CN110873738A - 湿度传感器 - Google Patents

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H·弗雷利施
M·格莱美
V·科门科
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Abstract

根据实施例湿度传感器200包括：支撑元件208，具有绝缘材料；第一和第二电极结构202，204，它们彼此隔开地设置在支撑元件208处；在支撑元件208的第一主表面区域208‑1处且相邻于第一和第二电极结构202，204的湿敏介电层元件206；和在湿敏介电层元件206的第一主表面区域206‑1上的第三电极结构210，使得湿敏介电层元件206设置在第三和第一电极结构210，202之间以及第三和第二电极结构210，204之间。第一和第二电极结构202，204分别设计为用于电容性湿度测量的测量电容器的第一和第二电容器电极202，204，第三电极结构210设计为浮动电极结构。

Description

湿度传感器
技术领域
实施例涉及湿度传感器及其制造方法。特别地，实施例涉及垂直杂散场湿度传感器和借助于杂散电场的垂直分量来获取湿度的理念。
背景技术
在移动设备内实施相应的传感装置时、并且也在例如智能家居的家庭自动化的应用中、以及例如也在汽车领域中，获取环境大气中的周围或环境参数变得越来越重要。随着传感器的广泛使用，特别是还需要能够尽可能不浪费进而廉价地制造这种传感器，但其中仍应保持传感器的最终可靠性和精确性。
发明内容
因此，需要一种用于可靠的湿度传感器的理念，其一方面能尽可能可靠且准确地获取环境大气中的湿度或空气湿度，并且另一方面能尽可能不浪费地集成到在现有半导体加工工艺中。
本公开的主题可以满足这种需要。在以下内容中定义了本理念的改进方案。
在一个实施例中，湿度传感器100包括：第一和第二电极结构102，104；湿敏介电层元件106；和具有凹槽110的绝缘结构108，凹槽具有侧壁区域110-1和底部区域110-2。湿敏介电层元件106设置在凹槽110中并且至少部分地填充该凹槽，其中第一电极结构102相邻于所述凹槽110的壁区域110-1并至少部分地设置在绝缘结构108中，并且其中第一电极结构102设计为用于电容性湿度测量的测量电容器的第一公共电容器电极102并且第二电极结构104设计为测量电容器的第二公共电容器电极104。
根据一个实施例中，湿敏介电层元件106设计为至少局部地作为在第一和第二电容器电极102，104之间的测量电容器的电容器电介质起作用。
根据一个实施例，湿度传感器200包括：支撑元件208，支撑元件具有绝缘材料；第一和第二电极结构202，204，第一和第二电极结构彼此隔开地设置在支撑元件208处；在支撑元件208的第一主表面区域208-1处并且相邻于第一和第二电极结构202，204的湿敏介电层元件206；以及在湿敏介电层元件206的第一主表面区域206-1上的第三电极结构210，使得湿敏介电层元件206设置在第三电极结构210和第一电极结构202之间以及设置在第三电极结构210和第二电极结构204之间。在此，第一电极结构102设计为用于电容性湿度测量的测量电容器的第一公共电容器电极102并且所述第二电极结构104设计为测量电容器的第二公共电容器电极104，其中第三电极结构210设计为电势自由(potenzialfreie)或浮动电极结构。
根据一个实施例，湿敏介电层元件206设计为至少局部地作为测量电容器的电容器电介质起作用。
根据一个实施例，浮动电极结构210具有导电层，导电层具有开口210-A，使得环境大气可通过开口210-A接触湿敏介电层206。
附图说明
下面将参照附图说明湿度传感器的当前理念的优选实施例。在此示出：
图1a-c是根据一个实施例的(垂直)湿度传感器的原理性的示意性横截面图；
图1d是根据一个实施例的湿度传感器的传感器区域的示意性横截面图，其具有合成电容性等效电路图的原理图；
图2a是根据另一示实施例的湿度传感器的原理性的示意性横截面图；
图2b是根据另一实施例的湿度传感器的传感器区域的示意性横截面图，其具有合成电容等效电路图的原理图；
图3a-c是根据另一实施例的湿度传感器的原理性的示意性横截面图；
图3d是根据另一实施例的湿度传感器的传感器区域的示意性横截面图，其具有合成电容等效电路图的原理图；
图4a-c是根据另一实施例的湿度传感器的原理性的示意性横截面图；
图4d是根据一个实施例的湿度传感器的传感器区域的示意性横截面图，其具有合成电容等效电路图的原理图；
图5a，c是根据另一实施例的湿度传感器的原理性的示意性横截面图；
图5b是根据一个实施例的湿度传感器的原理性的3D示意图；
图5d是根据一个实施例的湿度传感器的传感器区域的示意性横截面图，其具有合成电容等效电路图的原理图；
图6是根据一个实施例的用于产生湿度传感器的方法或处理工序的原理性流程图；
图7是根据另一实施例的用于产生湿度传感器的方法或处理工序的原理性流程图；和
图8是根据另一实施例的用于产生湿度传感器的方法或处理工序的原理性流程图。
具体实施方式
在参考附图更详细地解释当前构思的实施例之前，要指出的是，不同附图中相同、功能相同或作用相同的元件、对象、功能块和/或方法步骤具有相同的附图标记，从而使在不同实施例中表示的、对这些元件、对象、功能块和/或方法步骤的说明是可互换的或可以彼此应用。
现在将参考附图更详细地描述各种实施例，附图中示出了一些实施例。在附图中，为清楚起见，可能未按比例显示层和/或区域的尺寸。
应当理解，当一个元件被称为与另一个元件“连接”或“耦合”时，它可以直接与另一个元件连接或耦合，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接”与另一个元件“连接”或“耦合”时，则不存在中间元件。用于说明元件之间关系的其他表达应该以类似的方式被解读(例如，“在...之间”相对于“直接在...之间”，“相邻”相对于“直接相邻”等)。
为了简化湿度传感器和形成湿度传感器的元件的几何布置的描述，在图中进一步示出了笛卡尔坐标系，其中x和y轴位于附面上，并且z轴与此垂直地延伸到图面中。
在下文中，现在将参考图1a-d示例性地说明根据实施例的湿度传感器100的原理性结构和一般性功能模式。
如参照在图1a的原理性的示意性横截面图所示，湿度传感器100具有第一和第二电极结构102，104、湿敏介电层元件106和绝缘结构108。绝缘结构108形成凹槽110，凹槽具有(例如，围绕的)侧壁区域110-1和底部区域110-2。如图1a所示，湿敏介电层元件106设置在凹槽110中并且至少部分地填充该凹槽110。在图1a的示例性示图中，湿敏介电层元件106完全填充凹槽110，并且设计为例如在层元件的表面区域106-A处与绝缘结构108的上主表面区域108-A齐平。
如参考图1b和1c清楚地实现以下实施，这些设计仅被假设为示例，其中在凹槽110中并且可选地在绝缘结构108的上主表面区域108-A处可以实施湿敏介电层元件106的不同几何设计。
如图1a所示，第一电极结构102例如横向(＝沿x方向)地相邻于凹槽110的壁区域110-1设置，并且至少部分地或完全地设置在绝缘结构108的材料中，或者说嵌入其中。第二电极结构104现在例如垂直地(＝在y方向上)相邻于凹槽110的底部区域110-2设置，并且至少部分地或完全地设置在绝缘结构108的材料中，或者说嵌入其中。因此，第一电极结构102设计为测量电容器的公共电容器电极102，并且第二电极结构104设计为用于电容性湿度测量的测量电容器的第二公共电容器电极104，测量电容器具有用于总电容CG用于电容性湿度测量。
总电容CG可以例如通过接触端子区域114，116分接，其中第一接触端子区域114与第一电极结构102连接，并且其中第二接触端子区域116与第二电极结构102连接。
如图1a中所示，第一电极结构102能与公共第一电势V1连接，而第二电极结构104能与第二电势V2连接，其中V1≠V2，以便将电势差ΔV＝V1–V2施加在第一和第二电极结构102，104之间，即施加在具有总电容CG的测量电容器102，104上。如从图1a显而易见的是，现在湿敏介电层元件106在凹槽110中设置在第一和第二电容器电极102，104之间，以便至少局部地作为测量电容器的一电容器电介质至起作用。
湿敏介电层元件106现在设计为具有取决于环境大气的相对或绝对湿度的相对介电常数εr。湿敏介电叠层元件106可以例如具有聚酰亚胺材料。原则上，介电常数与湿度相关的所有电绝缘材料都是合适的。
湿度传感器100现在设置为，在将电势差ΔV＝V1–V2施加在测量电容器的第一和第二电容器电极102，104之间时，能提供或读出取决于环境大气(相对或绝对)湿度的电容值CG。
以下参考图1b和1c现在以湿度传感器100的原理性的示意性横截面图示出湿度传感器100的各个元件的其他可能的设计或实施方式。
如图1b所示，湿敏介电层元件106也可以设置在绝缘结构108的上表面区域108-A上方并且完全填充凹槽110。如在图1b中还示出的，可以提供支撑元件或基底112，其中邻接于凹槽110的底部区域110-2设置的第二电极结构104被设置在绝缘结构108的绝缘材料和支撑元件112之间。如图1b中还示出的，第二电极结构104可以设置为在支撑元件112和绝缘结构108之间的掩埋电极结构104。如在图1b中示例性所示，第二电极结构104可还完全嵌入在绝缘结构108的材料，使得绝缘结构108的材料位于第二电极结构104和支撑元件112之间。
如在图1b中还示例性示出的，第一和第二电极结构102，104例如除了接触端子区域或接触区域(例如，边缘部分)114，116以外可以至少局部地也或者完全嵌入绝缘材料或绝缘结构108中、或由其包围。
根据一个替代实施例(图1b中未示出)，第二电极结构104也可以设计为直接在支撑元件112的上表面区域112-1上的金属化结构，其中在这种情况下例如支撑元件112本身也可以具有电绝缘材料。
如在图1b中显而易见的是，现在在此示例性地示出湿度传感器100的各个元件的某些尺寸，其中示出的尺寸或尺寸范围在其他应用情况中也可以(例如以因数3)变化。
如图1b中示例性所示，第一电极结构相邻于壁区域110-1延伸的部段具有0.5μm±20％(或0.1μm和2μm之间，或0.2μm和1μm)的高度h102和0.25μm±20％(或0.05μm和1μm之间或0.1μm和0.5μm之间)的宽度b102。凹槽例如可以具有从0.1μm至20μm(或从0.5μm至5μm或从1到3μm)的宽度b110和从0.1μm至10μm(或从0.5μm至3μm或从1.1μm至1.6μm)的高度h110。第一和第二电极结构102，104之间的垂直距离aV可以例如在0.05μm和10μm之间(或0.2μm和2μm之间或0.5μm和1μm之间)。此外，围绕第一电极结构102的绝缘结构108可以具有约0.1μm±20％(或0.01μm和1μm之间或0.05μm和0.5μm之间)的厚度d108。如果在支撑元件(基底)112和第二电极结构104之间提供有绝缘材料，则厚度d112可以在1μm和50μm之间(或2μm至20μm之间或约5至10μm之间)。
关于图1b中所示的尺寸或尺寸范围，应当注意，它们仅仅被假设为湿度传感器100的可能的实施方式，其中根据湿度传感器100的当前作用原理当然也可以使用其他尺寸或尺寸关系，并且使湿度传感器100的功能保持相同。
在图1c中以湿度传感器100的原理性的示意性横截面图现在示出了湿敏介电层元件106的不同实施例。与图1b的湿敏介电层元件106的示图相反，在图1c所示的实施方式中，介电层元件106设计为凹槽110的“衬里”，其中湿敏介电层元件106以相对均匀的层厚度d106(至少局部地也或者完全地)覆盖壁区域110-1和底部区域110-2。因此，介电层元件106可以设计为凹槽110的侧壁区域和底部区域110-1，110-2的“保形的”涂层。湿敏介电层元件106在凹槽110内的该例如U形或长圆槽形设计使得介电层元件106的材料与周围大气、并与其中所含的水分的作用面(＝暴露的表面)增加或扩大。由此，湿度传感器100的响应性能可以相应于环境大气中的湿度变化而增加，这是因为例如与图1a中完全填充的设计相比，可以获得湿敏介电层元件106的更大的作用面。因此，这使得湿度传感器100对湿度变化的响应更快。
经过湿敏介电层元件106的材料的厚度d106，因此一方面可以设定响应性能并且另一方面可以设定湿度传感器100的可实现的信噪比因此，这通过如下方式实现，即提供活性(aktiven)层元件106与周围大气中的尽可能大的作用面，并且还提供活性层元件106利用第一和第二电极结构102，104之间的电场线的尽可能高的穿透。
如在图1c中还可选地所示，设计为保形层的湿敏介电层元件106也延伸到绝缘结构108的上表面区域108-A上。绝缘结构108在上表面区域108-A上的可选区域在图1c中用阴影线表示。
在下文中，现在参考图1d以示意性横截面图的形式说明湿度传感器100的传感器区域，其具有由于电场分布在第一和第二电极结构102，104之间而得到的电容器等效电路图的原理图。
如前所述，在第一和第二电势端子V1，V2之间有电势差ΔV时，形成具有在第一和第二电极结构102，104之间的电场线的电场E。
如从图1d中显而易见的是，由于在第一和第二电极结构102，104之间穿过湿敏介电层元件106的电场线而得出为测量电容C_M作贡献的C_m1，C_m2和C_m3，而寄生的、并不为测量作贡献的电容C_P表示在第一和第二电极结构102，104之间延伸但不穿过湿敏介电层元件106的场线。
在第一和第二电极结构102，104之间的电场E在湿敏介电层元件106中的电通量密度越高，湿度传感器100的总电容CG中的测量电容C_M(C_m1，C_m2和C_m3)的份额就越高并且寄生电容C_P的份额(即，不为测量作贡献的份额)即越低。因此，基于湿度传感器100的总电容CG取决于环境湿度的份额C_M可以实现高合成测量信号，并且因此可以实现湿度传感器100的高信噪比(SNR＝signal to noise ratio)。
因此，测量电容C_M相对于寄生电容C_P的关系反映出在电场线之间的关系，这些电场线在第一和第二电极结构102，104之间在敏感电介质层元件106内部(＝为测量容量C_M作贡献)和湿敏层元件106的外部(＝为寄生电容C_P作贡献)延伸。
湿度传感器100能以不同方式实施。因此，湿度传感器100可以例如设置作为所谓的“Stand-alone”部件(Stand-alone＝独立)也或者设置在BEOL堆叠(BEOL＝back-end ofline后段制程)上作为单个部件也或者设置在一组传感器部件中。
在湿度传感器100的设计中，例如作为Stand-alone部件可以将支撑元件112设计为基底，其例如具有不导电的材料，例如SixNy或SiOx。在湿度传感器100在BEOL堆叠上的设计中，支撑元件112可以是BEOL堆叠的金属层或金属面。
为了阐述概念“BEOL堆叠”示例性地示出，在半导体基底(在图1a-d中未示出)上设置有这样的BEOL堆叠。这种半导体基底可以是例如在FEOL过程(FEOL＝front-end of line前段制程)中加工的半导体晶片、诸如硅晶片，并且可选地具有集成电路装置或者说ASIC(ASIC＝application-specific integrated circuit应用专用集成电路)或一般例如具有CMOS部件，其中在半导体晶片上然后在BEOL过程中施加BEOL层堆叠。例如提供BEOL层堆叠(即布线层堆叠)以提供用于FEOL部件的连接结构，即在FEOL部件彼此之间的预定连接和/或与层堆叠的上侧处的连接触点的连接。BEOL层堆叠的金属化结构例如具有金属或金属合金，例如铜、铝等，并且它们被嵌入绝缘材料中。然而，倘若支撑元件112是这种BEOL堆栈的一部分，则仅考虑关于BEOL堆栈的这些实施方式。
绝缘结构108可以例如设计为具有钝化材料的钝化层结构，钝化材料例如是氮化硅或氧化物材料、例如SiOx，其中绝缘结构108的绝缘材料或钝化材料提供或引起第一和第二电极结构102，104的电去耦。
绝缘或钝化层结构108中的凹槽110可以具有例如沟槽形的，即，长条的、或者(作为在xz平面中的截面＝在图1a-d的y方向上的投影)圆形、矩形、方形、椭圆形或任何多边形的轮廓形状，其中可以至少局部邻接凹槽110也或者完全围绕或包围凹槽110地设计第一电极结构102。
由于第一电极结构102设计为第一公共(短路)电容器电极，例如第一电极结构102的所有部段都被短路并与第一参考电势V1连接。此外，适于在图1a-d中关联示出的第二电极结构104的是，对于将第二电极结构104细分的情况将第二电极结构104的各个元件彼此短路并且与第二参考电势V2连接。
现在可以如下概括湿度传感器100的工作原理，即第一和第二电极结构102，104垂直地(即，在y方向上＝平行于x-z平面)彼此偏移或隔开。用于湿度传感器110的活性材料106、例如聚酰亚胺材料基于环境大气中的湿度水平而改变其介电特性，并且设置成与第一和第二电极结构102，104之间的电“杂散场”相互作用。在此，活性(＝湿敏)介电层元件形成在第一和第二电容器电极102，104之间的测量电容器的与湿度有关的电容器电介质。
基于第一和第二电极结构102，104彼此参考上主表面区域106-A或108-A在垂直取向上(在y方向上)的几何布置，图1a-d中所示的湿度传感器100因此也可以被称为“垂直”湿度传感器100。
根据图1a-d中所示的湿度传感器100的实施例中，可以读出第一电极结构102和第二电极结构104之间的测量电容，第一电极结构侧向上相邻于凹槽110的侧向壁区域110-1设置，凹槽具有设置在其中的湿敏介电层元件106，第二侧壁部垂直于第一电极结构设置并且相邻于凹槽110的底部区域110-2设置。
在下文中，现在将参考图2a和2b以示意性横截面图说明根据实施例的湿度传感器100的另一可能设计方案。
关于以下实施应当指出，基本上关于图1a-d的上述实施可同样适用于在图2a-b中示出的湿度传感器100，其中以下主要讨论对湿度传感器100的修改或补充。
如图2a中示例性所示，湿度传感器100具有第一和第二电极结构102，104，湿敏介电层元件106和具有凹槽110的绝缘结构或钝化层结构108，凹槽分别具有侧壁区域110-1和具有底部区域110-2。湿敏介电层元件106设置在凹槽110中并且至少部分地填充凹槽。第一电极结构102相邻于凹槽的侧壁区域110-1并且至少部分地设置在绝缘结构108，其中第一电极结构102设计为测量电容器的第一公共电容器电极、例如彼此电连接或短路的电容器电极，并且第二电极结构设计为测量电容器的第二公共电容器电极，测量电容器用于电容性湿度测量并具有电容CG。
如图2a所示，电极结构104设计为关于垂直投影(在y方向上)被凹槽110基本上覆盖并且不被横向于电极结构设置的第一电极结构102覆盖。
通过第二电极结构的这种设置，在第一和第二电极结构102，104之间施加电势差ΔV时，可以使在第一和第二电极结构102，104之间得出的电场在凹槽110内、进而在湿敏介电层元件的材料内浓密，使得提高的场浓度引起渗透性提高并且引起与湿敏介电层元件106材料的相互作用提高。因此，得出的寄生电容C_P通过绝缘结构108的材料、例如氧化物材料而降低，并且电容C_M(C_m1，C_m2和C_m3)通过介电层元件106提高，由此，可以获得湿度传感器100对环境大气中湿度变化的改善的响应和提高的灵敏度。
关于图3d的电容等效电路图应当指出，假设湿度传感器100的简化电容式模型，即凹槽110的高度h110比凹槽110的宽度b110大很大，例如大了至少5或10倍。在这种情况下，从相对均匀的电势分布出发，即横向地经过凹槽或沟槽110产生。该状态将模型减小到三个并联电容器：两个电容器C_P(寄生电容)具有绝缘结构108的绝缘材料(例如，氧化物)作为电介质以及在此之间的中间测量电容C_M，中间测量电容具有湿敏介电层元件106的材料、例如聚酰亚胺材料。
图2b现在以湿度传感器100的传感器区域的示意性横截面的形式示例性示出了测量电容的合成电容等效电路图的原理图。如在图2b中显而易见的是，得出的寄生电容C_P由此可以至少减小或显著降低，而测量电容C_M(C_m1，C_m2和C_m3)可以显著增加，并且因此能够获得湿度传感器100的灵敏度的显著增加。
在下文中，现在将参考图3a-d描述根据实施例的湿度传感器100的另一设计方案。
对于以下说明的湿度传感器100应当指出，关于图1a-d和图2a-b的上述说明同样可适用于图3a-d的湿度传感器100，其中以下主要讨论对湿度传感器100的补充或修改。
如图3a中根据实施例的湿度传感器100的示意性横截面原理图所示，湿度传感器再次包括第一和第二电极结构102，104、湿敏介电层元件106、和绝缘结构108。绝缘结构108现在具有例如多个凹槽110，凹槽分别具有侧壁区域110-1和底部区域110-2。如图3a所示，湿敏介电层元件106设置在凹槽110中并至少部分地填充凹槽。第一电极结构102具有例如多个彼此电连接的第一子电极结构102-1，102-2，102-3，这些第一子电极结构例如设置在凹槽110的外侧壁区域110-1上和相邻侧壁区域110-1之间，例如平行于凹槽的侧壁区域110-1。第二电极结构104又(垂直地)相邻于凹槽110的底部区域110-2至少部分地设置在绝缘结构108内。此外，彼此连接的第一子电极结构102-1，102-2，103-2设计为测量电容器的第一公共、短路(shortened)电容器电极102，而第二电极结构设计为测量电容器的第二公共电容器电极104，测量电容器用于电容性湿度测量并具有电容CG。
根据一个示例性实施例，第一子电极结构102-1，102-2，102-3中的各一个可以至少局部地或完全地横向地围绕凹槽110中的各一个凹槽。根据一个实施例，第一电极结构102的第一子电极结构102-1，102-2，102-3也可以带状地设置在相邻的凹槽或沟槽110之间并且平行于凹槽或沟槽110的侧壁区域110-1。如图3a所示，设置在第一子电极结构102-1，102-2，102-3之间的湿敏介电层元件106的至少部分材料例如是聚酰亚胺材料。
如图3a所示，第一子电极结构102-1，102-2，102-3例如横向(＝沿x方向)地相邻于凹槽110的壁区域110-1设置，并且至少部分地或完全地设置在绝缘结构108的材料中或嵌入其中。第二电极结构104现在例如垂直(＝在y方向上)地相邻于凹槽110的底部区域110-2设置，并且至少部分地或完全地设置在绝缘结构108的材料中或嵌入其中。因此，第一电极结构102设计为测量电容器的一公共电容器电极，并且第二电极结构设计为测量电容器的第二公共电容器电极，测量电容器用于电容性湿度测量并具有电容CG，其中湿敏介电层元件106再次设计为具有取决于相对介电常数εr的相对或绝对环境大气湿度。
在下文中，现在将参考图3b和3c以湿度传感器100的示意性横截面图原理图示出湿度传感器100的各个元件的其他可能的设计方案或实施方案。
如图3b所示，湿敏介电层元件106也可以设置在绝缘结构108的上表面区域108-A上方并且完全填充凹槽110。如图3b中进一步所示，可以再次提供支撑元件或基底112。
如在图3b中显而易见的，现在该处示例性地又示出湿度传感器100的各个元件的一些尺寸，其中图1b的尺寸可以相应地在此应用。
现在在图3c中以湿度传感器100的示意性横截面原理图示出湿敏介电层元件106的不同实施例。不同于图3b的湿敏介电层元件106，在图3c中示出的设计方案中，湿敏介电层元件106设计为凹槽110的“衬里”，其中湿敏介电层元件106(至少部分地或甚至完全地)以相对均匀的层厚d106覆盖凹槽110的壁区域110-1和底部区域110-2。因此，介电层元件106可以设计为凹槽110的侧壁区域和底部区域110-1，110-2的“保形的”涂层。通过湿敏介电层元件106的厚度d106，一方面可以设定湿度传感器100的响应性能并且另一方面设定能达到的信噪比，这通过提供活性层元件106与环境大气的尽可能大的作用面以及还提供具有第一和第二电极结构102，104之间的电场线的活性层元件106的尽可能高的渗透性来实现。
如在图3c中进一步可选地示出，设计为保形涂层的湿敏介电层元件106例如也延伸到绝缘结构108的上表面区域108-A上。上表面区域108-A上的绝缘结构108的可选区域在图3c中用阴影线表示。
在下文中，现在将参考图3d以湿度传感器100的传感器区域的示意性横截面图的形式进行说明，其具有基于电场在第一和第二电极结构102，104之间的分布得出的电容性等效电路图的原理图。
如在图3d中显而易见的，对测量容量C_M的作贡献的份额C_m1，C_m2和C_m3由于在第一子电极结构102-1，102-2，102-3和第二电极结构104之间穿过湿敏介电层元件106的电场线104而产生，而对测量没有贡献的寄生电容C_P代表在第一和第二电极结构102，104之间延伸而不穿过湿敏介电层元件106的场线。湿敏介电层元件106穿过的第一和第二电极结构102，104之间的电场E的电场线越多，湿度传感器100的总电容CG中的测量电容C_M的份额就越高并且寄生电容C_P的份额(即对测量没有贡献的)就越低。
绝缘或钝化层结构108中的凹槽110可以例如具有沟槽形、即细长、或(作为在x-z平面的中的截面图)圆形、矩形、方形、椭圆形或任何多边形形状的轮廓形状，其中至少局部邻接凹槽110也或者完全围绕或包围凹槽110地设计第一电极结构102。由于第一电极结构102设计为第一公共(短路)电容器电极，例如第一电极结构102的所有部段都被短路并与第一参考电势V1连接。此外，适于在图3a-d中关联示出的第二电极结构104的是，对于将第二电极结构104细分的情况将第二电极结构104的各个元件彼此短路并且与第二参考电势V2连接。
现在可以再次如下概括湿度传感器100的工作原理，即第一和第二电极结构102，104垂直地(即，在y方向上＝平行于x-z平面)彼此偏移或隔开。用于湿度传感器110的活性材料106、例如聚酰亚胺材料基于环境大气中的湿度水平而改变其介电特性，并且设置成与第一和第二电极结构102，104之间的电“杂散场”或主要具有垂直分量的电“杂散场”的相互作用。在此，活性(＝湿敏)介电层元件106形成在第一和第二电容器电极102，104之间的测量电容器的与湿度有关的电容器电介质。
基于第一和第二电极结构102，104彼此参考上主表面区域108-A在垂直取向上(在y方向上)的几何布置，图3a-d中所示的湿度传感器100因此又可以被称为“垂直”湿度传感器100。
关于图3d的电容等效电路图应当指出，假设湿度传感器100的简化电容式模型，即凹槽110的高度h110比凹槽110的宽度b110大很大，例如大了至少5或10倍。在这种情况下，从相对均匀的电势分布出发，即横向地经过凹槽或沟槽110产生。该状态将模型减小到三个并联电容器：两个电容器C_P(寄生电容)具有绝缘结构108的绝缘材料(例如，氧化物)作为电介质，以及在此之间的中间测量电容C_M，中间测量电容具有湿敏介电层元件106的材料、例如聚酰亚胺材料。
在下文中，现在将参考图4a-d描述根据实施例的湿度传感器100的另一设计方案。
对于以下说明的湿度传感器100应当指出，关于图1a-d，2a-b和3a-d的上述说明同样可适用于图4a-d的湿度传感器100，其中以下主要讨论对湿度传感器100的补充或修改。
如图4a中示例性地在根据实施例的湿度传感器100的横截面原理图中所示，湿度传感器再次包括第一和第二电极结构102，104、湿敏介电层元件106、和绝缘结构108。绝缘结构108现在具有例如多个凹槽110，凹槽分别具有侧壁区域110-1和底部区域110-2。如图4a所示，湿敏介电层元件106设置在凹槽110中并至少部分地填充凹槽。第一电极结构102具有例如多个彼此电连接的第一子电极结构102-1，102-2，102-3，这些第一子电极结构例如设置在凹槽110的外侧壁区域110-1上和相邻侧壁区域110-1之间，例如平行于凹槽的侧壁区域110-1。第二电极结构104又(垂直地)相邻于凹槽110的底部区域110-2至少部分地设置在绝缘结构108内。此外，彼此连接的第一子电极结构102-1，102-2，103-2设计为测量电容器的第一公共、短路(shortened)电容器电极102，而第二电极结构设计为测量电容器的第二公共电容器电极104，测量电容器用于电容性湿度测量并具有电容CG。
如在图4a中示例性所示，第二电极结构具有彼此电连接的第二子电极结构104-1，104-2，第二子电极结构垂直地相邻于凹槽110的相应的底部区域110-2设置。第二电极结构104可以具有结构化的、短路的第二子电极结构104-1，104-2，第二子电极结构设置为关于垂直投影(在y方向上)示例性地基本补充或覆盖凹槽110的基面。第一和第二电极结构102，104的这种设置能用于减小寄生电容C_P。
在图4a的湿度传感器100中，第一和第二电极结构102,104再次垂直(即，在y方向上)彼此偏移或隔开地设置。根据图4b和4c，在湿度传感器100的示意性横截面原理图中示例性地示出了湿度传感器100的各个元件的其他可能的设计方案例或实施方案，如已经在图3b和3c中示例性地对于相关联的第二电极结构104所述的那样。
基于图4a-d中所示的第二电极结构104的设置，可以减少具有绝缘结构108的绝缘材料作为相对于湿度改变不敏感的电介质的寄生电容器C_P，这通过提高最上部的金属导线或第一子电极结构102-1，102-2，102-3的宽度和高度来实现。
在图4a-d所示的设计方案中，第二电极结构104的第二子电极结构104-1，104-2设计为关于垂直投影(在y方向上)被凹槽110基本上覆盖并且不被横向于其设置的第一电极结构102的第一子电极结构102-1，102-2，102-3覆盖。第二电极子结构104-1，104-2因此设置为被凹槽110和设置在其中的湿敏介电层元件106垂直(在y方向)覆盖，使得基本上并不出现关于垂直投影(在y方向上)与第一电极结构102的第一子电极结构102-1，102-3-102-3的重叠。
这引起较低的寄生电容C_P和湿度传感器100的增加的测量电容C_M，并且因此使得湿度传感器100对环境大气中的湿度变化的灵敏度增加。
根据一个实施例，可以提供第一接触端子面114，其与第一电极结构102电连接，并且还可以存在第二接触端子面116，其与第二电极结构104电连接。可以提供第一和第二接触焊盘114，116，以读取由第一和第二电极结构形成的测量电容102，104的电容值CG。
如在图4b中显而易见的，现在该处示例性地又示出湿度传感器100的各个元件的一些尺寸，其中图3b的尺寸可以相应地在此应用。图4b仅仅附加地指出第二子电极结构104-1，104-2的宽度b104，其中宽度b104可以是大约0.5μm至3μm(或0.2μm至5μm)。
在下文中，现在将参考图5a-d描述根据另一实施例的湿度传感器200的另一实施例。在图5a，d中所示的湿度传感器200的布置也可以被称为湿度传感器200的单个元件或单位晶格(Elementarzelle)，其中湿度传感器200可以具有多个例如并联连接的单位晶格。
如图5a的示意性横截面原理图中所示，湿度传感器200具有：支撑元件208，其具有绝缘材料；第一和第二电极结构202，204，它们彼此隔开地设置在支撑元件208处；在支撑元件208的第一主表面区域208-1处并且相邻于第一和第二电极结构202，204的湿敏介电层元件206；以及在湿敏介电层元件206的第一主表面区域206-1上的第三电极结构210，使得湿敏介电层元件206设置在第三电极结构210和第一电极结构202之间以及设置在第三电极结构210和第二电极结构204之间。支撑元件208还可以可选地包括基底212，参见图5b。
如图5a所示，第三电极结构210设置在介电层元件206的第一主表面区域206-1处，而第一和第二电极结构相邻于介电层元件206的第二主表面区域206-2并且横向(＝在x方向)彼此隔开地设置。
第一电极结构202设计为测量电容器的第一电容器电极，其中，第二电极结构204设计测量电容器的第二电容器电极202，204，测量电容器具有总电容CG用于电容性湿度测量。第三电极结构210设计为电势自由或“浮动”的电极结构。
浮动电极结构210可以设计为导电层，其具有开口直径D210的开口210-A和接片宽度b210的接片，这些接片被开口210-A机械连接和围绕，从而使环境大气通过开口210-A能接触湿敏介电层元件206。因此，浮动电极结构210可以设计为穿孔或栅格形状的导电层。
当在测量电容器的第一和第二电容器电极202，204之间施加电势差的ΔV时中，浮动电极结构设计为收集或集中在第一和第二电极结构202，204之间的杂散电场。浮动电极结构210可以例如具有多晶硅材料或金属。湿敏介电层元件206可以具有取决于环境大气湿度的介电常数εr。因此，介电层元件206的介电常数εr取决于从环境大气吸收的湿度。
当在第一电极结构202处的第一电势端子V1和第二电极结构204处的第二电压端子V2之间施加作为差的电势差ΔV并且在测量电容器的第一和第二电容器电极202，204之间施加由此得出的电势差时，可读出取决于环境大气湿度的电容值。因此，可读出的电容值CG取决于吸收到同样湿敏的介电层元件206中的湿度量。
第一和第二电极结构202，204可以至少局部地嵌入支撑元件208的绝缘材料中。例如，湿敏介电层元件206可以再次包括聚酰亚胺材料。此外，又可以提供第一和第二接触端子面214，216，其中第一接触端子面214与第一电极结构202电连接，并且其中第二接触端子面216与第二电极结构204电连接。
浮动电极结构210可以借助于金属加工工艺在湿敏介电层元件206的绝缘材料或聚酰亚胺材料上形成。为此，可能需要例如对湿敏介电层元件206的聚酰亚胺材料进行特殊处理，例如进行热处理，以获得例如聚酰亚胺材料的固化。
在图5a-d中示出的湿度传感器200又表示垂直部件。在示出的设计中，第一和第二电极结构202，204与在此之间的绝缘材料、例如支撑元件208的绝缘材料彼此相邻(并排)地设置。通过浮动电极结构(＝浮动接触)210的设置，提供了获取从第一和第二电极结构202，204垂直(沿y方向)延伸的电场的可能性，其中电场线由于浮动电极结构210的设置而基本上垂直(在y方向上)穿过介电层元件206。由此可以显著提高电场线与湿敏介电层元件206的绝缘材料、例如的聚酰亚胺材料相互作用，或将其最大化。
基于浮动电极结构210的穿孔金属结构，允许湿敏介电层元件206能与环境大气、例如空气反应，或暴露在环境大气中。湿度传感器的可能的几何设计方案在图5b中以3D视图示例性地示出。
由于用于两个电极结构202，204的测量电容垂直延伸，因此寄生电容基本上通过支撑元件208的绝缘材料、例如氧化物材料与横向电场分量相关联。由此可以提升湿度传感器200的最终灵敏度，其中还可以实现电极厚度和间隔的优化。电极厚度可以例如被尽可能小地选择，以减小横向寄生电容的面积。(最佳)电极间距可以例如被预先计算并取决于不同参数，例如电极厚度、与基底的距离、聚酰亚胺的厚度等。另外，在该设计方法中，可以考虑浮动电极结构210的EM屏蔽(EM＝电磁)。电屏蔽可以例如通过相应的封装来实现。
在图5c中示出的湿度传感器200具有多个单位晶格(Elementarzellen)(参见图5a，d)，这些单位晶格多重“镜像”(例如在轴线M1或轴线M1，M2，M3，...处)并且并联地设置。在图5c中，湿度传感器200的这种单位晶格由虚线轮廓突出显示。由此在图5c中，外电极202被认为是第一公共电极202，并且中间电极204被认为是第二电极204。
如在图5c中显而易见的，在此现在示例性地示出湿度传感器200的各个元件的某些尺寸，其中所示出的尺寸或尺寸范围在其他应用情况下也能例如以3倍变化。
如在图5c中进一步所示，可以提供支撑元件或基底212，其中，第一和第二电极结构202，204作为绝缘结构208的绝缘材料中的埋入式电极结构可以设置在支撑元件212和介电层元件206之间。第一和第二电极结构202，204因此也可以完全设置在绝缘结构208的材料内或嵌入其中，使得绝缘结构208的材料可以位于第一电极结构202和支撑元件212之间并且位于第二电极结构204和支撑元件212之间。
如在图5c中示例性所示，第一和第二电极结构202，204例如分别具有330nm±20％(或100nm至1000nm之间或200和600nm之间)的厚度d202，d204。此外，第一和第二电极结构202，204例如分别具有0.5μm±20％(或0.1μm和3μm之间或0.2μm和1μm之间)的宽度b202，b204。湿敏介电层元件206可具有0.1μm和10μm之间(或0.2μm和6μm之间或0.5mm到3μm之间)的厚度d206。
如果在第一或第二电极结构202，204和介电层元件206之间提供绝缘结构208的绝缘材料，绝缘材料的厚度d208可以是0.1μm±20％(或0.01μm和1μm或之间0.05μm和0.2μm)。如果在支撑元件(基底)212和第一或第二电极结构202，204之间提供了绝缘结构208的绝缘材料，绝缘材料的厚度d212可以是1至50μm(或2μm和20μm之间或5μm和10μm之间)。
如在图5c中示例性所示，第三电极结构210可以例如分别具有330nm±20％(或100nm和1000nm之间或200和600nm之间)的厚度d210。此外，第三电极结构210可以例如具有0.5μm±20％(或0.1μm至μm之间或0.2μm和1μm之间)的孔直径D210和0.5μm±20％(或0.1μm和3μm之间或0.2μm和1μm之间)的接片宽度b210。
关于图5c中示出的尺寸或尺寸范围应当指出，它们仅仅被假设为实例性地用于湿度传感器200的可能实施方式，其中根据湿度传感器200的当前作用原理，自然也可以使用其他尺寸或尺寸关系，并且进一步保持湿度传感器200的功能性相同。
在下文中，现在将参考图5d以湿度传感器200的传感器区域的示意性横截面图的形式进行说明，其具有起作用的电场的所得出的分量的原理图或所得出的电容等效电路图。
如上所述，测量容量C_M垂直地在第一电极结构202和浮动电极结构210之间延伸，并且垂直地在第二电极结构204和浮动电极结构210之间延伸，这是因为第一和第二电极结构202，204之间出现的电场在浮动电极结构204中集中或短路。直接存在于第一和第二电极结构202，204之间的寄生电容C_P由于几何设置而相对较小或者可以忽略不计。
通过这种设置，在第一和第二电极结构202，204之间施加电势差ΔV时，第三电极结构210可以使第一和第二电极结构202，204之间得出的电场基本在湿敏介电层元件206的材料内浓密，使得提高的场浓度引起渗透性提高并且引起与湿敏介电层元件206材料的相互作用提高。因此，得出的寄生电容C_P通过绝缘结构108的材料、例如氧化物材料而降低，并且测量电容C_M相应地通过介电层元件206提高，由此，可以获得湿度传感器200对环境大气中湿度变化的改善的响应和提高的灵敏度。
下面将参照图3简要描述用于制造图3b或3c中示例性示出的湿度传感器100的可能的制造方法的概述。
首先，在步骤6-0，提供基底或支撑元件112。
在步骤6-1中，例如通过CVD方法将绝缘材料施加到基底或支撑元件112上。
在进一步的步骤6-2中，施加金属层(金属1)，其随后用作第二电极结构。
在步骤6-3中，又例如借助于CVD方法将绝缘材料(绝缘体2)施加到第二电极结构204上。
在步骤6-4中，使第一电极结构102形成或结构化带有第一子电极结构102-1，102-2，102-4。
在步骤6-5中，借助于CVD方法施加绝缘结构108(绝缘体3)的另一绝缘体材料。
在步骤6-6中，对第一子电极结构102-1，102-2，102-3的上表面区域进行平坦化。
在步骤6-7中，将金属钝化物作为终止层施加到平坦化表面，并形成绝缘结构(钝化层结构)108的另一部段。
在步骤6-8，凹槽或沟槽例如借助于沟槽蚀刻法形成在第一子电极结构102-1，102-2，102-3之间的绝缘结构108中。
在步骤6-9a中，例如湿敏介电层元件元件106保形地沉积在现有的表面形状上，由此沟槽110并不完全被填满，例如，这如示例性地在图3c的湿度传感器100中所示。
在替代步骤6-9b中，湿敏介电层元件110的材料非保形地沉积，使得凹槽110被完全填充，这如示例性地在图3b的湿度传感器100中所示。
在下文中，现在将参考图7说明用于制造在图4b或4c中示例性示出的、具有多个凹槽110的湿度传感器100的另一种方法。
图7所示的制造方法仅在步骤6-2'与图6所示方法的不同之处在于，构成第二电极结构202的被施加的金属层(金属1)被结构化以形成彼此电连接、短路的第二子电极结构204-1，204-2。
在图7的步骤6-9a中，湿敏介电层元件106例如保形地沉积在现有的表面形状上，由此凹槽或沟槽110并不完全被填满，这如示例性地在图4c的湿度传感器100中所示。
在图7的替代步骤6-9b中，湿敏介电层元件110的材料非保形地沉积，使得凹槽110被完全填充，这如示例性地在图4b的湿度传感器100中所示。
现在将在下面参考图8说明根据另一实施例的图5a-d中所示的湿度传感器200的可能的制造方法。
如图8所示，首先在步骤6-0中，提供支撑元件212。借助于CVD方法将绝缘体结构208的绝缘材料(绝缘体1)施加到支撑元件208上。
在步骤8-2中，结构化地施加金属层(金属1)以施加彼此隔开地设置在支撑元件210上的第一电极结构和第二电极结构。
在步骤8-3中，例如又借助于CVD工艺施加另一绝缘体材料(绝缘体2)，并在步骤8-4中平面化以形成支撑元件108的另一部段。
在步骤8-5中，施加金属钝化层以覆盖第一和第二电极结构并形成支撑元件的另一部段。
在步骤8-6中，施加湿敏介电层元件206，例如借助于聚酰亚胺施加。
最后，在步骤8-7中，施加第三电极结构作为浮动电极结构，其设计为导电的、穿孔或栅格状的层，这例如在图5c的湿度传感器200中所示。
根据一个实施例，湿度传感器100包括第一和第二电极结构102，104、湿敏介电层元件106和具有凹槽110的绝缘结构108，凹槽具有侧壁区域110-1和底部区域110-2。湿敏介电层元件106设置在凹槽110中，并且至少部分地填充凹槽，其中相邻于凹槽110的壁区域110-1的第一电极结构102至少部分地设置在绝缘结构108中，其中相邻于凹槽110的底部区域110-2的第二电极结构104至少部分地设置在绝缘结构108中，并且其中第一电极结构102设计为用于电容性湿度测量的测量电容器的第一公共电容器电极102并且第二电极结构104设计为测量电容器的第二公共电容器电极104。
根据一个实施例，湿敏介电层元件106设计为至少局部地作为在第一和第二电容器电极102，104之间的测量电容器的电容器电介质起作用。
根据一个实施例，湿敏介电层元件106具有取决于环境大气湿度的相对介电常数。
根据一个实施例，在测量电容器的第一和第二电容器电极102，104之间施加电势差ΔV时，能读出取决于环境大气湿度的电容值。
根据一个实施例，湿度传感器100还包括支撑元件112，其中邻接凹槽110的底部区域110-2设置的第二电极结构104设置在绝缘结构108的绝缘材料和支持元件112之间。
根据一个实施例，第二电极结构104设置为支撑元件112和绝缘结构108之间的掩埋电极结构。
根据一个实施例，支撑元件112包括基底或金属层。
根据一个实施例，绝缘结构108具有绝缘材料，其中第一和第二电极结构102，104至少局部地嵌入绝缘结构108的所述绝缘材料中。
根据一个实施例，湿度传感器100具有绝缘结构108中的多个凹槽110，多个凹槽分别具有侧壁区域110-1和底部区域110-2。
根据一个实施例，第一电极结构102具有多个彼此电连接的第一子电极结构102-1，102-2，102-3，第一子电极结构平行于凹槽110的所述侧壁区域110-1设置。
根据一个实施例，第一子电极结构102-1，102-2，102-3中的一个子电极结构分别围绕凹槽110中的一个凹槽。
根据一个实施例，第一电极结构102条带形地设置在相邻的凹槽110之间并且平行于凹槽110的侧壁区域110-1。
根据一个实施例，聚酰亚胺材料设置在第一子电极结构102-1，102-2，102-3之间。
根据一个实施例，第二电极结构104具有彼此电连接的第二子电极结构104-1，104-2，第二子电极结构垂直地相邻于凹槽110的底部区域110-2设置。
根据一个实施例，湿敏介电层元件106具有聚酰亚胺材料。
根据一个实施例，湿敏介电层元件完全覆盖凹槽110的侧壁区域110-1和底部区域110-2和/或完全填充凹槽110。
根据一个实施例，湿度传感器100具有第一接触端子面114和第二接触端子面116，第一接触端子面与第一电极结构102连接，第二接触端子面与第二电极结构104连接。
根据一个实施例，湿度传感器200包括：支撑元件208，其具有绝缘材料；第一和第二电极结构202，204，它们彼此隔开地设置在支承元件208处；在支撑元件208的第一主表面区域208-1处并且相邻于第一和第二电极结构202，204的湿敏介电层元件206；和在湿敏介电层元件206的第一主表面区域206-1上的第三电极结构210，使得湿敏介电层元件206设置在第三电极结构210和第一电极结构202之间以及设置在第二电极结构210和第二电极结构204之间。在此，第一电极结构202设计为用于电容性湿度测量的测量电容器的第一公共电容器电极202，并且第二电容器电极204设计为测量电容器的第二电容器电极204，其中所述第三电极结构210设计为浮动电极结构。
根据一个实施例，浮动电极结构210具有导电层，导电层具有开口210-A，使得环境大气通过开口210-A能接触湿敏介电层元件206。
根据一个实施例，在测量电容器的第一和第二电容器电极202，204之间施加电势差ΔV时，浮动电极结构210设计用于收集在第一和第二电极结构202，204之间的杂散电场。
根据一个实施例，浮动电极结构210具有导电材料。
根据一个实施例，湿敏介电层元件206具有取决于环境大气湿度的介电常数。
根据一个实施例，在测量电容器的第一和第二电容器电极202，204之间施加电势差时，可读出取决于环境大气湿度的电容值。
根据一个实施例，第一和第二电极结构202，204至少局部地嵌入支撑元件210的绝缘材料中。
根据一个实施例，湿敏介电层元件206具有聚酰亚胺材料。
根据一个实施例，湿度传感器200具有与第一电极结构202连接的第一接触端子面214和与第二电极结构204连接的第二接触端子面216。
根据一个实施例，湿敏介电层元件206设计为至少局部地作为测量电容器的电容器电介质起作用。
尽管已经将本公开的一些方面作为特征关联装置进行描述，但是应该理解，这样的描述也可以被认为是对应的方法特征的描述。尽管已经将一些方面作为特征关联方法进行描述，但是应当理解，这种描述可以分别被视为是对装置的对应特征或装置的功能的描述。
在前面的详细描述中，在示例中将各种特征部分地组合在一起以简化本公开。这种类型的公开不应被解释为如下意图：所要求保护的示例具有的特征比每个权利要求中明确说明的更多。相反，如以下权利要求所反映的，主题少于各个公开示例的所有特征。因此，将以下权利要求特此收入具体说明中，其中每个权利要求可以被解释为其自身的单独示例。在每个权利要求可以是作为一个单独的独立的示例时，但应注意的是，尽管从属权利要求在权利要求中根据特定组合引用一个或多个另外的权利要求，但是其他示例也包括从属权利要求与每个另外的从属权利要求的主题的组合，或每个特征与另外的从属或独立权利要求的组合。除非声明不期望特定组合，否则包括这样的组合。此外，旨在包括权利要求的特征与任何其他独立权利要求的组合，即使该权利要求不直接关联于独立权利要求。
尽管具体实施例已被示出和描述，本领域技术人员将是显而易见的是，各种用于有示出，并且可以在不脱离申请的主题的情况下可以取代特别在此示出或描述的实施例的替代和/或等同实施方式。本申请文本旨在涵盖在此描述和讨论的特定实施例的所有改编和变化。因此，本申请仅受权利要求的字面表述及其等同实施方式的限制。

Claims (27)

1.一种湿度传感器(100)，具有以下特征：
第一和第二电极结构(102，104)，
湿敏介电层元件(106)，和
具有凹槽(110)的绝缘结构(108)，所述凹槽具有侧壁区域(110-1)和底部区域(110-2)，
其中所述湿敏介电层元件(106)设置在所述凹槽中并至少部分地填充所述凹槽，
其中所述第一电极结构(102)相邻于所述凹槽(110)的所述壁区域(110-1)并至少部分地设置在所述绝缘结构(108)中，
其中所述第二电极结构(104)相邻于所述凹槽(110)的所述底部区域(110-2)并至少部分地设置在所述绝缘结构(108)中，并且
其中所述第一电极结构(102)设计为用于电容性湿度测量的测量电容器的公共的第一电容器电极(102)并且所述第二电极结构(104)设计为所述测量电容器的公共的第二电容器电极(104)。
2.根据权利要求1所述的湿度传感器，其中，所述湿敏介电层元件(106)设计为至少局部地作为所述测量电容器的、在所述第一和第二电容器电极(102，104)之间的电容器电介质起作用。
3.根据权利要求1或2所述的湿度传感器，其中，所述湿敏介电层元件(106)具有取决于环境大气湿度的相对介电常数。
4.根据前述权利要求中任一项所述的湿度传感器(100)，其中，在所述测量电容器的所述第一和第二电容器电极(102，104)之间施加电势差(ΔV)时，能读出取决于所述环境大气湿度的电容值。
5.根据前述权利要求中任一项所述的湿度传感器(100)，还具有以下特征：
支撑元件(112)，其中邻接所述凹槽(110)的所述底部区域(110-2)设置的所述第二电极结构(104)设置在所述绝缘结构(108)的绝缘材料和所述支撑元件(112)之间。
6.根据权利要求5所述的湿度传感器，其中，所述第二电极结构(104)设置为所述支撑元件(112)和所述绝缘结构(108)之间的掩埋电极结构。
7.根据权利要求5或6所述的湿度传感器(100)，其中，所述支撑元件(112)包括基底或金属层。
8.根据前述权利要求中任一项所述的湿度传感器(100)，其中，所述绝缘结构(108)具有绝缘材料，其中所述第一和第二电极结构(102，104)至少局部地嵌入所述绝缘结构(108)的所述绝缘材料中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的湿度传感器(100)，还具有以下特征：
所述绝缘结构(108)中的多个凹槽(110)，所述多个凹槽分别具有侧壁区域(110-1)和底部区域(110-2)。
10.根据权利要求8或9所述的湿度传感器(100)，其中，所述第一电极结构(102)具有多个彼此电连接的第一子电极结构(102-1，102-2，102-3)，所述第一子电极结构平行于所述凹槽(110)的所述侧壁区域(110-1)设置。
11.根据权利要求10所述的湿度传感器(100)，其中，所述第一子电极结构(102-1，102-2，102-3)中的一个第一子电极结构分别围绕所述凹槽(110)中的一个凹槽。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的湿度传感器(100)，其中，所述第一电极结构(102)条带形地设置在相邻的凹槽(110)之间并且平行于所述凹槽(110)的所述侧壁区域(110-1)。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的湿度传感器(100)，其中，聚酰亚胺材料设置在所述第一子电极结构(102-1，102-2，102-3)之间。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的湿度传感器(100)，其中，所述第二电极结构(104)具有彼此电连接的第二子电极结构(104-1，104-2)，所述第二子电极结构垂直地相邻于所述凹槽(110)的所述底部区域(110-2)设置。
15.根据前述权利要求中任一项所述的湿度传感器(100)，其中，所述湿敏介电层元件(106)具有聚酰亚胺材料。
16.根据前述权利要求中任一项所述的湿度传感器(100)，其中，所述湿敏介电层元件完全覆盖所述凹槽(110)的所述侧壁区域(110-1)和所述底部区域(110-2)和/或完全填充所述凹槽(110)。
17.根据前述权利要求中任一项所述的湿度传感器(100)，具有以下特征：
与所述第一电极结构(102)连接的第一接触端子面(114)和与所述第二电极结构(104)连接的第二接触端子面(116)。
18.一种湿度传感器(200)，具有以下特征：
支撑元件(208)，所述支撑元件具有绝缘材料，
第一和第二电极结构(202，204)，所述第一和第二电极结构彼此隔开地设置在所述支撑元件(208)处，
在所述支撑元件(208)的第一主表面区域(208-1)处并且相邻于所述第一和第二电极结构(202，204)的湿敏介电层元件(206)，以及
在所述湿敏介电层元件(206)的第一主表面区域(206-1)上的第三电极结构(210)，使得所述湿敏介电层元件(206)设置在所述第三电极结构(210)和所述第一电极结构(202)之间以及设置在所述第三电极结构(210)和所述第二电极结构(204)之间，
其中，所述第一电极结构(202)设计为用于电容性湿度测量的测量电容器的第一电容器电极(202)并且所述第二电极结构(204)设计为所述测量电容器的第二电容器电极(204)，以及
其中，所述第三电极结构(210)设计为浮动电极结构。
19.根据权利要求18所述的湿度传感器(200)，其中，所述浮动电极结构(210)具有导电层，所述导电层具有开口(210-A)，使得环境大气通过所述开口(210-A)能接触所述湿敏介电层元件(206)。
20.根据权利要求18或19所述的湿度传感器(200)，其中，在所述测量电容器的所述第一和第二电容器电极(202，204)之间施加电势差(ΔV)时，所述浮动电极结构(210)设计用于收集在所述第一和第二电极结构(202，204)之间的杂散电场。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的湿度传感器(200)，其中，所述浮动电极结构(210)具有导电材料。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的湿度传感器(200)，其中，所述湿敏介电层元件(206)具有取决于所述环境大气湿度的介电常数。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的湿度传感器(200)，其中，在所述测量电容器的所述第一和第二电容器电极(202，204)之间施加电势差时，能读出取决于所述环境大气湿度的电容值。
24.根据权利要求18至23中任一项所述的湿度传感器(200)，其中，所述第一和第二电极结构(202，204)至少局部地嵌入所述支撑元件(210)的所述绝缘材料中。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的湿度传感器(200)，其中，所述湿敏介电层元件(206)具有聚酰亚胺材料。
26.根据权利要求18至25中任一项所述的湿度传感器(200)，具有以下特征：
与所述第一电极结构(202)连接的第一接触端子面(214)和与所述第二电极结构(204)连接的第二接触端子面(216)。
27.根据权利要求18至26中任一项所述的湿度传感器(200)，其中，所述湿敏介电层元件(206)设计为至少局部地作为所述测量电容器的电容器电介质起作用。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112315334A (zh) * 2020-09-30 2021-02-05 宁波方太厨具有限公司 一种具有加湿烤功能的烤箱及其测温和测湿方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3062517B1 (fr) * 2017-02-02 2019-03-15 Soitec Structure pour application radiofrequence
US11385083B2 (en) * 2018-12-07 2022-07-12 Mohammad Kabany Method for measuring and/or processing measured pressure and/or humidity values
DE102020209542A1 (de) 2020-07-29 2022-02-03 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe
DE102020129845A1 (de) 2020-11-12 2022-05-12 Siteco Gmbh Strassenleuchte mit wettersensitiver lichtabgabe

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4564882A (en) * 1984-08-16 1986-01-14 General Signal Corporation Humidity sensing element
EP1607739A1 (en) * 2004-06-18 2005-12-21 Eidgenössiche Technische Hochschule Zürich Capacitive sensor
CN102150038A (zh) * 2008-09-11 2011-08-10 Nxp股份有限公司 具有组合的面内和平行平面结构的传感器
CN102209892A (zh) * 2008-09-10 2011-10-05 马来西亚微电子系统有限公司 改进的电容传感器及其制造方法
CN102253091A (zh) * 2011-04-19 2011-11-23 东南大学 基于氧化石墨烯的电容式相对湿度传感器
US20110316054A1 (en) * 2010-06-04 2011-12-29 Carnegie Mellon University Method, Apparatus, and System for Micromechanical Gas Chemical Sensing Capacitor
CN103134837A (zh) * 2011-12-02 2013-06-05 意法半导体亚太私人有限公司 具有集成加热器的可调湿度传感器
US20150153297A1 (en) * 2012-06-04 2015-06-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt Capacitive humidity sensor with graphene electrode
CN105102970A (zh) * 2013-03-29 2015-11-25 意法半导体股份有限公司 用于监测湿度和/或环境酸度/碱度和/或腐蚀的集成电子设备
CN105502282A (zh) * 2015-11-30 2016-04-20 上海集成电路研发中心有限公司 一种mems湿度传感器的制造方法
US20170082567A1 (en) * 2013-03-15 2017-03-23 Robert Bosch Gmbh Trench based capacitive humidity sensor

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4164868A (en) * 1972-10-12 1979-08-21 Vaisala Oy Capacitive humidity transducer
US4429343A (en) * 1981-12-03 1984-01-31 Leeds & Northrup Company Humidity sensing element
US4639831A (en) * 1985-02-15 1987-01-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Sensor for detecting an amount of rain
US6222376B1 (en) * 1999-01-16 2001-04-24 Honeywell International Inc. Capacitive moisture detector and method of making the same
DE10134938A1 (de) * 2001-07-18 2003-02-06 Bosch Gmbh Robert Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements
JP2006133192A (ja) * 2004-11-09 2006-05-25 Nippon Soken Inc 静電容量式湿度センサおよびその製造方法
DE102006019534A1 (de) * 2006-04-27 2007-11-08 CiS Institut für Mikrosensorik gGmbH Mikrosensor
FR2934051B1 (fr) * 2008-07-16 2011-12-09 Commissariat Energie Atomique Detecteur d'humidite capacitif a dielectrique hydrophile nanoporeux
WO2014030129A1 (en) * 2012-08-22 2014-02-27 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Printed capacitive sensing device
US9513242B2 (en) * 2014-09-12 2016-12-06 Honeywell International Inc. Humidity sensor
EP3584570A1 (en) * 2018-06-20 2019-12-25 MEAS France Method for manufacturing a relative humidity sensor and relative humidity sensor

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4564882A (en) * 1984-08-16 1986-01-14 General Signal Corporation Humidity sensing element
EP1607739A1 (en) * 2004-06-18 2005-12-21 Eidgenössiche Technische Hochschule Zürich Capacitive sensor
CN102209892A (zh) * 2008-09-10 2011-10-05 马来西亚微电子系统有限公司 改进的电容传感器及其制造方法
CN102150038A (zh) * 2008-09-11 2011-08-10 Nxp股份有限公司 具有组合的面内和平行平面结构的传感器
US20110316054A1 (en) * 2010-06-04 2011-12-29 Carnegie Mellon University Method, Apparatus, and System for Micromechanical Gas Chemical Sensing Capacitor
CN102253091A (zh) * 2011-04-19 2011-11-23 东南大学 基于氧化石墨烯的电容式相对湿度传感器
CN103134837A (zh) * 2011-12-02 2013-06-05 意法半导体亚太私人有限公司 具有集成加热器的可调湿度传感器
US20150153297A1 (en) * 2012-06-04 2015-06-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt Capacitive humidity sensor with graphene electrode
US20170082567A1 (en) * 2013-03-15 2017-03-23 Robert Bosch Gmbh Trench based capacitive humidity sensor
CN105102970A (zh) * 2013-03-29 2015-11-25 意法半导体股份有限公司 用于监测湿度和/或环境酸度/碱度和/或腐蚀的集成电子设备
CN105502282A (zh) * 2015-11-30 2016-04-20 上海集成电路研发中心有限公司 一种mems湿度传感器的制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112315334A (zh) * 2020-09-30 2021-02-05 宁波方太厨具有限公司 一种具有加湿烤功能的烤箱及其测温和测湿方法
CN112315334B (zh) * 2020-09-30 2022-02-18 宁波方太厨具有限公司 一种具有加湿烤功能的烤箱及其测温和测湿方法

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Publication number Publication date
US20200072778A1 (en) 2020-03-05
US11486848B2 (en) 2022-11-01
DE102018215018A1 (de) 2020-03-05
US20220373494A1 (en) 2022-11-24
US11754522B2 (en) 2023-09-12

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