基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器及其制法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫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]集成溫濕度傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防航空、氣象預(yù)報(bào)、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、環(huán)保等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。采用集成電路工藝或MEMS工藝制備的集成溫濕度傳感器具有功耗低、體積小、價(jià)格低、產(chǎn)品一致性好等優(yōu)點(diǎn)，是目前溫濕度傳感器的主要形式。
[0003]2001年SPark(人名)等人提出一種集成溫濕度傳感器，其中，濕度傳感器為叉指電容式濕度傳感器，溫度傳感器為熱敏電阻溫度傳感，溫度傳感器分布于叉指電極之間。2011年J.Courbat (人名)等人提出一種集成溫濕度傳感器，其中，濕度傳感器為叉指電容式濕度傳感器，溫度傳感器為熱敏電阻溫度傳感，濕度和溫度傳感器并列放置。
[0004]隨著石墨烯及其衍生材料的發(fā)展，相關(guān)材料也被用于溫濕度傳感器的研制。2011年，Cheng-Long Zhao (人名)等人提出使用氧化石墨稀作為濕度敏感材料，制成叉指結(jié)構(gòu)的電容式濕度傳感器，獲得良好的感濕特性。2013年，Chun-HuaCai (人名)等人利用體硅制成的立體叉指結(jié)構(gòu)作為敏感電容，氧化石墨烯作為溫度敏感電極制備了電容式溫度傳感器結(jié)構(gòu)，也獲得良好的感溫性能。氧化石墨烯既是一種感濕材料，又是一種感溫材料，基于氧化石墨烯的電容式溫度傳感器和電容式濕度傳感器都具有優(yōu)異的性能，但溫濕度交叉敏感問(wèn)題需要解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器及其制備方法，通過(guò)集成結(jié)構(gòu)同時(shí)測(cè)量溫度和濕度參量，解決氧化石墨烯的溫濕度交叉敏感的問(wèn)題，并同時(shí)減小器件尺寸。
[0006]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:
[0007]一種基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器，包括由下至上依次設(shè)置的襯底、下叉指電極對(duì)、溫敏氧化石墨烯層、下隔離層、中間電極、上隔離層、上叉指電極對(duì)和濕敏氧化石墨烯層，下叉指電極對(duì)、溫敏氧化石墨烯層和下隔離層構(gòu)成溫度敏感電容，上隔離層、上叉指電極對(duì)和濕敏氧化石墨烯層構(gòu)成濕度敏感電容；下隔離層完全包覆溫敏氧化石墨烯層，防止?jié)駳鈱?duì)溫敏氧化石墨烯層產(chǎn)生影響；中間電極接地，使得溫度敏感電容和濕度敏感電容相互隔離。
[0008]具體的，所述溫敏氧化石墨烯層覆蓋下叉指電極對(duì)，下隔離層完全包覆溫敏氧化石墨烯層，上隔離層覆蓋中間電極，濕敏氧化石墨烯層覆蓋叉指電極對(duì)。
[0009]一種基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器的制備方法，包括如下步驟:
[0010](I)準(zhǔn)備玻璃或陶瓷片作為襯底；
[0011](2)在襯底上濺射或蒸發(fā)一層金屬鋁，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成下叉指電極對(duì)；
[0012](3)通過(guò)噴涂打印技術(shù)在下叉指電極對(duì)上形成圖形化的溫敏氧化石墨烯層并加熱固化；
[0013](4)采用PECVD或?yàn)R射在溫敏氧化石墨烯層上淀積一層氧化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成下隔離層；
[0014](5)在下隔離層上濺射或蒸發(fā)一層金屬鋁，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成中間電極；
[0015](6)采用PECVD或?yàn)R射在中間電極上淀積一層氧化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成上隔離層；
[0016](7)在上隔離層上濺射或蒸發(fā)一層金屬鋁，并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成上叉指電極對(duì)；
[0017](8)通過(guò)噴涂打印技術(shù)在上叉指電極對(duì)上形成圖形化的溫敏氧化石墨烯層并加熱固化。
[0018]有益效果:本發(fā)明提供的基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器及其制備方法，通過(guò)三維堆疊結(jié)構(gòu)將基于氧化石墨烯的電容式溫度傳感器和電容式濕度傳感器集成在一起，在減小器件尺寸的同時(shí)，使得下方溫敏氧化石墨烯層與濕氣隔離，因此相對(duì)應(yīng)的溫度敏感電容只對(duì)溫度敏感；此外，溫度敏感電容的測(cè)量結(jié)果可以對(duì)濕度敏感電容的溫度漂移進(jìn)行修正，由此獲得準(zhǔn)確的溫濕度測(cè)量結(jié)果。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0021]如圖1所示為一種基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器，包括由下至上依次設(shè)置的襯底1、下叉指電極對(duì)2、溫敏氧化石墨烯層3、下隔離層4、中間電極5、上隔離層6、上叉指電極對(duì)7和濕敏氧化石墨烯層8，下叉指電極對(duì)2、溫敏氧化石墨烯層3和下隔離層4構(gòu)成溫度敏感電容，上隔離層6、上叉指電極對(duì)7和濕敏氧化石墨烯層8構(gòu)成濕度敏感電容；溫敏氧化石墨烯層3覆蓋下叉指電極對(duì)2，下隔離層4完全包覆溫敏氧化石墨烯層3，上隔離層6覆蓋中間電極5，濕敏氧化石墨烯層8覆蓋上叉指電極對(duì)7，中間電極5接地，使得溫度敏感電容和濕度敏感電容相互隔離。
[0022]測(cè)量時(shí)，中間電極5接地，使得溫度敏感電容和濕度敏感電容相互隔離。首先通過(guò)溫度敏感電容測(cè)量溫度，接著，通過(guò)濕度敏感電容獲得未補(bǔ)償?shù)臐穸容敵?，然后，利用溫度測(cè)量結(jié)果對(duì)濕度輸出進(jìn)行溫度補(bǔ)償，獲得準(zhǔn)確的濕度測(cè)量結(jié)果。
[0023]—種基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0024](I)準(zhǔn)備玻璃或陶瓷片作為襯底I ;
[0025](2)在襯底I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，形成下叉指電極對(duì)2;
[0026](3)通過(guò)噴涂打印技術(shù)在下叉指電極對(duì)2上形成圖形化的溫敏氧化石墨烯層3并加熱固化；
[0027](4)采用PECVD或?yàn)R射在溫敏氧化石墨烯層3上淀積一層氧化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成下隔離層4 ;
[0028](5)在下隔離層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，形成中間電極5 ；
[0029](6)采用PECVD或?yàn)R射在中間電極5上淀積一層氧化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成上隔離層6;
[0030](7)在上隔離層6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，形成上叉指電極對(duì)7;
[0031](8)通過(guò)噴涂打印技術(shù)在上叉指電極對(duì)7上形成圖形化的溫敏氧化石墨烯層8并加熱固化。
[0032]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(shuō)，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。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器，其特征在于:包括由下至上依次設(shè)置的襯底(1)、下叉指電極對(duì)(2)、溫敏氧化石墨烯層(3)、下隔離層(4)、中間電極(5)、上隔離層￠)、上叉指電極對(duì)(7)和濕敏氧化石墨烯層(8)，下叉指電極對(duì)(2)、溫敏氧化石墨烯層(3)和下隔離層(4)構(gòu)成溫度敏感電容，上隔離層(6)、上叉指電極對(duì)(7)和濕敏氧化石墨烯層(8)構(gòu)成濕度敏感電容；下隔離層(4)完全包覆溫敏氧化石墨烯層(3)，防止?jié)駳鈱?duì)溫敏氧化石墨烯層(3)產(chǎn)生影響；中間電極(5)接地，使得溫度敏感電容和濕度敏感電容相互隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器，其特征在于:所述溫敏氧化石墨烯層(3)覆蓋下叉指電極對(duì)(2)，下隔離層(4)完全包覆溫敏氧化石墨烯層(3)，上隔離層(6)覆蓋中間電極(5)，濕敏氧化石墨烯層(8)覆蓋上叉指電極對(duì)⑵。
3.一種基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)準(zhǔn)備玻璃或陶瓷片作為襯底(I); (2)在襯底(I)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，形成下叉指電極對(duì)⑵； (3)通過(guò)噴涂打印技術(shù)在下叉指電極對(duì)(2)上形成圖形化的溫敏氧化石墨烯層(3)并加熱固化； (4)采用PECVD或?yàn)R射在溫敏氧化石墨烯層(3)上淀積一層氧化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成下隔離層(4); (5)在下隔離層(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，形成中間電極(5)； (6)采用PECVD或?yàn)R射在中間電極(5)上淀積一層氧化硅并利用光刻和刻蝕工藝使其圖形化，形成上隔離層(6); (7)在上隔離層(6)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，形成上叉指電極對(duì)(7); (8)通過(guò)噴涂打印技術(shù)在上叉指電極對(duì)(7)上形成圖形化的溫敏氧化石墨烯層8并加熱固化。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于氧化石墨烯的三維集成電容式溫濕度傳感器及其制法，本傳感器從下至上包括襯底，下叉指電極對(duì)、溫敏氧化石墨烯層、下隔離層、中間電極、上隔離層、上叉指電極對(duì)和濕敏氧化石墨烯層；下叉指電極對(duì)、溫敏氧化石墨烯層、下隔離層構(gòu)成溫度敏感電容，上隔離層，上叉指電極對(duì)和濕敏氧化石墨烯層構(gòu)成濕度敏感電容；下隔離層對(duì)溫敏氧化石墨烯層形成完整的包封，防止?jié)駳鈱?duì)溫敏氧化石墨烯層產(chǎn)生影響；中間電極接地，使得溫度敏感電容和濕度敏感電容相互隔離。溫度敏感電容和濕度敏感電容采用三維疊層集成結(jié)構(gòu)，節(jié)約芯片面積，同時(shí)溫度敏感電容可以用于對(duì)濕度敏感電容進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
【IPC分類(lèi)】G01N27-22, G01K7-34
【公開(kāi)號(hào)】CN104697661
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510001576
【發(fā)明人】黃見(jiàn)秋, 邢朝進(jìn)
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月4日