一种类压电d33装置至少包含：一对完整且大致平行的电极，具有构成一接收器的第一与第二感测电极；一移动间隙，位于第一与第二感测电极之间，并具有一初始高度t0，且是由一半导体材料与一金属材料经过热反应形成半导体金属化合物后产生，其中第一感测电极包含半导体金属化合物以提供一完整的电容感测电极来感测与第二感测电极之间的电容变化并产生一感测信号；以及一电极间介电质，具有位于第一感测电极与第二感测电极之间的厚度d，并具有单层结构或多层结构，且具有平均介电常数ε
【技术实现步骤摘要】
类压电d33装置及使用其的电子设备
[0001]本专利技术是有关于一种类压电d33装置及使用其的电子设备，且特别是有关于一种具有增进的传感效能的类压电d33结构，其可被整合至显示器及被应用至各种电子设备，以及有关于一种使用上述类压电d33结构的电子设备。
技术介绍
[0002]传统的振动式收发器(或称传感器或换能器(transducer))，例如是声波或超声波收发器，可以用来作医疗器官影像的量测、手势侦测、三维触控、指纹感测、皮下生物资讯(微血管资讯、血流资讯)量测等，可以以空气或流体当作介质，也可以是物体接触式。传统的实施技术通常是使用压电材料，例如是聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)或锆钛酸铅(Lead Zirconate Titanate， PZT)等等，其操作的模式是使用材料的d33模式，亦即使施予材料的电场方向与其移动方向平行。
[0003]图1A与1B显示一种传统的d33振动式收发器的示意图。如图1A与1B 所示，传统的d33振动式收发器300包含一压电材料块310。压电材料块310 的上端及下端被通以电压源340而产生电场而使压电材料变形，当电场持续变化时，压电材料块310会沿着移动方向320振动，压电材料块310产生的电场方向330与移动方向320平行时，称为操作在d33模式。例如，在图1A中，电压源340分别对第一感测电极311与第二感测电极312施予负电压及正电压，造成朝上的电场方向330以及压电材料块310的收缩；而在图1B中，电压源 340分别对第一感测电极311与第二感测电极312施予正电压及负电压，造成朝下的电场方向330以及压电材料块310的伸长。当施予图1A与1B的交替电场时，可以造成压电材料块310的伸缩振动。
[0004]在制造上，PVDF是一种工程塑胶，不易采用光刻(Lithography)等半导体制程来进行曝光、显影等加工方式，加工方式通常仅能依靠例如雷射加工。因此，要将PVDF整合到半导体制程是很有问题的。PZT具有污染性，很难加工，而且需要使用块状材料才能实现d33的操作模式。块状材料的PZT通常采用烧结方式来生产，烧结温度高达700至800℃，甚至高达1000℃。因此，传统的d33 的PZT元件都是独立的元件，也很难整合到半导体的制程，甚至无法与集成电路制程做整合，将压电元件制作整合于集成电路。且铅对于半导体材料又具有污染性。再者，PZT需要用白金当作电极，使得制造成本高昂。
[0005]再者，传统的压电材料在操作时，所施加的电压通常是几十伏特到几百伏特。这么高的电压在系统整合时是一个问题，与半导体制程整合时也是一大问题。
[0006]中国台湾专利TWI725826(CN212012595U)揭示一种类压电d33振动式装置及整合其的显示器，虽然可以达到与半导体制程整合的效果，但是对于传感效能、结构及材料尚未提出进一步最佳化的设计及解决方案，此为本案所欲解决的问题。
技术实现思路
[0007]因此，本专利技术的一个目的是提供一种具有良好的传感效能的类压电d33装置，具有的优点是容易与半导体制程整合，加工容易、成本低、无污染性，并且提供对于传感效能的
最佳化的设计方案。
[0008]为达上述目的，本专利技术提供一种类压电d33装置至少包含：一对完整且大致平行的电极，具有构成一接收器的第一与第二感测电极；一移动间隙，位于第一与第二感测电极之间，并具有一初始高度t0而且是由一半导体材料与一金属材料经过热反应形成半导体金属化合物后产生，其中第一感测电极包含半导体金属化合物以提供一完整的电容感测电极来感测与第二感测电极之间的电容变化并产生一感测信号；以及一电极间介电质，具有位于第一感测电极与第二感测电极之间的厚度d，并具有单层结构或多层结构，且具有平均介电常数ε
r
，其中满足t0+d/ε
r
≤100nm。
[0009]本专利技术亦提供一种电子设备，至少包含：至少一处理器；及所述的类压电 d33装置，其中处理器电连接至类压电d33装置，并处理来自类压电d33装置的感测信号。
[0010]上述实施例的类压电d33装置可以当作生物资讯感测、触控、压力感测装置使用，利用上述d/ε
r
+t0≤100nm的设计准则，可以将压力式感测装置的传感效能最佳化。此外，通过接触层的设置，可以提高电性接触效果。
[0011]为让本专利技术的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
[0012]图1A与图1B显示一种传统的d33振动式收发器的示意图。
[0013]图2A、图2B与图3显示依据本专利技术较佳实施例的类压电d33装置的三种应用的示意图。
[0014]图4与图5显示依据本专利技术的较佳实施例的类压电d33装置的配置示意图。
[0015]图6显示图4与图5的电容式感测原理的示意图。
[0016]图7显示依据本专利技术较佳实施例的类压电d33装置的示意图。
[0017]图8显示类压电d33装置的另一个例子的局部剖面图。
[0018]图9显示将本专利技术的类压电d33装置整合于CMOS后段制程的示意图。
[0019]图9A至图9C显示图9的数个变化例的示意图。
[0020]图10显示图4的变化例的示意图。
具体实施方式
[0021]本专利技术的实施例提供的类压电d33装置使用一种具有真空或空气间隙的移动式电容结构，来达成让施加的电场方向与振动的方向相同的收发功能类似传统压电材料的d33效应。利用电极间介电质的介电常数及厚度的选择及移动间隙的高度的搭配，可以将传感效能最佳化。
[0022]图2A、2B与图3显示依据本专利技术较佳实施例的类压电d33装置100应用于手持式电子设备的三种应用的示意图，但并未将本专利技术限制于此。如图2A 所示，类压电d33装置100可以整合装设在手机200(亦可是例如笔记本电脑或平板电脑的电子设备)的正面的显示器210之中或组合于显示器210的下方(例如是直接或间接组合于显示器210的下表面)，类压电d33装置100可以通过手机200的处理器270电连接至人机界面(显示器210)，以让处理器270处理来自类压电d33装置100的感测信号。显示器210上面显示有多个操作方块220以供
用户点击，显示器210的旁边装设有前镜头230，本专利技术的类压电d33装置 100由于制造的特色，可以整合于电子设备的显示器中或下方，并且也可以仅是一部分区域(如图2A所示的虚线部分)，或者是涵盖全部面积(如图2B所示)，当然如果涵盖了显示器的全部面积时，类压电d33装置甚至可以涵盖多种功能在一起，同时可以作为生物特征感测(例如指纹、指静脉、血流速、心跳等等) 及3D触控及手势侦测等等，形成多合一功能的整合。
[0023]如图3所示，类压电d33装置100也可以装设在手机200的背面的背盖240 或侧边按钮区的下方，其中手机200的背面亦装设本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种类压电d33装置，其特征在于，至少包含：一对完整且大致平行的电极，具有构成一接收器的一第一感测电极及一第二感测电极；一移动间隙，位于该第一感测电极与该第二感测电极之间，其中该移动间隙具有一初始高度t0而且是由一半导体材料与一金属材料经过热反应形成半导体金属化合物后产生，以及该第一感测电极包含该半导体金属化合物以提供一完整的电容感测电极来感测与该第二感测电极之间的电容变化并产生一感测信号；以及一电极间介电质，具有位于该第一感测电极与该第二感测电极之间的厚度d，并具有单层结构或多层结构，且具有平均介电常数ε
r
，其中满足t0+d/ε
r
≤100nm。2.如权利要求1所述的类压电d33装置，其特征在于，该半导体材料是非晶硅或多晶硅，而该金属材料是低于300℃所沉积的镍。3.如权利要求1所述的类压电d33装置，其特征在于，ε
r
≥3。4.如权利要求1所述的类压电d33装置，其特征在于，ε
r
≥5。5.如权利要求1所述的类压电d33装置，其特征在于，25nm≤t0≤75nm。6.如权利要求1所述的类压电d33装置，其特征在于，该电极间介电质是低于300℃所沉积的材料。7.如权利要求1所述的类压电d33装置，其特征在于，该电极间介电质的一材料是选自于由氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钽及氧化钛所组成的群组。8.如权利要求1所述的类压电d33装置，其特征在于，该第一感测电极更包含一底层金属，位于该半导体金属化合物之下。9.如权利要求8所述的类压电d33装置，其特征在于，该底层金属具有单层结构或多层结构。10.如权利要求8所述的类压电d33装置，其特征在于，该底层金属的一材料是选自于由钛、氮化钛、钨及钼所组成的群组。11.如权利要求1所述的类压电d33装置，其特征在于，更至少包含：一基板；及一电路层，包含至少一主动电路元件及至少一互连线，并位于该基板上或局部位于该基板中，其中该第一感测电极位于该电路层上并电连接至该电路层，以及该电路层控制该接收器产生该感测信号。12.如权利要求11所述的类压电d33装置，其特征在于，该第一感测电极更包含低于400℃所沉积的底层金属，位于该半导体金属化合物的下并电连接至该电路...
【专利技术属性】
技术研发人员：周正三，
申请(专利权)人：美三科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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