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研究生:張龍現
研究生(外文):Lung-Hsien Chang
論文名稱:可植入型壓阻式微血壓感測器之製造與特性分析
論文名稱(外文):Fabrication and Characterization of Implantable Piezoresistive Micro Blood Pressure Sensor
指導教授:劉建惟劉建惟引用關係
指導教授(外文):Chien-Wei Liu
口試委員:劉建惟鄭錦隆徐自珍
口試委員(外文):Chien-Wei LiuChin-Lung ChengTzu-Cheng Hsu
口試日期:2014-07-21
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:可植入式微機電系統壓阻式微血壓感測器心臟血壓監控
外文關鍵詞:ImplantableMEMS (micro-electro-mechanical systems)piezoresistivemicro blood pressure sensor (MBPS)heart blood pressure monitoring
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本研究主要為製造及特性分析一可植入型微機電系統壓阻式微血壓感測器作為心臟血壓監控之用。本研究中,微血壓感測器晶片尺寸及厚度分別為700 μm × 700 μm及200 μm已經成功地利用標準積體電路及微機電系統製程製造出來。微血壓感測器分別採用正方尺寸及厚度各為400 μm及2 μm之電漿輔助化學氣相沉積二氧化矽薄膜作為感壓膜,以及具有1020 atoms/cm3離子佈植濃度之圖案化多晶矽薄膜材料作為壓阻式感壓電阻。微血壓感測器晶片經過封裝後,在空氣及矽油中,分別完成其特性分析及可靠度測試。本研究結果顯示在空氣中於0-300 mmHg之操作壓力範圍及於30-50 oC之操作溫度範圍下,本研製之微血壓感測器之靈敏度、最佳配適直線法線性度、靈敏度溫度係數、電阻溫度係數及零點偏移溫度係數分別各為1.7 mV/mmHg、0.994、2.47x10-6 %/oC、5x10-5 /oC及1.37 mV/oC。更多詳細的結果將於本論文中討論。
This study is mainly to fabricate and characterize the implantable MEMS (micro-electro-mechanical systems) based piezoresistive micro blood pressure sensor (MBPS) for heart blood pressure monitoring. In this study, the MBPS chip has a dimension size of 700 μm by 700 μm and a thickness of 200 μm is fabricated successfully by using the standard ICs and MEMS processes. A 2 μm thick PECVD silicon dioxide thin film is used as the pressure sensing diaphragm which has a square size of 400 μm in length and the patterned poly-silicon (poly-Si) thin film material with an ion implantation concentration of 1020 atoms/cm3 is used as the piezoresistive pressure sensing resistance, respectively. After the MBPS chip packaging, the characterization and reliability test of MBPS have been done in air and silicon oil, respectively. In the present result, in air under an operated pressure range of 0-300 mmHg and an operated temperature range of 30-50 oC, the sensitivity, linearity of best straight line fit method, temperature coefficient of sensitivity (TCS), temperature coefficient of resistance (TCR) and temperature coefficient of zero offset (TCZ) of MBPS characteristics are 1.7 mV/mmHg, 0.994, 2.47x10-6 %/oC, 5x10-5 /oC and 1.37 mV/oC, respectively. More detailed result will be discussed in this thesis.
摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
符號說明 xii
第一章 緒論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2文獻回顧 2
第二章 理論基礎 7
2.1 壓阻式壓力感測器原理 7
2.2 理論基礎 8
2.2.1 壓阻特性 8
2.2.2 薄膜變形理論 11
2.3 電阻估算 18
2.4 製作流程規劃 20
2.4.1 薄膜材料選用 20
2.4.2 製作流程 22
2.5 電路設計 26
第三章 製程結果與討論 32
3.1 多晶矽離子佈植與退火 32
3.2 多晶矽蝕刻 33
3.3 金屬化製程 33
3.4 二氧化矽薄膜沉積 34
3.5 二氧化矽蝕刻 37
3.6 壓阻檢測 38
3.7 低溫深蝕刻 40
3.8 晶片切割 46
3.9 晶片與PCB連線 47
3.10 元件封裝 48
第四章 量測結果與討論 52
4.1 實驗流程簡介 52
4.2 感測器特性量測與溫度效應探討 53
4.2.1 量測腔體與周邊設備介紹 53
4.2.2 感測器裸晶片穩定度測試結果 55
4.2.3 感測器TCR測試 57
4.2.4 感測器特性量測結果 58
4.2.5 在不同溫度下的特性量測結果 62
4.2.6 溫度補償公式操作 65
4.3 在空氣中的動態可靠度量測 68
4.3.1 動態可靠度周邊設備介紹 68
4.3.2 在空氣中動態可靠度實驗量測結果 70
4.4 在油體內的動態可靠度量測 78
4.4.1 在油體內的動態可靠度量測周邊設備介紹 78
4.4.2 在油體內的動態可靠度量測結果 79
第五章 結論與未來展望 85
5.1 結論 85
5.2 未來與展望 86
參考文獻 87

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