[发明专利]一种具有高灵敏度快速响应的MEMS电容式湿度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于体硅工艺的MEMS（微电子机械系统）电容式湿度传感器，尤其是一种采用多孔硅和空气层作为介质的叉指结构的电容式湿度传感器。

背景技术

湿度测量在工业和农业以及人们的日常生活中上有着广泛的应用，也是研究气象状况不可缺少的一个因素。湿度传感器作为湿度测量系统的重要组成部分，已经发展了很多年。采用硅基制造的湿度传感器也已经存在了十几年,按照工作类型可分为电容式、电阻式、压阻式、悬臂梁式、热电偶式。其中电容式湿度传感器具有高灵敏度，低功耗，好的温度特性，结构坚固，对外部应力的灵敏度高等优点，使得其研究最为广泛。

目前，主要的电容式湿度传感器有两种，一种是叉指电容式湿度传感器，常用的叉指电容式湿度传感器通过表面加工工艺形成，其敏感电容较小，且寄生电容大，不利于测量，另一种是三明治结构的湿度传感器，这种传感器将感湿材料置于敏感电容极板之间作为感湿介质，虽然灵敏度高，寄生电容小，但是响应速度慢。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种具有高灵敏度快速响应的MEMS电容式湿度传感器，解决的技术问题在于，针对现有技术中电容式传感器上述缺陷，提出一种结构简单，加工方便，敏感电容大，寄生电容小的电容式湿度传感器。

技术方案：本发明的具有高灵敏度快速响应的MEMS电容式湿度传感器包括衬底，覆盖有感湿介质的叉指正电极；其中，衬底位于检测电容的底部，起基座作用，感湿介质覆盖在叉指正电极、叉指负电极的表面，叉指负电极与衬底之间设有空腔，感湿介质与叉指正电极、叉指负电极之间的空气层构成检测电容的感湿结构。

所述感湿层为多孔硅层。

所述叉指正电极、叉指负电极为低阻硅。

所述叉指正电极、叉指负电极为体硅工艺加工的具有高深宽比的叉指结构。

所述叉指正电极、叉指负电极的叉指结构与衬底之间是空气层。

所述衬底为玻璃。

本发明所述具有高灵敏度的电容式湿度传感器的工作原理为：在本发明所述技术方案中，所述电容式湿度传感器包括介质层、空气层和叉指电极，其中，叉指电容呈悬臂梁结构状，其中，介质层在叉指电极之上，覆盖了介质层的叉指之间以及叉指和衬底之间还有空气层。当感湿介质层吸湿后，其介电常数会发生变化，进而引起检测电容发生形变，从而实现湿度测量功能。

有益效果：作为对本发明所述技术方案的一种改进，叉指电极为体硅工艺加工的具有高深宽比的叉指结构。综合其材料的加工成本、制作工艺的实现方式以及敏感电容的大小来说，体加工工艺加工的叉指电极具有成本低、制作工艺简单、敏感电容大的优点。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，衬底为玻璃衬底，通过键合工艺与低阻硅形成结构。综合所选材料的成本，制作工艺以及材料性能来说，选用玻璃衬底可以减少寄生电容，硅-玻璃键合工艺成熟的优点。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，叉指结构与玻璃衬底之间有空气腔，可以使得高深宽比的叉指结构可以实现双面感湿，提高相应时间。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，叉指结构之间有空气腔，使得响应时间提高。

附图说明

图1是本发明电容式相对湿度传感器的俯视图。

图2是本发明电容式相对湿度传感器的截面图。

图中有：衬底1，叉指正电极1-2，叉指负电极1-3，空气间隙1-4，空腔1-5，感湿介质2，空气层3。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明优选实施例如下：

如图1所示，本实施例所述电容式湿度传感器包括呈悬臂梁结构状的检测电容，该传感器包括衬底1，覆盖有感湿介质2的叉指正电极1-2；其中，衬底1位于检测电容的底部，起基座作用，感湿介质2覆盖在叉指正电极1-2、叉指负电极1-3的表面，叉指正电极1-2、叉指负电极1-3与衬底1之间设有空腔1-5，感湿介质2与叉指正电极1-2、叉指负电极1-3之间的空气层3构成检测电容的介质层用来敏感湿度所引起的电极之间的介电常数的变化；所述检测电容呈叉指悬臂梁结构。

在本实施例中，衬底1选用玻璃衬底，感湿介质2为多孔硅，叉指正电极1-2和叉指负电极1-3都为低阻硅。