[实用新型]一种双电容式温湿度传感器

说明书

本实用新型公开了一种双电容式温湿度传感器，包括衬底，衬底上依次设置有绝缘层和第一钝化层，第一钝化层上设置有多晶硅电极，多晶硅电极上方设置有叉指负电极和叉指正电极，叉指正电极表面覆有一层湿度敏感介质；叉指负电极和叉指正电极形成叉指结构，叉指负电极和叉指正电极之间有第一空气层，构成水平电容；叉指正电极与其下方的第二多晶硅电极直接连接，叉指负电极与其下方的第一多晶硅电极之间设置有第二空气层，且第一多晶硅电极上覆有第二钝化层，叉指负电极与第一多晶硅电极构成垂直电容。本实用新型提供的双电容式温湿度传感器，具有温漂低，响应快，面积相对较小，集成化的优点。

技术领域

本实用新型涉及一种基于MEMS(微电子机械系统)工艺的电容式湿度传感器，尤其是一种具有低温漂的双敏感电容式湿度传感器结构。

背景技术

随着社会更加现代化，湿度传感器在日常生活中的应用也愈加广泛。而湿度传感器有电容式、电阻式、压阻式、光学式等类型，其中，电容式传感器凭借灵敏度高、功耗小、制造成本低而在商用中最为广泛。

温度漂移是传感器性能的一个重要指标。温度漂移一般是指，会随着环境温度变化而变化，即传感器工作在不同的环境温度下，传感器输出信号会发生漂移，影响后续的测试准确性和一致性。特别在湿度测量过程，温度对于测试的结果影响极大。为了在一定程度上抵消或减小其输出的温漂，常采用一些温度补偿措施，比如通过软件或者电桥等补偿电路设计来实现，设计和实现过程相对较为复杂。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种双电容式温湿度传感器，具有温漂低，响应快，面积相对较小，集成化等优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种双电容式温湿度传感器，包括衬底，衬底上依次设置有绝缘层和第一钝化层，第一钝化层上设置有多晶硅电极，多晶硅电极上方设置有叉指负电极和叉指正电极，叉指正电极表面覆有一层湿度敏感介质；叉指负电极和叉指正电极形成叉指结构，叉指负电极和叉指正电极之间有第一空气层，构成水平电容；所述多晶硅电极包括位于叉指负电极下方的第一多晶硅电极和位于叉指正电极下方的第二多晶硅电极，叉指正电极与其下方的第二多晶硅电极直接连接，叉指负电极与其下方的第一多晶硅电极之间设置有第二空气层，且第一多晶硅电极上覆有第二钝化层，叉指负电极与第一多晶硅电极构成垂直电容。

所述水平电容及垂直电容为两组，并通过可动梁连接，可动梁分别与两组电容的叉指负电极连接。

还包括级联梁，级联梁与可动梁连接，级联梁为“H”形状，其四个端部均通过锚区与衬底固定。

所述衬底上具有凹槽，级联梁放置于衬底的凹槽中，并且级联梁与凹槽之间设置有第三空气层。

所述衬底的材质为硅。

所述叉指负电极和叉指正电极的材质为镍。

所述湿度敏感介质的材质为氧化石墨烯。

所述第一钝化层、第二钝化层的材质为氮化硅。

所述绝缘层的材质为二氧化硅。

本实用新型的工作原理为：本实用新型的双电容式温湿度传感器包括湿度敏感电容和温度补偿电容，其中，覆有湿度敏感介质的叉指正电极，裸露的叉指负电极以及空气层构成传感器的水平湿度敏感电容结构，当感湿介质层吸湿后，该电容结构的混合介电层的介电常数会发生变化，进而引起检测电容值发生变化，从而实现横向湿度敏感电容对环境湿度变化的检测功能。覆有湿度敏感介质的叉指正电极与多晶硅电极构成垂直温度敏感电容结构，当温度发生变化时，由于锚区热形变以及级联梁的热形变，引起垂直电容两个极板间的距离发生变化，进而实现金属电极和多晶硅电极之间的纵向温度敏感电容对环境温度的变化的检测，用以补偿温度对于湿度测试结果的影响。