法。
【請求項２７】
感湿膜に対して吸着可能量増加処理をなすことを特徴とする請求項２４、２５または２６記載の湿度センサの製法。
【請求項２８】
前記吸着可能量増加処理を逆スパッタリング法またはエッチング法によりなすことを特徴とする請求項２７記載の湿度センサの製法。
【請求項２９】
感湿膜表面を官能基により修飾する修飾処理をなすことを特徴とする請求項２４、２５または２６記載の湿度センサの製法。
【請求項３０】
前記修飾処理を反応性スパッタリング法またはイオンプレーティング法によりなすことを特徴とする請求項２９記載の湿度センサの製法。
【請求項３１】
前記修飾処理を感湿膜成膜後、該感湿膜をただちに水、硫酸、カルボン酸などの官能基含有溶液と接触させることによりなすことを特徴とする請求項２９記載の湿度センサの製法。
【請求項３２】
感湿膜に対して強制分極処理をなすことを特徴とする請求項２４、２５または２６記載の湿度センサの製法。
【請求項３３】
前記強制分極処理を直流電圧を印加することによりなすことを特徴とする請求項３２記載の湿度センサの製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は湿度センサおよびその製法に関する。さらに詳しくは、空調機、環境試験機、植物育成室などの湿度制御、湿度モニターを行う乾燥機、調理器、掃除機の湿度検知、あるいは湿度変化の測定記録、認証を行う気象観測器、ラジオゾンデ、輸送機器などの湿度計測などに利用される湿度センサおよびその製法に関する。なお、ここで計測とは、測定などを包含する概念である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、雰囲気中の湿度を計測するセンサ、いわゆる湿度センサとして種々のものが提案されている。この湿度センサの計測方式は、抵抗変化により湿度を計測するものと静電容量変化により湿度を計測するものとに大別される。また、感湿部に使用される感湿材料は、ポリマーとセラミックスとに大別される。
【０００３】
ポリマーを使用して抵抗変化により湿度を計測する湿度センサとして、例えば特開昭６０−１７７２５４号公報に、テトラフルオロエチレンに親水性ポリマーをグラフト重合させたものに電極を取り付けたものが提案されている。
【０００４】
セラミックスを使用して抵抗変化により湿度を計測あるいは測定する湿度センサとして、例えば特開平４−３５９１４１号公報に、Ｚｎ，Ｃｒ，Ｌｉ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｎｉ，Ｃｅ複合酸化物に電極を取り付けたものが提案されている。
【０００５】
しかしながら、抵抗変化で湿度を計測あるいは測定する湿度センサは、低湿度側の測定が困難であるという問題があるとともに、静電容量変化により湿度を計測あるいは測定する湿度センサに比して結露に弱いという問題がある。その上、感湿材料としてポリマーを用いたものにあっては、それに加えて耐熱性をはじめとする耐環境性に劣るため、使用可能温度は２００℃に制限されるという問題もある。
【０００６】
ポリマーを使用して静電容量変化により湿度を計測あるいは測定する湿度センサとして、例えば特開平４−２６５８５０号公報には、アセチレン末端付加型ポリイミドオリゴマーを重合させることによって得られるポリマーを感湿膜とする湿度センサが提案されている。また、セラミックスを使用して静電容量変化により湿度を計測する湿度センサとして、例えば英国ミッシェル社のＣＥＲＭＥＴ（商品名）がある。
【０００７】
静電容量変化により湿度を計測する湿度センサは、抵抗変化により湿度を計測する湿度センサに比して計測範囲が広くて計測精度がよく、しかも応答性に優れている。ただし、感湿材料としてポリマーを用いたものにあっては、前記と同様に耐環境性の制約がある。また、その静電容量は０％Ｒ．Ｈ近くで１００〜数１００ｐＦであるにもかかわらず、１００％Ｒ．Ｈ近くになっても数１０ｐＦしか変化しない。そのため、ケーブルなどにおいて発生する浮遊静電容量の影響を受けやすく、ケーブルの長さは２ｍ程度が限界とされている。
【０００８】
英国ミッシェル社のＣＥＲＭＥＴは、極低湿度用のもので露点温度は−１００〜２０℃程度の範囲における計測に限られ、広く一般に計測が必要とされる湿度範囲を計測することができない。なお、市販されている湿度センサで、広く一般湿度を計測するものであって感湿材料としてセラミックスを用いて静電容量変化により湿度を計測するものは知られていない。
【０００９】
ただし、大学の研究室レベルでは、以下のものが知られている。
【００１０】
豊橋科学技術大学の藤井らによって、感湿部にＦｅＢＯ3薄膜を用いた静電容量式湿度センサが報告されている。しかしながら、藤井らの報告に係る湿度センサは高湿度側での特性が悪く実用レベルには達していない。
【００１１】
愛媛大学の定岡らによって、感湿部に（Ｐｂ9.91Ｌａ0.09）（Ｚｒ0.65Ｔｉ0.35）0.8375Ｏ3を用いた静電容量式湿度センサが報告されている。しかしながら、定岡らの報告に係る湿度センサは、本発明者の追試によれば感湿材料自体が潮解性があることが認められており、それがため耐水性が非常に劣るという致命的な欠点を有しているという問題がある。
【特許文献１】特開平４−２６５８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、計測範囲が広く、かつ耐結露性を含む耐環境ストレスも良好な湿度センサおよびその製法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の湿度センサは、上部電極と下部電極とを備え、感湿膜がペロブスカイト型構造を有する強誘電体からなる静電容量式湿度センサであって、前記ペロブスカイト型構造はＡＢＯxで表され、ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択された一つまたは二以上のものとされ、ＢがＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまたは二つのものとされ、ｘがほぼ３とされてなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の湿度センサにおいては、感湿膜が薄膜とされてなるのが好ましい。その場合、感湿膜の膜厚が１μｍ以下とされてなるのが好ましく、感湿膜の膜厚が１５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲とされてなるのがより好ましく、感湿膜の膜厚が２５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲とされてなるのがさらに好ましい。
【００１５】
また、本発明の湿度センサにおいては、感湿膜表面が−ＯＨ基，−ＣＯ基，−ＳＯ基などの官能基により修飾されてなるのが好ましい。その場合、前記官能基が−ＯＨ基とされてなるのがさらに好ましい。
【００１６】
さらに、本発明の湿度センサにおいては、拡散防止膜の上に感湿膜が形成されてなるのが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の湿度センサにおいては、所定膜厚の稠密な絶縁膜上に感湿膜が形成されてなるのが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明の湿度センサにおいては、前記稠密な絶縁膜が強誘電体とされてなるのが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明の湿度センサにおいては、前記稠密な絶縁膜の強誘電体がペロブスカイト型構造を有してなるのが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明の湿度センサにおいては、前記稠密な絶縁膜の強誘電体を構成するペロブスカイト型構造はＡＢＯxで表され、ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択された一つまたは二以上のものとされ、ＢがＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまたは二つのものとされ、ｘがほぼ３とされてなるのが好ましい。
【００２１】
あるいは、前記稠密な絶縁膜の強誘電体を構成するペロブスカイト型構造はＰｂ（Ｚｒx，Ｔｉ1-x）Ｏyで表され、ｘが０≦ｘ≦１とされてなるのが好ましい。その場合、ｘが０．５≦ｘ≦０．７とされてなるのが好ましく、ｘが０．６５とされてなるのがさらに好ましい。
【００２２】
さらに、本発明の湿度センサにおいては、感湿膜が吸着可能量増加処理膜とされてなるのが好ましい。
【００２３】
さらに、本発明の湿度センサにおいては、感湿膜が強制的に分極させられてなるのが好ましい。
【００２４】
さらに、本発明の湿度センサにおいては、上部電極が、該上部電極形成後に加熱されて多孔化されてなるのが好ましい。
【００２５】
本発明の湿度センサの製法の第１形態は、基板の上に下部電極膜を形成し、該下部電極膜の上にペロブスカイト型構造を有する強誘電体の感湿膜を形成し、該感湿膜の上に上部電極膜を形成する静電容量式湿度センサの製法であって、  前記ペロブスカイト型構造はＡＢＯxで表され、ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択された一つまたは二以上のものとされ、ＢがＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまたは二つのものとされ、ｘがほぼ３とされてなることを特徴とする。
【００２６】
本発明の湿度センサの製法の第２形態は、基板の上に下部電極膜を形成し、該下部電極膜の上に拡散防止膜を形成し、該拡散防止膜の上にペロブスカイト型構造を有する強誘電体の感湿膜を形成し、該感湿膜の上に上部電極膜を形成する静電容量式湿度センサの製法であって、前記ペロブスカイト型構造はＡＢＯxで表され、ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択された一つまたは二以上のものとされ、ＢがＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまたは二つのものとされ、ｘがほぼ３とされてなることを特徴とする。
【００２７】
本発明の湿度センサの製法の第３形態は、基板の上に下部電極膜を形成し、該下部電極膜の上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜の上にペロブスカイト型構造を有する強誘電体の感湿膜を形成し、該感湿膜の上に上部電極膜を形成する静電容量式湿度センサの製法であって、前記ペロブスカイト型構造はＡＢＯxで表され、ＡがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択された一つまたは二以上のものとされ、ＢがＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまたは二つのものとされ、ｘがほぼ３とされてなることを特徴とする。
【００２８】
本発明の湿度センサの製法においては、感湿膜に対して吸着可能量増加処理をなすのが好ましい。その場合、前記吸着可能量増加処理を逆スパッタリング法またはエッチング法によりなすのが好ましい。
【００２９】
また、本発明の湿度センサの製法においては、感湿膜表面を官能基により修飾する修飾処理をなすのが好ましい。その場合、前記修飾処理を反応性スパッタリング法またはイオンプレーティング法によりなしたり、前記修飾処理を感湿膜成膜後、該感湿膜をただちに水、硫酸、カルボン酸などの官能基含有溶液と接触させることによりなしたりするのが好ましい。
【００３０】
さらに、本発明の湿度センサの製法においては、感湿膜に対して強制分極処理をなすのが好ましい。その場合、前記強制分極処理を直流電圧を印加することによりなすのが好ましい。
【００３１】
しかして、本発明の湿度センサを用いて湿度を計測する湿度計測装置、湿度および温度の両方を計測する計測装置、湿度センサ素子表面の結露が検知できるように構成されてなる計測装置、上部電極、下部電極またはリード線の断線が検知できるように構成されてなることを特徴とする計測装置などが得られる。なお、結露が検知できるようにされている計測装置においては、湿度センサを加熱する加熱機構が備えられているのが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の湿度センサは、前記の如く構成されているので、計測範囲が広くてしかも耐結露性を含む耐環境性に優れているという効果を奏する。
【００３３】
また、本発明の湿度センサの好ましい形態は耐温度依存性が優れているので、その湿度センサを用いれば湿度の計測と同時に温度計測もなし得るという効果も奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００３５】
実施形態１
本発明の実施形態１に係る湿度センサを図１および図２に示す。
【００３６】
湿度センサＳは、図１および図２に示すように、長方形状の基板１と、基板１表面に形成される下部電極膜（以下、単に下部電極ということもある。）２と、下部電極膜２の表面に形成される感湿膜３と、感湿膜３表面に形成される多孔質上部電極膜（以下、単に上部電極ということもある。）４と、下部電極膜２に電気的に接続される下部電極リード線５と、多孔質上部電極膜４に電気的に接続される上部電極リード線６とを主要構成要素として備えてなる静電容量式湿度センサとされる。
【００３７】
基板１は、例えばアルミナ基板、サファイア基板、シリコン基板などの各種基板とされるが、高温環境下で使用される場合には耐熱性基板とされる。
【００３８】
下部電極膜２は電極膜本体２ａとリード部２ｂとを有するものとされ、例えばＮｉ、Ｐｔなどの金属、レニウム酸化物などの導電性酸化物などの導電性を有する材質の薄膜とされる。この下部電極膜２は、スパッタリング法、真空蒸着法などの公知の方法により基板１表面にリード部２ｂを基板１の一方の側部に位置させて形成される。
【００３９】
感湿膜３は強誘電体からなる膜とされ、前記電極膜本体２ａとリード部２ｂの前記電極膜本体２ａとの接続部とを覆うように形成される。この感湿膜３は、スパッタリング法などの公知の膜形成法により下部電極膜本体２ａとリード部２ｂの前記電極膜本体２ａとの接続部とを覆うように形成される。この場合、感湿膜３は薄膜とされるのが、応答速度の高速性を確保する点、およびヒステリシスの減少を図る点から好ましい。具体的には、膜厚は１μｍ以下であればよいが、あまり薄いと下部電極２と上部電極４との短絡を生ずるおそれがあるので、１５０ｎｍ〜７００ｎｍとされるのが好ましく、２５０ｎｍ〜６００ｎｍとされるのがより好ましい。
【００４０】
また、感湿膜３の表面は−ＯＨ基，−ＣＯ基，−ＳＯ基などの官能基により修飾する修飾処理がなされているのが好ましい。この修飾処理は、感湿膜３に反応性スパッタリング処理、イオンプレーティング処理を施すことにより、または成膜後ただちに水、硫酸、カルボン酸等の官能基含有溶液に接触させる、例えば官能基含有溶液に浸漬させることによりなされる。感湿膜３表面に対してこのような修飾処理を行うのは、適度な吸着水分量を確保するためである。つまり、検出される信号レベルを高くするためである。この場合、生産の容易性および結合エネルギーが強固である点から官能基は−ＯＨ基とされるのが好ましい。
【００４１】
さらに、感湿膜３は成膜後に逆スパッタリング法（またはエッチング法）により、人為的に感湿膜３表面の平滑度を下げて感湿膜３の表面積が増加させられてもよい。つまり、吸着できる水分量（以下、吸着可能量という）の増加を図る吸着可能量増加処理をなしてもよい。なお、このようにして得られた感湿膜３を「吸着可能量増加処理膜」と定義することにする。
【００４２】
ここで、前記強誘電体は次の特性を有するものとされる。
【００４３】
（１）比誘電率は１５０以上であること。比誘電率をこのようにするのは、低誘電率層の生成を防止するとともに、吸着水による容量変化を精度よく計測するためである。
【００４４】
（２）ペロブスカイト型構造を有するものであること。ペロブスカイト型構造を有するものとするのは、強誘電体とするためである。
【００４５】
（３）ペロブスカイト型構造の格子定数は２．５Å以上であること。格子定数をこのようにするのは、ペロブスカイト型構造において−ＯＨ基が形成されるのは格子頂点であるので、格子定数を２．５Å以上とすることにより格子点間の距離を水素結合の平均距離＋３δ（δ：水素結合距離の標準偏差）とすることができ、感湿膜３表面に吸着される水分子相互の水素結合を妨げて、応答速度の高速性および低ヒステリシスが確保されるからである。
【００４６】
（４）ペロブスカイト型構造が、次のいずれかの式により表されるものであること。
【００４７】
ペロブスカイト型構造がＡＢＯxで表されること。
【００４８】
ここに、ＡはＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａからなる群の中から選択された一つまたは二以上のものとされ、ＢはＴｉ，Ｚｒからなる群の中から選択された一つまたは二つのものとされ、ｘはほぼ３とされる。
【００４９】
ペロブスカイト型構造がＰｂ（Ｚｒx，Ｔｉ1-x）Ｏyで表されること。
【００５０】
ここに、ｘは０≦ｘ≦１とされればよいが、０．５≦ｘ≦０．７とされるのが好ましく、０．６５とされるのがより好ましく、またｙはほぼ３とされる。ペロブスカイト型構造を前記のもの、つまりＰＺＴとするのは、繰返し疲労に強く、かつキュリー温度が高いことによる。また、ｘを０．６５とするのは、このときに比誘電率が最大となるからである。
【００５１】
多孔質上部電極膜４はＡｕ，Ｎｉ，Ｗなどからなるものであって、電極膜本体４ａとリード部４ｂとを有しかつ所望の水分子透過性および導電性を有するものとされる。かかる特性を有する多孔質薄膜は、例えば多孔質上部電極膜４としてＡｕを用いた場合には、スパッタリング法、真空蒸着法、レーザアブレーション法などにより極薄い膜として形成することにより得られる。あるいは、やや厚めの膜を前述の手法にて形成した後に加熱することによっても得られる。また、ＮｉおよびＷを用いた場合にも同様にして形成することができる。図３および図４に、多孔質上部電極膜４の電子顕微鏡写真をそれぞれ示す。ここで、図３は倍率が３，０００倍のものを示し、図４は倍率が５０，０００倍のものを示す。
【００５２】
しかして、この多孔質上部電極膜４と下部電極膜２との導通を生じさせないようにするため、電極膜本体４ａは前記感湿膜３からはみ出すことのないように、またそのリード部４ｂは基板１の他方の側部に位置させて形成される。
【００５３】
下部電極膜２のリード部２ｂの端部と、下部電極リード線５の先端部との接続は、例えばリード線５の先端部に導電性クリップを設け、そのクリップによりリード部２ｂの端部を基板１ごと挾み込むようにしてなしてもよく、下部電極リード線５の先端部をリード部２ｂの端部に導電性の接着剤、ハンダ付け、ロー付けなどによりなしてもよく、また両者を併用してなしてもよい。また、上部電極膜４のリード部４ｂの端部と、上部電極リード線６の先端部との接続も同様にしてなされる。なお、接続部の機械的強度および美観を向上させるため、接続部をセラミックペーストにより固めてもよい。
【００５４】
次に、かかる構成とされている湿度センサＳの製法について説明する。
【００５５】
（１）アルミナ基板１を所定サイズに調整する。
【００５６】
（２）アルミナ基板１表面に下部電極膜２を所定パターンにて形成する。
【００５７】
（３）感湿膜３をスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などによりアルミナ基板１表面に下部電極膜２の電極膜本体２ｂを覆うように形成する。
【００５８】
（４）必要に応じて感湿膜３の成膜後に、逆スパッタリング、ケミカルエッチングなどにより吸着可能量増加処理をなしてもよい。
【００５９】
（５）必要に応じて反応性スパッタリング法により感湿膜３表面を−ＯＨ基，−ＣＯ基，−ＳＯ基などの官能基により修飾する。この場合、反応性スパッタリングに代えてイオンプレーティングを用いてもよい。あるいは、成膜後ただちに水、硫酸、カルボン酸などに接触させることにより、感湿膜３表面を−ＯＨ基，−ＣＯ基，−ＳＯ基などの官能基により修飾してもよい。
【００６０】
（６）感湿膜３の表面に多孔質上部電極膜４を所定パターンにて形成する。
【００６１】
（７）後熱処理を所定温度にて所定時間行う。
【００６２】
（８）下部電極膜２のリード部２ｂに下部電極側リード線５および多孔質上部電極膜４のリード部４ｂに上部電極側リード線６を接続する。これにより、湿度センサＳの製造が完了する。
【００６３】
この場合、（１）において大面積のアルミナ基板１を用いて（２）〜（７）の工程を行った後、大面積のアルミナ基板１をレーザカットなどにより所定サイズに分割してもよい。また、後熱処理および煮沸処理はリード線５，６を接続した後になしてもよく、熱処理は（５）および（７）の工程の後にそれぞれなしてもよい。さらに、（６）では感湿膜３上にＤＣスパッタリングによりＡｕの上部電極膜を形成し、（７）の後熱処理により上部電極膜を多孔質化して多孔質電極膜４としてもよい。図５および図６にＤＣスパッタリングにより得られた電極膜の顕微鏡写真を示す。図５および図６より感湿膜３上に均質な電極膜が形成されているのが認められる。なお、図３および図４は、図５および図６に示す電極膜に対して大気中で６００℃で２０時間加熱した状態、つまり後熱処理した状態の電極膜の顕微鏡写真である。図３および図４より、金が凝集して多孔質化して多孔質電極膜４なっているのがわかる。
【００６４】
しかして、得られた湿度センサＳの特性を調べたところ、所定温度範囲において所望の特性が得られた。また、ヒステリシスも実用上問題となるものではなかった。その上、前述したように、上部電極膜が多孔質上部電許膜４とされているので、感湿膜３における水分の速やかな吸脱着がなし得るのが理解される。
【００６５】
なお、実施形態１においては、下部電極２と上部電極４は長方形状の平板とされているが、上部電極４および下部電極２の形状ならびに電極２，４とリード線５，６との接続は各種とすることができ、例えば図７（ａ）〜図７（ｄ）に示すような形状とすることもできる。ここで、図７（ａ）は下部電極２を対向電極２Ａ，２Ｂとしてその上に感湿膜３および上部電極４をこの順で形成してなるものであり、図７（ｂ）は下部電極２を櫛の歯電極２Ｃ，２Ｄとしてその上に感湿膜３および上部電極４をこの順で形成してなるものであり、図７（ｃ）は上部電極４と下部電極２のそれぞれのリード線５，６をワイヤボンディングにより接続してなるものであり、図７（ｄ）は中央に透孔７を形成するとともに、上部電極４と下部電極２のそれぞれのリード線５，６をワイヤボンディングにより接続してなるものである。
【００６６】
実施形態２
本発明の実施形態２に係る湿度センサＳ１を図８（ａ）および（ｂ）に示す。
この実施形態２は実施形態１を改変してなるものであって、図８に示すように、下部電極膜２の上に拡散防止膜８を形成し、その上に感湿膜３および多孔質上部電極膜４をこの順で形成した後、下部電極膜２および上部電極膜４をそれぞれリード線５，６と接続してなるものである。
【００６７】
拡散防止膜８は例えばＴｉＯ2の薄膜とされ、例えばスパッタリング法や真空蒸着法により形成される。拡散防止膜８はＴｉＯ2薄膜に限定されるものではなく、ルテニウム酸化物などの一般にコンデンサに用いられている各種の拡散防止膜８とされてもよい。この拡散防止膜８を設けるのは、下部電極膜２を構成している材料が感湿膜３中に拡散し、それにより感湿膜３および下部電極膜２が劣化するのを防止するためである。
【００６８】
また、この実施形態２においては、実施形態１と同様に逆スパッタリング法により吸着可能量増加処理をなしてもよく、感湿膜３表面を官能基により修飾してもよい。
【００６９】
実施形態２の湿度センサＳ１は、下部電極２と感湿膜３との間に拡散防止膜８を設けているので、下部電極２を構成している材料が感湿膜３中に拡散して下部電極２が劣化されるのが防止されるとともに、下部電極２と上部電極４との短絡が防止されて製品の歩留まりが向上されるという実施形態１の湿度センサＳでは得られない効果も得られる。
【００７０】
実施形態３
本発明の実施形態３に係る湿度センサＳ２を図９（ａ）および（ｂ）に示す。
この実施形態３は実施形態１を改変してなるものであって、図９に示すように、下部電極膜２の上に絶縁膜９を形成し、その上に感湿膜３および多孔質上部電極膜４をこの順で形成した後、下部電極膜２および上部電極膜４をそれぞれリード線５，６と接続してなるものである。
【００７１】
この絶縁膜９を設けるのは次のような理由による。すなわち、用いる基板１の表面が粗い場合に通常どおりに感湿膜３を形成すると、図１０に示すように、下部電極膜２が形成されている基板１表面に感湿膜３による被覆がなされない箇所が発生し、そのような状態で上部電極膜４を形成すると、上部電極膜４と下部電極膜２との短絡が起こり湿度センサＳ２として機能しなくなるからである。
【００７２】
そのため、絶縁膜９は緻密で相当の厚さを有する強誘電体膜、例えばＰＺＴ膜とされて、例えばスパッタリング法により形成される。絶縁膜９はＰＺＴ膜に限定されるものではなく、前述した各種ペロブスカイト型構造を有するものを好適に用いることができる。この絶縁膜９の成膜は、前記絶縁膜９の特質から、成膜温度は高くし、例えば４００℃以上とし、ガス圧は比較的低くし、例えば０．４Ｐａ以下とされる。
【００７３】
感湿膜３は下部に絶縁膜９が形成されているので、計測のみに必要な膜、つまり粗くて薄い膜とすることができる。そのため、成膜温度は低くてよく例えば１５℃〜６５℃の範囲とされ、ガス圧は高くてよく、例えば１Ｐａ以下とされる。
【００７４】
また、この実施形態３では実施形態１と同様に、吸着可能量増加処理をなしてもよく、また感湿膜３表面を官能基により修飾してもよい。
【００７５】
さらに、この実施形態３では湿度センサＳ２としての感度を向上させるため、絶縁膜９および感湿膜３が分極処理（強制分極処理）がなされてもよい。すなわち、上部電極膜４の成膜後に絶縁膜９と感湿膜３に対して所定電圧の直流電圧を印加する処理がなされてもよい。印加する電界強度は４０Ｖ／ｍ〜４ｘ１０８Ｖ／ｍとされる。
【００７６】
なお、この分極処理は実施形態１および実施形態２においてなされてもよい。
【００７７】
実施形態３の湿度センサＳ２は、下部電極２と感湿膜３との間に絶縁膜９を設けているので、表面粗さの粗い基板１を用いることができるとともに、下部電極２を形成している金属粒子による悪影響を緩和することができる。例えば、下部電極２をミクロンオーダの粗い金属粒子により形成しても、下部電極２と上部電極４との短絡を防止できる。また、感湿膜３成膜時に基板１表面にチリなどが付着していて、そのチリが上部電極膜４の成膜時に脱落しても上部電極４と下部電極２とが短絡するのが防止されて製品の歩留まりが向上する。
【００７８】
さらに、絶縁膜９と感湿膜３とに直流電圧を印加して分極させている実施形態３の好ましい態様によれば、湿度センサＳ２の感度を著しく向上できるという実施形態１の湿度センサＳでは得られない効果が得られる。例えば、静電容量のオーダを１ランク上昇させることができる。また、上部電極４と下部電極２との間に直流電圧を印加することにより、上部電極４と下部電極２との間に短絡箇所があればその短絡箇所を消失させることもできる。そのため、製品の歩留まりも向上する。
【００７９】
次に、本発明の湿度センサＳによる温度計測について説明する。この温度計測は本発明の湿度センサＳの抵抗値と温度との間には一定の関係があるという知見に基づくものである。なお、以下の説明においては、便宜的に実施形態１の湿度センサＳを用いた温度計測について説明するが、温度計測が可能なものは実施形態１の湿度センサＳに限定されるものではなく、その他の実施形態の湿度センサＳによっても計測可能である。
【００８０】
図１１に、実施形態１の湿度センサＳを用いた温度計測装置Ａのブロック図を示す。
【００８１】
図１１（ａ）に示す温度計測装置Ａ１は、湿度センサＳと、湿度センサＳからの計測値に基づいて湿度センサＳの抵抗を計測する抵抗計測部２０と、抵抗計測部２０により計測された抵抗値により温度を算出する抵抗・温度テーブル３１を有する演算処理部３０とを主要構成要素として備えてなる。
【００８２】
温度計測装置Ａ１は前記の如く構成されているので、実施形態１の湿度センサＳを用いて温度計測がなし得る。
【００８３】
図１１（ｂ）に示す温度計測装置Ａ２は、湿度センサＳと、湿度センサＳからの計測値に基づいて湿度センサＳの静電容量および抵抗を計測する静電容量・抵抗計測部２２と、静電容量・抵抗計測部２２により計測された静電容量値および抵抗値により温度を算出する、静電容量・抵抗・温度テーブル３２を有する演算処理部３０とを主要構成要素として備えてなる。この静電容量・抵抗・温度テーブル３２は、湿度センサＳの抵抗値が湿度により若干変動するため、計測された静電容量値により湿度による抵抗値の変動を補償して温度を算出するように構成されている。そのため、温度計測装置Ａ２によれば、温度計測装置Ａ１より精度よく温度計測がなし得る。
【００８４】
しかして、かかる機能を有する温度計測装置Ａ１，Ａ２は、マイクロコンピュータを用いて容易に実現することができる。
【００８５】
このように、実施形態１の湿度センサＳによれば、湿度計測ばかりでなく、温度計測も同時になし得るのが理解される。
【００８６】
なお、図示例においては、演算処理部３０にテーブルを設けて湿度センサＳの計測値から温度を算出するようにされているが、関数により温度を算出するようにされてもよい。また、図示例ではソフトウエアにより温度を計測するようにされているが、温度計測専用の回路を設けて温度を計測するようにしてもよい。
【実施例】
【００８７】
以下、より具体的な実施例により、本発明をより具体的に説明する。
【００８８】
実施例１
下部電極膜が形成されたアルミナ基板に感湿膜を以下の条件で形成し、ついで得られた感湿膜を以下の条件で逆スパッタリング処理、後熱処理および後処理をした後、多孔質上部電極を形成して湿度センサを得た。
【００８９】
感湿膜成膜条件
膜質：ＰＺＴ（Ｚｒ＝０．６５）
基板温度：５００℃
使用ガス：Ａｒ，Ｏ2
使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ2＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃｃｍ
使用ガス総圧力：０．２９Ｐａ
ＲＦ出力：１００Ｗ
スパッタリング時間：２時間
逆スパッタリング条件
基板温度：５００℃
使用ガス：Ａｒ，Ｏ2
使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ2＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃｃｍ
使用ガス総圧力：０．２９Ｐａ
ＲＦ出力：１００Ｗ
時間：２５分
後熱処理条件
温度：６００℃
時間：２０時間
後処理条件
処理：煮沸
時間：２時間
得られた実施例１の湿度センサの各特性を調査し、その結果を図１２、１３、１５、１６、１７、１８に示す。
【００９０】
図１２は、温度をパラメータとして相対湿度と静電容量との関係を示したグラフで、図１２より実施例１の湿度センサは、温度依存性は有するものの、相対湿度と静電容量とは一定の関係を有しているのが認められる。また、相対湿度と静電容量との関係は再現性を有していことも認められる。なお、この温度依存性は測定器側の演算処理部により補正できるので、実用上問題はない。
【００９１】
図１３は、温度３０℃における相対湿度と湿度センサの静電容量との関係を示すグラフに、センサ素子表面に結露が生じたときの静電容量、および電極（電極膜）またはリード線が開放されたときの静電容量を併せて示したグラフである。
【００９２】
図１３より、センサ素子表面に結露が生じたときには静電容量値が相対湿度が１００％時における静電容量値よりも大きくなる一方、電極またはリード線が開放されたときには静電容量値が極端に小さくなるのがわかる。したがって、結露あるいは断線が生じたときには静電容量値が極端に変動すると理解できる。そのため、静電容量値の変動を監視することにより、センサ素子表面の結露あるいは電極やリード線の断線を検知できる。その検知は具体的には次のようにしてなし得る。
【００９３】
例えば、湿度計測装置における湿度センサの静電容量の検出値が１．０ｘ１０-１１Ｆ以下であれば断線として断線アラームを出力するようにする一方、静電容量の検出値が１．５ｘ１０-９Ｆ以上であればアラームを出力するようにする。後者の場合、結露アラームとしないのは、短絡の場合にも静電容量の検出値が異常に上昇するためである。なお、後者の場合、湿度センサにヒータ等の加熱機構が付加されていて昇温可能であれば、まず結露の可能性を考えてセンサ素子の温度を上昇させて、所定時間経過後に静電容量の検出値が所定値に復帰すれば、結露が解消されたと判断して測定を継続する。その逆に、所定時間が経過しても静電容量の検出値が所定値に復帰しなければ、アラームを出力する。
【００９４】
この場合、出力されるアラームは、例えば結露表示、断線表示、接点信号、ブザーなど種々のものとすることができ、その出力も例えば静電容量の検出値が閾値を超えるとただちになしたり、所定時間内における静電容量の検出値が閾値を超える回数が所定回を超えてからなすようにしてもよい。また、要アラームの判定に用いられる閾値も湿度センサに応じて適宜設定される。なお、結露の解消判断も同様とすることができる。
【００９５】
図１４に、かかる機能を有する計測装置をブロック図で示す。図１４に示す計測装置Ａ３においては、湿度センサＳの検出値が静電容量計測部２４に送出され、静電容量計測部２４は入力された検出値から静電容量を計測してその計測値を演算処理部３０に送出する。演算処理部３０の加熱指示部３５は静電容量の計測値が閾値を超えている場合、湿度センサＳに付加されているヒータＨに加熱を指示する。アラーム判定部３６は、静電容量の計測値に応じて断線アラーム、結露アラーム、短絡アラームを出力する。短絡アラームは、例えばヒータＨによる加熱を所定時間行なっても静電容量の計測値が所定値に復帰しない場合になされる。
【００９６】
このように、図１４に示す計測装置Ａ３によれば、湿度センサＳの異常に対して自動対応がなし得る。また、湿度センサＳの故障や結露などにより正常な計測がなし得ない状態を検知できることにより、湿度センサＳの不具合による異常値の記録、意図しない制御がなされるのが防止される。
【００９７】
図１５（ａ）は、塩化ナトリウム飽和塩によって充分な安定時間をおき、一定湿度雰囲気にされたデシケータに実施例１の湿度センサをすばやく挿入して湿度指示値（静電容量）の時間変化を記録したグラフである。なお、デシケータ内は無風とされ、またキャップは用いていない。
【００９８】
図１５（ｂ）は、比較のために感湿膜にポリマーを用いた市販の静電容量式湿度センサ（以下、比較例１の湿度センサという）の湿度指示値の時間変化を実施例１の湿度センサの場合と同一条件下で記録したグラフである。
【００９９】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）より、実施例１の湿度センサは１００秒程度で指示値が完全に安定するのが認められるのに対し、比較例１の湿度センサは３００秒が経過しても指示値が安定していないのが認められる。したがって、実施例１の湿度センサは、比較例１の湿度センサに対して応答性が優れているといえる。
【０１００】
図１６（ａ）は、実施例１の湿度センサの結露サイクル試験の結果を示すグラフであり、図１６（ｂ）は比較例１の湿度センサの結露サイクル試験の結果を示すグラフである。結露サイクル試験は、沸騰した純水でセンサ素子部分を３時間煮沸した後、常温・常湿で乾燥するという方法で行い、実施例１の湿度センサについては各基準湿度における静電容量を計測し、比較例１の湿度センサについては各基準湿度における湿度指示値を計測した。
【０１０１】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）より、実施例１の湿度センサは試験を行った各相対湿度において、静電容量変化を湿度指示値変化に換算した状態で、数％の変化しか認められず再現性を有しているのに対し、比較例１の湿度センサは試験を行った各相対湿度において、基準湿度に対する偏差が試験前の５％未満から１５％を超えるようになり再現性を有していないのが認められる。したがって、実施例１の湿度センサは比較例１の湿度センサに対して耐結露性に優れているといえる。
【０１０２】
図１７は、実施例１の湿度センサの温度をパラメータとして相対湿度と抵抗との関係を示すグラフである。図１７より、抵抗値の湿度依存性はほとんどないことが認められる。
【０１０３】
図１８は、実施例１の湿度センサの相対湿度０％における温度と抵抗との関係示したグラフである。図１８より、温度と抵抗との間には一定の関係があるのが認められる。
【０１０４】
図１２、図１７および図１８より、実施例１の湿度センサにより抵抗値のみで概略の温度を検出することもできるのが理解される。また、抵抗値と静電容量値を用いれば、精密に温度計測がなし得るのが理解される。つまり、実施例１の湿度センサにより湿度と温度の両方が同時に計測あるいは検出することができるのが理解される。さらに、図１３および図１４より湿度センサＳの断線や結露なども検知できるのも理解される。
【０１０５】
実施例２
下部電極膜が形成されたアルミナ基板に拡散防止膜および感湿膜を以下の条件で形成し、ついで得られた感湿膜を以下の条件で後熱処理および後処理をした後、多孔質上部電極を形成して湿度センサを得た。
【０１０６】
拡散防止膜成膜条件
膜質：ＴｉＯ2
基板温度：５００℃
使用ガス：Ａｒ，Ｏ2
使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ2＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃｃｍ
使用ガス総圧力：０．２４Ｐａ
ＲＦ出力：１００Ｗ
スパッタリング時間：３０分
感湿膜成膜条件
膜質：ＰＺＴ（Ｚｒ＝０．６５）
基板温度：５００℃
使用ガス：Ａｒ，Ｏ2
使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ2＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃｃｍ
使用ガス総圧力：０．２４Ｐａ
ＲＦ出力：１００Ｗ
スパッタリング時間：２時間
後熱処理条件
温度：６００℃
時間：２０時間
後処理条件
処理：煮沸
時間：４時間
得られた実施例２の湿度センサについて高温さらし試験を行った。また、比較のために感湿膜にポリマーを用いた市販の静電容量式湿度センサ（以下、比較例２の湿度センサという）について高温さらし試験を行った。高温さらし試験は、実施例２の湿度センサについては２５０℃の温度雰囲気に２４時間さらすことにより行い、比較例２の湿度センサについては２００℃の温度雰囲気に２４時間さらすことにより行った。
【０１０７】
図１９（ａ）に実施例２の湿度センサの各基準湿度に対する静電容量の試験前後の変化を示し、図１９（ｂ）に比較例２の湿度センサの各基準湿度に対する湿度指示値の試験前後の変化を示す。
【０１０８】
図１９（ａ）および図１９（ｂ）より、実施例２の湿度センサは試験を行った各基準湿度において、静電容量変化を湿度指示値変化に換算した状態で、数％の変化しか認められず再現性を有しているのに対し、比較例２の湿度センサは試験を行った各基準湿度において、基準湿度に対する偏差が試験前の５％程度から２５％近くにまでなり再現性を有していないのが認められる。したがって、実施例２の湿度センサは比較例２の湿度センサに対して耐高温さらし性に優れているといえる。
【０１０９】
実施例３および比較例３
下部電極膜が形成されたアルミナ基板に拡散防止膜および感湿膜を以下の条件で形成し、ついで得られた感湿膜を以下の条件で後熱処理および後処理をした後、多孔質上部電極を形成して湿度センサを得た（実施例３）。後処理をしなかった他は実施例３と同様にして湿度センサを得た（比較例３）。
【０１１０】
拡散防止膜成膜条件
膜質：ＴｉＯ2
基板温度：５００℃
使用ガス：Ａｒ，Ｏ2
使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ2＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃｃｍ
使用ガス総圧力：０．２８Ｐａ
ＲＦ出力：３００Ｗ
スパッタリング時間：３０分
感湿膜成膜条件
膜質：ＰＺＴ（Ｚｒ＝０．６５）
基板温度：５００℃
使用ガス：Ａｒ，Ｏ2
使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ2＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃｃｍ
使用ガス総圧力：０．２８Ｐａ
ＲＦ出力：３００Ｗ
スパッタリング時間：５時間
後熱処理条件
温度：６００℃
時間：２０時間
後処理条件
処理：煮沸
時間：２時間
実施例３および比較例３の湿度センサのそれぞれについて、相対湿度に対する静電容量の変化を温度をパラメータとして計測した。図２０にその結果を示す。
【０１１１】
図２０より、実施例３の湿度センサは、温度の違いによる静電容量計測値のずれが小さく、比較例３の湿度センサは、温度の違いによる静電容量計測値のずれが大きいのがわかる。したがって、実施例３の湿度センサの方が比較例３の湿度センサより特性が改善されているといえる。
【０１１２】
実施例４
下部電極膜が形成されたアルミナ基板に拡散防止膜および感湿膜を以下の条件で形成し、ついで得られた感湿膜を以下の条件で後熱処理および後処理をした後、多孔質上部電極を形成して湿度センサを得た。
【０１１３】
拡散防止膜成膜条件
膜質：ＴｉＯ2
基板温度：５００℃
使用ガス：Ａｒ，Ｏ2
使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ2＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃｃｍ
使用ガス総圧力：０．２８Ｐａ
ＲＦ出力：１００Ｗ
スパッタリング時間：３０分
感湿膜成膜条件
膜質：ＭｇＴｉＯ3
基板温度：５００℃
使用ガス：Ａｒ，Ｏ2
使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ2＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃｃｍ
使用ガス総圧力：０．２８Ｐａ
ＲＦ出力：１００Ｗ
スパッタリング時間：２時間
後熱処理条件
温度：６００℃
時間：２０時間
後処理条件
処理：煮沸
時間：２時間
実施例４の湿度センサについて、温度をパラメータとして相対湿度に対する静電容量の変化を計測した。図２１にその結果を示す。図２１より、実施例４の湿度センサは、温度の違いによる静電容量計測値のずれが小さいのがわかる。したがって、実施例４の湿度センサは耐温度依存性が優れているといえる。
【０１１４】
実施例５
下部電極膜が形成されたアルミナ基板に拡散防止膜および感湿膜を以下の条件で形成して湿度センサを得た。
【０１１５】
拡散防止膜成膜条件
膜質：ＴｉＯ2
基板温度：５００℃
使用ガス：Ａｒ，Ｏ2
使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ2＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃｃｍ
使用ガス総圧力：０．２８Ｐａ
ＲＦ出力：１００Ｗ
スパッタリング時間：３０分
感湿膜成膜条件
膜質：ＢａＴｉＯ3
基板温度：５００℃
使用ガス：Ａｒ，Ｏ2
使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ2＝１ｓｃｃｍ／０．５ｓｃｃｍ
使用ガス総圧力：０．２８Ｐａ
ＲＦ出力：１００Ｗ
スパッタリング時間：２時間
実施例５の湿度センサについて、温度をパラメータとして相対湿度に対する静電容量の変化を計測した。図２２にその結果を示す。図２２より、実施例５の湿度センサは、温度の違いによる静電容量計測値のずれが小さいのがわかる。      したがって、実施例５の湿度センサは耐温度依存性が優れているといえる。
【０１１６】
実施例６
下部電極膜が形成されたアルミナ基板に絶縁膜および感湿膜を以下の条件で形成し、ついで得られた感湿膜を以下の条件で後熱処理および後処理をした後、多孔質上部電極を形成して湿度センサを得た。
【０１１７】
絶縁膜成膜条件
膜質：ＰＺＴ（Ｚｒ＝０．６５）
基板温度：５００℃
使用ガス：Ａｒ，Ｏ2
使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ2＝３ｓｃｃｍ／０．３４ｓｃｃｍ
使用ガス総圧力：０．３２Ｐａ
ＲＦ出力：２００Ｗ
スパッタリング時間：８時間
感湿膜成膜条件
膜質：ＰＺＴ（Ｚｒ＝０．６５）
基板温度：１５〜６２℃
使用ガス：Ａｒ，Ｏ2
使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ2＝１０ｓｃｃｍ／１．３１ｓｃｃｍ
使用ガス総圧力：０．９２Ｐａ
ＲＦ出力：２００Ｗ
スパッタリング時間：８時間
後熱処理条件
温度：６００℃
時間：２０時間
後処理条件
処理：ＤＣ１２０Ｖ印加
実施例６の湿度センサについて、温度をパラメータとして相対湿度に対する静電容量の変化を計測した。図２３（ａ）にその結果を示す。図２３（ａ）より、実施例６の湿度センサは、初期静電容量および静電容量変化量が大きいのがわかる。また、実施例６の湿度センサについて、温度をパラメータとして相対湿度に対する抵抗の変化を計測した。図２３（ｂ）にその結果を示す。図２３（ｂ）より、実施例６の湿度センサは、実施例１の湿度センサに比較して抵抗値が高いのが理解される（図１７参照）。これにより、計測回路の実現が容易となりので、信頼性の高い計測がなし得る。
【０１１８】
実施例７
下部電極膜が形成されたアルミナ基板に感湿膜を以下の条件で形成し、ついで得られた感湿膜を以下の条件で後熱処理および後処理をした後、多孔質上部電極を形成して湿度センサを得た。
【０１１９】
感湿膜成膜条件
膜質：ＰＺＴ（Ｚｒ＝０．６５）
基板温度：５００℃
使用ガス：Ａｒ，Ｏ2
使用ガス組成比：Ａｒ／Ｏ2＝３ｓｃｃｍ／０．３４ｓｃｃｍ
使用ガス総圧力：０．３２Ｐａ
ＲＦ出力：２００Ｗ
スパッタリング時間：８時間
後処理条件
処理：ＤＣ３．５Ｖ印加
実施例７の湿度センサについて、温度をパラメータとして相対湿度に対する静電容量の変化を計測した。図２４にその結果を示す。図２４より、実施例７の湿度センサは他の実施例の湿度センサより静電容量が一桁程度大きいことがわかる。したがって、実施例７の湿度センサは、他の実施例の湿度センサよりより精度の高い計測がなし得る。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明の湿度センサは湿度を計測する各種計測装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の実施形態１の湿度センサの正面図である。
【図２】同側面断面図である。
【図３】多孔質上部電極膜の後熱処理後における倍率が３，０００倍の電子顕微鏡写真である。
【図４】多孔質上部電極膜の後熱処理後における倍率が５０，０００倍の電子顕微鏡写真である。
【図５】多孔質上部電極膜の後熱処理前における倍率が３，０００倍の電子顕微鏡写真である。
【図６】多孔質上部電極膜の後熱処理前における倍率が５０，０００倍の電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明の実施形態１の湿度センサは変形例を示す概略図であって、同（ａ）は下部電極を対向電極としてなるものであり、同（ｂ）は下部電極を櫛の歯電極としてなるものであり、同（ｃ）は上部電極と下部電極をそれぞれワイヤボンディングにより接続してなるものであり、同（ｄ）は中央に透孔を形成し、かつ上部電極と下部電極をそれぞれワイヤボンディングにより接続してなるものである。
【図８】本発明の実施形態２の湿度センサの概略図であって、同（ａ）は正面図、同（ｂ）は側面断面図をそれぞれ示す。
【図９】本発明の実施形態３の湿度センサの概略図であって、同（ａ）は正面図、同（ｂ）は側面断面図をそれぞれ示す。
【図１０】基板表面が粗い場合に上部電極と下部電極との短絡が生ずることを示す説明図である。
【図１１】実施形態１の湿度センサを用いた温度計測装置のブロック図であって、同（ａ）は抵抗値のみにより計測をなす装置を示し、同（ｂ）は抵抗値と静電容量値により計測をなす装置を示す。
【図１２】実施例１の湿度センサの相対湿度と静電容量との関係を示すグラフである。
【図１３】実施例１の湿度センサの相対湿度と静電容量との関係を示すグラフである。
【図１４】実施例１の湿度センサを用いた計測装置の一例のブロック図である。
【図１５】湿度センサの応答性を示すグラフであって、同（ａ）は実施例１を示し、同（ｂ）は比較例１を示す。
【図１６】湿度センサの結露サイクル試験結果のグラフであって、同（ａ）は実施例１を示し、同（ｂ）は比較例１を示す。
【図１７】実施例１の湿度センサの相対湿度と抵抗との関係を示すグラフである。
【図１８】実施例１の湿度センサの温度と抵抗との関係を示すグラフである。
【図１９】湿度センサの高温さらし試験結果のグラフであって、同（ａ）は実施例２を示し、同（ｂ）は比較例２を示す。
【図２０】実施例３の湿度センサと比較例３の湿度センサの相対湿度と静電容量との関係を示すグラフである。
【図２１】実施例４の湿度センサの相対湿度と静電容量との関係を示すグラフである。
【図２２】実施例５の湿度センサの相対湿度と静電容量との関係を示すグラフである。
【図２３】実施例６の湿度センサの特性を示すグラフであって、同（ａ）は相対湿度と静電容量との関係を示し、同（ｂ）は相対湿度と抵抗との関係を示す。
【図２４】実施例７の湿度センサの相対湿度と静電容量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２２】
１      基板
２      下部電極膜、下部電極
３      感湿膜
４      上部電極膜、上部電極
５      下部電極リード線
６      上部電極リード線
７      透孔
８      拡散防止膜
９      絶縁膜
２０      抵抗計測部
２２      静電容量・抵抗計測部
２４      静電容量計測部
３０      演算処理部
３１      抵抗・温度テーブル
３２      静電容量・抵抗・温度テーブル
３５      加熱指示部
３６      アラーム判定部
Ａ      温度計測装置
Ｓ      湿度センサ
Ｈ      ヒータ
【図１】
2005031090.tif 000003
【図２】
2005031090.tif 000004
【図３】
2005031090.tif 000005
【図４】
2005031090.tif 000006
【図５】
2005031090.tif 000007
【図６】
2005031090.tif 000008
【図７】
2005031090.tif 000009
【図８】
2005031090.tif 000010
【図９】
2005031090.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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