聚酰亚胺集成温湿压传感器的研制

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温度、湿度和压力参数的测量不仅与日常生活密切相关,在工业生产、气象预报、气候分析、环境监测、航空航天等领域的应用也十分广泛。小尺寸、低功耗、低成本的单片集成传感器可以满足大规模、一次性使用的要求,特别是在气象一次性使用中。 本文设计制作并测试了基于MEMS工艺的聚酰亚胺集成温湿压传感器。采用Pt薄膜电阻测量温度,可同时实现湿度和压力的温度补偿。采用聚酰亚胺电容式结构测量湿度。分别设计了平行板、叉指下电极和栅格、条形上电极结构。采用聚酰亚胺作为压力敏感薄膜,双面布置应变片测量压力,利用对称惠斯通电桥消除温度影响。采用非真空封装,简化工艺。 研究结果表明,电容式湿度传感器栅格结构的Au上电极具有均匀的电场,而条形上电极结构聚酰亚胺感湿薄膜与外界的接触面积更大,拥有更大的灵敏度。由于聚酰亚胺的杨氏模量较小,压力薄膜具有良好的延展性。双面布置应变片测量压力,改善了压力单元的线性特性。集成传感器的温度单元在-20~100℃范围具有良好的线性,温度灵敏度为1.1mV/℃。湿度单元条形上电极结构在20~90%RH范围内的灵敏度可达3.314pF/%RH。压力灵敏度为0.17mV/kPa,在-40~0kPa差压范围内的线性误差仅为0.06kPa。 本论文研究实现了基于聚酰亚胺敏感材料的温度、湿度、压力三个传感器的单片集成,在结构上有所创新。集成传感器的特性基本达到了设计的要求。
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