【摘 要】
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随着物联网和微电子技术的飞速发展,MEMS技术在与传统传感器行业紧密结合,MEMS传感器将是传感器的必然趋势,国家也高度重视MEMS传感器的战略意义。而湿度传感器作为市场上一种常见的传感器,被广泛应用在食品储藏、电子制造、工业自动化、农业种植、纺织生产、家居监控、医学实验等场合,对微型化、集成化也有着迫切需求。因此,跟随时代潮流研究高性能的MEMS湿度传感器对于响应国家战略需要具有重大意义。现有的
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随着物联网和微电子技术的飞速发展,MEMS技术在与传统传感器行业紧密结合,MEMS传感器将是传感器的必然趋势,国家也高度重视MEMS传感器的战略意义。而湿度传感器作为市场上一种常见的传感器,被广泛应用在食品储藏、电子制造、工业自动化、农业种植、纺织生产、家居监控、医学实验等场合,对微型化、集成化也有着迫切需求。因此,跟随时代潮流研究高性能的MEMS湿度传感器对于响应国家战略需要具有重大意义。现有的MEMS湿度传感器依然是在朝着灵敏度高、湿滞小、响应速度快、尺寸小、线性度好、稳定性高的方向前进,而聚酰亚胺具有吸湿性能好、稳定性高的特点,常用作湿度传感器的湿敏材料,故本文选择对基于聚酰亚胺的MEMS湿度传感器展开了研究,并作出性能优化,具体的科研工作与结果如下:1.介绍了不同类别的MEMS湿度传感器和感湿机理,选择了制备叉指电容式湿度传感器,探讨分析了结构参数和器件性能的关系,从叉指结构上优化了传感器湿敏性能,又设计了加热层结构来加速脱湿和保持器件干燥,同时确认了各结构层所使用的材料和工艺,湿敏材料上选择了含氟聚酰亚胺来减小湿滞。2.对湿度传感器电势、电容、感湿膜厚度与电容关系进行仿真验证,确认器件结构可行性和感湿膜的厚度尺寸,依据传感器各结构层的尺寸、位置、材料和工艺完成版图设计,然后使用MEMS工艺技术完成湿度传感器的制作,并用SEM、EDS、ATR-FTIR等相关表征工具对叉指电容和敏感膜展开分析。3.完成器件的封装和测试系统的搭建后,对MEMS湿度传感器展开性能参数的测试,得到湿度传感器的性能规律。传感器在10%到70%的相对湿度范围线性度优秀,灵敏度为0.052p F/%RH,高湿度下平均灵敏度0.27p F/%RH,湿滞为2.52%,最大温度系数为0.069%/℃,重复性和稳定性较好。最后基于测试数据完成了传感器应用检测模块的设计。
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