微小型感測模組

Abstract

本論文之研究旨在於探討將感測及數據傳輸系統微小化之研究和製作。由於近年來感測系統微小化成為感測技術發展研究的最主要趨勢之一。伴隨著近數十年來半導體產業的快速發展,電子元件在製造上積體化和微小化亦趨成熟,間接使得感測元件及致動元件在研究發展及製造上也如虎添翼般蓬勃發展。在使用或稍微修改標準的半導體製程之後,微感元件可以藉由成熟的製程技術,經過良好的模擬及設計進而實現元件微小化的理想。然而將各項物理量,光,電,磁,熱,力學量轉換成可感測的電訊號,基本上需在標準的半導體製程中選用適當的材料及結構之設計達成訊號之轉換及拾取。這樣的要求對於現代科技在設計上對訊號拾取的能力,雜訊的免疫處理以及類比訊號放大等種種成為主要的考驗。另一方面,感測元件和電路處理單元的積體化或整合的關鍵之一在於感測元件所使用的製程與光電信號處理的電路所需的製程匹配與否。除了感測訊號的轉換及處理之外,將必要的訊號無失真地傳送至遠端的系統監控及處理也成為系統設計的重要考量之一。然而,在這些系統設計需求考量下,將感測系統模組化和微小化即為本論文研究和探討的主要目的。

Recent developments in the research of integrated micro-sensors, demonstrated the possibility of fabricating many sensors using standard CMOS technologies or after some modifications. Of course, the materials available in a CMOS process are limited and their thermoelectric properties may not be optimal. Therefore, CMOS compatible sensors are typically less performance than devices based on dedicated materials. This thesis reports on the design of sensors, interface circuits, and drivers for a miniature-sensing module. In particular we have proposed two different designs for thermoelectric sensor, which can be applied to other thin-membrane structure sensors., like accelerometer, AC power sensor or thermal converter and a multi-sensor for heating, ventilation and air conditioning.