一種具有高靈敏度快速響應的mems電容式濕度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有高靈敏度快速響應的MEMS電容式濕度傳感器，該傳感器包括襯底（1），覆蓋有感濕介質（2）的叉指正電極（1-2）；其中，襯底（1）位于檢測電容的底部，起基座作用，感濕介質（2）覆蓋在叉指正電極（1-2）、叉指負電極（1-3）的表面，叉指負電極（1-3）與襯底（1）之間設有空腔（1-5），感濕介質（2）與叉指電極（1-2）、（1-3）之間的空氣層（3）構成檢測電容的感濕結構；所述檢測電容呈叉指懸臂梁結構。本發明提供的電容式濕度傳感器具有靈敏度高，響應快，結構簡單，加工方便，寄生電容小等優點。
【專利說明】一種具有高靈敏度快速響應的MEMS電容式濕度傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于體娃工藝的MEMS (微電子機械系統)電容式濕度傳感器,尤其是一種采用多孔硅和空氣層作為介質的叉指結構的電容式濕度傳感器。
【背景技術】
[0002]濕度測量在工業和農業以及人們的日常生活中上有著廣泛的應用，也是研究氣象狀況不可缺少的一個因素。濕度傳感器作為濕度測量系統的重要組成部分，已經發展了很多年。采用硅基制造的濕度傳感器也已經存在了十幾年，按照工作類型可分為電容式、電阻式、壓阻式、懸臂梁式、熱電偶式。其中電容式濕度傳感器具有高靈敏度，低功耗，好的溫度特性，結構堅固，對外部應力的靈敏度高等優點，使得其研究最為廣泛。
[0003]目前，主要的電容式濕度傳感器有兩種，一種是叉指電容式濕度傳感器，常用的叉指電容式濕度傳感器通過表面加工工藝形成，其敏感電容較小，且寄生電容大，不利于測量，另一種是三明治結構的濕度傳感器，這種傳感器將感濕材料置于敏感電容極板之間作為感濕介質，雖然靈敏度高，寄生電容小，但是響應速度慢。
【發明內容】
[0004]技術問題:本發明的目的是提供一種具有高靈敏度快速響應的MEMS電容式濕度傳感器，解決的技術問題在于，針對現有技術中電容式傳感器上述缺陷，提出一種結構簡單，加工方便，敏感電容大，寄生電容小的電容式濕度傳感器。
[0005]技術方案:本發明的具有高靈敏度快速響應的MEMS電容式濕度傳感器包括襯底，覆蓋有感濕介質的叉指正電極；其中，襯底位于檢測電容的底部，起基座作用，感濕介質覆蓋在叉指正電極、叉指負電極的表面，叉指負電極與襯底之間設有空腔，感濕介質與叉指正電極、叉指負電極之間的空氣層構成檢測電容的感濕結構。
[0006]所述感濕層為多孔娃層。
[0007]所述叉指正電極、叉指負電極為低阻硅。
[0008]所述叉指正電極、叉指負電極為體硅工藝加工的具有高深寬比的叉指結構。
[0009]所述叉指正電極、叉指負電極的叉指結構與襯底之間是空氣層。
[0010]所述襯底為玻璃。
[0011]本發明所述具有高靈敏度的電容式濕度傳感器的工作原理為:在本發明所述技術方案中，所述電容式濕度傳感器包括介質層、空氣層和叉指電極，其中，叉指電容呈懸臂梁結構狀，其中，介質層在叉指電極之上，覆蓋了介質層的叉指之間以及叉指和襯底之間還有空氣層。當感濕介質層吸濕后，其介電常數會發生變化，進而引起檢測電容發生形變，從而實現濕度測量功能。
[0012]有益效果:作為對本發明所述技術方案的一種改進，叉指電極為體硅工藝加工的具有高深寬比的叉指結構。綜合其材料的加工成本、制作工藝的實現方式以及敏感電容的大小來說，體加工工藝加工的叉指電極具有成本低、制作工藝簡單、敏感電容大的優點。[0013]作為對本發明所述技術方案的一種改進，襯底為玻璃襯底，通過鍵合工藝與低阻硅形成結構。綜合所選材料的成本，制作工藝以及材料性能來說，選用玻璃襯底可以減少寄生電容，硅-玻璃鍵合工藝成熟的優點。
[0014]作為對本發明所述技術方案的一種改進，叉指結構與玻璃襯底之間有空氣腔，可以使得高深寬比的叉指結構可以實現雙面感濕，提高相應時間。
[0015]作為對本發明所述技術方案的一種改進，叉指結構之間有空氣腔，使得響應時間提聞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明電容式相對濕度傳感器的俯視圖。
[0017]圖2是本發明電容式相對濕度傳感器的截面圖。
[0018]圖中有:襯底1，叉指正電極1-2，叉指負電極1-3，空氣間隙1-4，空腔1_5，感濕介質2，空氣層3。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0020]本發明優選實施例如下:
[0021]如圖1所示，本實施例所述電容式濕度傳感器包括呈懸臂梁結構狀的檢測電容，該傳感器包括襯底1，覆蓋有感濕介質2的叉指正電極1-2 ;其中，襯底I位于檢測電容的底部，起基座作用，感濕介質2覆蓋在叉指正電極1-2、叉指負電極1-3的表面，叉指正電極
1-2、叉指負電極1-3與襯底I之間設有空腔1-5，感濕介質2與叉指正電極1-2、叉指負電極1-3之間的空氣層3構成檢測電容的介質層用來敏感濕度所引起的電極之間的介電常數的變化；所述檢測電容呈叉指懸臂梁結構。
[0022]在本實施例中，襯底I選用玻璃襯底，感濕介質2為多孔硅，叉指正電極1-2和叉指負電極1-3都為低阻硅。
[0023]如圖2所示，本實施例所述電容式濕度傳感器的制作過程如下:首先，選用低阻硅作為初始材料，對其背面進行光刻工藝和濕法腐蝕工藝，形成背面的空腔1-5 ;進行硅片和玻璃襯底I鍵合，形成帶有底座的空腔結構；對硅片正面進行光刻和深反應離子刻蝕工藝，形成具有高深寬比的叉指電容結構，即形成叉指正電極1-2和叉指負電極1-3 ;將成型的硅叉指結構作為陽極在HF酸溶液中通以電流進行陽極氧化，即可以在硅片表面得到感濕介質2。
[0024]在本實施例中，正負電極、多孔硅感濕層以及空氣層構成叉指結構狀的檢測電容，當濕度發生變化時，由于多孔硅的多孔性會改變其介電常數，進而引起電容發生形變，而由于多孔硅之間有空氣層，因而不存在聚合物感濕時的擴散速度慢的問題，進而該電容式濕度傳感器的響應時間得到很大的提高。
[0025]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種具有高靈敏度快速響應的MEMS電容式濕度傳感器，其特征在于，該傳感器包括襯底(1)，覆蓋有感濕介質(2)的叉指正電極(1-2);其中，襯底(I)位于檢測電容的底部，起基座作用，感濕介質(2 )覆蓋在叉指正電極(1-2 )、叉指負電極(1-3 )的表面，叉指負電極(1-3)與襯底(I)之間設有空腔(1-5)，感濕介質(2)與叉指正電極(1-2)、叉指負電極(1-3)之間的空氣層(3)構成檢測電容的感濕結構。
2.根據權利要求1所述的一種具有高靈敏度快速響應的MEMS電容式濕度傳感器，其特征在于，所述感濕層(2)為多孔硅層。
3.根據權利要求1所述的一種具有高靈敏度快速響應的MEMS電容式濕度傳感器，其特征在于，所述叉指正電極(1-2)、叉指負電極(1-3)為低阻硅。
4.根據權利要求1所述的一種具有高靈敏度快速響應的MEMS電容式濕度傳感器，其特征在于，所述叉指正電極(1-2)、叉指負電極(1-3)為體硅工藝加工的叉指結構。
5.根據權利要求1所述的一種具有高靈敏度快速響應的MEMS電容式濕度傳感器，其特征在于，所述叉指正電極(1-2)、叉指負電極(1-3)的叉指結構與襯底(I)之間是空氣層。
6.根據權利要求1所述的一種具有高靈敏度快速響應的MEMS電容式濕度傳感器，其特征在于，所述襯底(I)為玻璃。
【文檔編號】G01N27/22GK103487474SQ201310461445
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】任青穎, 王立峰, 黃見秋, 黃慶安 申請人:東南大學
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