[發(fā)明專利]多量程叉指電容式濕度傳感器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310633521.6
• 申請(qǐng)日: 2013-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103675041A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛惠瓊;王瑋冰;田龍坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心
• 主分類號(hào): G01N27/22
• 分類號(hào): G01N27/22
• 代理公司: 無(wú)錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所 32104
• 代理人: 曹祖良;劉海

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多量程叉指電容式濕度傳感器，尤其是一種多量程并與CMOS工藝兼容的電容式濕度傳感器，屬于MEMS器件設(shè)計(jì)制造技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

濕度測(cè)量是MEMS?技術(shù)的一個(gè)主要應(yīng)用方面，濕度的檢測(cè)和控制技術(shù)已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。比如軍事，氣象，農(nóng)業(yè)，工業(yè)（特別是紡織，電子，食品），醫(yī)療，建筑以及家用電器等方面需要對(duì)濕度進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測(cè)，有些場(chǎng)合甚至需要對(duì)濕度進(jìn)行控制和報(bào)警，比如空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，溫室控制系統(tǒng)，倉(cāng)庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)濕度監(jiān)測(cè)，控制的需要促進(jìn)了對(duì)濕度傳感器的研究進(jìn)展。?

電容式的單片集成濕度傳感器采用鋁叉指結(jié)構(gòu)，叉指結(jié)構(gòu)濕度傳感器電容式濕度傳感器是硅微濕度傳感器的一種多量程主要類型，其基本原理是將濕度變化轉(zhuǎn)換為電容的變化。在叉指狀電容器以及電阻條上面覆蓋一層感濕介質(zhì)層－聚酰亞胺，當(dāng)外界環(huán)境中的相對(duì)濕度發(fā)生變化，感濕材料吸附/脫附空氣中的水汽分子，使得聚酰亞胺的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起叉指電容值的改變。濕敏電容值減小。通過(guò)電容檢測(cè)電路就可以將電容值轉(zhuǎn)化為電壓或電流信號(hào)進(jìn)行輸出。?

傳統(tǒng)濕度傳感器制備均采用?MEMS?體硅加工工藝，工藝復(fù)雜，加工成本昂貴，并且很難實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。傳統(tǒng)電容式壓力傳感器芯片主要缺點(diǎn)：（1）無(wú)法使其與CMOS工藝兼容，傳感器芯片的CMOS工藝集成化是傳感器研究和發(fā)展的趨勢(shì)；（2）單一的量程，只能針對(duì)某一特定的量程范圍進(jìn)行測(cè)試，使其不能得到最大限度的使用。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種多量程叉指電容式濕度傳感器，該傳感器靈敏度高，量程范圍大，并且提高了可制造性，制造成本低。?

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述多量程叉指電容式濕度傳感器，其特征是：包括多個(gè)連接在一起的傳感器單元，所述傳感器單元包括一對(duì)叉指狀的上電極和下電極，下電極和上電極穿過(guò)SiO₂氧化層設(shè)置在硅基底的同一表面上，上電極的叉指和下電極的叉指呈叉指狀交錯(cuò)排列，在上電極和下電極的叉指之間填充濕度敏感介質(zhì)；在所述上電極和下電極的上方設(shè)置鋁條，鋁條位于上電極和下電極的叉指之間，在鋁條和上電極之間填充濕度敏感介質(zhì)；在所述上電極和下電極正下方的硅基底上形成空腔，使下電極、上電極以及下電極和上電極叉指間的濕度敏感介質(zhì)直接與空氣接觸；所述傳感器單元由鋁條串聯(lián)在一起。?

所述上電極和下電極分別包括兩層金屬層，兩層金屬層之間由鎢塞連接。?

所述上電極和下電極采用金屬鋁。?

所述濕度敏感介質(zhì)為聚酰亞胺。?

所述每個(gè)傳感器單元分別由壓焊塊連接在硅基底上表面。?

所述每個(gè)傳感器單元的叉指面積不同。?

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述傳感器響應(yīng)迅速，靈敏度高，輸出范圍寬，耐高溫，濕滯誤差小，溫度特性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性好；本發(fā)明與?CMOS?工藝完全兼容，并利用電路工藝加工在先，后處理工藝在后的方式，保證了CMOS工藝的完整性和工藝次序的不被改變和打斷，易于實(shí)現(xiàn)批量化制造以及傳感器的微型化和智能化；本發(fā)明提高了電容式壓力傳感器的靈敏度和測(cè)量范圍，采用了不同膜面積的六個(gè)壓力傳感器進(jìn)行分段壓力測(cè)量的方式，從而通過(guò)一個(gè)傳感器陣列來(lái)提高測(cè)量范圍，彌補(bǔ)了單個(gè)傳感器測(cè)量范圍的不足。?

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述濕度傳感器的俯視圖。?

圖2為本發(fā)明所述傳感器單元的俯視圖。?

圖3為本發(fā)明所述傳感器單元的剖視圖。?

圖中的序號(hào)為：下電極1、上電極2、鋁條3、濕度敏感介質(zhì)7、硅基底8、空腔9、SiO₂氧化層10、壓焊塊11、傳感器單元12、鎢塞13。?

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。?