CMOS熱電式紅外線微感測器與訊號處理電路之設計與製造

Design and Fabrication of CMOS-Integrated Thermoelectric IR Microsensors and Signal-Processing Circuit

張家銘(HASH(0x1a906b80))

指導教授 ： 陳榮順

國立清華大學/工學院/動力機械工程學系/碩士(2008年)

摘要

近年來在醫學、設備檢測、汽車、民生等各方面皆有相關產品，如何生產低成本、高性能的紅外線感測器則漸漸獲得重視。此外隨著微機電系統之迅速發展，再藉由日益成熟的半導體製程技術將致動或感測的微結構與積體電路整合至單一晶片中，以實現具有尺寸小、低成本、整合性與性能高的微系統。
本論文提出以CMOS MEMS技術為基礎之熱電式紅外線感測器，將熱電偶放置在吸收薄膜下方，具有面積小、高填充率的優點，再利用TSMC 0.35um 2P4M標準製程與簡單的體型微加工，不需要添加額外的材料與製程，使得系統整合性高而且製作成本低。透過結構的理論分析與CoventorWare數值模擬軟體，可得感測器在真空狀態下，響應度為119.81 V/W，雜訊等效溫差(NETD)為109.2 mK，時間常數為4.31 ms。最後再設計on-chip訊號處理電路，將此電路與感測器整合於同一晶片上，發展出具有高溫度靈敏度的紅外線感測晶片。

關鍵字

紅外線 ； 熱電式

並列摘要

無資料

並列關鍵字

HASH(0x1a9073b0) ； HASH(0x1a907450)

參考文獻

[2] 蔡錦福，”結合多波段紅外線與紫外線輻射檢測技術以預測火災之研究”，國立成功大學電機工程學系博士論文，2006。

[3] T. Toriyama, M. Yajima and S. Sugiyama, “Thermoelectric Micro Power Generator Utilizing Self-Standing Polysilicon-Metal Thermopile,” in Proc. 14th IEEE Int. Conf. on Microelectromech. Syst., Interlaken, Switzerland, Jan. 21-25 2001, pp. 562-565.

[4] M. Muller, W. Budde, R. Gottfried-Gottfried, A. Hubel, R. Jahne and H. Kuck , “A Thermoelectric Infrared Radiation Sensor with Monolithically Integrated Amplifier Stage and Temperature Sensor,’’ in Proc. 8th Int. Conf. Solid-State Sensors and Actuators, Sweden, June 25-29 1995, pp 640-643.

[5] H. K. Lee, J. B. Yoon, E. Yoon, S. B. Ju, Y. J. Yong, W. Lee and S. G. Kim, “A High Fill-Factor Infrared Bolometer Using Micromachined Multilevel Electrothermal Structures,’’ IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 46, no. 7, July 1999, pp. 1489-1491.

[6] E. Socher, O. Bochobza-Degani and Y. Nemirovsky, “A Novel Spiral CMOS Compatible Micromachined Thermoelectric IR Microsensor,” Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 11, no. 5, 2001, pp. 574-576.