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TW200917499A - Thin film detector for presence detection - Google Patents

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TW200917499A
TW200917499A TW097124931A TW97124931A TW200917499A TW 200917499 A TW200917499 A TW 200917499A TW 097124931 A TW097124931 A TW 097124931A TW 97124931 A TW97124931 A TW 97124931A TW 200917499 A TW200917499 A TW 200917499A
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TW
Taiwan
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layer
sensor
piezoelectric
substrate
film
Prior art date
Application number
TW097124931A
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English (en)
Inventor
Mareike Klee
Klaus Reimann
Nair Biju Kumar Sreedharan
Roger Peter Anna Delnoij
Henri Marie Joseph Boots
Christina Adriana Renders
Olaf Wunnicke
Derk Reefman
Peter Dirksen
Ronald Dekker
Esch Harry Van
Wild Marco De
Ruediger Mauczok
Heesch Chris Van
Willem Franke Pasveer
Engel Johannes Knibbe
Remco Alphonsus Hendrikus Breen
Original Assignee
Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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Description

200917499 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本系統係關於例如用於使用包括薄膜超聲波傳感器之超 聲波傳感器的出現制、運㈣測及即時成像的傳感器與 用於-或多個物體之出現及/或運_測與即時成像（包括 一或多個無生命與有生命物體）的陣列，&各種參數（例如 速度、位置及/或該（等）物體的數目）的決定。 【先前技術】 傳感器的應用廣泛，例如用於運動與出現债測的感測 器。主要的驅動因素係節省辦公大樓與家中的能量以按需 要開/關燈以及增加燈的壽命。估計運動/出現偵測感測器 市場會快速增長。料此增長的領域，f要緊湊、低成本 及低輪廓（幾乎不可見）的感測器具有最小錯誤制或觸 發。進-步需要此類感測器更為智能，以(例如)致能在一 房間中人數與人位置的偵測，以及該房間中人的運動與運 動方向的偵測。此外，傳感器以較低功率運作，以致能無 線操作。 超聲波傳感器作為用於兑#廄 〇扣％他應用之感測器亦具有吸引 力，例如戶外控制以（例如 )肩/關燈或區域性（例如在城 市、建築物、街道等中）使光蠻 尤支暗。其亦可應用於侵入者 债測’其自動開啟監視裝置。 目前的運動感測器包括陶瓷 j％聲波運動偵測器與被動紅 外線（IR)偵測器，其係基 ，、、、尾陶瓷裝置。此類傳統IR裝 置非常龐大’並通常係安裝於— 、 房間的天t板上。Klee等 132600.doc 200917499 人的專利文件DE4218789說明一微加工熱電偵測器並且其 全部内容以引用方式併入本文中。該等IR感測器自接收的 紅外線能量之改變來偵測移動的人或人類運動。此等熱電 IR偵測器的缺點包括需要用於適當偵測的視線應清楚並且 不受阻擔。此外，IR價測器容易受陽光與環境光的改變所 干擾並對煙與熱敏感’因而提供錯誤警報。 *為了最小化錯誤警報或觸發，使用熱電被㈣測器與超 Ο 聲波债測器的組合，其中超聲波傳感器係緊鄰一被動紅外 線债測器加以安裝。此類組合褒置甚至比具有—直徑11 cm與高度3.5 cm之一典型尺寸的典型戊價測器還大，圖1 顯示一典型傳感器的輻射場型1〇“如圖丨所示，通常一傳 感器傳輸-相當窄的束11〇並因而具有較大盲區12〇、 130 ° 為了減低或消除盲區，提供一傳感器陣列，其中來自該 陣列之各元件或傳感器的信號係個別地控制以成形盜操: 自該陣列傳輸的超聲波束。此致能（例如）透過—房間或^ 域的掃描以债測人的位置。使用一傳感器陣列，還可聚焦 該束’其改良解析度與信號對雜訊比。該等超聲波陣列還 使用關聯電子電路來致能制與形成超聲波影像。 ^類超聲波感測器亦係設想用於車輔中之氣囊控制以根 據乘客的出現或不存在的偵測來開啟/關閉乘客氣 對傳感器的其他應用包括測量距 ^ ^ ^ ^ 此外，此類傳感器還 :用於堵如乘客佔據感測器的汽車用途以開啟/關閉氣 囊。此外，超聲波傳感器還可用於撞擊防止或保護系統， 132600.doc 200917499 如Gualtieri的美國專利第6,549,487號所說明，其全部内容 以引用方式併入本文中，其中一電子操控超聲波束係用以 測量一物體的距離、角度範圍及角度方向。超聲波接收器 接收自物體反射的聲波以用於處理以決定諸如此類物體之 距離、範圍、尺寸及方向的資訊。此等系統通常係自離散 的單一傳感器來構建。 矽隔膜上的壓電超聲波感測器為人所知，例如Ka〇ru 〇 YamaShita等人的標題為"隔膜型超聲波感測器藉由互補壓 I 電偏極化的敏感度改良（Sensitivity ImprQvement d
Diaphragm Type Ultrasonic Sensors by Complementary Piezoelectric P〇larization)”（Yamashita)之—文章中所說 明，其全部内容以引用方式併入本文中。此外，其全部内 容亦以引用方式併入本文中的Valentin Mag〇ri的標題為”空 氣中之超聲波感測器（Ultrasonic Sensors in Air)"之一文章 說明使用輻射束之電子操控的包括操作為相位陣列的壓電 〇 超聲波傳感器的智慧型超聲波感測器，用於基於自物體反 射之回音的物體辨識與距離偵測。 如Yamashita中所述，可將使用空中超聲波之三維成像 - 裝置用於車輛控制、自律機器人的物體偵測、及視障者與 ' 檢驗機器人的活動支援。如所述，由於超聲波之充分低的 傳播速度，空氣中之超聲波測量在少於數米之範圍内優於 電磁波（包括精確距離測量中的光與毫米波）。 讓渡給其受讓者的Klee等人的美國專利第6,515,4〇2與 6,548,937號（其全部内容皆以引用方式併入本文中）說明一 132600.doc -10· 200917499 超聲波傳感器陣列，其中電極可處於一壓電層之—側上或 如Yamashka所說明處於兩側上。此類傳感器具有—基板， 其係微加工以形成一開口。 圖2A顯示如美國專利第6,548,937號所說明之一超聲波 傳感器200，其具有一矽基板21〇，在該矽基板上形成一膜 220。一障壁結構230(例如一Ti〇2層）係形成於該膜220上。 一壓電層240係形成於該障壁層23〇上。第一與第二電極 25〇、255係布置於該壓電層24〇之橫向相對端處用於該 壓電層240之橫向極操作。此外，該基板21〇之一部分係移 除以產生一開口 260以於關於該壓電層24〇與電極25〇、255 之適當位置曝露該膜220。為了製造此類超聲波傳感器之 一陣列，產生數個開口以用於在一矽基板上建立數個膜。 由於此開口 260，藉由該開口 26〇曝露的膜22〇能夠振盪（例 如在施加一 AC(alternating current ;交流電）電壓之後）。 特定έ之，透過該等第一與第二電流供應接點27〇、 將一 AC電壓施加至該等電極25〇、255引起該壓電層24〇係 激發成在該層240之平面中的縱向振盪。該壓電元件之長 度的改變激發該膜220振盪。該等電極25〇、255可以係交 叉指形電極250、255 ’如圖2Β所示。 圖2C顯示一超聲波傳感器携，，如美國專利第6,5 i 5,402 號與Yamashha所說明，其中該等電極25〇，、255，係形成於 該壓電層240的兩側上。圖2A、％中所示兩個傳感器 200、200’要求藉由移除該基板21〇之部分來於適當位置建 立該開口 260,例如藉由塊體微加工技術，或圖案微影， 132600.doc -11 - 200917499 其消耗時間並增加製造此類傳感器陣列的成本。此外，必 須對準該基板以於適當位置建立該開口，其進一步增加製 造時間與成本，以及引入誤差而減低良率。此外，通常使 用SOI(絕緣物上矽）晶圓，如Yamashita所說明，其相對較 貴，其中該膜係自矽（2 μηι)與氧化矽（04 μιη)形成。 應注意，電場處於圖2C中的兩個相對電極25〇,、255，之 ' 間。此電場垂直於該壓電層。相比之下，圖2Λ中的兩個相 f) 鄰電極250、575之間的電場平行於該壓電層24〇之平面或 在該壓電層240之平面中。藉由提供緊密間隔的電極（其如 圖2B所示通常係交叉指形），與針對各膜僅具有兩個電極 相比要求更少電壓來產生一所需電場。 當然’除使用空中超聲波用於程序以外，還可將超聲波 施加於流體與固體中並用於成像（例如醫學超聲波掃描與 水下成像）’其中可如Bernstein的美國專利第6,323,58〇號 (下稱Bernstein)所說明使用薄鐵性膜，其全部内容以引用 〇 方式併入本文中。在Bernstein中’交叉指形電極僅係形成 於一鐵性膜之一側上，該鐵性膜係形成於一 Ai2〇3之絕緣 體層上，該絕緣體層進而位於矽膜之一結構層上。該發膜 ' 位於形成於一矽基板上之一 Si〇2或Si#4之蝕刻停止層上。 、 該碎基板係選擇性蝕刻（直至Si〇2或ShN4蝕刻停止層）以在 該矽膜下面形成一開口。應注意，一昂責的s〇I晶圓技術 係使用，還施加一額外的Α1ζ〇3層，其進一步增加處理時 間與成本。成本係進一步增加，因為類似於結合圖2八至 2Β說明的開口 260 ’該Bernstein開口亦係自選擇性基板移 132600.doc 12 200917499 除形成，例如藉由蝕刻與微加工，其中需要2側微影與對 準以（例如）適當地於該等電極下面之所需位置處提供該開
Zhihong Wang等人的標題為，，壓電微加工超聲波發射器 之超聲波輻射效能（Ultrasound Radiating Performances of
Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transmitter)” 的文 章（Wang)中說明另一微加工傳感器，其全部内容以引用方 式併入本文中。此傳感器亦要求基板對準與微加工以在該 基板中形成一對準的開口。在Wang中，該膜係由s^N4形 成，其中一Si〇2蝕刻停止層係形成於該81山4膜與該以基板 之間。 因此，需要改良的微型感測器，其更薄、更小並且係撓 性的，製造成本更低並且製造更簡單，具有減低的步驟及/ 或減低的對準要求，並還具有更高的電聲效能。其他功能 性（例如紅外線偵測）的整合會致能甚至進一步的微型化。 【發明内容】 本系統及方法之—目的係克服傳統感測器的缺點，包括 /、彳器備組合的超聲波與熱電偵測器以用於偵測超聲 波及/或紅外線信號。 依據說明性具·§#眘丨Ιβ Μ 體實施例，扣供一傳感器與一傳感器陣 列，其（例如1 ΰΓ ffl 用於空中以及流體與固體中的即時成像， 並用於藉由使用去 都卜勒（Doppler)效應的一或多個物體之出 現及/或運動偵、、丨 (例如包括一或多個無生命與有生命物 體）’及決定各種失 >數（例如該（等）物體的速度、移動方 132600.doc -13- 200917499 :'::及2數目)。在，實施例中，該傳感器包 二=成於一前基板上；一*電層，其係於- 上―：〜該作用部分相鄰的周邊部分處形成於該膜 右而要’可圖案化該壓電層。包括第一盥第 -圖案化導電層係形成於該壓電層上。此外，提 =構，其具有位於與該作用部分相鄰之周邊㈣處的; 二：等支撐物的高度大於該圖案化壓電層與該圖案化 ^ a組合南度。可連接許多傳感器以形成-陣列， 提供—控制器以用於控制該降列(例如操控該陣列 山），並處理藉由該陣列接收的信號，其⑽如）係用於 出現或運動偵測及/或成像。 可在撓性fg上提供各種感測器以形成撓性感測器，可將 其形f為任何所需形狀。此外，可將不同類型之感測器或 偵測組合或整合成—單—多感測器，例如—多感測器包 括組合的超聲波與熱電㈣器測超聲波及/或紅 外線信號。可將該等感測器用於各種應用，例如成像（超 聲波及/或m成像）以及運動或出現债測，其中與不要求視 線以用於操作的該（等）IR感測器形成fnb，該（等）超聲波 感測器不要求視線以將操作，包括超聲波及/或m信號 的傳輪及/或接收。 由下文提供之詳細說明將會明白本系統及方法之進一步 的適用領域。應明自’該詳細說明及特定範例在指示本系 、·充及方法之範例性具體實施例時目的僅在於說明而並非限 制本發明之範疇。 132600.doc •14- 200917499 【實施方式】 二：所說明性具體實施例之說明，其在結合圖式時將 逑特徵與優點以及其他内容。在以下說明中，出於 =而非限制目的’提出諸如架構、介面、技術、元件屬 ^說明性細節。’然而1習此項技術者應明白脫離此 細即的其他具體實施例仍處於所时請專利範圍之範嘴 内。
Ο 以下對特疋範例性具體實施例的說明本質上僅係 範例性，並絕非旨在限制本發明、其應用或使用。在本系 統及方法之具體實施例的以下詳細說明中，將參考形成其 -部分的附圖’且其中經由說明顯示可實施所說明系統及 方法的特定具體實施例。以充分細節說明此等具體實施例 以致能熟習此項技術者實施本揭示系統及方法，並且應明 白可使用其他具體實施例’ j_可作結構與邏輯改變而不脫 離本系統之精神與範疇。 因此，以下詳細說明不應視為具有限制意義，並且本系 統之範疇僅係藉由隨附申請專利範圍來定義。本文圖式中 的參考數字之該（等）前導數位對應該圖號，例外係出現在 多個圖式中的相同組件係藉由相同參考數字來識別。而 且，為清楚起見，省略熟知裝置、電路及方法的詳細說明 以免使本系統之說明模糊不清。 包括一或多個壓電薄膜傳感器與傳感器陣列的本感測器 之各種具體實施例允許具成本效益、有效率且微型超聲波 傳感器/陣列。依據各種具體實施例之超聲波傳感器係一 132600.doc •15· 200917499 平-、低輪廓超聲波傳感器，其比（例如）用於佔據及/或運 動债測的傳統超聲波傳感器更小。其他具體實施例包括— 平：低輪廓薄膜傳感器陣列，其致能該超聲波束之掃描 〃電子操控以偵測各種參數，例如有生命與無生命物體 (例如人類、動物、車輛等)的出現、速度、移動方向、位 置、^動及/或數目。此類緊凑與低輪靡超聲波傳感器/陣 J可^•到各種應用’尤其係因為與紅外線感測器形成對比 其不需要視線並且對煙與熱不敏感。 在一說明.1·生具體實施财，帛膜壓電傳感器p車列係用於 出現及/或運㈣測或類似者，其中圖3顯示薄膜壓電傳感 器元件31〇之一陣列300。該陣列3〇〇及/或各元件31〇可具 有任何尺寸與形狀。基於應用來選擇該等元件31〇的間距 32〇。對於運動偵測器而言’為了實現較低的空中衰減， 該等陣列㈣計以於5G•彻KHz之頻率運作。未來於此等 較低頻率運作，該等元件間距32〇係約幾百微米至數千微
米。該間距320係一元件加上分離一元件與一相鄰元件之 間隙340的寬度330。 如圖3所示，可將該陣列連接至具有關聯電子裝置（例如 移相、延遲分接、傳感器及類似者）之一控制器或處理 器350，如Gualtieri的美國專利第6,549,487號所示，用於 控制該陣列與自該陣列300接收的處理資訊，例如以致能 電子操控該超聲波束以用於更寬的涵蓋區域並減低或消^ 結合圖i說明的盲點12〇、iso。還可將—記憶體36〇操作性 地麵合至該處理器350以用於儲存各種資料與應用程式及 132600.doc -16- 200917499 軟體指令或石民 一"、其用於在藉由該處理芎3〃 操作該陣列系統。 執仃時控制與 =了實現料^之_⑼合餘，其係料成 二；(即電機整合效率)，提供—感測器4〇〇，如: 愿電Γ膜之、/代替處於該麼電材料之相對側的電極，在該 相同側上處理該等電極，並且該等元件在平行 於該傳感器之平面的一楛太仵在千仃 十面的極方向上運作。特定言之，_ 極 43 0、440 與 43 0,、440，（ J:可如圖 2R 所 _ U、』如圖2B所不係交又指形的） :間的平面内電場引起該壓電薄膜之平面内的縱向應力振 盧’其進而引起該膜之-f曲振盪。該等電極.物之 間之一減低間隔允許於更低電壓的操作。在以下說明中， 使用"正，，與，，負，，電塵來分別指示該壓電材料中的電場與該 極方向平行或反平行。 該感測400除具有更高耦合係數以外還要求更少的處 理步驟，因為由於在該壓電薄膜之一側上沒有電極層而= 一層，其致能此類裝置400之一具成本效益生產。該感測 器400包括形成於-基板上之-膜41〇，肖基板在形成該感 測器4 0 0之後係移除以允許该膜41 〇的移動。塵電材料 420、420'係形成於該膜410上，其（例如）若需要可以係圖 案化以增加效能。此外’一對電極430、440、430,、440, 係形成於該圖案化的壓電材料之個別壓電區域42〇、42〇ι 上。 如圖4A所示，當一正電壓係施加至内部邊緣電極44〇、 440' ’而一負電壓係施加至外部邊緣電極430、430,（其可 132600.doc -17- 200917499 替代地係接地）時，該等壓電層之延長450引起該膜堆疊之 向下彎曲46〇，如圖4B所示。反轉施加至該等電極對43()、 440與43 01、440'的電壓之極性使該膜堆疊向上彎曲。施加 至該等壓電層的電壓脈衝或任何交流電（AC)信號建立超聲 波，其可自物體反射以用於物體之彳貞測。 圖4B說明一膜傳感器之操作原理，其中繪示該基本彎曲 模式。該膜之移位404引起該等區段4〇1、401，及402的彎 广、 曲。該等區段403幾乎保持未應變。壓電驅動係用以彎曲 一或數個彎曲的區段401、40Γ或402。一分層式膜至少係 用於此等可應變或可移動部分4〇1、4〇1，、4〇2並將在以下 章節中進行例示。給出的實施方案應不在選擇驅動該膜之 何區段的自由度上施加限制。例如，圖4A之堆疊44〇、 430、420、410形成圖4B所示之驅動區段4〇1。當然，還可 將一可應變或可移動堆疊置於區段4〇2處。 當然，若需要，該對電極可處於兩側上而非一側上（例 〇 ㈣壓電材料之頂部側上），以(例如)將該壓電材料520、 525夹在中間如圖5之感測器500所示。在此情況下，橫 跨該等頂部與底部電極對530、540與530，、540,來提供電 壓。當該等頂部電極530、53〇,與該等底部電極54〇、54〇, ' 之間的電壓差為正時’該壓電層在平面中的收縮55〇、奶 與垂直於該膜的延長引起該膜堆疊的上拉，如箭頭560所 示。 該等感測器4〇0、500更便宜，因為其係有效率地形成並 要求更J的處理操作。例如，該晶圓與膜並非沿該昂貴的 132600.doc -18- 200917499 SOI生產來生產，但如結合圖8八至8(：：所更詳細地說明，可 以係氮化矽、氧化矽或氮化矽與氧化矽之組合，其可使用 標準半導體程序來沈積並且更便宜。當然，除此等材料以 外，可使用與該壓電薄膜處理相容的任何其他無機或有機 材料。此外，可能不需要（例如）藉由圖案化塊體微加工與2 側微影來圖案化如圖6中之虛線所示的下部基板615以移除 該基板之邛分並建立一開口 260(如結合圖2八與2B所說明） 以便曝露該膜。
相反，該感測器係安裝於一晶粒上並且實行一完全蝕刻 以移除全部下部基板6〗5。因而，微影或圖案化僅係在一 側上（例如）以按需要圖案化該等電極及/或壓電材料。另一 側（例如圖4A與5所示之底部側）可要求任何微影或圖案 化。相反，如圖6所示，在將該感測器陣列或元件安裝於 -晶粒或後端基板640上之射實行一完全蝕刻以移除該 下部或前端基板615並曝露該膜41〇、51〇、61〇。 成本與生產時間係減低，不僅係因為不需要該基板之圖 案化㈣，還仙為不需要對準前側與後側遮罩以適當触 刻該基板的所需部分來獲得處於適當位置的開口 ％。(圖 2A、2C)。此错由消除對準誤差與處理脆弱的打孔基板之 問題來不僅減低處理時間與成本還增加良率。此外，對於 該等電極僅在該壓電材料，例如圖 4八、6及8八所示，少愛1 = , ^而要一層’即由於在該壓電材料之另 側上沒有電極，因而減低生產時間與成本。 該壓電薄膜傳感器之其太@ @ f4态之基本模組係薄膜的膜之一堆疊，如 132600.doc -19- 200917499 分別藉由圖4入與5八中之參考數字4ι〇、5ΐ〇與圖6中之 所示。說明性地，該膜410、51〇、61〇係自氮化矽、氧化 矽或氮化矽與氧化矽之組合形成。可在(例如)_低壓化學 汽相沈積（CVD)程序中將該膜41〇、51〇、61〇沈積於一基板 615上，該基板稍後係完全蝕刻掉以曝露該膜之—側。該 基板可以係矽或任何其他適合材料。在該等膜41()、51〇、Χ 610之頂部上’可按需要施加_(例如）氧化鈦、氧化錯或氧 化紹之薄膜障壁層617，如圖6所示。
Ο 在圖6所示之具體實施例（其係關於僅在該壓電層之一側 上具有電極的圖4A所示之具體實施例）中，在該膜層 61〇(圖4A中之41G)之頂部上或在該障壁層617(當存在時）之 頂部上’一壓電薄膜係形成、處理及圖案化(若需要)以形 成該等壓電區域620、622、624。說明性地，該麼電薄膜 可以係锆鈦酸鉛，其可未摻雜或摻雜（例如）La，但還可以 係任何其他壓電材料。㈣電層㈣可㈣連續的或係圖 案化以匹配該驅動區段（圖4β中之4〇2)的寬度。可將複數 個傳感器元件600配置成一維陣列或二維陣列，其中該等 元：的間距可與一元件的寬度626(在圖3中亦顯示為參考 數字330)-樣小。圖6所示之右與左麼電區域似、似不 具有壓電功能，而如將說明係用作間隔物或支撐架。在接 合程序申具有高度826的腔可充滿氣體或係抽空，視應用 而定。例如，一充氣腔的優點包括提供更佳的密封，類似 於用於在惡劣環境中之更佳可靠性的密封封裝。在該腔中 具有-真空的優點包括該膜的自由移動，尤其係對於空氣 132600.doc 20· 200917499 傳感益而言，但不利於較硬的膜。還可使該腔對環境開放 以提供與環境的邀力等化，因而減低或避免參數的偏移或 漂移，例如共振頻率、敏感度及類似者的偏移。然而，一 =放的腔可此對錢與環境更為敏^選擇取決於應用環 境。 ϋ 、此外或多個金屬化層係施加於該壓電薄膜之一側上 並係圖案化以形成如圖6中之條630所示的電極。說明性 地，-第-金屬層堆叠(其可以係具有例如約i叫之總厚 度的-薄την層與一係形成並圖案化以形成第一組電 極條630、630，並且一第二金屬層係在該第―組電極條 63〇、630’上形成並圖案化以形成第二組電極條奶、 635，。應明白，本文中提到的堆疊或層可以係、（例如）以交 替層形成的兩個或兩個以上材料之單_層或多層。該等第 —金屬條635、635,可以係（例如）具有陣之總厚度的 層與-Au層之一金屬層堆疊。當然，可使用一或多個 金屬之任何適合組合與類型(例如僅包括一金屬堆疊形 式，例如—Ti與Au之堆疊）來形成該等電極。該（等）壓電薄 膜與金屬層的圖案化可以係藉由任何適合的方法，例如為 人熟知的微影方法，例如使用—光阻層與姓刻。 於各陣列元件或壓電區域之相對邊緣處，該金屬層可更 ^並可包括另外—或多個金屬層㈣、伽，其係形成於先 的金屬條上以增加該等周邊金屬條的高度並形成具 或厚度的支擇架㈣、㈣。該i t局達2〇㈣之高度 ^寻）另外的金屬層65〇、65〇· J32600.doc 2】- 200917499 亦可以係Ti及/或Au或一或多個金屬之任何適合組合與類 型。 如結合圖8A至8B所更詳細地說明，該等加厚端或周邊 金屬層（具有該（等）額外或另外金屬層65〇、65〇，）還用作支 撐架660、660’以用於在其上安裝該後端基板64〇。特定言 • <，在圖6所示之裝置_的頂部上，即在該等壓電區域 620、622、624或陣列元件之相對邊緣處的周$金屬條或 r、 A撐架65〇、65〇·上，例如藉由超聲波接合使用適合的接觸 I 金屬（例如Ti/Au)來安裝該後端基板640。當然，可使用任 何其他接合方案，例如熱壓縮接合等。該後端基板64〇可 以係（例如）矽並係藉由任何其他接合技術使用任何適合的 黏合劑來安裝’其中該（等）金屬層65〇、65〇，與該第二組電 極條635、635,兩者都可以係Au，其還極適合於彼此的超 聲波接合。 其中安裝該後端基板640的周邊金屬條或支撐物66〇、 〇 660’可在該壓電層上具有一 〇·5至30 μιη之厚度。當然，代 替在該等周邊金屬條635、635，上形成另外的金屬條65〇、 6501以增加其高度，還可將該等另外的金屬條650、650,施 • 加至該後端基板640上，其接著係安裝至周邊金屬條635、 . 635之頂部上，其中執行簡單的金屬（635)上金屬（65〇)接 合，其中在超聲波接合的情況下如適合於兩個金屬層 65 0、635。當然，若需要，可在該後端基板64〇上形成所 需同度之支撐架，其中該後端基板640之此類支撐架係接 合於該膜610或形成於該膜61〇上之一適合層的頂部上。 132600.doc •22- 200917499 為了實現該後端基板640與該壓電傳感器區域之間之一 極大間隙8 2 6 (若需要），在一替代性堆疊中，可在該壓電膜 610在驅動之區域中將溝槽触刻於該後端基板640内。為了 實現此點’在沈積與圖案化該等金屬區域650與650'之後， 該等金屬區域可以係（例如）在該後端基板64〇(其可以係（例 如）具有一（例如）2 μηι厚度之Si〇2層的一 Si基板）之頂部上 的一薄Ti與一 Au層，將針對該8丨〇2與以之一乾式蝕刻程序 步驟應用至無Ti/Au係沈積的區域中。除乾式蝕刻程序以 外，還可應用針對Si〇2與Si之濕式蝕刻技術。§丨〇2與Si的 圖案化致能實現高至數十微米的數微米之壓電傳感器與後 端基板640之間的間隙。 該後端基板640可以係一具有或不具有整合式電子裝置 的矽基板、一玻璃基板或任何其他基板。該安裝的後端基 板640還可包括具有整合式電子裝置的Si裝置、電晶體、 被動元件及類似者。還可在該後端基板64〇中提供開口或 通道以致能（例如）針對一及/或二維陣列的高元件計數互 連。 在形成與圖案化各種層，加厚處於該等陣列元件之邊緣 的金屬化區域並在其上安裝該後基板64〇之後，藉由虛線 61 5所不的在該等傳感器陣列下方承載的前或下部矽基板 615(其上形成與圖案化各種層，例如該膜、障壁、壓電及 金屬化層)係完全或部分蝕刻掉。例如，ϋ由濕式化學蝕 刻或乾式㈣或研磨及/或拋光或其—組 刪該前或下部，基板615。應注意，，需要該 132600.doc • 23- 200917499 部基板61 5的任何對準哎棱栌 丁平双塊體微加工或微影蝕刻之 因為其並不係圖案化而 而主要在該作用陣列區域中係完全移 矛、卩’不需要兩側微影。此減低生產時間與成本。 如結合，3所說明，可將複數個元件31〇提供成一陣列 300 ’其範圍可以係自一 狀的數十至數百戍甚至I: :或不同尺寸及/或形 次甚至數千几件。為了於（例如）50-450 Ο
KHz之頻率來操作該等裝置，設計該等元件具有在數百微 未至數千微米之等級上的間距。圖7顯示針對於跡則 KHz運作之一傳感器p車列7〇〇的一設計之一範例，其中圖 8A顯示該等元件71〇之斷面圖。應明自，致能該傳感器於 等車乂低頻率之有效率運作的任何其他設計（例如圓形膜 或元件及任何形狀的陣列）亦可。 為了致能於較低電壓的操作並仍實現約在5〇至45〇 ΚΗζ 之範圍内的裝置之所需共振頻率，一傳感器元件可具 有4〇〇至1500 μιη之間距626，如圖8Α所示，其係相關聯 於圖4Α之設計，其中類似於圖2Β所示之交叉指形電極 250 255 ’僅在該屢電層820之一側上形成交叉指形電極 840 、 845 。 圖8Α還顯示該膜83〇’其上形成與圖案化該壓電層82〇以 形成一中央作用區域821，在該區域821上施加具有一交又 指形佈局的電極84〇、845。利用該等交叉指形電極840、 845之間的極小間隔與增加的交叉指形電極數目，可實現 一低電壓操作。 壓電材料622、624還保留於該等周邊區域822、824處， 132600.doc •24- 200917499 其上形成該金屬化層，該金屬化層係圖案化以在該等壓電 周邊區域622、624上形成電極84〇、845與第—金屬區域 _。使用相同或不同金屬(如亦結合圖6所說明)在該第一 金屬區域860上形成一第二金屬化層87〇。該第二金屬化層 870增加該等周邊區域或支撐架822、μ#的厚度或高度 826(或圖8B中之826，）而超過該作用區域82 i中的壓電層_ 與電極的厚度或高度828(或圖SB中之咖,）。該等傳感器元 件係安裝(例如藉由黏合劑、超聲波接合或熱壓縮接合來 夾緊）至後基板64〇的頂部。 可形成一傳感器元件陣列（圖7中之7〇〇與圖3中之3〇〇)， 其經組態用於掃描與束操控（例如）其中具有一 4⑼至8〇〇 μηι之間距320(圖3)的元件可並聯連接之處。如結合圖4讀 4Β所說明，該膜請包括：_層氮切層847，其係形成於 該前或下部基板（其稱後係移除，如圖6中之虛線615所示） 上；以及一層氧化矽層850,其係形成於該氮化矽層847 上，或氮化矽層與氧化矽層之組合。 如所說明，-電壓信號係施加至該等交叉指形電極 840、845以在相鄰電極上提供不同符號（或極性）的電壓， 因而在該等電極840、845之間建立_平面内電場，因而將 該Μ電層820激發成在該壓電層82〇之平面中的縱向振蘯。 該壓電元件之長度的改變激發該臈830振盈。 當然’代替其中在該壓電層之一側上提供電極的設計， 可將該等電極提供於該壓電層的兩側上，如結合圖5所說 明，並如圖8Β所示，其中圖案化壓電層或區域82〇,係爽在 132600.doc •25- 200917499 兩個相對電極840,、845，之f1。 # ^ ^ ^ 在此障况下，該壓電層820, 案化成匹配該等圖案化相對電極請，、845，的區域。 在圖8Β所示之具體實施例中，該壓電層η⑴係以一對互 補電極840,、845'自兩側覆蓋以用 一 仗蓋以用於杈跨其施加一電壓。 當然，可將圖8Α或8Β所示之任一呈體奢^ ^ 仕〃、體實施例中的電極之 一者接地。說明性地，該底部電極84〇,(例如）係—瑜電 極而該頂部電極845,係一 Ti/A 冬 电裡田然’可使用與該壓 電層相容的任何其他電極材料。 t: 可藉由使用如圖8C:所示的驅動區域之1聯連接來訂製 該設計以匹配該驅動電子裝置之電阻抗，圖8㈣示依據另 一具體實施例之-傳感㈣i。此—設計亦可使用具有仍 可容忍的歐姆損失之更薄電極。可將一信號電壓施加於周 邊頂部電極880、885之間’可藉由添加-額外金屬層630 而不妨礙該膜之弯曲模式來使其更佳地傳導。在該壓電層 620之相對側上的重疊電極89()、895可以係浮動的或係連 接至-外部小戌漏分壓器’例如—高值電阻器鏈。在圖Μ 中’該壓電層620之作用部分係分成段，其係藉由在該重 疊的底部與頂部電極890、895之間電容耦合來串聯連接。 另一替代（亦對所有範例都有效）係施加〇〇偏壓電壓以增強 壓電耦合，如圖8D所示。可藉由該等埠892、894經由該等 電阻器891、893來將該偏壓電壓提供至該等元件88〇、 885、887、890。還可（例如）經由埠895、896來提供一輸入 #號。亦以此方式，可將電致伸縮材料用作該作用層62〇 或可將該等偏壓連接用於該壓電材料之極化。 132600.doc -26- 200917499 此類薄膜傳感器陣列可於5〇至KHz之頻率運作，如 十對獨立薄膜壓電傳感器膜的圖9之曲線圖900所示，其 中X轴係頻率’而y軸係該電阻抗之實部分。 還可提供各種修改，如熟習此項技術者鑑於本文之說明 所認識到。例如，驅動電極可在該膜之中心或邊緣處形成 -早板電容器。替代地，可將該單板電容器分成較小區 域，其可以一串聯組態加以連接以匹配該驅動電路之操作 電壓。可結合另外系統來使用以上傳感器、感測器及系統 之每一者。 此外，可將各種材料用於不同層，如讓渡給其受讓人的 Klee等人的美國專利第6 515 4〇2、6 548 937、w〇 03/092915號及Fraser等人的WO 03/092916所說明，其各内 容全部以引用方式併入本文中。例如，可自以下材料之— 或多個材料來形成該（等）障壁層：Ti〇2、Ai2〇3、Hf02、 MgO及/或Zr〇2。該等壓電薄膜材料可包括： 1. 具有與不具有掺雜的。該摻雜可 包含La、Mn、Fe、Sb、Sr、Ni或此等摻雜之組合。 2. Pb(Zn1/3Nb2/3)〇3-PbTi03、Pb(Mg1/3Nb2/3)03-PbTi03、
Pb(Ni1/3Nb2/3)03-PbTi〇3 、Pb(Sc1/3Nb2/3)03-PbTi03 '
Pb(Zn1/3Nb2/3)i-x-y(Mn1/2Nb1/2)xTiy〇3(0<x<l 、 0<y<l)、
Pb(In1/2Nb1/2)03-PbTi03 ' Sr3TaGa3Si2014、K(Sr 卜 xBax)2 Nb5〇i5(〇^x^l) ' NaCSrj^BaOzNbsOisCO^x^l) ' BaTi03 > (KuNadNbCMOSxSl)、（Bi，Na，K，Pb，Ba)Ti03、（Bi，Na)Ti03、 Bi7Ti4Nb〇2i ' (K1.xNax)NbO3-(Bi5Na,K)Pb,Ba)TiO3(0<x<l) > 132600.doc •27- 200917499 a(BixNai.x)Ti〇3-b(KNb〇3.c)i/2(Bi2〇3-Sc2〇3)(〇^x^l ' a+b+c=l) ' (BaaSrbCac)TixZr1.xO3(0<x<l 、a+b+c=l) ' (BaaSrbLac) Bi4Ti4〇i5(a+b+c=l) > Bi4Ti3012 ' LiNb03 ' La3Ga5 5Nb〇 5014 ' La3Ga5Si〇i4、La3Ga5.5Tao.5Oj4。 此外，可將形成該等支撐架822、824(例如圖8B所示）的 ' 各種堆疊或層形成於該壓電層622與該後基板640之一或兩 者上。例如，可在該壓電層622上形成兩個金屬層630、 635並可在§亥後基板640上形成一金屬層650，以用於接合 C*; f 該弟一金屬層635。替代地或此外，可在該壓電層622上形 成該第一金屬層630並可在該後基板640上形成兩個金屬層 050、635 ’其中該第二金屬層635係接合至該第一金屬層 630 ° 形成該等支撐架（例如圖8B所示之支撐架822、824)的各 種堆疊或層可包括以下材料之一或多個材料，其中該第一 金屬層630係形成於該壓電層622上，而該第二金屬層635 〇 係形成於該第一金屬層630上。另外的金屬層65〇係形成於 該後基板640上，如表丨所示。例如，表i的第一列顯示一 具體實施例，其中一 Ti層係形成於該壓電層622上並且一 Au層係形成於該Ti層上，其中該仙^層形成該第一金屬 ' 層630另一Au層係作為該第二金屬層635來形成於該第一 金屬層之Au層上。在該後基板64〇上，形成一 丁1層。在此 τ:層上形成_Au層，其中此等丁[與心層在該後基板上 形成額外或另外的層65〇。接下來，該另外層65〇之Μ層係 接合至該第二金屬層6352Au層。 132600.doc •28- 200917499 第一金屬層630(形成 於該壓電層622上） 第二金屬層635(形 成於該第一金屬層 630上） 另外金屬層650(形成於該 後基板640上） Ti層+Au層 Au層 或Ti層+Αιι層 Au層+Ti層 Cr層+Au層 Au層或 Cr層+Au層 Au層+Cr層 Cu層+Ni層 Au層 Au層+Ni層 1：iW層+A1 層 Ti層+Au層 Au層+Ti層 Ti層+Au層 Sn層 Sn層+Au層+Ti層 Ti層+Pt層 Au層 Au+Pt+Ti 表1 當然，可使用任何其他金屬及金屬堆疊之組合來形成各 種層。此外，代替僅在該後基板640上形成另外層650，還 可將該第二金屬層635形成於該另外層650上（而非形成於 該第一金屬層630上）。在該後基板640上形成層650、635 之堆4之後，接著可將該第二金屬層635接合至形成於該 壓電層622上的第一金屬層630。在此情況下，該第二金屬 〇 層635將與該另外層650重疊（而非與該第一金屬層630重 疊，例如圖6與8B所示）。表2顯示在該另外層650係形成於 該後基板64〇上並且該第二金屬層635係形成於該另外層 650上的情況中該等層之各種具體實施例。 第一金屬層630(形成於該 壓電層622上） 形成於另外金屬層650(其係形成於該後基板 640上)上的第二金屬層635 Ti層+Au層 厚Αιι層+Ti層 Cr層+Au層 厚Au層+Cr層 Cu層+Ni層+Au層 厚Au層+Ni層 132600.doc -29- 200917499
Ti層+Au層 厚Au層+Ti層+A1層+TiW層 Ti層+Αιι層 Sn層+Au層+Ti層 Ti層+Pt層+Au層 Au層+Pt層+Ti層 表2 應注意，如表2所示’代替於該另外層650之該等層之一 者處形成一第一 Au層並接著形成一第二Au層（在該第一 Au 層上）作為該第一層635 ’可在形成於該後基板640上的（該 另外層650之）該Ti層上形成一單一厚Au層。如針對表1之 〇 第一列的情況’在表2之列一所示的具體實施例中，一 Ti 層係形成於該壓電層622上’並且一 Au層係形成於該τί層 上以形成該第一層630，其接著係接合至形成於該後基板 640之Ti層上的厚Au層《當然，還可使用任何其他金屬及 金屬堆疊之組合來形成表2所示之各種層。 在特定應用中，需要不同形狀的傳感器陣列。例如， Wilser的美國專利申請公開案第2007/0013264號（其全部内 容以引用方式併入本文中）說明形成於半導體材料之載體 ^ 基板之厚板上的一電容膜超聲波傳感器陣列。基板的兩個 厚板係藉由允許接合之一較薄的基板橋來分離或連接。可 沿一剛性彎曲表面來定位該等分離或較薄連接的厚板從而 造成一彎曲陣列。該等厚板係藉由導電互連來連接，其足 夠撓性以承受該彎曲程度。雖然藉由在彎曲表面上放置該 等厚板來實現一所需形狀’但連接該等厚板之較薄的橋或 導體較為脆弱。此外’該等彎曲表面本身係剛性而非繞性 的0 132600.doc • 30- 200917499 直正錯、 ㈣實施射，提供―改良的或- 真正撓性的傳感器陣列’其係較佳地保成 所需形狀而不需要剛性表本身屯成-句杠本,^ 妁如，圖3所不之陣列300可 匕括至>、-薄膜撓性超聲波傳感胃，其係組態為至少一入 =動=見纏。代替或除該(等)換性超聲波傳感器 傲卜’還可提供至少—薄膜撓性熱電感測器。撓性超聲波 與熱電感測器之組合提供較少的錯誤關閉或錯誤邀報其 利用兩種類型之感測器(即熱電與超聲波感測器），其中該 (等)熱電感測器係基於溫度改變的制，例如使用紅外線 (IR)信號（其具有需要視線以用於IR信號偵測的缺點），且 其中該（等）超聲波感測器偵測障壁周圍的超聲波信號而不 需要直接的視線。 超聲波及/或熱電傳感器之陣列的撓性致能陣列實現各 種形狀。可以任何所需形狀來形成與安裝此類撓性傳感器 陣列例如在天花板上之一圓錐形。此致能超聲波及/或 IR信號的全向傳輸與偵測。 可實現包括傳感器之任何類型的傳感器之一撓性陣列的 具體實施例，例如圖10所示之陶瓷壓電元件，及/或圖n 至12所示之薄膜傳感器。 特定言之，圖10顯示傳感器1〇1〇之一撓性陣列1〇〇〇之一 具體實施例，該等傳感器包含具有夾在兩個電極1〇3〇、 1040之間的壓電材料102〇之一層的陶瓷壓電元件。當然， 若需要，該等電極可僅位於該壓電材料丨〇2〇之一側上類 似於上面（例如）結合圖2A、4A、6及8A所說明。 132600.doc •31 - 200917499 如圖ίο所示’該等傳感器1010係作為—（例如）行與列之 陣列安裝於—撓性載體1㈣上，該撓性載體包含如虛線 1060所示之互連，其可以係導線焊接或圖案化導電路徑。 該互連_按需要使料電極彼此互連或將該等電極與其 他元件互連，例如用於連接至電源、電子電路、控制器、 電晶體、關、被動或主動裝置及類似者。該撓性超聲波 傳感器陣列10 0 0致能實現用於全像運動偵測的具有任何所 需形狀之感測器，其可包括薄膜超聲波及/或熱電傳感 器。該等傳感器1_不需要係撓性的，並可以係簡單地安 裝（例如接合）至該撓性箱〗〇5〇，藉由一間隙]〇7〇分離其 允許該撓性箔1050的移動並致能該陣列係成形為任何所需 形狀。 應注意，圖10所示之具體實施例中的傳感器1〇1〇不包括 一膜並且該等壓電厚板1020並不旨在彎曲該撓性載體 1050。該傳感器陣列1010由於該撓性載體1〇5〇所致而係撓 性的，但該撓性載體1050的剛度通常過低而不能用作一較 佳的膜。然而’若需要，可在製造（例如預彎曲）期間引入 -或多個對稱中斷，使得該平面内應力係轉換成彎曲。此 外，可將一可選匹配層1075提供於圖1〇所示之下部電極 1030上，例如用於在該聲學阻抗不匹配（例如壓電材料 1〇2〇比水或空氣硬）的情況下的寬頻操作。此外，可提供 具有中間剛度之層以增加頻寬並促進能量變換。當然，還 可使用一機械變壓器，例如彎曲膜。 圖11顯示一陣列1100之另一具體實施例其中兩個超聲 132600.doc -32· 200917499 波傳感器裝置係顯示在上部側上具有薄臈壓電元件 女裝至具有或不具有雷子劈署 ’ 、时 y 男罨千裝置之矽部分上。該等超聲波傳 感器裝置係在兩伯彳卜涛芸 ,± „ 你呵w上覆盖一撓性層，如參考數字丨15〇、 1155所示。該撓性壓電超聲波傳感器陣列U00係藉由如所 ㈣之薄膜程序來實現。在圖11中，該兩個薄膜壓電超聲 波傳感器元件係顯示為參考數字1110、1120。當秋，可以 - 奸所需組態或拓撲來將任何所需數目之傳感器^件包括 f、於，列中，例如具有相等或不同數目之行與列。可施加 薄膜處理以實現撓性超聲波傳感器陣列。替代地，或此 外，還可實現一換性電容微加工超聲波傳感器陣列。可使 用上面結合薄臈撓性超聲波偵測器說明的 薄膜撓性熱電谓測器。 特疋5之，圖11所示之一撓性陣列11〇〇之具體實施例包 含薄膜超聲波傳感器，其中顯示兩個傳感器⑴0、1120。 該等傳感器1110、1120係藉由第一與第二撓性層115〇、 Ο 5來在兩側上包圍。圖11顯示具有該兩個傳感器丨丨丨〇與 1120之一撓性傳感器陣列n〇〇，其包含諸如具有或不具有 整合式電子裝置之矽（S i)部分丨丨3 〇的半導體部分與在該等 Si部分1130之頂部上嵌入介電層中的互連結構ιΐ32。針對 - 該等不同傳感器元件1142的互連線1140包含一重新分配互 連層，例如基於電鍍的金（Au)。可提供—薄膜的膜1186， 其包含（例如）氮化矽及/或氧化矽。在該膜1186上，可形成 壓電薄臈層1184。可施加（例如）包含鈦（丁丨）及/或八口之一 金屬化層1182來形成一接點以（例如）藉由超聲波接合將該 132600.doc •33· 200917499 壓電部分1184安農至該以部分113〇上。此接點丨丨以還可用 作一接地接點。還可形成另外的金屬接點〖丨8 8，其包含在 該壓電層11 84之頂部上的了丨及/或Au層並係用作信號線。 當然，圖11所示之具體實施例係用於連接接地與信號線以 驅動該等壓電元件之一選項，但其他連接方式亦可，熟習 此項技術者鑑於本說明應明白。 除係撓性以外，該薄膜超聲波傳感器陣列1100還受在該 陣列之兩側上的兩個撓性箔1150、1 555保護。當然，除薄 膜超聲波傳感器以外或代替薄膜超聲波傳感器，可使用熱 電傳感器。 圖12顯示兩個或兩個以上超聲波傳感器121〇、122〇之一 撓性陣列1200之另一具體實施例，其中（例如）各傳感器可 類似於結合圖8A說明的超聲波傳感器80〇。如圖12所示， 各超聲波傳感杰12 10、1220之後基板1240係附著（例如接 合）至一撓性箔或聚合物層丨25〇。該後基板丨24〇可以係任 何適合的基板，例如玻璃或諸如矽（Si)的半導體材料，並 且不僅可以係一載體還可包括主動及/或被動元件，例如 電晶體、開關 '放大器及用於該等傳感器之控制與操作的 所需電子裝置。 值得注意的係該兩個傳感器121〇、1220之後基板1240並 不直接彼此連接。相反，該等後基板124〇係藉由該撓性聚 合物層1250來連接，因而向該傳感器陣列12〇〇提供可撓 性’該傳感器陣列可以係形成為任何所需形狀。 應注意，與經組態用於一非撓性陣列之一傳感器相比 132600.doc .34- 200917499 較’例如圖8A所示之傳感器800,該等傳感器121〇、122〇 具有一更薄的後基板1240。諸如一或多個膜1230、壓電層 1222及電極1242的傳感器元件係安裝於該薄後基板124〇 上，其（例如）可以係一變薄Si基板。該後基板124〇之減低 厚度與該傳感器1210、1220之基板1240之間的分離或間隙 1260改良該陣列12〇〇的可撓性。 在s玄Si基板1240中，可形成隔離的通道127〇以用於互連 〇 該等傳感器1210、1220與包括電源與接地的各種元件。可 在包含多層互連用於信號與接地連接的後基板124〇中或撓 I1 生νό 12 5 0中或上按需要處理各種元件，例如被動與主導元 件、電路等。為了實現一撓性裝置，各種傳感器1210、 1220之間的膜123〇係分離。代替或除該等撓性超聲波傳感 器以外，還可形成熱電撓性薄膜感測器。應注意，還可使 用上面顯示的所有不同技術來實現撓性超聲波傳感器與熱 電感測器之陣列的組合。 〇 圖12還顯示如結合圖8Α所說明的支撐架822 ' 824，其中 忒等支撐架822、824可以係形成於該壓電區域622上並包 括兩個金屬層870、860，其（例如）類似於結合圖8Α說明的 忒些金屬層，以及類似於結合圖6顯示與說明的兩個金屬 . 層630、635。當然，還可在該等支接架822、824中包括另 外的金屬層，例如結合圖6顯示與說明的額外金屬層65〇。 應庄意，圖12所示的骐123〇可包括各種層，例如一層氮 化矽層847 ’其係形成於該前或下部基板（其稍後係移除， 如圖6中之虛線615所示）上以及一層氧化矽層，其係 I32600.doc -35- 200917499 形成於該氮化矽層847 μ u·、， 上，或虱化矽層與氧化矽層之組 合，如結合圖8Α所示與說明。當然’可使用膜層之任何立 他組合，包^氧化物、氮化物或氧化物之堆疊或氧化物與 氮化物之堆疊。 /在以上撓性傳感器之另—具體實施例中同樣係 後基板1240，其可以孫 係（例如）一 5〇 μηι薄的Si基板，其中可 按照介電層與互連。i。 此極溥基板1240接著可作為一撓性Λ Ο 板運作，使得不需要額外撓性層125〇。 另外具體實施例包括至少，薄媒超聲波傳感器及/ 或一麼電傳感器陣列與用於摘測紅外線輕射（ir)的至少一 薄膜熱電感測器及/或一熱電感測器陣列之一組合，並可 具有各種應用，例如用於運動及/或出現偵測。超聲波與 熱電傳感器兩者可使用類似程序來形成為薄膜，並可一起 同時或一同形成。可將塵電材料用於超聲波與職號之產 生/傳輪與接收/偵測兩者。當然，還可施加不同的壓電盘 熱，材料。以下圖式在下面顯示組合薄膜超聲波與熱電谓 測益的不同說明性具體實施例。 圖⑽員示包括一超聲波傳感器131〇與一熱電傳感器 〇之-組合的陣列·。當然’代替係配置成一陣列， 該組合的超聲波與熱電傳感器可以係—獨立谓測器或以任 =需組態來與其他偵測器一起使用。該超聲波及/或敎 專感器（作為單一元件或作為元件陣列）係在該膜⑴〇之 頂部上進行處理，該膜可以係（例如 化與救化…組合。，顯示形成於—層=;= 132600.doc -36- 200917499 上之層氧化矽層850，如亦結合圖8A與12所說明。當 ''在此及其他具體實施例中，還可使用任何其他膜材 料，例如Si或si與氧化矽（例如Si〇2)之膜堆疊之組合。一 層氮氧化矽層的優點係低比熱與低導熱率，其增加該熱電 裝置的熱時間常數，其係一溫度增強Δτ鬆弛至其背景值的 時間。 ' 可以不同版本來實施該等薄膜超聲波傳感器1310緊鄰該 (1 #電偵測器1320的整合。例如，可僅將該後基板1340安裝 於該傳感器部分上，如圖13Α所示。在目標係機械穩定較 大膜的替代性技術（其包含該整合的超聲波傳感器ΐ3ι〇與 該熱電偵測器1320)中，該安裝的後基板134〇亦可覆蓋該 熱電伯測器1320，如圖13Β所示，其中該整合的超聲波傳 感器1310與該熱電偵測器132〇兩者都係以該後基板丨34〇覆 蓋。替代地或此外’為了穩定整合的超聲波傳感器⑴吵 熱電偵測器1320之較大膜，該膜133〇(例如氮化矽膜）下方 U ⑽基板210’可部分保留在該超聲波傳感器與熱電偵測器 1310、1320之間的區域中，如圖uc所示。當然，可將任 何所需數目的超聲波傳感器131〇與熱電偵測器132〇整合在 一起，其中圖13 A至13C顯示顯示為參考指定八與5的緊鄰 • 兩個熱電偵測器13 2 0的兩個超聲波傳感器丨3 1 〇。 在圖ΠΑ所示之此範例中，在該膜133〇之頂部上處理該 壓電層1322 ’其可以係未摻雜的或L^Mn摻雜的錯欽酸 鉛。在該膜1330與該壓電層1322之間，可施加一障壁層 1317，其類似於顯示為圖2A中之參考數字23〇與圖6中之 132600.doc -37- 200917499 617的障壁層，並可以係（例如）氧化鈦或氧化鍅（例如 或 Zr02)。 此壓電層1322還用作緊鄰該超聲波傳感器131〇形成與處 理的熱電偵測器1320之熱電感測器材料。具有與該自由膜 1330上的其他元件（例如其他傳感器）隔離之熱電偵測器 1320的優點係該等元件係熱隔離。使—或多個熱隔離的熱 電债測器132G防止由於透過—基板之熱傳導所致的溫度減 低°亥壓電或熱電層13 22具有一1至6 的典型厚度。可 圖案化《亥壓電/熱電層1322以防止該陣列13〇〇之超聲波傳 感器元件13 10之間以及該超聲波與熱電裝置或元件】31〇、 1320之間的串擾。 施加頂部電極1342(類似於圖12中之電極1242及/或圖8Α 所不之交又指形電極840、845)，其可以係具有一約5〇 nm 之厚度的鈦（Τι)與約1 μηι的金（Au)。然而，亦可將其他材 料用於該電極，例如鎳/鉻（Ni/Cr)電極，其提供爪輻射的 最佳吸收。该等電極1 342係圖案化以建立用於該等超聲波 傳感1§ 1310之電極與亦用於該等熱電偵測器裝置132〇的電 極。替代地’用於該等超聲波傳感器131〇的電極可自 Ti/Au製成以具有用於該等基板晶粒之超聲波接合的最佳 電極，而用於該等IR感測器132〇的電極可自Ni/Cr形成。 s亥Ni/Cr可以係用作針對該超聲波傳感器之較厚金屬之一 黏結層的相同層。 各熱電元件1320皆可具有如圖26之交叉指形頂部電極， 其在圖13A中係顯示為參考數字1342。針對最高敏感度， 132600.doc -38- 200917499 其形成兩個感測器。一感測器係藉由紅外線光(例如)經由 -透鏡來照明’而不照明該第二感測器。該差動信號指示 該紅外線輻射之任何改變，而環境溫度的緩慢改變係抵 消。可包括-用以最佳化包括信號對雜訊比之信號的光學 系統，例如菲涅爾（Fresnel)透鏡。可藉由於升高的溫度（例 如180°C)施加一 DC(直流電）場來極化該熱電或壓電材料 1322。一熱電元件1320中的溫度由於聚焦於此一熱電元件 1320上的IR輻射所致的增加可用於運動偵測。該熱電元件 1320的溫度改變促使該熱電元件132〇的極化改變並因此還 促使於該表面處的電荷釋放。此等電荷引起一電壓，其係 藉由一前置放大器讀出，其指示運動（或溫度改變）。 如所熟知，可在該熱電元件132〇之膜133〇的前面提供一 透鏡1380以接收該伙輻射1385。該透鏡138〇可隔離於該膜 1330以減低熱傳導並可經組態成定向的以接收來自一所需 方向之IR輻射1385。可藉由該超聲波傳感器1310發射或接 收的超聲波係顯示為圖丨3 A中之箭頭丨3 87。 對於所需操作，可進行不同的設計。在一版本中，兩個 熱電元件可以係串聯設計並具有相反極。可使用此一雙元 件佈局來補償背景溫度的改變，其同時加熱兩個元件。除 圖13B至13C所示之雙元件設計以外，可使用其他使用任 何所需數目之熱電元件的設計，例如四個元件或更多。 可提供另外的裝置、電路及電子裝置，例如整合於該基 板1340中。諸如一放大器的電子裝置（其可以係一FET(場 效電晶體））1390可以係分離地安裝於一板1395上並係導線 132600.doc -39- 200917499 該等超聲波傳感器與熱電感測器 13AI^_r 』衣 1 圖 範例。而且，可形成系統之任何其他
如，圖13U胳-社 1J — 3B顯不一替代性具體實施例，其中該基板134〇係 :^ ;超聲波傳感器/陣列上並還延伸超出及用於保護熱 =测器’陣列。冑然，可形成任何其他所需堆疊。在圖 13C中，顯示另一具體實施例，其中以該前基板幻〇， 愿：雷古j &、 °产波傳感器或傳感器陣列與該熱電感測器或感測器
^ 門形成一支撐物210”的此一方式來移除該膜下方的 前基板21 〇，。 ，而#測器陣列可僅包括超聲波偵測器，僅包括㈣ 測器或包括使用任何所需數目或組合之㈣器的超聲波與 IR谓測H之-組合，其中可緊鄰超聲波元件形成任何所需 數目之紅外線元件以用於形成可用於超聲波與紅外線兩者 傳輸、偵測及成像之-組合陣列。可藉由薄膜處理來形成 此類組合的超聲波與IR傳感器’丨中電極可處於該壓電材 料之相同側或相對側上，類似於先前（例如）接合圖2八至犯 所說明。 在圖14A所示之—陣列刚的另—具體實施例中，可藉 由在該載體或前基板21〇,上緊鄰傳感器與熱電元件·、 1320來覆晶安裝或導線焊接1495來安|該電路（例如放大 器簡)以在封裝解決方式中實現―系統。通常係—^载體 ,此載體2H)，還可包含其他元件、功能及裝置，例如電阻 器。應注意’該載體或前Si基板21〇，類似於圖2a、2C所致 之則基板210。以此方式，可音捣 ^ ^ Γ實現實質上微型化的低輪 132600.doc •40· 200917499 扉超聲波偵測器陣列與熱電偵測器陣列，如圖14A所示。 類似於圖13B，如圖14B所示，該後基板134〇可以係延伸 並亦用以保護該等熱電感測器。替代地，如圖14C所示， 為了支樓該裝置，可以形成一分離該等壓電超聲波傳感器 與該等熱電感測器的支撲物210”之此一方式來圖案化該前 基板21 0'，其類似於結合圖1 3c所說明。 在圖15所示之一傳感器陣列15〇〇之另一替代性具體實施 例申’可藉由將諸如該放大器（例如其可以係一 的電 路整合於該前Si基板210,（其類似於圖2A、2C所示之前基 板210)中來實現甚至進一步的微型化。此與具有一非整合 的放大器形成對比，該非整合放大器可以係獨立的並藉由 諸如覆sa女裝或導線焊接1495的任何方式來連接或安裝至 該傳感器，如結合圖14A所說明。如亦結合圖2A、2C所說 明，該刖基板2 1 〇、21 0’係用作一載體以在其上形成並圖案 化各種層以用於實現該超聲波傳感器及/或熱電傳感器。
如所說明，該前基板之部分係移除（例如以形成圖2A、2C 所示之開口 260)，因而留下基板區段21〇、21〇，。可按需要 提供互連1515，例如在該等電極1342與整合於該前&基板 210'中的FET之間。 替代地，類似於結合圖13B與14B所說明’該後基板 13 40不僅可用於安裝於該壓電傳感器上，還可以係延伸於 該等熱電感測器之上並用以保護該等熱電感測器，如圖 15B所不。此外，可以其分離該等壓電超聲波傳感器與該 等熱電感測器之此一方式來圖案化該前基板21〇，，如圖 132600.doc 200917499 15C所示，並類似於圖13C與14C所示。 應明白，顯示電極在該壓電層之一側上（稱為d3 3模式） 的各種具體實施例之以上說明同樣適用於以d3丨模式運作 的具體實施例，其中電極在該壓電層之相對側上，如結合 圖5與8B至8C所顯示與說明。 例如，在圖16所示之一傳感器陣列16〇〇的具體實施例 中，該超聲波傳感器16 1 〇以該d3 1模式運作（與例如圖12至 1 5所示之先岫具體實施例形成對比，其以該3模式運 作）。在s亥d3 1模式中，用以驅動該壓電層的電極係設計於 該壓電膜之相對側上。此設計具有該等傳感器可於更低電 壓運作的優點。可類似於先前所說明來形成該超聲波傳感 器1610，例如結合圖2c、5及8B至8C所說明。 在圖16A所示之一陣列1600的另一具體實施例中，除在 壓電區域1621的兩側上具有電極之超聲波傳感器161〇以 外，該等熱電偵測器元件1620還係處理為在該熱電層1622 的相對側上具有電極的板電容器。可藉由在承载於該完全 别基板210上的膜133〇上形成一第一或前電極we來實現 該熱電IR傳感器1620(即在移除該基板21〇，之部分以（例如） 曝露該膜1330之前，類似於上面（例如）結合圖2C、5及8B 至8C所說明）。接下來’該熱電壓電層1622係形成於該前 電極1642上i且-第二或後電極1644係形成於該壓電層 =22上’並且若需要則係圖案化。接下來，按需要移除該 前電極210'之部分以（例如）曝露該膜133〇，並按需要移除 該膜133G之部分以曝露可按需要®案化的前電極1642。接 132600.doc •42- 200917499 下來，可將一透鏡1380提供於該前電極1642之部分上，其 中該透鏡可以係熱隔離。 該等熱電旧電區域與層⑽、助係藉由施加一 ％場 並於諸如1〇〇-3〇〇。(：的升高溫度（例如18〇。〇極化。該等熱 電麈電層1621、1622之極化垂直於該等層1621、1622。具 有彼此相反之極化的兩個或兩個以上熱電元件可以係串聯 設計：該等元件由於來自紅外線㈣之溫度改變所致的極
化改文係卩W置放大器讀出，該前置放大器可以係整合 於該㈣基板則，巾或與任何其他㈣電子㈣及電路一 起安裝/連接至5亥等傳感器的FET。即，包括該之電子 電路可在一分離的印刷電路板(pCB)上加以實現，及/或(例 如）藉由在該Si載體咖上的導電焊接或覆晶安裝來加以安 裝在圖16A之-替代中，亦可不移除該電極與熱電層下 方的膜，如圖16B所示。
應庄α各種圖式中所示的IR偵測器之透鏡1380通常係 刀d成不同特徵之片段，例如類似於菲涅爾透鏡的不同曲 率與不同厚度，其中各片段經組態用以接收來自一特定區 域或區的職射。可基於涵蓋區域來改變片段的數目與類 型’通常-更寬的涵蓋區域要求更高的片段數目。根據針 對職射而係監視的涵蓋區域之大小，與叫貞測器一起使 用之、型透鏡包括7至！ 4片段。此類透鏡相對較貴並且 成本隨著增加的片段數目而增加。 、代替具有許多片段之-昂貴透鏡，可與具有減低的片段 或不具有片段並還具有一較寬涵蓋區域之一透鏡一起使用 132600.doc •43· 200917499 一薄膜感測器陣列。因而，使用一薄膜傳感器陣列允許使 該透鏡更易於設計並減低厚度，因而提供緊湊的裝置以及 降低的成本。例如，用於天花板應用之一 IR運動/出現感 測器可具有4個元件或感測器（四裝置）與一具有丨4個片段的 透鏡以提供4乘14或56個偵測區域。相反，該汛熱電感測 器可包含14個元件或感測器並且該透鏡可僅具有4個片段 並仍具有相同數目的偵測區域，即14乘4或56個偵測區 域0 (、： 在圖17A至1 7C所示之另一範例中，以d33或d3丨模式運 作的超聲波傳感器1310在使用具有一專用組成物之一壓電 薄膜層並且該熱電偵測器1320在使用具有一特殊組成物之 另一專用層，該特殊組成物不同於該超聲波傳感器131〇之 壓電薄膜層之組成物。在圖17A至17C所示之整合超聲波 與熱電/紅外線（IR)裝置之此等具體實施例中，該等整合的 超聲波傳感器1310可具有一具有“摻雜的錯鈦酸鉛之專用 〇 壓電組成物，而該等整合的IR偵測器1320可具有一 La、 Μη摻雜的鍅鈦酸鉛之專用熱電組成物。 圖17Α給出一說明性範例或具體實施例。此具體實施例 • 顯示類似於圖13 Α的一超聲波傳感器或超聲波傳感器陣列 - 與熱電感測器或熱電感測器陣列之一系統。在此範例中， 。亥壓電超聲波傳感益在以該d33模式運作。在可以係（例如） 氮化矽與氧化矽還可以係任何其他膜堆疊的膜133〇之一部 刀的頂。卩上，一壓電層！ 3 22(例如一鑭（La)摻雜的錯鈦酸鉛 層）係沈積與圖案化，使得其僅位於該超聲波傳感器在工 132600.doc • 44 · 200917499 作的區域中。在該熱電感測考 盗或感測益陣列所位於的膜 13 3 0之另一部分上，一敎雷兹 …、'專媒層丨722係沈積於膜1330之 頂部上。該熱電薄膜層可以佴 係（例如）一鑭與錳（Mn)摻雜的 锆鈦酸鉛層。 圖17Β與17C顯示圖17Α之佟故甘*叔 改，其中類似於圖1 3 Α至 13C，該安裝的後基板 134〇^ ^ ^ ^ 义狎以覆蓋該（專）超聲波傳感 器與s亥（等）熱電感測器，如圖 _ 01 17B所不。在圖17C中，具有 專用壓電薄膜材料之超聲波僂 八 〜早收1寻感益區域係藉由圖案化該前 基板2 1 〇’而自該熱電感測考 态區域为離，類似於結合圖 13C、14C及15C所說明。 农後’上述說明旨在僅說明太么 ^ 月本糸統而不應解釋為將隨附 申請專利範圍限制於任何特定 u付疋具體實施例或具體實施例之 群組。因巾，雖,然已參考其特定範例性具體實施例來特別 詳細地說明本系統’但應明白熟習此項技術者可以設計許 Ο 多修改與替代性具體實施例而不脫離如以下申請專利範圍 所述之本系統的更廣義與特定的精神與範轉。因此，應將 該規格與圖式視為-說明方式而不旨在限制隨附申請專利 範圍的範_。 在解釋隨附申請專利範圍中，應明白： a) 詞語”包含"並不排除存在除一給定請求項中列 件或動作以外的其他元件或動作； 或，，一個·'並不排除存在複數 b) 在一元件之前的冠詞，,_ 個此類元件； c) 該申凊專利範圍中的任何參考符號並不限制其範嘴； 132600.doc -45· 200917499 d) 數個，，構件丄t 再仟了由相同或不同項目或硬體 構或功能來表示； X秋髖貫施結 e) 所揭示元件 午之任一凡件可以包含硬體部分 =合式電子電路)、軟體部分(例如電腦程式化)= f) 硬體部分可由類比與數位部分之—者或兩者组成· g) 可將所揭㈣置之任一者或其部分組合在 分 另外部分，除非另有明確規定； 起戈刀成 、h)不旨在要求動作或步驟之特定序列，除非明確指示； 以及 i)術語”複數個，，元件包括兩個或兩個以上所主張元件， 而不暗不7L件數目之任何特定範圍；即複數個元件可少至 兩個兀件，並可包括不可測量數目之元件。 【圖式簡單說明】 自以上說明、隨附申請專利範圍及附圖可更佳地明白本 ϋ 發明之此等及其他特徵、態樣及該等裝置、系統及方法的 優點，其中： 圖1顯示一典型傳感器的輻射場型之測量； 圖2A至2C顯示以塊體微加工實現之一傳統感測器； 圖3顯示依據本系統之—具體實施例之—傳感器陣列； 圖4A至4B顯讀據本系統之—具體實施例在—側上具 有電極之一傳感器； ' 圖5顯示依據本系、統之—具體實施例在相對側上具有電 極之一傳感器； 132600.doc -46- 200917499 圖Μ不依據本系統之—具體實施例具有—後基板的傳 感器之陣列； ’’’具示依據本系統之一具體實施例具有交又指形電極 的傳感器之陣列； 圖8Α至8C顯不依據本系統之—具體實施例具有支樓於 架上之一後基板之一傳感器； 圖8D顯不依據本系統之—具體實施例的—電阻偏 路；
圖9顯示依據本發明之—具體實施例之-傳感器的電阻 抗對頻率之一曲線圖； 々圖10顯示依據本發明之—具體實施例在—具有互連之挽 Λ形成撓丨生傳感器陣列的兩個超聲波傳感器； 圖11顯示依據本系統之—具體實施例在兩側上覆蓋-撓 性層互連的兩個超聲波傳感器裝置，其形成在上部層上具 有該等薄膜壓電元件之一撓性傳感器陣列，該陣列係安裝 於具有或不具有電子裝置之矽部分上； 、 *圖12顯示依據本系統之—具體實施例兩個或兩個以上超 聲波傳感器之一撓性陣列； 圖13Α至13C顯示依墟太备β 貝丁依據本系統之一具體實施例包括 聲波傳感H與-熱電制器之—組合㈣列 板上分離安裝的電路； …、有在一 圖14A至14C顯示依據本系統之—具體實施例包括 聲波傳感器與一熱電傳感器之-組合的陣列，其具有藉由 覆晶安裝或導線焊接來安裝的電路； 132600.doc •47- 200917499 圖15A至15C顯示依據本系統之一具體實施例包括—超 聲波傳感器與一熱電傳感器之一組合的陣列，其具有整人 的電路； 圖1 6 A至1 6B顯示依據本系統之一具體實施例包括一超 聲波傳感器與一熱電傳感器之一組合的陣列，其具有在壓 電區域之兩側上的電極；以及 圖17 A至17C顯示依據本系統之一具體實施例包括一超 聲波傳感器與一熱電傳感器之一組合的陣列，其具有不同 摻雜的壓電區域。 【主要元件符號說明】 100 輻射場型 110 束 120 盲區 130 盲區 200 超聲波傳感器 200' 超聲波傳感器 210 石夕基板 210' 矽基板 210" 支撑物 220 膜 230 障壁結構 240 壓電層 250 第一電極 250' 電極 132600.doc -48- 200917499 255 第二電極 255' 電極 260 開口 270 第一電流供應接點 275 第二電流供應接點 300 陣列 310 薄膜壓電傳感器元件 320 間距 330 寬度 340 間隙 350 控制器或處理器 360 記憶體 400 感測器 401 區段 401' 區段 402 區段 403 區段 404 移位 410 膜 420 壓電區域 420， 壓電區域 430 電極 430' 電極 440 電極 132600.doc -49- 200917499 440' 電極 450 延長 460 向下彎曲 500 感測器 510 膜 520 壓電材料 525 壓電材料 530 電極 530， 電極 540 電極 540' 電極 550 收縮 555 收縮 560 箭頭 600 傳感器元件 610 膜 615 下部或前端基板 617 薄膜障壁層 620 壓電區域 622 壓電區域 624 壓電區域 626 間距 630 電極條 630' 電極條 132600.doc -50- 200917499 635 電極條 635' 電極條 640 晶粒或後端基板 650 金屬層 650' 金屬層 660 支撐架 660’ 支撐架 700 傳感器陣列 710 元件 800 傳感器 801 傳感器 820 壓電層 820' 壓電層 821 作用部分 822 支撐物 824 支撐物 826 間隙 826' 間隙 828 厚度或高度 828' 厚度或高度 830 膜 840 第一電極 840' 第一電極 845 第二電極 132600.doc -51 - 200917499 845' 第二電極 847 氮化矽層 850 氧化矽層 860 第一金屬區域 870 第二金屬化層 880 電極 885 電極 887 元件 890 電極 891 電阻器 892 埠 893 電阻器 894 埠 895 電極/埠 896 埠 900 曲線圖 1000 陣列 1010 傳感器 1020 壓電材料 1030 電極 1040 電極 1050 載體 1060 互連 1070 間隙 132600.doc -52 200917499 1075 匹配層 1100 陣列 1110 薄膜壓電超聲波傳感器元件 1120 薄膜壓電超聲波傳感器元件 1130 矽（Si)部分 1132 互連結構 1140 互連線 1142 傳感器元件 1150 第一撓性層 1155 第二撓性層 1182 金屬化層/接點 1184 壓電薄膜層 1186 膜 1188 金屬接點 1200 陣列 1210 超聲波傳感器 1220 超聲波傳感器 1222 壓電層 1230 膜 1240 後基板 1242 電極 1250 撓性箔或聚合物層 1260 分離或間隙 1270 通道 132600.doc -53- 200917499
1300 陣列 1310 超聲波傳感器 1317 障壁層 1320 熱電傳感器 1322 壓電或熱電層 1330 膜 1340 後基板 1342 電極 1380 透鏡 1385 IR輻射 1387 箭頭 1390 放大器 1395 板 1400 陣列 1495 導線焊接 1500 傳感器陣列 1515 互連 1600 傳感器陣列 1610 超聲波傳感器 1620 熱電偵測器元件 1621 熱電/壓電區域與層 1622 熱電/壓電區域與層 1642 第一或前電極 1644 第二或後電極 1722 熱電薄膜層 -54- 132600.doc

Claims (1)

  1. 200917499 十、申請專利範圍： 1. 一種形成一傳感器（800)的方法，其包含以下動作： 在一前基板（615)上形成一膜（830); 在該膜上（830)形成一壓電層（820); 在該壓電層（820)之一作用部分（821)上形成包括第一 與第二電極（840、845)之一圖案化導電層；以及 - 形成一後基板結構，其具有位於與該作用部分（821)相 鄰之側上的支撐物（822、824)。 X S 2·如請求項1之方法，其中該等支撐物（822、824)之一支撐 高度（826)大於該壓電層與該圖案化導電層之一組合高度 (828)。 3·如請求項1之方法，其中形成該後基板之動作包括以下 動作： 在一後基板（640)上形成該等支撐物（822 ' 824);以及 將該等支撐物（822、824)附著於與該作用部分（821)相 鄰之位置。 4. 如請求項3之方法，其中形成該等支撐物（822、824)之動 作包括以下動作之至少一者： 在該後基板（640)上形成至少一導電層（650)以形成該 等支撐物（822、824);以及 在該等支撐物（822、824)之間局域地蝕刻該後基板 (640) 〇 5. 如叫求項1之方法’其中形成該後基板之動作包括以下 動作： 132600.doc 200917499 在該等支撐物（822、824)上形成一額外層（870)以増加 s荨支樓物（822、824)之一厚度而超過該壓電層與該圖 案化導電層之一總厚度，該等支撐物包括該壓電層與該 圖案化導電層之部分；以及 在該等支撐物（822、824)之該額外層（87〇)上安裝一後 基板（640)。 ’其進一步包含完全或部分移除該前 ’其中形成該膜（830)之動作包括以下 6.如請求項1之方法 基板（815)的動作： 7 _如請求項1之方法 動作： 在該前基板（615)上形成一層氮化矽層（847);以及 在該氮化矽層（847)上形成一層氧化矽層（85〇)。 8. 如請求項1之方法，其進-步包含將該作用部分（8川分 成片段的動作’該等片段係藉由重疊的底部與頂部電極 (890 895)之間的電容搞合來串聯連接。 9. 〇 如請求項8之方法，其進一步包含將電阻器（891、893)連 接至該等重疊的底部與頂部電極（89()、895)以供應一偏 壓電壓的動作。 ~ 10. -種形成一傳感器(800)的方法，其包含以下動作： 在岫基板（61 5)上形成一膜（83〇); 在該膜（830)上於一作用部分 刀及與該作用部分 (82D相鄰；t位的周邊部分處形成—壓電層⑽）； 在該壓電層（820)上形成一圖案化導電層；以及 形成-後基板結構，其具有位於與該作用部分⑻⑽ 132600.doc -2- 200917499 鄰之側上的支撐物（822、824)。 11.如請求項10之方法，其中該等支撐物（822、824)之一支 撐咼度（826)大於該壓電層與該圖案化導電層之一組合高 度（828)。 12_如請求項10之方法，其中形成該後基板之動作包括以下 動作： 在一後基板（615)上形成一導電層（87〇);以及 將該導電層（870)附著於該等支撐物（822、824)。 13. 如請求項10之方法，其中形成該後基板之動作包括以下 動作： 在該等支撐物（822、824)上形成一額外層（87〇)以增加 該等支撐物（822、824)之一厚度而超過該壓電層與該圖 案化導電層之一總厚度，該等支撐物包括該壓電層與該 圖案化導電層之部分； 在該等支撐物（822、824)之該額外層（870)上安裝—後 基板（640);以及 在不應用該等支撐物（822、824)的區域中蝕刻溝槽於 s玄後基板（6 4 0 )中。 14. 如請求項10之方法，其中形成該圖案化導電層之步驟包 括在該圖案化壓電層（82〇)之該作用部分（821)上形成第 一與第二電極（840、845)。 15. 如請求項1〇之方法，其進_步包含形成另一圖案化導電 層（84〇’）的步驟，其中該壓電層（820)係夾在該圖案化導 電層與該另一圖案化導電層之間。 132600.doc 200917499 %如請求項10之方法’其中形成一膜(83〇)之動作包括以下 動作： 在该前基板（615)上形成一層氮化矽層（84乃；以及 在該氮化矽層（847)上形成一層氧化矽層（85〇)。 17. 如請求項10之方法，其進一步包含將該作用部分（821)分 成片段的ίΜ乍，該等片段係藉由重疊的底部與頂部電極 (890、895)之間的電容耦合來串聯連接。 18. —種傳感器（800)，其包含： 一膜（83 0)，其經組態用以回應於一力而改變形狀； 壓電層（820)，其係形成於該膜上（83〇)上； 第一與第二電極（840、845)，其與該壓電層（82㈨接 觸，其中該等第一與第二電極（84〇 ' 845)之間之一電場 與該壓電層（820)之機械移動成比例； 第一與第二支撐物（822 ' 824)，其位於該壓電層（820) 之周邊側；以及 一基板（640) ’其係藉由該等第一與第二支撐物（822、 824)來支撐。 19. 如請求項18之傳感器，其中當該等第一與第二電極係形 成於該壓電層之一側上時，該等第一與第二支撐物 (822、824)之一支撐高度（826)係大於該壓電層與該第一 電極之第一組合高度（828)，且其中當該等第一與第二電 極係形成於該麼電層之相對側上時，該支撐高度係大於 該壓電層及該等第一與第二電極之一第二組合高度。 20. 如請求項18之傳感器’其中該等第一與第二支撐物 132600.doc 200917499 (822、824)包括該壓電層之壓電材料與該等第一與第二 電極之導電材料。 21·如請求項18之傳感器’其中該膜（830)包含位於一層氮化 石夕層（847)上之一層氧化矽層（850)，該壓電層（82〇)位於 該氧化矽層（850)上。 22.如睛求項18之傳感器，其進一步包含一障壁層（ο?)，其 中該膜（830)包含一層氧化矽層（850)，其係形成於一層 氮化矽層（847)上；該障壁層（617)位於該氧化矽層（85〇) 上，而該壓電層位於該障壁層（617)上。 23 · —種陣列’其包含如請求項丨8之傳感器。 24 · —種用於出現偵測之感測器，其包含如請求項丨8之傳感 器。 25. —種用於出現偵測之運動感測器，其包含如請求項18之 傳感器。 26. —種用於即時成像之成像感測器，其包含如請求項丨8之 傳感器。 27_ —種傳感器陣列（11〇〇、12〇〇),其包含： 至少兩個薄膜傳感器元件（1210、1220)，其具有一壓 電層（1222)、至少兩個電極（1242)及一膜（123〇)，該膜 (1 23 0)經組態用以回應於一力而改變形狀；以及 一撓性箔（11 50、1250); 其中該至少兩個薄膜傳感器元件（121〇、122〇)係在該 傳感器陣列之一第一側上附著於該撓性箔（115〇、 1250)。 132600.doc 200917499 28. 如請求項27之傳感器陣列（1100、1200)，其進一步包含 該等傳感器元件（111 0、1120)之一第二側上的另一撓性 箔（1155) ’使得該撓性箔（1150)與該另一撓性箔（1155)實 質上覆蓋該傳感器陣列之該第一側與該第二側。 29. 如清求項27之傳感器陣列（11 〇〇、1200)，其中該撓性箱 (1250)係附著於該等傳感器元件（121〇、ι22〇)之一半導 體基板（1240)，該半導體基板（124〇)具有一減低的厚度 並包括至少一隔離的通道（1270)以用於將該等傳感器元 件（1210、1220)連接至另外的元件。 30. 如請求項27之傳感器陣列（丨1〇〇、ι2〇〇)，其中該至少兩 個薄膜傳感|§元件包括一薄膜超聲波傳感器元件與一薄 膜熱電傳感器元件。 31. 如請求項27之傳感器陣列〇1〇〇、12〇〇)，其進一步包含 一基板（1240)，其位於在該至少兩個薄膜傳感器元件之 至少一者之周邊處的支撐物之間。 32. 如請求項27之傳感器陣列〇1〇〇、12〇〇)，其進一步包含 -支樓物（21G") ’其位於在與該壓電層（1222)相對的該膜 (123〇)之一側上的該至少兩個薄膜傳感器元件之間。 33. 如請求項27之傳感器陣列⑴⑽、12⑼），其中該至少兩 個薄膜傳感器元件包括—薄膜超聲波傳感器元件與-薄 模熱電傳感器元件，該傳感器陣列進—步包含—支樓物 (210 ) ’纟位於在與該虔電層（1222)相對的該膜（⑵〇)之 -側上的至少該薄膜超聲波傳感器元件與該熱電傳感器 132600.doc 200917499 34. —種傳感器陣列（1〇〇〇)，其包含： 至少兩個薄膜傳感器元件（1010)，其具有夾在至少兩 個電極（1030、1040)之間的一壓電層（1020);以及 一撓性載體（1〇5〇); 其中該至少兩個薄膜傳感器元件（1010)係附著於該傳 感器陣列之—第一側上的該撓性箔（1050)並係藉由—間 ' 隙（1070)分離以增強該撓性箔（1050)的移動並致能使該 陣列（1000)成形。 35. —種褒置，其包含： 一傳感器陣列，其具有至少兩個具有一壓電層的薄膜 傳感器元件； 一熱電陣列，其具有至少兩個具有一熱電層的薄臈埶 電偵測器；以及 至少兩個電極； 該壓電層與該熱電層係夾在該至少兩個電極之間。 〇 36.如請求項35之裝置，其進一步包含一撓性箱，其中該傳 感器陣列與該熱電陣列係安裝於該撓性箔上。 37·如明农項36之裝置，其中該傳感器陣列與該熱電陣列係 刀離以曝露該撓性H之—部分以使得可撓性係增加。 132600.doc
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