湿度在当今的生产生活、气象科技等领域扮演着重要的角色,有关湿度传感器的研究一直是大家关注的热点。近年来,高分子电容湿度传感器因为具有测试范围宽、响应时间快、测试精度高、温度系数小、长期稳定性好等优点而倍受人们关注。本文基于MEMS工艺,采用聚酰亚胺(Polyimide,PI)聚合物作为介电层,研制电容式湿度传感器。主要研究工作如下：第一,研究制作了三明治结构的PI薄膜电容式湿度传感器。首先,选用金作为电极,基于MEMS工艺,成功制得下电极厚约1μm,上电极厚约0.4μ m, PI薄膜厚约0.35μm的电容式湿度传感器。测试表明,在15%RH—95%RH范围内,传感器的合格率大于80%,最大线性误差小于1.5%RH,最大湿滞误差小于3%,最大重复性误差小于1.5%RH,吸湿、脱湿时间均小于4s,每1℃的变化引起湿敏电容值的变化小于0.1%,长期测试后电容值的最大波动率小于1%,灵敏度约为0.29PF/%RH。研制的湿敏电容的综合技术指标良好,适合批量生产,有潜力在湿度探测领域作进一步的应用。第二,设计制作集成有电阻丝的加热型PI薄膜湿敏电容。为了防止低温下结霜,利用MEMS工艺,制备出集成有蛇形金电阻丝作为加热元件的的PI薄膜湿度传感器。电阻丝宽度约0.5mm,间距约lmm。为了通过加热条件下的测试数据较准确地推断外界环境的真实相对湿度值,设计了针对加热型湿敏电容的地面定标方案,推算值误差小于3%RH。测试表明,在室温中,样片与周围环境的动态热平衡所需时间约为5min,平衡后的电阻值保持稳定,低温下的发热能力有待改善。第三,研究了PTCR组装式加热型PI薄膜湿度传感器。将PTCR作为加热元件与PI薄膜传感器结合,构成混合式湿度传感器。测试结果表明,当电压恒定在+24V时,片上温度可达40℃以上,温度的最大波动约为2℃。低温环境下,升温时间约为2min,最大波动值同样约为2℃。在加热或冷却过程中电容值保持在上下波动约为0.5PF的范围内。加热的片子解决了传感器表面霜冻的问题。第四,研制了IDE结构的湿度传感器。首先,使用Grapher软件仿真,得到较佳感湿层厚度的范围为10—20μm。然后,基于MEMS工艺制备了叉指结构电容。最后,15%RH-95%RH测试表明,其最大线性误差小于2.2%RH,灵敏度约为0.35PF/%RH,最大湿滞误差约为6%。此外,发现IDE结构具有比三明治结构更快的响应时间,吸湿、脱湿时间均小于1.5s。本研究工作和上海长望气象科技有限公司合作,致力于研发出综合指标良好,能够大批量生产,并能够于高空气象探测领域的湿度传感器。本论文针对公司需求,制备了几种不同结构的湿度传感器,其器件性能良好,可以满足特定的需求。