Two-Chip Integrated Humidity Sensor Using Thin Polyimide Films

폴리이미드 박막을 이용한 투 칩 집적화 습도 센서

A two-chip humidity sensor system has been developed which consists of a capacitive sense element die and a CMOS interface chip. The sense element was fabricated using thin polyimide films on (100) silicon substrate and showed excellent linearity(0.72%FS), low hysteresis (<3%) and low temperature coefficient(-0.0285 ~-0.0542pF/K) over a wide range of relative humidity and temperature. The capacitance-relative humidity characteristic exhibited a drift of 2~3% after 9 weeks of exposure to 4$0^{\circ}C$/90%RH. The signal-conditioning circuitry was fabricated using an 1.2- ${\mu}{\textrm}{m}$, one poly double metal CMOS process. The measured output voltage of the sensor system was directly proportional to relative humidity and showed good agreement with theory.

본 논문에서는 정전용량형 센서 칩과 CMOS 인터페이스 칩으로 구성된 투 칩 집적화 습도 센서를 개발하였다. (100) 실리콘 기판위에 폴리이미드 박막을 이용해서 제작된 습도 센서 칩은 넓은 습도 및 온도 범위에 걸쳐 우수한 직선성(0.72%FS), 낮은 히스테리시스(<3%), 작은 온도계수(-0.0285∼-0.0542 pF/K)를 나타내었다. 40℃/90%RH에서 9주동안 방치한 후 측정된 정전용량은 약 2∼3% 변하였다. 신호처리 회로는 1.2-㎛, one poly double metal CMOS 공정으로 제작하였다. 측정된 센서 출력 전압은 상대습도에 비례해서 변하였으며, 이론치와 잘 일치하였다.