雙層電感式無線無源濕度傳感器的研究.pdf

1、隨著時代的不斷發(fā)展，信息交流變得越來越重要，人們渴望獲得更多有效的信息。隨著科技的不斷進步，人類進入了傳感時代。各種各樣的傳感器使得人們的生活智能化，而物聯(lián)網(wǎng)的誕生，使得微型化、低功耗、無線化、無源化等特點成為新時代傳感器的要求，特別是無線化與無源化，可以幫助人們進行一些惡劣環(huán)境或者密閉空間的監(jiān)測，使得人們可以搜集到更多的數(shù)據(jù)?？梢灶A(yù)見的是，無線無源傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域會越來越廣，包含:工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、生物領(lǐng)域等等，未來人們對與無線無源

2、的依賴也會越來越多。
　　由于濕度是人們?nèi)粘Ｉ钆c工作的一個重要參數(shù)，MEMS無線無源濕度傳感器也一直是科研工作者研究的重點。其中實現(xiàn)無線無源比較常見的是方法是利用LC振蕩回路技術(shù)，通過濕敏電容和片上電感構(gòu)成諧振回路，諧振頻率與環(huán)境濕度之間存在一個映射關(guān)系，用頻率的改變來反應(yīng)濕度的變化。平面叉指電容雖然設(shè)計簡單，但是很大一部分電力線是穿過空氣的，導(dǎo)致有效電容比較小。而三明治電容由于靈敏度高、設(shè)計多樣，常被用作濕敏電容，但是傳統(tǒng)的三

3、明治電容為多層結(jié)構(gòu)，必須考慮上下電極的引出問題，需要多步光刻才能實現(xiàn)，使得傳統(tǒng)三明治結(jié)構(gòu)無線無源濕度傳感器在工藝上具有一定的復(fù)雜度。同時，單層電感結(jié)構(gòu)的電感值較小，為了獲得大電感就必須增加圈數(shù)，占用更多的面積，不利于提高集成度。
　　針對以上問題，本論文提出一種采用三明治結(jié)構(gòu)的雙層電感式無線無源濕度傳感器，它完全省去了通孔工藝，敏感電容上下電極通過電感耦合實現(xiàn)電信號傳遞，使得工藝大大簡化，也提高了傳感器成品率，同時雙層電感結(jié)構(gòu)使得

4、諧振電路總電感增加，避免了初始諧振頻率落在高頻段，降低外部電路設(shè)計難度，較大的總電感可以節(jié)省芯片面積，提高集成度。
　　本文建立了雙層電感結(jié)構(gòu)的理論模型，分析了該結(jié)構(gòu)理論上的可行性與優(yōu)越性。給出了該傳感器完整的工藝流程，利用微加工工藝制備樣品并進行測試。本文對電感為4圈的單層電感結(jié)構(gòu)，反向雙層電感結(jié)構(gòu)和同向雙層電感結(jié)構(gòu)進行比較，并且制作了電感為10圈的反向雙層電感結(jié)構(gòu)。經(jīng)過測試與對比得到:單層4圈結(jié)構(gòu)的靈敏度為48.9 kHz/％