TWI420537B - 熱效應自補償系統及用於熱效應補償的裝置與方法 - Google Patents

熱效應自補償系統及用於熱效應補償的裝置與方法 Download PDF

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Description

熱效應自補償系統及用於熱效應補償的裝置與方法
本案是關於壓阻式感測器，特別是關於具有溫度補償的壓阻式感測器。
近年來由於奈米科技的發展與生化醫療感測器的小型化與低濃度高精確度的需求，生物感測器的研發正積極地展開。
請參閱第一圖，其為習知生物感測器的示意圖。該生物感測器10包含一待測物分子層101、一辨識分子層102、及一生物轉換機制層103。通常待測物以一流體104流過該待測物分子層101，而該辨識分子層102與該流體104不外乎利用抗體與抗原間的構形互補或分子之間的離子鍵、氫鍵、凡得瓦力、疏水性引力來互相結合以辨識該待測物，構形互補為兩蛋白質分子之間相互結合的機制，就像鎖頭與鑰匙的形狀必須互補才能結合。
請參閱表一，其為生物感測器與其可辨識種類列表。生物感測器依其辨識的種類可分成直接生物親和性與生物催化型，其信號產生方法、生物親和對應物、及待測物的對應關係如表一。
生物感測器依照信號產生的方式分成光學式、電化學式、及機械式。光學式的生物感測器目前被廣泛使用，但由於體積過大而不容易攜帶。電化學式的生物感測器主要依賴待測物的電子特性，因此局限了量測的多樣性。
機械式生物感測器藉由觀測待測物與反應物結合後的共振變化推算重量變化，但容易因機械式感測器本身結 構的影響導致靈敏度不佳，因此研究焦點轉向壓阻式微懸臂樑。
壓阻式微懸臂樑主要利用應力對微懸臂樑的影響來檢測待測物。當待測物吸附在懸臂樑上時，由於分子間的作用力，其表面的應力會產生改變而使該微懸臂樑往上或往下彎曲，因而使壓阻產生改變。分子間的作用力包含靜電力的相吸或互斥、因分子間的空間限制而產生的推擠效應、微懸臂樑表面親疏水性的變化、被吸附生物分子的構形變化、及環境溶液的轉變。
壓阻式微懸臂樑的缺點是溫度變化所造成的壓阻熱效應與雙膜效應。壓阻熱效應是因為壓阻本身的電阻係數會受到溫度的影響而改變，所以造成壓阻的改變，此種改變稱為壓阻熱效應。雙膜效應是因為通常壓阻式微懸臂樑為一多層複合材料，其中每一層的熱膨脹係數都不同，當溫度改變時，每一層膨脹的長度不同造成該壓阻式微懸臂樑受到應力而往上或往下彎曲，所以造成壓阻的改變。因環境溫度所造成的壓阻變化是造成誤差的主因，所以有許多改善的方法被提出來。
請參閱第二圖(a)，其為習知雙微懸臂樑感測裝置的示意圖。該雙微懸臂樑感測裝置20包含一參考微懸臂樑201、一感測微懸臂樑202、及一惠司通電橋203。該惠司通電橋203包含一電阻R1、一電阻R2、一電阻R3、及一電阻R4。一電壓VIN 提供該惠司通電橋203的電壓來源，一分壓V13 為該電阻R1及該電阻R3的分壓， 一分壓V24 為該電阻R2及該電阻R4的分壓，一電壓VOUT =V13 -V24 。
該參考微懸臂樑201具有一參考壓阻R-ref，該參考壓阻R-ref與該電阻R2並聯相接，該感測微懸臂樑202具有一感測壓阻R-sensor，該感測壓阻R-sensor與該電阻R1並聯相接。若不考慮該參考壓阻R-ref與該感測壓阻R-sensor的影響，根據分壓定理，該分壓V13 =VIN ×R3/(R1+R3)，該分壓V24 =VIN ×R4/(R2+R4)，因此該電壓VOUT =V13 -V24 =VIN ×[(R3/(R1+R3))-(R4/(R2+R4))]。實際的應用上R1=R2=R3=R4=R，且當只有該電阻R1有一微小變化△R1時，該電壓VOUT =VIN ×[(R/(△R1+R))-(R/2R)]，因△R1<<R，所以VOUT ≒VIN ×(-△R1/4R)，在此用VOUT1 代表△R1所造成的輸出電壓。此結果代表當該電阻R1有一微小變化△R1時，則微小變化△R1轉換成該電壓VOUT ，該電壓VOUT 再經過放大器的放大而可量測賅電壓VOUT 的變化。
同理，當只有該電阻R2有一微小變化△R2時，該電壓VOUT =VIN ×[(R/2R)-(R/(△R2+R))]≒VIN ×(△R2/4R)，在此用VOUT2 代表△R1所造成的輸出電壓。若考慮該感測壓阻R-sensor與該參考電阻R-ref，可依照上述的方法推得該電壓VOUT 。理論上，若該參考微懸臂樑201與該感測微懸臂樑202材質相同，則當溫度變化時，△R1=△R2，該電壓VOUT1 與該電壓VOUT1 會互 相抵消。
在實際的應用上，由於不同的量測功能，在該感測懸臂樑在表面上鍍的材料會與該參考懸臂樑上所鍍的材料不同，因此當溫度改變時，△R1≠△R2，雙膜效應會影響到檢測的準確性。此外，若待測溶液的酸鹼濃度(ph值)不同時，會造成該電壓VOUT1 與該電壓VOUT1 呈現相位相反的狀況，進而干擾真實信號的判讀。
請參閱第二圖(b)，其為習知微懸臂樑與待測溶液ph值的關係圖。橫軸代表待測溶液與該參考微懸臂樑201反應的時間及該待測溶液與該感測微懸臂樑202反應的時間，單位為分。縱軸代表電壓單位為伏特，空心圓形代表在該感測微懸臂樑202上所感測到的信號，實心圓形代表在該參考微懸臂樑201上所感測到的信號。由第二圖(b)中可知該待測溶液的ph值慢慢的從小到大，經過260分後，該待測溶液的ph值為12，但是在該感測微懸臂樑202上與在該待測懸臂樑上所量測到的電壓的相位卻是相反的，因此無法判讀真實的信號是什麼。
鑑於先前技術的缺點，本發明提出改善上述狀況的方法，採用單微懸臂樑和一埋藏壓阻，利用該埋藏壓阻與單微懸臂樑阻對溫度變化的關係，對該單微懸臂樑做熱效應補償，此種方法可消除雙膜效應與壓阻熱效應對該單微懸臂樑所產生的影響。
依據上述構想，一種熱效應自補償裝置被提出，該熱效應自補償系統包含一埋藏壓阻及一微懸臂樑。該埋藏壓阻具有一第一壓阻。該微懸臂樑具有一第二壓阻。該熱效應自補償系統藉由該第一壓阻對一溫度變化的關係與該第二壓阻對該溫度變化的關係進行一溫度補償。
依據上述構想，另一種熱效應自補償裝置被提出，該熱效應自補償系統包含一埋藏壓阻及一微懸臂樑。該埋藏壓阻具有一第一壓阻，該第一壓阻與一環境溫度相關。該微懸臂樑具有一第二壓阻，該第二壓阻與該環境溫度相關。該熱效應自補償系統經由測量該第一壓阻來計算一第一壓阻值，當該環境溫度改變時，該熱效應自補償系統藉由該第一壓阻對該環境溫度改變的關係與該第二壓阻對該環境溫度改變的關係進行一溫度補償。
較佳地，該第一壓阻為該環境溫度的函數且具有一第一溫度壓阻函數的性質。該第二壓阻為該環境溫度的函數且具有一第二溫度壓阻函數的性質。該熱效應自補償系統測量該第一壓阻而獲得一第二壓阻值。該熱效應自補償系統根據該第二壓阻值與該第一溫度壓阻函數而計算一環境溫度值。該熱效應自補償系統根據該環境溫度值與該第二溫度壓阻函數計算該第一壓阻值。
較佳地，該第一溫度壓阻函數只與一壓阻熱效應相關。
較佳地，該第二溫度壓阻函數與一壓阻熱效應及一雙膜效應相關。
較佳地，該埋藏壓阻為一參考壓阻器，該參考壓阻器具有該第一壓阻，該第一壓阻只受到一壓阻熱效應的影響。
較佳地，該參考壓阻器作為一溫度計。
較佳地，該微懸臂樑包含一感測壓阻器，該感測壓阻器具有一第二壓阻，該第二壓阻受到一雙膜效應與一壓阻熱效應的影響。
較佳地，該參考壓阻器的材料與該感測壓阻器的材料為一具壓阻性質的材料，該具壓阻性質的材料為多晶矽及單晶矽的其中之一。
較佳地，該微懸臂樑的材料為一多層複合材料。
較佳地，該多層複合材料為一具有多晶矽之半導體及具有單晶矽之半導體的其中之一。
依據上述構想，另一種熱效應自補償裝置被提出，該熱效應自補償系統包含一基板、一埋藏壓阻、及一微懸臂樑。該埋藏壓阻形成於該基板上。該微懸臂樑形成於該基板上。
依據上述構想，一種熱效應自補償方法被提出，該方法包含下列步驟：(a)量測一埋藏壓阻的一第一壓阻，利用該第一壓阻計算一環境溫度值。(b)利用該環境溫度值計算一第一壓阻值。(c)依據該第一壓阻值進行一熱效應補償。
較佳地，當一微懸臂樑未進行量測且一環境溫度變化時，建立一第一溫度壓阻函數，與一第二溫度壓阻函數，該第一溫度壓阻函數與該第一壓阻及該環境溫度相關，該第二溫度壓阻函數與該第一壓阻值及該環境溫度值相關。藉由該第一壓阻與該第一溫度壓阻函數計算該環境溫度值。
較佳地，藉由該環境溫度值與該第二溫度壓阻函數計算該第一壓阻值。
較佳地，當該微懸臂樑進行量測時，量測該微懸臂樑的一第二壓阻。利用該第一壓阻值對該第二壓阻進行該熱效應補償。
請參閱第三圖，其為本案熱效應自補償系統的示意圖。該熱效應自補償系統30包含一壓阻感測器301與一處理單元302。該壓阻感測器301包含一微懸臂樑3011、一參考微臂樑3012、及一基板3013。該參考微臂樑3012包含一參考壓阻器30120，該參考壓阻器30120具有一第一壓阻，該微懸臂樑3011包含一感測壓阻器30110，該感測壓阻器30110具有一第二壓阻。該處理單元302包含一類比數位轉換器3022、一惠司通電橋3023、一電腦3024、一差動放大器3025、一減法器3026、及一歐姆計3027。
該感測壓阻器30110被連接成為該惠司通電橋 3023的電阻器，該惠司通電橋3023因應該第二壓阻的微小變動而產生電壓Vout，該差動放大器3025接收該電壓Vout而產生該第二電壓V2。該參考壓阻器30120與該類比數位轉換器3022相連接，該類比數位轉換器3022測量該第一壓阻而獲得一第二壓阻值。
本案較佳的一實施例是以該熱效應自補償系統30測量該第一壓阻，透過一第一溫度壓阻函數轉換為環境溫度，再將環境溫度代入一第二溫度壓阻函數來計算一第一壓阻值R-noise，該第一壓阻值R-noise是在無待測物的狀況下推算出來的值。首先在該電腦3024中利用程式建立兩個函數，該兩個函數是在無測待測物的狀況下所建立的，且與環境溫度相關。先將該壓阻感測器301置入一溫控裝置中(未顯示)，漸漸加熱使環境溫度改變，在實驗室中利用該類比數位轉換器3022量測該第一壓阻而獲得一第二壓阻值R-fix，且利用歐姆計3027量測該第二壓阻而獲得一第三壓阻值R-lever。
該第二壓阻值R-fix受到環境溫度的影響，該第三壓阻值R-lever亦受到環境溫度的影響，該第二壓阻值R-fix與該第三壓阻值皆為環境溫度的函數。因此該第二壓阻值R-fix可表示為一第一溫度壓阻函數f1(T)=aT2 +bT+c，該第一壓阻值可表示為一第二溫度壓阻函數f2(T)=dT2 +eT+f，其中T代表環境溫度值，a、b、c、d、e、及f代表材料常數。在加熱的過程中，隨著環境溫度的升高，將該第二壓阻值R-fix 與該第三壓阻值R-lever紀錄下來，依此方法在壓阻與環境溫度的關係圖中可繪出兩條曲線，並可求出材料常數a、b、c、d、e、及f。在此使用t來表示實際的環境溫度，以與環境溫度值T做區別。
在根據第三圖的一實施例中，該熱效應自補償系統30包含一熱效應補償裝置3A與一處理單元302。該處理單元302耦接於該熱效應補償裝置3A。該熱效應補償裝置3A包含一基板結構31與一微懸臂樑3011。該基板結構31包含一基板3013與一參考結構312。該參考結構312形成在該基板3013上。該參考結構312包含一第一壓阻器313。例如，該第一壓阻器313被埋藏在該參考結構312中。例如，該第一壓阻器313是一參考樑，該參考樑的兩端被固定，且該參考樑的中間懸空。例如，該第一壓阻器313包含一參考壓阻器30120，或者該第一壓阻器313是該參考壓阻器30120。該微懸臂樑3011形成在該基板結構31上，例如，該微懸臂樑3011從該基板結構31突出。例如，該微懸臂樑3011形成在該參考結構312上，且從該參考結構312突出
該第一壓阻器313具有一第一壓阻與一第一壓阻熱效應，該第一壓阻與該微懸臂樑3011的一環境溫度相關。例如，該第一壓阻是僅僅由該第一壓阻熱效應所影響。該微懸臂樑3011具有一第二壓阻和一熱效應，該第二壓阻與該環境溫度相關。例如，該熱效應包含一雙膜效應(bimorph effect)與一第二壓阻熱效應 (resistance temperature coefficient effect)。例如，該微懸臂樑3011具有一感側壓阻器30110和該雙膜效應；該感側壓阻器30110具有該第二壓阻和該第二壓阻熱效應，且該第二壓阻是由該第二壓阻熱效應和該雙膜效應所影響。
當該第一壓阻器313和該微懸臂樑3011在一校正狀態中操作時，該處理單元302使該微懸臂樑3011的一第一環境溫度改變，且測量該第一壓阻和該第二壓阻來分別決定一第一溫度壓阻函數和一第二溫度壓阻函數，其中該第一溫度壓阻函數和該第二溫度壓阻函數均是與該微懸臂樑3011的該第一環境溫度相關的。
當該第一壓阻器313和該微懸臂樑3011在一感測狀態中操作時，可以進行下列的操作。該處理單元302測量該第一壓阻器313的該第一壓阻來估計該微懸臂樑3011的一第二環境溫度的溫度變化，以獲得一估計環境溫度。例如，該處理單元302在該溫度變化下測量該第一壓阻來獲得該第一壓阻的一估計壓阻ER1；該處理單元302根據該估計壓阻ER1與該第一溫度壓阻函數，獲得該估計環境溫度。
在該感測狀態中，該處理單元302根據該估計環境溫度，獲得一估計壓阻ER2。例如，該處理單元302根據該估計環境溫度與該第二溫度壓阻函數，獲得該第二壓阻的該估計壓阻ER2。在該感測狀態中，該處理單元302藉由使用該估計壓阻ER2，補償該微懸臂樑3011 由於該溫度變化的熱效應。例如，該處理單元302利用模擬惠司通電橋與放大器，將該估計壓阻ER2轉換為一第一電壓V1；該處理單元302在該溫度變化下測量該第二壓阻來產生一第二電壓V2；該處理單元302為該溫度變化，藉由使用該第一電壓V1，補償該第二電壓V2，藉此為該熱效應而補償該第二壓阻。例如，該第一環境溫度和該第二環境溫度具有一相同的溫度域，且該溫度變化在該溫度域中變化。
請參閱第四圖(a)，其為本案第二壓阻值R-fix與環境溫度的曲線圖，橫軸代表環境溫度t，縱軸代表該第二壓阻值R-fix。由第四圖(a)可知，當環境溫度升高時，該第二壓阻值R-fix也跟著變大，在41℃時，該第二壓阻值R-fix約為2775歐姆。
請參閱第四圖(b)，其為本案第三壓阻值R-lever與環境溫度的曲線圖，橫軸代表環境溫度t，縱軸代表該第三壓阻值R-lever。由第四圖(b)可知，當環境溫度升高時，該第三壓阻值R-lever也跟著變大，在41℃時，該第三壓阻值R-lever約為2782歐姆。
因為該第二壓阻值R-fix不是微懸臂樑而是埋藏壓阻所具有的壓阻值，所以該第二壓阻值R-fix只會受到壓阻熱效應所影響，而不會受到雙膜效應的影響。因為該第三壓阻值R-lever為微懸臂樑所具有的壓阻值，所以該第三壓阻值R-lever會同時受到壓阻熱效應與雙膜效應的影響，這造成該第三壓阻值R-lever與該 第二壓阻值R-fix在相同溫度之下有不同的壓阻值。
接下來是有待測物的狀況下的量測，若該熱效應自補償系統30要利用該第一壓阻對該第二壓阻做一溫度補償，較佳的方法只需量測該第二壓阻值R-fix，然後把該第二壓阻值R-fix代入該第一溫度壓阻函數f1(T)=aT2 +bT+c，求得該環境溫度值T之後，再把該環境溫度值T代入該第二溫度壓阻函數f2(T)=dT2 +eT+f，就能得到該第一壓阻值R-noise，該第一壓阻值R-noise是該微懸臂樑3011單純只受到該環境溫度所造成的壓阻熱效應與雙膜效應的影響，但不受待測物對該微懸臂樑3011所產生的應力的影響。該參考壓阻器30120可當做一溫度計。
在有待測物的狀況下，一第四壓阻值R-object是直接從該微懸臂樑3011量測該第二壓阻而得，該第四壓阻值R-object不僅受到雙膜效應與壓阻熱效應的影響，而且還受到待測物對該微懸臂樑3011所產生的應力的影響。因此將該第四壓阻值R-object減去該第一壓阻值R-noise，透過該處理單元302的處理，就可以把雙膜效應與壓阻熱效應對該微懸臂樑3011的影響抵消，而得到不受環境溫度影響的壓阻，也就是說，當該環境溫度t改變時，該熱效應自補償系統30藉由該第一壓阻對該環境溫度改變的關係與該第二壓阻對該環境溫度改變的關係進行一溫度補償。
在第三圖中，當該環境溫度t變化時，該第四壓 阻值R-object也跟著變化，當該第四壓阻值R-object變化時，該惠司通電橋3023將該第四壓阻值R-object的變化值△R-object轉換後經過該差動放大器3025放大為一第二電壓V2。當該環境溫度t變化時，該第二壓阻值R-fix也跟著變化，當該第二壓阻值R-fix變化時，該電腦3024藉由該第二壓阻值R-fix、該第一溫度壓阻函數、及該第二溫度壓阻函數計算該第一壓阻值，再經由該電腦3024模擬惠司通電橋與放大電路將該第一壓阻值R-noise轉換成一第一電壓V1，該第二電壓V2與該第一電壓V1經由該減法器3026，可得到該第二電壓V2減去該第一電壓V1的差值，因此可得一不受溫度所影響的一電壓△V，也就是說，當該環境溫度t改變時，該壓阻式感測系30統利用該第一電壓V1對該第二電壓V2進行該溫度補償。
請參閱第五圖(a)，其為本案第二電壓隨環境溫度而變化的曲線圖。橫軸代表時間，縱軸代表該第二電壓V2。在第五圖(a)中代表隨著時間的增加，環境溫度t從13.6℃上升到40.7℃，該第二電壓V2的變化從0伏特到大約0.64伏特，約每1℃產生23.6微伏特的變化，此為壓阻熱效應與雙膜效應所造成的電壓變化。
請參閱第五圖(b)，其為本案第一電壓隨著環境溫度而變化的曲線圖。橫軸代表時間，縱軸代表該第一電壓V1。
請參閱第五圖(c)，其為本案扣除壓阻熱效應與雙 膜效應後的電壓曲線圖。將該第二電壓V2減去該第一電壓V1後，就可以得到第五圖(c)中的曲線圖。由第五圖(c)的結果可發現在環境溫度27.1℃時，該環境溫度造成該電壓△V僅0.052伏特，約為每1℃產生2微伏特的變化，遠比在第五圖(a)中未補償的該第二電壓改善了將近10倍。
請參閱第六圖，其為本案壓阻感測器的示意圖。該微懸臂樑3011包含該感測壓阻器30110，該參考微臂樑3012包含該參考壓阻器30120。該參考壓阻器30120包含一端點P1與一端點P2，該端點P1連接一導線601，該導線601連接至一導片605，該端點P2連接一導線602，該導線602連接至一導片606。
該感測壓阻器30110包含一端點P3與一端點P4，該端點P3連接該導線603，該端點P4連接一導線604，該導線603連接至一導片607，該導線604連接至一導片608，如同第六圖所示。
為了防漏電與內應力平衡的需要，本案所使用的 微懸臂樑包含五層材料，從頂端到底層的材料種類與厚度如表一所示請參閱第七圖，其為本案熱效應自補償系統的補償方法的流程圖。本案熱效應自補償系統的補償方法如下列步驟：步驟S701：量測一埋藏壓阻的一第一壓阻，利用該第一壓阻計算一環境溫度值。
步驟S702：利用該環境溫度值計算一第一壓阻值。
步驟S703：依據該第一壓阻值進行一熱效應補償。
該步驟S701包含步驟S7011及步驟S7012兩個步驟。步驟S7011：當一微懸臂樑未進行量測且一環境溫度變化時，建立一第一溫度壓阻函數，與一第二溫度壓阻函數，該第一溫度壓阻函數與該第一壓阻及該環境溫度相關，該第二溫度壓阻函數與該第一壓阻值及該環境溫度值相關。步驟S7012：藉由該第一壓阻與該第一溫度壓阻函數計算該環境溫度值。
該步驟S702包含步驟S7021：藉由該環境溫度值與該第二溫度壓阻函數計算該第一壓阻值。
該步驟S703包含步驟S7031及步驟S7032。步驟S7031：當該微懸臂樑進行量測時，量測該微懸臂樑的一第二壓阻。步驟S7032：利用該第一壓阻值對該第二壓阻進行該熱效應補償。
綜上所述，本案所提的熱效應自補償系統30提供溫度補償的機制把環境溫度對該微懸臂樑3011所造成 的壓阻熱效應與雙模效應消除。本發明的說明與實施例已揭露於上，然其非用來限制本發明，凡習知此技藝者，在不脫離本本發明的精神與範圍之下，當可做各種更動與修飾，其仍應屬在本發明專利的涵蓋範圍之內。
101‧‧‧待測物分子層
102‧‧‧辨識分子層
103‧‧‧生物轉換機制層
104‧‧‧流體
20‧‧‧雙微懸臂樑感測裝置
201‧‧‧參考微懸臂樑
202‧‧‧感測微懸臂樑
203‧‧‧惠司通電橋
30‧‧‧熱效應自補償系統
301‧‧‧壓阻感測器
302‧‧‧處理單元
3011‧‧‧微懸臂樑
3012‧‧‧參考微臂樑
3013‧‧‧基板
3022‧‧‧類比數位轉換器
3023‧‧‧惠司通電橋
3024‧‧‧電腦
3025‧‧‧差動放大器
3026‧‧‧減法器
3027‧‧‧歐姆計
30110‧‧‧感測壓阻器
30120‧‧‧參考壓阻器
31‧‧‧基板結構
312‧‧‧參考結構
313‧‧‧第一壓阻器
3A‧‧‧熱效應補償裝置
601,602,603,604‧‧‧導線
605,606,607,608‧‧‧導片
ER1,ER2‧‧‧估計壓阻
R1,R2,R3,R4‧‧‧電阻
R-ref‧‧‧參考壓阻
R-sensor‧‧‧感測壓阻
Vin,Vout‧‧‧電壓
V13 ,V24 ‧‧‧分壓
P1,P2,P3,P4‧‧‧端點
第一圖：生物感測器的示意圖；第二圖(a)：習知雙微懸臂樑感測裝置的示意圖；第二圖(b)：習知微懸臂樑與待測溶液ph值的關係圖；第三圖：本案熱效應自補償系統的示意圖；第四圖(a)：本案第二壓阻值R-fix與環境溫度的曲線圖；第四圖(b)：本案第三壓阻值R-lever與環境溫度的曲線圖；第五圖(a)：本案第二電壓隨環境溫度而變化的曲線圖；第五圖(b)：本案第一電壓隨著環境溫度而變化的曲線圖；第五圖(c)：本案扣除壓阻熱效應與雙膜效應後的電壓曲線圖；第六圖：本案壓阻感測器的示意圖；及第七圖：本案熱效應自補償系統的補償方法的流程圖。
301‧‧‧壓阻感測器
302‧‧‧處理單元
3011‧‧‧微懸臂樑
3012‧‧‧參考微臂樑
3013‧‧‧基板
3022‧‧‧類比數位轉換器
3023‧‧‧惠司通電橋
3024‧‧‧電腦
3025‧‧‧差動放大器
3026‧‧‧減法器
3027‧‧‧歐姆計
30110‧‧‧感測壓阻器
30120‧‧‧參考壓阻器
31‧‧‧基板結構
312‧‧‧參考結構
313‧‧‧第一壓阻器
3A‧‧‧熱效應補償裝置
ER1,ER2‧‧‧估計壓阻

Claims (20)

  1. 一種熱效應自補償系統，包含：一基板結構，包含埋藏在該基板結構中的一第一壓阻器，該第一壓阻器具有一第一壓阻；及一微懸臂樑，形成於該基板結構上，且具有一第二壓阻，其中該熱效應自補償系統藉由該第一壓阻對一溫度變化的關係與該第二壓阻對該溫度變化的關係進行一溫度補償。
  2. 一種熱效應自補償系統，包含：一基板結構，包含埋藏在該基板結構中的一第一壓阻器，該第一壓阻器具有一第一壓阻，該第一壓阻與一環境溫度相關；及一微懸臂樑，具有一第二壓阻，該第二壓阻與該環境溫度相關，其中當該環境溫度改變時，該熱效應自補償系統經由測量該第一壓阻來計算一第一估計壓阻，且藉由該第一估計壓阻、該第一壓阻對該環境溫度改變的關係與該第二壓阻對該環境溫度改變的關係進行一溫度補償。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的熱效應自補償系統，其中：該第一壓阻為該環境溫度的函數且具有一第一溫度壓阻函數的性質；該第二壓阻為該環境溫度的函數且具有一第二溫度 壓阻函數的性質；該熱效應自補償系統測量該第一壓阻而獲得一第二估計壓阻；該熱效應自補償系統根據該第二估計壓阻與該第一溫度壓阻函數而計算一估計環境溫度；及該熱效應自補償系統根據該估計環境溫度與該第二溫度壓阻函數計算該第一估計壓阻。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的熱效應自補償系統，其中該第一溫度壓阻函數只與一壓阻熱效應相關。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的熱效應自補償系統，其中該第二溫度壓阻函數與一壓阻熱效應及一雙膜效應相關。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的熱效應自補償系統，其中該第一壓阻器包含一參考壓阻器，該參考壓阻器具有該第一壓阻，該第一壓阻只受到一壓阻熱效應的影響。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的熱效應自補償系統，其中該參考壓阻器作為一溫度計。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的熱效應自補償系統，其中該微懸臂樑包含一感測壓阻器，該感測壓阻器具有一第二壓阻，該第二壓阻受到一雙膜效應與一壓阻熱效應的影響。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的熱效應自補償系統，其中該參考壓阻器的材料與該感測壓阻器的材料為一具壓阻性質的材料。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的熱效應自補償系統，其中該具壓阻性質的材料為多晶矽及單晶矽的其中之一。
  11. 如申請專利範圍第2項所述的熱效應自補償系統，其中該微懸臂樑的材料為一多層複合材料。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的熱效應自補償系統，其中該多層複合材料為一具有多晶矽之半導體及具有單晶矽之半導體的其中之一。
  13. 一種用於熱效應補償的裝置，包含：一基板結構，包含埋藏在該基板結構中的一第一壓阻器，其中該第一壓阻器具有一第一壓阻，且該第一壓阻具有一第一溫度壓阻函數的性質；及一微懸臂樑，形成於該基板結構上，其中該第二壓阻器具有一第二壓阻，且該第二壓阻具有一第二溫度壓阻函數的性質。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的熱效應補償裝置，其中該第一壓阻器為一參考壓阻器，且該第一壓阻器只受到一壓阻熱效應的影響。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的熱效應補償裝置，其中該參考壓阻器作為一溫度計。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的熱效應補償裝置，其中該微懸臂樑包含一感測壓阻器，且該微懸臂樑受到一雙膜效應與一壓阻熱效應的影響。
  17. 一種熱效應補償方法，該方法包含下列步驟：(a)提供一第一壓阻器和一微懸臂樑，其中該第一壓阻器和該微懸臂樑分別具有一第一壓阻和一第二壓阻，且該第一壓阻和該第二壓阻均與一環境溫度相關； (b)量測該第一壓阻來量測該環境溫度以計算一估計環境溫度，其中該第一壓阻由該環境溫度的一溫度變化所影響；(c)利用該估計環境溫度計算該第二壓阻的一估計壓阻；及(d)藉由該估計壓阻和量測該第二壓阻而對該第二壓阻進行一熱效應補償，其中該第二壓阻由該溫度變化所影響。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中該微懸臂樑更具有一熱效應；步驟(a)包含步驟：提供一基板結構，其中該基板結構包含該一第一壓阻器，且該第一壓阻器埋藏在該基板結構中；在步驟(a)和步驟(b)之間包含步驟：當該微懸臂樑未進行量測且該環境溫度變化時，建立一第一溫度壓阻函數，與一第二溫度壓阻函數，該第一溫度壓阻函數與該第一壓阻及該環境溫度相關，該第二溫度壓阻函數與該第二壓阻及該環境溫度相關；及步驟(b)包含步驟：藉由該第一壓阻與該第一溫度壓阻函數計算該估計環境溫度。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的方法，其中步驟(c)包含下列步驟：藉由該估計環境溫度與該第二溫度壓阻函數計算該估計壓阻。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中：當該微懸臂樑進行量測時，該微懸臂樑的該第二壓阻被量測；及該估計壓阻被利用來對該第二壓阻進行該熱效應補償，藉此補償該熱效應。
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