近日，中國(guó)科學(xué)院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心在納米森林的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器應(yīng)用研究上取得重要進(jìn)展。

濕度的監(jiān)測(cè)與控制在氣象、農(nóng)業(yè)、汽車、醫(yī)藥等行業(yè)具有重要意義。隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，基于MEMS工藝的電容式濕度傳感器因其在寬相對(duì)濕度范圍內(nèi)具有較好的靈敏度和較好的抗干擾能力而受到廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)中存在寄生電容影響濕度傳感器的靈敏度；傳統(tǒng)濕度傳感器的敏感材料主要有多孔硅、陶瓷、有機(jī)物等，其制備工藝較為復(fù)雜，吸附水分子的能力較弱。

基于以上問(wèn)題，微電子所陳大鵬研究員課題組提出了一種以納米森林為濕敏材料，同時(shí)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(jié)構(gòu)，可提高濕度傳感器靈敏度。該器件同時(shí)使用差值法消除寄生電容，通過(guò)熱敏電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償以提高傳感器精度，采用微加熱器進(jìn)一步縮短響應(yīng)時(shí)間。與傳統(tǒng)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(duì)濕度范圍內(nèi)，靈敏度提高了15倍，響應(yīng)時(shí)間縮短至5s。此外，該傳感器還具備制作工藝簡(jiǎn)單、兼容CMOS工藝、適合批量生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。

相關(guān)研究成果以Performance Enhanced Humidity Sensor by in-situ Integration of Nanoforests為題，發(fā)表在《電子器件快報(bào)》（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(cè)試結(jié)果