一種具有高靈敏度快速響應(yīng)的mems電容式濕度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有高靈敏度快速響應(yīng)的MEMS電容式濕度傳感器，該傳感器包括襯底（1），覆蓋有感濕介質(zhì)（2）的叉指正電極（1-2）；其中，襯底（1）位于檢測(cè)電容的底部，起基座作用，感濕介質(zhì)（2）覆蓋在叉指正電極（1-2）、叉指負(fù)電極（1-3）的表面，叉指負(fù)電極（1-3）與襯底（1）之間設(shè)有空腔（1-5），感濕介質(zhì)（2）與叉指電極（1-2）、（1-3）之間的空氣層（3）構(gòu)成檢測(cè)電容的感濕結(jié)構(gòu)；所述檢測(cè)電容呈叉指懸臂梁結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的電容式濕度傳感器具有靈敏度高，響應(yīng)快，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，寄生電容小等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種具有高靈敏度快速響應(yīng)的MEMS電容式濕度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于體娃工藝的MEMS (微電子機(jī)械系統(tǒng))電容式濕度傳感器,尤其是一種采用多孔硅和空氣層作為介質(zhì)的叉指結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]濕度測(cè)量在工業(yè)和農(nóng)業(yè)以及人們的日常生活中上有著廣泛的應(yīng)用，也是研究氣象狀況不可缺少的一個(gè)因素。濕度傳感器作為濕度測(cè)量系統(tǒng)的重要組成部分，已經(jīng)發(fā)展了很多年。采用硅基制造的濕度傳感器也已經(jīng)存在了十幾年，按照工作類型可分為電容式、電阻式、壓阻式、懸臂梁式、熱電偶式。其中電容式濕度傳感器具有高靈敏度，低功耗，好的溫度特性，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，對(duì)外部應(yīng)力的靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，使得其研究最為廣泛。
[0003]目前，主要的電容式濕度傳感器有兩種，一種是叉指電容式濕度傳感器，常用的叉指電容式濕度傳感器通過表面加工工藝形成，其敏感電容較小，且寄生電容大，不利于測(cè)量，另一種是三明治結(jié)構(gòu)的濕度傳感器，這種傳感器將感濕材料置于敏感電容極板之間作為感濕介質(zhì)，雖然靈敏度高，寄生電容小，但是響應(yīng)速度慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種具有高靈敏度快速響應(yīng)的MEMS電容式濕度傳感器，解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中電容式傳感器上述缺陷，提出一種結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，敏感電容大，寄生電容小的電容式濕度傳感器。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的具有高靈敏度快速響應(yīng)的MEMS電容式濕度傳感器包括襯底，覆蓋有感濕介質(zhì)的叉指正電極；其中，襯底位于檢測(cè)電容的底部，起基座作用，感濕介質(zhì)覆蓋在叉指正電極、叉指負(fù)電極的表面，叉指負(fù)電極與襯底之間設(shè)有空腔，感濕介質(zhì)與叉指正電極、叉指負(fù)電極之間的空氣層構(gòu)成檢測(cè)電容的感濕結(jié)構(gòu)。
[0006]所述感濕層為多孔娃層。
[0007]所述叉指正電極、叉指負(fù)電極為低阻硅。
[0008]所述叉指正電極、叉指負(fù)電極為體硅工藝加工的具有高深寬比的叉指結(jié)構(gòu)。
[0009]所述叉指正電極、叉指負(fù)電極的叉指結(jié)構(gòu)與襯底之間是空氣層。
[0010]所述襯底為玻璃。
[0011]本發(fā)明所述具有高靈敏度的電容式濕度傳感器的工作原理為:在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，所述電容式濕度傳感器包括介質(zhì)層、空氣層和叉指電極，其中，叉指電容呈懸臂梁結(jié)構(gòu)狀，其中，介質(zhì)層在叉指電極之上，覆蓋了介質(zhì)層的叉指之間以及叉指和襯底之間還有空氣層。當(dāng)感濕介質(zhì)層吸濕后，其介電常數(shù)會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而引起檢測(cè)電容發(fā)生形變，從而實(shí)現(xiàn)濕度測(cè)量功能。
[0012]有益效果:作為對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，叉指電極為體硅工藝加工的具有高深寬比的叉指結(jié)構(gòu)。綜合其材料的加工成本、制作工藝的實(shí)現(xiàn)方式以及敏感電容的大小來說，體加工工藝加工的叉指電極具有成本低、制作工藝簡單、敏感電容大的優(yōu)點(diǎn)。[0013]作為對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，襯底為玻璃襯底，通過鍵合工藝與低阻硅形成結(jié)構(gòu)。綜合所選材料的成本，制作工藝以及材料性能來說，選用玻璃襯底可以減少寄生電容，硅-玻璃鍵合工藝成熟的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]作為對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，叉指結(jié)構(gòu)與玻璃襯底之間有空氣腔，可以使得高深寬比的叉指結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)雙面感濕，提高相應(yīng)時(shí)間。
[0015]作為對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，叉指結(jié)構(gòu)之間有空氣腔，使得響應(yīng)時(shí)間提聞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明電容式相對(duì)濕度傳感器的俯視圖。
[0017]圖2是本發(fā)明電容式相對(duì)濕度傳感器的截面圖。
[0018]圖中有:襯底1，叉指正電極1-2，叉指負(fù)電極1-3，空氣間隙1-4，空腔1_5，感濕介質(zhì)2，空氣層3。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例如下:
[0021]如圖1所示，本實(shí)施例所述電容式濕度傳感器包括呈懸臂梁結(jié)構(gòu)狀的檢測(cè)電容，該傳感器包括襯底1，覆蓋有感濕介質(zhì)2的叉指正電極1-2 ;其中，襯底I位于檢測(cè)電容的底部，起基座作用，感濕介質(zhì)2覆蓋在叉指正電極1-2、叉指負(fù)電極1-3的表面，叉指正電極
1-2、叉指負(fù)電極1-3與襯底I之間設(shè)有空腔1-5，感濕介質(zhì)2與叉指正電極1-2、叉指負(fù)電極1-3之間的空氣層3構(gòu)成檢測(cè)電容的介質(zhì)層用來敏感濕度所引起的電極之間的介電常數(shù)的變化；所述檢測(cè)電容呈叉指懸臂梁結(jié)構(gòu)。
[0022]在本實(shí)施例中，襯底I選用玻璃襯底，感濕介質(zhì)2為多孔硅，叉指正電極1-2和叉指負(fù)電極1-3都為低阻硅。
[0023]如圖2所示，本實(shí)施例所述電容式濕度傳感器的制作過程如下:首先，選用低阻硅作為初始材料，對(duì)其背面進(jìn)行光刻工藝和濕法腐蝕工藝，形成背面的空腔1-5 ;進(jìn)行硅片和玻璃襯底I鍵合，形成帶有底座的空腔結(jié)構(gòu)；對(duì)硅片正面進(jìn)行光刻和深反應(yīng)離子刻蝕工藝，形成具有高深寬比的叉指電容結(jié)構(gòu)，即形成叉指正電極1-2和叉指負(fù)電極1-3 ;將成型的硅叉指結(jié)構(gòu)作為陽極在HF酸溶液中通以電流進(jìn)行陽極氧化，即可以在硅片表面得到感濕介質(zhì)2。
[0024]在本實(shí)施例中，正負(fù)電極、多孔硅感濕層以及空氣層構(gòu)成叉指結(jié)構(gòu)狀的檢測(cè)電容，當(dāng)濕度發(fā)生變化時(shí)，由于多孔硅的多孔性會(huì)改變其介電常數(shù)，進(jìn)而引起電容發(fā)生形變，而由于多孔硅之間有空氣層，因而不存在聚合物感濕時(shí)的擴(kuò)散速度慢的問題，進(jìn)而該電容式濕度傳感器的響應(yīng)時(shí)間得到很大的提高。
[0025]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有高靈敏度快速響應(yīng)的MEMS電容式濕度傳感器，其特征在于，該傳感器包括襯底(1)，覆蓋有感濕介質(zhì)(2)的叉指正電極(1-2);其中，襯底(I)位于檢測(cè)電容的底部，起基座作用，感濕介質(zhì)(2 )覆蓋在叉指正電極(1-2 )、叉指負(fù)電極(1-3 )的表面，叉指負(fù)電極(1-3)與襯底(I)之間設(shè)有空腔(1-5)，感濕介質(zhì)(2)與叉指正電極(1-2)、叉指負(fù)電極(1-3)之間的空氣層(3)構(gòu)成檢測(cè)電容的感濕結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高靈敏度快速響應(yīng)的MEMS電容式濕度傳感器，其特征在于，所述感濕層(2)為多孔硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高靈敏度快速響應(yīng)的MEMS電容式濕度傳感器，其特征在于，所述叉指正電極(1-2)、叉指負(fù)電極(1-3)為低阻硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高靈敏度快速響應(yīng)的MEMS電容式濕度傳感器，其特征在于，所述叉指正電極(1-2)、叉指負(fù)電極(1-3)為體硅工藝加工的叉指結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高靈敏度快速響應(yīng)的MEMS電容式濕度傳感器，其特征在于，所述叉指正電極(1-2)、叉指負(fù)電極(1-3)的叉指結(jié)構(gòu)與襯底(I)之間是空氣層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高靈敏度快速響應(yīng)的MEMS電容式濕度傳感器，其特征在于，所述襯底(I)為玻璃。
【文檔編號(hào)】G01N27/22GK103487474SQ201310461445
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】任青穎, 王立峰, 黃見秋, 黃慶安 申請(qǐng)人:東南大學(xué)