TWI647435B - 熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置及懸浮微粒感測方法 - Google Patents

熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置及懸浮微粒感測方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種懸浮微粒感測方法，其包含：提供一通入作業，使一氣溶膠進入一熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置的一集塵室，集塵室中放置一熱致動壓阻式共振器；提供一集塵作業，當熱致動壓阻式共振器未通電時，讓氣溶膠中的複數懸浮微粒留滯於熱致動壓阻式共振器的至少一質量塊上；以及提供一量測作業，通入一電訊號使熱致動壓阻式共振器振盪，以量測熱致動壓阻式共振器的一共振頻率；其中重覆集塵作業及量測作業能量測共振頻率的變化以感測出氣溶膠中的懸浮微粒。藉此可避免熱致動壓阻式共振器發熱產生熱泳效應影響懸浮粒的沉積。

Description

熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置及懸浮微粒感測方 法
本發明是有關於一種懸浮微粒感測裝置及懸浮微粒感測方法，且尤其是有關一種熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置及懸浮微粒感測方法。
PM2.5是空氣的微小懸浮微粒，是造成人體呼吸道，心血管疾病患甚至肺腺癌遽增的原因之一。肺腺癌主要是女性患者，多數終生未吸菸、因此推斷有可能肇因於廚房的油煙與空氣汙染，此汙染源為非常微小懸浮微粒所造成，早期不易發現，且一旦進入末期存活率極低。
現有的懸浮微粒感測方式可分為beta射線法及微量振盪天平法，但前述方法有成本過高、體積大及不易攜帶之缺點。
有鑑於此，如何有效的發展出能感測微小懸浮微粒的感測裝置，使其具有良好的感測性能及方便攜帶之優點，遂成相關業者努力的目標。
本發明提供一種熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置及懸浮微粒感測方法，透過熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置中熱致動壓阻式共振器連續開關以進行集塵與感測，可有較佳的懸浮微粒感測效果，且透過熱致動壓阻式共振器的結構配置，可使其具有良好的感測解析度。
依據本發明之一態樣提供一種懸浮微粒感測方法，其包含提供一通入作業、提供一集塵作業以及提供一量測作業。於通入作業中，使一氣溶膠進入一熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置的一集塵室，集塵室中包含一熱致動壓阻式共振器；於集塵作業中，當熱致動壓阻式共振器未通電時，讓氣溶膠中的複數懸浮微粒留滯於熱致動壓阻式共振器的至少一質量塊上；於量測作業中，通入一電訊號使熱致動壓阻式共振器振盪，以量測熱致動壓阻式共振器的一共振頻率；其中重覆集塵作業及量測作業量測共振頻率的變化以感測氣溶膠中的懸浮微粒。
藉此，在熱致動壓阻式共振器斷電的情況下集塵，可以避免熱致動壓阻式共振器發熱產生的熱泳效應影響懸浮微粒的沉積，而有利於懸浮微粒的感測。
依據前述之懸浮微粒感測方法，可更包含提供一連續量測作業及提供一校正作業，於連續量測作業中，熱致動壓阻式共振器的數量為二，使其中一熱致動壓阻式共振器維持通電以量測其中一熱致動壓阻式共振器的共振頻率的變化，於 校正作業中，將進行集塵作業與量測作業的另一熱致動壓阻式共振器的共振頻率與其中一熱致動壓阻式共振器的共振頻率比較以進行校正。
依據本發明之另一態樣提供一種熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置，利用前述懸浮微粒感測方法感測氣溶膠中的懸浮微粒，熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置包含一外殼及一熱致動壓阻式共振器。外殼包含一開口及一集塵室，集塵室與開口連通，熱致動壓阻式共振器置於集塵室中且包含至少一熱致動樑連接質量塊，熱致動樑受驅動後使質量塊振動。
依據前述之熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置，其中熱致動樑的數量為二且各熱致動樑具有一第一端及一第二端，熱致動壓阻式共振器更包含二機械樑與二熱致動樑垂直，其中一機械樑的兩端分別連接其中一熱致動樑的第一端及另一熱致動樑的第一端，另一機械樑的兩端分別連接其中一熱致動樑的第二端及另一熱致動樑的第二端以形成一矩框結構；其中質量塊的數量為四，且四質量塊分別連接二熱致動樑的二第一端及二第二端。或其中各熱致動樑可包含一第一氧化層、一第一下層及一第一上層，第一氧化層包含相反的一第一上表面及一第一下表面；第一下層設置於第一氧化層的第一下表面且包含一第一多晶矽區段及二第一金屬區段，各第一金屬區段具有相對的一第一遠端及一第一近端，二第一近端分別連接第一多晶矽區段的二端；第一上層設置於第一氧化層的第一上表面且包含一第二多晶矽區段及二第二金屬區段，各第二金屬區段具有相對的一第二遠端及一第二近端，二第二近端分別連接第 二多晶矽區段的二端。或各機械樑可包含一第二氧化層、一第二下層及一第二上層。第二氧化層包含相反的一第二上表面及一第二下表面；第二下層設置於第二氧化層的第二下表面且第二下層的二端分別連接二第一遠端；第二上層設置於第二氧化層的第二上表面且第二上層的二端分別連接二第二遠端。
依據前述之熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置，其中熱致動壓阻式共振器可更包含一基座及二固定樑，二固定樑與二機械樑垂直，一固定樑的一端固定於基座且另一端連接於其中一機械樑，另一固定樑的一端固定於基座且另一端連接於另一機械樑，以使質量塊懸掛於基座。其中各固定樑可包含一第三氧化層、一第三下層及一第三上層，第三氧化層包含相反的一第三上表面及一第三下表面，第三下層設置於第三氧化層的第三下表面且第三下層連接於第二下層，第三上層設置於第三氧化層的第三上表面且第三上層連接第二上層。
依據前述之熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置，其中外殼可更包含一加速部，加速部包含複數孔洞連通集塵室與開口。或各質量塊可更包含複數貫孔間隔排列。
100‧‧‧懸浮微粒感測方法
100a‧‧‧懸浮微粒感測方法
110、110a‧‧‧步驟
120、120a‧‧‧步驟
130、130a‧‧‧步驟
140a、150a‧‧‧步驟
200‧‧‧熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置
300‧‧‧外殼
310‧‧‧開口
320‧‧‧螺栓
330‧‧‧頂部
340‧‧‧加速部
341‧‧‧孔洞
350‧‧‧環架
413‧‧‧第一上層
4131‧‧‧第二金屬區段
4132‧‧‧第二多晶矽區段
414‧‧‧第一氧化層
415‧‧‧第一下層
4151‧‧‧第一金屬區段
4152‧‧‧第一多晶矽區段
420‧‧‧質量塊
421‧‧‧貫孔
430‧‧‧機械樑
431‧‧‧第二上層
432‧‧‧第二氧化層
433‧‧‧第二下層
440‧‧‧固定樑
441‧‧‧第三上層
360‧‧‧彈性體
370‧‧‧底座
380‧‧‧集塵室
400‧‧‧熱致動壓阻式共振器
410‧‧‧熱致動樑
411‧‧‧第一端
412‧‧‧第二端
442‧‧‧第三氧化層
443‧‧‧第三下層
500‧‧‧電路板
A1‧‧‧氣溶膠
L1、L2‧‧‧線段
P1‧‧‧懸浮微粒
第1圖繪示依照本發明一實施方式之一種熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置的剖視示意圖；第2圖繪示第1圖之熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置的熱致動壓阻式共振器的示意圖； 第3圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器沿割面線3-3的剖視示意圖；第4圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器沿割面線4-4的剖視示意圖；第5圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器沿割面線5-5的剖視示意圖；第6A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器的一模擬振動狀態；第6B圖繪示第6A圖之熱致動壓阻式共振器的一LDV量測圖；第7A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器的另一模擬振動狀態；第7B圖繪示第7A圖之熱致動壓阻式共振器的一LDV量測圖；第8A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器的又一模擬振動狀態；第8B圖繪示第8A圖之熱致動壓阻式共振器的一LDV量測圖；第9A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器的再一模擬振動狀態；第9B圖繪示第9A圖之熱致動壓阻式共振器的一LDV量測圖；第10A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器的一向量網路分析儀S21量測結果；第10B圖繪示第10A圖之相位量測結果；第11A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器的另一向量網路分析儀S21量測結果；第11B圖繪示第11A圖之相位量測結果；第12圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器的一掃頻分析結果； 第13圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器的一奈米噴印測試結果；第14A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器的一溫度量測結果；第14B圖繪示第14A圖的溫度曲線；第15圖繪示依照本發明另一實施方式之一種懸浮微粒感測方法的步驟流程圖；第16圖繪示依照第15圖之懸浮微粒感測方法的一感測結果；第17圖繪示依照第15圖之懸浮微粒感測方法的熱致動壓阻式共振器的一SEM結果；第18圖繪示一比較例之熱致動壓阻式共振器的一SEM結果；第19圖繪示依照第15圖之懸浮微粒感測方法的熱致動壓阻式共振器的另一SEM結果；以及第20圖繪示依照本發明又一實施方式之一種懸浮微粒感測方法的步驟流程圖。
以下將參照圖式說明本發明之實施方式。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，閱讀者應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示；並且重複之元件將可能使用相同的編號或類似的編號表示。
此外，本文中當某一元件(或機構或模組等)「連接」、「設置」或「耦合」至另一元件，可指所述元件是直接 連接、直接設置或直接耦合於另一元件，亦可指某一元件是間連接連、間接設置或間接耦合至另一元件，意即，有其他元件介於所述元件及另一元件之間。而當有明示某一元件是「直接連接」、「直接設置」或「直接耦合」於另一元件時，才表示沒有其他元件介於所述元件及另一元件之間。而第一、第二、第三等用語只是用來描述不同元件或成分，而對元件/成分本身並無限制，因此，第一元件/成分亦為改稱第二元件/成分。
請參閱第1圖、第2圖、第3圖及第4圖，其中第1圖繪示依照本發明一實施方式之一種熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置200的剖視示意圖，第2圖繪示第1圖之熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置200的熱致動壓阻式共振器400的示意圖，第3圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器400沿割面線3-3的剖視示意圖，第4圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器400沿割面線4-4的剖視示意圖，第5圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器400沿割面線5-5的剖視示意圖。熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置200包含一外殼300及一熱致動壓阻式共振器400。
外殼300包含一開口310及一集塵室380，集塵室380與開口310連通，熱致動壓阻式共振器400置於集塵室380中且包含至少一熱致動樑410連接質量塊420，熱致動樑410受驅動後使質量塊420振動。
藉此，透過熱致動壓阻式共振器400共振頻率的變化可感測懸浮微粒P1。後面將詳細的描述熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置200的細節。
本實施例中，外殼300包含一頂部330、一環架350及一底座370，開口310位於頂部330，環架350及底座370組合形成集塵室380，開口310供氣溶膠A1進入集塵室380，而使氣溶膠A1中的複數懸浮微粒P1留滯於熱致動壓阻式共振器400上。外殼300更包含包一彈性體360，彈性體360供熱致動壓阻式共振器400設置，而能吸收熱致動壓阻式共振器400振動時的作用力。
外殼300可更包含一加速部340，加速部340包含複數孔洞341連通集塵室380與開口310，透過加速部340的設置，可以讓氣溶膠A1因白努力定理而加速進入集塵室380內，更可有利於讓複數懸浮微粒P1衝擊停留於熱致動壓阻式共振器400上。
熱致動壓阻式共振器400中，熱致動樑410的數量為二且各熱致動樑410具有一第一端411及一第二端412，且熱致動壓阻式共振器400更包含二機械樑430與二熱致動樑410垂直，其中一機械樑430的兩端分別連接其中一熱致動樑410的第一端411及另一熱致動樑410的第一端411，另一機械樑430的兩端分別連接其中一熱致動樑410的第二端412及另一熱致動樑410的第二端412以形成一矩框結構；其中質量塊420的數量為四，且四質量塊420分別連接二熱致動樑410的二第一端411及二第二端412。在此要特別說明的是，在其他未繪示的實施例中，熱致動壓阻式共振器亦可以包含二熱致動樑及二質量塊，二熱致動樑平行間隔設置於二質量塊之間以連接二 質量塊，且熱致動壓阻式共振器受驅動後以體聲波方式振動，包含上述揭露但不以此為限。
熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置200更包含一電路板500供熱致動壓阻式共振器400設置，在組裝時，可依序將底座370、彈性體360、電路板500、環架350、加速部340及頂部330由下而上疊設，最後再透過螺栓320鎖固以完成組裝。在其他實施例中，外殼300亦可以是透過卡合的方式組裝，且外殼300的組成不限於上述的底座370、彈性體360、環架350、加速部340及頂部330等，其亦可以是讓外殼具有二個半殼體，殼體內部具有限位部供電路板及熱致動壓阻式共振器定位組設，最後將二半殼體接合而完成組裝，不以上述揭露為限。
在此要特別說明的是，為了讓氣溶膠A1可以進出熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置200，底座370可開設一穿孔(未標示)，且電路板上亦具有流體通道(未標示)可供氣溶膠A1流過。
如第2圖所示，熱致動壓阻式共振器400為以互補式金屬氧化物半導體-微機電系統(CMOS-MEMS)技術製成之一蝶形共振器(butterfly-shaped resonator)結構，二熱致動樑410與二機械樑430連接組成中空的矩框結構，而四個質量塊420分別連接框結構的四個角部，質量塊420在本實施例中概呈矩形，且質量塊420可更包含複數貫孔421間隔排列，透過貫孔421的配置，可提升製程良率。此外，CMOS-MEMS技術的製程細節非本發明之重點，在此不贅述。
如第3圖所示，各熱致動樑410可包含一第一氧化層414、一第一下層415及一第一上層413，第一氧化層414包含相反的一第一上表面(未標示)及一第一下表面(未標示)；第一下層415設置於第一氧化層414的第一下表面且包含一第一多晶矽區段4152及二第一金屬區段4151，各第一金屬區段4151具有相對的一第一遠端(未標示)及一第一近端(未標示)，二第一近端分別連接第一多晶矽區段4152的二端；第一上層413設置於第一氧化層414的第一上表面且包含一第二多晶矽區段4132及二第二金屬區段4131，各第二金屬區段4131具有相對的一第二遠端(未標示)及一第二近端(未標示)，二第二近端分別連接第二多晶矽區段4132的二端。
上述的第一氧化層414、第一下層415及第一上層413皆為薄膜層狀結構，第一氧化層414的材質為二氧化矽，第一多晶矽區段4152和第二多晶矽區段4132的材質皆為多晶矽(poly)但具有不同的摻雜濃度，且第一多晶矽區段4152用作熱致動器，第二多晶矽區段4132用作壓阻式傳感器，另外，第一金屬區段4151及第二金屬區段4131的材質可以相同亦可以不同，只要具有導電性能的金屬皆可。
各機械樑430可包含一第二氧化層432、一第二下層433及一第二上層431。第二氧化層432包含相反的一第二上表面(未標示)及一第二下表面(未標示)；第二下層433設置於第二氧化層432的第二下表面且第二下層433的二端分別連接二第一遠端；第二上層431設置於第二氧化層432的第二上表面且第二上層431的二端分別連接二第二遠端。
上述的第二氧化層432、第二下層433及第二上層431皆為薄膜層狀結構，第二氧化層432的材質為二氧化矽，第二下層433的材質與第一金屬區段4151相同，第二上層431的材質與第二金屬區段4131相同，而基於上述的連接關係，通電後第二下層433可與第一金屬區段4151電性連通，第二上層431可與第二金屬區段4131電性連通。
較佳的，熱致動壓阻式共振器400可更包含一基座(未繪示)及二固定樑440，二固定樑440與二機械樑430垂直，一固定樑440的一端固定於基座且另一端連接於其中一機械樑430，另一固定樑440的一端固定於基座且另一端連接於另一機械樑430，以使質量塊420懸掛於基座。其中各固定樑440可包含一第三氧化層442、一第三下層443及一第三上層441，第三氧化層442包含相反的一第三上表面(未標示)及一第三下表面(未標示)，第三下層443設置於第三氧化層442的第三下表面且第三下層443連接於第二下層433，第三上層441設置於第三氧化層442的第三上表面且第三上層441連接第二上層431。
上述的第三氧化層442、第三下層443及第三上層441皆為薄膜層狀結構，第三氧化層442為二氧化矽，第三下層443的材質與第二下層433、第一金屬區段4151相同，第三上層441的材質與第二上層431、第二金屬區段4131相同，而基於上述的連接關係，通電後第三下層443、第二下層433可與第一金屬區段4151電性連通，第三上層441、第二上層431可與第二金屬區段4131電性連通，其中各固定樑440中的第三 下層443遠離第二下層433的一端(即固定樑440連接基座的一端)可當作電訊號輸入端，而各固定樑440中的第三上層441遠離第二上層431的一端(即固定樑440連接基座的一端)可當作感測輸出端。
在驅動熱致動壓阻式共振器400時，利用一電訊號驅動熱致動壓阻式共振器400，藉由電熱效應的影響，熱致動壓阻式共振器400產生熱膨脹使結構擁有一個機械力，進而造成結構產生形變，而此形變使得感測端因壓阻效應而產生阻質的變化，進而輸出一共振頻率的電壓小訊號，再將電壓小訊號輸入鎖相迴路放大器(Lock-in amplifier)中，利用鎖相迴路放大器鎖定共振頻及產生一同頻率振盪訊號。
透過機械樑430的結構配置，不僅可使分離的質量塊420同步運動，也大幅降低熱致動壓阻式共振器400的整體阻值。且通過利用第一金屬區段4151、第二金屬區段4131、第二上層431、第二下層433、第三上層441及第三下層443等金屬佈線的優勢，在COMSOL模擬工具模擬的電位顯示輸入功率的效率因子η為0.92，提高了熱致動壓阻式共振器400的整體跨導，η=VB/VA，其中VB為同一熱致動樑410中二第一遠端的壓差，VA為二電訊號輸入端的壓差。另外，為了進一步改善跨導，亦可減小熱致動樑410的尺寸以降低熱致動壓阻式共振器400的熱電容值(與熱致動樑410的長度有關)，更可以降低熱致動壓阻式共振器400熱電容的值，進而提高熱致動壓阻式共振器400的運動轉導(transconductance)，其中運動轉導與效率因子η、熱電容值、熱致動樑410的長度及角頻率有關。
請參閱第6A圖、第6B圖、第7A圖、第7B圖、第8A圖、第8B圖、第9A圖及第9B圖，其中第6A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器400的一模擬振動狀態，第6B圖繪示第6A圖之熱致動壓阻式共振器400的一LDV量測圖，第7A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器400的另一模擬振動狀態，第7B圖繪示第7A圖之熱致動壓阻式共振器400的一LDV量測圖，第8A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器400的又一模擬振動狀態，第8B圖繪示第8A圖之熱致動壓阻式共振器400的一LDV量測圖，第9A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器400的再一模擬振動狀態，第9B圖繪示第9A圖之熱致動壓阻式共振器400的一LDV量測圖。由上述第6A至第9B圖可知，熱致動壓阻式共振器400受驅動後以撓曲模態(flexural mode)振動。
請參閱第10A圖、第10B圖、第11A圖、第11B圖及第12圖，其中第10A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器400的一向量網路分析儀S21量測結果，第10B圖繪示第10A圖之相位量測結果，第11A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器400的另一向量網路分析儀S21量測結果，第11B圖繪示第11A圖之相位量測結果，第12圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器400的一掃頻分析結果。
在量測時，是藉由一網路分析儀給予交流信號於分離器(splitter)上，分離器提供零度以及一百八十度的輸入小訊號，藉此機制來降低共模雜訊帶來的影響，在結合電源供應器提供直流電流於偏置器(Bais-Tee)後耦合形成電訊號輸入 熱致動壓阻式共振器400，最後再藉由感測輸出端將訊號送回網路分析儀中，利用網路分析儀來尋找熱致動壓阻式共振器400的共振頻率。
第10A圖及第10B圖中，熱致動壓阻式共振器400是於空氣下進行量測，其可以在915kHz處得到20dB的帶阻抑制(Stopband rejection)以及600的品質因數(quality factor,Q)，且其所要消耗之功率只需要1.64mW。而第11A圖及第11B圖中，熱致動壓阻式共振器400於是真空下進行量測，其可以在929kHz處得到30dB的帶阻抑制以及5468的品質因數(quality factor,Q)，消耗功率則只需要1.7mW。如第12圖所示，進行完共振頻率之分析後，再對熱致動壓阻式共振器400進行掃頻，可觀察到熱致動壓阻式共振器400訊號非常強，且在0~10MHz皆沒有其他強度相當的寄生波模(Spurious mode)。
之後，可再藉由ADS轉換的Y參數(Y-parameter)，可以得到空氣中擁有18μA/V，真空下擁有118μA/V的運動轉導值，其驗證了高的F-factor(熱致動樑的阻值除以熱致動壓阻式共振器的阻值)、低共振頻率、熱致動樑長度及熱電容值可以大幅提升熱致動壓阻式共振器400的運動轉導的數值。
另外，可利用鎖相迴路放大器搭配鎖相迴路(phase-locked loop，PLL)來量測熱致動壓阻式共振器400，並用頻率計數器來分析鎖相迴路放大器的輸出訊號，之後可使用Matlab將頻率計數器得到的數據進行轉換得到愛倫偏差 (Allan deviation)，空氣中分別在積分時間1秒處得到89ppb的愛倫偏差，經由公式得到頻率解析度為0.082Hz，質量解析度24fg的優異表現，可知熱致動壓阻式共振器400可以偵測到PM1微粒重量的40分之1，因此本發明之熱致動壓阻式共振器400確實可用來偵測極微小的懸浮微粒。
請參閱第13圖，其中第13圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器400的一奈米噴印測試結果。如第13圖所示，對熱致動壓阻式共振器400進行奈米噴印後進行共振頻率的量測，可以觀測到在經過四次噴印後，1pL(picl-liter)的奈米銀液滴造成9kHz左右的頻率跳動，且具有相當線性的共振頻下降量，在固定周期17秒下有2.9kHz頻率下降量，再運用1pL的重量1.49ng可反算出質量感測度為1.9463Hz/pg，是以在進行懸浮微粒的感測時，可以此共振頻率的變化量來估算懸浮微粒的狀況。
請參閱第14A圖及第14B圖，其中第14A圖繪示第2圖之熱致動壓阻式共振器400的一溫度量測結果，第14B圖繪示第14A圖的溫度曲線，而第14A圖之熱致動壓阻式共振器400是沿第2圖之割面線4-4來量測溫度。由第14A圖及第14B圖可知，在熱致動樑410的位置溫度上升8度，而質量塊420的溫度幾乎沒有上升，而此種溫度上升之現象，普遍見於任一熱致動壓阻式共振器。
有鑑於熱致動壓阻式共振器本身在驅動時的溫度上升現象，本發明提供一種懸浮微粒感測方法100，其可適用於採用任一種熱致動壓阻式共振器進行感測懸浮微粒的熱致 動振盪式懸浮微粒感測裝置。請參閱第15圖及第16圖，並一併參閱第1圖，其中第15圖繪示依照本發明另一實施方式之一種懸浮微粒感測方法100的步驟流程圖，第16圖繪示依照第15圖之懸浮微粒感測方法100的一感測結果。懸浮微粒感測方法100包含步驟110、步驟120及步驟130。
於步驟110中，提供一通入作業，使一氣溶膠A1進入一熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置200的一集塵室380，集塵室380中放置一熱致動壓阻式共振器400。
於步驟120中，提供一集塵作業，當熱致動壓阻式共振器400未通電時，讓氣溶膠A1中的複數懸浮微粒P1留滯於熱致動壓阻式共振器400的至少一質量塊420上。
於步驟130中，提供一量測作業，通入一電訊號(未繪示)使熱致動壓阻式共振器400振盪，以量測熱致動壓阻式共振器400的一共振頻率；其中重覆集塵作業及量測作業量測共振頻率的變化以感測氣溶膠A1中的懸浮微粒P1。
藉此，可以避免熱致動樑410產生的熱泳效應影響懸浮微粒P1的沉積。
在步驟110中，可使用微型泵(micro pump)加速氣溶膠A1，以輔助氣溶膠A1進入集塵室380，增加氣溶膠A1撞擊質量塊420的機會。
而於步驟120及步驟130中，是讓分別讓熱致動壓阻式共振器400處於斷電或被驅動的狀態，其中熱致動壓阻式共振器400斷電時熱致動樑410未作用，溫度未上升，因此懸浮微粒P1可沉積於質量塊420上，而當熱致動壓阻式共振器 400通電時，會以第6A圖及第7A圖的方式振動，此時產生一共振頻率，而當懸浮微粒P1不斷沉積導致質量塊420的重量改變時，會使共振頻率變化，因此透過熱致動壓阻式共振器400共振頻率變化的量測可感測出懸浮微粒P1的狀況。
因此，如第16圖所示，其中線段L1為熱致動壓阻式共振器400的共振頻率變化，線段L2為同時段中以商用光學式氣膠感測器(OAS)感測的結果，由此結果可知，透過懸浮微粒感測方法100，可以感測到50μg/m3~200μg/m3的測懸浮微粒P1累積狀況，且由於線段L1及線段L2的斜率相同，可證明使用懸浮微粒感測方法100操作熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置200可有良好的懸浮微粒感測結果。
請參閱第17圖及第18圖，其中第17圖繪示依照第15圖之懸浮微粒感測方法100的熱致動壓阻式共振器400的一SEM結果，第18圖繪示一比較例之熱致動壓阻式共振器的一SEM結果。其中比較例亦採用本發明之熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置200而具有相同的熱致動壓阻式共振器400，但其未採用懸浮微粒感測方法100，而是讓熱致動壓阻式共振器400不斷的通電。由第17圖可明顯看出懸浮微粒平均覆蓋在熱致動壓阻式共振器400表層，而第18圖的熱致動壓阻式共振器400上未覆蓋懸浮微粒，且沒有覆蓋微粒的區域像是被熱泳效應包圍著而形成一保護區域，使其無法成功感測出懸浮微粒。因此，可證明透過懸浮微粒感測方法100中重覆集塵作業及量測作業以重覆開關熱致動壓阻式共振器400，具有較佳的集塵效果而能偵測懸浮微粒。
請參閱第19圖，其中第19圖繪示依照第15圖之懸浮微粒感測方法100的熱致動壓阻式共振器400的另一SEM結果，由19圖可看到，透過重覆開關熱致動壓阻式共振器400，可以避免熱泳效應，而能使直徑在1μm以下的懸浮微粒P1留停在質量塊420上，而具有優越的感測能力。
請參閱第20圖，其中第20圖繪示依照本發明又一實施方式之一種懸浮微粒感測方法100a的步驟流程圖，懸浮微粒感測方法100a包含步驟110a、步驟120a、步驟130a、步驟140a及步驟150a。
步驟110a、步驟120a及步驟130a與第15圖之步驟110、步驟120及步驟130相同，在此不贅述，而步驟140a及步驟150a說明如下。
於步驟140a中，提供一連續量測作業，先讓熱致動壓阻式共振器400的數量為二，使其中一熱致動壓阻式共振器維持通電以量測其中一熱致動壓阻式共振器的共振頻率的變化。
於步驟150a中，提供一校正作業，將進行集塵作業與量測作業的另一熱致動壓阻式共振器的共振頻率與其中一熱致動壓阻式共振器的共振頻率比較以進行校正。
也就是說，由於熱致動壓組式共振器驅動時的熱泳效應會排開懸浮微粒，懸浮微粒難以累積至質量塊上，因此持續通電之熱致動壓阻式共振器的共振頻率的變化主要來自於環境因素(如溼度等)的影響，是以透過連續量測作業取得之環境造成之共振頻率數值，可以讓不斷進行開關操作之熱致動 壓阻式共振器進行校正，由後端的資料處理來校正掉環境因子進而得到懸浮微粒濃度的精確感測數據。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種懸浮微粒感測方法，包含：提供一通入作業，使一氣溶膠進入一熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置的一集塵室，該集塵室中放置至少一熱致動壓阻式共振器；提供一集塵作業，當該熱致動壓阻式共振器未通電時，讓該氣溶膠中的複數懸浮微粒留滯於該熱致動壓阻式共振器的至少一質量塊上；提供一量測作業，通入一電訊號使該熱致動壓阻式共振器振盪，以量測該熱致動壓阻式共振器的一共振頻率；其中重覆該集塵作業及該量測作業量測該共振頻率的變化以感測該氣溶膠中的該些懸浮微粒。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之懸浮微粒感測方法，更包含：提供一連續量測作業，該熱致動壓阻式共振器的數量為二，使其中一該熱致動壓阻式共振器維持通電以量測該其中一熱致動壓阻式共振器的該共振頻率的變化；以及提供一校正作業，將進行該集塵作業與該量測作業的另一該熱致動壓阻式共振器的該共振頻率與該其中一熱致動壓阻式共振器的該共振頻率比較以進行校正。
  3. 一種熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置，利用如申請專利範圍第1項所述之懸浮微粒感測方法感測該氣溶膠中的該些懸浮微粒，該熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置包含：一外殼，包含：一開口；及該集塵室，與該開口連通；以及該熱致動壓阻式共振器，放置於該集塵室中，該熱致動壓阻式共振器包含至少一熱致動樑連接該質量塊，該熱致動樑受驅動後使該質量塊振動。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置，其中該熱致動樑的數量為二，各該熱致動樑具有一第一端及一第二端，且該熱致動壓阻式共振器更包含：二機械樑，與該二熱致動樑垂直，其中一該機械樑的兩端分別連接其中一該熱致動樑的該第一端及另一該熱致動樑的該第一端，另一該機械樑的兩端分別連接該其中一熱致動樑的該第二端及該另一熱致動樑的該第二端以形成一矩框結構；其中該質量塊的數量為四，且四該質量塊分別連接二該熱致動樑的二該第一端及二該第二端。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置，其中各該熱致動樑包含：一第一氧化層，包含相反的一第一上表面及一第一下表面；一第一下層，設置於該第一氧化層的該第一下表面且包含：一第一多晶矽區段；及二第一金屬區段，各該第一金屬區段具有相對的一第一遠端及一第一近端，二該第一近端該分別連接該第一多晶矽區段的二端；以及一第一上層，設置於該第一氧化層的該第一上表面且包含：一第二多晶矽區段；及二第二金屬區段，各該第二金屬區段具有相對的一第二遠端及一第二近端，二該第二近端分別連接該第二多晶矽區段的二端。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置，其中各該機械樑包含：一第二氧化層，包含相反的一第二上表面及一第二下表面；一第二下層，設置於該第二氧化層的該第二下表面且該第二下層的二端分別連接二該第一遠端；以及一第二上層，設置於該第二氧化層的該第二上表面且該第二上層的二端分別連接二該第二遠端。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置，其中該熱致動壓阻式共振器更包含：一基座；以及二固定樑，與該二機械樑垂直，其中一該固定樑的一端固定於該基座且另一端連接於該其中一機械樑，另一該固定樑的一端固定於該基座且另一端連接於該另一機械樑，以使該質量塊懸掛於該基座。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置，其中各該固定樑包含：一第三氧化層，包含相反的一第三上表面及一第三下表面；一第三下層，設置於該第三氧化層的該第三下表面且該第三下層連接於該第二下層；以及一第三上層，設置於該第三氧化層的該第三上表面且該第三上層連接該第二上層。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置，其中該外殼更包含：一加速部，包含複數孔洞連通該集塵室與該開口。
  10. 如申請專利範圍第3項所述之熱致動振盪式懸浮微粒感測裝置，其中各該質量塊更包含複數貫孔間隔排列。
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