TWI538096B - 具ｐｎ界面的微機電裝置 - Google Patents

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TWI538096B TW102149148A TW102149148A TWI538096B TW I538096 B TWI538096 B TW I538096B TW 102149148 A TW102149148 A TW 102149148A TW 102149148 A TW102149148 A TW 102149148A TW I538096 B TWI538096 B TW I538096B
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Description

具PN界面的微機電裝置
本發明是有關於一種微機電裝置，且特別是有關於一種具有PN界面(PN-Junction)的微機電裝置。
近年來受惠於智慧型手機、平板電腦、體感遊戲機等相關電子產品的帶動下，使得微機電感測元件，例如加速度計與磁力感測計等，其市場需求均呈現逐年大幅度地成長，因此，國際大廠皆投入大量的研究資源，以開發高性能低成本的微機電感測器。目前微機電感測裝置最新的市場趨勢是將能供方向資訊的微機電慣性感測器與全球導航定位系統(Global Positioning System,GPS)結合，以應用於可自動翻轉電子地圖的智慧型手機或不受地形與天候限制的汽車導航裝置。此外，目前各國際大廠的微機電慣性感測器的技術研究趨勢是在於如何將加速度計與能提供方向資訊的磁力感測計整合在同一感測器上(亦即共用質量塊的多軸感測技術)，以減少感測器的體積，因應現行各種電子產品的輕薄化趨勢。此外，不同感測器整合的同時，亦需使各軸的量測訊 號不互相干擾，以提高訊號量測的準確度，已成為開發新一代微機電慣性感測器的重要技術關鍵之一。
圖1是習知Y軸微機電磁力計的簡化示意圖。圖2是習知Z軸微機電加速度計的簡化示意圖。請參考圖1，傳統的Y軸微機電磁力計10可簡化為由旋轉樑12與可動質量塊11所組成。Y軸微機電磁力計10包括可動質量塊11、旋轉樑12、感應線圈13、感應電極14以及基板15。可動質量塊11藉由旋轉樑12懸浮於基板15及感應電極14上方。可動質量塊11適於繞旋轉樑12所連成的一軸線進行旋轉。在工作狀態下，交流電流輸入至感應線圈13，此電流頻率與可動質量塊11的自然頻率一致。當外界有磁場B存在時，感應線圈13與磁場B會將產生勞倫茲力F(Lorentz Force)，此力F將推動可動質量塊11使其產生振動。所產生勞倫茲力F的大小可由下述公式得知： ，其中I為電流大小，L為感應線圈13與磁場B方向垂直的向量長度，B為外界的磁場大小。接著，藉由感應電極14偵測可動質量塊11與感應電極14之間電容的變化，以計算磁力大小。由於感應線圈13是電性耦接至交流電源，因此其電流方向與電壓正負大小皆隨相位作週期性改變。當輸入的交流電壓為正電壓時，電流由感應線圈13電性耦接至交流電源的一端流入，然後流過可動質量塊11上的感應線圈13，接著流至感應線圈13電性連結接地端GND的另一端。可動質量塊11的感應線圈13與基板15之間的電位差， 會產生正電荷並累積於可動質量塊11的下表面，而負電荷累積於基板15的感應電極14上。隨著交流電壓的上升與下降，累積於可動質量塊11下表面與感應電極14上的電荷數目亦隨之增減。當電壓相位改變時(相位角為180°時)，交流電壓轉變為負電壓，交流電流方向變為由感應線圈13電性連結接地端GND的一端流向感應線圈13電性耦接於交流電源的另一端。由於交流電壓的改變，使可動質量塊11下表面的電位低於基板15，因而造成正電荷累積於基板15的感應電極14上，負電荷累積於可動質量塊11的下表面。在交流電壓轉換的瞬間，可動質量塊11下表面與基板15的感應電極14上的帶電電荷數量減少，因而在感應電極14上產生電流。此因電荷數量改變而引發的電流可以是感應電流的一種。此感應電流會造成讀取電路輸出之電壓訊號的改變，進而使Y軸微機電磁力計10感測出錯誤的磁力大小。
請參考圖2，傳統的Z軸微機電加速計20包括可動質量塊21、扭轉樑22、23固定座(圖未示)以及感應電極24。旋轉樑22位置偏離可動質量塊21的中心線，且可動質量塊21可繞旋轉樑22、23與固定座所連成的軸線旋轉。當加速度計在Z軸產生加速度Az時，可動質量塊21會以扭轉樑22、23所連成的軸線為旋轉軸(Y軸)，產生類似翹翹板的旋轉。接著，藉由偵測因可動質量塊21與感應電極24間的電容改變，即可計算出在Z軸方向上的加速度大小。
然而，若欲在同一結構體上結合上述磁力大小與加速度 偵測的功能時，磁力感測訊號與加速度的感測訊號會產生耦合現象。換言之，當基板上的感應電極在偵測由於Y軸磁力所造成的電容值改變時，亦同時偵測到由於Z軸加速度所造成的電容值改變，此將使得磁力感測訊號與加速度感測訊號互相耦合。換言之，同一量測訊號同時包括磁力與加速度量測訊號，必須進一步將訊號解耦合以獲得分別的訊號量測值，因而增加電路處理的複雜度。
另一方面，圖3A為美國專利編號US 2004/0158439的一種可同時量測磁場與加速度的共構感測器。圖3B為圖3A共構感測器的沿A-A’線的截面示意圖。請參考圖3A與3B。圖3A的共構感測器包括第一與第二可動結構31、32。第一與第二可動結構31、32分別包括彈簧31a、32a用以分別支撐質量塊31b、32b。其中第一與第二可動結構31、32互相平行地排列於X-Y平面上。然後在兩塊質量塊31a、32b上給予不同方向的電流。當在相同的磁場(例如在X方向上的磁場：Bx)下，兩塊質量塊31a、32b會分別產生方向相反但大小相同的位移(+b,-b)。當有加速度Az時，兩質量塊31b,32b產生方向相同且大小相同的位移(-a,-a)。因此，當在同時有磁場與加速度存在的環境下，質量塊31b的位移總和為-a+b，質量塊32b的位移總和為-a-b。計算以上兩質量塊位移形成的方程式，即可分別求出磁力與加速度所造成的位移，進而分別計算出磁力的大小與加速度的大小。
本發明提出的一種微機電裝置包括基板、可動質量塊、第一導電層以及第一絕緣層。基板包含設置在其上表面的電極。可動質量塊設置於電極上方並包含第一P型半導體層、第一N型半導體層以及第一PN界面。其中第一N型半導體層連接第一P型半導體層，且第一PN界面形成於第一P型半導體層與第一N型半導體層之間的連接面。此外，第一絕緣層設置於可動質量塊與第一導電層之間。
本發明提出的另一種微機電裝置適於偵測磁力。此微機電裝置包括基板、第一絕緣層、第一導電層以及第一彈簧。基板包含設置在其上表面的電極。可動質量塊設置在電極上方且適於繞軸線旋轉，可動質量塊包括第一P型半導體層、第一N型半導體層以及第一PN界面。第一P型半導體層的下表面面向電極，第一N型半導體層的下表面與第一P型半導體層的上表面連接，並且第一PN界面形成於第一P型半導體層與第一N型半導體層的連接面。第一絕緣層設置於第一N型半導體的上表面，且第一導電層設置於第一絕緣層上。第一彈簧沿軸線平行的方向連接可動質量塊並且包括第二P型半導體層、第二N型半導體層以及第二PN界面，其中第二P型半導體層連接第一P型半導體層，第二N半導體層的下表面與第二P型半導體層的上表面連接，且第二PN界面形成於第二P型半導體層與第二N型半導體層連接面。
本發明提出的的另一種微機電裝置包括基板、框架，第一絕緣層、第一導電層、第一彈簧以及第二彈簧。基板包含設置 在其上表面的電極。框架設置在電極上方且適於繞軸線旋轉。框架包含第一P型半導體層、第一N型半導體層以及第一PN界面。其中第一P型半導體層的下表面面向電極，第一N型半導體層的下表面與第一P型半導體層的上表面相連接，且第一PN界面形成於第一P型半導體層與第一N型半導體層的連接面。第一絕緣層設置於第一N型半導體層的上表面。第一導電層設置於第一絕緣層上。第一彈簧沿與軸線平行的方向連接框架。第二彈簧設置於框架內，並沿與軸線平行的方向連接框架，且第二彈簧與第一彈簧位於同一直線的延伸方向上。
本發明提出的另一種微機電裝置適於偵測磁力與加速度。此微機電裝置包括基板、可動質量塊、第一絕緣層、第一導電層以及控制與切換單元。基板包含設置於其上表面的電極。可動質量塊設置於電極上方且適於繞軸線旋轉，可動質量塊包括第一P型半導體層、第一N型半導體層以及第一PN界面。第一P型半導體層的下表面面向電極，第一N型半導體層的下表面與第一P型半導體的上表面連接，且第一PN界面形成於第一P型半導體層與第一N型半導體層的連接面。第一絕緣層設置於第一N型半導體層的上表面。第一導電層設置於第一絕緣層上。控制與切換單元控制第一導電層的電流供應。
10‧‧‧Y軸微機電磁力計
11、21、120、220、320‧‧‧可動質量塊
12、22、23‧‧‧旋轉樑
13‧‧‧導電線圈
14、24‧‧‧感測電極
15、25、110、210、310‧‧‧基板
20‧‧‧Z軸微機電加速計
30‧‧‧支撐盤
31‧‧‧第一可動結構
31b‧‧‧第一質量塊
31a、32a、262‧‧‧彈簧
32‧‧‧第二可動結構
32b‧‧‧第二質量塊
33‧‧‧輸入電極
34‧‧‧電性接地電極
35、36‧‧‧共用電極
37‧‧‧第一感測電極
38‧‧‧第二感測電極
39‧‧‧電極支架
100、200、300、300’、400、500‧‧‧微機電裝置
111、211、311‧‧‧電極
130、270、370‧‧‧第一絕緣層
121、221、321‧‧‧第一P型半導體層
122、222、322‧‧‧第一N型半導體層
123、223、323‧‧‧第一PN界面
140、230、330‧‧‧第一導電層
140a、230a、330a‧‧‧第一端
140b、230b、330b‧‧‧第二端
240、340、350、340’、350’‧‧‧第一固定座
240a、340a’‧‧‧第一外固定座
240b、340b’‧‧‧第一內固定座
241、341’‧‧‧第一溝槽
242、342‧‧‧第一導電柱
250、350‧‧‧固定座
250a、350a‧‧‧外固定座
250b、350b‧‧‧內固定座
251、351‧‧‧溝槽
252、342、352‧‧‧導電柱
260、360、365‧‧‧第一彈簧
280‧‧‧絕緣層
380‧‧‧第二固定座
380a‧‧‧第二外固定座
380b‧‧‧第二內固定座
381‧‧‧第二溝槽
382‧‧‧第二導電柱
390、395‧‧‧第二彈簧
405‧‧‧壓控振盪器
410a、410b‧‧‧運算放大器
420‧‧‧感測器
425‧‧‧第一導電層
425a‧‧‧第一端
425b‧‧‧第二端
430‧‧‧控制與切換單元
440‧‧‧第一讀取電路
442‧‧‧第一輸出訊號
450‧‧‧第二讀取電路
452‧‧‧第二輸出訊號
460‧‧‧計算與補償處理器
510‧‧‧鏡面層
520‧‧‧永久磁鐵
2212、3212‧‧‧第二P型半導體層
2222、3222‧‧‧第二N型半導體層
2232、3232‧‧‧第二PN界面
2213、3213‧‧‧第三P型半導體層
2223、3223‧‧‧第三N型半導體層
2233、3233‧‧‧第三PN界面
2302、3302‧‧‧第二導電層
2303、3303‧‧‧第三導電層
2702、3702‧‧‧第二絕緣層
2703、3703‧‧‧第三絕緣層
Az‧‧‧Z軸加速度
B‧‧‧磁場
F‧‧‧勞倫茲力
I‧‧‧電流
L‧‧‧向量長度
Vac‧‧‧交流電源
S1‧‧‧底面
S2‧‧‧側面
SA‧‧‧加速度訊號
SB‧‧‧磁力訊號
GND‧‧‧接地端
Vp‧‧‧第一極化電壓
Vn‧‧‧第二極化電壓
圖1是習知Y軸微機電磁力計結構的示意圖。
圖2是習知Z軸微機電加速度計結構的示意圖。
圖3A是美國專利US2004/0158493的一種微機電裝置的結構示意圖。
圖3B是圖3A微機電裝置結構沿A-A’線的剖面示意圖。
圖4是根據本發明一實施例繪示的微機電裝置的示意圖。
圖5A是根據本發明另一實施例繪示的微機電裝置的俯視圖。
圖5B是圖5A的微機電裝置沿A-A’線的剖面示意圖。
圖6A是根據本發明另一實施例繪示的微機電裝置的俯視圖。
圖6B是圖6A的微機電裝置沿B-B’線的剖面示意圖。
圖6C是圖6A的微機電裝置沿C-C’線的剖面示意圖。
圖6D是根據本發明另一實施例繪示的電路系統架構圖。
圖6E是根據本發明另一實施例繪示的微機電裝置的剖面示意圖。
圖7A是根據本發明另一實施例繪示的微機電裝置的俯視圖。
圖7B是圖7A的微機電裝置沿D-D’線的剖面示意圖。
本發明揭露一種具PN界面(PN-Junction)的微機電裝置。此種微機電裝置包括可動質量塊、導電層以及電極。可動質量塊包含P型半導體層與N型半導體層。PN界面形成於P型半導體層與N型半導體層之連接面。當交流電流通過導電層時，此微機電裝置可避免讀取電路輸出之電壓發生異常變化。此微機電裝 置適用於感測加速度及磁力，也可以是一種微機電掃瞄鏡(MEMS scanning micro-mirror)。
本發明所揭露之P型半導體層(P-type semiconductor layer)可以是摻雜(doping)少量P型雜質(impurities)(例如硼、鋁、鎵、銦等)的矽(Si)材料層或鍺(Ge)材料層。
本發明所揭露之N型半導體層(N-type semiconductor layer)可以是摻雜(doping)少量N型雜質(impurities)(例如氮、磷、砷、銻、等)的矽(Si)材料層或鍺(Ge)材料層。
圖4是根據本發明的一實施例繪示微機電裝置100的示意圖。請參考圖4，微機電裝置100包括：基板110、電極111、可動質量塊120、第一導電層140及第一絕緣層130。電極111設置於基板110的上表面。可動質量塊120設置於電極111上方。第一絕緣層130，設置於可動質量塊120與第一導電層140之間，以使可動質量塊120與第一導電層140電性絕緣。
可動質量塊120包含：第一P型半導體層121、第一N型半導體層122及第一PN界面123。第一P型半導體層121連接第一N型半導體層122。第一PN界面(PN-junction)123形成於第一P型半導體層121與第一N型半導體層122的連接面。
第一導電層140包括第一端140a與第二端140b。當微機電裝置100在工作狀態時，第一端140a電性連結接地端GND且第二端140b電性耦接交流電源Vac，以使電流流入第一導電層140。另外，電極111可與第一端140a共同電性連結接地端GND。 在一實施例中，也可讓第一端140a電性耦接交流電源Vac且讓第二端140b電性連結接地端GND，使電流流入第一導電層140。此種情形下，電極111與第一端140b共同電性連結接地端GND。此外，第一P型半導體層121電性耦接第一極化電壓(Vp)，第一N型半導體層122電性耦接第二極化電壓(Vn)，且第二極化電壓(Vn)大於或等於第一極化電壓(Vp)。本發明的極化電壓(polarization voltage)是指能使導體產生電荷的電壓或使摻雜(doping)少量P型雜質之半導體層或少量N型雜質之半導體層產生電荷的電壓。此時，以微機電裝置100感測所在環境中的磁場，便會產生勞倫茲力F。此勞倫茲力F會施加在可動質量塊120上，進而使可動質量塊120產生位移(translation)或轉動(rotation)。可動質量塊120的位移或轉動會造成第一P型半導體層121與電極111間的電容發生改變。因此，微機電裝置100可藉著感測出的電容改變，然後透過特用積體電路(ASIC)的計算，求得磁力的大小。此外，在交流電壓轉換的過程中，由於第二極化電壓(Vn)大於或等於第一極化電壓(Vp)，使第一P型半導體層121與第一N型半導體層122之間具有逆向偏壓。因此，在交流電壓正負轉換的瞬間，第一P型半導體層121與基板上110的電極111不會有帶電電荷的增減，也不會造成讀取電路輸出之電壓訊號的改變。如此，微機電裝置100量測磁力時，可避免量測到異常的感測訊號，以增加量測磁力的準確度。
在圖4繪示的實施例中，微機電裝置100可進行結構部 份的修改，以滿足不同的功能需求。例如，可動質量塊120可以是一中央部位挖空之框架(frame)，以使框架的挖空處可以設置固定座。此外，可以使用複數個懸臂樑(cantilever beam)結構的彈簧來連接可動質量塊120，以使可動質量塊120產生垂直方向(Z軸)上的位移。也可以使用二個扭轉樑(torsional beam)結構的彈簧，沿一軸線連接可動質量塊120，以使可動質量塊120可依此軸線(兩旋轉樑的中央連線)產生旋轉運動。
在圖4繪示的實施例中，微機電裝置100也可進行不同結構的設計，以提升微機電裝置100的量測靈敏度。例如，第一導電層140可以是單一的導電層或是多重線圈(coil)的導電層。當第一導電層140是多重線圈(coil)的導電層時，可以增加電流與磁場交互感應而產生的生勞倫茲力，使可動質量塊120產生較大的位移量或轉動量，進而增加微機電裝置100的量測靈敏度。另外，當用二個扭轉樑(torsional beam)，沿一軸線連接可動質量塊120時，此軸線可將可動質量塊120分成二部份的質量塊。當此軸線到這二部份的質量塊之重心的距離不相等時，則會使可動質量塊120成為非平衡質量塊(unbalanced mass)。如此，當可動質量塊120承受到勞倫茲力時，會有較大的轉動量，進而增加微機電裝置100的量測靈敏度。
圖5A是根據本發明另一實施例繪示的微機電裝置的俯視圖。圖5B是圖5A的微機電裝置沿A-A’線的剖面示意圖。請參考圖5A及5B，本實施例的微機電裝置200適用於偵測Y軸磁力 的大小。微機電裝置200包括基板210、電極211、可動質量塊220、第一導電層230、第一絕緣層270、第一固定座240及第一彈簧260。第一固定座240及電極211分別設置於基板210的上表面。第一絕緣層270可設置於可動質量塊220與第一導電層230之間。在一實施例中，第一絕緣層270可設置於可動質量塊220上且第一導電層230可設置於第一絕緣層270上，以使可動質量塊220與第一導電層230電性絕緣。第一彈簧260連接第一固定座240及可動質量塊220，使可動質量塊220懸浮於電極211上方。此外，第一導電層230可以是單圈或多圈的導電線圈，也可以是於可動質量塊220的上表面形成整面的導電層。
微機電裝置200的可動質量塊220包括第一P型半導體層221、第一N型半導體層222。第一N型半導體層222連接第一P型半導體層221以形成第一PN界面223。換言之，第一PN界面223形成於第一P型半導體層221與第一N型半導體層222之間的連接面。在一實施例中，第一P型半導體層221的下表面面向電極211，第一N型半導體層222其下表面與第一P型半導體層221的上表面連接。第一絕緣層270設置於第一N型半導體層222的上表面，第一導電層230設置於第一絕緣層270上。
微機電裝置200的第一固定座240包括第二P型半導體層2212、第二N型半導體層2222。第二N型半導體層2222連接第二P型半導體層2212以形成第二PN界面2232。也就是說，第二PN界面2232形成於第二P型半導體層2212與第二N型半導體 層2222的連接面。此外，第二P型半導體層2212設置於第二N型半導體層2222的底面S1與側面S2。
微機電裝置200的第一彈簧260包括第三P型半導體層2213、第三N型半導體層2223。第三N型半導體層2223連接第三P型半導體層2213以形成第三PN界面2233。換言之，第三PN界面2233形成於第三P型半導體層2213與第三N型半導體層2223的連接面。此外，第一彈簧260另包含第三絕緣層2703及第三導電層2303。第三絕緣層2703設置於第三N型半導體層2223上且第三導電層2303設置於第三絕緣層2703上，以使第三N型半導體層2223與第三導電層2303電性絕緣。
第一彈簧260的第三P型半導體層2213連接第二P型半導體層2212且第一彈簧260的第三P型半導體層2213連接可動質量塊220之第一P型半導體層221，以形成可使第一P型半導體層221電性耦接第一極化電壓(Vp)的電性通道。
為了增加電性通道(electrical interconnection)，第一固定座240可另包括第一溝槽241。第一溝槽241可將第一固定座240分隔成相互電性絕緣的第一內固定座240b與第一外固定座240a。第一內固定座240b包含第二P型半導體層2212及第二N型半導體層2222。第一外固定座240a包含第二N型半導體層2222。第一內固定座240b之第二P型半導體層2212設置於第一內固定座240b之第二N型半導體層2222的底面S1與側面S2。
第一固定座240更包括第二絕緣層2702、第二導電層 2302及以及導電柱242。第二絕緣層2702設置於第一內固定座240b、第一外固定座240a及第一溝槽241上。第二導電層2302設置於第二絕緣層上2702。導電柱242貫穿第一固定座240a之第二絕緣層2702且連接第一固定座240之第二導電層2302與第一外固定座240a。
第一彈簧260的第三P型半導體層2213連接第一P型半導體層221及第一內固定座240b之第二P型半導體層2212，以形成可使第一P型半導體層221電性耦接第一極化電壓(Vp)的電性通道。
此外，為了在固定座250上有更多的電性通道(electrical interconnection)，固定座250另包括溝槽251。溝槽251可將固定座250分隔成相互電性絕緣的外固定座250a與內固定座250b。內固定座250b為第二N型半導體層2222。外固定座250a亦為第二N型半導體層2222。固定座250更包括第二導電層2302、第二絕緣層2702及以及導電柱252。第二絕緣層2702設置於內固定座250b、外固定座250a及溝槽251上。第二導電層2302設置於第二絕緣層上2702。導電柱252貫穿固定座250之第二絕緣層2702且連接固定座250之第二導電層2302與外固定座250a。
微機電裝置200的彈簧262包括第三N型半導體層2223、第三絕緣層2703及第三導電層2303。第三絕緣層2703設置於第三N型半導體層2223上且第三導電層2303設置於第三絕緣層2703上，使第三N型半導體層2223與第三導電層2303電性絕緣。
此外，彈簧262的第三N型半導體層2223連接可動質量塊220的第一N型半導體層221及內固定座250b之第二N型半導體層2222，以形成可使第一N型半導體層221電性耦接第二極化電壓(Vn)的電性通道。
為了使電流能供給至可動質量塊220上的第一導電層230，第一彈簧260的第三導電層2303連接第一固定座240的第二導電層2302及第一導電層230的第一端230a，以形成可使第一端230a電性連結接地端GND的電性通道。此外，彈簧262的第三導電層2303連接固定座250的第二導電層2302及第一導電層230的第二端230b，以形成可使第二端230b電性耦接交流電源的電性通道。
在一實施例中，微機電裝置200在進行磁場量測時，可使第一P型半導體層221電性耦接第一極化電壓(Vp)且使第一N型半導體層222電性耦接第二極化電壓(Vn)，其中第二極化電壓(Vn)的大於或等於第一極化電壓(Vp)。此外，第一導電層230的第一端230a電性連結接地端GND且第一導電層230的第二端230b電性耦接交流電源，並由於第一端230a與第二端230b之間的電位差，而於第一導電層230上產生電流。另外，電極211則是與第一端230a共同電性連結接地端GND。
當微機電裝置200所在的環境有沿Y軸方向的磁場B或磁場B的分量存在時，第一導電層230中的電流便會與磁場B發生交互作用而產生勞倫茲力F。此勞倫茲力F會施加在可動質量 塊220上，進而使可動質量塊220以A-A’軸線為旋轉軸產生轉動(rotation)。可動質量塊220的轉動會造成第一P型半導體層221與電極211間的電容發生改變。因此，微機電裝置200可藉著感測出的電容改變，然後透過特用積體電路(ASIC)的計算，求得磁力B的大小。
此外，如上述實施例，由於第二極化電壓(Vn)大於或等於第一極化電壓(Vp)，第一P型半導體層221與第二半導體層222之間的第一PN界面223具有逆向偏壓。因此，在交流電壓轉換的過程中，第一P型半導體層221的下表面的電荷維持相同的帶電電性。換言之，在交流電壓轉換的過程中，電極211不會產生感應電流，也不會造成讀取電路輸出之電壓訊號的改變。如此，微機電裝置200因而能避免量測到異常訊號，進而增加微機電裝置200量測磁力的準確度。
圖6A是根據本發明另一實施例繪示的微機電裝置的俯視圖，圖6B是圖6A的微機電裝置沿B-B’線的剖面示意圖，圖6C是圖6A的微機電裝置沿C-C’線的剖面示意圖。請參考圖6A、圖6B及圖6C。
微機電裝置300包括基板310、電極311、可動質量塊320、第一導電層330、第一絕緣層370、第一固定座340、350、第二固定座380、第一彈簧360、365及第二彈簧390、395。
第一固定座340、350、第二固定座380及電極311分別設置於基板310的上表面。第一絕緣層370可設置於可動質量塊 320與第一導電層330之間。更詳細地說，第一絕緣層370可設置於可動質量塊320上且第一導電層330可設置於第一絕緣層370上，以使可動質量塊320與第一導電層330電性絕緣。第一彈簧360、365分別連接第一固定座350、340及可動質量塊320。第二彈簧390、395分別連接至第二固定座380及可動質量塊320而使可動質量塊320懸浮於電極311上方。此外，第一導電層330可以是單圈或多圈的導電線圈，也可以是於可動質量塊320的上表面形成整面的導電層。
微機電裝置300的可動質量塊320包括第一P型半導體層321、第一N型半導體層322。第一N型半導體層322連接第一P型半導體層321以形成第一PN界面323。換言之，第一PN界面323形成於第一P型半導體層321與第一N型半導體層322之間的連接面。舉例而言，第一P型半導體層321的下表面面向電極311，第一N型半導體層322其下表面與第一P型半導體層321的上表面連接。此外，第一絕緣層370設置於第一N型半導體層322的上表面，第一導電層330設置於第一絕緣層370上。
微機電裝置300的第一固定座340包括第二P型半導體層3212、第二N型半導體層3222。第二N型半導體層3222連接第二P型半導體層3212以形成第二PN界面3232。也就是說，第二PN界面3232形成於第二P型半導體層3212與第二N型半導體層3222的連接面。此外，第二P型半導體層3212設置於第二N型半導體層3222的底面S1與側面S2。
微機電裝置300的第一彈簧365包括第三P型半導體層3213、第三N型半導體層3223。第三N型半導體層3223連接第三P型半導體層3213以形成第三PN界面3233。換言之，第三PN界面3233形成於第三P型半導體層3213與第三N型半導體層3223的連接面。此外，第一彈簧365另包含第三絕緣層3703設置於第三N型半導體層3223上。
第一彈簧365的第三P型半導體層3213連接第一固定座340的第二P型半導體層3212。第一固定座340的第二P型半導體層3212包覆第一固定座340的第二N型半導體層3222的整個底面S1。第一彈簧365的第三P型半導體層3213連接可動質量塊320之第一P型半導體層321，以形成第一P型半導體層321電性耦接第一極化電壓(Vp)的電性通道。
為了增加微機電裝置300的電性通道，第一固定座350可另包括第一溝槽351。第一溝槽351可將第一固定座350分隔成相互電性絕緣的第一內固定座350b與第一外固定座350a。第一內固定座350b包含第二N型半導體層3222。第一外固定座340a包含第二N型半導體層3222。
第一固定座350更包括第二絕緣層3702、第二導電層3302及以及導電柱352。第二絕緣層3702設置於第一內固定座350b、第一外固定座350a及第一溝槽351上。第二導電層3302設置於第二絕緣層上3702。導電柱352貫穿第一固定座350的第二絕緣層3702且連接第一固定座350之第二導電層3302與第一 外固定座350a。
微機電裝置300的另一第一彈簧360包括第三P型半導體層3213、第三N型半導體層3223。第三N型半導體層3223連接第三P型半導體層3213以形成第三PN界面3233。換言之，第三PN界面3233形成於第三P型半導體層3213與第三N型半導體層3223的連接面。此外，第一彈簧360另包含第三絕緣層3703及第三導電層3303。第三絕緣層3703設置於第三N型半導體層3223上。第三導電層3303設置於第三絕緣層3703上，以使第三N型半導體層3223與第三導電層3303電性絕緣。
第一彈簧360的第三N型半導體層3223連接可動質量塊320的第一N型半導體層322及第一內固定座350b之第二N型半導體層3222，以形成可動質量塊320的第一N型半導體層322電性耦接第二極化電壓(Vn)的電性通道。
微機電裝置300的可動質量塊320為中央鏤空的框架。第二固定座380包含：第二溝槽381，用以將第二固定座380分隔為相互電性絕緣的第二內固定座380b與第二外固定座380a。第二絕緣層3702設置於第二內固定座380b、第二外固定座380a及第二溝槽381上。第二導電層3302，設置於第二絕緣層3702上。導電柱382貫穿第二固定座380的第二絕緣層3702且連接第二固定座380之第二導電層3302及第二內固定座380b。第二內固定座380b包含第二N型半導體層3222。第二外固定座380a包含第二N型半導體層3222。在本實施例中，不會限制第二溝槽381的形狀。 例如，第二溝槽381的形狀可以是一圓形環或一方形環。
微機電裝置300的第二彈簧390、395設置於框架320內，並沿B-B’軸線的方向連接可動質量塊320。第二彈簧390,395與第一彈簧360、365位於同一軸線B-B’的延伸方向上，使框架320適於繞軸線B-B’旋轉。微機電裝置300的第二彈簧390，395包括第三N型半導體層3223、第三絕緣層3703及第三導電層3303。第三絕緣層3703設置於第三N型半導體層3223上且第三導電層3303設置於第三絕緣層3703上，使第三N型半導體層3223與第三導電層3303電性絕緣。
第二彈簧390、395的第三N型半導體層3223連接可動質量塊320的第一N型半導體層322及第二外固定座380a之第二N型半導體層3222，以形成一電性通道。
為了提供電流給可動質量塊320上的第一導電層330，分別需要二條相互絕緣的電性通道。例如，第一彈簧360的第三導電層3303可連接第一固定座350的第二導電層3302及第一導電層330的第一端330a，以形成可使第一端330a電性連結接地端GND的電性通道。第二彈簧390的第三導電層3303連接第二固定座380的第二導電層3302及第一導電層330的第二端330b，以形成可使第二端330b可電性耦接交流電源Vac的電性通道。如此，便能使電流流入可動質量塊320上的第一導電層330。
藉著不同的電性耦接，微機電裝置300具有感測磁場及感測加速度的能力。當微機電裝置300要進行磁場量測時，可使 第一P型半導體層321電性耦接第一極化電壓(Vp)且使第一N型半導體層322電性耦接第二極化電壓(Vn)，其中第二極化電壓(Vn)的大於或等於第一極化電壓(Vp)。此外，第一導電層330的第一端330a電性連結接地端GND且第一導電層330的第二端330b電性耦接交流電源(圖未示)，以使第一導電層的第一端330a與第二端330b之間具有一電位差而產生交流電流流入第一導電層330。再者，電極311與第一端330a共同電性連結接地端GND。當第一導電層330耦接交流電源的第一端330a與電性電性連結接地端GND的第二端330b產生與上述高低電位相反的電位差，並且產生交流電流流入該第一導電層330。
當微機電裝置300所在的環境有沿Y軸方向的磁場B存在時或沿Y軸方向有磁場B的分量存在時，第一導電層330中的電流便會與磁場B發生交互作用而產生勞倫茲力F。此勞倫茲力F會施加在可動質量塊(框架)320上，進而使可動質量塊320以B-B’軸線為旋轉軸產生轉動。可動質量塊320的轉動會造成第一P型半導體層321與電極311間的電容發生改變。因此，微機電裝置300可藉著感測出的電容改變，然後透過特用積體電路(ASIC)的計算，求得磁力B的大小。此外，在交流電壓轉換的過程中，由於第二極化電壓(Vn)大於或等於第一極化電壓(Vp)，第一P型半導體與321與第一N型半導體322之間的第一PN界面323具有逆向偏壓使第一P型半導體層321的下表面與電極311分別維持相同的電荷。如此，就能防止第一P型半導體層321與電極 311在交流電壓轉換的過程中產生電荷的增減。電極311因此不會產生感應電流，也不會造成讀取電路輸出之電壓訊號的改變，以增加微機電裝置200量測磁力時的準確度。
在一實施例中，微機電裝置300在進行垂直方向(Z軸)的加速度量測時，使第一P型半導體層321電性耦接第一極化電壓(Vp)且使電極311電性連結接地端GND即可。換言之，微機電裝置300在進行Z軸的加速度量測時，無需使電流流入可動質量塊320上的第一導電層330。當微機電裝置200所在的環境有沿Z軸方向的加速度Az存在時或沿Z軸方向有加速度Az的分量存在時，可動質量塊320會以B-B’軸線為旋轉軸產生轉動。可動質量塊320的轉動會造成第一P型半導體層321與電極311間的電容發生改變。因此，微機電裝置300可藉著感測電容的改變，然後透過特用積體電路(ASIC)的計算，求得加速度Az的大小。
微機電裝置300的第一導電層330可以是多重線圈的導電層，以增加電流與磁場交互感應而產生的勞倫茲力，進而提升微機電裝置300的量測磁力時的靈敏度。此外，微機電裝置300的第一彈簧360、365及第二彈簧390、395沿同一軸線的延伸方向上連接第一可動質量塊320時，可形成一旋轉軸線B-B’。此軸線可將可動質量塊320分成二部份的可動質量塊。當此軸線B-B’到這二部份的可動質量塊之重心的距離不相等時，則會使可動質量塊320成為非平衡質量塊(unbalanced mass)，進而增加微機電裝置300的量測磁力時的靈敏度或量測加速度時的的靈敏度。
在一實施例中，磁力偵測方向是以Y軸為例，且加速度的偵測方向是以Z軸為例，但本發明並不限制於此。經由適當的調整基版310的方向，即能使微機電裝置300可偵測其它軸的磁場大小及其它軸的加速度大小。例如，圖6A中的微機電裝置300若以Z軸為旋轉軸，旋轉90度之後，即能感測X軸的磁場大小及Z軸的加速度大小。
為了使圖6A中的微機電裝置300在同時量測磁場及加速度時，避免加速度訊號及磁力訊號皆產生耦合，本發明提出一種具感測器420的微機電裝置400，如圖6D所繪示之實施例。微機電裝置400包括感測器420(如圖6D中，虛線框線中所繪示)及特用積體電路晶片(ASIC Chip)(圖未示)。感測器420包含第一導電層425，其中第一導電層425包含第一端425a及第二端425b。特用積體電路晶片(圖未示)包含壓控振盪器(Voltage-Controlled Oscillator；VCO)405、運算放大器(Operational Amplifer；OP)410a、410b、控制與切換單元430、第一讀取電路440、第二讀取電路450及計算與補償處理器460。在本實施例中，感測器420可以是如圖6A至圖6C中的微機電裝置300，但本發明並不限制於此。為簡化說明，本實施例將以微機電裝置300取代部份感測器420的說明。
在一實施例中，壓控振盪器405、運算放大器410a，410b及切換器(圖未示)可提供一交流電源(圖未示)給第一導電層425。因此，電流可由第一導電層425的第一端425a流入，再經 由第一導電層425的第二端425b流出。藉著切換器(圖未示)，電流也可由第一導電層425的第二端425b流入，再經由第一導電層425的第一端425a流出。此外，控制與切換單元430可藉由對壓控振盪器405的控制，可控制導電層的電流供應。換言之，控制與切換單元430可控制電流輸入至第一導電層425或控制電流未輸入至第一導電層425。
當控制與切換單元430控制電流輸入至第一導電層330、425時，電極311感測因磁力與加速度導致可動質量塊320與基板310之間距離改變所造成電容變化並產生第二輸入訊號(圖未示)。控制與切換單元430接收來自電極311的第二輸入訊號，並選擇輸出此第二輸入訊號至第二讀取電路450。此第二輸入訊號包含加速度與磁力所造成的電容變化訊號。第二讀取電路450讀取來自控制與切換單元430的第二輸入訊號，然後產生第二輸出訊號452。此第二輸出訊號452即為加速度值大小與磁力值大小的總和訊號。
另外，當控制與切換單元430控制電流未輸入至第一導電層330、425時，第一導電層330、425上無電流產生。此時，電極311感測因加速度引起的可動質量塊320與基板310之間距離變化所造成的電容值改變並產生第一輸入訊號(圖未示)。控制與切換單元430接收來自電極311的第一輸入訊號，並選擇輸出此第一輸入訊號至第一讀取電路440。此第一輸入訊號僅為加速度所造成的電容變化訊號。第一讀取電路440讀取控制與切換單 元430的第一輸入訊號，然後產生第一輸出訊號442。此第一輸出訊號442即為加速度值大小的訊號。
計算與補償處理器460電性耦接至第一讀取電路440及第二讀取電路450，用以計算第二輸出訊號452及第一輸出訊號的差值442。此差值即為磁力大小的值。
上述的微機電裝置400藉由分時多工的方式，切換第一讀取電路440與第二讀取電路450，使之分別輪流讀取第一與第二輸入訊號。微機電裝置400因此可避免在同時偵測加速度與磁力訊號時，產生量測訊號相互耦合的雜訊，有效提升量測準確度。
圖6E是根據本發明另一實施例的微機電裝置的剖面示意圖。圖6E的實施例與圖6A、圖6B與圖6C的實施例類似，因此相同或相似的元件以相同或相似的符號表示，並且不再重複說明。本實施例與圖6A、圖6B以及圖6C的實施例不同的地方在於：微機電裝置300’的第一固定座340’、350’與圖6B中，微機電裝置300的第一固定座340、350有著不同設計。
第一固定座340’可另包括第一溝槽341’。第一溝槽341’可將第一固定座340’分隔成相互電性絕緣的第一內固定座340’b與第一外固定座340’a。第一內固定座340’b包含第二P型半導體層3212及第二N型半導體層3222。第一外固定座340’a包含第二N型半導體層3222。第一內固定座340’b之第二P型半導體層3212設置於第一內固定座340’b之第二N型半導體層3222的底面S1與側面S2。
第一固定座340’更包括第二絕緣層3702、第二導電層3302及以及導電柱342。第二絕緣層3702設置於第一內固定座340’b、第一外固定座340’a及第一溝槽341’上。第二導電層3302設置於第二絕緣層上3702。導電柱342貫穿第一固定座340’a之第二絕緣層3702且連接第一固定座340’之第二導電層3302與第一外固定座340’a。
第一彈簧365的第三P型半導體層3213連接第一P型半導體層321及第一內固定座340’b之第二P型半導體層3212，以形成可使第一P型半導體層321電性耦接第一極化電壓(Vp)的電性通道。
此外，第一內固定座340’的第二P型半導體層3212包覆第二N型半導體層3222的底面S1以及部分側面S2。第一外固定座340a’則僅具有第二N型半導體層3222。另一方面，微機電裝置300’的固定座350’與微機電裝置300的固定座350相較，不具有溝槽351。由此，本發明的微機電裝置的溝槽與固定座之間的配置關係在不脫離本發明的範圍與精神的情形下，可依實際微機電裝置使用上電性隔絕的需要而對於溝槽的配置位置作適當的調整。
圖7A與圖7B的實施例與圖5A與5B的實施例相似，因此，相同或相似的元件以相同或相似的符號表示，並且不再重複說明。微機電裝置500相較微機電裝置200更包括一鏡面層510配置在可動質量塊220上。永久磁鐵520設置在質量塊220未與 第一彈簧260連接的兩端外側。在一實施例中，微機電裝置500可以是微機電掃瞄鏡(MEMS scanning micro-mirror)。此微機電掃瞄鏡可應用於投影機的影像投影上。微機電裝置500可以藉由鏡面層510將雷射或是光波等反射至螢幕上，而產生影像。更詳細而言，在本實施例中，當電流流入可動質量塊220的第一導電層230時，電流會與永久磁鐵在Y軸方向上產生的磁場交互作用，而產生勞倫茲力，進而使可動質量塊220可以依D-D’軸旋轉。藉著輸入電流的大小，即能控制鏡面層510的旋轉角度，進而使入射的雷射光或其它光線能透過鏡面層正確的反射至螢幕上，以產生品質良好的投射影像。
微機電裝置500因勞倫茲力而轉動時，會造成可動質量塊220之第一P型半導體層221與電極211之間的電容改變。藉著偵測電容的改變，可計算出可動質量塊220的轉動量及振動頻率。特用積體電路晶片(圖未示)因而可利用此轉動量及振動頻率的資訊，調整輸入電壓的大小及頻率，進而使可動質量塊220達到最佳的振動狀態，使鏡面層510達到最佳的反射效果。
微機電裝置500的可動質量塊220之第一P型半導體層221可電性耦接第一極化電壓(Vp)且使可動質量塊220之第一N型半導體層223電性耦接第二極化電壓(Vn)。在交流電壓轉換的過程中，可使第二極化電壓(Vn)大於或等於第一極化電壓(Vp)，使第一P型半導體與221與第一N型半導體222之間的第一PN界面223具有逆向偏壓使第一P型半導體層221的下表面 維持相同的電荷。如此，就能防止第一P型半導體層221與電極211產生電荷的增減。換言之，在交流電壓轉換過程中，電極不會產生感應電流且讀取電路輸出之的電壓訊號也不會發生異常。因此，可動質量塊能正確的振動而使微機電裝置500維持穩定的投影品質。
綜上所述，本發明揭露的微機電裝置的可動質量塊上具有導電層、絕緣層、P型半導體層與N型半導體層，並且在P型半導體層與N型半導體層之間形成PN界面。因此本發明的微機電裝置的質量塊結構相較傳統的質量塊結構可避免因交流電轉換的瞬間，造成讀取電路輸出之電壓訊號的異常變化，本發明揭露的微機電裝置因而增加了感測的準確度。本發明揭露的微機電裝置適用於感測加速度或磁力。本發明揭露的微機電裝置也適用於同時感測加速度及磁力。此外，本發明揭露的微機電裝也可以是其它具PN界面質量塊的電容式微機電感測裝置，例如是微機電掃瞄鏡(MEMS scanning micro-mirror)。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧微機電裝置
110‧‧‧基板
111‧‧‧電極
120‧‧‧可動質量塊
121‧‧‧第一P型半導體層
122‧‧‧第一N型半導體層
123‧‧‧第一PN界面
130‧‧‧第一絕緣層
140‧‧‧第一導電層
140a‧‧‧第一端
140b‧‧‧第二端
GND‧‧‧接地端
Vac‧‧‧交流電源
Vp‧‧‧第一極化電壓
Vn‧‧‧第二極化電壓

Claims (33)

  1. 一種微機電裝置，包括：基板，包含電極，設置於該基板的上表面，可動質量塊，設置於該電極上方，包含：第一P型半導體層；第一N型半導體層，連接該第一P型半導體層；第一PN界面，形成於該第一P型半導體層與該第一N型半導體層的連接面；第一導電層；以及第一絕緣層，設置於可動質量塊與第一導電層之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的微機電裝置，更包括第一固定座，包括：第二P型半導體層；第二N型半導體層，連接該第二P型半導體層；以及第二PN界面，形成於該第二P型半導體層與該第二N型半導體層的連接面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的微機電裝置，更包括第一彈簧，包括：第三P型半導體層；第三N型半導體層，連接該第三P型半導體層；以及第三PN界面，形成於該第三P型半導體層與該第三N型半導體層之間的連接面，其中該第一彈簧沿與一軸線平行的方向連接該可動質量塊，該第三P型半導體層連接該第一P型半導體層及該第二P型半導體層。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的微機電裝置，其中該可動質量塊為框架，且該微機電裝置更包括第二彈簧，該第二彈簧設置於該框架內並沿與該軸線平行的方向連接該可動質量塊，該第二彈簧與該第一彈簧位於同一直線的延伸方向上，該可動質量塊適於繞一軸線旋轉。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的微機電裝置，其中該第一固定座另包括第一溝槽，將該第一固定座分隔成相互電性絕緣的第一內固定座與第一外固定座，該第一內固定座包含該第二P型半導體層及該第二N型半導體層，該第一外固定座包含該第二N型半導體層，其中該第一內固定座之該第二P型半導體層設置於該第一內固定座之該第二N型半導體層的底面與側面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的微機電裝置，其中第一固定座更包括：第二絕緣層，設置於該第一內固定座、該第一外固定座及該第一溝槽上；第二導電層，設置於該第二絕緣層上；以及導電柱，貫穿該第一固定座的該第二絕緣層且連接該第一固定座的該第二導電層與該第一外固定座。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的微機電裝置，另包括第一彈簧，該第一彈簧包含：第三P型半導體層；第三N型半導體層，連接該第三P型半導體層；以及第三PN界面，形成於該第三P型半導體層與該第三N型半導體層的連接面，其中該第三P型半導體層連接該第一P型半導 體層及該第一內固定座的該第二P型半導體層。
  8. 如申請專利範圍第2項所述的微機電裝置，其中該第二P型半導體層設置於該第二N型半導體層的底面與側面。
  9. 如申請專利範圍第3項所述的微機電裝置，其中該第二P型半導體層設置於該第二N型半導體層的底面與側面且該第二P型半導體層包覆該第二N型半導體層的整個底面，該第二P型半導體層連接該第三P型半導體層。
  10. 如申請專利範圍第4項所述的微機電裝置，更包括第二固定座，設置於該框架內，其中該第二固定座包含：第二溝槽，將該第二固定座分隔為相互電性絕緣的第二內固定座與第二外固定座；第二絕緣層，設置於該該第二內固定座、該第二外固定座及該第二溝槽上；第二導電層，設置於該第二絕緣層上；以及導電柱，貫穿該第二固定座的該第二絕緣層且連接該第二固定座的該第二導電層及該第二內固定座。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的微機電裝置，其中該第一P型半導體層電性耦接第一極化電壓(Vp)，該第一N型半導體層電性耦接第二極化電壓(Vn)，且該第二極化電壓的大於或等於該第一極化電壓；該第一導電層另包括第一端及第二端，其中該第一端電性連結接地端(GND)，並該第二端電性耦接交流電源，且該電極與該第一端共同電性連結接地端。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的微機電裝置，其中該可動質量塊適於繞一軸線旋轉，該第一P型半導體層的下表面 面向該電極，該第一N型半導體層的下表面與該第一P型半導體層的上表面連接；該第一絕緣層設置於該第一N型半導體層的上表面，該第一導電層設置於該第一絕緣層上。
  13. 一種微機電裝置，適用於偵測磁力，包括：基板，包含電極，設置於該基板的上表面；可動質量塊，設置於部分該基板與該電極上方，且適於繞軸線旋轉，該可動質量塊包括：第一P型半導體層，其下表面面向該電極；第一N型半導體層，其下表面與該第一P型半導體層的上表面連接；第一PN界面，形成於該第一P型半導體層與該第一N型半導體層的連接面；第一絕緣層，設置於該第一N型半導體層的上表面；第一導電層，設置於該第一絕緣層上；第一彈簧，沿與該軸線平行的方向連接該可動質量塊，包括：第三P型半導體層，連接該第一P型半導體層；第三N型半導體層，其下表面與該第三P型半導體層的上表面連接；以及第三PN界面，形成於該第三P型半導體層與該第二N型半導體層的連接面。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的微機電裝置，其中該可動質量塊為中央鏤空的框架，且該微機電裝置更包括第二彈簧，設置於該框架內，並沿與該軸線的方向連接該可動質量塊，且該第二彈簧與該第一彈簧位於同一軸線的延伸方向上，該框架適於繞 該軸線旋轉。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的微機電裝置，更包括：第二固定座，設置於該框架內，該第二固定座包含：第二溝槽，用以將該第二固定座分隔為相互電性絕緣的第二內固定座與第二外固定座；第二絕緣層，設置於該第二內固定座、第二外固定座及該第二溝槽上；第二導電層，設置於該第二絕緣層上；以及導電柱，貫穿該第二固定座之該第二絕緣層且連接該第二固定座的該第二導電層及該第二內固定座。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的微機電裝置，其中該第一P型半導體層電性耦接第一極化電壓(Vp)，該第一N型半導體層電性耦接第二極化電壓(Vn)，且該第二極化電壓大於或等於該第一極化電壓；該第一導電層另包含第一端及第二端，其中該第一端電性連結接地端(GND)，並該第二端電性耦接交流電源，且該電極與該第一端共同電性連結接地端(GND)。
  17. 一種微機電裝置，包括：基板，包含電極，設置於該基板的上表面；框架，設置於該電極上方且適於繞軸線旋轉，該框架包含：第一P型半導體層，其下表面面向該電極；第一N型半導體層，其下表面與該第一P型半導體層的上表面連接；第一PN界面，形成於該第一P型半導體層與該第一N型半導體層的連接面； 第一絕緣層，設置於該第一N型半導體層的上表面；第一導電層，設置於該第一絕緣層上；第一彈簧，沿與該軸線的方向連接該框架；以及第二彈簧，設置於該框架內，並沿與該軸線的方向連接該框架，且該第二彈簧與該第一彈簧位於同一軸線的延伸方向上，該框架適於繞該軸線旋轉。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的微機電裝置，更包括第一固定座，包含：第二P型半導體層，其下表面面向該基板；第二N型半導體層，其下表面與該第二P半導體層的上表面相連接；以及第二PN界面，形成於該第二P型半導體層與該第二N型半導體層的連接面。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的微機電裝置，其中該第一固定座另包括：第一溝槽，用以將該第一固定座分隔為相互電性絕緣的第一內固定座及第一外固定座，該第一內固定座包括該第二P型半導體層及該第二N型半導體層，該第一外固定座包括第二N型半導體層，其中該第一內固定座的該第二P型半導體層設置於該第一內固定座的該第二N型半導體層的底面與側面。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的微機電裝置，其中該第一固定座更包括：第二絕緣層，設置於該第一內固定座、第一外固定座及該第一溝槽上；第二導電層，設置於該第二絕緣層上；以及 導電柱，貫穿該第一固定座的該第二絕緣層且連接該第一固定座的該第一導電層及該第一外固定座。
  21. 如申請專利範圍第19項所述的微機電裝置，另包括第一彈簧，該第一彈簧包含：第三P型半導體層；第三N型半導體層，其下表面與該第三P型半導體層的上表面相連接；以及第三PN界面，形成於該第三P型半導體層與該第三N型半導體層之間的連接面，其中該第三P型半導體層連接該第一P型半導體層及該第一內固定座的該第二P型半導體層。
  22. 如申請專利範圍第18項所述的微機電裝置，其中該第二P型半導體層設置於該第二N型半導體層的底面與側面。
  23. 如申請專利範圍第17項所述的微機電裝置，更包括：第二固定座，設置於該框架內，該第二固定座包括：第二溝槽，用以將該第二固定座分隔成相互電性絕緣的第二內固定座與第二外固定座；第二絕緣層，設置於該第二內固定座、該第二外固定座及該第二溝槽上；第二導電層，設置該第二絕緣層上；以及導電柱，貫穿該第二內固定座的該第二絕緣層，且連接該第二內固定座之該第二導電層及第二內固定座。
  24. 一種微機電裝置，適用於偵測磁力及加速度，包括：基板，包含電極，設置於該基板的上表面；可動質量塊，設置於該電極上方且適於繞軸線旋轉，該可動 質量塊包括：第一P型半導體層，其下表面面向該電極；第一N型半導體層，其下表面與該第一P型半導體層的上表面連接；第一PN界面，形成於該第一P型半導體層與該第一N型半導體層的連接面；第一絕緣層，設置於該第一N型半導體層的上表面；第一導電層設置於該第一絕緣層上；以及控制與切換單元，用以控制第一導電層的電流供應。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的微機電裝置，更包括第一固定座，包括：第二P型半導體層，其下表面面向該基板；第二N型半導體層，其下表面與該第二P型半導體層的上表面相連接；以及第二PN界面，形成於該第二P型半導體層與該第二N型半導體層的連接面。
  26. 如申請專利範圍第25項所述的微機電裝置，更包括第一彈簧，沿與該軸線平行的方向連接該可動質量塊，該第一彈簧包括：第三P型半導體層；第三N型半導體層，其下表面與該第三P型半導體層的上表面相連接；以及第三PN界面，形成於該第三P型半導體層與該第三N型半導體層的連接面，其中該第三P型半導體層連接該第一P型半導 體層及該第二P型半導體層。
  27. 如申請專利範圍第26項所述的微機電裝置，其中該可動質量塊為中央鏤空的框架，且該微機電裝置更包括第二彈簧，設置於該框架內並沿與該軸線的方向連接該可動質量塊，該第二彈簧包括第三N型半導體層，該第二彈簧與該第一彈簧位於同一軸線的延伸方向上，該框架適於繞一軸線旋轉。
  28. 如申請專利範圍第27項所述的微機電裝置，更包括：第二固定座，設置於該框架內，該第二固定座包含：第二N型半導體層；第二溝槽，用以將該第二固定座分隔為相互電性絕緣的第二內固定座與第二外固定座，其中該第二彈簧之該第三N型半導體層連接該第二外固定座上的該第二N型半導體層及該可動質量塊的該第一N型半導體層；第二絕緣層，設置於該第二內固定座、該第二外固定座及該第二溝槽上；第二導電層，設置於該第二絕緣層上；以及導電柱，貫穿該第二固定座之該第二絕緣層且連接該第二固定座之該第二導電層及該內固定座。
  29. 如申請專利範圍第24項所述的微機電裝置，其中該第一P型半導體層電性耦接第一極化電壓(Vp)，該第一N型半導體層電性耦接第二極化電壓(Vn)，且該第二極化電壓大於或等於該第一極化電壓；該第一導電層另包括第一端與第二端，其中該第一端電性連結接地端(GND)，該第二端電性耦接交流電源，且該電極與該第一端共同電性連結接地端(GND)。
  30. 如申請專利範圍第24項所述的微機電裝置，更包括第一讀取電路電性耦接至該電極，當該控制與切換單元控制電流未輸入至該第一導電層時，該第一讀取電路讀取來自該電極的第一輸入訊號，並產生第一輸出訊號。
  31. 如申請專利範圍第24項所述的微機電裝置，更包括第二讀取電路電性耦接至該電極，當該控制與切換單元控制電流輸入至該第一導電層時，該第二讀取電路讀取來自該電極的第二輸入訊號，並產生第二輸出訊號。
  32. 如申請專利範圍第24項所述的微機電裝置，更包括第一讀取電路及第二讀取電路，分別電性耦接至該電極，其中當該控制與切換單元控制電流未輸入至該第一導電層時，該第一讀取電路讀取來自該電極的第一輸入訊號，並產生第一輸出訊號；當該控制與切換單元控制電流輸入至該第一導電層時，該第二讀取電路讀取來自該電極的第二輸入訊號，並產生第二輸出訊號。
  33. 如申請專利範圍第32項所述的微機電裝置，更包括計算與補償處理器電性耦接至該第一讀取電路及該第二讀取電路，用以計算該第二輸出訊號及該第一輸出訊號的差值。
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