本发明专利技术公开了一种MEMS湿度传感器及制备方法，为解决现有湿度传感器成本高、精度低等问题而设计。该MEMS湿度传感器包括支撑基底、设置于支撑基底上的电隔离层以及设置于电隔离层上的梳齿组件，所述梳齿组件间设置有加热电阻条，所述加热电阻条上覆盖有纳米纤维体。同时提出一种上述MEMS湿度传感器的制备方法。本发明专利技术MEMS湿度传感器的结构简单，灵敏度高，工艺兼容性强，适用范围广，安全可靠且制备工艺简单，易于实现，便于集成加工。
【技术实现步骤摘要】
一种MEMS湿度传感器及制备方法
本专利技术涉及一种MEMS湿度传感器及其制备方法。
技术介绍
湿度是表征水蒸气在大气中含量的一个参数，一般表不为相对湿度(％RH),其值代表了空气中水蒸气的压力和相同温度下饱和水蒸气压力的比值。空气湿度与民众日常工作、生活和生产有着直接的联系，所以对于湿度的监测与控制显得越来越重要。然而，湿度的测量会受到其它因素(大气压强、温度)的影响，同时其校准也是一个难题，因此可以说，在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的参数之一。人们熟知的毛发湿度计、干湿球湿度计等已不能满足现阶段的实际需要。所以一直以来国内外对于湿度传感器的研究都比较活跃。随着人类步入信息时代，MEMS传感器作为捕捉信息的器件也随之迅速发展，在现代高度信息化的社会科技发展中占据着相当重要的地位。目前，湿度传感器已经在包括精密电子元件制造，航天导弹、火箭的储存，粮食的防霉，高空气象探测，农业种植等许多领域获得了广泛的应用。湿度传感器品种繁多，但就其所使用的感湿材料而言，主要有电解质和高分子化合物感湿材料、半导体陶瓷材料以及元素半导体和多孔金属氧化物半导体材料等。不过，电解质湿度传感器的测量范围窄、可重复性差，并且其使用寿命也较短；高分子化合物湿度传感器具有感湿性能好、灵敏度高等优点，但在高温和高湿条件下其性能降低、稳定性变差、抗腐蚀和抗沾污能力也减弱；半导体陶瓷材料湿度传感器具有感湿性能较好、生产简单、成本低廉、响应时间短、可加热清洗等优点，但这类传感器的精确度较低、高温下性能也较差、难以实现集成化；与以上多种感湿材料相比，多孔金属氧化物湿度传感器具有响应速度快、化学稳定性较好、承受高温和低温能力强，以及可集成化等优点，然而其实现工艺与常规的微电子工艺难以很好地实现兼容。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提出一种结构简单、灵敏度高、工艺兼容性强、适用范围广的MEMS湿度传感器。本专利技术的再一个目的是提出一种制造工艺简单、易于实现的MEMS湿度传感器的制备方法。为达此目的，一方面，本专利技术采用以下技术方案:—种MEMS湿度传感器，包括支撑基底、设置于支撑基底上的电隔离层以及设置于电隔离层上的梳齿组件，所述梳齿组件间设置有加热电阻条，所述加热电阻条上覆盖有纳米纤维体。优选的，所述梳齿组件包括设置于电隔离层上的第一梳齿连接电极、第一梳齿、第二梳齿连接电极和第二梳齿，所述第一梳齿连接电极连接有第一梳齿测试电极，所述第二梳齿连接电极连接有第二梳齿测试电极，所述第一梳齿测试电极经电极连接线与第一传导电极连接，所述第二梳齿测试电极经电极连接线连接第二传导电极；所述支撑基底的上表面被部分腐蚀，所述第一传导电极和第二传导电极的外侧至少部分悬置于所述支撑基底的被腐蚀部分之上；所述第一梳齿和第二梳齿相互错位设置，所述加热电阻条沿所述第一梳齿和第二梳齿之间的间隙环绕连接分布，所述加热电阻条与所述第一梳齿和第二梳齿均不接触。优选的，所述加热电阻条的厚度为300纳米到2微米，宽度为800纳米到45微米。优选的，所述纳米纤维体的高度与所述第一梳齿连接电极、第一梳齿、第二梳齿连接电极和第二梳齿的高度相同。优选的，所述第一梳齿连接电极、第一梳齿、第二梳齿连接电极和第二梳齿的宽度为1-10微米，高度为1-20微米。优选的，所述第一梳齿和第二梳齿的长度为5-500微米，间隙为1-50微米，对数为1-500。另一方面，本专利技术采用以下技术方案:一种上述的MEMS湿度传感器的制备方法，所述纳米纤维体由等离子体轰击聚合物材料获得。优选的，所述方法包括:步骤1、提供衬底；在所述衬底的表面上设置电隔离层；步骤2、刻蚀所述电隔离层，以在衬底上方形成衬底接触窗口，所述衬底接触窗口贯通所述电隔离层；步骤3、在开设了衬底接触窗口的衬底上方溅射第一金属层，刻蚀所述第一金属层，以在第一梳齿和第二梳齿之间设置S型加热电阻条，在S型加热电阻条两端设置供电电极，在第一梳齿连接电极和第二梳齿连接电极外分别设置第一梳齿测试电极、第二梳齿测试电极、电极连接线、第一传导电极和第二传导电极，所述第一传导电极和第二传导电极的外侧至少部分位于衬底接触窗口上；步骤4、在经刻蚀第一金属层之后的衬底上方旋涂光刻胶材料层，并通过光刻工艺在对应所需形成第一梳齿、第二梳齿、第一梳齿连接电极和第二梳齿连接电极的位置形成光刻胶材料层的开口图形；步骤5、在形成了光刻胶材料层开口图形的衬底上溅射第二金属层，采用剥离工艺实现第二金属层的图形化；步骤6、在形成第二金属层图形化的衬底上方旋涂一层聚合物，并在对应梳齿区域内除第一梳齿、第二梳齿、第一梳齿连接电极和第二梳齿连接电极外的位置形成聚合物的图形；步骤7、利用电镀工艺在所述衬底上对应第二金属层的图形位置处电镀得到第三金属层；步骤8、在聚合物的图形位置处通过等离子体轰击聚合物材料形成纳米纤维体；步骤9、通过衬底释放窗口，在第一传导电极和第二传导电极下方均腐蚀衬底，使第一传导电极和第二传导电极均不与衬底电连通。优选的，所述等离子体为氧等离子体和/或氩等离子体；所述聚合物材料为聚酰亚胺、正性光刻胶、负性光刻胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或派瑞林(Pary I ene )。优选的，所述电隔离层的材料为氧化硅或氮化硅；所述第一金属层的材料为金、铜、铝或钼；第二金属层的材料为铬、金、镍或铜；第三金属层的材料包括金、铜、铝或钼。本专利技术的有益效果为:(I)本专利技术MEMS湿度传感器利用纳米纤维体的亲水性，及其在吸附水分子后介电常数发生变化的特点，将其作为感湿与介质材料构建MEMS梳齿电容式湿度传感器结构，当纳米纤维体吸附水分子后，第一梳齿和第二梳齿之间的电容值将发生变化，本专利技术基于这一原理提出了新的湿度传感器结构，达到湿度探测的目的，结构简单，灵敏度高，工艺兼容性强，适用范围广，安全可靠。(2)纳米纤维体通过等离子体轰击聚合物得到，结构中具有较大高度的梳齿和连接电极采用电镀工艺获得，制备工艺简单，易于实现，便于集成加工。【附图说明】图1为本专利技术实施例一 MEMS湿度传感器的俯视图；图2为本专利技术实施例一未显示纳米纤维体的MEMS湿度传感器的俯视图；图3为本专利技术实施例一 MEMS湿度传感器的剖面图；图4为在实现本专利技术实施例一 MEMS湿度传感器的步骤中在衬底上设置电隔离层后的剖面示意图；图5为在实现本专利技术实施例一 MEMS湿度传感器的步骤中在电隔离层上形成衬底接触窗口后的剖面示意图；图6为在实现本专利技术实施例一 MEMS湿度传感器的步骤中在电隔离层上图形化第一金属层后的剖面不意图；图7为在实现本专利技术实施例一 MEMS湿度传感器的步骤中在第一金属层上图形化光刻胶材料层后的剖面示意图；图8为在实现本专利技术实施例一 MEMS湿度传感器的步骤中利用剥离工艺实现第二金属层图形化后的剖面示意图；图9为在实现本专利技术实施例一 MEMS湿度传感器的步骤中形成聚合物图形化后的剖面示意图；图10为在实现本专利技术实施例一 MEMS湿度传感器的步骤中利用电镀工艺在第二金属层的位置得到第三金属层的示意图；图11为在实现本专利技术实施例一 MEMS湿度传感器的步骤中形成纳米纤维体后的剖面示意图；图12为在实现本专利技术实施例一MEMS湿度传感器的步骤中断开第一传导电极和第二传导电极与衬底电连接后的剖面示意图；图1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种MEMS湿度传感器，包括支撑基底（1）、设置于支撑基底（1）上的电隔离层（102）以及设置于电隔离层（102）上的梳齿组件，其特征在于：所述梳齿组件间设置有加热电阻条（8），所述加热电阻条（8）上覆盖有纳米纤维体（6）。
【技术特征摘要】
1.一种MEMS湿度传感器，包括支撑基底(I )、设置于支撑基底(I)上的电隔离层(102)以及设置于电隔离层(102)上的梳齿组件，其特征在于:所述梳齿组件间设置有加热电阻条(8 )，所述加热电阻条(8 )上覆盖有纳米纤维体(6 )。2.根据权利要求1所述的一种MEMS湿度传感器，其特征在于:所述梳齿组件包括设置于电隔离层(102)上的第一梳齿连接电极(2)、第一梳齿(3)、第二梳齿连接电极(4)和第二梳齿(5 )，所述第一梳齿连接电极(2 )连接有第一梳齿测试电极(10 )，所述第二梳齿连接电极(4)连接有第二梳齿测试电极(11)，所述第一梳齿测试电极(10)经电极连接线(12)与第一传导电极(15)连接，所述第二梳齿测试电极(11)经电极连接线(12)连接第二传导电极(13)； 所述支撑基底(I)的上表面被部分腐蚀，所述第一传导电极(15)和第二传导电极(13)的外侧至少部分悬置于所述支撑基底(I)的被腐蚀部分之上； 所述第一梳齿(3)和第二梳齿(5)相互错位设置，所述加热电阻条(8)沿所述第一梳齿(3 )和第二梳齿(5 )之间的间隙环绕连接分布，所述加热电阻条(8 )与所述第一梳齿(3 )和第二梳齿(5)均不接触。3.根据权利要求2所述的一种MEMS湿度传感器，其特征在于:所述加热电阻条(8)的厚度为300纳米到2微米，宽度为800纳米到45微米。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种MEMS湿度传感器，其特征在于:所述纳米纤维体(6)的高度与所述第一梳齿连接电极(2)、第一梳齿(3)、第二梳齿连接电极(4)和第二梳齿(5)的高度相同。5.根据权利要求4所述的一种MEMS湿度传感器，其特征在于:所述第一梳齿连接电极(2)、第一梳齿(3)、第二梳齿连接电极(4)和第二梳齿(5)的宽度为1-10微米，高度为1-20微米。6.根据权利要求5所述的一种MEMS湿度传感器，其特征在于:所述第一梳齿(3)和第二梳齿(5)的长度为5-500微米，间隙为1-50微米，对数为1-500。7.—种如权利要求1至6任一项所述的MEMS湿度传感器的制备方法，其特征在于:所述纳米纤维体(6)由等离子体轰击聚合物材料获得。8.根据权利要求7所述的一种MEMS湿度传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括: 步骤1、提供衬底(101);在所述衬底(101)的表面上设置电隔离层(102)； 步骤2、...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛海央，陈媛婧，谌灼杰，欧文，陈大鹏，
申请(专利权)人：江苏物联网研究发展中心，
类型：发明
国别省市：
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