IT8312700A1 - Sensore capacitivo di umidità e metodo par fabbricarlo - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Sensore capacitivo di umidit? e metodo per fabbricarlo" ?
RIASSUNTO
La presente pubblicazione descrive un sensore capacitivo di umidit? ed un metodo per la sua fabbricazione. Il sensore comprende un substrato (1), un primo (5) ed un secondo (4) elettrodo inferiore che sono stati sistemati vicini tra loro sul substrato (1), uno strato attivo (7) che riempie l'area tra il primo (5) ed il secondo (4) elettrodo inferiore sul substrato (1) e si estende fino al disopra della faccia superiore del secondo elettrodo (4). Secondo l'invenzione, il sensore consiste in strutture (6) collegate alla faccia superiore del primo elettrodo (5), costituite di materiale conduttore ed a forma di traversa con una sezione che si allarga verso l'alto e disposte lato a lato, le quali strutture (6) limitano parti (7) dello strato attivo tra se stesse da due lati, ed una stretta scanalatura (26) ? sistemata tra le facce superiori delle dette stru tture. Grazie a questa strutturazione, il sensore non ? sensibile al toccamento. (Figura 3).
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente invenzione ha per oggetto un sensore capacitivo di umidit? secondo il preambolo della rivendicazione 1.
L'invenzione ha anche per oggetto un metodo per la fabbricazione di tale sensore di umidit?.
Le figure 1 e 2 sono sezioni trasversali di due sensori capacitivi di umidit? di tipo conosciuto nella tecnica precedente. Nel tipo secondo la figura 1, si hanno due elettrodi inferiori 2 tra il substrato 1 e lo strato isolante 15. In aggiunta alle parti del tipo suddetto, il tipo di figura 2 comprende anche un elettrodo di superficie 3 sistemato Bullo strato isolante 15.
Di norma, la struttura degli elettrodi di un sensore capacitivo di umidit? deve soddisfare, ad esempio, ai seguenti requisiti:
a) l'umidit? deve avere libera possibilit? di penetrazione nel materiale isolante;
b) gli elettrodi devono essere elettricamente buoni conduttori e meccanicamente durevoli; e
c) il campo elettrico esistente tra gli elettrodi non deve penetrare sulla superficie del sensore, dove possono essere presenti impurit? elettricamente conduttrici.
Il tipo di figura 1 risponde ai requisiti a) e b), ma non al requisito c). Il tipo di figura 2, invece, risponde al requisito o), ma i requisiti a) e b) sostanzialmente si escludono l'un l'altro
Per quanto concerne lo stato tecnologico della tecnica precedente, si dovrebbe fare riferimento particolare alle seguenti pubblicazioni:
1) K.E. Bean, Anisotropie Etching of Silicon (Incisione anisotropa del silicio),
IEEE Transactions on Electron Devices
UED?25 (1978), N? 10, pagine 1185-93
2) Brevetto S.U. N? 3.397-278 (Pomerantz)
3) Brevetto PI 48.229 (Suntola)
Lo scopo della presente invenzione ? di provvedere un sensore capacitivo di umidit? che rispon* de a tutti i detti requisiti a), b) e c), ed
un metodo per fabbricare tale sensore.
L'invenzione ? basata sull'idea che il primo elettrodo inferiore ? collegato alla superficie del sensore mediante strutture conduttrici che si dilatano dalla base di supporto verso l'esterno cosicch? restino soltanto piccole scanalature tra i bordi superiori di queste strutture, e che lo strato attivo resti nello spazio cavo formato tra le adiacenti strutture?
Pi? particolarmente, il sensore capacitivo di umidit? secondo l'invenzione ? caratterizzato da quanto esposto nella parte caratterizzante della rivendicazione 1.
D'altra parte, il metodo per la fabbricazione del sensore di umidit? ? caratterizzato da quanto esposto nella parte caratterizzante della rivendicazione 6.
Grazie all'invenzione si ottengono notevoli vantaggi. Cosi, il sensore secondo l'invenzione risponde a tutti i suddetti requisiti a), b) e e). Esso non ? sensibile quando viene toccato. Inoltre, il suo maneggio ? facile.
L'invenzione sar? esaminata pi? dettagliatamente qui di seguito per mezzo delle forme esecutive esemplificative rappresentate nelle figure da 3 a 13 degli allegati disegni.
La figura 3 ? una sezione trasversale di un sensore secondo l'invenzione;
la figura 4 rappresenta il sensore di figura 3 visto dall'alto;
la figura 5 ? una sezione trasversale di un secondo sensore secondo l'invenzione;
le figure da 6 a 12 rappresentano la fabbricazione di un sensore del tipo rappresentato nelle figure 3 e 4? fase per fase;
la figura 13 ? una vista assonometrica di un sensore completo secondo l'invenzione?
Il sensore capacitivo di umidit? rappresentato nelle figure 3 e 4 ha elementi ad elettrodo 4 e 5 su un substrato di vetro 1, Gli elettrodi sono di un metallo chimicamente resistente (ad esempio Pt, Pd, Ta, Au) e sono protetti da una sottile pellicola isolante 25 (ad esempio Ta205, Si3N4 , SiO2, ecc.). l'elemento metallico ad elettro do 5 crea un contatto elettrico con traverse 6, che sono di sezione trapezoidale e sono d? silicio, metallo o altro materiale conduttore e sono fissate al substrato 1. Tra le parti superiori delle traverse 6 ? formata una stretta (ad esempio 1?m) scanalatura 26. Tra le traverse 6 ? disposto un materiale ?solante sensibile all'umidit?, ad esempio un pol?mero appropriatamente scelto 7? La capacitanza sens?bile all'umidit? ? formata tra le aree metalliche 4 e le pareti laterali 8 delle traverse 6.
La suddetta struttura pub essere fabbricata, ad esempio, nella maniera seguente (figure da 6 a 12):
Uno strato epitattico 10 leggermente additivato con boro (N inferiore a 1017 1/cm3) viene depositato su un (100)-direzionale disco di silicio 9 fortemente additivato con boro (N superiore a 1017 1/cm<3>). La superficie dello strato 10 ? fortemente additivata con boro (N superiore a 10 1/cm<3 >).
Lo spessore dello strato superficiale additivato 10b ? circa 1?m). Nello strato 10b vengono formate fotolitograf icamente zone 11 in cui lo strato superficiale viene conservato (dalle altre zone esso viene asportato chimicamente mediante un agente chimico che ? selettivo con rispetto al silicio fortemente additivato. Quando lo strato 10 viene attaccato chimicamente in un appropriato agente chimico 1 (ad esempio KOH), si ottengono nelle zone 11 traverse 12 con bordi diagonali e di spessore eguale allo spessore dello strato 10. I lati 13 delle traverse 12 sono paralleli al piano dei cristalli (111) e formano un angolo di 54,74? con la faccia del disco.
Sul substrato di vetro 14 ? stata disposta una sottile pellicola metallica con metodi della tecnica precedente, la quale pellicola metallica ? stata fotolitograf icamente foggiata in modo da formare zone 16 e 17# Sulle zone 16 e 17 ? stato possibile formare una pellicola isolante 18, ad esempio ossidando anodicamente la pellicola metallica, nonch? zone di contatto 19 e 20 di un differente metallo, le quali zone possono essere omesse se la pellicola metallica ha buone qualit? di saldabilit? ed assicura un buon contatto col p<+>-Si (silicio fortemente additivato con boro)?
Il substrato 14 ed il disco di silicio 9 sono disposti l'uno contro l'altro cosicch? le linguette 21 sulla zona metallica 16 (figure 9 e 10 giungono in contatto con le traverse 12 sul disco di silicio e le linguette 22 sulla zona 17 restano ubicate tra le traverse 12 senza giungere in contatto con esse. In questa posizione, il substrato di vetro ed il disco di silicio 9 vengono uniti insieme mediante il metodo descritto nella citata pubblicazione n? 2. Le facce delle traverse 12 formano un legame chimico col substrato 14. Qui di seguito, il disco di silicio 9 viene intaccato mediante un agente chimico che attacca la zona fortemente additivata ma non le traverse debolmente additivate 12.
La struttura secondo le figure 11 e 12, in cui le traverse 12 aderiscono fermamente al substrato di vetro 14 e formano un contatto elettrico con le
Claims (6)
1. Sensore capacitivo di umidit?, comprendente: ? un substrato (1, 14) costituito, ad esempio, di vetro,
? almeno un primo (ad esempio 16, 19) ed un secondo elettrodo inferiore (17, 18) sistemati vicini l'uno all'altro sul substrato (1, 14),
? uno strato attivo (7, 24) che riempie la zona tra il primo (16, 19) ed il secondo elettrodo inferiore (17, 18) sul substrato (1, 14) e si estende fino al disopra della faccia superiore del secondo elettrodo (17? 18), caratterizzato da strutture (6,12) sistemate lato a lato, oollegate alla faccia superiore del prime elettrodo (16, 19) costituite di materiale conduttore ed a forma di traversa con una sezione che si allarga verso l'alto, le quali strutture (6, 12) delimitano parti (7, 24) dello strato attivo tra se stesse da due lati ed in cui una stretta scanalatura (26) ? prevista tra le facce superiori delle dette strutture.
2. Sensore di umidit? secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le strutture a traversa (6, 12) sono almeno sostanzialmente di forma trapezoidale in sezione trasversale.
3. Sensore di umidit? secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le strutture a forma di traversa (6, 12) sono almeno sostanzialmente di forma a "T" in sezione trasversale.
4. Sensore di umidit? secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le strutture a forma di traversa (6, 12) sono di silicio.
5. Sensore di umidit? secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le strutture a forma di traversa (6, 12) sono di metallo.
6. Metodo per la fabbricazione di un sensore capacitivo di umidit? secondo la rivendicazione 1, carat? terizzato dal fatto che
- uno strato epitattico (10) debolmente additivato con boro viene depositato su un disco di silicio (9) o equivalente,
- la superficie del detto strato (10) viene fortemente additivata con boro cosi da formare uno strato superi iciale (10b),
-in questo strato superficiale (10b) vengono formate, ad esempio fotolitografreamente, zone oblunghe 11 da conservare,
-mediante un appropriato agente chimico, ad esempio KOH, le aree tra le zone desiderate (11) vengono asportate chimicamente cosi da generare adiacenti risaldi (12) sporgenti verso l?esterno dell disco di silicio (9);
- su un substrato (14), ad esempio un substrato di vetro, almeno un primo (16, 19) ed un secondo (17,18) strato di elettrodo vengono depositati quale sottile pellicola metallica,
- il substrato (14) ed il disco di silicio (9) sono disposti l?uno contro l'altro cosicch? i risalti (12) ed il primo elettrodo (16, 19) ai portino in contatto l'un l'altro, ed essi vengono uniti tra loro in maniera di per s? conosciuta,
- il disco di silicio (9) viene attaccato mediante un agente chimico che asporta il materiale di silicio fortemente additivato, cosicch? restino soltanto i risalti quali strutture a forma di traversa (12), - la struttura cosi ottenuta viene sommersa in una soluzione di materiale isolante attivo sensibile all'umidit?, ad esempio un polimero, e tale soluzione viene lasciata penetrare nello spazio (24) tra le traverse (12), e
- la struttura viene sollevata fuori dalla soluzione ed il solvente viene lasciato evaporare cosicch? resti nello spazio (24) un materiale isolante attivo solido.
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