[发明专利]具有组合的面内和平行平面结构的传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种例如电子电路之类的装置，包括例如电容性传感器或电阻性传感器之类的传感器，用于感测传感器环境的物理参数(例如湿度)的大小。传感器包括在第一层中形成的第一电极、在第二层中的形成的第二电极以及第一和第二电极之间的材料。所述材料具有电学性质，所述电学性质的值依赖于所述物理参数的大小。

背景技术

这种传感器在本领域是众所周知的。作为这种传感器的一个示例，在下面的段落中考虑电容湿度传感器。

湿度传感在许多工业应用中非常重要，这些工业应用包括监测药物产品、生物医学产品、食品、饮料存储和后勤管理(例如通过使用基于RFID的传感器登录装置)、汽车工业、半导体工业等等。缩写“RFID”代表射频识别。例如对于食品监测应用，需要测量食品包装内的相对湿度以监测产品质量，因为过大的水分含量将导致提前变质。在这种应用中，湿度传感器的微型化也是关键因素。由于这些原因，使用例如CMOSIC技术之类的集成电路(IC)技术来集成湿度微传感器，降低了加工的成本，并且给出了一种有利的集成方案。

目前商用的大多数湿度传感器具有电容性传感器结构。电容器的电极通过合适的电介质材料彼此电隔离。所述材料的介电常数的值依赖于相对湿度的大小。结果，电容依赖于相对湿度。因此，如果电容确定了电子电路的功能行为(例如RC时间、振荡频率等等)，这种行为的监控将使得能够确定相对湿度。

考虑到在传感器工作时应该将电介质材料暴露到环境空气，电容性传感器中的电容器可以具有几种空间结构之一。

第一种结构称作平板电容器(或者平行平面电容器)结构。这里，由聚合物薄膜或金属氧化物制成的电介质层夹在两个金属电极之间。典型地使用金(Au)，对上电极进行构图或者使其多孔，使得空气中的水蒸气可以到达电介质层。构图后的电极配置用于保护电介质层免于沾污以及受到凝结影响。这种传感器的示例例如参见EP 0 395 349；S.A.Krutovertsev等人在Sensors and Actuators，A 62(1997)第582-585页的文章“Integrated multifunctional humidity sensor”；A.K.Sen等人2008年4月在IEEE Sensors Journal.Vol.8(4)第333-340页的文章“Modeling and Optimization of a Microscale Capacitive Humidity Sensors for HVAC Applications”；EP 0 395 949；以及Y.L.Yang等人在IEEE Proceedings Sensors 2002，Vol.1，第511-514页的文章“Improvement of polyimide capacitive humidity sensor by reactive ion etching and novel electrode design”。

这种传感器的改进涉及例如上电极的设计、添加加热元件以控制传感器灵敏度、以及底部电极的构图。对于后一特征，使用上电极的顶部金属网格作为硬掩模在电介质材料中制作开口。因此，增加了暴露于环境空气中的电介质材料面积。也对底部电极进行了构图，但是底部电极被电介质材料完全覆盖。对于更多的细节，例如参见M.Docmeki等人在Journal of Microelectromechanical System(2001)，Vol.10，第197-203页的文章“A high-sensitivity polyimide capacitive relative humidity sensor for monitoring anodically bonded hermetic micropackages”。