[实用新型]基于氧化石墨烯的电容式相对湿度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于标准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，尤其是一种采用氧化石墨烯作为湿度敏感介质的电容式相对湿度传感器。

背景技术

湿度传感器在军事、气象、农业、工业控制、医疗器械等许多领域有着广泛的应用。在过去的几十年里，有许多针对电容式、电阻式、压阻式、光学式等类型湿度传感器的研究。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。用标准CMOS工艺加工出来的湿度传感器具有体积小、价格低、产品一致性好等优点，是近几年来湿度传感器研究的热点。而且，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。2004年，中国人顾磊提出了一种利用CMOS工艺制作的电容式相对湿度传感器，该湿度传感器的敏感单元为平铺梳齿电容结构，将梳状多晶硅加热电阻置于梳齿状电极的下方，相邻电极之间填充湿度敏感介质，采用聚酰亚胺作为湿度敏感介质，这种电容式湿度传感器的电容主要由梳齿状电极侧壁面积决定，由于利用CMOS工艺加工传感器时，梳齿状电极的厚度很难做到很大，所以要达到较高的灵敏度，需要增加梳齿状电极数量，这样势必会增加芯片面积，如此很难体现出微传感器体积小的优势，而且采用聚酰亚胺作为敏感材料，传感器响应较慢。

发明内容

技术问题：本实用新型要解决的技术问题是提出一种与标准CMOS工艺兼容的基于氧化石墨烯的电容式相对湿度传感器，具有灵敏度高，响应速度快，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，本实用新型提出一种基于氧化石墨烯的电容式相对湿度传感器，其特征在于：该湿度传感器包括衬底、自衬底向上依次设置在衬底上的氧化层、加热条、绝缘层，该湿度传感器还包括第一电容电极、第二电容电极、钝化层和湿度敏感介质，第一电容电极、第二电容电极分别设在绝缘层上，在第一电容电极和第二电容电极上分别设有钝化层，湿度敏感介质设在第一电容电极和第二电容电极之间，湿度敏感介质还设在第一电容电极和第二电容电极上方，钝化层位于第一电容电极与湿度敏感介质之间以及第二电容电极与湿度敏感介质之间。

优选的，加热条为条状且等间距排列，加热条由第一加热条引线和第二加热条引线引出。

优选的，第一电容电极、第二电容电极为梳齿状且交错排列，即相邻的第一电容电极之间设有第二电容电极，相邻的第二电容电极之间设有第一电容电极，其中，第一电容电极由第一电极引线引出，第二电容电极由第二电极引线引出。

优选的，第一电容电极、第二电容电极分别为铝电极。

优选的，钝化层为氮化硅层。

优选的，湿度敏感介质为氧化石墨烯。

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：本实用新型工艺步骤简单，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。本实用新型提出的湿度传感器采用氧化石墨烯作为湿度敏感介质，氧化石墨烯结构中含有亲水基团，而且氧化石墨烯表面形貌比较褶皱，相比平坦的形貌，这种褶皱形貌的单位面积上含有更多的亲水基团，有利于水汽分子的吸附与脱附，所以基于氧化石墨烯的电容式相对湿度传感器灵敏度高，响应速度快。采用多晶硅电阻条进行加热可以减小湿滞回差。

附图说明