CN106257485A - 集成式振波发射感测元及感测阵列及电子设备及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成式振波发射感测元、使用其的感测阵列及电子设备及其制造方法，集成式振波发射感测元包括：一基板；一振波感测元，位于基板上，具有一腔室；一振波发射元，位于基板上方，并连接至振波感测元，振波发射元产生一第一振动波，朝上传递的第一振动波遇到接近振波发射元的一物体的一个或多个接口，并被物体的一个或多个接口反射而产生一第二振动波，振波感测元感测第二振动波的性质，或感测第二振动波与第一振动波的干涉波而产生一感测信号。亦揭露相关感测阵列、电子设备及制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种发射感测元、使用其的感测阵列及电子设备及其制造方法，且特别涉及一种集成式振波发射感测元、使用其的感测阵列及电子设备及其制造方法。
背景技术
传统的生物特征传感器(譬如是指纹传感器)感测的方法有几种，例如光学的感测原理，其缺点为无法有效感测干手指及脏污，而且需要一光学照明及成像系统，不仅消耗功率高且体积庞大，不利整合于现在的电子产品轻、薄、短、小及低功耗的需求。另外一种常见的就是利用电容/电场量测的半导体芯片，其优点是功耗小且体积小，但缺点为无法感测湿手指，并且不易辨别一种利用导电材料所制作的假手指，这对于越来越多以指纹认证所规划的移动支付交易，很容易产生造假的犯罪行为。另外有利用压力感测的方式，其特点是必须要提供一容易受压变形的结构，但是手指按压此传感器的力道必须足够。若手指接触此传感器的力道不够或没有按压到此传感器，则无法得到好的感测结果。除了以上相关技术的个别缺点外，以上技术也都无法感测皮下组织，甚至是手指内部的静脉等等以更进一步作为第二道生物特征来辅助身份认证，作为更多生物信息的收集，不仅可以增加辨识准确度，更可以增加安全性，防止上述的缺点带来的技术漏洞。
为解决以上所有问题，本发明将提供一种集成式振波发射感测式生物特征传感器，达到低功耗、体积小，不仅可以检测表面的生物特征，例如指纹，更可能检测皮下的生物特征，例如血管等信息。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种集成式振波发射感测元以及使用其的感测阵列及电子设备，利用发射振动波，配合电容式感测原理来感测电容变化，进而感测到干涉波的变化，以达到生物特征的效果。
为达上述目的，本发明提供一种集成式振波发射感测元，包括：一基板；一振波感测元，位于基板上，具有一腔室；一振波发射元，位于基板上方，并连接至振波感测元，振波发射元产生一第一振动波，朝上传递的第一振动波遇到接近振波发射元的一物体的一个或多个接口，并被物体的一个或多个接口反射而产生一第二振动波，振波感测元感测第二振动波的性质，或感测第二振动波与第一振动波的干涉波而产生一感测信号。
在上述的集成式振波发射感测元中，振波感测元包括：一第一电极，位于基板上；一间隔层，位于基板上；以及一第二电极，位于基板上，第二电极面对第一电极，且第二电极、第一电极与间隔层之间形成有腔室，第一电极与第二电极形成一感测电容，第二电极可朝向靠近及远离第一电极的方向振动。
本发明提供一种集成式振波发射感测阵列，包括：多个上述的集成式振波发射感测元，排列成一个阵列，其中此些集成式振波发射感测元共用基板及第二电极。
本发明更提供一种电子设备，包括：多个上述集成式振波发射感测元，排列成一个阵列；一驱动信号源，连接至此些振波发射元，用于驱动各振波发射元振动；一振波传递层，设置在此些振波发射元上，用于传递各第一振动波；以及一盖板，覆盖在振波传递层上，其中物体的一个或多个接口是与盖板接触或接近。
本发明又提供一种集成式振波发射感测元的制造方法，包括：提供一感测元初始结构，具有：一基板；一第一电极，位于基板上；以及一间隔层，位于基板上；提供一载体基板，包括：一第一硅基板；一绝缘层，位于第一硅基板上；及一第二硅基板，位于绝缘层上；将载体基板的第一硅基板接合至间隔层，使第一硅基板、第一电极与间隔层之间形成一腔室；移除第二硅基板；以及在绝缘层上形成一振波发射元，振波发射元对应于腔室。
本发明再提供一种集成式振波发射感测阵列的制造方法，包括：提供一感测元阵列初始结构，具有：一基板；多个第一电极，位于基板上；以及一间隔层，位于基板上；提供一载体基板，包括：一第一硅基板；一绝缘层，位于第一硅基板上；及一第二硅基板，位于绝缘层上；将载体基板的第一硅基板接合至间隔层，使第一硅基板、各第一电极与间隔层之间形成一腔室；移除第二硅基板；以及在绝缘层上形成多个振波发射元，此些振波发射元分别对应于此些腔室。
本发明更提供一种电子设备的制造方法，包括：提供一感测元阵列初始结构，具有：一基板；多个第一电极，位于基板上；以及一间隔层，位于基板上；提供一载体基板，包括：一第一硅基板；一绝缘层，位于第一硅基板上；及一第二硅基板，位于绝缘层上；将载体基板的第一硅基板接合至间隔层，使第一硅基板、各第一电极与间隔层之间形成一腔室；移除第二硅基板；在绝缘层上形成多个振波发射元，此些振波发射元分别对应于此些腔室；在此些振波发射元上形成一振波传递层；以及在振波传递层上覆盖一盖板。
依据本发明的上述实施样态，通过电容量测可以隔绝温度与湿度变化的干扰，通过压电材料的振波发射元可以产生大的振幅，以提高感测电容的量测灵敏度，通过干涉波的产生可以得知距离信息，如此，可以实现生物特征的感测，特别是指纹的感测。此外，亦可通过飞行时间模式来进行混合生物特征的感测。再者，本发明的上述实施例亦可应用于近接式传感器、手势传感器或微型的超音波装置。
为让本发明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
图1是本发明较佳实施例的集成式振波发射感测元的剖面示意图；
图2是本发明较佳实施例的感测阵列的俯视示意图；
图3是本发明较佳实施例的电子设备的局部剖面示意图；
图4至图7是本发明较佳实施例的集成式振波发射感测元的制造方法的各步骤的剖面示意图；
图8是本发明较佳实施例的感测阵列的制造方法的其中一个步骤的剖面示意图；
图9是本发明较佳实施例的集成式振波发射感测元的振动示意图。
附图标记说明：CR1-接触区；CR2-接触区；Cs-感测电容；DS-驱动信号；F-物体；W1-第一振动波；W2-第二振动波；W3-干涉波；1-集成式振波发射感测元；10-基板；11-基底；12-感测电路；14-基板绝缘层；15-振波感测元；20-第一电极；25-腔室；30-间隔层；31-第一中间材料层；35-第三中间材料层；40-第二电极；41-第二中间材料层；50-绝缘层；60-振波发射元；62-底电极；64-压电层；66-顶电极；100-集成式振波发射感测阵列；200-电子设备；210-驱动信号源；220-振波传递层；230-盖板；240-显示器；250-控制器；310-感测元初始结构；320-载体基板；321-第一硅基板；322-第二硅基板；330-感测元阵列初始结构。
具体实施方式
本发明的实施例的原理在于利用一集成式振波发射感测元(在此可以简称发感元)，所述发感元为一悬浮振波发射元发射前进振动波，所述前进振动波遇到不同的介质接口，会因此产生反射振动波，配合电容式感测原理来感测电容变化，进而感测到反射振动波的变化，以达到对物体表面进而内部的接口信息感测。振动波的感测方法有很多种，其中感测电容变化是一种稳定的方法，因为电容感测不受温度、湿度变化的影响。本发明特征之一，是利用悬浮压电振波发射元，以发射前进振动波，达到最佳能量转换效率，并且在同一发感元设计了一电容式压力感测结构，以提高感测灵敏度及稳定度，并且为了降低寄生电容的影响，本发明另一特征为将发射与感测电路元件集成整合于所述发感元下方的半导体承载基板，达到最小的元件、最佳发射效率以及最好的感测敏感度。此外，排成阵列的发感元可以同时被驱动以产生振动波，也可以分别被驱动以产生振动波，在设计上可以考量各种状况的需求而作最佳化。同时，应用上，可以是单一发感元应用于例如近接式传感器(proximity sensor)，或者两个以上的小发感元阵列应用于例如手势传感器(gesture sensor)，抑或更大的发感元阵列应用于例如手指指纹生物信息的感测，当然本发明也能利用于微型的超音波装置，例如医疗检测器材，相较于传统的超音波装置，更可以达到轻薄短小及省电。因此本发明以下的实施例说明，仅为让熟悉此一技艺者了解并得据以实施，并不是单纯要限制本发明于以下说明的狭小应用范围，相反的它是一个基础的发感元设计，以便扩展各种可能的应用。
图1显示依据本发明较佳实施例的集成式振波发射感测元的剖面示意图。如图1所示，集成式振波发射感测元1包括一基板10、一振波感测元15以及一振波发射元60。振波感测元15位于基板10上，并具有一腔室25。振波感测元15包括一第一电极20、一间隔层30、一第二电极40。如前所述，本发明为一整合的结构，其中第一电极20、间隔层30、第二电极40构成了一压力式电容感测元(简称电容感测元)，而电容感测元与振波发射元垂直堆叠，并且共同组合成一悬浮结构，亦即仅靠间隔层30支撑，而悬浮于基板10的上方。
基板10较佳是一种半导体基板，特别是硅基板，但本发明当然不限于此，也可以是其他导体，绝缘体基板。第一电极20位于基板10上，是一种固定电极，在制造上本发明较佳例为由CMOS所制成，因此第一电极20可以是制造工艺中的顶层金属，抑或额外增加的导体制造工艺，其材料为Al、Cu、Ti、TiN、Au、Ni、Pt、Cr或为两者以上的叠层，相对于整个集成式振波发射感测元1是不会移动的。间隔层30位于基板10上，材料譬如是氧化硅或氮化硅等绝缘层或者是由不同导体层所形成的熔融导体层，间隔层30的高度譬如是介于1至6微米(um)之间，但不限定于此，较佳是2um。第二电极40位于基板10上，并面对第一电极20，且譬如是由单晶硅、多晶硅或其他导电材料所形成。第二电极40、第一电极20与间隔层30之间形成有腔室25。腔室25中可以是接近大气压力，或是呈现真空的状态。第一电极20与第二电极40形成一感测电容Cs。第二电极40可朝向靠近及远离第一电极20的方向振动，也就是朝着图面的垂直方向振动。腔室25提供给第二电极40振动的空间。
在本实施例中，一绝缘层50位于第二电极40上。振波发射元60位于绝缘层50上，因此是位于第二电极40上方，也是位于基板10的上方，并连接至振波感测元15，且为一压电振动元的结构设计，包括了上下电极以及两者之间的一压电材料，例如AlN、PZT、ZnO等等，振波发射元通过上下电极的通电，提供压电材料电荷，以产生一上下振动的一第一振动波W1，朝上传递的第一振动波W1遇到接近振波发射元60的一物体F的一个或多个接口，并被物体F的接口反射而产生一第二振动波W2，振波感测元15感测第二振动波W2的性质，或感测第二振动波W2与第一振动波W1的一干涉波W3而产生一感测信号。在一例子中，第二振动波W2朝下传递，干扰了第二电极40与第一电极20之间的感测电容Cs的变化而产生一感测信号。特别是，第二振动波W2朝下传递，并与朝下传递的第一振动波W1产生干涉而产生干涉波W3。第二电极40与第一电极20通过感测电容Cs的变化测量干涉波W3而产生感测信号，感测信号代表第一电极20与物体F的接口之间的距离。物体例如为一手指，因此，通过一阵列发感元的设计可以量测手指的纹峰与纹谷与感测元的距离信息，进而产生指纹图像(此时的皮肤为接口)，亦可同时或在不同时段调整发射波的频率，也可以让振动波穿透皮肤，进而依据血管反射不同的振动波来量测血管的分布图像(此时的血管管壁为接口)。在一例子中，干涉波W3是由第二振动波W2与第一振动波W1的建设性干涉所产生，以获得较大的振幅。在另一例子中，干涉波W3是由第二振动波W2与第一振动波W1的破坏性干涉所产生，以获得较小的振幅。在另一例子中，可以将集成式振波发射感测元1设计成让与手指的纹峰反射产生的第二振动波W2与第一振动波W1产生相长干涉，而让与手指的纹谷反射产生的第二振动波W2与第一振动波W1产生相消干涉，如此可以提高纹峰与纹谷的辨别率。
另一种发射感测模式为飞行时间模式(time of flight)，切换发射以及感测的时间，利用感测的时间差判别反射振波行进的距离，进而建构出物体的3D图像，因此前进波遇到不同接口的反射时间不同，可以同时堆叠不同接口的图像，例如指纹与静脉图像。同时，也可以通过发射不同频率的波达到感测不同接口的目的。在本实施例中，所述振动波的频率可以介于20KHz到200MHz，其最佳频率范围可以是2MHz到40MHz。
在本实施例中，基板10包括一基底11、一感测电路12以及一基板绝缘层14。基底11的材料包括硅。感测电路12位于基底11上，并电连接至第一电极20以及第二电极40，用于接收并处理感测信号。感测电路12可以利用半导体制造工艺而形成，在此不再赘述。在另一例子中，感测电路12可以控制整个感测的程序而产生感测信号。基板绝缘层14位于基底11与感测电路12上，并位于感测电路12与第一电极20之间。基板绝缘层14隔绝感测电路12与第一电极20。
在本实施例中，是以压电元件来当作振波发射元60。振波发射元60包括一底电极62、一压电层64以及一顶电极66。底电极62位于绝缘层50上，也就是位于第二电极40上方。压电层64位于底电极62上。顶电极66位于压电层64上。顶电极66及底电极62连接至一驱动信号DS而使压电层64振动，进而使第二电极40产生第一振动波W1。在一例子中，压电层64每伏特可以产生大于或等于100纳米(nm)的振动。压电层64的材料譬如是氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)或锆钛酸铅(Lead Zirconate Titanate,PZT)等。值得注意的是，在其他实施例中，绝缘层50可以被省略，使得振波感测元15与振波发射元60共用一个电极，也就是底电极62与第二电极40被整合在一起而成为单一电极层，以便简化结构。
在本实施例中，顶电极66与压电层64的一接触区CR1为一圆形环状区，但不限于此，底电极62与压电层64的一接触区CR2为一圆形区。在其他实施例中，顶电极66与压电层64的一接触区CR1为一方形环状区，底电极62与压电层64的一接触区CR2为一矩形区。
在另一实施例，图1的结构中的第一电极20以及第二电极40是可以被省略的，也就是振波发射元60本身也可以做为一感测元，其感测原理可以通过飞行时间模式(time of flight)，切换发射以及感测的时间，通过反射振波在压电层产生电荷，以判别反射波的时间差及强度。简而言之，振波发射元也是振波感测元。
图2显示依据本发明较佳实施例的感测阵列的俯视示意图。如图2所示，集成式振波发射感测阵列100包括多个上述的集成式振波发射感测元1，排列成一个阵列。此些集成式振波发射感测元1共用基板10及第二电极40。在制造上，可以利用半导体制造工艺的方式形成整个集成式振波发射感测阵列100。在另一例子中，此些集成式振波发射感测元1共用基板10，但具有各自的第二电极40及间隔层30。相邻的第二电极40之间隔开一个间隙，且相邻的间隔层30也隔开一个间隙，也就是相邻的集成式振波发射感测元1之间亦有空腔存在，避免相邻的振动波有所干扰。当然在此所显示的发感元为方形设计，然而例如圆型的设计也可以是一种实施例(图中未示)，但本发明当然不限于此，甚至是混合式的形状设计也可以是一种实施例。
集成式振波发射感测阵列100的驱动方式，可以是全部的振波发射元60同时驱动，亦可以是全部的振波发射元60分开驱动，亦或者是部分区域同时驱动，部分区域分开驱动。接着，停止驱动振波发射元60，并开始量测各个感测电容Cs，获得其变化量，而产生感测信号。
图3显示依据本发明较佳实施例的电子设备的局部剖面示意图。如图3所示，电子设备200包括多个上述的集成式振波发射感测元1、一驱动信号源210、一振波传递层220以及一盖板230。
多个集成式振波发射感测元1排列成一个阵列，特别是二维阵列。驱动信号源210连接至此些振波发射元60，用于驱动各振波发射元60振动。振波传递层220设置在此些振波发射元60上，用于传递各第一振动波W1，当然亦可传递各第二振动波W2。振波传递层220的材质为软性材料，所述材料可以容许振波发射元不至于被完全固定，仍可以产生足够大的振幅，例如大于10nm以上，所述材料可以是例如硅胶(silicone)，聚对二甲苯(Parylene)等等，当然不限于此。盖板230覆盖在振波传递层220上。物体F的接口是与盖板230接触或接近。值得注意的是，盖板230除了可以是电子设备的外保护层(譬如玻璃)以外，也可以是属于一个按键。
此外，电子设备200可以还包括一显示器240，设置在此些集成式振波发射感测元1的一侧，盖板230覆盖显示器240。盖板230譬如是显示屏幕或触控屏幕的透光层，当然这样的设计是可以适用于目前及未来显示屏幕或触控屏幕的各种设计，可以直接与手指接触。通过这样的设计，集成式振波发射感测元1所排列成的集成式振波发射感测阵列100可以完全隐藏于盖板230的下方，避免破坏电子设备的外观完整性。此外，电子设备200可以还包括一控制器250，电连接至驱动信号源210及各集成式振波发射感测元1，并具有调整各第一振动波W1的频率的功能，以适用多种感测模式，也就是通过发射不同频率的波来达到感测不同接口(皮肤、血管壁等)的目的。此外，控制器250可以控制驱动信号源210及各集成式振波发射感测元1感测干涉波W3。当然，控制器250可以是一外挂的元件，譬如是远端或云端的计算装置，也可以是一整合于电子设备200内部的功能区块。当然，另外一实施例也可以让盖板230具有一开孔、手指(待感测的物体)与发感元之间具有一间隙，振波通过一空气或流体介质传播。亦或者盖板为例如电子设备的一机械按键的最外表层保护层(可以为不透明的烤漆层)，或一透光层(例如强化玻璃及蓝宝石等等)。
图4至图7显示依据本发明较佳实施例的集成式振波发射感测元的制造方法的各步骤的剖面示意图。本实施例的集成式振波发射感测元1的制造方法，包括以下步骤。
首先，如图4所示，提供一感测元初始结构310及一载体基板320。感测元初始结构310具有：一基板10；一第一电极20，位于基板10上；以及一间隔层30，位于基板10上。载体基板320包括：一第一硅基板321；一绝缘层50，位于第一硅基板321上；及一第二硅基板322，位于绝缘层50上。载体基板320的材料包括多晶硅或单晶硅。绝缘层50的材料包括氧化硅或氮化硅。
然后，如图5A所示，将载体基板320的第一硅基板321接合至间隔层30，使第一硅基板321、第一电极20与间隔层30之间形成一腔室25。采用的接合方式可以是融合接合(Fusion bonding)、直接接合(Direct Bonding)、阳极接合(Anodic Bonding)、共晶接合(Eutectic Bonding)或粘着接合(AdhesiveBonding)等。
所述融合接合例如是采用低阻值的硅，通过与SiO2间隔层30之间利用接合技术及相关研磨刻蚀而形成薄膜结构，在本实施例中两者是通过低温融合接合方式(low temperature fusion bonding)形成具有氢键强度的接口。当然在形成低温融合接合之前，更可以包括水清洗及采用例如低浓度氢氟酸，以去除第二电极表面的氧化层(此过程称为HF dip)，为了达到表面活化，更可以包括表面电浆(plasma)处理，例如暴露在氧气(O2)及氮气(N2)的电浆环境下，而且为了让接合的表面有很好的平坦度，更可以利用化学机械研磨法(CMP)将待接合的表面予以抛光及抛平。
如果基板10内设置有晶体管及电路元件，则之后所提供的退火温度(anneal temperature)便只能在低于400℃的环境下，形成高键结强度的共价键于间隔层30及第二电极40之间。
然而，间隔层30与第二电极40除了上述的直接接合方式外，也可以在各间隔层30上设置有一第一中间材料层31，并且在第二电极40下设置一第二中间材料层41，再通过第二中间材料层41接合第一中间材料层31的方式，将第二电极40固设在间隔层30上，如图5B所示。其中，第一中间材料层31或第二中间材料层41可分别为铝和锗或者硅和金，例如铝和锗可以在约420℃形成共晶接合(eutectic bonding)，并且这两种材料与CMOS制造工艺相容，更适合应用于本实施例具有集成电路整合的设计。另外，间隔层30以及第二电极40之间也可以仅仅设置一第三中间材料层35来进行接合，此第三中间材料层35则可为玻璃熔块(glass frit)、高分子胶合层及其他粘合材料等等，如图5C所示。
在另一实施例中，间隔层30譬如是由金属所构成，特别是由金(Au)所构成，或者是由复合金属结构(例如镍和金的复合结构)所构成，其可以直接与所述低阻值的硅直接高温熔合。
接着，如图6所示，移除第二硅基板322。可以利用研磨或干刻蚀的方式移除第二硅基板322，而绝缘层50就当作研磨或刻蚀停止层。
然后，如图7所示，在绝缘层50上形成一振波发射元60，振波发射元60对应于腔室25。
图8显示显示依据本发明较佳实施例的感测阵列的制造方法的其中一个步骤的剖面示意图。如图8所示，集成式振波发射感测阵列100的制造方法是与集成式振波发射感测元1的制造方法类似，不同的处在于开始时是提供一感测元阵列初始结构330及一载体基板320。载体基板320与集成式振波发射感测元1的制造方法的对应步骤相同。感测元阵列初始结构330具有：一基板10；多个第一电极20，位于基板10上；以及一间隔层30，位于基板10上。在将载体基板320的第一硅基板321接合至间隔层30时，可以使第一硅基板321、各第一电极20与间隔层30之间形成一腔室25。在移除第二硅基板322后，在绝缘层50上形成多个振波发射元60，此些振波发射元60分别对应于此些腔室25。
在集成式振波发射感测阵列100形成以后，可以继续施以下述步骤，以制造出电子设备200。这些步骤包括：在此些振波发射元60上形成一振波传递层220；以及在振波传递层220上覆盖一盖板230。当然，显示器240可以先被设置在振波传递层220的一侧，可以与振波传递层220直接接触或隔开一段距离，然后，将盖板230覆盖在振波传递层220以及显示器240上。如此，可以提供一个显示模块给譬如手机或平板电脑使用。
图9显示依据本发明较佳实施例的集成式振波发射感测元的振动示意图。如图9所示，第二电极40可以相对于第一电极20作上下振动。在一例子中，在集成式振波发射感测元1的一非工作状态下，第二电极40的初始位置可以如实线所示。在另一例子中，第二电极40的初始位置可以如下方的假想线所示，第二电极40具有凹向上的形状，特别是当腔室25是处于真空或接近真空的状态。在又另一例子中，第二电极40的初始位置可以如上方的假想线所示，第二电极40具有凹向下的形状。当然，第二电极40的初始形状并非一定要处于如图9所示的最大振幅的形状，也可是处于中间振幅的形状，在此不特别限制。
请再次参见图3，电子设备200亦可以进入上述的飞行时间模式，使得第一振动波W1与第二振动波W2不会同时存在，因而使第三振动波W3不会产生。因此，在此具体实施方式中，振波发射元60产生一第一振动波W1，朝上传递的第一振动波W1遇到接近振波发射元60的物体F的一个或多个接口，并被物体F的一个或多个接口反射而产生一第二振动波W2。第二振动波W2朝下传递，电容压力感测结构的第二电极40受力而产生形变，第二电极40与第一电极20通过感测电容Cs的变化测量第二振动波W2而产生一感测信号。感测信号代表第一电极20与物体F的一个或多个接口之间的距离信息。控制器250电连接至各集成式振波发射感测元1及驱动信号源210，并控制驱动信号源210于一第一时间点发射各第一振动波W1后停止，并控制各集成式振波发射感测元1于各第一振动波W1停止后感测到第二振动波W2的第二时间点，并将第一时间点与各第二时间点的差值转换成距离信号，结合上述电容变化信号(感测信号)，可以反推成具有3度空间的信号分布，进而建构例如接触于盖板上方的手指接口信号，也就是控制器250可以依据距离信号及感测信号获得物体接口信号，譬如是指纹图像信号，同时飞行模式感测会在时间轴上，推演出不同接口的反射信号，例如进而穿透手指以得到例如手指静脉的信息。控制器250可以更进一步依据距离信号及感测信号获得此些接口中的各接口与振波感测元15的距离信息。
此外，控制器250更可具有调整各第一振动波W1的频率的功能，以适用多种感测模式。
当物体的接口为多个接口时，所获得的距离信息是混合距离信息。此混合距离信息可以作为物体特征，亦可以被分离成为独立的物体特征，譬如是指纹及血管图案。在此情况下，控制器250更可将感测信号进行信号分离处理，以依据距离信号及感测信号获得此些接口中的各接口与第一电极20的距离信息。
依据本发明的上述实施例，通过电容量测可以隔绝温度与湿度变化的干扰，通过压电材料的振波发射元可以产生大的振幅，以提高感测电容的量测灵敏度，通过干涉波的产生可以得知距离信息，如此，可以实现生物特征的感测，特别是指纹的感测。此外，亦可通过飞行时间模式来进行混合生物特征的感测。再者，本发明的上述实施例亦可应用于近接式传感器、手势传感器或微型的超音波装置。
在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅用于方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及以下申请专利范围的情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。
Claims (20)
1.一种集成式振波发射感测元，其特征在于，包括：
一基板；
一振波感测元，位于所述基板上，并具有一腔室；以及
一振波发射元，位于所述基板上方，并连接至所述振波感测元，所述振波发射元产生一第一振动波，朝上传递的所述第一振动波遇到接近所述振波发射元的一物体的一个或多个接口，并被所述物体的所述一个或多个接口反射而产生一第二振动波，所述振波感测元感测所述第二振动波的性质，或感测所述第二振动波与所述第一振动波的干涉波而产生一感测信号。
2.如权利要求1所述的集成式振波发射感测元，其特征在于，所述振波感测元包括：
一第一电极，位于所述基板上；
一间隔层，位于所述基板上；以及
一第二电极，位于所述基板上，所述第二电极面对所述第一电极，且所述第二电极、所述第一电极与所述间隔层之间形成有所述腔室，所述第一电极与所述第二电极形成一感测电容，所述第二电极可朝向靠近及远离所述第一电极的方向振动。
3.如权利要求2所述的集成式振波发射感测元，其特征在于，所述第二振动波朝下传递，干扰了所述第二电极与所述第一电极之间的所述感测电容的变化而产生所述感测信号。
4.如权利要求2所述的集成式振波发射感测元，其特征在于，所述第二振动波朝下传递，并与朝下传递的所述第一振动波产生干涉而产生干涉波，所述第二电极与所述第一电极通过所述感测电容的变化测量所述干涉波而产生所述感测信号。
5.如权利要求2所述的集成式振波发射感测元，其特征在于，所述基板包括：
一基底；以及
一感测电路，位于所述基底上，并电连接至所述第一电极以及所述第二电极，用于接收并处理所述感测信号；以及
一基板绝缘层，位于所述基底与所述感测电路上，并位于所述感测电路与所述第一电极之间。
6.如权利要求2所述的集成式振波发射感测元，其特征在于，所述振波发射元包括：
一底电极，位于所述第二电极上方；
一压电层，位于所述底电极上；以及
一顶电极，位于所述压电层上，所述顶电极及所述底电极连接至一驱动信号而使所述压电层振动，进而使所述第二电极产生所述第一振动波。
7.如权利要求6所述的集成式振波发射感测元，其特征在于，所述顶电极与所述压电层的一接触区为一圆形或方形环状区，所述底电极与所述压电层的一接触区为一圆形区或矩形区。
8.如权利要求2所述的集成式振波发射感测元，其特征在于，所述腔室中为真空。
9.如权利要求2所述的集成式振波发射感测元，其特征在于，所述振波感测元与所述振波发射元共用一个电极。
10.一种集成式振波发射感测阵列，其特征在于，包括：
多个如权利要求2所述的集成式振波发射感测元，排列成一个阵列，其中所述的多个集成式振波发射感测元共用所述基板及所述第二电极。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：
多个如权利要求1所述的集成式振波发射感测元，排列成一个阵列；
一驱动信号源，连接至所述的多个振波发射元，用于驱动各所述振波发射元振动；
一振波传递层，设置于所述的多个振波发射元上，用于传递各所述第一振动波；以及
一盖板，覆盖于所述振波传递层上，其中所述物体的所述一个或多个接口是与所述盖板接触或接近。
12.如权利要求11所述的电子设备，其特征在于，还包括一显示器，设置于所述的多个集成式振波发射感测元的一侧，所述盖板覆盖所述显示器。
13.如权利要求11所述的电子设备，其特征在于，还包括一控制器，电连接至所述驱动信号源及各所述集成式振波发射感测元，并具有调整各所述第一振动波的频率的功能，以适用多种感测模式。
14.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于，所述控制器控制所述驱动信号源及各所述集成式振波发射感测元感测所述第二振动波与所述第一振动波干涉所产生的干涉波。
15.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于，所述控制器控制所述驱动信号源于一第一时间点发射各所述第一振动波后停止，并控制各所述集成式振波发射感测元于各所述第一振动波停止后感测到所述第二振动波的第二时间点，并将所述第一时间点与各所述第二时间点的差值转换成距离信号，其中所述控制器依据所述距离信号及所述感测信号获得一物体接口信号。
16.如权利要求15所述的电子设备，其特征在于，所述控制器更依据所述距离信号及所述感测信号获得所述的多个接口中的各所述接口与所述振波感测元的距离信息。
17.一种集成式振波发射感测元的制造方法，其特征在于，包括：
提供一感测元初始结构，具有：一基板；一第一电极，位于所述基板上；以及一间隔层，位于所述基板上；
提供一载体基板，包括：一第一硅基板；一绝缘层，位于所述第一硅基板上；及一第二硅基板，位于所述绝缘层上；
将所述载体基板的所述第一硅基板接合至所述间隔层，使所述第一硅基板、所述第一电极与所述间隔层之间形成一腔室；
移除所述第二硅基板；以及
于所述绝缘层上形成一振波发射元，所述振波发射元对应于所述腔室。
18.一种集成式振波发射感测阵列的制造方法，其特征在于，包括：
提供一感测元阵列初始结构，具有：一基板；多个第一电极，位于所述基板上；以及一间隔层，位于所述基板上；
提供一载体基板，包括：一第一硅基板；一绝缘层，位于所述第一硅基板上；及一第二硅基板，位于所述绝缘层上；
将所述载体基板的所述第一硅基板接合至所述间隔层，使所述第一硅基板、各所述第一电极与所述间隔层之间形成一腔室；
移除所述第二硅基板；以及
于所述绝缘层上形成多个振波发射元，所述的多个振波发射元分别对应于所述的多个腔室。
19.一种电子设备的制造方法，其特征在于，包括：
提供一感测元阵列初始结构，具有：一基板；多个第一电极，位于所述基板上；以及一间隔层，位于所述基板上；
提供一载体基板，包括：一第一硅基板；一绝缘层，位于所述第一硅基板上；及一第二硅基板，位于所述绝缘层上；
将所述载体基板的所述第一硅基板接合至所述间隔层，使所述第一硅基板、各所述第一电极与所述间隔层之间形成一腔室；
移除所述第二硅基板；
于所述绝缘层上形成多个振波发射元，所述的多个振波发射元分别对应于所述的多个腔室；
于所述的多个振波发射元上形成一振波传递层；以及
于所述振波传递层上覆盖一盖板。
20.如权利要求19所述的制造方法，其特征在于，还包括：
于所述振波传递层的一侧设置一显示器；以及
将所述盖板覆盖于所述显示器上。
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