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湿度传感器在食品、医疗、农业、工业等领域具有广泛的应用。与电阻型、质量型、阻抗型等湿度传感器相比,电容型湿度传感器具有响应块、滞后性小稳定性好等优点。作为一种多孔氧化物,阳极氧化铝具有孔道有序、尺寸可控、制备工艺简单、易于批量制备等特点。最近几年,阳极氧化铝作为电容型湿度传感器的敏感元件越来越得到人们关注。阳极氧化敏感元件一般通过阳极氧化铝膜或是铝膜得到,且该类湿度传感器的电极结构一般为上下结构或是两电极均在AAO上方。本文介绍了一种共平面结构的薄膜阳极氧化铝湿度传感器,该传感器的结构简单、新颖。
第一章我们回顾了阳极氧化铝的发展历史、影响其结构的因素。按湿敏感应材料的种类不同,我们对电容型湿度传感器经行了简单的分类。
第二章我们利用高真空磁控镀膜设备在玻璃基片上溅镀了一层A(l)膜,并讨论了影响成膜质量的因素。在一般条件下降低溅射压强以及溅射距离都有助于提高成膜质量,溅射功率对成膜质量的影响比较复杂,太低太高都不利于质量优良薄膜的形成。在最优实验条件下,我们选取溅射距离为60mm,溅射功率为60W,溅射压强为0.15Pa的实验参数溅镀铝膜。利用草酸阳极氧化在最优条件下制备的A(l)薄膜,并用磷酸扩孔。未扩孔的AAO孔径为40nm,扩孔15min、30min、40min后的扩孔分别为60nm、70nm和80nm。
第三章我们制备了结构简单且新颖的共平面结构的薄膜阳极氧化铝湿度传感器。一对位于薄膜AAO下方的钽薄膜作为传感器的共平面电极。薄膜AAO通过革酸阳极氧化在最优条件下溅射的高纯铝薄膜制备得到。本章讨论了薄膜AAO的孔径、膜厚以及钽薄膜电极之间的间距对传感器性能的影响。增AAO的孔径、膜厚以及减小钽薄膜电极之间的距离都有助于增加传感器的性能。在最优条件下,传感器的AAO层为2μm厚且钽电极之间的间距为5mm时,传感器的灵敏度为3.57pF/RH%。通过优化电极结构,制备了梳妆钽薄膜电极结构的湿度传感器。在最优条件下该传感器是灵敏度为12.88(p)F/RH,与原型传感器的灵敏度3.57(p)F/RH相比,增幅分为261%。