丁书聪， 黄宜明， 王 晓， 梁峻阁， 顾晓峰

（江南大学电子工程系物联网技术应用教育部工程研究中心， 江苏 无锡 214122）

1 引言

湿度传感器是一种将环境湿度信息线性转换成电学、光学、频率等不同信号的器件，主要的研究集中在湿敏材料优化和检测电极设计两个方面[1-3]。 此外，湿度传感器的感湿性能与器件封装和检测电路配置也密切相关。 湿敏材料是影响传感器检测性能的核心因素，也是湿度传感领域的研究重点。 本文从湿敏薄膜的材料与结构特性出发，结合感湿机理分析了对传感器灵敏度、迟滞、反应时间等感湿参数的影响[4-7]。 在此基础上，阐述了当前湿度传感器常用的封装方案及检测电路的构成对湿度检测特性的影响。

2 湿度传感器感湿机理与分类

在湿度环境下，不同湿敏材料具有不同的电荷迁移[8]和介电扰动[3]机理，湿度传感器展现出的湿度敏感特性也截然不同，主要体现在灵敏度、湿度检测范围、迟滞、反应速度等方面。 根据湿敏材料的种类，湿度传感器可划分为陶瓷类、聚合物类、电解质类等形式，对湿敏材料微纳结构和材料性质的调整可针对性地优化传感器的感湿特性。

2.1 湿敏材料的感湿机理

湿度传感器的感湿机理主要包括离子型感湿和电子型感湿，前者在高湿度区间起主导作用，后者可辅助提升低湿度区间的感湿性能。 离子感湿机理又称为Grotthuss 机理，以SnO2多孔薄膜为例，其感湿机理如图1 所示。 在低湿环境下， 第一层水分子会吸附于氧空位上，并以双氢键的形式与材料分子键合，这种化学吸附会形成不连续的水分子层，由于低湿阶段的水分子解离十分微弱，电子在水分子与氧离子之间的迁移成为了导电率增加的主要原因[9]。……