CN104391014A - 一种叉指三明治结构的电容式湿度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叉指三明治结构的电容式湿度传感器，包括硅衬底和若干电容式湿度传感单元；所述电容式湿度传感单元包括由下至上依次设置的绝缘层、叉指电极、钝化层、感湿材料层和浮置上电极，在绝缘层内置有加热结构，所有电容式湿度传感单元的感湿材料层共用，所有电容式湿度传感单元的浮置上电极共用；所述叉指电极、感湿材料层和浮置上电极构成一组串并联电阻电容网络。本发明中，浮置上电极通过光刻工艺形成，在整个传感器结构中形成一系列三明治电容结构，三明治电容结构的电容值较大、灵敏度高、结构简单；浮置上电极的电流通路被拆分成若干并联支路，且每个并联支路上的电阻随着拆分而减小，减小了寄生电阻。

Description

一种叉指三明治结构的电容式湿度传感器

技术领域

本发明涉及一种叉指三明治结构的电容式湿度传感器，属于微机电技术。

背景技术

湿度是重要的环境参数，在气象研究、工业生产等领域有着重要的意义。为了获取更准确的湿度信息，需要提高湿度传感器的灵敏度、精确度与响应速度，这就对湿度传感器的结构提出了要求。

为了增大敏感电容、提高灵敏度，Vaisala(公司名)在产品中使用了一种平行板三明治电容式传感器。2006年，Ching-Liang Dai(人名)利用牺牲层与RIE等方法，实现了一种具有较高电极高度的叉指型电容式湿度传感器；2009年，Ji-Hong Kim(人名)等提出了一种具有梳状上电极的三明治电容式传感器。但是，由于结构本身的限制，现有的湿度传感器仍存在敏感电容较小，或寄生电阻较大等问题，有待改进。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种叉指三明治结构的电容式湿度传感器，在提高湿度测量中的灵敏度与精确度的前提下简化工艺过程同时减小寄生电阻。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种叉指三明治结构的电容式湿度传感器，包括硅衬底和若干电容式湿度传感单元，电容式湿度传感单元布置在硅衬底的上方；所述电容式湿度传感单元包括由下至上依次设置的绝缘层、叉指电极、钝化层、感湿材料层和浮置上电极，在绝缘层内置有加热结构，加热结构、叉指电极和钝化层一一对应，所有电容式湿度传感单元的绝缘层共用，所有电容式湿度传感单元的感湿材料层共用，所有电容式湿度传感单元的浮置上电极共用；所述浮置上电极覆盖在感湿材料层上表面，厚度很小，且结构疏松，允许水分通过；所述叉指电极、感湿材料层和浮置上电极构成一组串并联电阻电容网络。

上述电容式湿度传感器中：由于叉指电极、感湿材料层和浮置上电极构成一组串并联电阻电容网络，这使得整个电容式湿度传感器具有较大的敏感电容；由于在等效电路中，浮置上电极的电流通路被拆分成若干并联支路，且每个并联支路上的电阻随着拆分而减小，这极大地减小了寄生电阻。

具体的，所述叉指电极、感湿材料层和浮置上电极构成两组三明治电容结构，每组内的三明治电容结构并联，两组间的三明治电容结构串联。

具体的，所述感湿材料层和浮置上电极具有相同的版图结构，通过一次光刻工艺同时形成感湿材料层和浮置上电极的图形，工艺过程简单。

有益效果：本发明提供的叉指三明治结构的电容式湿度传感器，感湿材料层和浮置上电极通过一次光刻工艺形成，在整个传感器结构中形成一系列三明治电容结构，三明治电容结构的电容值较大、灵敏度高、结构简单；在整个传感器的等效电路中，浮置上电极的电流通路被拆分成若干并联支路，且每个并联支路上的电阻随着拆分而减小，减小了寄生电阻，有利于提高整个传感器的性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的等效电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种叉指三明治结构的电容式湿度传感器，包括硅衬底1和若干电容式湿度传感单元，电容式湿度传感单元布置在硅衬底1的上方；所述电容式湿度传感单元包括由下至上依次设置的绝缘层2、叉指电极4、钝化层5、感湿材料层6和浮置上电极7，在绝缘层2内置有加热结构3，加热结构3、叉指电极4和钝化层5一一对应，所有电容式湿度传感单元的绝缘层2共用，所有电容式湿度传感单元的感湿材料层6共用，所有电容式湿度传感单元的浮置上电极7共用；所述浮置上电极7覆盖在感湿材料层6上表面，厚度很小(约为10nm)，且结构疏松，允许水分通过；所述叉指电极4、感湿材料层6和浮置上电极7构成一组串并联电阻电容网络。

如图2所示，所述叉指电极4、感湿材料层6和浮置上电极7构成两组三明治电容结构，每组内的三明治电容结构并联，两组间的三明治电容结构串联。

所述感湿材料层6和浮置上电极7具有相同的版图结构，通过一次光刻工艺同时形成感湿材料层6和浮置上电极7的图形。

该电容式湿度传感器中，叉指电极4、感湿材料层6和浮置上电极7构成一组串并联电阻电容网络，形成了较大的敏感电容，提高了整个传感器的灵敏度；各个三明治电容结构中，浮置上电极7的电流通路被拆分成若干并联支路，且每个并联支路上的电阻随着拆分而减小，形成的寄生电阻很小，对整个传感器的性能影响较小。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种叉指三明治结构的电容式湿度传感器，其特征在于：包括硅衬底(1)和若干电容式湿度传感单元，电容式湿度传感单元布置在硅衬底(1)的上方；所述电容式湿度传感单元包括由下至上依次设置的绝缘层(2)、叉指电极(4)、钝化层(5)、感湿材料层(6)和浮置上电极(7)，在绝缘层(2)内置有加热结构(3)，加热结构(3)、叉指电极(4)和钝化层(5)一一对应，所有电容式湿度传感单元的绝缘层(2)共用，所有电容式湿度传感单元的感湿材料层(6)共用，所有电容式湿度传感单元的浮置上电极(7)共用；所述浮置上电极(7)覆盖在感湿材料层(6)上表面，结构疏松，允许水分通过；所述叉指电极(4)、感湿材料层(6)和浮置上电极(7)构成一组串并联电阻电容网络。

2.根据权利要求1所述的叉指三明治结构的电容式湿度传感器，其特征在于：所述叉指电极(4)、感湿材料层(6)和浮置上电极(7)构成两组三明治电容结构，每组内的三明治电容结构并联，两组间的三明治电容结构串联。

3.根据权利要求1所述的叉指三明治结构的电容式湿度传感器，其特征在于：所述感湿材料层(6)和浮置上电极(7)具有相同的版图结构，通过一次光刻工艺同时形成感湿材料层(6)和浮置上电极(7)的图形。