一種石墨烯/硅陣列式智能溫濕度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石墨烯新型多參數(shù)智能傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯/硅陣 列式智能溫濕度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫度與濕度是人類生存環(huán)境下的兩大主要參數(shù)。大氣環(huán)境的溫度可用攝氏溫度， 華氏溫度或絕對溫度來衡量；濕度通常可用絕對濕度，相對濕度，比濕度來衡量。濕度依賴 于溫度條件，所以濕度傳感器通常也會測試溫度，形成集成式溫濕度傳感器。溫濕度傳感器 用來測量一定溫度條件下的溫度值和相對濕度值。這類傳感器對工業(yè)生產(chǎn)控制，生物醫(yī)藥 制品、農(nóng)業(yè)自動化等方面具有極大影響。
[0003] 濕度測量始終是世界計量領(lǐng)域中著名的難題之一，究其原因是濕度與溫度是一 個相關(guān)函數(shù)，溫度的變化顯著地影響著濕度的測量結(jié)果。濕度的測量涉及相當(dāng)復(fù)雜的物 理-化學(xué)理論分析和方程計算。常見的濕度測量方法有：動態(tài)法(雙壓法、雙溫法、分流法)， 靜態(tài)法(飽和鹽法、硫酸法)，露點(diǎn)法，干濕球法和電子式傳感器法。
[0004] 傳統(tǒng)的動態(tài)法對測試系統(tǒng)和環(huán)境的潔凈度要求高，而靜態(tài)法測量的精度較差，電 子式傳感器利用半導(dǎo)體技術(shù)能夠較好的運(yùn)用于電子信息技術(shù)和工業(yè)中，產(chǎn)業(yè)需求大，本發(fā) 明的石墨烯陣列式溫濕度傳感器屬于電子式傳感器法，該方法同時測試溫度和濕度，提高 了傳感器的靈敏度和精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種靈敏度和精度高，且可集成使 用的石墨烯/硅陣列式智能溫濕度傳感器。
[0006] 本發(fā)明的石墨烯/硅陣列式智能溫濕度傳感器，包括電源模塊，陣列式溫濕度傳 感器模塊，電流檢測模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，微處理器模塊，輸入模塊和輸出模塊； 輸入模塊用于信號輸入以給微處理器模塊提供信號控制，電流檢測模塊檢測陣列式溫 濕度傳感器模塊中的電流，并通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將信號傳遞給微處理器模塊，微處理器模 塊處理后通過輸出模塊輸出溫度和濕度，電源模塊給各模塊供電。
[0007] 所述的輸入模塊可以為按鍵、觸摸屏、藍(lán)牙或者網(wǎng)絡(luò)通信接口。
[0008] 所述的輸出模塊可以是液晶顯示屏、觸摸屏、藍(lán)牙或網(wǎng)絡(luò)通信接口。
[0009] 所述的陣列式溫濕度傳感器模塊包括n型硅基體和覆蓋于n型硅基體上表面的 二氧化硅隔離層，在二氧化硅隔離層上陣列式地開有2X2個硅窗口，在每個硅窗口周圍的 二氧化硅隔離層的上表面覆蓋一個頂電極，在每個硅窗口及相應(yīng)頂電極上表面覆蓋有石墨 烯，每個硅窗口上石墨烯的邊界小于頂電極的邊界，在n型硅基體下表面設(shè)置底電極，形成 2X2陣列式器件； 在上述的2X2陣列式器件中一個對角的兩個單元采用封閉式真空封裝結(jié)構(gòu)，避免空 氣和光照影響器件，此部分作為測溫單元，另一對角的兩個單元采用開放式封裝結(jié)構(gòu)，作為 濕度測試單元。所述的電流檢測模塊分別檢測上述四個單元的電流信號。
[0010] 所述的n型硅基體的電阻率為1~10Q?cm，厚度為300~500ym。
[0011] 所述的石墨烯為單層石墨烯或還原氧化石墨烯，所述的還原氧化石墨烯厚度為 l_50nm〇
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的智能溫濕度傳感器基于石墨烯/硅肖特基結(jié)構(gòu)， 該石墨烯/硅肖特基結(jié)與傳統(tǒng)金屬/半導(dǎo)體肖特基結(jié)有著明顯差異，除了具有多子傳輸速 度快，反應(yīng)靈敏外還由于石墨烯的高透明，高導(dǎo)電，高導(dǎo)熱，高機(jī)械強(qiáng)度而適用于超常規(guī)條 件下的各種應(yīng)用。本發(fā)明的溫濕度傳感器采用獨(dú)特的陣列式結(jié)構(gòu)可同時獲得溫度和相對濕 度，并輸出?？蛇\(yùn)用于智能手機(jī)，智能可穿戴，智能家居等設(shè)備所需的傳感器當(dāng)中。該陣列 式結(jié)構(gòu)提高了靈敏度和重復(fù)性，能快速簡便測量環(huán)境溫度與濕度，甚至能檢測人體的溫濕 度而用于智能醫(yī)療診斷，健康小助手等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明石墨烯/硅陣列式智能溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明中陣列式溫濕度傳感器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為陣列式溫濕度傳感器模塊的截面示意圖； 圖中，電源模塊（1)，輸入模塊（2)，微處理器模塊（3)，電流檢測模塊（4)，陣列式溫濕 度傳感器模塊（5)，A/D轉(zhuǎn)換模塊（6)，輸出模塊（7) ;n型硅基體（51)、二氧化硅隔離層 (52)、硅窗口（53)、石墨烯（54)、頂電極（55)和底電極（56)。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0015] 參照圖1和圖2,本發(fā)明石墨烯/硅陣列式智能溫濕度傳感器，包括電源模塊1，陣 列式溫濕度傳感器模塊5,電流檢測模塊4,A/D轉(zhuǎn)換模塊6,微處理器模塊3,輸入模塊2和 輸出模塊7 ; 輸入模塊2用于信號輸入以給微處理器模塊3提供信號控制，電流檢測模塊4檢測陣 列式溫濕度傳感器模塊5中的電流，并通過A/D轉(zhuǎn)換模塊6將信號傳遞給微處理器模塊3， 微處理器模塊3通過輸出模塊7輸出溫度和濕度，電源模塊1給各模塊供電。
[0016] 所述的輸入模塊2可以為按鍵、觸摸屏、藍(lán)牙或者網(wǎng)絡(luò)通信接口。
[0017] 所述的輸出模塊7可以是液晶顯示屏、觸摸屏、藍(lán)牙或網(wǎng)絡(luò)通信接口。
[0018] 如圖2、3所示，所述的陣列式溫濕度傳感器模塊5包括n型硅基體51和覆蓋于n 型硅基體上表面的二氧化硅隔離層52,在二氧化硅隔離層52上陣列式地開有2X2個硅窗 口 53,在每個硅窗口周圍的二氧化硅隔離層的上表面覆蓋一個頂電極55,在每個硅窗口及 相應(yīng)頂電極上表面覆蓋有石墨稀54,每個娃窗口上石墨稀的邊界小于頂電極的邊界，在n 型硅基體下表面設(shè)置底電極56,形成2X2陣列式器件；所述的n型硅基體的電阻率為1~10 Q?cm，厚度為300~500ym。所述的石墨稀為單層石墨稀或還原氧化石墨稀，所述的還原 氧化石墨稀厚度為l_50nm。
[0019] 在上述的2X2陣列式器件中一個對角的兩個單元采用封閉式真空封裝結(jié)構(gòu)，作 為測溫單元，另一對角的兩個單元采用開放式封裝結(jié)構(gòu)，作為濕度測試單元；所述的電流檢 測模塊4分別檢測上述四個單元的電流信號。
[0020] 微處理器模塊的測試信號先控制電流檢測模塊測試2X2陣列式器件中位于對角 位置的兩個單元組A中的電流，取A的電流平