[其他]金屬—氧化鋁—硅結構濕度傳感器及其制備工藝

在審

• 申請號: 101986000002535
• 申請日: 1986-10-17
• 公開（公告）號: CN86102535B
• 公開（公告）日: 1988-11-16
• 發明（設計）人: 駱如楊
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海冶金研究所
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 季良趕;沈德新

本發明是Ｓｉ－ＭＯＳ結構Ａｌ₂Ｏ₃濕度傳感器，屬于指示環境濕度的元器件。它是在低阻Ｓｉ襯底上通過Ａｌ蒸發和陽極氧化及熱處理制備一層穩定的多孔α－Ａｌ₂Ｏ₃，并而使Ａｌ₂Ｏ₃濕度傳感器改善或克服了長期漂移問題，并能同時測量絕對濕度和相對濕度。本發明的濕度傳感器測濕范圍寬、靈敏度高、重復性和穩定性好，可廣泛用于工業過程控制、環境濕度檢測、各種高純氣體水含量分析、氣密封裝電子器件殘留水份監測及電子器件的可靠性和失效機理研究等。

本發明是金屬-氧化物-半導體（MOS）結構Al₂O₃濕度傳感器，屬于指示環境濕度的元器件。

氣相濕度的測量和控制在現代工業部門與科技工作中有著重要作用。環境濕度對電子器件的可靠性、工業產品質量等常常有決定性影響。因此，濕度傳感器已成為工業產品質量控制和檢測高可靠電子元器件氣密封裝中以及高純氣體中的殘留水份的重要元器件。

在各種濕度傳感器中，極大部份都是用于高濕氣相的相對濕度傳感器。能測量低濕氣相絕對濕度的傳感器很少，至于同時能測量絕對和相對濕度的、特別是半導體MOS結構的濕度傳感器則沒有見到報導。

Si-MOS結構Al₂O₃，濕度傳感器是近年來發展較快的薄膜濕度傳感器（例如美國專利US4143177，US4277742）。這種傳感器重量輕、體積小、靈敏度高，且可連續檢測，因而特別適合濕度的在線檢測和自動控制，可在工業過程控制、生物學、藥物學、食品工業等部門廣泛應用，并可直接封入氣密封裝的電子元器件中“在位”監測殘留水份并考察它對元器件可靠性的影響（見Solid State TechnoLogy，February 1978，p35）。

但是上述已有技術的Al₂O₃濕度傳感器存在的長期漂移一直無法消除，并且，由于工藝上的原因，也沒能制得對絕對濕度和相對濕度都敏感的兩用濕度傳感器。

Si上Al的陽極氧化通常直接采用H₂SO₄、H₃PO₄或酒石酸銨溶液（例如美國專利US4143177）。但這種方法工藝不易穩定，多孔Al₂O₃的結構參數難以控制，且其晶相結構一般為γ-Al₂O₃和γ-Al₂O₃·H₂O微晶與大量無定型Al₂O₃的混合相。由于γ-Al₂O₃表面能態甚高，十分活潑，極易化學吸附水汽且極難脫除，從而形成Al₂O₃·H₂O水化相并逐步相變，最終生成Al（OH），伴隨體積增大（約1.5倍），導致Al₂O₃孔洞孔徑變小、孔深變淺，表面積減小，吸附容量減小，這就造成傳感器響應值的長期漂移，靈敏度不斷下降，傳感器的性能不穩定。濕度傳感器在測量相對濕度時，通常在大氣中使用，其環境含水量大，因而γ-Al₂O₃的相變也更快。所以這種傳感器不能用于測量相對濕度。

為了克服Al₂O₃濕度傳感器已有技術的上述不足，本發明通過改進陽極氧化工藝，使Al₂O₃中的γ-Al₂O₃相轉變為α相，從而使生成的多孔Al₂O₃結構更加穩定，改善了這種傳感器的長期漂移的問題，并且可以用其同時測量絕對濕度和相對濕度，使傳感器可得到更廣泛的應用。