[发明专利]一种自驱动湿度传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自驱动湿度传感器及其制备方法，该自驱动湿度传感器包括半导体基底，半导体基底的正面刻蚀有纳米结构，半导体基底的正面围绕纳米结构制备有介电层，介电层上制备有悬浮电极，悬浮电极与纳米结构之间设有间隙，悬浮电极上位于所述纳米结构上方刻蚀有孔道结构，半导体基底的背面制备有底电极，底电极和悬浮电极上均连接有导线。本发明的湿度传感器无需额外电源，可实现湿度相关电信号的直接输出。本发明湿度传感器的自驱动特性使得该传感器对湿度的响应速度很快，达到毫秒级别。本发明的湿度传感器结构简单，有利于降低生产成本，且与传统半导体工艺相兼容，有利于产品集成。

技术领域

本发明涉及湿度传感器技术领域，特别涉及一种自驱动湿度传感器及其制备方法。

背景技术

湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。

各种湿度传感器进行简单的介绍。

1、氯化锂湿度传感器

(1)电阻式氯化锂湿度计

第一个基于电阻-湿度特性原理的氯化锂电湿敏元件是美国标准局的F.W.Dunmore研制出来的。这种元件具有较高的精度，同时结构简单、价廉，适用于常温常湿的测控等一系列优点。

氯化锂元件的测量范围与湿敏层的氯化锂浓度及其它成分有关。单个元件的有效感湿范围一般在20％RH以内。例如0.05％的浓度对应的感湿范围约为(80～100)％RH，0.2％的浓度对应范围是(60～80)％RH等。由此可见，要测量较宽的湿度范围时，必须把不同浓度的元件组合在一起使用。可用于全量程测量的湿度计组合的元件数一般为5个，采用元件组合法的氯化锂湿度计可测范围通常为(15～100)％RH，国外有些产品声称其测量范围可达(2～100)％RH。

(2)露点式氯化锂湿度计

露点式氯化锂湿度计是由美国的Forboro公司首先研制出来的，其后我国和许多国家都做了大量的研究工作。这种湿度计和上述电阻式氯化锂湿度计形式相似，但工作原理却完全不同。简而言之，它是利用氯化锂饱和水溶液的饱和水汽压随温度变化而进行工作的。

2、碳湿敏元件

碳湿敏元件是美国的E.K.Carver和C.W.Breasefield于1942年首先提出来的，与常用的毛发、肠衣和氯化锂等探空元件相比，碳湿敏元件具有响应速度快、重复性好、无冲蚀效应和滞后环窄等优点，因之令人瞩目。我国气象部门于70年代初开展碳湿敏元件的研制，并取得了积极的成果，其测量不确定度不超过±5％RH，时间常数在正温时为2～3s，滞差一般在7％左右，比阻稳定性亦较好。

3、氧化铝湿度计

氧化铝传感器的突出优点是，体积可以非常小(例如用于探空仪的湿敏元件仅90μm厚、12mg重)，灵敏度高(测量下限达-110℃露点)，响应速度快(一般在0.3s到3s之间)，测量信号直接以电参量的形式输出，大大简化了数据处理程序，等等。另外，它还适用于测量液体中的水分。如上特点正是工业和气象中的某些测量领域所希望的。因此它被认为是进行高空大气探测可供选择的几种合乎要求的传感器之一。也正是因为这些特点使人们对这种方法产生浓厚的兴趣。然而，遗憾的是尽管许多国家的专业人员为改进传感器的性能进行了不懈的努力，但是在探索生产质量稳定的产品的工艺条件，以及提高性能稳定性等与实用有关的重要问题。

4、陶瓷湿度传感器