[发明专利]一种湿度传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及湿度传感器技术领域，尤其涉及一种湿度传感器及其制备方法。

背景技术

湿度与人们生活的环境息息相关。前期的湿度测量仪器主要包括伸缩式湿度计、干湿球湿度计和露点计等湿度测试仪器。但这种传统的测试方法存在灵敏度低、准确性差和分辨率低等方面的缺点，并且非电性测试方法难以与现代通讯设备进行系统化和集成化。

随着集成电路和半导体行业的快速发展，利用新型技术制备微纳传感器成为全球的研究热点之一。因此，湿度传感器作为传感器领域的重要组成部分，也随着集成电路和半导体行业的快速发展而得到了迅猛的进步，目前已出现电解质、陶瓷和高分子等湿度敏感材料制备的湿度传感器。

湿度传感器根据工作原理可分为以下几个类型：1.压阻型湿度传感器。利用聚合物吸收水分子后膨胀，膨胀后产生的张力导致在聚合物之上的薄膜发生弯曲，因而可以通过测得弯曲所对应的应力来获得湿度值，但具有线性度差的缺点。2. 悬臂梁型湿度传感器。利用附在悬臂梁上的高分子湿敏材料对附近空气中的水汽分子进行吸附，从而发生膨胀产生应力改变悬臂梁的形状引起电容的变化来测量湿度。虽然可与CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）工艺兼容，但是为了得到高灵敏度，悬臂梁往往设计的很薄，容易发生断裂，使用寿命大大缩短。3.热电偶型湿度传感器。根据温差赛贝克效应，利用传感器在吸附水汽分子时的冷热端温度差，使冷热端口直接输出电压信号，且还可通过温度传感器对外界环境温度进行测量。但其灵敏度差，不适合精确测量。

发明内容

本发明实施例提出一种湿度传感器及其制备方法，结构简单、灵敏度高、线性度好，且与CMOS工艺兼容。

本发明实施例提供一种湿度传感器，包括衬底，形成于所述衬底上的氧化硅层，电镀于所述氧化硅层上的下电极和加热电极，旋涂于所述下电极和所述加热电极上的湿度敏感层，以及电镀于所述湿度敏感层上的上电极；其中，所述下电极、所述加热电极和所述上电极由金属镍制成；所述湿度敏感层由高分子材料制成。

相应地，本发明实施例还提供一种湿度传感器的制备方法，包括：

S1、提供一层衬底，并在所述衬底上形成一层氧化硅层；

S2、在所述氧化硅层上电镀出下电极和加热电极；所述下电极和所述加热电极由金属镍制成；

S3、在所述下电极和所述加热电极上旋涂一层湿度敏感层；所述湿度敏感层由高分子材料制成；

S4、在所述湿度敏感层上电镀出上电极；所述上电极由金属镍制成。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的湿度传感器及其制备方法采用MEMS Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）加工技术来制备，体积小，结构简单，且灵敏度高，易于批量生产；湿度敏感层由高分子材料制成，对湿度精确测量，提高线性度和精度；基于晶体硅基底，并利用溅射、电镀等工艺来制备，易与CMOS工艺兼容。

附图说明

图1是本发明提供的湿度传感器的一个实施例的剖面示意图；

图2是本发明提供的湿度传感器的制备方法的一个实施例的流程示意图；

图3是本发明提供的湿度传感器的制备方法的步骤S1的示意图；

图4是本发明提供的湿度传感器的制备方法的步骤S2的示意图；

图5是本发明提供的湿度传感器的制备方法的步骤S3的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明提供的湿度传感器的一个实施例的结构示意图，包括衬底1，形成于衬底1上的氧化硅层2，电镀于氧化硅层2上的下电极3和加热电极4，旋涂于下电极3和加热电极4上的湿度敏感层5，以及电镀于湿度敏感层5上的上电极6；其中，下电极3、加热电极4和上电极6由金属镍制成；湿度敏感层5由高分子材料制成。

其中，衬底1的尺寸为2寸、4寸或6寸。氧化硅层2的厚度为300 nm -800nm。下电极3和加热电极4处于同一平面，且厚度均为2 um -10um。下电极3和加热电极4之间的缝隙也填充为湿度敏感层5。湿度敏感层5位于下电极3和上电极4之间，且厚度为5 um -20um。下电极的厚度为5 um -20um。