微型湿度传感器制造技术

本发明专利技术提供一种微型湿度传感器，涉及微机电系统技术领域。所述微型湿度传感器包括：敏感结构、支撑层、悬臂梁、信号线、框架和衬底；其中，所述框架固定在衬底上；所述支撑层通过悬臂梁与框架连接；所述敏感结构固定在支撑层上；所述信号线与敏感结构连接，并固定在悬臂梁上。本发明专利技术提供的微型湿度传感器结构简单、易于加工，且能够加快响应速度，减小湿滞回差，缩小器件体积。

【技术实现步骤摘要】
微型湿度传感器
本专利技术涉及微机电系统
，尤其涉及一种微型湿度传感器。
技术介绍
湿度表示空气中的水蒸汽量，与生产生活紧密相关。传统的用于检测湿度的传感器有毛发湿度计、干球湿度计、露点湿度计等，由于体积大、一致性差、精度低，近年来逐渐向着微型湿度传感器方向发展。微型湿度传感器，是采用微加工工艺研制的湿度传感器，主要通过检测敏感材料中水汽含量的变化引起的物理或化学量变化实现湿度的测量。具体可分为：测量敏感材料吸潮前后1)质量变化的声表面波型湿度传感器；2)应力变化的压阻型湿度传感器；3)电阻率变化的电阻型湿度传感器；4)介电常数变化的电容型湿度传感器；5)功函数变化的二极管型传感器。为优化已有微型湿度传感器，目前大量工作主要致力于以下三个方面：1)优化敏感材料，如采用：纳米纤维、氧化石墨烯或其改性材料、聚酰亚胺；2)优化传感器结构，如：通过结构设计增大每单位面积的电容、提出新型结构提高灵敏度；3)简化传感器工艺，降低产品成本。这些微型湿度传感器，尽管通过各种优化途径，很多方面已得到提升。但由于其均采用敏感材料对湿度进行敏感，因此存在着响应慢、湿滞回差大的问题，且器件体积仍有待进一步减小。
技术实现思路
本专利技术提供的微型湿度传感器，能够加快响应速度，减小湿滞回差，缩小器件体积。本专利技术采用以下技术方案：一种微型湿度传感器，包括：敏感结构、支撑层、悬臂梁、信号线、框架和衬底；其中，所述框架固定在衬底上；所述支撑层通过悬臂梁与框架连接；所述敏感结构固定在支撑层上；所述信号线与敏感结构连接，并固定在悬臂梁上。可选地，所述衬底为无图形化或有图形化的基底。可选地，所述衬底为导体、半导体或绝缘体。可选地，所述框架为是长方体、梯形体或圆柱体结构，数量为一个或多个。可选地，所述框架为绝缘体，或覆盖有介质材料的导体或半导体。可选地，所述支撑层为长方体、正方体或圆柱体结构。可选地，所述支撑层由介质材料构成，为氧化硅、氮化硅、或由氧化硅和氮化硅组成的多层材料。可选地，所述悬臂梁为长条型、L型或折叠型，数量为一根或多根。可选地，所述悬臂梁由介质材料构成，为氧化硅、氮化硅、或由氧化硅和氮化硅组成的多层材料。可选地，所述敏感结构为热阻、二极管或热阻和二极管。可选地，所述敏感结构为一个或多个，多个之间为串联或并联形式。可选地，所述敏感结构位于支撑层的下表面、中间或上表面。可选地，所述信号线为金属连线。可选地，所述信号线位于悬臂梁的下表面、中间或上表面。本专利技术实施例提供的微型湿度传感器，结构中只有敏感结构，而没有敏感材料，因此不需要通过材料中水汽含量的变化引起物理或化学量改变，故可避免因水汽吸附或脱附过程造成的响应慢、湿滞回差大的问题，有利于提升器件性能；另外，敏感结构采用热阻、二极管或热阻和二极管，这意味着敏感结构同时兼有加热器和探测器的功能，可在给自身提供一定热量的同时，检测敏感结构上的温度变化，从而得到环境湿度信息。这种将加热器和探测器二合一的结构，有利于减小器件体积。附图说明图1为本专利技术实施例一微型湿度传感器的结构剖面图；图2为本专利技术实施例一微型湿度传感器的结构俯视图；图3为本专利技术实施例二微型湿度传感器的结构剖面图；图4为本专利技术实施例二微型湿度传感器的结构俯视图。图中附图标记：1、敏感结构；2、支撑层；3、悬臂梁；4、信号线；5、框架；6、衬底。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1和图2分别示出了微型湿度传感器实施例一结构的剖面图和俯视图。图3和图4分别示出了微型湿度传感器实施例二结构的剖面图和俯视图。如图1-4所示，该微型湿度传感器包括：敏感结构1、支撑层2、悬臂梁3、信号线4、框架5和衬底6。框架5固定在衬底6上；支撑层2通过悬臂梁3与框架5连接；敏感结构1固定在支撑层2上；信号线4与敏感结构1连接，并固定在悬臂梁3上。图1和图2的微型湿度传感器实施例一结构中，衬底6是无图形化的基底，框架5是长方体，数量为2个；图3和图4的微型湿度传感器实施例二结构中，衬底6是有图形化的基底，框架5是梯形体，数量为2个。实施例一与二中，支撑层2是长方体，悬臂梁3是长条型，数量为2根。敏感结构1是热阻、二极管或热阻和二极管，可以是一个或多个(≥2)，多个之间为串联或并联形式。实施例一与二中，衬底6是导体、半导体或绝缘体，可以为金属、硅、碳化硅、石英或蓝宝石。框架5是绝缘体，或覆盖有介质材料的导体或半导体。支撑层2由介质材料构成，可以为氧化硅、氮化硅、或由氧化硅和氮化硅组成的多层材料。悬臂梁3由介质材料构成，可以为氧化硅、氮化硅、或由氧化硅和氮化硅组成的多层材料。敏感结构1为热阻时可以是金属或掺杂半导体，为二极管时可以是硅PN结或异质结。信号线4是金属连线，可以是铝、铜或金。实施例一与二中，敏感结构1位于支撑层2的下表面、中间或上表面。信号线4位于悬臂梁3的下表面、中间或上表面。特别地，将该微型湿度传感器放置在待测的湿度环境中。通过信号线4给敏感结构1施加一恒定电流，敏感结构1由于电流的热效应将导致支撑层2温度增加。同时，空气湿度的热导作用又会使得支撑层2对周围环境有着热传递，使支撑层2的温度最终达到热平衡。在不同平衡温度下，因为敏感结构1自身存在着温度特性，故其输出的电学信号受温度影响。最终，通过信号线4测量敏感结构1的输出电压，便能反应出被测的环境湿度。本专利技术实施例提供的微型湿度传感器，利用敏感结构1的热导效应测量湿度，因此避免了通过敏感材料中水汽含量的变化引起物理或化学量改变进行测量。具有响应迅速，湿滞回差小的特点，有利于提升器件性能。本专利技术实施例提供的微型湿度传感器，敏感结构1采用热阻、二极管或热阻和二极管，数量是一个或多个(≥2)，多个之间为串联或并联形式。这意味着敏感结构1同时作为加热器和探测器，既改变自身温度，同时也在不同温度下获得对应的电学输出，以反映环境湿度。这种将加热器和探测器二合一的结构，有利于减小器件体积。以上所述，仅为本专利技术的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型湿度传感器，其特征在于，包括：敏感结构、支撑层、悬臂梁、信号线、框架和衬底；其中，所述框架固定在衬底上；所述支撑层通过悬臂梁与框架连接；所述敏感结构固定在支撑层上；所述信号线与敏感结构连接，并固定在悬臂梁上。

【技术特征摘要】
1.一种微型湿度传感器，其特征在于，包括：敏感结构、支撑层、悬臂梁、信号线、框架和衬底；其中，所述框架固定在衬底上；所述支撑层通过悬臂梁与框架连接；所述敏感结构固定在支撑层上；所述信号线与敏感结构连接，并固定在悬臂梁上。2.根据权利要求1所述的微型湿度传感器，其特征在于，所述衬底为无图形化或有图形化的基底。3.根据权利要求2所述的微型湿度传感器，其特征在于，所述衬底为导体、半导体或绝缘体。4.根据权利要求1所述的微型湿度传感器，其特征在于，所述框架为长方体、梯形体或圆柱体结构，数量为一个或多个。5.根据权利要求4所述的微型湿度传感器，其特征在于，所述框架为绝缘体，或覆盖有介质材料的导体或半导体。6.根据权利要求1所述的微型湿度传感器，其特征在于，所述支撑层为长方体、正方体或圆柱体结构。7.根据权利要求6所述的微型湿度传感器，其特征在于，所述支撑层由介质材料构成，...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅剑宇，刘瑞文，侯影，魏德波，刘超，王玮冰，陈大鹏，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11