[發明專利]帶加熱單元的微型碳納米管濕度傳感器芯片

有效

• 申請號: 201310177041.3
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103236429A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 劉曉為;李拓;尹亮;付強;董長春
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01L27/01
• 分類號: H01L27/01;B82Y15/00;G01N27/02;G01N27/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是通過兼容于標準CMOS?IC工藝制作微型碳納米管濕度傳感器的技術領域。?

背景技術

濕度傳感器在氣象監測、工業生產、倉儲、家用電器等領域具有廣泛應用，成為目前最通用的化學傳感器之一。目前市場上主流的傳感器濕敏材料主要包括半導體陶瓷材料和有機高分子材料。但隨著科學技術的進步和生產生活要求的不斷提高，開發基于新型濕敏材料和集成化的濕度傳感器是科研和市場化的普遍要求；而且兼具溫濕度、壓力及生物化學物質檢測性能的多功能傳感器，是傳感器的未來發展趨勢，同時也需要提高傳感器的集成度。

新興的納米材料碳納米管因具有納米級直徑與微米級長度，比表面積大、吸附能力強，成為最熱的新型濕敏材料。碳納米管濕度傳感器具有響應速度快、靈敏度高、可室溫工作和適合微型化的優點，應用前景良好。

目前，能兼容于集成電路工藝的可用濕敏材料主要是有機高分子和少數納米材料，如聚酰亞胺等高分子聚合物，此物質與CMOS工藝兼容較好，但此種材料制作的傳感器響應速度慢，敏感薄膜制備溫度高，水汽脫附困難問題，故目前集成化濕度傳感器普遍存在著在高濕環境下濕度檢測困難及失效問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前集成化濕度傳感器普遍存在著在高濕環境下濕度檢測困難及失效問題，提供了一種帶加熱單元的微型碳納米管濕度傳感器芯片。

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一種帶加熱單元的微型碳納米管濕度傳感器芯片的襯底層為硅襯底層，硅襯底層上面設置有整層二氧化硅外延層；二氧化硅外延層上面中間部分設置有金屬一層，金屬一層的結構具體為一對叉指電極層結構；在二氧化硅外延層邊緣處設置有與金屬叉指電極導電連通的輸出接口焊盤；在叉指電極結構的周圍設置有金屬二層及其多個多晶硅電阻，金屬二層結構為多個多晶硅電阻的連線，所有多晶硅電阻的連接方式為并聯，并將其電源輸入接口設置在二氧化硅外延層邊緣處；在暴露出的二氧化硅外延層上、金屬一層上、金屬二層上和多個多晶硅電阻上設置有整層鈍化層，鈍化層為最頂層，保護性地覆蓋所有層結構；在鈍化層上刻蝕出多個焊盤窗口，每個焊盤窗口都位于叉指電極正上方并暴露出叉指電極，多個焊盤窗口以方形陣列形式排列，同一叉指電極上的焊盤窗口以最小間距排列；在鈍化層上面中間部，即焊盤窗口陣列和叉指電極對結構的正上方，設置有整層碳納米管濕度敏感薄膜，覆蓋住整個叉指電極對的區域；所述碳納米管濕度敏感薄膜的覆蓋工藝為不損害芯片的濺射工藝、絲網印刷工藝或者懸涂工藝；上述所有層結構及多個多晶硅電阻結構都是用CADENCE版圖繪制軟件，通過標準CMOS?IC工藝制作；工藝的特征尺寸為0.5um、0.35um、0.18um或非標準等工藝條件。

本發明能在高濕環境下對室溫條件下的濕度進行長期穩定、高速準確的檢測。本發明還具有結構簡單、尺寸小、與標準IC工藝兼容性好、制作成本低和成品率高的優點。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

具體實施方式

????具體實施方式一：結合圖1說明，本實施方式的襯底層為硅襯底層，硅襯底層上面設置有整層二氧化硅外延層；二氧化硅外延層上面中間部分設置有金屬一層3，金屬一層3的結構具體為一對叉指電極層結構；在二氧化硅外延層邊緣處設置有與金屬叉指電極導電連通的輸出接口焊盤5；在叉指電極結構的周圍設置有金屬二層及其多個多晶硅電阻1，金屬二層結構為多個多晶硅電阻1的連線，所有多晶硅電阻1的連接方式為并聯，并將其電源輸入接口6設置在二氧化硅外延層邊緣處；在暴露出的二氧化硅外延層上、金屬一層3上、金屬二層上和多個多晶硅電阻1上設置有整層鈍化層，鈍化層為最頂層，保護性地覆蓋所有層結構；在鈍化層上刻蝕出多個焊盤窗口2，每個焊盤窗口2都位于叉指電極正上方并暴露出叉指電極，多個焊盤窗口2以方形陣列形式排列，同一叉指電極上的焊盤窗口2以最小間距排列；在鈍化層上面中間部，即焊盤窗口2陣列和叉指電極對結構的正上方，設置有整層碳納米管濕度敏感薄膜4，覆蓋住整個叉指電極對的區域；所述碳納米管濕度敏感薄膜4的覆蓋工藝為不損害芯片的濺射工藝、絲網印刷工藝或者懸涂工藝；上述所有層結構及多個多晶硅電阻1結構都是用CADENCE版圖繪制軟件，通過標準CMOS?IC工藝制作；工藝的特征尺寸為0.5um、0.35um、0.18um或非標準等工藝條件。

工作原理：該濕度傳感器芯片在工作時，將該傳感器芯片置入待測濕度的環境中，將芯片的接口焊盤5連接正弦波信號源，對傳感器施加中頻正弦波激勵信號，通過讀取反映環境濕度的傳感器薄膜4的電阻和電容的變化，獲知環境濕度的變化情況。在碳納米管濕度敏感薄膜4周圍設置多晶硅電阻1的并聯結構，將直流電源通過對多晶硅電阻1并聯結構的電源輸入接口6接入，定期對多晶硅電阻1構成的加熱單元通電，通過提升碳納米管濕度敏感薄膜4的表面溫度，促進水汽及其它吸附雜質的脫附，實現傳感器在高濕度環境下能正常工作。