[发明专利]薄膜型基于电阻的传感器

说明书

背景技术

相关申请

本申请要求于2014年7月22日提交的题为ULTRAFAST HUMIDITY DETECTOR FOR USE IN SPEECH AND HEALTH ANALYZERS(用于语音和健康分析器的超快湿度检测器)的美国临时专利申请号62/027,753以及2015年6月8日提交的题为THIN-FILM RESISTIVE-BASED SENSOR(薄膜型基于电阻的传感器)的美国临时专利申请号62/172,546的优先权权益，以上申请中的每个申请通过引用结合在此。

技术领域

本发明广泛地涉及薄膜型基于电阻的传感器。

现有技术的说明

许多应用需要能够检测环境变化的传感器。如室内和室外气候检测和控制、过程控制、生物计量、医疗用途以及其他更多应用期望对温度、压力或与传感器接触的各种分析物(包括空气中的水分或气体等)的变化的检测。然而，这些传感器对各种应用的有用性不仅被它们准确且精确地测量刺激的能力限制，还被它们在短期和长期内检测和测量那些刺激的能力限制。当尝试测量需要即刻检测的应用(如呼吸传感器)的湿度时，响应时间和稳定时间是非常重要的规格参数。传感器的响应时间是传感器响应从空载到负载分步变化的步骤所花费的时间。稳定时间是一旦打开传感器其达到稳定输出所花费的时间。传感器还必须能够维持长期稳定性和测量，并且应当展示低滞后性。

环境传感器可以检测大气的物理变化，如温度、湿度、气体或气流。通过感测元件，传感器通过转换元件将变化转换成可能被传输和测量的电信号。在许多实践中，在传感器环境变化期间测量“有源”层的电子电阻。如果此测量是单值的、稳定的且可重复的，则其可以被校准并用作指示传感器周围环境的信号。

存在用于环境传感器的架构和构成的不同方法。这些方法试图增加有效感测能力的一个或多个特性：稳定性、敏感性、低滞后性、可靠性、和/或准确性。最基本的印刷式和/或膜型基于电阻的传感器通常包括印刷在具有钝化或保护覆盖层的电介质基板上的较薄电子“有源”感测层，所述钝化或保护覆盖层印刷在顶表面上。

由于非常高的滞后性、低稳定性和低准确性，因此许多现有技术直流型基于电阻的传感器受低性能的困扰。因为这些设备通常利用基于聚合物的材料或不可预测的材料，所以高滞后性和低稳定性和准确性的问题通常归属于用于薄膜结构中的感测元件的材料选择。

基于电容、感应、光学和物理的以及利用已制定的材料的其他传感器技术通常不遭受这种类型的低性能。然而，尽管更加可靠，但这些传感器技术发展缓慢。

发明内容

本发明提供了一种换能器，所述换能器包括：阻挡层；有源感测层，所述有源感测层与至少两个电极接触；以及电介质层，所述电介质层在所述有源层与所述阻挡层之间并且具有第一侧和第二侧。所述至少两个电极均与所述电介质层第二侧相邻，并且所述换能器是电阻式换能器。

本发明进一步提供了一种包括换能器的传感器，所述换能器包括：阻挡层；有源感测层，所述有源感测层与至少两个电极接触；以及电介质层，所述电介质层在所述有源层与所述阻挡层之间并且具有第一侧和第二侧。所述至少两个电极均与所述电介质层第二侧相邻，并且所述换能器是电阻式换能器。

最后，本发明提供了一种对条件的存在进行检测的方法。所述方法包括：将换能器引入到所述分析物可能存在的环境中。所述换能器包括：阻挡层；有源感测层，所述有源感测层与至少两个电极接触；以及电介质层，所述电介质层在所述有源层与所述阻挡层之间并且具有第一侧和第二侧。所述至少两个电极均与所述电介质层第二侧相邻。所述方法还包括：观察所述换能器是否指示所述条件的存在，其中，所述存在由电阻的变化指示。

附图说明

图1是示意图，示出了本发明换能器的一个实施例；

图2是示意图，示出了本发明换能器的进一步实施例，其中，有源感测层横跨和跨越电极；

图3是本发明换能器的另一个实施例的示意性展示，其中，所述换能器被支撑在基板上；

图4是示意性展示，示出了进一步实施例，其中，信号增强层在有源感测层上；

图5是又另一个实施例，示出了与图4的换能器类似的换能器，但是具有与信号增强层相邻的过滤层；

图6是另一个实施例的示意图，示出了与图5的换能器类似的换能器，但是具有与有源感测层相邻的过滤层；

图7是曲线图，示出了当说出“测试，一、二、三”时的湿度和音频信号；

图8是曲线图，示出了换能器对湿空气1秒脉冲的响应；