雙層電感式無(wú)線無(wú)源濕度傳感器的研究.pdf

1、隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，信息交流變得越來(lái)越重要，人們渴望獲得更多有效的信息。隨著科技的不斷進(jìn)步，人類進(jìn)入了傳感時(shí)代。各種各樣的傳感器使得人們的生活智能化，而物聯(lián)網(wǎng)的誕生，使得微型化、低功耗、無(wú)線化、無(wú)源化等特點(diǎn)成為新時(shí)代傳感器的要求，特別是無(wú)線化與無(wú)源化，可以幫助人們進(jìn)行一些惡劣環(huán)境或者密閉空間的監(jiān)測(cè)，使得人們可以搜集到更多的數(shù)據(jù)?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，無(wú)線無(wú)源傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越廣，包含:工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、生物領(lǐng)域等等，未來(lái)人們對(duì)與無(wú)線無(wú)源

2、的依賴也會(huì)越來(lái)越多。
　　由于濕度是人們?nèi)粘Ｉ钆c工作的一個(gè)重要參數(shù)，MEMS無(wú)線無(wú)源濕度傳感器也一直是科研工作者研究的重點(diǎn)。其中實(shí)現(xiàn)無(wú)線無(wú)源比較常見(jiàn)的是方法是利用LC振蕩回路技術(shù)，通過(guò)濕敏電容和片上電感構(gòu)成諧振回路，諧振頻率與環(huán)境濕度之間存在一個(gè)映射關(guān)系，用頻率的改變來(lái)反應(yīng)濕度的變化。平面叉指電容雖然設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是很大一部分電力線是穿過(guò)空氣的，導(dǎo)致有效電容比較小。而三明治電容由于靈敏度高、設(shè)計(jì)多樣，常被用作濕敏電容，但是傳統(tǒng)的三

3、明治電容為多層結(jié)構(gòu)，必須考慮上下電極的引出問(wèn)題，需要多步光刻才能實(shí)現(xiàn)，使得傳統(tǒng)三明治結(jié)構(gòu)無(wú)線無(wú)源濕度傳感器在工藝上具有一定的復(fù)雜度。同時(shí)，單層電感結(jié)構(gòu)的電感值較小，為了獲得大電感就必須增加圈數(shù)，占用更多的面積，不利于提高集成度。
　　針對(duì)以上問(wèn)題，本論文提出一種采用三明治結(jié)構(gòu)的雙層電感式無(wú)線無(wú)源濕度傳感器，它完全省去了通孔工藝，敏感電容上下電極通過(guò)電感耦合實(shí)現(xiàn)電信號(hào)傳遞，使得工藝大大簡(jiǎn)化，也提高了傳感器成品率，同時(shí)雙層電感結(jié)構(gòu)使得

4、諧振電路總電感增加，避免了初始諧振頻率落在高頻段，降低外部電路設(shè)計(jì)難度，較大的總電感可以節(jié)省芯片面積，提高集成度。
　　本文建立了雙層電感結(jié)構(gòu)的理論模型，分析了該結(jié)構(gòu)理論上的可行性與優(yōu)越性。給出了該傳感器完整的工藝流程，利用微加工工藝制備樣品并進(jìn)行測(cè)試。本文對(duì)電感為4圈的單層電感結(jié)構(gòu)，反向雙層電感結(jié)構(gòu)和同向雙層電感結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，并且制作了電感為10圈的反向雙層電感結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)測(cè)試與對(duì)比得到:單層4圈結(jié)構(gòu)的靈敏度為48.9 kHz/％