CN112881481A - 高性能湿度传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种湿度传感器及其制备方法，尤其是一种高性能湿度传感器及其制备方法。按照本发明提供的技术方案，所述高性能湿度传感器，包括衬底以及设置于所述衬底上的湿度测量单元，所述湿度测量单元包括湿敏电容以及与所述湿敏电容适配的感湿单元体；在所述衬底上还设置湿度测量单元加热体、参比电容以及测温单元体，其中，通过湿度测量单元加热体能对湿度测量单元加热，参比电容与湿敏电容具有相同的电容结构，通过测温单元体能测量湿度测量单元以及参比电容所处环境的环境温度值。本发明能进行温度校准，提高在湿度测量的精度和传感器的性能，同时还能加速水分蒸发，缩短响应时间，可适应湿度快速变换的工作环境。

Description

高性能湿度传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种湿度传感器及其制备方法，尤其是一种高性能湿度传感器及其制备方法。

背景技术

湿度传感器是一种能将湿度量转换成容易被处理电信号的设备或装置，湿度传感器包括电容式湿度传感器。电容式湿度传感器的原理是：制备在叉指电极间的湿敏材料吸附水分子后，介电常数会发生变化，根据两极板间电容的公式可知，随着介电常数变化，电容值也会发生变化，从而达到湿度传感的目的。

现有的湿度传感器主要存在如下的不足：

1)、温度对湿敏材料的性能影响极大，现有湿度传感器一般在外部集成温度传感器进行温度补偿。

2)、水分子解吸附速度慢，导致湿度传感器无法在湿度快速变化的环境中工作；

3)、灵敏度低，电容式湿度传感器的满量程输出较低，后端的采集电路不容易实现电信号的采样。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高性能湿度传感器及其制备方法，其能进行温度校准，提高湿度测量的精度以及传感器的性能，通过加速水分子蒸发的，缩短响应时间，可适应湿度快速变换的环境。

按照本发明提供的技术方案，所述高性能湿度传感器，包括衬底以及设置于所述衬底上的湿度测量单元，所述湿度测量单元包括湿敏电容以及与所述湿敏电容适配的感湿单元体；

在所述衬底上还设置湿度测量单元加热体、参比电容以及测温单元体，其中，通过湿度测量单元加热体能对湿度测量单元加热，参比电容与湿敏电容具有相同的电容结构，通过测温单元体能测量湿度测量单元以及参比电容所处环境的环境温度值。

所述感湿单元体包括设置于湿敏电容上的感湿纳米结构。

在进行湿度测量时，通过湿敏电容能得到湿敏电容值C1，通过参比电容能得到参比电容值C2，通过测温单元体能得到当前环境温度值T1，且根据当前环境温度值T1能得到湿敏电容校正系数，根据所述湿敏电容校正系数对湿敏电容值C1校准后，能得到湿敏电容校正值C1’；

在得到湿敏电容校正值C1’以及参比电容值C2后，能得到湿度测量电容值C3，其中，C3＝C2-C1’。

所述湿敏电容、湿度测量单元加热体、参比电容以及测温单元体在衬底上处于同一平面。

所述测温单元体包括测温单元第一测温臂、测温单元第二测温臂以及测温单元第三测温臂，测温单元第一测温臂、测温单元第二测温臂以及测温单元第三测温臂间依次串接；

湿度测量单元以及湿度测量单元加热体位于测温单元第一测温臂与测温单元第二测温臂之间，参比电容位于测温单元第二测温臂与测温单元第三测温臂之间，湿度测量单元加热体位于湿敏电容内，且感湿纳米结构分布于湿敏电容以及湿度测量单元加热体上。

所述湿敏电容、湿度测量单元加热体、参比电容以及测温单元体在衬底上方呈叠层分布。

参比电容以及湿敏电容位于湿度测量单元加热体以及测温单元体的上方，参比电容、湿敏电容通过叠层绝缘隔离层与下方的湿度测量单元加热体以及测温单元体绝缘隔离，湿度测量单元加热体位于湿敏电容的正下方，感湿纳米结构分布于湿敏电容上。

参比电容位于湿敏电容的下方，湿度测量单元加热体、测温单元体在在参比电容与衬底之间；湿度测量单元加热体位于测温单元体的上方，湿敏电容、湿度测量加热体9、参比电容以及测温单元体间相互绝缘隔离。

一种高性能湿度传感器的制备方法，其特征是，所述制备方法包括如下步骤：

步骤1、提供衬底，并在所述衬底的正面设置绝缘支撑层，所述绝缘支撑层覆盖在衬底的正面；

步骤2、在上述绝缘支撑层上制备得到平面测温体、平面参比电容电极板、平面湿敏电容电极板以及平面加热电极体；

步骤3、制备得到与平面参比电容电极板适配的平面参比电容介质体以及与平面湿敏电容电极板适配的平面湿敏电容介质体，以通过平面参比电容介质体与平面参比电容电极板能形成所需的参比电容，通过平面湿敏电容电极板与平面湿敏电容介质体能形成所需的湿敏电容；

步骤4、制备得到平面感湿纳米结构，平面感湿纳米结构支撑在平面湿敏电容电极板以及平面加热电极体，以通过平面感湿纳米结构、平面湿敏电容电极板以及平面感湿纳米结构形成所需的湿度测量单元，通过平面加热电极体能形成对湿度测量单元加热的湿度测量单元加热体，通过平面测温体能形成与湿度测量单元以及参比电容适配的测温单元体。

一种类似的技术方案，一种高性能湿度传感器的制备方法，其特征是，所述制备方法包括如下步骤：

步骤a、提供衬底，并在所述衬底的正面设置绝缘支撑层，所述绝缘支撑层覆盖在衬底的正面；

步骤b、在上述绝缘支撑层上制备得到用于形成湿度测量单元加热体的叠层加热电极体以及用于形成测温单元体的叠层测温体；

步骤c、在上述绝缘支撑层上制备得到叠层绝缘隔离层，其中，叠层绝缘隔离层覆盖在绝缘支撑层、叠层加热电极体以及叠层测温体上；

步骤d、在上述叠层绝缘隔离层上设置叠层湿敏电容电极板以及叠层参比电容电极板，其中，叠层湿敏电容电极板与叠层加热电极体对应；

步骤e、制备得到与叠层参比电容电极板适配的叠层参比电容介质体，通过叠层参比电容介质体与叠层参比电容电极板能形成所需的参比电容；

步骤f、在上述叠层湿敏电容电极板上制备得到叠层感湿纳米结构，所述叠层感湿纳米结构支撑在叠层湿敏电容电极板以及与叠层湿敏电容电极板对应的叠层绝缘隔离层上，通过叠层感湿纳米结构与叠层湿敏电容电极板配合能形成所需的湿度测量单元。

本发明的优点：所述湿度测量单元包括湿敏电容以及与所述湿敏电容适配的感湿单元体；在所述衬底上还设置湿度测量单元加热体、参比电容以及测温单元体，利用测温单元体能进行环境温度校准，然后根据不同温度下的湿敏曲线进行湿度测量，从而可以提高湿度测量的精度。

在利用湿度测量单元体进行湿度测量后，利用湿度测量单元加热体进行加热，能加速测量单元体上的水分子蒸发，进而能缩短水分子解吸附的时间。此外，由于参比电容与湿敏电容具有相同的电容形式，在进行湿度测量时，利用参比电容的电容值与湿敏电容的电容值能采用差值法，即利用参比电容的电容值与湿敏电容的电容值差值作为整个湿度测量的结果，该方法能提高整个湿度测量的准确性。感湿单元体采用感湿纳米结构，利用感湿纳米结构的特性，能提高灵敏度，从而提高湿度测量的准确性与精度。

附图说明

图1为本发明的实施结构的立体图。

图2为图1中湿度测量单元加热体、参比电容、测温单元体以及湿度测量单元间的位置示意图。

图3为本发明湿敏电容的示意图。

图4～图11为本发明图1中实施结构的具体制备工艺步骤剖视图，其中

图4为本发明在衬底上制备得到绝缘支撑层后的剖视图。

图5为本发明制备得到平面测温体、平面参比电容电极板、平面湿敏电容电极板以及平面加热电极体后的剖视图。

图6为本发明制备得到平面参比电容介质体后的剖视图。

图7为本发明制备得到湿敏电容介质层后的剖视图。

图8为本发明得到湿敏电容介质体以及平面参比电容介质体后的剖视图。

图9为本发明得到聚合物层后的剖视图。

图10为本发明得到纳米森林聚合物层后的剖视图。

图11为本发明制备得到平面感湿纳米结构后的剖视图。

图12～图17为本发明另一种实施结构的具体制备工艺步骤剖视图，其中

图12为本发明在衬底上制备得到绝缘支撑层后的剖视图。

图13为本发明制备得到的叠层加热电极体以及叠层测温体后的剖视图。

图14为本发明制备得到叠层绝缘隔离层后的剖视图。

图15为本发明制备得到叠层湿敏电容电极板以及叠层参比电容电极板后的剖视图。

图16为本发明制备得到叠层参比电容介质体后的剖视图。

图17为本发明制备得到叠层感湿纳米结构后的剖视图。

图18为本发明另一种叠层分布的示意图。

附图标记说明：1-衬底、2-测温单元第一测温臂、3-测温单元第二测温臂、4-测温单元第三测温臂、5-测温第一连接臂、6-测温第二连接臂、7-湿度测量单元、8-参比电容、9-湿度测量单元加热体、10-湿敏电容第一连接端、11-湿敏电容第二连接端、12-加热体第一连接端、13-加热体第二连接端、14-参比电容第一连接端、15-参比电容第二连接端、16-测温单元体第一连接端、17-测温单元体第二连接端、18-第一电极板、19-第二电极板、20-叠层参比电容介质体、21-第二电极板连接板、22-第一电极板连接板、23-叠层感湿纳米结构、24-绝缘支撑层、25-测温单元区、26-参比电容区、27-湿度测量单元区、28-平面测温体、29-平面参比电容电极板、30-平面加热电极体、31-平面湿敏电容电极板、32-平面参比电容介质体、33-湿敏电容介质层、34-湿敏电容介质体、35-聚合物层、36-掩模版、37-纳米森林聚合物层、38-平面感湿纳米结构、39-叠层加热电极体、40-叠层测温体、41-叠层绝缘隔离层、42-叠层参比电容电极板、43-叠层湿敏电容电极板、44-参比电容介质填充体、45-多叠层第一绝缘层、46-叠层下测温体、47-多叠层第二绝缘层、48-多叠层湿度测量单元加热电阻、49-叠层第三绝缘层、50-叠层参比电容电极、51-多叠层湿敏电容、52-多叠层感湿纳米森林。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

为了能提高在湿度测量的精度以及性能，本发明包括衬底1以及设置于所述衬底1上的湿度测量单元7，所述湿度测量单元包括湿敏电容以及与所述湿敏电容适配的感湿单元体；

在所述衬底1上还设置湿度测量单元加热体9、参比电容8以及测温单元体，其中，通过湿度测量单元加热体9能对湿度测量单元7加热，参比电容8与湿敏电容具有相同的电容结构，通过测温单元体能测量湿度测量单元以及参比电容8所处环境的环境温度值。

具体地，衬底1可以采用现有常用的材料，如硅衬底等，具体材料的类型可以根据实际需要进行选择。通过湿度测量单元7能实现对环境湿度的测量，一般地，湿度测量单元7可以包括湿敏电容以及感湿单元体，湿敏电容与感湿单元体配合能进行湿度测量的方式与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

本发明实施例中，在衬底1上还同时设置湿度测量单元加热体9，参比电容8以及测温单元体，具体地，通过湿度测量单元加热体9能对湿度测量单元7加热，参比电容8与湿敏电容具有相同的电容结构，通过测温单元体能测量湿度测量单元以及参比电容8所处环境的环境温度值。湿度测量单元加热体9一般可以采用电阻加热的形式，参比电容8采用与湿敏电容相同的电容结构，测温单元体可以采用现有常用的热敏电阻测温形式，当然，测温单元体也可以采用其他的测温形式，具体可以根据需要选择，此处不再赘述。

具体实施时，当在衬底1上设置测温单元体后，在利用湿度测量单元7进行湿度测量前，可以利用测温单元体进行环境温度校准，然后根据不同温度下的湿敏曲线进行湿度测量，从而可以提高湿度测量的精度。在利用湿度测量单元体7进行湿度测量后，利用湿度测量单元加热体9进行加热，能加速使得测量单元体7上的水分蒸发，进而能缩短解吸附的时间。此外，由于参比电容8与湿敏电容具有相同的电容形式，在进行湿度测量时，利用参比电容8的电容值与湿敏电容的电容值能采用差值法，即利用参比电容8的电容值与湿敏电容的电容值差值作为整个湿度测量的结果，能提高整个湿度测量的准确性。

本发明实施例中，对于差值法，具体地，在进行湿度测量时，通过湿敏电容能得到湿敏电容值C1，通过参比电容8能得到参比电容值C2，通过测温单元体能能到当前环境温度值T1，且根据当前环境温度值T1对湿敏电容值C1校准后，能得到湿敏电容校正值C1’；

在得到湿敏电容校正值C1’、参比电容值C2后，能得到湿度测量电容值C3，其中，C3＝C2-C1’。

具体地，所述湿度测量电容值C3即为整个湿度传感器最终的电容值，根据上述说明可知，在得到湿度测量电容值后，能根据湿敏曲线具体得到使得，具体与现有相一致。通过参比电容8、测温单元体能提高测量得到湿度测量电容值的准确性，即能消除来自衬底1的寄生电容对信号影响，同时可以消除在使用过程中由于环境变化，例如磁场，辐射等等因素引起的电容改变，这是由于，当磁场对电容产生影响时，会同时影响湿敏电容和参比电容8，通过差值将影响的部分减掉，从而能提高湿度测量的准确性。

进一步地，所述感湿单元体包括设置于湿敏电容上的感湿纳米结构。

本发明实施例中，感湿单元体至少包括感湿纳米结构，感湿纳米结构可以为纳米森林或其他能形成纳米结构的材料等，如可以采用石墨烯等材料，具体可以根据需要进行选择。感湿纳米结构与湿敏电容适配，一般地，感湿纳米结构竖直在湿敏电容上。感湿纳米结构具有纳米森林的特性，即亲水性、比表面积均大于一般的湿敏材料，从而利用感湿纳米结构能提高整个湿度测量单元7的湿敏性能，提高使得测量的精度。当然，除了感湿纳米结构外，还可以在湿敏电容上设置湿敏材料，在湿敏材料上设置感湿纳米结构，具体可以根据需要进行选择，此处不再赘述。

如图3所示，所述湿敏电容包括电容第一电极体以及能与所述电容第一电极体配合形成叉指电极结构的电容第二电极体；

电容第一电极体包括若干第一电极板18以及与所述第一电极板18第一端电连接的第一电极板连接板22，电容第二电极体包括若干第二电极板19以及与所述第二电极板19第一端电连接的第二电极板连接板21；

在形成叉指电极时，第一电极板18与第二电极板19间交替分布，第一电极板18与第二电极板19间相互平行，且在第一电极板18相邻的第二电极板19间均填充有湿敏电容介质体。

本发明实施例中，第一电极板18间相互平行，第一电极板连接板22与第一电极板18间相互垂直，所有第一电极板18的第一端与第一电极板连接板22连接，第一电极板18的另一端呈悬空状态，第一电极板连接板22的端部形成湿敏电容第一连接端10湿敏电容第一连接端10通过第一电极板连接板22与所有的第一电极板18电连接。

第二电极板19与第二电极板连接板21间的配合形式与第一电极板18、第一电极板连接板22的配合形式相一致，具体可以参考上述说明。在形成叉指电极时，第一电极板18与第二电极板19间相互平行，第一电极板18的第二端邻近第二电极板连接板21，第二电极板19的第二端邻近第一电极板连接板22，第二电极板连接板21的一端部能形成湿敏电容第二连接端11，湿敏电第二连接端11、湿敏电容第一连接端10分别与第一电极板连接板22、第二电极板连接板21的两端相对应。湿敏电容介质体可以采用现有常用的形式，如可以采用氮化硅等，具体材料类型可以根据实际需要进行选择，此处不再赘述。

如图1、图2和图11所示，所述湿敏电容、湿度测量单元加热体9、参比电容8以及测温单元体在衬底1上处于同一平面；

所述测温单元体包括测温单元第一测温臂2、测温单元第二测温臂3以及测温单元第三测温臂4，测温单元第一测温臂2、测温单元第二测温臂3以及测温单元第三测温臂4间依次串接；

湿度测量单元7以及湿度测量单元加热体9位于测温单元第一测温臂2与测温单元第二测温臂3之间，参比电容8位于测温单元第二测温臂3与测温单元第三测温臂4之间，湿度测量单元加热体9位于湿敏电容内，且感湿纳米结构分布于湿敏电容以及湿度测量单元加热体9上。

本发明实施例中，湿敏电容、湿度测量单元加热体9、参比电容8以及测温单元体在衬底1上处于同一平面上，当采用所述形式时，测温单元体包括测温单元第一测温臂2、测温单元第二测温臂3以及测温单元第三测温臂4。具体地，测温单元第一测温臂2、测温单元第二测温臂3以及测温单元第三测温臂4间相互平行，测温单元第一测温臂2与测温单元第二测温臂3以及测温单元第三测温臂4间相互串接成一体。具体实施时，测温单元第一测温臂2通过测温第一连接臂5与测温单元第二测温臂3电连接，测温单元第二测温臂通过测温第二连接臂6与测温单元第三测温臂4电连接。

测温第一连接臂5与测温第二连接臂6所对应的长度方向在同一直线上，且测温第一连接臂5、测温第二连接臂6位于衬底1的一侧边，测温单元第一测温臂2、测温单元第二测温臂3以及测温单元第三测温臂4所对应的长度方向与测温第一连接臂5与测温第二连接臂6的连线垂直。在上述连接后，在测温单元第一测温臂2上形成测温单元体第一连接端16，在测温单元第二测温臂4上形成测温单元体第二连接端17，通过测温单元体第一连接端16、测温单元体第二连接端17能与外部的电路连接。具体实施时，测温单元第一测温臂2、测温单元第二测温臂3以及测温单元第三测温臂4内均包括若干测温臂条，测温臂条间相互平行，测温臂条间依次串接。

本发明实施例中，湿度测量单元加热体9的两端分别具有加热体第一连接端12以及加热体第二连接端13，通过加热体第一连接端12以及加热体第二连接端13能实现对湿度测量单元加热体9施加所需的电压。同理，参比电容8的两端具有参比电容第一连接端14以及参比电容第二连接端15，通过参比电容第一连接端14以及参比电容第二连接端15能实现将参比电容8的电容值输出。

如图17所示，所述湿敏电容、湿度测量单元加热体9、参比电容8以及测温单元体在衬底1上呈叠层分布；

参比电容8以及湿敏电容位于湿度测量单元加热体9以及测温单元体的上方，参比电容8、湿敏电容通过叠层绝缘隔离层42与下方的湿度测量单元加热体9以及测温单元体绝缘隔离，湿度测量单元加热体9位于湿敏电容的正下方，测温单元体与参比电容8对应，感湿纳米结构分布于湿敏电容上。

本发明实施例中，当湿敏电容、湿度测量单元加热体9、参比电容8以及测温单元体在衬底1上呈叠层分布；参比电容8以及湿敏电容位于湿度测量单元加热体9以及测温单元体的上方，参比电容8、湿敏电容通过叠层绝缘隔离层42与下方的湿度测量单元加热体9以及测温单元体绝缘隔离，且湿度测量单元加热体9位于湿敏电容的正下方，测温单元体与参比电容8对应，感湿纳米结构分布于湿敏电容上。

当湿敏电容、湿度测量单元加热体9、参比电容8以及测温单元体在衬底1上呈叠层分布，湿度测量单元加热体9以及测温单元体能保持上述相同的作用，即利用湿度测量单元加热体9能实现对湿敏电容以及感湿纳米结构加热，通过测温单元体能测量参比电容8以及湿敏电容、感湿纳米结构所处环境的温度值，具体可以参考上述说明，此处不再赘述。

具体实施时，湿敏电容、湿度测量单元加热体9、参比电容8以及测温单元体在衬底1上采用叠层分布时，具体叠层为：参比电容8位于湿敏电容的下方，湿度测量单元加热体9、测温单元体在在参比电容8与衬底1之间；湿度测量单元加热体9位于测温单元体的上方，湿敏电容、湿度测量加热体9、参比电容以及测温单元体间相互绝缘隔离。

如图18所示，在衬底1上设置绝缘支撑层24，在绝缘介质层24上设置能形成测温单元体的叠层下测温体46以及压盖在所述叠层下测温体46上的多叠层第一绝缘层45。在多叠层第一绝缘层45上设置用于形成湿度测量单元加热体9的多叠层湿度测量单元加热电阻48以及压盖在多叠层湿度测量单元加热电阻48的多叠层第二绝缘层47。在多叠层第二绝缘层47上设置用于形成参比电容8的叠层参比电容电极50，在所述叠层参比电容电极50上压盖叠层第三绝缘层49，叠层参比电容电极50通过与叠层第三绝缘层49配合能形成参比电容8。在叠层第三绝缘层49上设置多叠层湿敏电容51以及设置于所述多叠层湿敏电容51上的多叠层感湿纳米森林52，多叠层感湿纳米森林52与多叠层湿敏电容51配合形成湿度测量单元的方式与上述相一致，具体可以参考上述说明。

当然，在具体实施时，湿敏电容、湿度测量单元加热体9、参比电容8以及测温单元体在衬底1上呈叠层分布时，还可以采用其他的叠层情况，具体可以根据需要进行选择，此处不再赘述。

如图4～图11所示，上述图1和图2中的结构，可以通过下述工艺步骤制备得到，具体地，所述制备方法包括如下步骤：

步骤1、提供衬底1，并在所述衬底1的正面设置绝缘支撑层24，所述绝缘支撑层24覆盖在衬底1的正面；

具体地，绝缘支撑层24可以为二氧化硅层，绝缘支撑层24可以通过淀积等工艺制备得到，具体可以采用现有常用的工艺制备得到，具体为本技术领域人员所熟知，如图4所示。

步骤2、在上述绝缘支撑层24上制备得到平面测温体28、平面参比电容电极板29、平面湿敏电容电极板31以及平面加热电极体30；

具体地，通过在绝缘支撑层24上磁控溅射电极材料，以能同时制备得到平面测温体28、平面参比电容电极板29、平面湿敏电容电极板31以及平面加热电极体30，即平面测温体28、平面参比电容电极板29、平面湿敏电容电极板31以及平面加热电极体30采用相同的电极材料制备得到。本发明实施例中，磁控溅射的电极材料可以为铝，当然，电极材料也可以选择其他的材料，具体可以根据需要进行选择。

如图5所示，平面测温体28一般制备在测温单元区25，参比电容电极板29制备在参比电容区26，平面湿敏电容电极板31以及平面加热电极体30制备在湿度测量单元区27，具体实施时，通过平面测温体28能形成测温单元体，平面测温体28在绝缘支撑层24上的分布可以参考图1和图2中的情况，以及上述说明，此处不再赘述。平面参比电容电极板29在参比电容区26，平面参比电容电极板29间的具体情况可以参考图3以及湿敏电容的相关说明，此处不再赘述。平面湿敏电容电极板31的具体情况可以参考上述说明，通过平面加热电极体30能形成湿度测量单元加热体9，具体实施时，平面加热电极体30可位于湿敏电容内，当然，具体位置还可以根据实际需要进行选择，只要能满足对感湿单元体以及湿敏电容的加热即可，此处不再赘述。

步骤3、制备得到与平面参比电容电极板29适配的平面参比电容介质体32以及与平面湿敏电容电极板31适配的平面湿敏电容介质体34，以通过平面参比电容介质体32与平面参比电容电极板29能形成所需的参比电容8，通过平面湿敏电容电极板31与平面湿敏电容介质体34能形成所需的湿敏电容；

具体实施时，步骤3包括如下过程：

步骤3.1、在上述参比电容区26制备得到参比电容介质填充体44，参比电容介质填充体44可以为氮化硅，参比电容介质填充体44只填充在参比电容区26，参比电容介质填充体44填充在平面参比电容电极板29之间以及相对应的外侧，参比电容介质填充体44可以通过沉积等工艺制备得到，参比电容介质填充体44填充的高度与平面参比电容电极板29的高度相一致，如图6所示。

步骤3.2、在上述衬底1上方淀积湿敏电容介质层33，湿敏电容介质层33也可以为氮化硅层，湿敏电容介质层33的厚度小于参比电容介质填充体44的厚度，湿敏电容介质层33覆盖在绝缘支撑层24上，且还同时覆盖在测温单元区25、参比电容区26以及湿度测量单元区27，即湿敏电容介质层33会覆盖在平面测温体28、平面参比电容电极板29、平面湿敏电容电极板31以及平面加热电极体30上，如图7所示。

步骤3.3、采用刻蚀等工艺去除平面测温体28、平面参比电容电极板29、平面湿敏电容电极板31以及平面加热电极体30上的湿敏电容介质层33，从而在参比电容区26能得到平面参比电容介质层体32，并湿度测量单元区27能得到平面湿敏电容介质体34，如图8所示。当然，覆盖在绝缘支撑层24上的湿敏电容介质层33依然保留。

本发明实施例中，平面参比电容介质体32的高度与平面参比电容电极板29以及平面湿敏电容电极板31相对应的高度相一致，平面湿敏电容电容介质体34的高度小于平面湿敏电容电极板31的高度。

步骤4、制备得到平面感湿纳米结构38，平面感湿纳米结构38支撑在平面湿敏电容电极板29以及平面加热电极体30，以通过平面感湿纳米结构38、平面湿敏电容电极板29以及平面感湿纳米结构38形成所需的湿度测量单元7，通过平面加热电极体30能形成对湿度测量单元7加热的湿度测量单元加热体9，通过平面测温体28能形成与湿度测量单元7以及参比电容8适配的测温单元体。

当所述平面感湿纳米结构38采用纳米森林时，具体制备得到平面感湿纳米结构38的过程包括如下步骤：

步骤4.1、制备得到聚合物层35，所述聚合物层35可以为PI(聚酰亚胺)或光刻胶等，具体材料的类型可以根据需要进行选择。聚合物层35覆盖在上述私密电容介质层33、平面参比电容介质体32、平面湿敏电容介质体34等上，如图9所示。并在聚合物层35上设置掩模版36，所述掩模版36与湿度测量单元区27对应。利用掩模版36对湿度测量单元区27遮挡后，能对聚合物层35进行光照。

步骤4.2、对聚合物层35光照后，能得到纳米森林聚合物层37，如图10所示。

步骤4.3、对纳米森林聚合物层37采用等离子体轰击等能制备得到纳米森林的工艺，以能制备得到平面感湿纳米结构38，具体制备得到平面感湿纳米结构38的工艺过程与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。利用平面感湿纳米结构38替代现有的感湿材料，实现对湿度的感应，平面感湿纳米结构38支撑在湿敏电容以及湿度测量单元加热体9上，如图11所示。此时，利用平面感湿纳米森林感湿纳米结构38能形成感湿单元体。

具体实施时，所述湿敏电容、湿度测量单元加热体9、参比电容8以及测温单元体在衬底1上还可以呈叠层分布；当采用叠层分布的形式时，可以通过下述制备工艺制备得到，具体地，所述制备方法包括如下步骤：

步骤a、提供衬底1，并在所述衬底1的正面设置绝缘支撑层24，所述绝缘支撑层24覆盖在衬底1的正面；

具体地，绝缘支撑层24与衬底1的具体情况可以参考上述说明，如图12所示。

步骤b、在上述绝缘支撑层24上制备得到用于形成湿度测量单元加热体9的叠层加热电极体39以及用于形成测温单元体的叠层测温体40；

具体地，采用本技术领域常用的技术手段能制备得到叠层加热电极体39以及叠层测温体40，叠层加热电极体39、叠层测温体40均可以采用铝等材料制成，具体材料类型可以根据实际需要选择。通过叠层加热电极体39能形成湿度测量单元加热体9，通过叠层测温体40能形成测温单元体，具体形成湿度测量单元加热体9、测温单元体的具体形状等可以根据需要进行选择，如图13所示。

步骤c、在上述绝缘支撑层24上制备得到叠层绝缘隔离层41，其中，叠层绝缘隔离层41覆盖在绝缘支撑层24、叠层加热电极体39以及叠层测温体40上；

具体地，叠层绝缘隔离层41可以为二氧化硅层或氮化硅层，叠层绝缘隔离层41可采用沉积等工艺制备得到，具体工艺类型可以根据需要选择。叠层绝缘隔离层41覆盖在绝缘支撑层24、叠层加热电极体39以及叠层测温体40上，叠层绝缘隔离层41的厚度大于叠层加热电极体39以及叠层测温体40的厚度，如图14所示。在具体实施时，在制备得到叠层绝缘隔离层41后，需要进行开孔工艺，通过开孔后，能方便将形成的湿度测量单元加热体9引出，以及将形成的测温单元体引出，具体开孔的位置以及方式根据实际需要选择，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

步骤d、在上述叠层绝缘隔离层41上设置叠层湿敏电容电极板43以及叠层参比电容电极板42，其中，叠层湿敏电容电极板43与叠层加热电极体39对应，叠层参比电容电极板42与叠层测温体40对应；

具体地，可以采用本技术领域常用的技术手段制备得到叠层湿敏电容电极板43以及叠层参比电容电极板42，叠层湿敏电容电极板42位于叠层绝缘隔离层41上，叠层湿敏电容电极板43与叠层加热电极体39对应，叠层参比电容电极板42与叠层测温体40对应，如图15所示。

具体实施时，叠层湿敏电容电极板43的具体形状等可以根据需要进行选择，可以采用上述形成叉指形的形式。本发明实施例中，叠层湿敏电容电极板43与叠层加热电极体39对应，具体是指当利用叠层加热电极体39形成湿度测量单元加热体9后，能利用湿度测量单元加热体9对后续形成湿度测量单元7的加热。

步骤e、制备得到与叠层参比电容电极板42适配的叠层参比电容介质体20，通过叠层参比电容介质体20与叠层参比电容电极板42能形成所需的参比电容8；

具体地，叠层参比电容介质体20可为多晶硅或氮化硅；当然，叠层参比电容介质体20还可以采用其他高介电常数的材料，具体可以根据需要选择，叠层参比电容介质体20覆盖在叠层参比电容电极板42上，叠层参比电容介质体20的厚度可以大于叠层参比电容电极板42的厚度，通过叠层参比电容介质体20与叠层参比电容电极板42能形成所需的参比电容8，如图16所示。

步骤f、在上述叠层湿敏电容电极板43上制备得到叠层感湿纳米结构23，所述叠层感湿纳米结构23支撑在叠层湿敏电容电极板43以及与叠层湿敏电容电极板43对应的叠层绝缘隔离层41上，通过叠层感湿纳米结构23与叠层湿敏电容电极板43配合能形成所需的湿度测量单元7。

具体地，当叠层感湿纳米结构23采用纳米森林时，制备得到叠层感湿纳米结构23的具体过程以及工艺可以参考上述制备得到平面感湿纳米结构38的过程说明，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。通过叠层感湿纳米结构23与叠层湿敏电容电极板43配合能形成所需的湿度测量单元7，即此时利用叠层感湿纳米结构23形成感湿单元体。

当然，还可以采用其他的制备过程，具体制备工艺可以根据实际需要选择，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种高性能湿度传感器，包括衬底(1)以及设置于所述衬底(1)上的湿度测量单元(7)，所述湿度测量单元(7)包括湿敏电容以及与所述湿敏电容适配的感湿单元体；其特征是：

在所述衬底(1)上还设置湿度测量单元加热体(9)、参比电容(8)以及测温单元体，其中，通过湿度测量单元加热体(9)能对湿度测量单元(7)加热，参比电容(8)与湿敏电容具有相同的电容结构，通过测温单元体能测量湿度测量单元以及参比电容(8)所处环境的环境温度值。

2.根据权利要求1所述的高性能湿度传感器，其特征是：所述感湿单元体包括设置于湿敏电容上的感湿纳米结构。

3.根据权利要求1或2所述的高性能湿度传感器，其特征是：在进行湿度测量时，通过湿敏电容能得到湿敏电容值C1，通过参比电容(8)能得到参比电容值C2，通过测温单元体能得到当前环境温度值T1，且根据当前环境温度值T1能得到湿敏电容校正系数，根据所述湿敏电容校正系数对湿敏电容值C1校准后，能得到湿敏电容校正值C1’；

在得到湿敏电容校正值C1’以及参比电容值C2后，能得到湿度测量电容值C3，其中，C3＝C2-C1’。

4.根据权利要求2所述的高性能湿度传感器，其特征是：所述湿敏电容、湿度测量单元加热体(9)、参比电容(8)以及测温单元体在衬底(1)上处于同一平面。

5.根据权利要求4所述的高性能湿度传感器，其特征是：所述测温单元体包括测温单元第一测温臂(2)、测温单元第二测温臂(3)以及测温单元第三测温臂(4)，测温单元第一测温臂(2)、测温单元第二测温臂(3)以及测温单元第三测温臂(4)间依次串接；

湿度测量单元(7)以及湿度测量单元加热体(9)位于测温单元第一测温臂(2)与测温单元第二测温臂(3)之间，参比电容(8)位于测温单元第二测温臂(3)与测温单元第三测温臂(4)之间，湿度测量单元加热体(9)位于湿敏电容内，且感湿纳米结构分布于湿敏电容以及湿度测量单元加热体(9)上。

6.根据权利要求2所述的高性能湿度传感器，其特征是：所述湿敏电容、湿度测量单元加热体(9)、参比电容(8)以及测温单元体在衬底(1)上方呈叠层分布。

7.根据权利要求6所述的高性能湿度传感器，其特征是：参比电容(8)以及湿敏电容位于湿度测量单元加热体(9)以及测温单元体的上方，参比电容(8)、湿敏电容通过叠层绝缘隔离层(42)与下方的湿度测量单元加热体(9)以及测温单元体绝缘隔离，湿度测量单元加热体(9)位于湿敏电容的正下方，感湿纳米结构分布于湿敏电容上。

8.根据权利要求6所述的高性能湿度传感器，其特征是：参比电容(8)位于湿敏电容的下方，湿度测量单元加热体(9)、测温单元体在在参比电容(8)与衬底(1)之间；湿度测量单元加热体(9)位于测温单元体的上方，湿敏电容、湿度测量加热体(9)、参比电容(8)以及测温单元体间相互绝缘隔离。

湿度测量单元加热体(9)位于湿敏电容的下方，参比电容(8)以及测温单元体位于湿度测量单元加热体(9)与衬底(1)之间，湿敏电容、湿度测量加热体(9)、参比电容以及测温单元体间相互绝缘隔离。

9.一种高性能湿度传感器的制备方法，其特征是，所述制备方法包括如下步骤：

步骤1、提供衬底(1)，并在所述衬底(1)的正面设置绝缘支撑层(24)，所述绝缘支撑层(24)覆盖在衬底(1)的正面；

步骤2、在上述绝缘支撑层(24)上制备得到平面测温体(28)、平面参比电容电极板(29)、平面湿敏电容电极板(31)以及平面加热电极体(30)；

步骤3、制备得到与平面参比电容电极板(29)适配的平面参比电容介质体(32)以及与平面湿敏电容电极板(31)适配的平面湿敏电容介质体(34)，以通过平面参比电容介质体(32)与平面参比电容电极板(29)能形成所需的参比电容(8)，通过平面湿敏电容电极板(31)与平面湿敏电容介质体(34)能形成所需的湿敏电容；

步骤4、制备得到平面感湿纳米结构(38)，平面感湿纳米结构(38)支撑在平面湿敏电容电极板(29)以及平面加热电极体(30)，以通过平面感湿纳米结构(38)、平面湿敏电容电极板(29)以及平面感湿纳米结构(38)形成所需的湿度测量单元(7)，通过平面加热电极体(30)能形成对湿度测量单元(7)加热的湿度测量单元加热体(9)，通过平面测温体(28)能形成与湿度测量单元(7)以及参比电容(8)适配的测温单元体。

10.一种高性能湿度传感器的制备方法，其特征是，所述制备方法包括如下步骤：

步骤a、提供衬底(1)，并在所述衬底(1)的正面设置绝缘支撑层(24)，所述绝缘支撑层(24)覆盖在衬底(1)的正面；

步骤b、在上述绝缘支撑层(24)上制备得到用于形成湿度测量单元加热体(9)的叠层加热电极体(39)以及用于形成测温单元体的叠层测温体(40)；

步骤c、在上述绝缘支撑层(24)上制备得到叠层绝缘隔离层(41)，其中，叠层绝缘隔离层(41)覆盖在绝缘支撑层(24)、叠层加热电极体(39)以及叠层测温体(40)上；

步骤d、在上述叠层绝缘隔离层(41)上设置叠层湿敏电容电极板(43)以及叠层参比电容电极板(42)，其中，叠层湿敏电容电极板(43)与叠层加热电极体(39)对应；

步骤e、制备得到与叠层参比电容电极板(42)适配的叠层参比电容介质体(20)，通过叠层参比电容介质体(20)与叠层参比电容电极板(42)能形成所需的参比电容(8)；

步骤f、在上述叠层湿敏电容电极板(43)上制备得到叠层感湿纳米结构(23)，所述叠层感湿纳米结构(23)支撑在叠层湿敏电容电极板(43)以及与叠层湿敏电容电极板(43)对应的叠层绝缘隔离层(41)上，通过叠层感湿纳米结构(23)与叠层湿敏电容电极板(43)配合能形成所需的湿度测量单元(7)。

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