[發明專利]基于氧化石墨烯的電容式相對濕度傳感器

無效

• 申請號: 201110098038.3
• 申請日: 2011-04-19
• 公開（公告）號: CN102253091A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 趙成龍;黃慶安;秦明;畢恒昌;尹奎波
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;B81B7/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種基于標準CMOS(互補金屬氧化物半導體)工藝和MEMS(微電子機械系統)后處理技術的相對濕度傳感器，尤其是一種采用氧化石墨烯作為濕度敏感介質的電容式相對濕度傳感器。

背景技術

濕度傳感器在軍事、氣象、農業、工業控制、醫療器械等許多領域有著廣泛的應用。在過去的幾十年里，有許多針對電容式、電阻式、壓阻式、光學式等類型濕度傳感器的研究。在商用領域中，電容式濕度傳感器應用最為廣泛，這是因為電容式濕度傳感器靈敏度高、功耗小、制造成本低。用標準CMOS工藝加工出來的濕度傳感器具有體積小、價格低、產品一致性好等優點，是近幾年來濕度傳感器研究的熱點。而且，利用標準CMOS工藝容易將濕度傳感器和檢測電路單片集成，這樣可以提高濕度檢測系統的穩定性和抗干擾能力。2004年，中國人顧磊提出了一種利用CMOS工藝制作的電容式相對濕度傳感器，該濕度傳感器的敏感單元為平鋪梳齒電容結構，將梳狀多晶硅加熱電阻置于梳齒狀電極的下方，相鄰電極之間填充濕度敏感介質，采用聚酰亞胺作為濕度敏感介質，這種電容式濕度傳感器的電容主要由梳齒狀電極側壁面積決定，由于利用CMOS工藝加工傳感器時，梳齒狀電極的厚度很難做到很大，所以要達到較高的靈敏度，需要增加梳齒狀電極數量，這樣勢必會增加芯片面積，如此很難體現出微傳感器體積小的優勢，而且采用聚酰亞胺作為敏感材料，傳感器響應較慢。

發明內容

技術問題：本發明要解決的技術問題是提出一種與標準CMOS工藝兼容的基于氧化石墨烯的電容式相對濕度傳感器，具有靈敏度高，響應速度快，濕滯回差小，結構簡單，長期穩定性好等優點。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提出一種基于氧化石墨烯的電容式相對濕度傳感器，其特征在于：該濕度傳感器包括襯底、自襯底向上依次設置在襯底上的氧化層、加熱條、絕緣層，該濕度傳感器還包括第一電容電極、第二電容電極、鈍化層和濕度敏感介質，第一電容電極、第二電容電極分別設在絕緣層上，在第一電容電極和第二電容電極上分別設有鈍化層，濕度敏感介質設在第一電容電極和第二電容電極之間，濕度敏感介質還設在第一電容電極和第二電容電極上方，鈍化層位于第一電容電極與濕度敏感介質之間以及第二電容電極與濕度敏感介質之間。

優選的，加熱條為條狀且等間距排列，加熱條由第一加熱條引線和第二加熱條引線引出。

優選的，第一電容電極、第二電容電極為梳齒狀且交錯排列，即相鄰的第一電容電極之間設有第二電容電極，相鄰的第二電容電極之間設有第一電容電極，其中，第一電容電極由第一電極引線引出，第二電容電極由第二電極引線引出。

優選的，第一電容電極、第二電容電極分別為鋁電極。

優選的，鈍化層為氮化硅層。

優選的，濕度敏感介質為氧化石墨烯。

優選的，加熱條為多晶硅加熱條。

優選的，絕緣層為二氧化硅絕緣層。

有益效果：本發明工藝步驟簡單，利用標準CMOS工藝與MEMS加工技術相結合進行制造，成本低，精度高，長期穩定性好。本發明提出的濕度傳感器采用氧化石墨烯作為濕度敏感介質，氧化石墨烯結構中含有親水基團，而且氧化石墨烯表面形貌比較褶皺，相比平坦的形貌，這種褶皺形貌的單位面積上含有更多的親水基團，有利于水汽分子的吸附與脫附，所以基于氧化石墨烯的電容式相對濕度傳感器靈敏度高，響應速度快。采用多晶硅電阻條進行加熱可以減小濕滯回差。

附圖說明

圖1是本發明提供的基于氧化石墨烯的電容式相對濕度傳感器的截面圖，圖中有：襯底1，氧化層2，加熱條3，絕緣層4，第一電容電極5，第二電容電極6，鈍化層7，濕度敏感介質8；圖2是本發明提供的基于氧化石墨烯的電容式相對濕度傳感器的俯視圖，圖中有：氧化層2，第一加熱條引線31，第二加熱條引線32，第一電極引線51，第二電極引線61，鈍化層7，濕度敏感介質8；圖3是本發明提供的基于氧化石墨烯的電容式相對濕度傳感器的電容電極結構俯視圖，圖中有：氧化層2，第一電容電極5，第二電容電極6，第一電極引線51，第二電極引線61，濕度敏感介質8；圖4是本發明提供的基于氧化石墨烯的電容式相對濕度傳感器的絕緣層結構俯視圖，圖中有：氧化層2，絕緣層4，濕度敏感介質8；圖5是本發明提供的基于氧化石墨烯的電容式相對濕度傳感器的加熱條結構俯視圖，圖中有：氧化層2，加熱條3，第一加熱條引線31，第二加熱條引線32，濕度敏感介質8；

圖6是本發明提供的基于氧化石墨烯的電容式相對濕度傳感器的濕度敏感介質表面形貌SEM（掃描電子顯微鏡）圖。

具體實施方式