一種濕度傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種濕度傳感器及其制備方法，包括：表面絕緣的襯底，位于絕緣表面的濕敏材料和叉指電極薄膜層，濕敏材料分布于叉指電極之間，且與叉指電極相鍵聯(lián)；濕敏材料為叉指電極材料的氧化態(tài)。還提供了濕度傳感器的制備方法，包括：提供一表面絕緣的襯底；在絕緣表面形成一層氧化態(tài)濕敏材料；在濕敏材料表面形成叉指電極圖案掩膜；在叉指電極圖案掩膜的保護(hù)下，對(duì)濕敏材料進(jìn)行還原工藝，在濕敏材料間形成叉指電極；叉指電極圖案掩膜遮擋住的濕敏材料部分未被還原，叉指電極圖案掩膜暴露的濕敏材料部分被還原成叉指電極材料；去除叉指電極圖案掩膜。從而有利于制備出較薄氧化石墨烯濕度傳感器，提高濕度傳感器靈敏度。
【專利說明】一種濕度傳感器及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種濕度傳感器及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]濕度，通常是指空氣中水蒸氣的含量，它用來反映大氣的干濕程度。人們的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以及動(dòng)植物的生長和生存，都與周圍的環(huán)境濕度有著密切的關(guān)系。濕度測(cè)量需要采用濕度傳感器，其是基于功能材料能發(fā)生與濕度有關(guān)的物理效應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)上制造的，具有將濕度物理量轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)的功能。
[0003]濕度傳感器根據(jù)其工作原理的不同可以分成伸縮式、蒸發(fā)式、露點(diǎn)計(jì)、電子式、電磁式等，其中以電子式的研宄和應(yīng)用為主。近年來研宄較多的是電容型的電子式濕度傳感器，這類濕度傳感器主要工作原理是:濕敏介質(zhì)吸收空氣中的水汽分子使得介電常數(shù)發(fā)生變化，從而電容值發(fā)生改變，經(jīng)過處理電路轉(zhuǎn)化為與濕度相關(guān)的電信號(hào)被讀出。目前，作為傳統(tǒng)濕敏介質(zhì)的材料主要有多孔介質(zhì)和高分子聚合物，但對(duì)于高端應(yīng)用其精度和響應(yīng)速度都還有待提高。近年來，隨著材料科學(xué)的快速發(fā)展，納米線材料、碳納米管材料、石墨烯基材料的濕敏特性逐漸被發(fā)現(xiàn)和進(jìn)一步研宄。對(duì)于石墨烯基材料家族中的氧化石墨材料，其濕敏特性要遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的濕敏材料。并且，研宄表明，氧化石墨烯材料厚度對(duì)濕度傳感器的性能有很大的影響，一般氧化石墨稀越薄，傳感器的響應(yīng)速度等特性越好?，F(xiàn)有技術(shù)中的基于氧化石墨烯材料的濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，現(xiàn)有的基于氧化石墨烯材料的濕度傳感器的結(jié)構(gòu)包括:襯底101，襯底101表面的絕緣層102，絕緣層102表面的呈相間排布的電極結(jié)構(gòu)103和覆蓋于電極結(jié)構(gòu)103之間及其表面的氧化石墨烯104 ;其制備方法包括:在襯底101的絕緣層102上形成電極結(jié)構(gòu)103，然后淀積所需氧化石墨烯104，氧化石墨烯104填充于電極結(jié)構(gòu)103之間及覆蓋于電極上方。由于工藝所限，使用這種結(jié)構(gòu)和制造方法的氧化石墨烯厚度很難做得很薄，如納米量級(jí)，最終使?jié)穸葌鞲衅餍阅艽蟠蛘劭邸?br>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種濕度傳感器及其制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中難以制備較薄的氧化石墨烯濕度傳感器的問題，提高濕度傳感器的性能。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種濕度傳感器，包括:
[0006]襯底，所述襯底的表面絕緣；
[0007]濕敏材料和叉指電極薄膜層，其位于所述絕緣表面，所述濕敏材料分布于所述叉指電極之間，且與所述叉指電極相鍵聯(lián)；其中所述濕敏材料為所述叉指電極材料的氧化態(tài)。
[0008]優(yōu)選地，所述濕敏材料為氧化石墨稀，所述叉指電極為石墨稀或還原的氧化石墨稀。
[0009]優(yōu)選地，所述濕敏材料和叉指電極薄膜層的厚度為l-100nm。
[0010]優(yōu)選地，所述襯底為絕緣襯底或?yàn)楸砻婢哂薪^緣層的半導(dǎo)體襯底。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種濕度傳感器的制備方法，其包括以下步驟:
[0012]步驟01:提供一表面絕緣的襯底；
[0013]步驟02:在所述絕緣表面形成一層氧化態(tài)濕敏材料；
[0014]步驟03:在所述濕敏材料表面形成叉指電極圖案掩膜；
[0015]步驟04:在叉指電極圖案掩膜的保護(hù)下，對(duì)所述濕敏材料進(jìn)行還原工藝，在所述濕敏材料間形成叉指電極；其中，所述叉指電極圖案掩膜遮擋住的所述濕敏材料部分未被還原，所述叉指電極圖案掩膜暴露的所述濕敏材料部分被還原成叉指電極材料；
[0016]步驟05:去除所述叉指電極圖案掩膜。
[0017]優(yōu)選地，所述襯底為絕緣襯底或?yàn)楸砻婢哂薪^緣層的半導(dǎo)體襯底。
[0018]優(yōu)選地，所述氧化態(tài)濕敏材料為氧化石墨烯。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟02中，所述氧化石墨烯被旋涂在所述絕緣表面，然后進(jìn)行干燥處理。
[0020]優(yōu)選地，所述步驟04中，部分所述氧化石墨稀轉(zhuǎn)變?yōu)槭』蜻€原的氧化石墨烯，從而形成所述叉指電極。
[0021]優(yōu)選地，采用直接還原劑還原法、微波輔助還原法、或紫外輻照還原法將部分所述氧化石墨烯轉(zhuǎn)變?yōu)槭┗蜻€原的氧化石墨烯。
[0022]本發(fā)明的濕度傳感器及其制造方法，通過先在襯底上形成氧化石墨烯薄膜作為濕度傳感器的濕敏材料，然后將部分氧化石墨烯還原成石墨烯或者還原的氧化石墨烯，從而形成濕度傳感器的叉指電極，所形成的濕度傳感器中濕敏材料和叉指電極的厚度一致，結(jié)合緊密，提高了濕度傳感器靈敏度；并且由于氧化石墨烯薄膜可以做的很薄，從而有利于制備出較薄氧化石墨烯濕度傳感器，并進(jìn)一步提高濕度傳感器靈敏度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中濕度傳感器結(jié)構(gòu)剖面示意圖
[0024]圖2是本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的濕度傳感器的濕敏材料和叉指電極薄膜層的俯視結(jié)構(gòu)示意圖
[0025]圖3是本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的濕度傳感器的制備方法的流程示意圖
[0026]圖4a_4e是本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的濕度傳感器的制備方法的具體步驟所形成的剖面示意圖

【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0028]本發(fā)明的濕度傳感器，包括:表面絕緣的襯底，位于絕緣表面的濕敏材料和叉指電極薄膜層，濕敏材料分布于叉指電極之間，且與叉指電極相鍵聯(lián)；濕敏材料為叉指電極材料的氧化態(tài)。這樣，叉指電極材料導(dǎo)電，而氧化態(tài)的濕敏材料不導(dǎo)電。這里，表面絕緣的襯底可以是表面具有絕緣層的半導(dǎo)體襯底或整個(gè)襯底絕緣。
[0029]以下結(jié)合附圖2_4e和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的濕度傳感器及其制造方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、清晰地達(dá)到輔助說明本實(shí)施例的目的。
[0030]本實(shí)施例的濕度傳感器包括:表面具有絕緣層的半導(dǎo)體襯底，位于絕緣層表面的氧化石墨烯濕敏材料和石墨烯或還原石墨烯叉指電極薄膜層，請(qǐng)參閱圖2，為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的濕度傳感器的濕敏材料和叉指電極薄膜層的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，氧化石墨烯I分布于還原石墨烯或石墨烯叉指電極2之間，通過碳碳鍵相鍵聯(lián)。這里，氧化石墨烯和石墨烯或還原石墨烯的厚度為l-100nm。襯底可以為絕緣襯底或?yàn)楸砻婢哂薪^緣層的半導(dǎo)體襯底。
[0031]請(qǐng)參閱圖3，制備本實(shí)施例中的濕度傳感器的方法，包括以下步驟:
[0032]步驟01:請(qǐng)參閱圖4a，提供一表面絕緣的襯底；
[0033]具體的，本實(shí)施例中，采用表面具有絕緣層402的襯底401，可以在襯底401表面沉積一層絕緣層402，例如，采用化學(xué)氣相沉積法沉積一微米厚的二氧化硅層。
[0034]步驟02:請(qǐng)參閱圖4b，在絕緣表面形成一層氧化態(tài)濕敏材料；
[0035]具體的，將氧化石墨烯分散液旋涂在絕緣層402表面，然后烘干處理，得到一層氧化石墨烯403薄膜；烘干處理的具體工藝參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際工藝要求來設(shè)定，例如，烘干處理的溫度可以為60°C，時(shí)間為30分鐘，得到的氧化石墨烯403薄膜的厚度為10nm。
[0036]步驟03:請(qǐng)參閱圖4c，在濕敏材料表面形成叉指電極圖案掩膜；
[0037]具體的，叉指電極圖案掩膜404可以為有機(jī)掩膜，也可以為無機(jī)硬掩膜；本實(shí)施例中，采用光刻膠作為掩膜。通過在氧化石墨烯403表面旋涂光刻膠、曝光、顯影和堅(jiān)膜，得到具有叉指電極圖案的掩膜404，掩膜404的厚度可以根據(jù)實(shí)際工藝情況來設(shè)定，這里可以為600nmo
[0038]步驟04:請(qǐng)參閱圖4d，在叉指電極圖案掩膜的保護(hù)下，對(duì)濕敏材料進(jìn)行還原工藝，在濕敏材料間形成叉指電極；
[0039]具體的，叉指電極圖案掩膜遮擋住的濕敏材料部分未被還原，叉指電極圖案掩膜暴露的濕敏材料部分被還原成叉指電極材料；本實(shí)施例中，暴露部分的氧化石墨烯404轉(zhuǎn)變?yōu)槭┗蜻€原的氧化石墨烯，從而形成叉指電極405 ;可以采用直接還原劑還原法、微波輔助還原法、紫外輻照還原法等。最終，石墨烯或還原的氧化石墨烯構(gòu)成叉指電極405，未被還原的氧化石墨烯構(gòu)成濕敏材料403’。并且，由于二者屬于同一氧化石墨烯404薄膜，因此，二者的厚度相同。
[0040]步驟05:請(qǐng)參閱圖4e，去除叉指電極圖案掩膜。
[0041]具體的，依次采用丙酮、異丙醇、去離子水分別浸泡和沖洗，將掩膜404完全去除，完成濕度傳感器的制備。
[0042]綜上所述，本發(fā)明的濕度傳感器及其制造方法，通過先在襯底上形成氧化石墨烯薄膜作為濕度傳感器的濕敏材料，然后將部分氧化石墨烯還原成石墨烯或者還原的氧化石墨烯，從而形成濕度傳感器的叉指電極，所形成的濕度傳感器中濕敏材料和叉指電極的厚度一致，結(jié)合緊密，提高了濕度傳感器靈敏度；并且由于氧化石墨烯薄膜可以做的很薄，從而有利于制備出較薄氧化石墨烯濕度傳感器，并進(jìn)一步提高濕度傳感器靈敏度。
[0043]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然所述實(shí)施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動(dòng)與潤飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種濕度傳感器，其特征在于，包括: 襯底，所述襯底的表面絕緣； 濕敏材料和叉指電極薄膜層，其位于所述絕緣表面，所述濕敏材料分布于所述叉指電極之間，且與所述叉指電極相鍵聯(lián)；其中所述濕敏材料為所述叉指電極材料的氧化態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度傳感器，其特征在于，所述濕敏材料為氧化石墨烯，所述叉指電極為石墨烯或還原的氧化石墨烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度傳感器，其特征在于，所述濕敏材料和叉指電極薄膜層的厚度為l-100nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度傳感器，其特征在于，所述襯底為絕緣襯底或?yàn)楸砻婢哂薪^緣層的半導(dǎo)體襯底。
5.一種濕度傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟Ol:提供一表面絕緣的襯底； 步驟02:在所述絕緣表面形成一層氧化態(tài)濕敏材料； 步驟03:在所述濕敏材料表面形成叉指電極圖案掩膜； 步驟04:在叉指電極圖案掩膜的保護(hù)下，對(duì)所述濕敏材料進(jìn)行還原工藝，在所述濕敏材料間形成叉指電極；其中，所述叉指電極圖案掩膜遮擋住的所述濕敏材料部分未被還原，所述叉指電極圖案掩膜暴露的所述濕敏材料部分被還原成叉指電極材料； 步驟05:去除所述叉指電極圖案掩膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述襯底為絕緣襯底或?yàn)楸砻婢哂薪^緣層的半導(dǎo)體襯底。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述氧化態(tài)濕敏材料為氧化石墨烯。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟02中，所述氧化石墨烯被旋涂在所述絕緣表面，然后進(jìn)行干燥處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟04中，部分所述氧化石墨稀轉(zhuǎn)變?yōu)槭』蜻€原的氧化石墨稀，從而形成所述叉指電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，采用直接還原劑還原法、微波輔助還原法、或紫外輻照還原法將部分所述氧化石墨烯轉(zhuǎn)變?yōu)槭┗蜻€原的氧化石墨稀。
【文檔編號(hào)】G01N27/22GK104458835SQ201410849515
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】左青云, 康曉旭, 李銘 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司