[發明專利]基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器及其制法

有效

• 申請號: 201510001576.4
• 申請日: 2015-01-04
• 公開（公告）號: CN104697661B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 黃見秋;邢朝進
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01K7/34
• 分類號: G01K7/34;G01N27/22
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 黃成萍

技術領域

本發明涉及一種基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器及其制備方法，屬于微機電技術。

背景技術

集成溫濕度傳感器在工農業生產、國防航空、氣象預報、醫療衛生、食品加工、環保等領域有著重要的應用。采用集成電路工藝或MEMS工藝制備的集成溫濕度傳感器具有功耗低、體積小、價格低、產品一致性好等優點，是目前溫濕度傳感器的主要形式。

2001年SPark(人名)等人提出一種集成溫濕度傳感器，其中，濕度傳感器為叉指電容式濕度傳感器，溫度傳感器為熱敏電阻溫度傳感，溫度傳感器分布于叉指電極之間。2011年J.Courbat(人名)等人提出一種集成溫濕度傳感器，其中，濕度傳感器為叉指電容式濕度傳感器，溫度傳感器為熱敏電阻溫度傳感，濕度和溫度傳感器并列放置。

隨著石墨烯及其衍生材料的發展，相關材料也被用于溫濕度傳感器的研制。2011年，Cheng-Long Zhao(人名)等人提出使用氧化石墨烯作為濕度敏感材料，制成叉指結構的電容式濕度傳感器，獲得良好的感濕特性。2013年，Chun-HuaCai(人名)等人利用體硅制成的立體叉指結構作為敏感電容，氧化石墨烯作為溫度敏感電極制備了電容式溫度傳感器結構，也獲得良好的感溫性能。氧化石墨烯既是一種感濕材料，又是一種感溫材料，基于氧化石墨烯的電容式溫度傳感器和電容式濕度傳感器都具有優異的性能，但溫濕度交叉敏感問題需要解決。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器及其制備方法，通過集成結構同時測量溫度和濕度參量，解決氧化石墨烯的溫濕度交叉敏感的問題，并同時減小器件尺寸。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器，包括由下至上依次設置的襯底、下叉指電極對、溫敏氧化石墨烯層、下隔離層、中間電極、上隔離層、上叉指電極對和濕敏氧化石墨烯層，下叉指電極對、溫敏氧化石墨烯層和下隔離層構成溫度敏感電容，上隔離層、上叉指電極對和濕敏氧化石墨烯層構成濕度敏感電容；下隔離層完全包覆溫敏氧化石墨烯層，防止濕氣對溫敏氧化石墨烯層產生影響；中間電極接地，使得溫度敏感電容和濕度敏感電容相互隔離。

具體的，所述溫敏氧化石墨烯層覆蓋下叉指電極對，下隔離層完全包覆溫敏氧化石墨烯層，上隔離層覆蓋中間電極，濕敏氧化石墨烯層覆蓋叉指電極對。

一種基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器的制備方法，包括如下步驟：

(1)準備玻璃或陶瓷片作為襯底；

(2)在襯底上濺射或蒸發一層金屬鋁，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成下叉指電極對；

(3)通過噴涂打印技術在下叉指電極對上形成圖形化的溫敏氧化石墨烯層并加熱固化；

(4)采用PECVD或濺射在溫敏氧化石墨烯層上淀積一層氧化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成下隔離層；

(5)在下隔離層上濺射或蒸發一層金屬鋁，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成中間電極；

(6)采用PECVD或濺射在中間電極上淀積一層氧化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成上隔離層；

(7)在上隔離層上濺射或蒸發一層金屬鋁，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成上叉指電極對；

(8)通過噴涂打印技術在上叉指電極對上形成圖形化的溫敏氧化石墨烯層并加熱固化。

有益效果：本發明提供的基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器及其制備方法，通過三維堆疊結構將基于氧化石墨烯的電容式溫度傳感器和電容式濕度傳感器集成在一起，在減小器件尺寸的同時，使得下方溫敏氧化石墨烯層與濕氣隔離，因此相對應的溫度敏感電容只對溫度敏感；此外，溫度敏感電容的測量結果可以對濕度敏感電容的溫度漂移進行修正，由此獲得準確的溫濕度測量結果。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。