跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.222.104.206) 您好!臺灣時間:2024/05/28 11:35
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:李杰翰
研究生(外文):Chieh-Han Lee
論文名稱:利用CMOS-MEMS製程設計與製作電容式微加速度計及微麥克風
論文名稱(外文):Design and Fabrication of Capacitive Accelerometer and Microphone using CMOS-MEMS Process
指導教授:黃榮堂黃榮堂引用關係
口試委員:陳雙源楊啟榮
口試日期:2008-07-30
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:87
中文關鍵詞:CMOS微機電微加速度計微麥克風
外文關鍵詞:CMOSMEMSAccelerometerMicrophone
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:495
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:3
CMOS-MEMS製程是直接從一般IC製造中的CMOS製程加上微加工技術,使其具有機械特性,因此利用CMOS-MEMS製程來製作微機電元件,不僅可以有一般微機電加工技術的優點,同時也因為可與一般IC製程相容,易於與IC電路整合,形成微機電系統。
本論文是利用CMOS標準製程與微機電後製程研製電容式微加速度計及微麥克風,並提出新的製程方法及結構,且可與CMOS製程及電路整合之晶片;同時藉由CoventorWare模擬分析軟體針對三軸微加速度計及微麥克風結構做改良設計;最後利用CIC所提供的RLS後製程以及乾、溼蝕刻製程步驟達到加速度計與麥克風結構的建立。
CMOS-MEMS is composed of CMOS process from IC fabrication and MEMS. The elements based on CMOS-MEMS have the mechanical properties. Therefore, using CMOS-MEMS process for MEMS elements not only has the advantages of MEMS but also has the compatibility with IC fabrication. Moreover, the elements which are fabricated by CMOS-MEMS are easy to integrate with IC circuits.
The study was using the standard CMOS process and MEMS post-process to develop the capacitance accelerometer and microphone. Besides, we demonstrated new processes for fabrication and new structures which could be fabricated by CMOS and be integrated with circuits on one chip. Meanwhile, we used the simulation software, ConvetorWare, to optimize the structures of three-axis accelerator and microphone. In the final steps, using RLS post-process which was provided by CIC and dry、wet etching achieved the establishment of the accelerator and microphone.
中文摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.1.1 加速度計介紹及其發展 2
1.1.2 麥克風介紹及其發展 4
1.2 研究動機 6
1.3 文獻探討 8
1.3.1 微加速度計文獻探討 8
1.3.2 微麥克風文獻探討 12
1.4 研究方法 14
1.5 論文架構 15
第二章 原理與分析 16
2.1 基本電容感測原理 16
2.2 加速度計設計分析 17
2.2.1 機械動態系統 17
2.2.2 差動型結構電容原理 18
2.3 麥克風設計分析 21
2.3.1 靈敏度 22
2.3.2 初始應力 22
2.3.3 共振頻率 23
2.3.4 振膜中心點位移量 23
2.3.5 電容變化量 23
2.3.6 空氣電阻Rr及質量Mr 24
第三章 CMOS-MEMS電容式感測器製程設計 25
3.1 標準CMOS製程 25
3.2 CMOS-MEMS 28
3.3 電容式微加速度計及微麥克風製程與結構 31
3.3.1 感測器設計流程 31
3.3.2 結構簡介 32
3.3.2.1 X,Y軸加速度計製程與結構 32
3.3.2.2 Z軸加速度計製程與結構-以TiN為感測電極 34
3.3.2.3 Z軸加速度計製程與結構-以金屬層及Via為感測電極 38
3.3.2.4 電容式麥克風製程與結構 40
第四章 電容式微加速度計與微麥克風之設計與模擬 43
4.1 加速度計結構設計與模擬 43
4.1.1 X,Y軸加速度計設計與模擬 44
4.1.2 Z軸加速度計設計與模擬 47
4.1.2.1 結構設計原理 47
4.1.2.2 以TiN為感測電極之Z軸感測設計流程 49
4.1.2.3 以Metal與Via為感測電極之Z軸感測設計 50
4.1.2.4 結構模擬結果 51
4.2 麥克風結構設計與模擬 55
第五章 實驗與討論 61
5.1 後製程與參數 61
5.1.1 後製程步驟 61
5.1.1.1 X軸及Y軸加速度計後製程 61
5.1.1.2 Z軸加速度計後製程 68
5.1.1.3 電容式麥克風後製程 73
5.2 後製程結果與討論 76
第六章 結論與未來研究方向 78
6.1 結論 78
6.2 未來研究方向 79
6.2.1 電容式加速度計 79
6.2.2 電容式麥克風 79
參考文獻 83
作者簡介 87
[1]胡馨華,新型(111)單晶矽微加速度計之設計製造與測試,碩士論文,國立清華大學動力機械工程研究所,新竹,2003。
[2]H. Reismann and P.S. Pawlik, Elasticity, Theory and applications, John Wiley &Son, New York, 1991, pp.133-135.
[3]嚴重坤,微型壓力感測器,碩士論文,遠東技術學院機械研究所,台南縣,中華民國九十二年。
[4]明基電通新世代應用微機電整合之噴墨單晶片成果發表會簡報,2007。
[5]陳永霖,CICeNEWs,January 15th,2007。
[6]B.E Boser and R. T. Howe,”Micromachined Accelerometer”IEEE Journal of Solid-state Circuits ,Vol. 31, pp366~375,1996.
[7]N. Yazid, F. Ayzi and K. Najafi,“Micromachined Inertial Sensor”,invited paper,proceedings of the IEEE, vol 86,1996.
[8]http://www.hope.com.tw/Art/Show2.asp?O=200711220000009987&L=CT&U=CTCS
[9]何建龍,「壓電微型加速度計之製作與特性量測」,國立台灣科技大學機械工程系,奈米工程暨微系統技術研討會,2004。
[10]J. C. Lotters, W. Olthuis, P. H. Veltink and P. Bergveld, “Theory,technology and assembly of a highly symmetrical capacitive triaxial accelerometer”, IEEE MEMS’1997, Nagoya, Japan, Jan. 97, pp 31-36.
[11]L. M. Roylance and J. B. Angell, “A batch-fabricated silicon accelerometer”, IEEE Transactions on Electronic Devices, ED-26, pp 1911-1917, 1979.
[12]A. Partridge, J. K. Reynolds, B. W. Chui, E. M. Chow, A. M. Fitzgerald, L. Zhang, N. I. Maluf and T. W. Kenny, “Ahigh–performance planar piezoresistive accelerometer”, Journal of Microelectromechanical Systems, Vol.9, No.1, pp 58-66, 2000.
[13]B. Puers and W. Sansen, “A new uniaxial accelerometer in silicon based on the piezojunction effect”, IEEE Transactions on Electronic Devices, ED-35, pp 764-770, 1988.
[14]P. Scheeper, J. O. Gulloy and M. Kofoed, “A piezoelectric triaxial accelerometer”, Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol.6, pp 131-133, 1996.
[15]T. Storgaard-Larsen, S. Bouwstra and O. Leistiko, “Optomechanical accelerometer based on strain sensing by a bragg grating in a planar waveguide”, Sensors and Actuators A, Vol.52, pp 25-32, 1996.
[16]C. H. Liu, A. M. Barzilai, J. K. Reynolds, A. Partridge, T. W. Kenny, J. D. Grade and H. K. Rockstad, “Characterization of a high-sensitivity micromachined tunneling accelerometer with micro-g resolution”, Journal of Microelectromechanical Systems, Vol.7, No.2, pp 235-244, 1998.
[17]朱嘉儀,新型SOG微加速度計之設計與機電系統整合探討,碩士論文,國立清華大學動力機械工程研究所,新竹,2005。
[18]Analog Devices, “ADXL-Monolithic Accelerometer with signal conditioning” Datasheet, One Technology Way, Norwood, MA02062, 1993.
[19]http://www.itis.org.tw/rptDetailFree.screen?rptidno=35E72E7438D6D8AC4825737F000DA05B
[20]http://www.mem.com.tw/coverstory_content.asp?sn=0801280011
[21]http://stock.yam.com/rsh/article.php/541244
[22]梁凱智,CMOS製程整合電熱致動與壓阻感測之元件開發,碩士論文,國立清華大學動力機械工程研究所,新竹,民國93年。
[23]國科會精密儀器發展中心,微機電系統技術與應用,台灣:國家圖書館,2003。
[24]Gang Zhang, Huikai Xie, Lauren E. de Rosset and Gary K. Fedder, A lateral capcitive CMOS accelerometer with structural curl compensation, Department of Electrical and Computer Engineering and The Robotics Institute Camegie Mellon University, 1999.
[25]Hongwei Qu, Deyou Fang, Huikai Xie, A Single-Crystal Silicon 3-axis CMOS-MEMS Accelerometer, Department of Electrical and Computer Engineering, University of Florida, Gainesville, Florida, 32611-6200, USA, 2004.
[26]C. M. Sun, C.W. Wang, W. Fang “A Novel CMOS MEMS Accelerometer with Four Sensing Finger Arrays”, The 2006 IEEE Sensors Conference, 2006.
[27]P.R.Scheeper,A.G.H.van der Donk,W.Olthuis,and P.Bergveld, "Fabrication of silicon condenser microphone using single wafer technology", J. Microelectromech. Syst. vol. 1,no. 3, 1992.
[28]Patrick R.Scheeper,Wouter Olthuis,and Piet Bergveld, "The design, fabrication, and testing of corrugated silicon nitride diaphragms", J. Microelectromech. Syst., vol. 3,no. 1,pp. 36-42, 1994.
[29]John J. Neumann Jr.*, Kaigham J. Gabrel,“CMOS-MEMS membrane for audio-frequency acoustic actuation”, Sensors and Actuators A95, 2002,. pp. 175-182.
[30]Yoshinori Iguchi a,∗, Masahide Goto a, Masakazu Iwaki a, Akio Andoa, Kenkichi Tanioka a, Toshifumi Tajima a, Futoshi Takeshi b, Susumu Matsunaga b, Yoshinobu Yasuno b,“silicon microphone with wide frequency range and high linearity”, 26 September 2006.
[31]S.S. Rao Mechanical Vibrations.4th edition , Pearson Education International.
[32]董景新,微慣性儀表-微機械加速度計,北京,北京清華大學出版社, 2003。
[33]M. Gayford, Microphone engineering handbook, 1994.
[34]W. Kuhnel and G. Hess,”A silicon condenser microphone with structured back plate and silicon nitride membrane",Sensors and Actuators A,vol.30,pp.251_2 58 ,1992.
[35]Quirk;Serda,半導體製造技術,台北:培生,2003。
[36]鄭英周,李其源,張培仁,陳炳輝,「CMOS-MEMS製程技術與電腦輔助微機電系統設計的整合研究」,國立臺灣大學台大工程學刊,第九十一期,民國九十三年六月,第21-32頁。
[37]陳永霖,CMOS MEMS Foundry Service,台灣,國家晶片系統設計中心,2006,第1-136頁。
[38]郭文正,高深寬比懸浮結構之製程開發及在微機電式光開關的應用,博士論文,國立台灣大學機械工程研究所,台北,2006。
連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊