高性能湿度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种湿度传感器及其制备方法，尤其是一种高性能湿度传感器及其制备方法。按照本发明专利技术提供的技术方案，所述高性能湿度传感器，包括衬底以及设置于所述衬底上的湿度测量单元，所述湿度测量单元包括湿敏电容以及与所述湿敏电容适配的感湿单元体；在所述衬底上还设置湿度测量单元加热体、参比电容以及测温单元体，其中，通过湿度测量单元加热体能对湿度测量单元加热，参比电容与湿敏电容具有相同的电容结构，通过测温单元体能测量湿度测量单元以及参比电容所处环境的环境温度值。本发明专利技术能进行温度校准，提高在湿度测量的精度和传感器的性能，同时还能加速水分蒸发，缩短响应时间，可适应湿度快速变换的工作环境。

【技术实现步骤摘要】
高性能湿度传感器及其制备方法
本专利技术涉及一种湿度传感器及其制备方法，尤其是一种高性能湿度传感器及其制备方法。
技术介绍
湿度传感器是一种能将湿度量转换成容易被处理电信号的设备或装置，湿度传感器包括电容式湿度传感器。电容式湿度传感器的原理是：制备在叉指电极间的湿敏材料吸附水分子后，介电常数会发生变化，根据两极板间电容的公式可知，随着介电常数变化，电容值也会发生变化，从而达到湿度传感的目的。现有的湿度传感器主要存在如下的不足：1)、温度对湿敏材料的性能影响极大，现有湿度传感器一般在外部集成温度传感器进行温度补偿。2)、水分子解吸附速度慢，导致湿度传感器无法在湿度快速变化的环境中工作；3)、灵敏度低，电容式湿度传感器的满量程输出较低，后端的采集电路不容易实现电信号的采样。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高性能湿度传感器及其制备方法，其能进行温度校准，提高湿度测量的精度以及传感器的性能，通过加速水分子蒸发的，缩短响应时间，可适应湿度快速变换的环境。按照本专利技术提供的技术方案，所述高性能湿度传感器，包括衬底以及设置于所述衬底上的湿度测量单元，所述湿度测量单元包括湿敏电容以及与所述湿敏电容适配的感湿单元体；在所述衬底上还设置湿度测量单元加热体、参比电容以及测温单元体，其中，通过湿度测量单元加热体能对湿度测量单元加热，参比电容与湿敏电容具有相同的电容结构，通过测温单元体能测量湿度测量单元以及参比电容所处环境的环境温度值。<br>所述感湿单元体包括设置于湿敏电容上的感湿纳米结构。在进行湿度测量时，通过湿敏电容能得到湿敏电容值C1，通过参比电容能得到参比电容值C2，通过测温单元体能得到当前环境温度值T1，且根据当前环境温度值T1能得到湿敏电容校正系数，根据所述湿敏电容校正系数对湿敏电容值C1校准后，能得到湿敏电容校正值C1’；在得到湿敏电容校正值C1’以及参比电容值C2后，能得到湿度测量电容值C3，其中，C3＝C2-C1’。所述湿敏电容、湿度测量单元加热体、参比电容以及测温单元体在衬底上处于同一平面。所述测温单元体包括测温单元第一测温臂、测温单元第二测温臂以及测温单元第三测温臂，测温单元第一测温臂、测温单元第二测温臂以及测温单元第三测温臂间依次串接；湿度测量单元以及湿度测量单元加热体位于测温单元第一测温臂与测温单元第二测温臂之间，参比电容位于测温单元第二测温臂与测温单元第三测温臂之间，湿度测量单元加热体位于湿敏电容内，且感湿纳米结构分布于湿敏电容以及湿度测量单元加热体上。所述湿敏电容、湿度测量单元加热体、参比电容以及测温单元体在衬底上方呈叠层分布。参比电容以及湿敏电容位于湿度测量单元加热体以及测温单元体的上方，参比电容、湿敏电容通过叠层绝缘隔离层与下方的湿度测量单元加热体以及测温单元体绝缘隔离，湿度测量单元加热体位于湿敏电容的正下方，感湿纳米结构分布于湿敏电容上。参比电容位于湿敏电容的下方，湿度测量单元加热体、测温单元体在在参比电容与衬底之间；湿度测量单元加热体位于测温单元体的上方，湿敏电容、湿度测量加热体9、参比电容以及测温单元体间相互绝缘隔离。一种高性能湿度传感器的制备方法，其特征是，所述制备方法包括如下步骤：步骤1、提供衬底，并在所述衬底的正面设置绝缘支撑层，所述绝缘支撑层覆盖在衬底的正面；步骤2、在上述绝缘支撑层上制备得到平面测温体、平面参比电容电极板、平面湿敏电容电极板以及平面加热电极体；步骤3、制备得到与平面参比电容电极板适配的平面参比电容介质体以及与平面湿敏电容电极板适配的平面湿敏电容介质体，以通过平面参比电容介质体与平面参比电容电极板能形成所需的参比电容，通过平面湿敏电容电极板与平面湿敏电容介质体能形成所需的湿敏电容；步骤4、制备得到平面感湿纳米结构，平面感湿纳米结构支撑在平面湿敏电容电极板以及平面加热电极体，以通过平面感湿纳米结构、平面湿敏电容电极板以及平面感湿纳米结构形成所需的湿度测量单元，通过平面加热电极体能形成对湿度测量单元加热的湿度测量单元加热体，通过平面测温体能形成与湿度测量单元以及参比电容适配的测温单元体。一种类似的技术方案，一种高性能湿度传感器的制备方法，其特征是，所述制备方法包括如下步骤：步骤a、提供衬底，并在所述衬底的正面设置绝缘支撑层，所述绝缘支撑层覆盖在衬底的正面；步骤b、在上述绝缘支撑层上制备得到用于形成湿度测量单元加热体的叠层加热电极体以及用于形成测温单元体的叠层测温体；步骤c、在上述绝缘支撑层上制备得到叠层绝缘隔离层，其中，叠层绝缘隔离层覆盖在绝缘支撑层、叠层加热电极体以及叠层测温体上；步骤d、在上述叠层绝缘隔离层上设置叠层湿敏电容电极板以及叠层参比电容电极板，其中，叠层湿敏电容电极板与叠层加热电极体对应；步骤e、制备得到与叠层参比电容电极板适配的叠层参比电容介质体，通过叠层参比电容介质体与叠层参比电容电极板能形成所需的参比电容；步骤f、在上述叠层湿敏电容电极板上制备得到叠层感湿纳米结构，所述叠层感湿纳米结构支撑在叠层湿敏电容电极板以及与叠层湿敏电容电极板对应的叠层绝缘隔离层上，通过叠层感湿纳米结构与叠层湿敏电容电极板配合能形成所需的湿度测量单元。本专利技术的优点：所述湿度测量单元包括湿敏电容以及与所述湿敏电容适配的感湿单元体；在所述衬底上还设置湿度测量单元加热体、参比电容以及测温单元体，利用测温单元体能进行环境温度校准，然后根据不同温度下的湿敏曲线进行湿度测量，从而可以提高湿度测量的精度。在利用湿度测量单元体进行湿度测量后，利用湿度测量单元加热体进行加热，能加速测量单元体上的水分子蒸发，进而能缩短水分子解吸附的时间。此外，由于参比电容与湿敏电容具有相同的电容形式，在进行湿度测量时，利用参比电容的电容值与湿敏电容的电容值能采用差值法，即利用参比电容的电容值与湿敏电容的电容值差值作为整个湿度测量的结果，该方法能提高整个湿度测量的准确性。感湿单元体采用感湿纳米结构，利用感湿纳米结构的特性，能提高灵敏度，从而提高湿度测量的准确性与精度。附图说明图1为本专利技术的实施结构的立体图。图2为图1中湿度测量单元加热体、参比电容、测温单元体以及湿度测量单元间的位置示意图。图3为本专利技术湿敏电容的示意图。图4～图11为本专利技术图1中实施结构的具体制备工艺步骤剖视图，其中图4为本专利技术在衬底上制备得到绝缘支撑层后的剖视图。图5为本专利技术制备得到平面测温体、平面参比电容电极板、平面湿敏电容电极板以及平面加热电极体后的剖视图。图6为本专利技术制备得到平面参比电容介质体后的剖视图。图7为本专利技术制备得到湿敏电容介质层后的剖视图。图8为本专利技术得到湿敏电容介质体以及平面参比电容介质体后的剖视图。图9为本专利技术得到聚合物层后的剖视图。图10为本专利技术得到纳米森林聚合物层后的剖视图。图11为本专利技术制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能湿度传感器，包括衬底(1)以及设置于所述衬底(1)上的湿度测量单元(7)，所述湿度测量单元(7)包括湿敏电容以及与所述湿敏电容适配的感湿单元体；其特征是：/n在所述衬底(1)上还设置湿度测量单元加热体(9)、参比电容(8)以及测温单元体，其中，通过湿度测量单元加热体(9)能对湿度测量单元(7)加热，参比电容(8)与湿敏电容具有相同的电容结构，通过测温单元体能测量湿度测量单元以及参比电容(8)所处环境的环境温度值。/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能湿度传感器，包括衬底(1)以及设置于所述衬底(1)上的湿度测量单元(7)，所述湿度测量单元(7)包括湿敏电容以及与所述湿敏电容适配的感湿单元体；其特征是：
在所述衬底(1)上还设置湿度测量单元加热体(9)、参比电容(8)以及测温单元体，其中，通过湿度测量单元加热体(9)能对湿度测量单元(7)加热，参比电容(8)与湿敏电容具有相同的电容结构，通过测温单元体能测量湿度测量单元以及参比电容(8)所处环境的环境温度值。


2.根据权利要求1所述的高性能湿度传感器，其特征是：所述感湿单元体包括设置于湿敏电容上的感湿纳米结构。


3.根据权利要求1或2所述的高性能湿度传感器，其特征是：在进行湿度测量时，通过湿敏电容能得到湿敏电容值C1，通过参比电容(8)能得到参比电容值C2，通过测温单元体能得到当前环境温度值T1，且根据当前环境温度值T1能得到湿敏电容校正系数，根据所述湿敏电容校正系数对湿敏电容值C1校准后，能得到湿敏电容校正值C1’；
在得到湿敏电容校正值C1’以及参比电容值C2后，能得到湿度测量电容值C3，其中，C3＝C2-C1’。


4.根据权利要求2所述的高性能湿度传感器，其特征是：所述湿敏电容、湿度测量单元加热体(9)、参比电容(8)以及测温单元体在衬底(1)上处于同一平面。


5.根据权利要求4所述的高性能湿度传感器，其特征是：所述测温单元体包括测温单元第一测温臂(2)、测温单元第二测温臂(3)以及测温单元第三测温臂(4)，测温单元第一测温臂(2)、测温单元第二测温臂(3)以及测温单元第三测温臂(4)间依次串接；
湿度测量单元(7)以及湿度测量单元加热体(9)位于测温单元第一测温臂(2)与测温单元第二测温臂(3)之间，参比电容(8)位于测温单元第二测温臂(3)与测温单元第三测温臂(4)之间，湿度测量单元加热体(9)位于湿敏电容内，且感湿纳米结构分布于湿敏电容以及湿度测量单元加热体(9)上。


6.根据权利要求2所述的高性能湿度传感器，其特征是：所述湿敏电容、湿度测量单元加热体(9)、参比电容(8)以及测温单元体在衬底(1)上方呈叠层分布。


7.根据权利要求6所述的高性能湿度传感器，其特征是：参比电容(8)以及湿敏电容位于湿度测量单元加热体(9)以及测温单元体的上方，参比电容(8)、湿敏电容通过叠层绝缘隔离层(42)与下方的湿度测量单元加热体(9)以及测温单元体绝缘隔离，湿度测量单元加热体(9)位于湿敏电容的正下方，感湿纳米结构分布于湿敏电容上。


8.根据权利要求6所述的高性能湿度传感器，其特征是：参比电容(8)位于湿敏电容的下方，湿度测量单元加热体(9)、测温单元体在在参比电容(8)与衬底(1)之间；湿度测量单元加热体(9)位于测温单元体的上方，湿敏电容、湿度测量加热体(9)、参比电容(8)以及测温单...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴鑫，关若飞，陈贵东，毛海央，
申请(专利权)人：江苏创芯海微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32