一种电压输出型CMOS集成电容湿度传感器.pdf

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1、2014年第33卷第9期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)71DOI：10．13873／J．1000-9787(2014)09-0071-03一种电压输出型CMOS集成电容湿度传感器曾新亮，黄宝瑞(延安大学物理与电子信息学院。陕西延安716000)摘要：设计一种湿度传感器。该传感器选用聚酰亚胺作为湿度传感器的感湿介质，采用叉指电容式结构以增加感湿灵敏度，以电荷转移电路为微电容测量电路，用0．35m多晶硅栅进行设计，形成单片集成湿度传感器。整个组成电路均与CMOS工艺兼容。仿真结果表明：在测量激励方波激励下，片上湿度传感器在27℃下模拟

2、显示出较好的直流电压输出特性。关键词：CMOS兼容工艺；介电常数；湿敏电容器；电荷转移；电压输出中图分类号：TP212．1文献标识码：A文章编号：1000—9787(2014)09-0071-03AvoltageoutputCMOSintegratedcapacitivehumiditysensorCAOXin-liang，HUANGBao—rui(SchoolofPhysicsandElectronicsInformation，Yan’anUniversity，Yan’an716000，China)Abstract：Ahumiditysensorisdesigned．Thesensoru

3、sepolyimideashumiditysensingmediumandinterdigitatedcapacitivestructuretoincreasehumiditysensingsensitivity，charge—shiftcircuitareemployedinmicrocapacitancemeasurementcircuit，use0．35p．mpoly·silicongratingdesign，fabricatemonolighicintegratedhumiditysensor．OverallcircuitiscompatiblewithCMOStechnology

4、．ResultsofsimulationshowthatonchiphumiditysensorshowgoodDCvoltageoutputcharacteristicsat27℃dfivedbyexcitingsquarewave．Keywords：CMOScompatibletechnology；dielectricconstant；humiditysensitivecapacitor；chargeshift；voltageoutput0引言CMOS电路、右侧为与CMOS工艺兼容的平面梳状湿度传在片感测系统是传感器微型化、集成化和智能化发展感器；湿敏感测处理电路所用的标准固定电容器是

5、以高掺的必然趋势。微电容式湿度传感器因其结构简单，相对于杂P型层为下极板、栅氧化层为介质、多晶硅为上极板制成电阻式感湿器件温度适应性强、电容测量方式具有干扰小MOS电容器，控制栅氧化层的厚度可做成比较精确的标准及精度高等特点而为微传感器技术领域所关注。早在参考电容器。1988年，英国SilverthorneSV第一次尝试将湿度传感器图2为又指湿敏电容器的平面结构图，2为又指宽与测量电路集成在同一芯片上，湿敏电容器为三明治结构，度、2g为相邻叉指电极的间距、为叉指长度。制作时，按P掺杂区作下极板，多孔金属为上极板，上下极板问的夹此结构布上厚度约0．7m的铝电极叉指线，再在上面涂敷层是聚合物，

6、聚合物通过上极板空隙吸收环境水汽分子改一层厚度约为2．5m的聚酰亚胺作为感湿介质。由于环变自身介电常数来改变湿敏电容值。但在制造中，这种结境的相对湿度变化，感湿介质吸附／脱附水汽分子使其介电够并非标准的CMOS工艺所能实现，额外的处理工序将大常数发生变化，从而引起湿敏电容的改变，通过片上电路检大增加制造成本。测此湿敏电容，最终获得所在环境的相对湿度信息。将湿本文基于CMOS兼容的湿度传感器研究已取得的敏电容器与检测电路集成在同一芯片上将大大降低寄生电成果，提出利用CMOS模拟开关实现电荷转移的微电容测量电路。出于简化电路结构的考虑，重新设计出一种单片容、增强传感器的抗干扰能力和检测灵敏度。

7、集成湿度传感器。1．2湿敏电容器的模型1湿敏电容器的结构与模型湿敏电容器的截面图及其电力线的分布图3所示。可1．1集成湿敏电容器的CMOS工艺结构见，n根条形铝电极组成叉指结构中，除去两端1．5根外，在标准的CMOS工艺下(如图1)，芯片的左侧是P阱共有(n-3)个相同的电极。收稿日期：2014-01-08基金项目：陕西省教育厅资助项目(12JK0495)；延安大学自然科学基金重点资助项目(YDK2011-07)72传感