MEMS電容式濕度傳感器后處理工藝研究.pdf

1、濕度傳感器廣泛地應(yīng)用于測量和控制領(lǐng)域,如軍事、氣象、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療、建筑以及家用電器等方面,與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活息息相關(guān)。目前,濕度傳感器正朝著低成本、低功耗、微型化、智能化的方向發(fā)展,而單片集成是實(shí)現(xiàn)以上趨勢的有效途徑。光學(xué)型、重力型、電阻型、電容型濕度傳感器是較為常用四種微型濕度傳感器,其中光學(xué)型和重力型由于制作工藝復(fù)雜而且對(duì)檢測設(shè)備要求較高,在單片集成上受到限制。電容型和電阻型結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,比較適合單片集成,但電阻型濕度

2、傳感器在精度、溫漂特性和穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)較差,所以電容型濕度傳感器在單片集成上有很大的發(fā)展?jié)摿脱芯靠臻g。
　　 本文利用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝結(jié)合MEMS后處理制得一種梳齒狀結(jié)構(gòu)的電容型濕度傳感器。鋁電極呈叉指狀平鋪于襯底之上,叉指電極之間的空隙中填充感濕介質(zhì),當(dāng)外界環(huán)境的濕度發(fā)生變化時(shí),填充在鋁電極之間的感濕介質(zhì)因吸收了環(huán)境中的水分子介電常數(shù)發(fā)生了變化,從而引起了濕度傳感器電容值發(fā)生變化,進(jìn)而測得周圍環(huán)境的濕度。這種濕度傳感器結(jié)構(gòu)

3、簡單,易于和后處理電路實(shí)現(xiàn)單片集成。
　　 濕度傳感器中感濕介質(zhì)的性能直接關(guān)系到整個(gè)傳感器性能,所以感濕介質(zhì)的材料選擇和處理工藝就成為了關(guān)鍵。通過研究比較,本文采用感濕性能優(yōu)異的聚酰亞胺(PI)作為感濕介質(zhì)。本文旨在對(duì)這種聚酰亞胺電容型濕度傳感器的MEMS后處理工藝進(jìn)行了分析和研究。
　　 本文通過研究分析了:
　　 1.梳齒狀敏感電容間距對(duì)濕度傳感器性能的影響,提出了當(dāng)電極間距是所旋涂的聚酰亞胺薄膜厚度的二倍時(shí)

4、,填充效果最好,可以使?jié)穸葌鞲衅鞯男阅艿玫礁纳啤?br>　　 2.聚酰亞胺感濕薄膜厚度對(duì)濕度傳感器性能的影響,提出了聚酰亞胺感濕薄膜厚度越厚靈敏度越高,滯回特性越差,響應(yīng)時(shí)間越長。
　　 3.聚酰亞胺固化條件對(duì)濕度傳感器性能的影響。聚酰亞胺固化過程中采用階梯化升溫加熱的方法,在最高固化溫度分別選擇200℃、250℃和290℃下制得濕度傳感器,通過測試對(duì)比得出最高固化溫度為250℃時(shí)制得感濕特性優(yōu)異的感濕薄膜。
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5、.提出一組較為優(yōu)異的后處理工藝參數(shù):最高旋涂轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)／分鐘,薄膜厚度約為2.4μm,采用階梯升溫加熱法,250℃作為最高固化溫度。在這些工藝參數(shù)下制得的電容型濕度傳感器在25％RH到75％RH范圍內(nèi),其靈敏度可以達(dá)到1.8fF／％RH。
　　 另外,為了測試所制作的濕度傳感器的電容值,本文給出了一種基于C8051F410和AD7745的微小電容測試電路的設(shè)計(jì)。該電路量程范圍為-4.096pF-+4.096pF,分辨率在f