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湿度传感器广泛应用于军事,气象,农业,工业(特别是纺织,电子,食品),医疗,建筑以及家用电器等方面,与工农业生产和人民生活息息相关。随着CMOS技术和MEMS技术的快速发展,充分利用集成电路大批量低成本制造的技术优势,将湿度传感器与处理电路进行片上集成,实现湿度传感器的智能化,集成化代表着未来湿度传感器的发展方向。本文第一章主要描述了湿度传感器的课题背景,介绍了湿度传感器的发展历程及未来发展趋势,提出了本课题的主要任务。第二章首先介绍了湿度的表示方法,回顾了几种传统的湿度检测仪器,如毛发湿度计,露点测定仪,干湿球湿度计。最后着重介绍了基于CMOS MEMS技术的现代微型湿度传感器,如悬臂梁式湿度传感器,硅压阻式湿度传感器,基于热传导的CMOS集成湿度传感器和硅电容式单片集成湿度传感器。比较了各自的优缺点,考虑到工艺的可行性,最终选定采用标准CMOS工艺加简单后处理来制造单片集成湿度传感器。第三章设计了CMOS工艺兼容的温湿度传感器结构,本文采用铝叉指电容式结构。分析了感湿模型,用有限元分析软件COVENTOR模拟了湿度传感器性能,制备了温湿度传感器,并详细介绍了后处理工艺,因为它是比较关键的一步,它将决定湿度传感器的最终性能。第四章对CMOS工艺兼容的温湿度传感器进行了性能测试,包括湿度量程、灵敏度、响应时间、温度系数、湿度回滞以及传感器稳定性等。本传感器的测湿量程为15%RH~95%RH;25℃时,低湿区的灵敏度为0.0118 pF / %RH,高湿区的灵敏度为0.04 pF / %RH;最大湿滞为5%RH;高湿区响应时间为3~5分钟,低湿区小于1分钟;湿度传感器在65%RH时的电容温度系数为0.0138%/℃,感湿温度系数为1%RH/℃;湿度传感器的长期稳定性良好,偏差为±3%。在对叉指结构湿度传感器性能有个全面的了解之后,下一章引入了片上处理电路,目的就是能将湿度传感器结构和处理电路制造在同一块硅片上,实现单片集成。第五章首先介绍了微小电容测量电路的几种常见形式:电容-频率转换电路、电容-电流转换电路和电容-电压转换电路,着重讨论了基于开关电容技术的相关双采样电路。通过对这三种电路的相互比较,最终选择开关电容电路作为本文的处理电路形式,提出了一种简单新颖的电路形式,详细分析了片上处理电路的设计流程,并用ORCAD—SPICE软件对电路性能进行了模拟仿真。第六章给出了单片集成湿度传感器的版图设计,工艺制备流程,以及芯片后处理,主要包括聚酰亚胺涂覆,光刻,亚胺化等,最终实现了单片集成湿度传感器的制备。第七章提出采用聚偏二氟乙烯微孔滤膜作为芯片的保护膜对单片集成湿度传感器进行了简易封装,对传感器性能进行了测试,测试结果为:5℃,15℃,25℃和35℃下分辨率分别为5.32 mv/%RH、6.00 mv/%RH、6.67 mv/%RH和8.01mv/%RH,并且传感器长期稳定性良好。第八章对本课题的工作进行了总结和展望。