濕度的監測與控制在氣象、農業、汽車、醫藥等行業具有重要意義。隨著MEMS技術的發展，基于MEMS工藝的電容式濕度傳感器因其在寬相對濕度范圍內具有較好的靈敏度和較好的抗干擾能力而受到廣泛關注。傳統的電容式濕度傳感器通常由梳齒電極和濕度敏感材料兩部分組成，該結構中存在寄生電容影響濕度傳感器的靈敏度；傳統濕度傳感器的敏感材料主要有多孔硅、陶瓷、有機物等，其制備工藝較為復雜，吸附水分子的能力較弱。

 

基于以上問題，微電子所研究員陳大鵬課題組提出了一種以納米森林為濕敏材料，同時集成參比電容、微加熱器和熱敏電阻的新型濕度傳感器。納米森林具有超親水性和完全開放的納米結構，可提高濕度傳感器靈敏度。該器件同時使用差值法消除寄生電容，通過熱敏電阻進行溫度補償以提高傳感器精度，采用微加熱器進一步縮短響應時間。與傳統的聚酰亞胺濕度傳感器相比，基于納米森林的濕度傳感器在10-90%的相對濕度范圍內，靈敏度提高了15倍，響應時間縮短至5s。此外，該傳感器還具備制作工藝簡單、兼容CMOS工藝、適合批量生產等優勢。

 

相關研究成果以Performance Enhanced Humidity Sensor by in-situ Integration of Nanoforests為題，發表在《電子器件快報》（DOI: 10.1109/LED.2021.3062063）上。博士研究生陳貴東為論文第一作者，研究員毛海央為論文通訊作者。

圖1.集成納米森林的濕度傳感器工藝流程示意圖和SEM圖

圖2.集成納米森林的濕度傳感器測試結果