[发明专利]一种新型的高分子膜温湿敏元件

说明书

一种新型的高分子膜温湿敏元件及其制造方法属于传感技术领域。

目前国内外的高分子膜温湿敏元件，由金属上电极，高分子膜介质层，金属下电极三层构成。其上电极都为单层金属膜平板型或条形结构，对于条形结构，其设计要求电极条细至几个微未，而平板形结构，要求电极厚度控制在200～350，它们的工艺加工都很困难，易受损，以至成品率低，成本高，可靠率低，有的结构只能由二个下电极与上电极之间形成串联电容，（对比文献：中国专利CN104398），其电容量小，灵敏度低，使元件性能差，给二次仪表制作带来较大的困难，影响了传感器在各方面的广泛应用。

为了克服上述缺点，本发明提供一种新型的高分子膜温湿敏元件。

本发明是采用改变上，下电极结构及元件整体结构来达到发明目的的。

本发明的优点是：

1、元件的响应特性好，其吸湿及脱湿快。

2、增大了元件的电容量，使二次仪表制作方便。

3、提高了元件的灵敏度，稳定性和可靠性。

4、提高了元件的成品率，降低了元件的成本。

5、便于集成化和大批量生产时参数有较好的一致性。

第一种结构是立体条形高分子膜敏感元件，它的上、下电极都是复合金属组成，合金化在硅衬底上，并包括高分子膜层成相同宽度的条形结构。图1是立体条形电容型高分子膜敏感元件的结构剖面图。

其中：1-硅衬底，2-SiO₂层，3-复合下电极欧姆接触层，4-复合下电极金属层，5-高分子膜层（如聚酰亚胺），6-复合上电极金属甲，7-复合上电极金属乙，8-形成立体条形的高分子膜层。这种结构使测温的复合上电极和测湿的高分子膜介质层都是立体的，增加其与空间的接触面，提高了元件对温度和湿度变化的敏感性，也即提高了元件的测温湿灵敏度，并且由于复合下电极与硅衬底为欧姆接触层，增加了电极的牢度。

立体条形高分子膜温湿敏元件制造的工艺流程如下：

硅片1清洗烘干→生长SiO₂层2→蒸发下电极金属膜层4，并光刻成条形→与硅衬底合金化成欧姆接触层了，形成复合下电极→涂膜固化及刻蚀高分子聚酰亚胺酸，形成与金属下电极相同宽度的高分子膜介质层8→依次蒸发、制作上电极金属（钛或镍或铂）6和7（铝），并光刻成与金属下电极相同宽度的条形复合金属上电极→划片装座封管。

这种立体条形结构的高分子膜温湿敏元件，使得感湿面和感温面有较大的面积与被测空间接触，提高了元件的响应特性、灵敏度及可靠性，而且由于电极是复合的不易受损增大了电容量，使得二次仪表制作也方便多了。

第二种结构是复合电极平板高分子膜敏感元件，它的上电极是复合透气电极是由网状金属与厚度为200～350的薄金膜复合而成，下电极也是由二种金属复合而成。

图2是复合电极平板高分子膜敏感元件结构剖面图

9-条形复合下电极金属甲，10-条形复合下电极金属乙，11-高分子（聚酰亚胺）膜层，12-绝缘层（SiO₂或Si₃N₄），13-复合透气上电极网状金属层，它的宽度和位置正好与条形下电极之间的高分子膜介质层的宽度和位置对应，14-复合透气上电极贵金属（Au）薄膜层。

复合电极平板高分子膜敏感元件制造的工艺流程如下：

硅片清洗烘干→生长SiO₂层12→依次蒸发、光刻下电极金属层9和10，成为条形复合下电极→涂膜、固化、刻蚀高分子膜介质层，固化的温度为100℃～400℃→用剥离法工艺对金属（铬或铂或金）网层13加工;再用剥离法工艺制作透气金膜14，形成复合透气上电极→划片装座封管。这种结构的复合透气金属膜层，使高分子膜吸湿、脱湿快，使元件的电容成并联结构，电容量大，提高透气上电极的可靠性及可焊性，加工方便。

第三种结构是腔体型高分子膜敏感元件。这种敏感元件是把硅衬底15的底面加工成形拟例置的杯子，并在杯底挖小孔，使该SiO层挖成的填料腔22和被测空间连通，它的下电极与例2的上电极一样结构，它的上电极与例2的下电极一样为双层结构。

图3是腔体型高分子膜敏感元件结构剖面图