[发明专利]快速响应的微电子机械系统相对湿度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于标准CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺和MEMS(微电子机械系统)后处理技术的相对湿度传感器，尤其是一种快速响应的MEMS相对湿度传感器。

背景技术

湿度测量在气象预报、工业控制、农业生产、医疗卫生、食品加工等许多领域有着广泛的应用。湿度传感器作为湿度测量系统中的重要组成部分，已经发展了很多年。由最初的干湿球湿度计、毛发湿度计等传统的湿度传感器发展到目前可以用标准CMOS工艺制造的微型湿度传感器。在商用领域中，电容式湿度传感器应用最为广泛，这是因为电容式湿度传感器灵敏度高、功耗小、制造成本低。利用标准CMOS工艺容易将湿度传感器和检测电路单片集成，这样可以提高湿度检测系统的稳定性和抗干扰能力。2001年，Y.Y.Qiu（人名）提出了利用CMOS工艺制作的电容式湿度传感器，该湿度传感器采用聚酰亚胺作为湿度敏感介质，将检测电路与湿度敏感电容单片集成，把湿度敏感电容的变化直接转化为电压变化输出，便于后端检测系统进行信号采样和处理，但是这种结构的湿度传感器响应速度较慢。2006年，中国人彭韶华提出了一种CMOS工艺兼容的相对湿度传感器，将湿度传感器与CMOS测量电路单片集成，感湿介质为聚酰亚胺，采用开关电容电路将敏感电容的变化转化为电压变化，再利用后端检测系统对电压信号进行采样和处理，这种结构的相对湿度传感器响应速度也比较慢。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是提出一种与标准CMOS工艺兼容的快速响应的MEMS相对湿度传感器，具有响应速度快，灵敏度高，线性度好，湿滞回差小，结构简单，长期稳定性好等优点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出一种快速响应的MEMS相对湿度传感器，该相对湿度传感器包括设有空腔的衬底、设置在衬底上的氧化层、设置在氧化层上的加热条、设置在加热条上的绝缘层、第一电容电极、第二电容电极和湿度敏感介质，第一电容电极、第二电容电极分别设置在绝缘层上，湿度敏感介质设置在第一电容电极和第二电容电极之间，湿度敏感介质还设置在第一电容电极和第二电容电极上方，加热条包括相对设置加热第一公共端和加热第二公共端，加热条为条状且等间距相邻排列，第一电容电极包括若干平行的第一电极、将第一电极连接在一起的第一公共端、每个第一电极设有与第一公共端相对的第一自由端，第一电极连接第一公共端与第一自由端，第二电容电极包括若干平行的第二电极、将第二电极连接在一起的第二公共端、每个第二电极设有与第二公共端相对的第二自由端，第二电极连接第二公共端与第二自由端，第一自由端与第二公共端不接触，第二自由端与第一公共端不接触。

优选的，加热条的加热第一公共端和加热第二公共端均固定在氧化层上。

优选的，相邻的第一电极之间设有第二电极，相邻的第二电极之间设有第一电极，第一电容电极的第一公共端和第一自由端均设在绝缘层上，第二电容电极的第二公共端和第二自由端均设在绝缘层上。

优选的，湿度敏感介质为聚酰亚胺。

优选的，第一电容电极、第二电容电极分别为铝电极。

优选的，加热条为多晶硅加热条。

优选的，绝缘层为二氧化硅绝缘层。

有益效果：本发明工艺步骤简单，利用标准CMOS工艺与MEMS加工技术相结合进行制造，成本低，精度高，长期稳定性好。本发明提出的湿度传感器采用聚酰亚胺作为湿度敏感介质，灵敏度高，将衬底及其上方的氧化层腐蚀形成空腔，这样电容电极之间的湿度敏感介质的上方和下方均为空气，使得传感器的响应速度加快。采用多晶硅电阻条进行加热可以减小湿滞回差。

附图说明