專利名稱：一種具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅骷捌渲谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用表面微機(jī)械加工實現(xiàn)的濕度傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅骷捌渲谱鞣椒ā?br> 背景技術(shù)：
濕度傳感器應(yīng)用廣泛，傳統(tǒng)濕度傳感器以濕敏電阻等為主，這類傳感器雖然成本低，但精度較差。電容式濕度傳感器是另一類常見的濕度傳感器結(jié)構(gòu)，該類傳感器靈敏度高，是目前濕度傳感器的主要形式。電容型濕度傳感結(jié)構(gòu)通常采用高分子材料作為感濕介質(zhì)，由于感濕材料的熱膨脹系數(shù)較大造成感濕特性也發(fā)生變化，因此需要作溫度補(bǔ)償。如瑞士 knsirion的濕度傳感器采用兩個一致的叉指狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成濕度敏感頭，其中一個對濕度敏感，一個不敏感。由于具有同樣的溫度特性，測量時通過電容差分，補(bǔ)償了溫度對濕度敏感的影響。但這種結(jié)構(gòu)的缺陷在于一是占芯片面積大，二是需要復(fù)雜電路來實現(xiàn)電容差分補(bǔ)償問題。因此如何設(shè)計傳感器既能滿足溫度補(bǔ)償又測試簡單，仍是目前業(yè)界研究的重點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅?，其結(jié)構(gòu)簡單，在能夠正常感知濕度變化的同時，能夠補(bǔ)償材料溫度效應(yīng)造成的溫漂問題。此外本發(fā)明還提供這種具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅鞯闹谱鞣椒?。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅?，其包括半?dǎo)體襯底層、絕緣層、感濕懸臂以及感應(yīng)電極；其中
絕緣層覆蓋于半導(dǎo)體襯底層的上表面；
感濕懸臂的一端固定于絕緣層上，另一端位于絕緣層的上方并懸空；感濕懸臂由從下到上依次疊置的第一濕敏材料層、隔濕層和第二濕敏材料層組成，其中第一濕敏材料層與第二濕敏材料層的厚度相同；
感應(yīng)電極包括上電極和下電極；上電極覆蓋感濕懸臂中第一濕敏材料層的下表面，并固定；下電極固定于絕緣層上；且上電極懸空的一端平行于下電極，并位于下電極的上方。為了更明顯的傳遞環(huán)境濕度造成的應(yīng)力，增加濕度傳感器的靈敏度，感濕懸臂中第一濕敏材料層、第二濕敏材料層的厚度大于隔濕層、上電極的厚度。本發(fā)明提供的制造上述具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅鞯姆椒ǎㄒ韵虏襟E
(1)選取硅片作為半導(dǎo)體襯底層的材料；
(2)對半導(dǎo)體襯底層進(jìn)行氧化，使得在半導(dǎo)體襯底層的上表面氧化形成絕緣層；
(3)在絕緣層上濺射一層金屬薄膜，并光刻刻蝕形成下電極；
(4)在絕緣層上旋涂光刻膠，并光刻形成犧牲層；犧牲層覆蓋下電極的一個端部；
(5)在犧牲層上表面濺射一層金屬薄膜，并對金屬薄膜進(jìn)行光刻形成上電極，且上電極的一端平行于下電極，并位于下電極的上方；
(6)在上電極的上表面旋涂一層濕敏材料，作為第一濕敏材料層；并在第一濕敏材料層的上表面通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積法形成隔濕薄膜，作為隔濕層；再在隔濕層的上表面旋涂一層濕敏材料，作為第二濕敏材料層；
(7)對第一濕敏材料層、隔濕層以及第二濕敏材料層疊置形成的整體進(jìn)行光刻，使得上電極覆蓋第一濕敏材料層的下表面；
(8)利用丙醇釋放步驟(4)中形成的犧牲層，使得第一濕敏材料層、隔濕層、第二濕敏材料層以及上電極位于犧牲層上方的端部懸空；第一濕敏材料層、隔濕層與第二濕敏材料層疊置形成的整體呈懸臂結(jié)構(gòu)，即為感濕懸臂。本發(fā)明的具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅髟趹?yīng)用時，感濕懸臂上的上電極與絕緣層上的下電極形成一個敏感電容。當(dāng)環(huán)境濕度變化時，位于上方暴露在環(huán)境中得第二濕敏材料層會受到環(huán)境濕度影響，從而引起體積變化；而位于隔濕層于上電極之間的第一濕敏材料層則不會受到環(huán)境濕度影響，或者影響很小，因此其體積不變或者變化也很小；但是由于第一濕敏材料層于第二濕敏材料層之間為相互固定，兩層體積變化不一致必會引起感濕懸臂整體的變形，從而帶動上電極的變形，也就改變了敏感電容的電容值。本發(fā)明的有益效果為在能夠較靈敏的感知環(huán)境濕度變化的同時，本發(fā)明能夠克服材料溫度效應(yīng)造成的溫漂問題。即當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，由于感濕懸臂中第一濕敏材料層于第二濕敏材料層的材質(zhì)相同，且厚度一致，故具有相同的膨脹系數(shù)，體積變化一致， 則不會對上極板產(chǎn)生影響，也就不會改變上極板于下極板之間的電容，即具有低溫漂的優(yōu)異性能。此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可利用表面為機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行制造，工藝亦很簡單。


圖1所示為本發(fā)明的具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加明顯易懂，以下結(jié)合附圖和具體實施方式
作進(jìn)一步描述。如圖1所示，本發(fā)明的具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅靼ò雽?dǎo)體襯底層1、絕緣層2、感濕懸臂以及感應(yīng)電極；其中
絕緣層2覆蓋于半導(dǎo)體襯底層1的上表面；
感濕懸臂的一端固定于絕緣層2上，另一端位于絕緣層2的上方并懸空；感濕懸臂由從下到上依次疊置的第一濕敏材料層41、隔濕層42和第二濕敏材料層43組成，其中第一濕敏材料層41與第二濕敏材料層43的厚度相同；
感應(yīng)電極包括上電極31和下電極32 ；上電極31覆蓋感濕懸臂中第一濕敏材料層41的下表面，并固定；下電極32固定于絕緣層2上；且上電極31懸空的一端平行于下電極32， 并位于下電極32的上方。為了更明顯的傳遞環(huán)境濕度造成的應(yīng)力，增加濕度傳感器的靈敏度，感濕懸臂中第一濕敏材料層41、第二濕敏材料層43的厚度大于隔濕層42、上電極31的厚度。制造上述具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅鞯姆椒ǎㄒ韵虏襟E
(1)選取硅片作為半導(dǎo)體襯底層1的材料；
(2)對半導(dǎo)體襯底層1進(jìn)行氧化，使得在半導(dǎo)體襯底層的上表面氧化形成絕緣層2；(3)在絕緣層2上濺射一層金屬薄膜，并光刻刻蝕形成下電極32；
(4)在絕緣層2上旋涂光刻膠，并光刻形成犧牲層；犧牲層覆蓋下電極32的一個端部；
(5)在犧牲層上表面濺射一層金屬薄膜，并對金屬薄膜進(jìn)行光刻形成上電極31，且上電極31的一端平行于下電極32，并位于下電32極的上方；
(6)在上電極31的上表面旋涂一層濕敏材料，作為第一濕敏材料層41；并在第一濕敏材料層41的上表面通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積法形成隔濕薄膜，作為隔濕層42 ；再在隔濕層42的上表面旋涂一層濕敏材料，作為第二濕敏材料層43 ；
(7)對第一濕敏材料層41、隔濕層42以及第二濕敏材料層43疊置形成的整體進(jìn)行光刻，使得上電極32覆蓋第一濕敏材料41的下表面；
(8)利用丙醇釋放步驟(4)中形成的犧牲層，使得第一濕敏材料層41、隔濕層42、第二濕敏材料層43以及上電極31位于犧牲層上方的端部懸空；第一濕敏材料層41、隔濕層42 與第二濕敏材料層43疊置形成的整體呈懸臂結(jié)構(gòu)，即為感濕懸臂。具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅髟趹?yīng)用時，感濕懸臂上的上電極與絕緣層上的下電極形成一個敏感電容。當(dāng)環(huán)境濕度變化時，位于上方暴露在環(huán)境中得第二濕敏材料層會受到環(huán)境濕度影響，從而引起體積變化；而位于隔濕層于上電極之間的第一濕敏材料層則不會受到環(huán)境濕度影響，或者影響很小，因此其體積不變或者變化也很?。坏怯捎诘谝粷衩舨牧蠈佑诘诙衩舨牧蠈又g為相互固定，兩層體積變化不一致必會引起感濕懸臂整體的變形，從而帶動上電極的變形，也就改變了敏感電容的電容值。而當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，由于感濕懸臂中第一濕敏材料層于第二濕敏材料層的材質(zhì)相同，且厚度一致，故具有相同的膨脹系數(shù)，體積變化一致，則不會對上極板產(chǎn)生影響， 也就不會改變上極板于下極板之間的電容，即具有低溫漂的優(yōu)異性能。本發(fā)明中所述具體實施案例僅為本發(fā)明的較佳實施案例而已，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)作為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅鳎涮卣魇?，包括半?dǎo)體襯底層、絕緣層、感濕懸臂以及感應(yīng)電極；其中絕緣層覆蓋于半導(dǎo)體襯底層的上表面；感濕懸臂的一端固定于絕緣層上，另一端位于絕緣層的上方并懸空；感濕懸臂由從下到上依次疊置的第一濕敏材料層、隔濕層和第二濕敏材料層組成；其中第一濕敏材料層與第二濕敏材料層的厚度相同；感應(yīng)電極包括上電極和下電極；上電極覆蓋感濕懸臂中第一濕敏材料層的下表面，并固定；下電極固定于絕緣層上；且上電極懸空的一端平行于下電極，并位于下電極的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅?，其特征是，感濕懸臂中第一濕敏材料層、第二濕敏材料層的厚度大于隔濕層、上電極的厚度。
3.—種制造權(quán)利要求1或2所述的具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙轁穸葌鞲衅鞯姆椒ǎ涮卣魇牵?包括以下步驟(1)選取硅片作為半導(dǎo)體襯底層的材料；(2)對半導(dǎo)體襯底層進(jìn)行氧化，使得在半導(dǎo)體襯底層的上表面氧化形成絕緣層；(3)在絕緣層上濺射一層金屬薄膜，并光刻刻蝕形成下電極；(4)在絕緣層上旋涂光刻膠，并光刻形成犧牲層；犧牲層覆蓋下電極的一個端部；(5)在犧牲層上表面濺射一層金屬薄膜，并對金屬薄膜進(jìn)行光刻形成上電極，且上電極的一端平行于下電極，并位于下電極的上方；(6)在上電極的上表面旋涂一層濕敏材料，作為第一濕敏材料層；并在第一濕敏材料層的上表面通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積法形成隔濕薄膜，作為隔濕層；再在隔濕層的上表面旋涂一層濕敏材料，作為第二濕敏材料層；(7)對第一濕敏材料層、隔濕層以及第二濕敏材料層疊置形成的整體進(jìn)行光刻，使得上電極覆蓋第一濕敏材料層的下表面；(8)利用丙醇釋放步驟(4)中形成的犧牲層，使得第一濕敏材料層、隔濕層、第二濕敏材料層以及上電極位于犧牲層上方的端部懸空；第一濕敏材料層、隔濕層與第二濕敏材料層疊置形成的整體呈懸臂結(jié)構(gòu)，即為感濕懸臂。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有溫漂補(bǔ)償?shù)碾娙菔綕穸葌鞲衅骷捌渲谱鞣椒?，傳感器本體采用表面微機(jī)械加工技術(shù)在半導(dǎo)體襯底上形成隔離層，以及隔離層上的感濕懸臂和上、下電極。其中感濕懸臂由從下到上疊置的第一濕敏材料層、隔濕層、第二濕敏材料層組成，上電極覆蓋第一濕敏材料層的下表面，并與下電極形成敏感電容。當(dāng)環(huán)境濕度變化時，第一濕敏材料層和第二濕敏材料層體積變化不同，即引起感濕懸臂的變形，進(jìn)而帶動上電極的變形，使得上電極于下電極之間的電容改變，利用電容值的變化可表征環(huán)境濕度的變化。而當(dāng)環(huán)境溫度變化時，感濕懸臂的兩層濕敏材料層體積變化相同，即達(dá)到了溫漂補(bǔ)償?shù)男Ч?，使得本發(fā)明具有低溫漂的優(yōu)異性能。
文檔編號G01N27/22GK102565149SQ20111045675
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者周永麗, 秦明, 黃見秋 申請人:東南大學(xué)