CN202433336U - 一种具有温漂补偿的电容湿度传感器 - Google Patents
一种具有温漂补偿的电容湿度传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN202433336U CN202433336U CN2011205701635U CN201120570163U CN202433336U CN 202433336 U CN202433336 U CN 202433336U CN 2011205701635 U CN2011205701635 U CN 2011205701635U CN 201120570163 U CN201120570163 U CN 201120570163U CN 202433336 U CN202433336 U CN 202433336U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- moisture
- sensitive material
- layer
- material layer
- humidity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 69
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011540 sensing material Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
本实用新型公开一种具有温漂补偿的电容湿度传感器，传感器本体采用表面微机械加工技术在半导体衬底上形成隔离层，以及隔离层上的感湿悬臂和上、下电极。其中感湿悬臂由从下到上叠置的第一湿敏材料层、隔湿层、第二湿敏材料层组成，上电极覆盖第一湿敏材料层的下表面，并与下电极形成敏感电容。当环境湿度变化时，第一湿敏材料层和第二湿敏材料层体积变化不同，即引起感湿悬臂的变形，进而带动上电极的变形，使得上电极于下电极之间的电容改变，利用电容值的变化可表征环境湿度的变化。而当环境温度变化时，感湿悬臂的两层湿敏材料层体积变化相同，即达到了温漂补偿的效果，使得本实用新型具有低温漂的优异性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及采用表面微机械加工实现的湿度传感器技术领域，特别是一种具有温漂补偿的电容湿度传感器。
背景技术
湿度传感器应用广泛，传统湿度传感器以湿敏电阻等为主，这类传感器虽然成本低，但精度较差。电容式湿度传感器是另一类常见的湿度传感器结构，该类传感器灵敏度高，是目前湿度传感器的主要形式。电容型湿度传感结构通常采用高分子材料作为感湿介质，由于感湿材料的热膨胀系数较大造成感湿特性也发生变化，因此需要作温度补偿。如瑞士Sensirion的湿度传感器采用两个一致的叉指状结构构成湿度敏感头，其中一个对湿度敏感，一个不敏感。由于具有同样的温度特性，测量时通过电容差分，补偿了温度对湿度敏感的影响。但这种结构的缺陷在于：一是占芯片面积大，二是需要复杂电路来实现电容差分补偿问题。因此如何设计传感器既能满足温度补偿又测试简单，仍是目前业界研究的重点。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种具有温漂补偿的电容湿度传感器，其结构简单，在能够正常感知湿度变化的同时，能够补偿材料温度效应造成的温漂问题。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种具有温漂补偿的电容湿度传感器，其包括半导体衬底层、绝缘层、感湿悬臂以及感应电极；其中：
绝缘层覆盖于半导体衬底层的上表面；
感湿悬臂的一端固定于绝缘层上，另一端位于绝缘层的上方并悬空；感湿悬臂由从下到上依次叠置的第一湿敏材料层、隔湿层和第二湿敏材料层组成，其中第一湿敏材料层与第二湿敏材料层的厚度相同；
感应电极包括上电极和下电极；上电极覆盖感湿悬臂中第一湿敏材料层的下表面，并固定；下电极固定于绝缘层上；且上电极悬空的一端平行于下电极，并位于下电极的上方。
为了更明显的传递环境湿度造成的应力，增加湿度传感器的灵敏度，感湿悬臂中第一湿敏材料层、第二湿敏材料层的厚度大于隔湿层、上电极的厚度。
制造上述具有温漂补偿的电容湿度传感器的方法，包括以下步骤：
（1）选取硅片作为半导体衬底层的材料；
（2）对半导体衬底层进行氧化，使得在半导体衬底层的上表面氧化形成绝缘层；
（3）在绝缘层上溅射一层金属薄膜，并光刻刻蚀形成下电极；
（4）在绝缘层上旋涂光刻胶，并光刻形成牺牲层；牺牲层覆盖下电极的一个端部；
（5）在牺牲层上表面溅射一层金属薄膜，并对金属薄膜进行光刻形成上电极，且上电极的一端平行于下电极，并位于下电极的上方；
（6）在上电极的上表面旋涂一层湿敏材料，作为第一湿敏材料层；并在第一湿敏材料层的上表面通过等离子增强化学气象沉积法形成隔湿薄膜，作为隔湿层；再在隔湿层的上表面旋涂一层湿敏材料，作为第二湿敏材料层；
（7）对第一湿敏材料层、隔湿层以及第二湿敏材料层叠置形成的整体进行光刻，使得上电极覆盖第一湿敏材料层的下表面；
（8）利用丙醇释放步骤（4）中形成的牺牲层，使得第一湿敏材料层、隔湿层、第二湿敏材料层以及上电极位于牺牲层上方的端部悬空；第一湿敏材料层、隔湿层与第二湿敏材料层叠置形成的整体呈悬臂结构，即为感湿悬臂。
本实用新型的具有温漂补偿的电容湿度传感器在应用时，感湿悬臂上的上电极与绝缘层上的下电极形成一个敏感电容。当环境湿度变化时，位于上方暴露在环境中得第二湿敏材料层会受到环境湿度影响，从而引起体积变化；而位于隔湿层于上电极之间的第一湿敏材料层则不会受到环境湿度影响，或者影响很小，因此其体积不变或者变化也很小；但是由于第一湿敏材料层于第二湿敏材料层之间为相互固定，两层体积变化不一致必会引起感湿悬臂整体的变形，从而带动上电极的变形，也就改变了敏感电容的电容值。
本实用新型的有益效果为：在能够较灵敏的感知环境湿度变化的同时，本实用新型能够克服材料温度效应造成的温漂问题。即当环境温度发生变化时，由于感湿悬臂中第一湿敏材料层于第二湿敏材料层的材质相同，且厚度一致，故具有相同的膨胀系数，体积变化一致，则不会对上极板产生影响，也就不会改变上极板于下极板之间的电容，即具有低温漂的优异性能。
此外，本实用新型结构简单，可利用表面为机械加工技术进行制造，工艺亦很简单。
附图说明
图1所示为本实用新型的具有温漂补偿的电容湿度传感器的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式作进一步描述。
如图1所示，本实用新型的具有温漂补偿的电容湿度传感器包括半导体衬底层1、绝缘层2、感湿悬臂以及感应电极；其中：
绝缘层2覆盖于半导体衬底层1的上表面；
感湿悬臂的一端固定于绝缘层2上，另一端位于绝缘层2的上方并悬空；感湿悬臂由从下到上依次叠置的第一湿敏材料层41、隔湿层42和第二湿敏材料层43组成，其中第一湿敏材料层41与第二湿敏材料层43的厚度相同；
感应电极包括上电极31和下电极32；上电极31覆盖感湿悬臂中第一湿敏材料层41的下表面，并固定；下电极32固定于绝缘层2上；且上电极31悬空的一端平行于下电极32，并位于下电极32的上方。
为了更明显的传递环境湿度造成的应力，增加湿度传感器的灵敏度，感湿悬臂中第一湿敏材料层41、第二湿敏材料层43的厚度大于隔湿层42、上电极31的厚度。
制造上述具有温漂补偿的电容湿度传感器的方法，包括以下步骤：
（1）选取硅片作为半导体衬底层1的材料；
（2）对半导体衬底层1进行氧化，使得在半导体衬底层的上表面氧化形成绝缘层2；
（3）在绝缘层2上溅射一层金属薄膜，并光刻刻蚀形成下电极32；
（4）在绝缘层2上旋涂光刻胶，并光刻形成牺牲层；牺牲层覆盖下电极32的一个端部；
（5）在牺牲层上表面溅射一层金属薄膜，并对金属薄膜进行光刻形成上电极31，且上电极31的一端平行于下电极32，并位于下电32极的上方；
（6）在上电极31的上表面旋涂一层湿敏材料，作为第一湿敏材料层41；并在第一湿敏材料层41的上表面通过等离子增强化学气象沉积法形成隔湿薄膜，作为隔湿层42；再在隔湿层42的上表面旋涂一层湿敏材料，作为第二湿敏材料层43；
（7）对第一湿敏材料层41、隔湿层42以及第二湿敏材料层43叠置形成的整体进行光刻，使得上电极32覆盖第一湿敏材料41的下表面；
（8）利用丙醇释放步骤（4）中形成的牺牲层，使得第一湿敏材料层41、隔湿层42、第二湿敏材料层43以及上电极31位于牺牲层上方的端部悬空；第一湿敏材料层41、隔湿层42与第二湿敏材料层43叠置形成的整体呈悬臂结构，即为感湿悬臂。
具有温漂补偿的电容湿度传感器在应用时，感湿悬臂上的上电极与绝缘层上的下电极形成一个敏感电容。当环境湿度变化时，位于上方暴露在环境中得第二湿敏材料层会受到环境湿度影响，从而引起体积变化；而位于隔湿层于上电极之间的第一湿敏材料层则不会受到环境湿度影响，或者影响很小，因此其体积不变或者变化也很小；但是由于第一湿敏材料层于第二湿敏材料层之间为相互固定，两层体积变化不一致必会引起感湿悬臂整体的变形，从而带动上电极的变形，也就改变了敏感电容的电容值。
而当环境温度发生变化时，由于感湿悬臂中第一湿敏材料层于第二湿敏材料层的材质相同，且厚度一致，故具有相同的膨胀系数，体积变化一致，则不会对上极板产生影响，也就不会改变上极板于下极板之间的电容，即具有低温漂的优异性能。
本实用新型中所述具体实施案例仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。
Claims (2)
1. 一种具有温漂补偿的电容湿度传感器，其特征是，包括半导体衬底层、绝缘层、感湿悬臂以及感应电极；其中：
绝缘层覆盖于半导体衬底层的上表面；
感湿悬臂的一端固定于绝缘层上，另一端位于绝缘层的上方并悬空；感湿悬臂由从下到上依次叠置的第一湿敏材料层、隔湿层和第二湿敏材料层组成；其中第一湿敏材料层与第二湿敏材料层的厚度相同；
感应电极包括上电极和下电极；上电极覆盖感湿悬臂中第一湿敏材料层的下表面，并固定；下电极固定于绝缘层上；且上电极悬空的一端平行于下电极，并位于下电极的上方。
2.根据权利要求1所述的具有温漂补偿的电容湿度传感器，其特征是，感湿悬臂中第一湿敏材料层、第二湿敏材料层的厚度大于隔湿层、上电极的厚度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2011205701635U CN202433336U (zh) | 2011-12-31 | 2011-12-31 | 一种具有温漂补偿的电容湿度传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2011205701635U CN202433336U (zh) | 2011-12-31 | 2011-12-31 | 一种具有温漂补偿的电容湿度传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN202433336U true CN202433336U (zh) | 2012-09-12 |
Family
ID=46782775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2011205701635U Expired - Lifetime CN202433336U (zh) | 2011-12-31 | 2011-12-31 | 一种具有温漂补偿的电容湿度传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN202433336U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102565149A (zh) * | 2011-12-31 | 2012-07-11 | 东南大学 | 一种具有温漂补偿的电容湿度传感器及其制作方法 |
| CN110988054A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-10 | 朱义法 | 一种电容式湿度传感器温度补偿结构及其补偿方法 |
| WO2024174166A1 (zh) * | 2023-02-23 | 2024-08-29 | 京东方科技集团股份有限公司 | 湿度传感器及其制备方法、电子设备 |
-
2011
- 2011-12-31 CN CN2011205701635U patent/CN202433336U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102565149A (zh) * | 2011-12-31 | 2012-07-11 | 东南大学 | 一种具有温漂补偿的电容湿度传感器及其制作方法 |
| CN102565149B (zh) * | 2011-12-31 | 2014-06-25 | 东南大学 | 一种具有温漂补偿的电容湿度传感器及其制作方法 |
| CN110988054A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-10 | 朱义法 | 一种电容式湿度传感器温度补偿结构及其补偿方法 |
| WO2024174166A1 (zh) * | 2023-02-23 | 2024-08-29 | 京东方科技集团股份有限公司 | 湿度传感器及其制备方法、电子设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102565149A (zh) | 一种具有温漂补偿的电容湿度传感器及其制作方法 | |
| CN103018289B (zh) | 一种电容式湿度传感器 | |
| CN104697661B (zh) | 基于氧化石墨烯的三维集成电容式温湿度传感器及其制法 | |
| JP2017523436A (ja) | 多物理量測定に用いられるセンサチップとその製造方法 | |
| CN1203312C (zh) | 电容式相对湿度传感器 | |
| CN107290241B (zh) | 一种qcm湿度传感器及其制备方法 | |
| JP2004061305A (ja) | 静電容量センサ | |
| CN105510404A (zh) | 一种快速响应的湿度传感器及其制造方法 | |
| CN103487474B (zh) | 一种具有高灵敏度快速响应的mems电容式湿度传感器 | |
| CN204286669U (zh) | 一种薄膜压力传感器 | |
| CN1845327A (zh) | 基于聚合物材料的单片集成温度、湿度、压力传感器芯片 | |
| CN103471740B (zh) | 一种电容式温度传感器 | |
| CN104391015B (zh) | 一种集成超声结构的电容式湿度传感器及其制备方法 | |
| TW200819727A (en) | A resistive-type humidity sensing structure with micro-bridge format and a method therefor | |
| CN102565142B (zh) | 一种低温漂压阻湿度传感器及其制作方法 | |
| Choi et al. | A highly sensitive humidity sensor with a novel hole array structure using a polyimide sensing layer | |
| CN202433336U (zh) | 一种具有温漂补偿的电容湿度传感器 | |
| CN106768050B (zh) | 一种单芯片高精度温湿度传感器 | |
| CN202433334U (zh) | 一种低温漂压阻湿度传感器 | |
| CN105668500B (zh) | 一种高灵敏度宽量程力传感器及其制造方法 | |
| CN102590291B (zh) | 一种改进型湿度传感器的制作方法 | |
| CN1327215C (zh) | Cmos工艺兼容的相对湿度传感器 | |
| CN110108763A (zh) | 一种低温漂电容式湿度传感器 | |
| CN101183085B (zh) | 电阻式微桥湿度感测结构及其制造方法 | |
| CN1210565C (zh) | 微型湿度传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20120912 Effective date of abandoning: 20140625 |
|
| RGAV | Abandon patent right to avoid regrant |