专利名称：集成频率输出湿度检测装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种与CMOS工艺兼容的集成频率输出湿度检测器，属于湿度测量仪器制造的技术领域。
背景技术：
湿度传感器是基于其功能材料能发生与湿度有关的物理效应或化学反应的基础上制造的。它具有可将湿度物理量转换成电讯号的功能。这些功能可以通过与湿度有关的电阻或电容的变化、长度或体积的胀缩、以及结型器件或MOS器件的某些电参数的变化来得到实现。它在军事、气象、农业、工业(特别是纺织、电子、食品工业)、疗、建筑以及家用电器等方面有广泛的应用。
目前，湿度传感器品种繁多。就其所使用的感湿材料而言，主要在电解质和高分子化合物感湿材料、半导体陶瓷材料、以及元素半导体和多孔金属氧化物半导体材料等。电解质湿度传感器具有测量范围窄、可重复性差、使用寿命短等缺点。高分子化合物湿度传感器具有感湿性能好、灵敏度高等优点；以及在高温和高湿条件下性能变差、稳定性差、抗腐蚀和抗沾污能力差等缺点。半导体陶瓷材料湿度传感器具有感湿性较好、生产简单、成本低、响应时间较短、可加热清洗等优点；以及精确测量较难、高温下性能差，难以集成化等缺点。多孔氧化物湿度传感器具有响应速度快、化学稳定性好、承受高温和低温能力强、可集成化等优点。目前市场上湿度传感器大多是单个敏感元件，需要使用者配以测量电路才可正常工作。
发明内容
(1)发明目的本发明的目的是提供一种将传感器和电容检测电路集成在一块芯片上，稳定性好、灵敏度高、适合于大批量生产的集成频率输出湿度检测装置。
(2)技术方案本发明的集成频率输出湿度检测装置是由电容传感器和检测电路所组成，由电容传感器和检测电路所组成，检测电路由恒流源电路、斯密特触发器、脉冲整形电路所组成，恒流源电路和电容传感器输出端接斯密特触发的输入端，斯密特触发器的输出端接脉冲整形电路的输入端，脉冲整形电路的输出端为频率信号输出端，所有电路均集成在一块芯片上；恒流源电路由CMOS管M1～11所组成，斯密特触发器由CMOS管M12～17所组成，脉冲整形电路由CMOS管M18～21所组成，恒流源电路的输出端即CMOS管M9、M10输出端的连接点，与斯密特触发器的输入端即CMOS管M12、M13、M15、M16的输入湍相连接，斯密特触发器的输出端即XMOS管M13、M15的输出端与脉冲整形电路的输入端即CMOS管M18、M19的输入端相连接，电容传感器接在斯密特触发器的输入端即CMOS管M12、M13、M15、M16输入端；电容传感器采用梳状敏感电容结构，采用CMOS工艺，与检测电路集成在一片硅片上。梳枝之间的间距即为敏感电容的间距。很显然，总的敏感电容为每个梳枝之间的电容的和。该间距中的介质为与环境相通的空气。当空气中湿度发生变化时，将引起电容介电常数的变化，进而使电容量也发生变化。由于电容量变化很小，一个能检测该电容变化的电路也集成在芯片上。该电路的输出为方波信号。这样便于传输和采用微控制器读取信号。该电路的输出频率可以用下式表示f＝Is/2[(Vh-Vi)Cx]式中Is为恒流源提供的电流，Vh和Vi分别为斯密特触发器的高、低阀值电压，由上式可见，输出频率与电容传感器的电容值成反比。
(3)技术效果本发明将传感电容和电容检测电路集成在一块芯片上形成集成频率输出湿度检测装置，稳定性好、灵敏度高、体积小、干扰小，适合于采用标准CMOS工艺大批量生产，因此成本低、应用广泛。
四
图1是本发明的电路框图。其中有恒流电路1、斯密特触发器2、脉冲整形电路3、电容传感器Cx。
图2是本发明的电路原理图。其中有CMOS管M1～M21。
图3是本发明电容传感器Cx为梳状结构的示意图。
五具体实施例方式
本发明的集成频率输出湿度检测装置是由电容传感器和检测电路所组成，恒流源电路1由CMOS管M1～11所组成，斯密特触发器2由CMOS管M12～17所组成，脉冲整形电路3由CMOS管M18～21所组成，恒流源电路1的输出端即CMOS管M9、M10输出端的连接点，与斯密特触发器2的输入端即CMOS管M12、M13、M15、M16的输入湍相连接，斯密特触发器2的输出端即CMOS管M13、M15的输出端与脉冲整形电路3的输入端即CMOS管M18、M19的输入端相连接，电容传感器Cx接在斯密特触发器2的输入端即CMOS管M12、M13、M15、M16输入端；电容传感器Cx采用梳状敏感电容结构，采用CMOS工艺，与检测电路集成在一片硅片上。
实施例1CMOS兼容型湿度传感器集成芯片的制造1。敏感电容结构采用梳状结构。敏感电容采用金属制造。整个工艺采用标准的P阱CMOS工艺实现。去湿电阻采用多晶硅并和栅电极同时形成。在完成电路芯片的流水后，整个芯片电路部分用防水的钝化膜覆盖，敏感膜部分暴露在环境气氛下。
实施例2CMOS兼容型湿度传感器集成芯片的制造2。敏感电容结构组成和电路与例1一样，只是敏感电容不单纯采用金属，而是采用多晶硅和金属复合膜。制造方法是，在做引线孔光刻时，刻去敏感电容部分的二氧化硅；在做金属的光刻时，当金属刻蚀干净后进一步采用干法刻蚀技术刻去敏感电容下的多晶硅。去湿电阻做在敏感电容下的硅表面，采用P阱即可。整个工艺为标准的P阱CMOS工艺。在完成电路芯片的流水后，整个芯片电路部分用防水的钝化膜覆盖，敏感膜部暴露在环境气氛下。
权利要求
1.一种集成频率输出湿度检测装置，由电容传感器和检测电路所组成，其特征在于检测电路由恒流源电路(1)、斯密特触发器(2)、脉冲整形电路(3)所组成，恒流源电路(1)和电容传感器(Cx)输出端接斯密特触发器(2)的输入端，斯密特触发器(2)的输出端接脉冲整形电路(3)的输入端，脉冲整形电路(3)的输出端为频率信号输出端(Vout)，所有电路均集成在一块芯片上。
2.根据权利要求1所述的集成频率输出湿度检测装置，其特征在于恒流源电路(1)由CMOS管M1～11所组成，斯密特触发器(2)由CMOS管M12～17所组成，脉冲整形电路(3)由CMOS管M18～21所组成，恒流源电路(1)的输出端即CMOS管M9、M10输出端的连接点，与斯密特触发器(2)的输入端即CMOS管M12、M13、M15、M16的输入湍相连接，斯密特触发器(2)的输出端即CMOS管M13、M15的输出端与脉冲整形电路(3)的输入端即CMOS管M18、M19的输入端相连接，电容传感器(Cx)接在斯密特触发器(2)的输入端即CMOS管M12、M13、M15、M16输入端。
3.根据权利要求1或2所述的集成频率输出湿度检测装置，其特征在于电容传感器(Cx)采用梳状敏感电容结构，采用CMOS工艺，与检测电路集成在一片硅片上。
全文摘要
集成频率输出湿度检测装置是一种与CMOS工艺兼容的集成频率输出湿度检测器,由电容传感器和检测电路所组成,检测电路由恒流源电路、斯密特触发器、脉冲整形电路所组成,恒流源电路和电容传感器输出端接斯密特触发器的输入端,斯密特触发器的输出端接脉冲整形电路的输入端,脉冲整形电路的输出端为频率信号输出端,所有电路均集成在一块芯片上;恒流源电路由CMOS管M1～11所组成,斯密特触发器由CMOS管M12～17所组成,脉冲整形电路由CMOS管M18～21所组成,恒流源电路的输出端即CMOS管M9、M10输出端的连接点,与斯密特触发器的输入端即CMOS管M12、M13、M15、M16的输入端相连接。
文档编号G01N27/22GK1357758SQ02112519
公开日2002年7月10日 申请日期2002年1月11日 优先权日2002年1月11日
发明者黄庆安, 秦明, 严先蔚 申请人:东南大学