一種集成超聲結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成超聲結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器及其制法，電容式濕度傳感器包括超聲換能器結(jié)構(gòu)和若干濕度敏感電容結(jié)構(gòu)，濕度敏感電容結(jié)構(gòu)設(shè)置在超聲換能器結(jié)構(gòu)上方；超聲換能器結(jié)構(gòu)包括由下至上依次設(shè)置的襯底、壓電材料層和中間金屬層，濕度敏感電容結(jié)構(gòu)包括由下至上依次設(shè)置的絕緣層、叉指電極、鈍化層和濕敏材料層，絕緣層設(shè)置在中間金屬層上；襯底的下表面通過腐蝕形成空腔，用于調(diào)節(jié)襯底厚度，進(jìn)而調(diào)節(jié)超聲換能器結(jié)構(gòu)的諧振頻率。在一定頻率的電信號(hào)作用下，超聲換能器釋放出超聲信號(hào)，使水分子獲得能量，提高運(yùn)動(dòng)速率，更快地在濕敏材料中擴(kuò)散或逸出，從而提高傳感器的響應(yīng)速度。
【專利說明】一種集成超聲結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種集成超聲結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器及其制備方法，屬于微機(jī)電技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]濕度傳感器是一種測(cè)量濕度的器件，廣泛應(yīng)用于氣象研究、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。由于水分子運(yùn)動(dòng)的速率有限，當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化時(shí)，傳感器的測(cè)量結(jié)果變化需要一段響應(yīng)時(shí)間；而傳感器回滯的存在，則對(duì)傳感器的測(cè)量精度有著不良影響。
[0003]為了改善傳感器的響應(yīng)特性和回滯特性，目前通常采用的方法是在傳感器結(jié)構(gòu)中增加加熱結(jié)構(gòu)。Vaisala(公司名)在產(chǎn)品中使用了折彎型電阻對(duì)濕度傳感器進(jìn)行加熱。2006年，Ching-Liang Dai(AS)等設(shè)計(jì)了柵裝的多晶娃電阻結(jié)構(gòu)，用于對(duì)上方的傳感器結(jié)構(gòu)加熱。2009年，Youngdeuk Kima等人提出了一種傳感器結(jié)構(gòu),加熱電路與敏感電容處于同一層，且將敏感電容包圍在中間，從四周進(jìn)行加熱。但是，使用加熱結(jié)構(gòu)的濕度傳感器，必須經(jīng)歷加熱升溫和冷卻降溫過程后才能正常地進(jìn)行濕度測(cè)量，測(cè)量頻率受傳感器溫度變化速率影響，有待改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種集成超聲結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器及其制備方法，利用利用超聲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超聲波，增加水分子的能量與擴(kuò)散速率，改善傳感器的響應(yīng)特性和回滯特性。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]—種集成超聲結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器，包括超聲換能器結(jié)構(gòu)和若干濕度敏感電容結(jié)構(gòu)，濕度敏感電容結(jié)構(gòu)設(shè)置在超聲換能器結(jié)構(gòu)上方；所述超聲換能器結(jié)構(gòu)包括由下至上依次設(shè)置的襯底、壓電材料層和中間金屬層，濕度敏感電容結(jié)構(gòu)包括由下至上依次設(shè)置的絕緣層、叉指電極、鈍化層和濕敏材料層，絕緣層設(shè)置在中間金屬層上，叉指電極和鈍化層--對(duì)應(yīng)，所有濕度敏感電容結(jié)構(gòu)的絕緣層共用，所有濕度敏感電容結(jié)構(gòu)的濕敏材料層共用；所述襯底的下表面通過腐蝕形成空腔，用于調(diào)節(jié)襯底厚度，進(jìn)而調(diào)節(jié)超聲換能器結(jié)構(gòu)的諧振頻率。
[0007]一種集成超聲結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器的制備方法，包括如下步驟:
[0008](I)準(zhǔn)備重參雜硅襯底，通過背面腐蝕在襯底的下表面形成空腔；
[0009](2)在襯底上淀積一層壓電材料，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成壓電材料層；
[0010](3)在壓電材料層上濺射或蒸發(fā)一層金屬鋁，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成中間金屬層；
[0011](4)在中間金屬層上淀積一層氧化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成絕緣層4 ；
[0012](5)在絕緣層上濺射或蒸發(fā)一層金屬鋁，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成叉指電極；
[0013](6)在叉指電極上淀積一層氮化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成鈍化層；
[0014](7)在鈍化層上淀積一層聚酰亞胺，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成濕敏材料層。
[0015]有益效果:本發(fā)明提供的集成超聲結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器及其制備方法，當(dāng)對(duì)超聲換能器結(jié)構(gòu)作用一定頻率的電信號(hào)時(shí)，會(huì)釋放出超聲信號(hào)，這種超聲信號(hào)會(huì)使得水分子獲得能量，提高水分子的運(yùn)動(dòng)速率，使其更快地在濕敏材料層層中擴(kuò)散或逸出，從而提高電容式濕度傳感器的響應(yīng)速度和回滯特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0018]如圖1所不為一種集成超聲結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器,包括超聲換能器結(jié)構(gòu)和若干濕度敏感電容結(jié)構(gòu)，濕度敏感電容結(jié)構(gòu)設(shè)置在超聲換能器結(jié)構(gòu)上方；所述超聲換能器結(jié)構(gòu)包括由下至上依次設(shè)置的襯底1、壓電材料層2和中間金屬層3，濕度敏感電容結(jié)構(gòu)包括由下至上依次設(shè)置的絕緣層4、叉指電極5、鈍化層6和濕敏材料層7，絕緣層4設(shè)置在中間金屬層3上；所述襯底I的下表面通過腐蝕形成空腔，用于調(diào)節(jié)襯底厚度，進(jìn)而調(diào)節(jié)超聲換能器結(jié)構(gòu)的諧振頻率。
[0019]上述集成超聲結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器的制備過程如下:
[0020](I)準(zhǔn)備重參雜硅襯底I，通過背面腐蝕在襯底I的下表面形成空腔；
[0021](2)在襯底I上淀積一層壓電材料，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成壓電材料層2 ；
[0022](3)在壓電材料層2上濺射或蒸發(fā)一層金屬鋁，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成中間金屬層3;
[0023](4)在中間金屬層3上淀積一層氧化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成絕緣層4 ；
[0024](5)在絕緣層4上濺射或蒸發(fā)一層金屬鋁，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成叉指電極5 ；
[0025](6)在叉指電極5上淀積一層氮化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成鈍化層6 ；
[0026](7)在鈍化層6上淀積一層聚酰亞胺，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成濕敏材料層7。
[0027]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種集成超聲結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器，其特征在于:包括超聲換能器結(jié)構(gòu)和若干濕度敏感電容結(jié)構(gòu)，濕度敏感電容結(jié)構(gòu)設(shè)置在超聲換能器結(jié)構(gòu)上方；所述超聲換能器結(jié)構(gòu)包括由下至上依次設(shè)置的襯底(I)、壓電材料層(2)和中間金屬層(3)，濕度敏感電容結(jié)構(gòu)包括由下至上依次設(shè)置的絕緣層(4)、叉指電極(5)、鈍化層(6)和濕敏材料層(7)，絕緣層(4)設(shè)置在中間金屬層(3)上；所述襯底(I)的下表面通過腐蝕形成空腔，用于調(diào)節(jié)襯底厚度，進(jìn)而調(diào)節(jié)超聲換能器結(jié)構(gòu)的諧振頻率。
2.一種集成超聲結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)準(zhǔn)備重參雜硅襯底(I)，通過背面腐蝕在襯底(I)的下表面形成空腔； (2)在襯底(I)上淀積一層壓電材料，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成壓電材料層⑵； (3)在壓電材料層(2)上濺射或蒸發(fā)一層金屬鋁，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成中間金屬層⑶； (4)在中間金屬層(3)上淀積一層氧化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成絕緣層⑷； (5)在絕緣層(4)上濺射或蒸發(fā)一層金屬鋁，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成叉指電極(5)； (6)在叉指電極(5)上淀積一層氮化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成鈍化層(6)； (7)在鈍化層(6)上淀積一層聚酰亞胺，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成濕敏材料層⑵。
【文檔編號(hào)】G01N27/22GK104391015SQ201410724904
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】黃見秋, 陳文浩 申請(qǐng)人:東南大學(xué)