[發(fā)明專(zhuān)利]基于相位檢測(cè)原理的MEMS濕度傳感器及制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110986216.X
• 申請(qǐng)日: 2021-08-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113670994A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王耀;蘭之康;江洲瑋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京高華科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N27/22
• 分類(lèi)號(hào): G01N27/22;B81C1/00;B81B7/02
• 代理公司: 北京中知法苑知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11226
• 代理人: 李明;趙吉陽(yáng)

本發(fā)明提供基于相位檢測(cè)原理的MEMS濕度傳感器及制備方法，包括：CPW傳輸線(xiàn)，設(shè)置在襯底上，該CPW傳輸線(xiàn)包括CPW信號(hào)線(xiàn)以及CPW信號(hào)線(xiàn)兩側(cè)的CPW地線(xiàn)，在CPW信號(hào)線(xiàn)中間部位的下方襯底設(shè)置凹槽；MEMS梁，位于凹槽的底面和靠近CPW地線(xiàn)的兩個(gè)側(cè)面上；MEMS薄膜，位于凹槽上方，與CPW信號(hào)線(xiàn)的底面接觸，且MEMS薄膜表面設(shè)置通孔；感濕層，位于MEMS梁和MEMS薄膜之間并填滿(mǎn)凹槽的內(nèi)部空間。利用凹槽內(nèi)感濕層的吸水性來(lái)感測(cè)外部環(huán)境的濕度，感濕層的介電常數(shù)會(huì)隨著濕度發(fā)生變化，引起MEMS梁與CPW信號(hào)線(xiàn)之間的電容改變，使CPW傳輸線(xiàn)上RF信號(hào)的相位發(fā)生變化，測(cè)量RF信號(hào)的相位便可獲取環(huán)境濕度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及射頻微電子機(jī)械系統(tǒng)（RF MEMS）技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于相位檢測(cè)原理的MEMS濕度傳感器及制備方法。

背景技術(shù)

濕度，通常是指空氣中水蒸氣的含量，它用來(lái)反映大氣的干濕程度?？諝鉂穸扰c民眾日常工作、生活和生產(chǎn)有著直接的聯(lián)系，所以對(duì)于濕度的監(jiān)測(cè)與控制顯得越來(lái)越重要。然而，在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測(cè)量的參數(shù)之一。傳統(tǒng)的濕度計(jì)已經(jīng)越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)階段的實(shí)際需要，所以對(duì)于新型濕度傳感器的研究十分必要。濕度傳感器已經(jīng)在包括國(guó)防航空、氣象檢測(cè)、工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，并且近年來(lái)，微型化是濕度傳感器發(fā)展的一個(gè)重要方向，現(xiàn)有的微型濕度傳感器主要包括電容式、電阻式和壓阻式等類(lèi)型。目前，迫切需求一種高能性的MEMS濕度傳感器，并具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、高靈敏度、低成本等特點(diǎn)。隨著人類(lèi)步入信息時(shí)代，MEMS傳感器作為捕捉信息的器件也隨之迅速發(fā)展，在現(xiàn)代高度信息化的社會(huì)科技發(fā)展中占據(jù)著相當(dāng)重要的地位，由于對(duì)RF MEMS技術(shù)和感濕材料進(jìn)行了深入的研究，使得滿(mǎn)足上述特點(diǎn)的基于相位檢測(cè)原理的MEMS濕度傳感器成為可能。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于相位檢測(cè)原理的MEMS濕度傳感器及制備方法，通過(guò)在襯底上設(shè)置凹槽，利用凹槽內(nèi)感濕層的吸水性來(lái)感測(cè)外部環(huán)境的濕度，感濕層的介電常數(shù)會(huì)隨著外界環(huán)境的濕度發(fā)生變化，引起MEMS梁與CPW信號(hào)線(xiàn)之間的電容發(fā)生變化，進(jìn)而使得CPW傳輸線(xiàn)上RF信號(hào)的相位發(fā)生變化，從而通過(guò)測(cè)量RF信號(hào)的相位便可獲取環(huán)境濕度。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取的一種技術(shù)方案是：

一種基于相位檢測(cè)原理的MEMS濕度傳感器，包括：CPW傳輸線(xiàn)，設(shè)置在襯底上，所述CPW傳輸線(xiàn)包括位于襯底中間部位的CPW信號(hào)線(xiàn)以及位于所述CPW信號(hào)線(xiàn)兩側(cè)的CPW地線(xiàn)，所述CPW信號(hào)線(xiàn)與所述CPW地線(xiàn)相互平行，所述襯底上設(shè)置凹槽，所述凹槽位于所述CPW信號(hào)線(xiàn)中間部位的下方；MEMS梁，位于所述凹槽的底面和靠近所述CPW地線(xiàn)的兩個(gè)側(cè)面上并呈倒置的拱橋狀，與所述CPW地線(xiàn)相連接；MEMS薄膜，位于所述凹槽上方，并與所述CPW信號(hào)線(xiàn)的底面接觸，其兩端置于所述CPW地線(xiàn)上，并且所述MEMS薄膜位于CPW信號(hào)線(xiàn)兩側(cè)的部分設(shè)置通孔；感濕層，位于所述MEMS梁和MEMS薄膜之間并填滿(mǎn)所述凹槽的內(nèi)部空間。

進(jìn)一步地，所述凹槽為U型槽，所述凹槽的中軸線(xiàn)與所述CPW信號(hào)線(xiàn)平行，所述CPW信號(hào)線(xiàn)位于所述凹槽正上方。

進(jìn)一步地，所述MEMS薄膜上的所述通孔由多個(gè)密集的小孔組成，使得所述感濕層能夠與外界空氣充分接觸。

進(jìn)一步地，所述襯底和所述凹槽表面設(shè)置一層緩沖介質(zhì)層。

一種如上所述的基于相位檢測(cè)原理的MEMS濕度傳感器的制備方法，包括如下步驟：S10準(zhǔn)備Si襯底，并在襯底上刻蝕出凹槽，后通過(guò)熱氧化方式在所述襯底上生長(zhǎng)一層緩沖介質(zhì)層；S20在所述緩沖介質(zhì)層上依次通過(guò)光刻、蒸發(fā)、剝離，獲得MEMS梁和CPW地線(xiàn)；S30淀積并光刻感濕層，保留凹槽內(nèi)部的感濕層；S40采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）工藝在所述感濕層上形成MEMS薄膜，并且所述MEMS薄膜位于CPW信號(hào)線(xiàn)兩側(cè)的部分形成通孔；S50依次蒸發(fā)鈦、金、鈦種子層，并進(jìn)行光刻、電鍍、去除光刻膠、反刻，形成CPW信號(hào)線(xiàn)。