基于多空硅的电容湿度传感器.ppt

本实验要制备的材料的特点 材料制备过程 封装完后传感器的连接装置图 性能测试 灵敏度（Sensitivity） In this report, we define the percentage capacitance variation (PCV) at acertain RH level as, We define the sensor’s sensitivity (S) as, 图a和图b绘制的是在RH变化分别为0%—38%,和0% —73%时的3个不同频率下测得的电容值曲线。 由图中可以看出在测量相对湿度变化较小的情况时吸附曲线较陡峭。 在测量相对湿度变化较大的情况时一开始吸附曲线陡峭然后变化放缓。 总结 该实验做制备的多孔硅材料由于表面沉积Ta2O5薄膜，因此用此材料制成的传感器具有很好的吸附特性、重复性和长期稳定性。实验测量绘制出的吸附曲线在两个区域具有很好的线性度，通过对传感器的不同频率下吸附曲线进行比较发现200KHz工作频率为最优，因此将传感器工作频率设置在此频率下最为合适。 同时硅材料的耐高湿和高温特性也使其在例如质子交换膜电池等应用领域中表现出很大的研究价值。 THE ENDTHANKS 本文章出自：《A capacitive humidity sensor based on ordered macroporous silicon with thinfilm surface coating》 Sensors and Actuators B: Chemical Yun Wang等人 在此对作者表示感谢 * Si材料 大孔径 表面镀膜 孔规则排列 基于表面镀膜的孔有序排列大孔径多孔硅电容湿度传感器 A capacitive humidity sensor based on ordered macroporous silicon with thinfilm surface coating 传感器技术——多孔硅湿度传感器 对本实验的总结 对所制备材料进行测试 材料制备过程 本实验所制备的多孔硅材料特点 湿度传感器简介和实际应用情况 阻抗式湿度计 露点计 干湿球湿度计 伸缩式湿度计 湿度传感器 湿度传感器简介 湿度传感器基本形式都为利用湿敏材料对水分子的吸附能力或对水分子产生物理效应的方法测量湿度。 湿敏元件缺点：线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。 实际应用中现状 低湿和高湿及其在低温和高温条件下的测量是薄弱环节 高温条件下的湿度测量技术最为落后 实际应用中要求在高温高湿下测量湿度的场合越来越多 硅孔垂直有序 的排列 硅孔型大小形状可控 表面涂抹亲水、性质稳定的材料 本实验 多孔Si 说明： 1.孔有序垂直排列有利于气体的吸附和解吸 2.通过调节刻蚀参数控制孔大小和形状进而制作性能优良的感湿材料 3.表面涂抹Ta2O5有助于快速吸收气体分子 五氧化二钽特性 Ta2O5是一种介电常数高、电特性和化学特性较稳定的薄膜。多孔SI表面镀此薄膜制成电容式湿敏元件可大大提高元件的长期稳定性。 五氧化二钽 硅 KOH刻蚀 硅材料 HF刻蚀 沉积金属氧化物 硅基材料 KOH刻蚀后的硅基材料 HF刻蚀后的多孔硅材料 表面沉积氧化物后的多孔硅 镀铝电极 镀有铝电极的多孔硅 目标 传感器材料 用光刻胶在硅基材料表面影印出孔型和大小然后在KOH中刻蚀。 （100）n-Si材料放入HF中采用硅材料背面光照的电化学刻蚀方法刻蚀。 多孔硅材料形成以后对其表面采用原子层沉积的方法沉积Ta2O5。 为了表面蒸镀AL电极过 程中不掩盖硅孔。材料表面还须涂光刻胶类物质。 1.孔直径4um 2.孔深97um 3.样品大小23mm×23mm 4.Ta2O3层厚95um 5.AL电极后250nm 多孔硅的SEM图像 蒸镀铝电极后的样品表面 实验所制备的多孔硅的个部分尺寸 将封装完成后的传感器至于一个密闭的腔体装置中，该装置有两个进气管和一个出气管，其中一个是干燥空气的进气管，另一个是饱和水蒸气的进气管，气体流速靠流量阀控制。密闭装置中的传感器由通信电缆连至电脑，以便实时处理传感器输出的数据。另外密闭装置中还放有一个标准的湿度传感器来测量湿度的实际值。 （a）PCV–RH curve and (b) Cp–RHcurve at different measurement frequencies. 200KHz时的曲线最逼近直线 不同频率下曲线不一样 可重复性(