CN114858874A - 湿度感测结构、湿度传感器及湿度感测结构的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了湿度感测结构、湿度传感器及湿度感测结构的制作方法，所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极以预设的间隙排布在所述第二介质层远离所述至少一个加热电极的一侧表面，该第二介质层作为绝缘保护层，与第一介质层形成一个整体，共同对加热电极进行包覆，不仅能够防止水汽渗透进加热电极中，并且可以保护加热电极不被空气中的水、氧进行氧化，从而能够避免加热电极发生漏电的情况，使用起来也更加安全可靠。

Description

湿度感测结构、湿度传感器及湿度感测结构的制作方法

技术领域

本发明涉及湿度传感器领域，特别涉及湿度感测结构、湿度传感器及湿度感测结构的制作方法。

背景技术

湿度反映的是大气中在一定温度下水汽的含量。该物理量在军事、气象农业、工业、医疗、建筑以及家用电器等方面均有广泛使用。

湿度传感器是一种能够将湿度量转换成可被外部设备接收及处理的电信号的装置，包括电容式、电阻式及压阻式等湿度传感器，其中，电容式传感器由于其便捷灵敏低成本的特点最为广泛应用。电容式湿度传感器的工作原理是：电解质吸附水汽分子后，混合介质的介电常数发生变化，从而引起电容的变化。因此，感湿层材料的选择对于传感器来说至关重要。

目前，电容式湿度传感器多采用聚酰亚胺（简写PI）作为感湿层材料，其吸脱附水分子的速度较慢，对于满量程湿度变化也不太敏感，从而导致湿度传感器的响应速度、灵敏度、迟滞等特性不够理想，不能完全满足实际应用的需要。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种湿度感测结构、湿度传感器及湿度感测结构的制作方法，以提高湿度感测结构的灵敏度，缩短响应时间，以及提高湿度感测结构及湿度传感器的精确度与准确度。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

根据本发明的一方面，提供一种湿度感测结构，包括：基板以及覆盖于所述基板之上的第一介质层、所述第一介质层之上的至少一个加热电极、包覆所述至少一个加热电极的第二介质层、以及所述第二介质层之上的湿敏电容层；其中，所述湿敏电容层包括第一湿敏电极、第二湿敏电极和感湿介质，所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极用于感测所述感湿介质由于湿度变化导致的电容变化；所述第一湿敏电极具有第一主体部和所述第一主体部上的多个第一指状电极分支，所述第二湿敏电极具有第二主体部和所述第二主体部上的多个第二指状电极分支，所述第一湿敏电极的第一指状电极分支以及所述第二湿敏电极的第二指状电极分支以梳齿状互插的形式按照预设的间隙间隔排布；

所述第一湿敏电极的第一指状电极分支、所述第二湿敏电极的第二指状电极分支以及所述第二介质层的部分区域共同形成凹陷结构，所述感湿介质中的至少一部分容置于所述凹陷结构内，并且位于所述凹陷结构内的所述感湿介质的高度大于或者等于所述凹陷结构的深度；

所述感湿介质为纳米草丛结构。

进一步地，所述纳米草丛结构整面地覆盖在所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极的上方以及覆盖于所述凹陷结构的上方。

进一步地，在所述基板的厚度方向上，所述至少一个加热电极的投影与所述凹陷结构的投影至少部分交叠。

进一步地，在所述基板的厚度方向上，每个所述凹陷结构的投影位于对应的每个所述加热电极的投影内。

可选地，所述第二介质层上设置有对应所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极的凹槽，所述第一指状电极分支和所述第二指状电极分支均位于所述凹槽中。

可选地，所述第二介质层上设置有凸台，所述第一指状电极分支和所述第二指状电极分支均设置在非凸台区域。

可选地，所述湿敏电容层包括包覆所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极的保护层，并且所述感湿介质设置在所述保护层远离所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极的一侧上。

可选地，所述感湿介质是基于聚酰亚胺的物质，并且所述基于聚酰亚胺的物质中掺杂有碳纳米材料。

可选地，所述碳纳米材料占所述聚酰亚胺的质量比为0.02wt%-0.05wt%。

根据本发明实施例的另一方面，还提供一种湿度传感器，所述湿度传感器包括前述任一所述的湿度感测结构。

进一步地，所述湿度传感器还包括设置在所述基板上的电路结构，所述电路结构位于所述湿度感测结构的一侧，所述电路结构与所述湿度感测结构电连接，以用于根据所述湿度感测结构的电容变化生成对应的电信号。

进一步地，所述电路结构上设置有加热电源端子，所述加热电源端子与所述至少一个加热电极电连接，以启动或停止所述至少一个加热电极供热。

根据本发明实施例的另一方面，还提供一种湿度感测结构的制作方法，述制作方法包括：

提供基板；

在所述基板一侧的预设区域上沉积第一介质层；

在所述第一介质层上制作至少一个加热电极；

在所述第一介质层上沉积第二介质层，所述第二介质层包覆所述至少一个加热电极并覆盖所述第一介质层上未被所述至少一个加热电极覆盖的区域；

在所述第二介质层上制作第一湿敏电极和第二湿敏电极以及感湿介质层以形成湿敏电容层；

在所述第二介质层上制作第一湿敏电极和第二湿敏电极包括：

在所述第二介质层上沉积电极材料；

蚀刻所述电极材料以形成分别具有主体部和所述主体部上的多个指状电极分支的所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极，以使所述第一湿敏电极的第一指状电极分支和所述第二湿敏电极的第二指状电极分支以梳齿状互插的形式按照预设的间隙间隔排布；

将所述第一湿敏电极的第一指状电极分支、所述第二湿敏电极的第二指状电极分支以及所述第二介质层的部分区域共同形成凹陷结构，使所述感湿介质中的至少一部分容置于所述凹陷结构内，并且将位于所述凹陷结构内的所述感湿介质的高度大于或者等于所述凹陷结构的深度；

对所述感湿介质层的表面进行等离子轰击，以形成纳米草丛结构。

进一步地，所述在所述第二介质层上制作湿敏电容层包括：在所述第二介质层上制作第一湿敏电极和第二湿敏电极；在所述第二介质层上沉积保护层，以使所述保护层包覆所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极；在所述保护层上制作感湿介质层。

可选地，所述在所述第二介质层上制作第一湿敏电极和第二湿敏电极之前包括：在所述第二介质层上制作对应所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极的凹槽，以使所述第一指状电极分支和所述第二指状电极分支均位于所述凹槽中。

可选地，所述在所述第二介质层上制作第一湿敏电极和第二湿敏电极之前包括：在所述第二介质层上制作凸台，所述第一指状电极分支和所述第二指状电极分支均设置在非凸台区域。

进一步地，所述在所述保护层上制作感湿介质层包括：在聚酰亚胺中掺杂碳纳米材料，并使用掺杂了碳纳米材料的聚酰亚胺制作所述感湿介质层。

本发明实施例提供的湿度感测结构、湿度传感器及湿度感测结构的制作方法，所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极以预设的间隙排布在所述第二介质层远离所述至少一个加热电极的一侧表面，该第二介质层作为绝缘保护层，与第一介质层形成一个整体，共同对加热电极进行包覆，不仅能够防止水汽渗透进加热电极中，并且可以保护加热电极不被空气中的水、氧进行氧化，从而能够避免加热电极发生漏电的情况发生，使用起来也更加安全可靠。

进一步地，所述纳米草丛结构整面地覆盖在所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极的上方以及覆盖于所述凹陷结构上方，使得在制作时可以整面地对所述感湿介质层进行等离子轰击，无需单独的图案化刻蚀，从而能够方便所述纳米草丛结构的制备，并能够节省制作工艺流程。

进一步地，在所述基板的厚度方向上，所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极之间的凹陷结构恰好全部位于对应的所述至少一个加热电极的投影内，以加快位于所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极之间的凹陷结构的感湿介质中的水分子脱附。

进一步地，在感湿介质层的聚酰亚胺物质的材料中掺杂有碳纳米材料质，可以进一步增加水汽分子的接触面积，并且不同材料之间的交界面也更有利于水汽的快速吸附脱附，因而可以进一步提高湿度传感器的灵敏度和响应速度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施方式。

图1是根据本发明实施例提出的湿度传感器的平面结构示意图。

图2是图1中的湿度传感器去除感湿介质后的部分平面结构示意图。

图3A是图1中沿A-A’方向的剖视结构示意图。

图3B是图3A中B处的放大结构示意图。

图4是根据本发明实施例提供的湿度感测结构的制作方法的流程图。

图5A-图5F是根据本发明一实施例提供的湿度感测结构的制作方法的制造工序示意图。

图6A-图6E是根据本发明又一实施例提供的湿度感测结构的制作方法的制造工序示意图。

图7A-图7E是根据本发明另一实施例提供的湿度感测结构的制作方法的制造工序示意图。

图8是根据本发明实施例提供的感湿介质层的介质材料的制备方法示意图。

具体实施方式

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

图1是根据本发明实施例提出的湿度传感器的平面结构示意图，图2是图1中的湿度传感器去除感湿介质后的部分平面结构示意图，图3A是图1中沿A-A’方向的剖视结构示意图，图3B是图3A中B处的放大结构示意图。

如图1、图2、图3A、图3B所示，本发明实施例的湿度感测结构1包括：基板5；覆盖于所述基板5之上的第一介质层6、所述第一介质层6之上的至少一个加热电极8、包覆所述至少一个加热电极8的第二介质层90、以及所述第二介质层90之上的湿敏电容层200；其中，所述湿敏电容层200包括第一湿敏电极21、第二湿敏电极22和感湿介质311，所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22用于感测所述感湿介质311由于湿度变化导致的电容变化。

在本发明实施例中，所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22以预设的间隙排布在所述第二介质层90远离所述至少一个加热电极8的一侧表面，所述第一湿敏电极21、所述第二湿敏电极22以及位于所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22之间的凹陷结构23内的感湿介质311构成湿敏电容。该第二介质层90作为绝缘保护层，与第一介质层6形成一个整体，共同对加热电极8进行包覆，不仅能够防止水汽渗透进加热电极8中，并且可以保护加热电极8不被空气中的水、氧进行氧化，从而能够避免加热电极8发生漏电的情况，使用起来也更加安全可靠。

众所周知，湿度传感器的凝露问题一直是传感器发展的一大障碍，严重缩短了湿度传感器的寿命，抑制了湿度传感器的应用范围（特别是极端恶劣高湿环境）。通过在所述湿度传感器的湿度感测结构中设置有至少一个加热电极8，并在实际应用中阶段性控制至少一个加热电极8的工作时间，一方面可以加快水汽分子从感湿介质311中逸出，缩短水汽脱附时间，减小迟滞效应，提高传感器的性能，另一方面可以避免长时间使用和/或在高湿条件下湿度感测结构及具有其的湿度传感器表面发生凝露现象，使得湿度感测结构及具有其的湿度传感器始终保持在可工作状态，从而提高湿度感测结构及具有其的湿度传感器的准确性。

进一步地，本发明实施例在所述并第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22之上整面性地制备感湿介质层30，并在制备得到感湿介质层30后，采用氧气等离子体刻蚀工艺对感湿介质层30进行整面性轰击，从而将平整的感湿介质层30转化成纳米草丛结构31，相比于平整的感湿介质层30而言，所述纳米草丛结构31拥有更大的比表面积，一方面，为外界水汽分子的附着提供了更多的结合位点，从而增大了响应信号，提高了湿度传感器的灵敏度，另一方面使得水汽分子的吸脱附过程更为容易，从而大大缩短了响应时间。除此之外，所述纳米草丛结构31的形成过程中，也引入了更多的羰基官能团，增加了感湿介质材料的亲水性，更有利于对水汽分子的探测，继而提高了湿度感测结构及具有其的湿度传感器的灵敏度。

进一步地，所述第一湿敏电极21具有第一主体部211和所述第一主体部211上的多个第一指状电极分支212，其中，多个第一指状电极分支212与第一主体部211电连接，所述第二湿敏电极22具有第二主体部221和所述第二主体部221上的多个第二指状电极分支222，其中，多个第二指状电极分支222与第二主体部221电连接，所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212以及所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222以梳齿状互插的形式在所述第二介质层90的表面按照预设的间隙间隔排布。当湿度感测结构及具有其的湿度传感器工作时，所述感湿介质311吸附水分子，其介电常数发生变化，从而由所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212和所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222构成的湿敏电容的电容值发生变化，当多个电容通过所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212和所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222相互并联时，在所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22之间测得电容总值为各对指状电极分支形成得电容值之和。

进一步地，在本实施例中，所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212、所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222以及所述第二介质层90的部分区域共同形成凹陷结构23，所述感湿介质311中的至少一部分容置于所述凹陷结构23内，并且位于所述凹陷结构23内的所述感湿介质311的高度h1大于或者等于所述凹陷结构23的深度d1。

相较于未设置凹陷结构23的情况，这种将所述感湿介质311下沉至所述凹陷结构23内的设计，能够明显提高所述感湿介质311正对所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212以及所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222的面积，故能够充分利用所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212与所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222之间形成的水平电场，使得一部分所述感湿介质311能够被所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212与所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222形成的水平电场直接作用，并能够明显地改变所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212与所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222之间的介电常数，从而能够更加灵敏地感测到所述感湿介质311的湿度变化导致的电容变化。

此外，感湿介质层30在制作时可以整面地覆盖湿度传感器感测区域，并且完全覆盖所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22，而且无需再将所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22之上的感湿介质层30单独进行去除，有利于降低工艺难度。所述纳米草丛结构31整面地覆盖在所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的上方以及覆盖于所述凹陷结构23的上方。由于所述纳米草丛结构31整面地覆盖，在制作时可以整面地对所述感湿介质层30进行等离子轰击，无需单独的图案化刻蚀，从而能够方便所述纳米草丛结构31的制备，并能够节省制作工艺流程。

在湿度感测结构及具有其的湿度传感器测试结束后，为所述至少一个加热电极8供电，使所述加热电极8发热，从而使得吸附在所述感湿介质311内的水分子蒸发，从而使湿度传感器回复到初始状态。

进一步地，在所述基板5的厚度方向上，所述至少一个加热电极8的投影与所述凹陷结构23的投影至少部分交叠，以利于加快将容置于所述凹陷结构23内的所述感湿介质311中的水分子进行脱附。

应理解，优选地，在所述基板5的厚度方向上，每个所述凹陷结构23恰好全部位于对应的每个所述加热电极8的投影内，以加快将容置于所述凹陷结构23内的所述感湿介质311中的水分子脱附。

可选地，所述湿敏电容层200还包括包覆所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的保护层7，并且所述感湿介质层30设置在所述保护层7远离所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的一侧上。该保护层7可以为非金属材料，例如，氧化硅或者氮氧化硅等。该保护层7可以隔绝湿气对所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的腐蚀，从而延长湿度传感器的使用寿命和准确性。

进一步地，为了更大程度地提高湿度感测结构及具有其的湿度传感器的灵敏度，本发明实施例还对感湿介质层30的介质材料进行改进，例如，在基于聚酰亚胺物质的材料中掺杂碳纳米材料以形成碳纳米结构的复合物，可以进一步增加水汽分子的接触面积，并且不同材料之间的交界面也更有利于水汽的快速吸附脱附，因而可以进一步提高湿度传感器的灵敏度和响应速度。如图8所示，具体操作为：将微量碳纳米颗粒倒入聚酰亚胺溶液中，水浴搅拌一段时间，待分散均匀后，最后将制备得到的聚酰亚胺/碳纳米材料复合物如以上步骤介绍的涂敷到位于所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极之上的保护层7上即可。需要说明的是，因为碳纳米材料的导电性很强，过多的掺杂会提高聚酰亚胺/碳纳米颗粒复合物的导电性，从而带来漏电的危险，反而会破坏电容结构，因此需要严格控制碳纳米材料的量，一般添加量为0.02wt%-0.05wt%，也即所述碳纳米材料占所述聚酰亚胺的质量比为0.02wt%-0.05wt%。

根据本发明的另一方面，还提供一种湿度传感器，所述湿度传感器包括前述任一所述的湿度传感结构。

继续参考图1、图2、图3A和图3B所示，所述湿度传感器还包括电路结构4，所述湿度感测结构1与所述电路结构4设置在同一承载基板10上，并且所述电路结构4位于所述湿度感测结构1的一侧，所述电路结构4与所述湿度感测结构1电连接，以用于根据所述湿度感测结构1的电容变化生成对应的电信号。

示例性地，将制备好的所述湿度感测结构1设置在一PCB板之上，该PCB板作为承载基板10，并且在该PCB上可以设置有相应的信号处理电路，也即上述电路结构4。

在本发明实施例中，为了增加承载基板10上湿度感测结构1的占用面积，将所述电路结构4设置于所述湿度感测结构1的同一侧边，所述电路结构4根据所述电容变化生成对应的电信号并将电信号传递至外部信号处理部件，从而完成湿度的测量。此外，所述电路结构4上还设置有加热电源端子（图未示出），所述加热电源端子（图未示出）与所述至少一个加热电极8电连接，以启动或停止所述至少一个加热电极8供热。示例性地，所述加热电源端子包括第一加热电源端子（图未示出）和第二加热电源端子（图未示出），第一加热电源端子施加正的供电电压，第二加热电源端子施加负的供电电压或者接地，每个加热电极8的两端分别连接至所述第一加热电源端子和所述第二加热电源端子，以控制每一个加热电极8启动或停止加热。此外，这种单边电极引出的结构还方便后续处理电路连接，减少连线面积，可降低寄生电容。

图4是根据本发明实施例提供的湿度感测结构的制作方法的流程图。所述制作方法包括：

S101，提供基板；

S102，在所述基板一侧的预设区域上沉积第一介质层；

S103，在所述第一介质层上制作至少一个加热电极；

S104，在所述第一介质层上沉积第二介质层，所述第二介质层包覆所述至少一个加热电极并覆盖所述第一介质层上未被所述至少一个加热电极覆盖的区域；

S105，在所述第二介质层上制作第一湿敏电极和第二湿敏电极以及感湿介质层以形成湿敏电容层；

具体地，在所述第二介质层上制作第一湿敏电极和第二湿敏电极包括：

在所述第二介质层上沉积电极材料；

蚀刻所述电极材料以形成分别具有主体部和所述主体部上的多个指状电极分支的所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极，以使所述第一湿敏电极的第一指状电极分支和所述第二湿敏电极的第二指状电极分支以梳齿状互插的形式按照预设的间隙间隔排布；

将所述第一湿敏电极的第一指状电极分支、所述第二湿敏电极的第二指状电极分支以及所述第二介质层的部分区域共同形成凹陷结构，使所述感湿介质中的至少一部分容置于所述凹陷结构内，并且将位于所述凹陷结构内的所述感湿介质的高度大于或者等于所述凹陷结构的深度；

S106，对所述感湿介质层的表面进行等离子轰击，以形成纳米草丛结构。

图5A-图5F是根据本发明一实施例提供的湿度感测结构的制作方法的制造工序示意图。以下将结合图5A-图5F对本发明实施例进行详细说明。

在本发明实施例中，示例性地，如图5A所示，所述基板5包括硅材质或者二氧化硅材质。首先，在所述基板5的一侧的预设区域上先沉积一层第一介质层6，以作为绝缘支撑层，该第一介质层6的材质例如可以是氮化硅或者二氧化硅等，厚度为200nm~500nm，该第一介质层6能够保证后续膜层沉积的清洁度及平整度。

接着，如图5B所示，在所述第一介质层6上溅射/沉积第一金属层，该第一金属层的厚度可以是200nm~500nm，对该第一金属层通过光刻掩模版工艺形成至少一个加热电极8，以用于对湿度感测区域进行加热，该加热电极8的材料例如可以是铝、铜或者铂等金属或者金属氧化物，当然也可以根据实际情况进行选择。

紧接着，如图5C所示，在所述第一介质层6上沉积第二介质层90，所述第二介质层90包覆所述至少一个加热电极8并覆盖所述第一介质层6上未被所述至少一个加热电极8覆盖的区域；该第二介质层90作为绝缘保护层，与所述第一介质层6形成一个整体，共同对所述加热电极8进行包覆，不仅能够防止水汽渗透进所述加热电极8中，并且可以保护加热电极8被空气中的水、氧进行氧化，从而能够避免所述加热电极8发生漏电的情况发生，使用起来也更加安全可靠。

如图5D所示，在所述第二介质层90上溅射/沉积第二金属层，该第二金属层的厚度可以是500nm~1500nm，对该第二金属层通过光刻掩模版工艺以形成具有预设间隙的第一湿敏电极21和第二湿敏电极22。所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的材料可以是铝、铜、金、钽、铬等金属或者金属氧化物；优选地，例如选用铝，其不仅具有较低的导电率，而且成本相对较低。示例性地，请结合图1、图2所示，在所述第二介质层90上溅射电极材料，蚀刻所述电极材料以形成分别具有主体部和所述主体部上的多个指状电极分支的所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22，以使所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212和所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222以梳齿状互插的形式按照预设的间隙间隔排布。

如图5E所示，在所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的上方沉积保护层7，以使所述保护层7包覆所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22。

然后，如图5F并结合图3A、图3B所示，在所述保护层7上整面制作感湿介质层30，例如，通过表面涂敷的工艺在所述保护层7上涂敷一层感湿介质层30，故所述感湿介质层30中的至少一部分会填充至由所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212、所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222以及所述第二介质层90的部分区域共同形成的凹陷结构23。示例性地，所述感湿介质层30中的感湿介质311例如是聚酰亚胺等有机聚合物材料，该类材料的介电常数随着湿度值的变化而变化，所述感湿介质层30的厚度约为所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22厚度的1至3倍左右。由于所述感湿介质层30中的部分感湿介质311位于所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22之间的凹陷结构23，从而使得在所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22两端所测量的电容值会因所述感湿介质311的湿度变化而产生相应的变化。

结合图3A、图3B所示，位于所述凹陷结构23的所述感湿介质311的高度h1大于或者等于所述凹陷结构23的深度。

进一步地，继续参考图1、图2、图3A、图3B所示，在所述保护层7上制备得到感湿介质层30后，采用氧气等离子体刻蚀工艺对感湿介质层30进行轰击，从而将平整的感湿介质层30转化成纳米草丛结构31，相比于平整的感湿介质层30而言，纳米草丛结构31拥有更大的比面积，一方面，为外界水汽分子的附着提供了更多的结合位点，从而增大了响应信号，提高了湿度传感器的灵敏度，另一方面使得水汽分子的吸脱附过程更为容易，从而大大缩短了响应时间。除此之外，纳米草丛结构31的形成过程中，也引入了更多的羰基官能团，增加了感湿介质材料的亲水性，更有利于对水汽分子的探测，继而提高了湿度传感器的灵敏度。

进一步地，在本实施例中，形成的所述纳米草丛结构31整面地覆盖在所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的上方以及覆盖于所述凹陷结构23。由于所述纳米草丛结构31整面地覆盖，在制作时可以整面地对所述感湿介质层30进行等离子轰击，无需单独的图案化刻蚀，从而能够方便所述纳米草丛结构31的制备，并能够节省制作工艺流程。

进一步地，所述在所述保护层7上制作感湿介质层30包括：在聚酰亚胺中掺杂碳纳米材料，并使用掺杂了碳纳米材料的聚酰亚胺制作所述感湿介质层。

实施例二

图6A-图6E是根据本发明又一实施例提供的湿度感测结构的制作方法的制造工序示意图。以下将结合图6A-图6E对本发明实施例进行详细说明。

本实施例与前述实施例的区别在于，如图6A所示，所述第二介质层90上设置有对应所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的凹槽91，该凹槽91可通过在所述第二介质层90上进行光罩蚀刻工艺获得。接着，如图6B所示，在所述第二介质层90上制作第二金属层，并对第二金属层通过光刻掩模版工艺形成所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22，并且所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212和所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222均位于所述凹槽91中。

接着，如图6C所示，在所述第二介质层90上沉积保护层7，以使所述保护层7包覆所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22。然后，如图6D并结合图1、图2、图3A、图3B所示，在所述保护层7上整面制作感湿介质层30，例如，通过表面涂敷的工艺在所述保护层7上涂敷一层感湿介质层30，故所述感湿介质层30中的至少一部分会填充至由所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212、所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222以及所述第二介质层90的部分区域共同形成的凹陷结构。可选地，位于所述凹陷结构内的所述感湿介质层30的高度大于或者等于所述凹陷结构的深度。最后，继续参考图6E所示，在所述保护层7的制备得到感湿介质层30后，采用氧气等离子体刻蚀工艺对感湿介质层30进行轰击，从而将平整的感湿介质层30转化成纳米草丛结构31。

本实施例中，通过在所述第二介质层90上设置对应所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的凹槽91，在不影响所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22之间形成的电场大小的情况下，一方面，能够降低由所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212和所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222以及所述第二介质层90的部分区域共同形成的凹陷结构的深度，从而加快所述感湿介质层30内水汽分子的脱附效率；另一方面，也能够降低所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22与所述第二介质层90之间的膜层断差，以避免由于所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的厚度较厚所造成的在所述第二介质层90上沉积的保护层7在所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的倒角处出现膜层断裂的问题，以及在所述保护层7上制备的感湿介质层30在所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的倒角处出现孔洞或者气泡的问题。

进一步地，在本实施例中，所述纳米草丛结构31整面地覆盖在所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的上方以及覆盖于所述凹陷结构上方。由于所述纳米草丛结构整面地覆盖，在制作时可以整面地对所述感湿介质层30进行等离子轰击，无需单独的图案化刻蚀，从而能够方便所述纳米草丛结构的制备，并能够节省制作工艺流程。

实施例三

图7A-图7E是根据本发明另一实施例提供的湿度感测结构的制作方法的制造工序示意图。以下将结合图7A-图7E对本发明实施例进行详细说明。

本实施例与前述实施例的区别在于，如图7A并结合图3A、图3B所示，所述第二介质层90上设置有凸台92，该凸台92可通过在所述第二介质层90上进行光罩蚀刻工艺获得。例如，将该凸台92设置在对应所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22之间的间隙处。接着，如图7B所示，在所述第二介质层90上制作第二金属层，并对第二金属层通过光刻掩模版工艺形成所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22，并且所述第一指状电极分支212和所述第二指状电极分支222均设置在非凸台区域93。

接着，如图7C并结合图1、图2、图3A、图3B所示，在所述第二介质层90上沉积保护层7，以使所述保护层7包覆所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22。然后，如图7D所示，在所述保护层7上整面制作感湿介质层30，例如，通过表面涂敷的工艺在所述保护层7上涂敷一层感湿介质层30，故所述感湿介质层30中的至少一部分会填充至由所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212、所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222以及所述第二介质层90的部分区域共同形成的凹陷结构内。可选地，位于所述凹陷结构内的所述感湿介质311的高度大于或者等于所述凹陷结构的深度。最后，继续参考图7E所示，在所述保护层7的制备得到感湿介质层30后，采用氧气等离子体刻蚀工艺对感湿介质层30进行轰击，从而将平整的感湿介质层30转化成纳米草丛结构31。

本实施例中，通过在所述第二介质层90上设置有凸台92，所述第一指状电极分支212和所述第二指状电极分支222均设置在非凸台区域93，在不影响所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22之间形成的电场大小的情况下，一方面，能够降低由所述第一湿敏电极21的第一指状电极分支212和所述第二湿敏电极22的第二指状电极分支222以及所述第二介质层90的部分区域共同形成的凹陷结构的深度，从而加快所述感湿介质层30内水汽分子的脱附效率；另一方面，也能够降低所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22与所述第二介质层90之间的膜层断差，以避免由于所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的厚度较厚所造成的在所述第二介质层90上沉积的保护层7在所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的倒角处出现膜层断裂的问题，以及在所述保护层7上制备的感湿介质层30在所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的倒角处出现孔洞或者气泡的问题。

进一步地，在本实施例中，所述纳米草丛结构31整面地覆盖在所述第一湿敏电极21和所述第二湿敏电极22的上方以及覆盖于所述凹陷结构上方。由于所述纳米草丛结构31整面地覆盖，在制作时可以整面地对所述感湿介质层30进行等离子轰击，无需单独的图案化刻蚀，从而能够方便所述纳米草丛结构的制备，并能够节省制作工艺流程。

由上述内容可知，本发明实施例提供的湿度感测结构、湿度传感器及湿度感测结构的制作方法，所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极以预设的间隙排布在所述第二介质层远离所述至少一个加热电极的一侧表面，该第二介质层作为绝缘保护层，与第一介质层形成一个整体，共同对加热电极进行包覆，不仅能够防止水汽渗透进加热电极中，并且可以保护加热电极不被空气中的水、氧进行氧化，从而能够避免加热电极发生漏电的情况发生，使用起来也更加安全可靠。

上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (17)

1.一种湿度感测结构，其特征在于，包括：

基板（5），覆盖于所述基板（5）之上的第一介质层（6）、所述第一介质层（6）之上的至少一个加热电极（8）、包覆所述至少一个加热电极（8）的第二介质层（90）、以及所述第二介质层（90）之上的湿敏电容层（200）；

其中，所述湿敏电容层（200）包括第一湿敏电极（21）、第二湿敏电极（22）和感湿介质（311），所述第一湿敏电极（21）和所述第二湿敏电极（22）用于感测所述感湿介质（311）由于湿度变化导致的电容变化；

所述第一湿敏电极（21）具有第一主体部（211）和所述第一主体部（211）上的多个第一指状电极分支（212），所述第二湿敏电极（22）具有第二主体部（221）和所述第二主体部（221）上的多个第二指状电极分支（222），所述第一湿敏电极（21）的第一指状电极分支（212）以及所述第二湿敏电极（22）的第二指状电极分支（222）以梳齿状互插的形式按照预设的间隙间隔排布；

所述第一湿敏电极（21）的第一指状电极分支（212）、所述第二湿敏电极（22）的第二指状电极分支（222）以及所述第二介质层（90）的部分区域共同形成凹陷结构（23），所述感湿介质（311）中的至少一部分容置于所述凹陷结构（23）内，并且位于所述凹陷结构（23）内的所述感湿介质（311）的高度大于或者等于所述凹陷结构（23）的深度；

所述感湿介质（311）为纳米草丛结构（31）。

2.根据权利要求1所述的湿度感测结构，其特征在于，

所述纳米草丛结构整面地覆盖在所述第一湿敏电极（21）和所述第二湿敏电极（22）的上方以及覆盖于所述凹陷结构（23）的上方。

3.根据权利要求2所述的湿度感测结构，其特征在于，

在所述基板（5）的厚度方向上，所述至少一个加热电极（8）的投影与所述凹陷结构（23）的投影至少部分交叠。

4.根据权利要求3所述的湿度感测结构，其特征在于，

在所述基板（5）的厚度方向上，每个所述凹陷结构（23）的投影位于对应的每个所述加热电极（8）的投影内。

5.根据权利要求4所述的湿度感测结构，其特征在于，

所述第二介质层（90）上设置有对应所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极的凹槽（91），所述第一指状电极分支（212）和所述第二指状电极分支（222）均位于所述凹槽（91）中。

6.根据权利要求4所述的湿度感测结构，其特征在于，

所述第二介质层（90）上设置有凸台（92），所述第一指状电极分支（212）和所述第二指状电极分支（222）均设置在非凸台区域（93）。

7.根据权利要求4所述的湿度感测结构，其特征在于，

所述湿敏电容层（200）包括包覆所述第一湿敏电极（21）和所述第二湿敏电极（22）的保护层（7），并且所述感湿介质（311）设置在所述保护层（7）远离所述第一湿敏电极（21）和所述第二湿敏电极（22）的一侧上。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的湿度感测结构，其特征在于，

所述感湿介质（311）是基于聚酰亚胺的物质，并且所述基于聚酰亚胺的物质中掺杂有碳纳米材料。

9.根据权利要求8所述的湿度感测结构，其特征在于，

所述碳纳米材料占所述聚酰亚胺的质量比为0.02wt%-0.05wt%。

10.一种湿度传感器，其特征在于，所述湿度传感器包括如权利要求1至9中任意一项所述的湿度感测结构。

11.根据权利要求10所述的湿度传感器，其特征在于，包括电路结构（4），所述湿度感测结构（1）与所述电路结构（4）设置在同一承载基板（10）上，并且所述电路结构（4）位于所述湿度感测结构（1）的一侧，所述电路结构（4）与所述湿度感测结构（1）电连接，以用于根据所述湿度感测结构（1）的电容变化生成对应的电信号。

12.根据权利要求11所述的湿度传感器，其特征在于，所述电路结构（4）上设置有加热电源端子，所述加热电源端子与所述至少一个加热电极（8）电连接，以启动或停止所述至少一个加热电极（8）供热。

13.一种湿度感测结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

提供基板；

在所述基板一侧的预设区域上沉积第一介质层；

在所述第一介质层上制作至少一个加热电极；

在所述第一介质层上沉积第二介质层，所述第二介质层包覆所述至少一个加热电极并覆盖所述第一介质层上未被所述至少一个加热电极覆盖的区域；

在所述第二介质层上制作第一湿敏电极和第二湿敏电极以及感湿介质层以形成湿敏电容层；

在所述第二介质层上制作第一湿敏电极和第二湿敏电极包括：

在所述第二介质层上沉积电极材料；

蚀刻所述电极材料以形成分别具有主体部和所述主体部上的多个指状电极分支的所述第一湿敏电极和所述第二湿敏电极，以使所述第一湿敏电极的第一指状电极分支和所述第二湿敏电极的第二指状电极分支以梳齿状互插的形式按照预设的间隙间隔排布；

将所述第一湿敏电极的第一指状电极分支、所述第二湿敏电极的第二指状电极分支以及所述第二介质层的部分区域共同形成凹陷结构，使所述感湿介质中的至少一部分容置于所述凹陷结构内，并且将位于所述凹陷结构内的所述感湿介质的高度大于或者等于所述凹陷结构的深度；

对所述感湿介质层的表面进行等离子轰击，以形成纳米草丛结构。

14.根据权利要求13所述的湿度感测结构的制作方法，其特征在于，所述在所述第二介质层（90）上制作第一湿敏电极（21）和第二湿敏电极（22）以及感湿介质层（30）以形成湿敏电容层（200）包括：

在所述第二介质层（90）上沉积保护层（7），以使所述保护层（7）包覆所述第一湿敏电极（21）和所述第二湿敏电极（22）；

在所述保护层（7）上制作感湿介质层（30）。

15.根据权利要求13所述的湿度感测结构的制作方法，其特征在于，所述在所述第二介质层（90）上制作第一湿敏电极（21）和第二湿敏电极（22）之前包括：

在所述第二介质层（90）上制作对应所述第一湿敏电极（21）和所述第二湿敏电极（22）的凹槽（91），以使所述第一指状电极分支（212）和所述第二指状电极分支（222）均位于所述凹槽中。

16.根据权利要求13所述的湿度感测结构的制作方法，其特征在于，所述在所述第二介质层（90）上制作第一湿敏电极（21）和第二湿敏电极（22）之前包括：

在所述第二介质层（90）上制作凸台（92），所述第一指状电极分支（212）和所述第二指状电极分支（222）均设置在非凸台区域（93）。

17.根据权利要求14所述的湿度感测结构的制作方法，其特征在于，所述在所述保护层（7）上制作感湿介质层（30）包括：

在聚酰亚胺中掺杂碳纳米材料，并使用掺杂了碳纳米材料的聚酰亚胺制作所述感湿介质层（30）。

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