一種mems濕度傳感器及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MEMS濕度傳感器及制備方法，為解決現(xiàn)有濕度傳感器成本高、精度低等問題而設(shè)計(jì)。該MEMS濕度傳感器包括支撐基底、設(shè)置于支撐基底上的電隔離層以及設(shè)置于電隔離層上的梳齒組件，所述梳齒組件間設(shè)置有加熱電阻條，所述加熱電阻條上覆蓋有納米纖維體。同時(shí)提出一種上述MEMS濕度傳感器的制備方法。本發(fā)明MEMS濕度傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，工藝兼容性強(qiáng)，適用范圍廣，安全可靠且制備工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)，便于集成加工。
【專利說明】一種MEMS濕度傳感器及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種MEMS濕度傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]濕度是表征水蒸氣在大氣中含量的一個(gè)參數(shù)，一般表不為相對(duì)濕度(％RH),其值代表了空氣中水蒸氣的壓力和相同溫度下飽和水蒸氣壓力的比值?？諝鉂穸扰c民眾日常工作、生活和生產(chǎn)有著直接的聯(lián)系，所以對(duì)于濕度的監(jiān)測與控制顯得越來越重要。然而，濕度的測量會(huì)受到其它因素(大氣壓強(qiáng)、溫度)的影響，同時(shí)其校準(zhǔn)也是一個(gè)難題，因此可以說，在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測量的參數(shù)之一。人們熟知的毛發(fā)濕度計(jì)、干濕球濕度計(jì)等已不能滿足現(xiàn)階段的實(shí)際需要。所以一直以來國內(nèi)外對(duì)于濕度傳感器的研究都比較活躍。
[0003]隨著人類步入信息時(shí)代，MEMS傳感器作為捕捉信息的器件也隨之迅速發(fā)展，在現(xiàn)代高度信息化的社會(huì)科技發(fā)展中占據(jù)著相當(dāng)重要的地位。目前，濕度傳感器已經(jīng)在包括精密電子元件制造，航天導(dǎo)彈、火箭的儲(chǔ)存，糧食的防霉，高空氣象探測，農(nóng)業(yè)種植等許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。濕度傳感器品種繁多，但就其所使用的感濕材料而言，主要有電解質(zhì)和高分子化合物感濕材料、半導(dǎo)體陶瓷材料以及元素半導(dǎo)體和多孔金屬氧化物半導(dǎo)體材料等。不過，電解質(zhì)濕度傳感器的測量范圍窄、可重復(fù)性差，并且其使用壽命也較短；高分子化合物濕度傳感器具有感濕性能好、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但在高溫和高濕條件下其性能降低、穩(wěn)定性變差、抗腐蝕和抗沾污能力也減弱；半導(dǎo)體陶瓷材料濕度傳感器具有感濕性能較好、生產(chǎn)簡單、成本低廉、響應(yīng)時(shí)間短、可加熱清洗等優(yōu)點(diǎn)，但這類傳感器的精確度較低、高溫下性能也較差、難以實(shí)現(xiàn)集成化；與以上多種感濕材料相比，多孔金屬氧化物濕度傳感器具有響應(yīng)速度快、化學(xué)穩(wěn)定性較好、承受高溫和低溫能力強(qiáng)，以及可集成化等優(yōu)點(diǎn)，然而其實(shí)現(xiàn)工藝與常規(guī)的微電子工藝難以很好地實(shí)現(xiàn)兼容。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、工藝兼容性強(qiáng)、適用范圍廣的MEMS濕度傳感器。
[0005]本發(fā)明的再一個(gè)目的是提出一種制造工藝簡單、易于實(shí)現(xiàn)的MEMS濕度傳感器的制備方法。
[0006]為達(dá)此目的，一方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種MEMS濕度傳感器，包括支撐基底、設(shè)置于支撐基底上的電隔離層以及設(shè)置于電隔離層上的梳齒組件，所述梳齒組件間設(shè)置有加熱電阻條，所述加熱電阻條上覆蓋有納米纖維體。
[0008]優(yōu)選的，所述梳齒組件包括設(shè)置于電隔離層上的第一梳齒連接電極、第一梳齒、第二梳齒連接電極和第二梳齒，所述第一梳齒連接電極連接有第一梳齒測試電極，所述第二梳齒連接電極連接有第二梳齒測試電極，所述第一梳齒測試電極經(jīng)電極連接線與第一傳導(dǎo)電極連接，所述第二梳齒測試電極經(jīng)電極連接線連接第二傳導(dǎo)電極；
[0009]所述支撐基底的上表面被部分腐蝕，所述第一傳導(dǎo)電極和第二傳導(dǎo)電極的外側(cè)至少部分懸置于所述支撐基底的被腐蝕部分之上；
[0010]所述第一梳齒和第二梳齒相互錯(cuò)位設(shè)置，所述加熱電阻條沿所述第一梳齒和第二梳齒之間的間隙環(huán)繞連接分布，所述加熱電阻條與所述第一梳齒和第二梳齒均不接觸。
[0011]優(yōu)選的，所述加熱電阻條的厚度為300納米到2微米，寬度為800納米到45微米。
[0012]優(yōu)選的，所述納米纖維體的高度與所述第一梳齒連接電極、第一梳齒、第二梳齒連接電極和第二梳齒的高度相同。
[0013]優(yōu)選的，所述第一梳齒連接電極、第一梳齒、第二梳齒連接電極和第二梳齒的寬度為1-10微米，高度為1-20微米。
[0014]優(yōu)選的，所述第一梳齒和第二梳齒的長度為5-500微米，間隙為1-50微米，對(duì)數(shù)為1-500。
[0015]另一方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0016]一種上述的MEMS濕度傳感器的制備方法，所述納米纖維體由等離子體轟擊聚合物材料獲得。
[0017]優(yōu)選的，所述方法包括:
[0018]步驟1、提供襯底；在所述襯底的表面上設(shè)置電隔離層；
[0019]步驟2、刻蝕所述電隔離層，以在襯底上方形成襯底接觸窗口，所述襯底接觸窗口貫通所述電隔離層；
[0020]步驟3、在開設(shè)了襯底接觸窗口的襯底上方濺射第一金屬層，刻蝕所述第一金屬層，以在第一梳齒和第二梳齒之間設(shè)置S型加熱電阻條，在S型加熱電阻條兩端設(shè)置供電電極，在第一梳齒連接電極和第二梳齒連接電極外分別設(shè)置第一梳齒測試電極、第二梳齒測試電極、電極連接線、第一傳導(dǎo)電極和第二傳導(dǎo)電極，所述第一傳導(dǎo)電極和第二傳導(dǎo)電極的外側(cè)至少部分位于襯底接觸窗口上；
[0021]步驟4、在經(jīng)刻蝕第一金屬層之后的襯底上方旋涂光刻膠材料層，并通過光刻工藝在對(duì)應(yīng)所需形成第一梳齒、第二梳齒、第一梳齒連接電極和第二梳齒連接電極的位置形成光刻膠材料層的開口圖形；
[0022]步驟5、在形成了光刻膠材料層開口圖形的襯底上濺射第二金屬層，采用剝離工藝實(shí)現(xiàn)第二金屬層的圖形化；
[0023]步驟6、在形成第二金屬層圖形化的襯底上方旋涂一層聚合物，并在對(duì)應(yīng)梳齒區(qū)域內(nèi)除第一梳齒、第二梳齒、第一梳齒連接電極和第二梳齒連接電極外的位置形成聚合物的圖形；
[0024]步驟7、利用電鍍工藝在所述襯底上對(duì)應(yīng)第二金屬層的圖形位置處電鍍得到第三
金屬層；
[0025]步驟8、在聚合物的圖形位置處通過等離子體轟擊聚合物材料形成納米纖維體；
[0026]步驟9、通過襯底釋放窗口，在第一傳導(dǎo)電極和第二傳導(dǎo)電極下方均腐蝕襯底，使第一傳導(dǎo)電極和第二傳導(dǎo)電極均不與襯底電連通。
[0027]優(yōu)選的，所述等離子體為氧等離子體和/或氬等離子體；
[0028]所述聚合物材料為聚酰亞胺、正性光刻膠、負(fù)性光刻膠、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或派瑞林(Pary I ene )。
[0029]優(yōu)選的，所述電隔離層的材料為氧化硅或氮化硅；所述第一金屬層的材料為金、銅、鋁或鉬；第二金屬層的材料為鉻、金、鎳或銅；第三金屬層的材料包括金、銅、鋁或鉬。
[0030]本發(fā)明的有益效果為:
[0031](I)本發(fā)明MEMS濕度傳感器利用納米纖維體的親水性，及其在吸附水分子后介電常數(shù)發(fā)生變化的特點(diǎn)，將其作為感濕與介質(zhì)材料構(gòu)建MEMS梳齒電容式濕度傳感器結(jié)構(gòu)，當(dāng)納米纖維體吸附水分子后，第一梳齒和第二梳齒之間的電容值將發(fā)生變化，本發(fā)明基于這一原理提出了新的濕度傳感器結(jié)構(gòu)，達(dá)到濕度探測的目的，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，工藝兼容性強(qiáng)，適用范圍廣，安全可靠。
[0032](2)納米纖維體通過等離子體轟擊聚合物得到，結(jié)構(gòu)中具有較大高度的梳齒和連接電極采用電鍍工藝獲得，制備工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)，便于集成加工。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一 MEMS濕度傳感器的俯視圖；
[0034]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一未顯示納米纖維體的MEMS濕度傳感器的俯視圖；
[0035]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一 MEMS濕度傳感器的剖面圖；
[0036]圖4為在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例一 MEMS濕度傳感器的步驟中在襯底上設(shè)置電隔離層后的剖面示意圖；
[0037]圖5為在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例一 MEMS濕度傳感器的步驟中在電隔離層上形成襯底接觸窗口后的剖面示意圖；
[0038]圖6為在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例一 MEMS濕度傳感器的步驟中在電隔離層上圖形化第一金屬層后的剖面不意圖；
[0039]圖7為在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例一 MEMS濕度傳感器的步驟中在第一金屬層上圖形化光刻膠材料層后的剖面示意圖；
[0040]圖8為在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例一 MEMS濕度傳感器的步驟中利用剝離工藝實(shí)現(xiàn)第二金屬層圖形化后的剖面示意圖；
[0041]圖9為在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例一 MEMS濕度傳感器的步驟中形成聚合物圖形化后的剖面示意圖；
[0042]圖10為在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例一 MEMS濕度傳感器的步驟中利用電鍍工藝在第二金屬層的位置得到第三金屬層的示意圖；
[0043]圖11為在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例一 MEMS濕度傳感器的步驟中形成納米纖維體后的剖面示意圖；
[0044]圖12為在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例一MEMS濕度傳感器的步驟中斷開第一傳導(dǎo)電極和第二傳導(dǎo)電極與襯底電連接后的剖面示意圖；
[0045]圖13為本發(fā)明實(shí)施例一在實(shí)現(xiàn)形成聚合物圖形化這一步驟時(shí)的梳齒區(qū)域標(biāo)示圖。
[0046]圖中，1、支撐基底；2、第一梳齒連接電極；3、第一梳齒；4、第二梳齒連接電極；5、第二梳齒；6、納米纖維體；7、梳齒保護(hù)外層；8、加熱電阻條；9、供電電極；10、第一梳齒測試電極；11、第二梳齒測試電極；12、電極連接線；13、第二傳導(dǎo)電極；14、襯底釋放窗口 ；15、第一傳導(dǎo)電極；16、梳齒區(qū)域；101、襯底；102、電隔離層；201、襯底接觸窗口 ；401、光刻膠材料層；402、梳齒及其連接電極位置；403、梳齒及其連接電極以外位置；501、第二金屬層；601、聚合物。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0048]實(shí)施例一:
[0049]圖1至3是本實(shí)施例提供的MEMS濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該MEMS濕度傳感器包括支撐基底1、設(shè)置于支撐基底I上的電隔離層102以及設(shè)置于電隔離層102上的梳齒組件。
[0050]梳齒組件包括設(shè)置于電隔離層102上的第一梳齒連接電極2、第一梳齒3、第二梳齒連接電極4和第二梳齒5，所述第一梳齒連接電極2連接有第一梳齒測試電極10，所述第二梳齒連接電極4連接有第二梳齒測試電極11，所述第一梳齒測試電極10經(jīng)電極連接線12連接第一傳導(dǎo)電極15，第二梳齒測試電極11經(jīng)電極連接線12連接第二傳導(dǎo)電極13。第一梳齒3和第二梳齒5之間設(shè)置有加熱電阻條8。
[0051 ] 所述第一梳齒3和第二梳齒5相互錯(cuò)位設(shè)置，所述加熱電阻條8沿所述第一梳齒3和第二梳齒5之間的間隙環(huán)繞連接分布，且加熱電阻條8與第一梳齒3和第二梳齒5均不接觸。所述加熱電阻條8上覆蓋有納米纖維體6。
[0052]所述支撐基底I的上表面被部分腐蝕，第一傳導(dǎo)電極15和第二傳導(dǎo)電極13的外側(cè)至少部分懸置于所述支撐基底I的被腐蝕部分之上。
[0053]第一梳齒連接電極2、第一梳齒3、第二梳齒連接電極4及第二梳齒5的寬度為1-10微米，高度為1-20微米，第一梳齒3和第二梳齒5的長度為5-500微米，間隙為1_50微米，對(duì)數(shù)為1-500。所述納米纖維體6的高度與第一梳齒連接電極2、第一梳齒3、第二梳齒連接電極4及第二梳齒5的高度相當(dāng)，為1-20微米。優(yōu)選的，為最大限度地利用梳齒正對(duì)面積的納米纖維體，納米纖維體6的高度與第一梳齒連接電極2、第一梳齒3、第二梳齒連接電極4及第二梳齒5的高度相同。
[0054]加熱電阻條8的厚度為300納米到2微米，寬度為800納米到45微米。
[0055]納米纖維體6由等離子體轟擊聚合物材料獲得，所述等離子體為氧等離子體和/或氬等離子體，所述聚合物材料為聚酰亞胺、正性光刻膠、負(fù)性光刻膠、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、派瑞林(Parylene)或其它微電子工藝常用聚合物材料。
[0056]當(dāng)該MEMS濕度傳感器工作時(shí)，納米纖維體6吸附水分子，其介電常數(shù)發(fā)生變化，從而由第一梳齒3和第二梳齒5構(gòu)成的電容的電容值發(fā)生變化；當(dāng)多個(gè)電容通過第一梳齒連接電極2及第二梳齒連接電極4相互并聯(lián)時(shí)，在第一梳齒測試電極10和第二梳齒測試電極11之間測得的電容總值為各對(duì)梳齒電容值之和。在測試結(jié)束后，為供電電極供電，使加熱電阻條8發(fā)熱，繼而使吸附在納米纖維體6上的水分子蒸發(fā)，從而使傳感器回復(fù)初始狀態(tài)。
[0057]本實(shí)施例MEMS濕度傳感器利用納米纖維體的親水性，及其在吸附水分子后介電常數(shù)發(fā)生變化的特點(diǎn)，將其作為感濕與介質(zhì)材料構(gòu)建MEMS梳齒電容式濕度傳感器結(jié)構(gòu)，當(dāng)納米纖維體吸附水分子后，第一梳齒和第二梳齒之間的電容值將發(fā)生變化，本發(fā)明基于這一原理提出了新的濕度傳感器結(jié)構(gòu)，達(dá)到濕度探測的目的，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，工藝兼容性強(qiáng)，適用范圍廣，安全可靠。
[0058]同時(shí)提出上述MEMS濕度傳感器的制備方法，具體步驟如下:
[0059]步驟1、提供襯底101 ;在所述襯底101的表面上設(shè)置電隔離層102 ；
[0060]具體的，如圖4所示，在襯底101的表面形成電隔離層102，形成電隔離層102例如
通過干氧氧化的方式生長SiO2材料層來得到。電隔離層102的厚度為5000人，干氧氧化時(shí)
溫度為950°C，氧氣的含量為60% ;所述襯底101采用常規(guī)的材料，襯底101的材料包括硅。
[0061]步驟2、選擇性地掩蔽和刻蝕上述電隔離層102，以在襯底101上方形成襯底接觸窗口 201，所述襯底接觸窗口 201貫通電隔離層102 ；
[0062]具體的，如圖5所示，在電隔離層102的表面旋涂光刻膠，并通過光刻工藝在光刻膠上形成開口圖形，隨后利用反應(yīng)離子刻蝕(RIE) SiO2的方法將光刻膠上的開口圖形轉(zhuǎn)移到電隔離層102上，形成位于電隔離層102上的開口圖形，即襯底接觸窗口 201 ;利用氧等離子體干法去膠與硫酸/雙氧水濕法去膠相結(jié)合的方法去除電隔離層102表面的光刻膠。其中，RIE電隔離層102的RF功率為300W，腔體壓力為200mTorr，刻蝕氣體為CF4XHF3和He混合氣體，對(duì)應(yīng)的流量為 10/50/12sccm(standard-state cubic centimeter per minute)。
[0063]步驟3、在上述開設(shè)了襯底接觸窗口 201的襯底101上方濺射第一金屬層，選擇性地掩蔽和刻蝕上述第一金屬層，以在第一梳齒3和第二梳齒5之間設(shè)置加熱電阻條8，在加熱電阻條8兩端設(shè)置供電電極9，在第一梳齒連接電極2和第二梳齒連接電極4外分別設(shè)置第一梳齒測試電極10、第二梳齒測試電極11、電極連接線12、第一傳導(dǎo)電極15及第二傳導(dǎo)電極13,所述第一傳導(dǎo)電極15和第二傳導(dǎo)電極13的外側(cè)至少部分位于襯底接觸窗口 201上;
[0064]具體的，如圖6所不,在開設(shè)了襯底接觸窗口 201的襯底101上方派射第一金屬層，所述第一金屬層的材料為Al，其厚度為I微米；通過光刻工藝使Al金屬層在S型加熱電阻條8、供電電極9、第一梳齒測試電極10、第二梳齒測試電極11、電極連接線12、第一傳導(dǎo)電極15及第二傳導(dǎo)電極13的位置圖形化；隨后采用有機(jī)清洗的方法去除襯底101上方的光刻膠。其中，Al金屬的圖形化采用Al腐蝕液濕法腐蝕來實(shí)現(xiàn)，Al腐蝕液中磷酸(濃度為60%?80%):醋酸(濃度為0.1%):硝酸(濃度為0.5%):水的比例為16:1:1:2。本發(fā)明具體實(shí)施時(shí)，金屬層的材料也可以為鈦、金、鉬或銅，形成的第一梳齒測試電極10、第二梳齒測試電極11用于將整個(gè)器件的電容輸出，形成的供電電極9用于給加熱電阻條8加熱，使被納米纖維體6吸附的水分子被蒸發(fā)。
[0065]步驟4、在經(jīng)刻蝕第一金屬層之后的襯底上方旋涂光刻膠材料層401，并通過光刻工藝在對(duì)應(yīng)所需形成第一梳齒3、第二梳齒5、第一梳齒連接電極2和第二梳齒連接電極4的位置形成光刻膠的開口圖形；
[0066]具體的，如圖7所示，在已經(jīng)設(shè)置了第一金屬層圖形的襯底101上方旋涂光刻膠材料層401，并采用光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)光刻膠材料層401的圖形化，使之在對(duì)應(yīng)所需形成第一梳齒
3、第二梳齒5、第一梳齒連接電極2和第二梳齒連接電極4的位置形成光刻膠材料層401的開口圖形。
[0067]步驟5、在形成光刻膠材料層401開口圖形的襯底101上濺射第二金屬層501，采用剝離工藝實(shí)現(xiàn)第二金屬層501的圖形化；
[0068]具體的，如圖8所示，在設(shè)置了光刻膠材料層401開口圖形的襯底101上方濺射第二金屬層501,所述第二金屬層501的材料為Au,其厚度為IOOnm ;將已經(jīng)設(shè)置第二金屬層501的基片在常溫常壓條件下浸沒于丙酮溶液中一段時(shí)間，直至光刻膠材料層401完全溶于丙酮，實(shí)現(xiàn)第二金屬層501的圖形化。
[0069]步驟6、在形成第二金屬層501圖形化的襯底101上方旋涂一層聚合物601，并在對(duì)應(yīng)梳齒區(qū)域16內(nèi)除第一梳齒3、第二梳齒5、第一梳齒連接電極2和第二梳齒連接電極4外的位置形成聚合物601的圖形，梳齒區(qū)域16為圖13中虛線框出的區(qū)域；
[0070]具體的，如圖9所示，在已經(jīng)設(shè)置了第二金屬層501圖形的襯底101上方設(shè)置聚合物601 ;本實(shí)施例中所述聚合物601的材料為聚酰亞胺，厚度為8微米，在襯底101上方設(shè)置聚合物601過程中采用旋涂的方法；本實(shí)施例采用光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)聚合物601的圖形化，使在對(duì)應(yīng)梳齒區(qū)域16內(nèi)除第一梳齒3、第二梳齒5、第一梳齒連接電極2和第二梳齒連接電極4外的位置形成聚合物601的圖形，包括填充梳齒之間的間隙，形成梳齒保護(hù)外層7 ;所述梳齒保護(hù)外層7的作用是防止最外層梳齒、第一梳齒連接電極2外側(cè)和第二梳齒連接電極4外側(cè)在電鍍過程中的橫向生長，影響器件的結(jié)構(gòu)和性能。
[0071]步驟7、利用電鍍工藝在所述襯底101上對(duì)應(yīng)第二金屬層501的圖形位置電鍍得到
一定厚度的第三金屬層。
[0072]具體的，如圖10所示，利用電鍍工藝在所述襯底101上對(duì)應(yīng)第二金屬層501的圖形位置電鍍得到一定厚度的第三金屬層。所述第三金屬層的材料可以為金、銅、鎳或鉬，本實(shí)施例中第三金屬層的材料為金；所述第三金屬層的高度與聚合物的高度相當(dāng)，為8微米。
[0073]步驟8、在聚合物601的圖形位置形成納米纖維體6。
[0074]具體的，通過等離子體轟擊聚合物材料形成納米纖維體6，等離子體為氧等離子體和/或氬等離子體，聚合物材料為聚酰亞胺、正性光刻膠、負(fù)性光刻膠、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、派瑞林(Parylene)或其它微電子工藝常用聚合物材料，例如，如圖11所示，將所述已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了第三金屬層的襯底101放置于等離子體機(jī)中，進(jìn)行30分鐘的氧等離子體轟擊，直至所述聚合物601形成納米纖維體6。其中，氧等離子體轟擊的過程中RF功率為300W，氧氣的流量為200sccm，腔體壓力為5Pa。所述聚合物601通過氧等離子體轟擊后形成的具有納米纖維狀的納米纖維體6，所述納米纖維體6具有親水性質(zhì)，且其介電常數(shù)在吸附水分子后將發(fā)生變化。
[0075]步驟9、通過襯底釋放窗口 14，在第一傳導(dǎo)電極15和第二傳導(dǎo)電極13下方均腐蝕襯底101,使第一傳導(dǎo)電極15和第二傳導(dǎo)電極13都不與襯底101電連通。
[0076]具體的，如圖12所示，由于襯底101的材料為硅，采用XeF2干法刻蝕技術(shù)各向同性腐蝕器件結(jié)構(gòu)中的襯底101，通過襯底釋放窗口 14向下同時(shí)橫向腐蝕襯底101，一段時(shí)間后使第一傳導(dǎo)電極15和第二傳導(dǎo)電極13都不與襯底101相互電連通，繼而得到本實(shí)施例MEMS濕度傳感器的總體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例中,第一傳導(dǎo)電極15和第二傳導(dǎo)電極13的橫向尺寸均為IOX 10微米2，同時(shí)，第一傳導(dǎo)電極15和第二傳導(dǎo)電極13也可以是多個(gè)更小尺寸電極的組合。
[0077]本實(shí)施例MEMS濕度傳感器的制備方法中通過等離子體轟擊聚合物得到納米纖維體，器件結(jié)構(gòu)中具有較大高度的梳齒和梳齒連接電極采用電鍍工藝獲得，制備工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)，便于集成加工。
[0078]以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制?；诖颂幍慕忉專绢I(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它【具體實(shí)施方式】，這些方式都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS濕度傳感器，包括支撐基底(I )、設(shè)置于支撐基底(I)上的電隔離層(102)以及設(shè)置于電隔離層(102)上的梳齒組件，其特征在于:所述梳齒組件間設(shè)置有加熱電阻條(8 )，所述加熱電阻條(8 )上覆蓋有納米纖維體(6 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MEMS濕度傳感器，其特征在于:所述梳齒組件包括設(shè)置于電隔離層(102)上的第一梳齒連接電極(2)、第一梳齒(3)、第二梳齒連接電極(4)和第二梳齒(5 )，所述第一梳齒連接電極(2 )連接有第一梳齒測試電極(10 )，所述第二梳齒連接電極(4)連接有第二梳齒測試電極(11)，所述第一梳齒測試電極(10)經(jīng)電極連接線(12)與第一傳導(dǎo)電極(15)連接，所述第二梳齒測試電極(11)經(jīng)電極連接線(12)連接第二傳導(dǎo)電極(13)； 所述支撐基底(I)的上表面被部分腐蝕，所述第一傳導(dǎo)電極(15)和第二傳導(dǎo)電極(13)的外側(cè)至少部分懸置于所述支撐基底(I)的被腐蝕部分之上； 所述第一梳齒(3)和第二梳齒(5)相互錯(cuò)位設(shè)置，所述加熱電阻條(8)沿所述第一梳齒(3 )和第二梳齒(5 )之間的間隙環(huán)繞連接分布，所述加熱電阻條(8 )與所述第一梳齒(3 )和第二梳齒(5)均不接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種MEMS濕度傳感器，其特征在于:所述加熱電阻條(8)的厚度為300納米到2微米，寬度為800納米到45微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的一種MEMS濕度傳感器，其特征在于:所述納米纖維體(6)的高度與所述第一梳齒連接電極(2)、第一梳齒(3)、第二梳齒連接電極(4)和第二梳齒(5)的高度相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種MEMS濕度傳感器，其特征在于:所述第一梳齒連接電極(2)、第一梳齒(3)、第二梳齒連接電極(4)和第二梳齒(5)的寬度為1-10微米，高度為1-20微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種MEMS濕度傳感器，其特征在于:所述第一梳齒(3)和第二梳齒(5)的長度為5-500微米，間隙為1-50微米，對(duì)數(shù)為1-500。
7.—種如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的MEMS濕度傳感器的制備方法，其特征在于:所述納米纖維體(6)由等離子體轟擊聚合物材料獲得。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種MEMS濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟1、提供襯底(101);在所述襯底(101)的表面上設(shè)置電隔離層(102)； 步驟2、刻蝕所述電隔離層(102)，以在襯底(101)上方形成襯底接觸窗口(201)，所述襯底接觸窗口(201)貫通所述電隔離層(102)； 步驟3、在開設(shè)了襯底接觸窗口(201)的襯底(101)上方濺射第一金屬層，刻蝕所述第一金屬層，以在第一梳齒(3)和第二梳齒(5)之間設(shè)置S型加熱電阻條(8),在S型加熱電阻條(8)兩端設(shè)置供電電極(9)，在第一梳齒連接電極(2)和第二梳齒連接電極(4)外分別設(shè)置第一梳齒測試電極(10)、第二梳齒測試電極(11)、電極連接線(12)、第一傳導(dǎo)電極(15)和第二傳導(dǎo)電極(13),所述第一傳導(dǎo)電極(15)和第二傳導(dǎo)電極(13)的外側(cè)至少部分位于襯底接觸窗口(201)上；步驟4、在經(jīng)刻蝕第一金屬層之后的襯底(101)上方旋涂光刻膠材料層(401)，并通過光刻工藝在對(duì)應(yīng)所需形成第一梳齒(3)、第二梳齒(5)、第一梳齒連接電極(2)和第二梳齒連接電極(4)的位置形成光刻膠材料層(401)的開口圖形； 步驟5、在形成了光刻膠材料層(401)開口圖形的襯底(101)上濺射第二金屬層(501)，采用剝離工藝實(shí)現(xiàn)第二金屬層(501)的圖形化； 步驟6、在形成第二金屬層(501)圖形化的襯底(101)上方旋涂一層聚合物(601 )，并在對(duì)應(yīng)梳齒區(qū)域(16)內(nèi)除第一梳齒(3)、第二梳齒(5)、第一梳齒連接電極(2)和第二梳齒連接電極(4)外的位置形成聚合物(601)的圖形； 步驟7、利用電鍍工藝在所述襯底(101)上對(duì)應(yīng)第二金屬層(501)的圖形位置處電鍍得到第三金屬層； 步驟8、在聚合物(601)的圖形位置處通過等離子體轟擊聚合物材料形成納米纖維體(6)； 步驟9、通過襯底釋放窗口( 201 )，在第一傳導(dǎo)電極(15)和第二傳導(dǎo)電極(13)下方均腐蝕襯底(101),使第一傳導(dǎo)電極(15)和第二傳導(dǎo)電極(13)均不與襯底(101)電連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種MEMS濕度傳感器的制備方法，其特征在于:所述等離子體為氧等離子體和/或氬等離子體； 所述聚合物材料為聚酰亞胺、正性光刻膠、負(fù)性光刻膠、聚二甲基硅氧烷或派瑞林。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種MEMS濕度傳感器結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是:所述電隔離層(102)的材料為 氧化硅和/或氮化硅；所述第一金屬層的材料為金、銅、鋁或鉬；第二金屬層(501)的材料為鉻、金、鎳或銅；第三金屬層的材料包括金、銅、鋁或鉬。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK103630582SQ201310674068
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】毛海央, 陳媛婧, 諶灼杰, 歐文, 陳大鵬 申請(qǐng)人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心