TWI574028B

TWI574028B - 集成式振波發射感測元、使用其之感測陣列及電子設備及其製造方法

Info

Publication number: TWI574028B
Application number: TW104119915A
Authority: TW
Inventors: 吳憲明
Original assignee: 李美燕
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2017-03-11
Also published as: CN106257485B; TW201700994A; CN106257485A

Description

集成式振波發射感測元、使用其之感測陣列及電子設備及其製造方法

本發明是有關於一種發射感測元、使用其之感測陣列及電子設備及其製造方法，且特別是有關於一種集成式振波發射感測元、使用其之感測陣列及電子設備及其製造方法。

傳統的生物特徵感測器(譬如是指紋感測器)感測的方法有幾種，例如光學的感測原理，其缺點為無法有效感測乾手指及髒汙，而且需要一光學照明及成像系統，不僅消耗功率高且體積龐大，不利整合於現在的電子產品輕、薄、短、小及低功耗之需求。另外一種常見的就是利用電容/電場量測的半導體晶片，其優點是功耗小且體積小，但缺點為無法感測濕手指，並且不易辨別一種利用導電材料所製作的假手指，這對於越來越多以指紋認證所規劃的移動支付交易，很容易產生造假的犯罪行為。另外有利用壓力感測的方式，其特點是必須要提供一容易受壓變形的結構，但是手指按壓此感測器的力道必須足夠。若手指接觸此感測器的力道不夠或沒有按壓到此感測器，則無法得到好的感測結果。除了以上相關技術的個別缺點外，以上技術也都無法感測皮下組織，甚至是手指內部的靜脈等等以更進一步作為第二道生物特徵來輔助身份認證，作為更多生物資訊的收集，不僅可以增加辨識準確度，更可以增加安全性，防止上述的缺點帶來的技術漏洞。

為解決以上所有問題，本發明將提供一種集成式振波發射感測式生物特徵感測器，達到低功耗、體積小，不僅可以偵測表面的生物特徵，例如指紋，更可能偵測皮下的生物特徵，例如血管等資訊。

因此，本發明之一個目的是提供一種集成式振波發射感測元以及使用其之感測陣列及電子設備，利用發射振動波，配合電容式感測原理來感測電容變化，進而感測到干涉波的變化，以達到生物特徵的效果。

為達上述目的，本發明提供一種集成式振波發射感測元，包含：一基板；一振波感測元，位於基板上，具有一腔室；一振波發射元，位於基板上方，並連接至振波感測元，振波發射元產生一第一振動波，朝上傳遞之第一振動波遇到接近振波發射元之一物體之一個或多個介面，並被物體之一個或多個介面反射而產生一第二振動波，振波感測元感測第二振動波的性質，或感測第二振動波與第一振動波的干涉波而產生一感測信號。

於上述的集成式振波發射感測元中，振波感測元包含：一第一電極，位於基板上；一間隔層，位於基板上；以及一第二電極，位於基板上，第二電極面對第一電極，且第二電極、第一電極與間隔層之間形成有腔室，第一電極與第二電極形成一感測電容，第二電極可朝向靠近及遠離第一電極的方向振動。

本發明亦提供一種集成式振波發射感測陣列，包含：多個上述之集成式振波發射感測元，排列成一個陣列，其中此等集成式振波發射感測元共用基板及第二電極。

本發明更提供一種電子設備，包含：多個上述集成式振波發射感測元，排列成一個陣列；一驅動信號源，連接至此等振波發射元，用於驅動各振波發射元振動；一振波傳遞層，設置於此等振波發射元上，用於傳遞各第一振動波；以及一蓋板，覆蓋於振波傳遞層上，其中物體之一個或多個介面係與蓋板接觸或接近。

本發明又提供一種集成式振波發射感測元的製造方法，包含：提供一感測元初始結構，具有：一基板；一第一電極，位於基板上；以及一間隔層，位於基板上；提供一載體基板，包含：一第一矽基板；一絕緣層，位於第一矽基板上；及一第二矽基板，位於絕緣層上；將載體基板的第一矽基板接合至間隔層，使第一矽基板、第一電極與間隔層之間形成一腔室；移除第二矽基板；以及於絕緣層上形成一振波發射元，振波發射元對應於腔室。

本發明再提供一種集成式振波發射感測陣列的製造方法，包含：提供一感測元陣列初始結構，具有：一基板；多個第一電極，位於基板上；以及一間隔層，位於基板上；提供一載體基板，包含：一第一矽基板；一絕緣層，位於第一矽基板上；及一第二矽基板，位於絕緣層上；將載體基板的第一矽基板接合至間隔層，使第一矽基板、各第一電極與間隔層之間形成一腔室；移除第二矽基板；以及於絕緣層上形成多個振波發射元，此等振波發射元分別對應於此等腔室。

本發明更提供一種電子設備的製造方法，包含：提供一感測元陣列初始結構，具有：一基板；多個第一電極，位於基板上；以及一間隔層，位於基板上；提供一載體基板，包含：一第一矽基板；一絕緣層，位於第一矽基板上；及一第二矽基板，位於絕緣層上；將載體基板的第一矽基板接合至間隔層，使第一矽基板、各第一電極與間隔層之間形成一腔室；移除第二矽基板；於絕緣層上形成多個振波發射元，此等振波發射元分別對應於此等腔室；於此等振波發射元上形成一振波傳遞層；以及於振波傳遞層上覆蓋一蓋板。

依據本發明之上述實施樣態，藉由電容量測可以隔絕溫度與濕度變化的干擾，藉由壓電材料的振波發射元可以產生大的振幅，以提高感測電容的量測靈敏度，藉由干涉波的產生可以得知距離資訊，如此，可以實現生物特徵的感測，特別是指紋的感測。此外，亦可透過飛行時間模式來進行混合生物特徵的感測。再者，本發明之上述實施例亦可應用於近接式感測器、手勢感測器或微型的超音波裝置。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

CR1‧‧‧接觸區

CR2‧‧‧接觸區

Cs‧‧‧感測電容

DS‧‧‧驅動信號

F‧‧‧物體

W1‧‧‧第一振動波

W2‧‧‧第二振動波

W3‧‧‧干涉波

1‧‧‧集成式振波發射感測元

10‧‧‧基板

11‧‧‧基底

12‧‧‧感測電路

14‧‧‧基板絕緣層

15‧‧‧振波感測元

20‧‧‧第一電極

25‧‧‧腔室

30‧‧‧間隔層

31‧‧‧第一中間材料層

35‧‧‧第三中間材料層

40‧‧‧第二電極

41‧‧‧第二中間材料層

50‧‧‧絕緣層

60‧‧‧振波發射元

62‧‧‧底電極

64‧‧‧壓電層

66‧‧‧頂電極

100‧‧‧集成式振波發射感測陣列

200‧‧‧電子設備

210‧‧‧驅動信號源

220‧‧‧振波傳遞層

230‧‧‧蓋板

240‧‧‧顯示器

250‧‧‧控制器

310‧‧‧感測元初始結構

320‧‧‧載體基板

321‧‧‧第一矽基板

322‧‧‧第二矽基板

330‧‧‧感測元陣列初始結構

圖1顯示依據本發明較佳實施例之集成式振波發射感測元之剖面示意圖。

圖2顯示依據本發明較佳實施例之感測陣列之俯視示意圖。

圖3顯示依據本發明較佳實施例之電子設備之局部剖面示意圖。

圖4至圖7顯示依據本發明較佳實施例之集成式振波發射感測元的製造方法之各步驟的剖面示意圖。

圖8顯示顯示依據本發明較佳實施例之感測陣列的製造方法的其中一個步驟的剖面示意圖。

圖9顯示依據本發明較佳實施例之集成式振波發射感測元之振動示意圖。

本發明的實施例的原理在於利用一集成式振波發射感測元(在此可以簡稱發感元)，該發感元係為一懸浮振波發射元發射前進振動波，該前進振動波遇到不同的介質介面，會因此產生反射振動波，配合電容式感測原理來感測電容變化，進而感測到反射振動波的變化，以達到對物體表面進而內部的介面資訊感測。振動波的感測方法有很多種，其中感測電容變化是一種穩定的方法，因為電容感測不受溫度、濕度變化的影響。本發明特徵之一，係利用懸浮壓電振波發射元，以發射前進振動波，達到最佳能量轉換效率，並且在同一發感元設計了一電容式壓力感測結構，以提高感測靈敏度及穩定度，並且為了降低寄生電容的影響，本發明另一特徵為將發射與感測電路元件集成整合於該發感元下方之半導體承載基板，達到最小的元件、最佳發射效率以及最好的感測敏感度。此外，排成陣列的發感元可以同時被驅動以產生振動波，也可以分別被驅動以產生振動波，在設計上可以考量各種狀況的需求而作最佳化。同時，應用上，可以是單一發感元應用於例如近接式感測器(proximity sensor)，或者兩個以上的小發感元陣列應用於例如手勢感測器(gesture sensor)，抑或更大的發感元陣列應用於例如手指指紋生物資訊的感測，當然本發明也能利用於微型的超音波裝置，例如醫療檢測器材，相較於傳統的超音波裝置，更可以達到輕薄短小及省電。因此本發明以下的實施例說明，僅為讓熟悉此一技藝者了解並得據以實施，並不是單純要限制本發明於以下說明的狹小應用範圍，相反的它是一個基礎的發感元設計，藉以擴展各種可能的應用。

圖1顯示依據本發明較佳實施例之集成式振波發射感測元之剖面示意圖。如圖1所示，集成式振波發射感測元1包含一基板10、一振波感測元15以及一振波發射元60。振波感測元15位於基板10上，並具有一腔室25。振波感測元15包含一第一電極20、一間隔層30、一第二電極40。如前所述，本發明係為一整合的結構，其中該第一電極20、間隔層30、第二電極40係構成了一壓力式電容感測元(簡稱電容感測元)，而該電容感測元係與該振波發射元垂直堆疊，並且共同組合成一懸浮結構，亦即僅靠該間隔層30支撐，而懸浮於該基板10的上方。

基板10較佳是一種半導體基板，特別是矽基板，但本發明當然不限於此，也可以是其他導體，絕緣體基板。第一電極20位於基板10上，是一種固定電極，在製造上本發明較佳例為由CMOS所製成，因此該第一電極20可以是製程中的頂層金屬，抑或額外增加的導體製程，其材料為Al、Cu、Ti、TiN、Au、Ni、Pt、Cr或為兩者以上之疊層，相對於整個集成式振波發射感測元1是不會移動的。間隔層30位於基板10上，材料譬如是氧化矽或氮化矽等絕緣層或者是由不同導體層所形成的熔融導體層，間隔層30的高度譬如是介於1至6微米(um)之間，但不限定於此，較佳是2um。第二電極40位於基板10上，並面對第一電極20，且譬如是由單晶矽、多晶矽或其他導電材料所形成。第二電極40、第一電極20與間隔層30之間形成有腔室25。腔室25中可以是接近大氣壓力，或是呈現真空的狀態。第一電極20與第二電極40形成一感測電容Cs。第二電極40可朝向靠近及遠離第一電極20的方向振動，也就是朝著圖面的垂直方向振動。腔室25提供給第二電極40振動的空間。

於本實施例中，一絕緣層50位於第二電極40上。振波發射元60位於絕緣層50上，因此是位於第二電極40上方，也是位於基板10的上方，並連接至振波感測元15，且係為一壓電振動元的結構設計，包含了上下電極以及兩者之間的一壓電材料，例如AlN、PZT、ZnO等等，該振波發射元藉由上下電極的通電，提供該壓電材料電荷，以產生一上下振動的一第一振動波W1，朝上傳遞之第一振動波W1遇到接近振波發射元60之一物體F之一個或多個介面，並被物體F之介面反射而產生一第二振動波W2，振波感測元15感測第二振動波W2的性質，或感測第二振動波W2與第一振動波W1的一干涉波W3而產生一感測信號。於一例子中，第二振動波W2朝下傳遞，干擾了第二電極40與第一電極20之間的感測電容Cs的變化而產生一感測信號。特別是，第二振動波W2朝下傳遞，並與朝下傳遞之第一振動波W1產生干涉而產生干涉波W3。第二電極40與第一電極20藉由感測電容Cs的變化測量干涉波W3而產生感測信號，感測信號代表第一電極20與物體F之介面之間之距離。該物體例如為一手指，因此，藉由一陣列發感元的設計可以量測手指的紋峰與紋谷與感測元的距離資訊，進而產生指紋圖像(此時的皮膚為介面)，亦可同時或於不同時段調整發射波的頻率，也可以讓該振動波穿透皮膚，進而依據血管反射不同的振動波來量測血管的分佈圖像(此時的血管管壁為介面)。於一例子中，干涉波W3是由第二振動波W2與第一振動波W1的建設性干涉所產生，以獲得較大的振幅。於另一子中，干涉波W3是由第二振動波W2與第一振動波W1的破壞性干涉所產生，以獲得較小的振幅。於又另一例子中，可以將集成式振波發射感測元1設計成讓與手指的紋峰反射產生的第二振動波W2與第一振動波W1產生相長干涉，而讓與手指的紋谷反射產生的第二振動波W2與第一振動波W1產生相消干涉，如此可以提高紋峰與紋谷的辨別率。

另一種發射感測模式為飛行時間模式(time of flight)，切換發射以及感測的時間，利用感測的時間差判別反射振波行進的距離，進而建構出物體的3D圖像，因此前進波遇到不同介面的反射時間不同，可以同時堆疊不同介面的影像，例如指紋與靜脈圖像。同時，也可以透過發射不同頻率的波達到感測不同介面的目的。在本實施例中，該振動波的頻率可以介於20KHz到200MHz，其最佳頻率範圍可以是2MHz到40MHz。

於本實施例中，基板10包含一基底11、一感測電路12以及一基板絕緣層14。基底11的材料包含矽。感測電路12位於基底11上，並電連接至第一電極20以及第二電極40，用於接收並處理感測信號。感測電路12可以利用半導體製程而形成，於此不再贅述。於另一例子中，感測電路12可以控制整個感測的程序而產生感測信號。基板絕緣層14位於基底11與感測電路12上，並位於感測電路12與第一電極20之間。基板絕緣層14隔絕感測電路12與第一電極20。

於本實施例中，是以壓電元件來當作振波發射元60。振波發射元60包含一底電極62、一壓電層64以及一頂電極66。底電極62位於絕緣層50上，也就是位於第二電極40上方。壓電層64位於底電極62上。頂電極66位於壓電層64上。頂電極66及底電極62連接至一驅動信號DS而使壓電層64振動，進而使第二電極40產生第一振動波W1。於一例子中，壓電層64每伏特可以產生大於或等於100奈米(nm)的振動。壓電層64的材料譬如是氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AlN)或鋯鈦酸鉛(Lead Zirconate Titanate,PZT)等。值得注意的是，於其他實施例中，絕緣層50可以被省略，使得振波感測元15與該振波發射元60共用一個電極，也就是底電極62與第二電極40被整合在一起而成為單一電極層，以便簡化結構。

於本實施例中，頂電極66與壓電層64的一接觸區CR1為一圓形環狀區，但不限於此，底電極62與壓電層64之一接觸區CR2為一圓形區。於其他實施例中，頂電極66與壓電層64的一接觸區CR1為一方形環狀區，底電極62與壓電層64之一接觸區CR2為一矩形區。

於另一實施例，圖1的結構中的第一電極20以及第二電極40是可以被省略的，也就是振波發射元60本身也可以做為一感測元，其感測原理可以藉由飛行時間模式(time of flight)，切換發射以及感測的時間，藉由反射振波在該壓電層產生電荷，以判別反射波的時間差及強度。簡而言之，該振波發射元也是振波感測元。於此情況下，間隔層30可被視為具有腔室25，底電極62位於間隔層30上方，且振波發射元60可被視為是位於間隔層30上方，並當作一振波感測元使用。

圖2顯示依據本發明較佳實施例之感測陣列之俯視示意圖。如圖2所示，集成式振波發射感測陣列100包含多個上述的集成式振波發射感測元1，排列成一個陣列。此等集成式振波發射感測元1共用基板10及第二電極40。在製造上，可以利用半導體製程的方式形成整個集成式振波發射感測陣列100。於另一例子中，此等集成式振波發射感測元1共用基板10，但具有各自的第二電極40及間隔層30。相鄰的第二電極40之間隔開一個間隙，且相鄰的間隔層30也隔開一個間隙，也就是相鄰的集成式振波發射感測元1之間亦有空腔存在，避免相鄰的振動波有所干擾。當然在此所顯示的發感元係為方形設計，然而例如圓型的設計也可以是一種實施例(圖中未示)，但本發明當然不限於此，甚至是混合式的形狀設計也可以是一種實施例。

集成式振波發射感測陣列100的驅動方式，可以是全部的振波發射元60同時驅動，亦可以是全部的振波發射元60分開驅動，亦或者是部分區域同時驅動，部分區域分開驅動。接著，停止驅動振波發射元60，並開始量測各個感測電容Cs，獲得其變化量，而產生感測信號。

圖3顯示依據本發明較佳實施例之電子設備之局部剖面示意圖。如圖3所示，電子設備200包含多個上述之集成式振波發射感測元1、一驅動信號源210、一振波傳遞層220以及一蓋板230。

多個集成式振波發射感測元1排列成一個陣列，特別是二維陣列。驅動信號源210連接至此等振波發射元60，用於驅動各振波發射元60振動。振波傳遞層220設置於此等振波發射元60上，用於傳遞各第一振動波W1，當然亦可傳遞各第二振動波W2。振波傳遞層220的材質為軟性材料，該材料可以容許該振波發射元不至於被完全固定，仍可以產生足夠大的振幅，例如大於10nm以上，該材料可以是例如矽膠(silicone)，聚對二甲苯(Parylene)等等，當然不限於此。蓋板230覆蓋於振波傳遞層220上。物體F之介面係與蓋板230接觸或接近。值得注意的是，蓋板230除了可以是電子設備的外保護層(譬如玻璃)以外，也可以是屬於一個按鍵。

此外，電子設備200可以更包含一顯示器240，設置於此等集成式振波發射感測元1的一側，蓋板230覆蓋顯示器240。蓋板230譬如是顯示螢幕或觸控螢幕的透光層，當然這樣的設計是可以適用於目前及未來顯示螢幕或觸控螢幕的各種設計，可以直接與手指接觸。透過這樣的設計，集成式振波發射感測元1所排列成的集成式振波發射感測陣列100可以完全隱藏於蓋板230的下方，避免破壞電子設備的外觀完整性。此外，電子設備200可以更包含一控制器250，電連接至驅動信號源210及各集成式振波發射感測元1，並具有調整各第一振動波W1的頻率的功能，以適用多種感測模式，也就是透過發射不同頻率的波來達到感測不同介面(皮膚、血管壁等)的目的。此外，控制器250可以控制驅動信號源210及各集成式振波發射感測元1感測干涉波W3。當然，該控制器250可以是一外掛的元件，譬如是遠端或雲端的計算裝置，也可以是一整合於該電子設備200內部的功能區塊。當然，另外一實施例也可以讓該蓋板230具有一開孔、該手指(待感測之物體)與該發感元之間具有一間隙，該振波係透過一空氣或流體介質傳播。亦或者該蓋板為例如電子設備的一機械按鍵的最外表層保護層(可以為不透明的烤漆層)，或一透光層(例如強化玻璃及藍寶石等等)。

圖4至圖7顯示依據本發明較佳實施例之集成式振波發射感測元的製造方法之各步驟的剖面示意圖。本實施例的集成式振波發射感測元1的製造方法，包含以下步驟。

首先，如圖4所示，提供一感測元初始結構310及一載體基板320。感測元初始結構310具有：一基板10；一第一電極20，位於基板10上；以及一間隔層30，位於基板10上。載體基板320包含：一第一矽基板321；一絕緣層50，位於第一矽基板321上；及一第二矽基板322，位於絕緣層50上。載體基板320的材料包含多晶矽或單晶矽。絕緣層50的材料包含氧化矽或氮化矽。

然後，如圖5A所示，將載體基板320的第一矽基板321接合至間隔層30，使第一矽基板321、第一電極20與間隔層30之間形成一腔室25。採用的接合方式可以是融合接合(Fusion bonding)、直接接合(Direct Bonding)、陽極接合(Anodic Bonding)、共晶接合(Eutectic Bonding)或黏著接合(Adhesive Bonding)等。

該融合接合例如是採用低阻值的矽，藉由與SiO₂間隔層30之間利用接合技術及相關研磨蝕刻而形成薄膜結構，在本實施例中兩者係透過低溫融合接合方式(low temperature fusion bonding)形成具有氫鍵強度的介面。當然在形成低溫融合接合之前，更可以包括水清洗及採用例如低濃度氫氟酸，以去除第二電極表面的氧化層(此過程稱為HF dip)，為了達到表面活化，更可以包括表面電漿(plasma)處理，例如暴露在氧氣(O₂)及氮氣(N₂)的電漿環境下，而且為了讓接合的表面有很好的平坦度，更可以利用化學機械研磨法(CMP)將待接合的表面予以拋光及拋平。

如果基板10內設置有電晶體及電路元件，則之後所提供的退火溫度(anneal temperature)便只能在低於400℃的環境下，形成高鍵結強度的共價鍵於間隔層30及第二電極40之間。

然而，間隔層30與第二電極40除了上述的直接接合方式外，也可以在各間隔層30上設置有一第一中間材料層31，並且於第二電極40下設置一第二中間材料層41，再藉由第二中間材料層41接合第一中間材料層31的方式，將第二電極40固設於間隔層30上，如圖5B所示。其中，第一中間材料層31或第二中間材料層41係可分別為鋁和鍺或者矽和金，例如鋁和鍺可以在約420℃形成共晶接合(eutectic bonding)，並且這兩種材料與CMOS製程相容，更適合應用於本實施例具有積體電路整合的設計。另外，間隔層30以及第二電極40之間也可以僅僅設置一第三中間材料層35來進行接合，此第三中間材料層35則可為玻璃熔塊(glass frit)、高分子膠合層及其他黏合材料等等，如圖5C所示。

於另一實施例中，間隔層30譬如是由金屬所構成，特別是由金(Au)所構成，或者是由複合金屬結構(例如镍和金之複合結構)所構成，其可以直接與該低阻值的矽直接高溫熔合。

接著，如圖6所示，移除第二矽基板322。可以利用研磨或乾蝕刻的方式移除第二矽基板322，而絕緣層50就當作研磨或蝕刻停止層。

然後，如圖7所示，於絕緣層50上形成一振波發射元60，振波發射元60對應於腔室25。

圖8顯示顯示依據本發明較佳實施例之感測陣列的製造方法的其中一個步驟的剖面示意圖。如圖8所示，集成式振波發射感測陣列100的製造方法係與集成式振波發射感測元1的製造方法類似，不同之處在於開始時是提供一感測元陣列初始結構330及一載體基板320。載體基板320與集成式振波發射感測元1的製造方法的對應步驟相同。感測元陣列初始結構330具有：一基板10；多個第一電極20，位於基板10上；以及一間隔層30，位於基板10上。在將載體基板320的第一矽基板321接合至間隔層30時，可以使第一矽基板321、各第一電極20與間隔層30之間形成一腔室25。在移除第二矽基板322後，於絕緣層50上形成多個振波發射元60，此等振波發射元60分別對應於此等腔室25。

在集成式振波發射感測陣列100形成以後，可以繼續施以下述步驟，以製造出電子設備200。這些步驟包含：於此等振波發射元60上形成一振波傳遞層220；以及於振波傳遞層220上覆蓋一蓋板230。當然，顯示器240可以先被設置於振波傳遞層220的一側，可以與振波傳遞層220直接接觸或隔開一段距離，然後，將蓋板230覆蓋於振波傳遞層220以及顯示器240上。如此，可以提供一個顯示模組給譬如手機或平板電腦使用。

圖9顯示依據本發明較佳實施例之集成式振波發射感測元之振動示意圖。如圖9所示，第二電極40可以相對於第一電極20作上下振動。於一例子中，於集成式振波發射感測元1的一非工作狀態下，第二電極40的初始位置可以如實線所示。於另一例子中，第二電極40的初始位置可以如下方的假想線所示，第二電極40具有凹向上的形狀，特別是當腔室25是處於真空或接近真空的狀態。於又另一例子中，第二電極40的初始位置可以如上方的假想線所示，第二電極40具有凹向下的形狀。當然，第二電極40的初始形狀並非一定要處於如圖9所示的最大振幅的形狀，也可是處於中間振幅的形狀，於此不特別限制。

請再次參見圖3，電子設備200亦可以進入上述之飛行時間模式，使得第一振動波W1與第二振動波W2不會同時存在，因而使干涉波W3不會產生。因此，於此實施方式中，振波發射元60產生一第一振動波W1，朝上傳遞之第一振動波W1遇到接近振波發射元60之物體F之一個或多個介面，並被物體F之一個或多個介面反射而產生一第二振動波W2。第二振動波W2朝下傳遞，該電容壓力感測結構的第二電極40受力而產生形變，第二電極40與第一電極20藉由感測電容Cs的變化測量第二振動波W2而產生一感測信號。感測信號代表第一電極20與物體F之一個或多個介面之間之距離資訊。控制器250電連接至各集成式振波發射感測元1及驅動信號源210，並控制驅動信號源210於一第一時間點發射各第一振動波W1後停止，並控制各集成式振波發射感測元1於各第一振動波W1停止後感測到第二振動波W2的第二時間點，並將第一時間點與各第二時間點的差值轉換成距離信號，結合上述電容變化信號(感測信號)，可以反推成具有3度空間的信號分布，進而建構例如接觸於該蓋板上方的手指介面信號，也就是控制器250可以依據距離信號及感測信號獲得物體介面信號，譬如是指紋影像信號，同時該飛行模式感測會在時間軸上，推演出不同介面的反射信號，例如進而穿透手指以得到例如手指靜脈的資訊。控制器250可以更進一步依據距離信號及感測信號獲得此等介面中之各介面與振波感測元15之距離資訊。

此外，控制器250更可具有調整各第一振動波W1的頻率的功能，以適用多種感測模式。

當物體的介面為多個介面時，所獲得的距離資訊是混合距離資訊。此混合距離資訊可以作為物體特徵，亦可以被分離成為獨立的物體特徵，譬如是指紋及血管圖案。於此情況下，控制器250更可將感測信號進行信號分離處理，以依據距離信號及感測信號獲得此等介面中之各介面與第一電極20之距離資訊。

依據本發明之上述實施例，藉由電容量測可以隔絕溫度與濕度變化的干擾，藉由壓電材料的振波發射元可以產生大的振幅，以提高感測電容的量測靈敏度，藉由干涉波的產生可以得知距離資訊，如此，可以實現生物特徵的感測，特別是指紋的感測。此外，亦可透過飛行時間模式來進行混合生物特徵的感測。再者，本發明之上述實施例亦可應用於近接式感測器、手勢感測器或微型的超音波裝置。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。