[发明专利]一种耐高温高湿湿度传感器及其制备方法

说明书

本申请公开了一种耐高温高湿湿度传感器，包括硅晶圆和湿敏膜；所述硅晶圆包括硅基底、形成在硅基底上的金属电极；所述湿敏膜形成在所述金属电极表面；所述湿敏膜采用反应体系中引入光敏基团和多官能度胺所得到的交联型聚酰胺酸薄膜。本申请还公开了一种耐高温高湿湿度传感器的制备方法。本申请所述的耐高温高湿湿度传感器采用含氟交联型聚酰亚胺薄膜作为湿敏膜，降低了湿敏膜的吸湿率和介电常数，赋予湿敏膜耐热、稳定、耐水解等性能；降低了湿度传感器的湿度偏差，提其高测量精准度。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种耐高温高湿湿度传感器及其制备方法。

背景技术

湿度一般指待测环境中含有的水蒸气的量，它反应了环境干与湿的程度，湿度传感器不仅在传统工业、农业、医疗、气象上不可或缺，更在军事、航空、航天和微电子器件等前沿科技领域占据着重要的地位，然而相对于温度等参数，湿度的检测难度要大很多，主要是因为空气中水蒸气含量较少，空气中的杂质与水蒸气形成化学反应产生酸碱等物质，对湿度传感器敏感材料产生不可逆的破坏，加速湿度传感器的腐蚀和老化；湿度传感器的湿敏材料必须与待测环境直接接触才能发生变化，这减小了湿度传感器的使用寿命。

露点测定仪和干湿球温度计等是较传统的湿度工具，它们的原理、结构均较简单，但是有体积大、需要定时加水、需要经常校正等缺点，所以逐渐被现代新型测量方式的湿度传感器所取代。现代微湿度传感器通常基于MEMS技术，结合半导体工艺，制造出以电阻或电容输出的智能器件，其中基于MEMS(微电子机械系统)技术制造的电容式传感器具有价格低、体积小、测试范围宽、线性度好、灵敏度高、湿滞小、响应速度快、稳定性好的优点深受使用者的喜爱。

现行的湿度检测器常用材料主要包括陶瓷、高分子聚合物、多孔硅三大类，近年来，随着高分子聚合物与半导体工艺相结合的方法迅速发展，加上此类型材料拥有灵敏度高、成本低、制作简单等优点，使得高分子湿度传感器被广泛且迅速地开发着。常见的高分子感湿材料有聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚乙炔苯、聚砜、醋酸纤维素、硅树脂等材料，这类型的高分子材料的感湿机理是：具有感湿特性的高分子材料介电常数ε＝2～7，而水分子的介电常数ε≈80，当环境湿度变化时，高分子感湿材料吸附或释放相应比例的水分子，感湿膜的偶极矩发生改变，宏观上表现为介电常数的变化，将具有这类特性的高分子感湿材料制成电容传感器后，通过测定湿度传感器的电容响应，就可以得到环境的相对湿度。作为应用广泛的湿度检测工具，具有高量程、高精度、高稳定性、响应速度快、湿滞效应低、耐潮、抗污和制造成本低等优点的湿度传感器是人们不懈追求的目标。

聚酰亚胺(Polyimide，也简写为PI)是含有芳杂环结构的有机高分子材料，是目前高分子聚合物中具有感湿性能的最耐高温的材料之一，聚酰亚胺材料的介电常数随着相对湿度的改变变化，其介电常数正比于相对湿度，因此可用来监测环境湿度。用聚酰亚胺材料制作的湿度传感器性能优异，机械强度高，弹性模量高，高温下稳定不易分解，耐腐蚀性良好，安全无毒，线性度好，此外由于聚酰亚胺与成熟的CMOS工艺兼容，可以利用集成电路的成熟工艺实现大批量生产，大大提高了产品的一致性，降低了产品的成本。

聚酰亚胺在高温下，尤其在有氧、水分存在时，容易发生自身的开环水解，使得电容式聚酰亚胺传感器在实际应用中普遍存在一些缺陷，如湿滞、温漂，长期稳定性等问题，导致电容式聚酰亚胺湿度传感器的商品化和应用范围受到限制。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种耐高温高湿湿度传感器，采用含氟交联型聚酰亚胺薄膜作为湿敏膜，降低湿敏膜的吸湿率和介电常数，赋予湿敏膜耐热、稳定、耐水解等性能，降低湿度传感器的湿度偏差，提高测量精准度。

为解决上述问题，本申请所采用的技术方案如下：

一种耐高温高湿湿度传感器，包括

硅晶圆和湿敏膜；所述硅晶圆包括硅基底、形成在硅基底上钝化层、以及形成在钝化层上的金属电极；所述湿敏膜形成在所述金属电极表面；