[发明专利]一种集成超声结构的电容式湿度传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成超声结构的电容式湿度传感器及其制备方法，属于微机电技术。

背景技术

湿度传感器是一种测量湿度的器件，广泛应用于气象研究、工业生产等领域。由于水分子运动的速率有限，当环境湿度发生变化时，传感器的测量结果变化需要一段响应时间；而传感器回滞的存在，则对传感器的测量精度有着不良影响。

为了改善传感器的响应特性和回滞特性，目前通常采用的方法是在传感器结构中增加加热结构。Vaisala(公司名)在产品中使用了折弯型电阻对湿度传感器进行加热。2006年，Ching-Liang Dai(人名)等设计了栅装的多晶硅电阻结构，用于对上方的传感器结构加热。2009年，Youngdeuk Kima等人提出了一种传感器结构，加热电路与敏感电容处于同一层，且将敏感电容包围在中间，从四周进行加热。但是，使用加热结构的湿度传感器，必须经历加热升温和冷却降温过程后才能正常地进行湿度测量，测量频率受传感器温度变化速率影响，有待改进。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种集成超声结构的电容式湿度传感器及其制备方法，利用利用超声结构产生超声波，增加水分子的能量与扩散速率，改善传感器的响应特性和回滞特性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种集成超声结构的电容式湿度传感器，包括超声换能器结构和若干湿度敏感电容结构，湿度敏感电容结构设置在超声换能器结构上方；所述超声换能器结构包括由下至上依次设置的衬底、压电材料层和中间金属层，湿度敏感电容结构包括由下至上依次设置的绝缘层、叉指电极、钝化层和湿敏材料层，绝缘层设置在中间金属层上，叉指电极和钝化层一一对应，所有湿度敏感电容结构的绝缘层共用，所有湿度敏感电容结构的湿敏材料层共用；所述衬底的下表面通过腐蚀形成空腔，用于调节衬底厚度，进而调节超声换能器结构的谐振频率。

一种集成超声结构的电容式湿度传感器的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备重参杂硅衬底，通过背面腐蚀在衬底的下表面形成空腔；

(2)在衬底上淀积一层压电材料，并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成压电材料层；

(3)在压电材料层上溅射或蒸发一层金属铝，并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成中间金属层；

(4)在中间金属层上淀积一层氧化硅并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成绝缘层4；

(5)在绝缘层上溅射或蒸发一层金属铝，并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成叉指电极；

(6)在叉指电极上淀积一层氮化硅并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成钝化层；

(7)在钝化层上淀积一层聚酰亚胺，并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成湿敏材料层。

有益效果：本发明提供的集成超声结构的电容式湿度传感器及其制备方法，当对超声换能器结构作用一定频率的电信号时，会释放出超声信号，这种超声信号会使得水分子获得能量，提高水分子的运动速率，使其更快地在湿敏材料层层中扩散或逸出，从而提高电容式湿度传感器的响应速度和回滞特性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种集成超声结构的电容式湿度传感器，包括超声换能器结构和若干湿度敏感电容结构，湿度敏感电容结构设置在超声换能器结构上方；所述超声换能器结构包括由下至上依次设置的衬底1、压电材料层2和中间金属层3，湿度敏感电容结构包括由下至上依次设置的绝缘层4、叉指电极5、钝化层6和湿敏材料层7，绝缘层4设置在中间金属层3上；所述衬底1的下表面通过腐蚀形成空腔，用于调节衬底厚度，进而调节超声换能器结构的谐振频率。

上述集成超声结构的电容式湿度传感器的制备过程如下：

(1)准备重参杂硅衬底1，通过背面腐蚀在衬底1的下表面形成空腔；

(2)在衬底1上淀积一层压电材料，并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成压电材料层2；

(3)在压电材料层2上溅射或蒸发一层金属铝，并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成中间金属层3；

(4)在中间金属层3上淀积一层氧化硅并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成绝缘层4；

(5)在绝缘层4上溅射或蒸发一层金属铝，并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成叉指电极5；

(6)在叉指电极5上淀积一层氮化硅并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成钝化层6；