TWI771064B

TWI771064B - 類壓電d33裝置及使用其的電子設備

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Publication number: TWI771064B
Application number: TW110121847A
Authority: TW
Inventors: 周正三
Original assignee: 美三科技有限公司
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2022-07-11
Also published as: TW202301086A

Abstract

一種類壓電d33裝置至少包含：一對完整且大致平行的電極，具有構成一接收器的第一與第二感測電極；一移動間隙，位於第一與第二感測電極之間，並具有一初始高度t ₀，且是由一半導體材料與一金屬材料經過熱反應形成半導體金屬化合物後產生，其中第一感測電極包含半導體金屬化合物以提供一完整的電容感測電極來感測與第二感測電極之間的電容變化並產生一感測信號；以及一電極間介電質，具有位於第一感測電極與第二感測電極之間的一厚度d，並具有單層結構或多層結構，且具有平均介電常數ε _r，其中滿足t ₀+ d/ε _r≤ 100 nm。一種電子設備亦一併揭露。

Description

類壓電d33裝置及使用其的電子設備

本發明是有關於一種類壓電d33裝置及使用其的電子設備，且特別是有關於一種具有增進的傳感效能的類壓電d33結構，其可被整合至顯示器及被應用至各種電子設備，以及有關於一種使用上述類壓電d33結構的電子設備。

傳統的振動式收發器(或稱傳感器或換能器(transducer))，例如是聲波或超聲波收發器，可以用來作醫療器官影像的量測、手勢偵測、三維觸控、指紋感測、皮下生物資訊(微血管資訊、血流資訊)量測等，可以以空氣或流體當作介質，也可以是物體接觸式。傳統的實施技術通常是使用壓電材料，例如是聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)或鋯鈦酸鉛(Lead Zirconate Titanate，PZT)等等，其操作的模式是使用材料的d33模式，亦即使施予材料的電場方向與其振動方向平行。

圖1A與1B顯示一種傳統的d33振動式收發器的示意圖。如圖1A與1B所示，傳統的d33振動式收發器300包含一壓電材料塊310。壓電材料塊310的上端及下端被通以電壓源340而產生電場而使壓電材料變形，當電場持續變化時，壓電材料塊310會沿著振動方向320振動，壓電材料塊310產生的電場方向330與振動方向320平行時，稱為操作在d33模式。例如，在圖1A中，電壓源340分別對第一感測電極311與第二感測電極312施予負電壓及正電壓，造成朝上的電場方向330以及壓電材料塊310的收縮；而在圖1B中，電壓源340分別對第一感測電極311與第二感測電極312施予正電壓及負電壓，造成朝下的電場方向330以及壓電材料塊310的伸長。當施予圖1A與1B的交替電場時，可以造成壓電材料塊310的伸縮振動。

在製造上，PVDF是一種工程塑膠，不易採用光刻(Lithography)等半導體製程來進行曝光、顯影等加工方式，加工方式通常僅能依靠例如雷射加工。因此，要將PVDF整合到半導體製程是很有問題的。PZT具有污染性，很難加工，而且需要使用塊狀材料才能實現d33的操作模式。塊狀材料的PZT通常採用燒結方式來生產，燒結溫度高達700至800℃，甚至高達1000℃。因此，傳統的d33的PZT元件都是獨立的元件，也很難整合到半導體的製程，甚至無法與積體電路製程做整合，將壓電元件製作整合於積體電路。且鉛對於半導體材料又具有污染性。再者，PZT需要用白金當作電極，使得製造成本高昂。

再者，傳統的壓電材料在操作時，所施加的電壓通常是幾十伏特到幾百伏特。這麼高的電壓在系統整合時是一個問題，與半導體製程整合時也是一大問題。

TWI725826(CN212012595U)揭示一種類壓電d33振動式裝置及整合其的顯示器，雖然可以達到與半導體製程整合的效果，但是對於傳感效能、結構及材料尚未提出進一步最佳化的設計及解決方案，此為本案所欲解決的問題。

因此，本發明的一個目的是提供一種具有良好的傳感效能的類壓電d33裝置，具有的優點是容易與半導體製程整合，加工容易、成本低、無污染性，並且提供對於傳感效能的最佳化的設計方案。

為達上述目的，本發明提供一種類壓電d33裝置至少包含：一對完整且大致平行的電極，具有構成一接收器的第一與第二感測電極；一移動間隙，位於第一與第二感測電極之間，並具有一初始高度t ₀而且是由一半導體材料與一金屬材料經過熱反應形成半導體金屬化合物後產生，其中第一感測電極包含半導體金屬化合物以提供一完整的電容感測電極來感測與第二感測電極之間的電容變化並產生一感測信號；以及一電極間介電質，具有位於第一感測電極與第二感測電極之間的一厚度d，並具有單層結構或多層結構，且具有平均介電常數ε _r，其中滿足t ₀+ d/ε _r≤ 100 nm。

本發明亦提供一種電子設備，至少包含：至少一處理器；及所述的類壓電d33裝置，其中處理器電連接至類壓電d33裝置，並處理來自類壓電d33裝置的感測信號。

上述實施例的類壓電d33裝置可以當作生物資訊感測、觸控、壓力感測裝置使用，利用上述d/ε _r+ t ₀≤100 nm的設計準則，可以將壓力式感測裝置的傳感效能最佳化。此外，藉由接觸層的設置，可以提高電性接觸效果。

為讓本發明的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。

本發明的實施例提供的類壓電d33裝置使用一種具有真空或空氣間隙的移動式電容結構，來達成讓施加的電場方向與振動的方向相同的收發功能類似傳統壓電材料的d33效應。利用電極間介電質的介電常數及厚度的選擇及移動間隙的高度的搭配，可以將傳感效能最佳化。

圖2A、2B與圖3顯示依據本發明較佳實施例的類壓電d33裝置100應用於手持式電子設備的三種應用的示意圖，但並未將本發明限制於此。如圖2A所示，類壓電d33裝置100可以整合裝設在手機200(亦可是例如筆記型電腦或平板電腦的電子設備)的正面的顯示器210之中或組合於顯示器210的下方(例如是直接或間接組合於顯示器210的下表面)，類壓電d33裝置100可以通過手機200的處理器270電連接至人機介面(顯示器210)，以讓處理器270處理來自類壓電d33裝置100的感測信號。顯示器210上面顯示有多個操作方塊220以供用戶點擊，顯示器210的旁邊裝設有前鏡頭230，本發明的類壓電d33裝置100由於製造的特色，可以整合於電子設備的顯示器中或下方，並且也可以僅是一部分區域(如圖2A所示的虛線部分)，或者是涵蓋全部面積(如圖2B所示)，當然如果涵蓋了顯示器的全部面積時，類壓電d33裝置甚至可以涵蓋多種功能在一起，同時可以作為生物特徵感測(例如指紋、指靜脈、血流速、心跳等等)及3D觸控及手勢偵測等等，形成多合一功能的整合。

如圖3所示，類壓電d33裝置100也可以裝設在手機200的背面的背蓋240或側邊按鈕區的下方，其中手機200的背面亦裝設有後鏡頭250。類壓電d33裝置100可以提供生物特徵感測功能，但不限定於此，任何可以利用靜態及動態力感測的物理量，都可以藉此實施，當然本發明的裝置亦可單獨設計成一獨立的振波系統裝置的電容式微結構，可以將其利用來取代現有在市場應用的壓電d33振波元件，例如利用手機及雲端系統(可以結合人工智慧)，與本發明的獨立裝置連結，可以做為攜帶式振波檢測系統，例如醫療或工業應用影像使用等。本發明將以應用於手機的例如指紋感測當作一個例子來說明，以利熟知此技藝者了解本發明的特色。

於本發明的實施例中，使用電壓去驅動兩個電極來產生電場，其中一個電極為薄膜結構，另一電極固定於一基板上，兩電極中有一真空或空氣間隙，當施加電場為一交流信號時，該薄膜就會產生振動，並且如果該交流信號的頻率與該薄膜結構的機械共振頻相同時，則該薄膜會產生機械共振，放大了機械能量與振幅，這是一種較佳的實施例，當然本發明裝置也可以透過薄膜結構的靜電吸引甚至引入(pull-in)接觸，因而改變結構的剛性，也可以因此改變共振的頻率，透過這種方式，本裝置便可以是一變頻的收發器，感測物體的不同受感測物(特徵)的深度資訊，有助於建構完整的3D圖像，例如如果拿來量測手指的生物資訊，可以透過變頻，甚至可以同時量測手指紋路及手指內部的靜脈圖案或血液資訊等等功能。

圖4與圖5顯示依據本發明的較佳實施例的類壓電d33裝置的配置示意圖。如圖4所示，本實施例的類壓電d33裝置100至少包含一第一感測電極41、一第二感測電極42以及一移動間隙43。第二感測電極42的材料例如是氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)導體，可以與電子設備整合，當然也可以是其他材料，例如鋁等。於本例中，第一感測電極41與第二感測電極42都是完整的一對大致上平行的電容感測電極，沒有被任何結構分隔成多個部分，可以藉由感測在第二感測電極42與第一感測電極41之間的電容變化，以產生感測信號。兩個電極的其中一個感測電極(例如第一感測電極41)包含金屬矽化物，其與另一個電極(例如第二感測電極42)形成待感測電容。第一感測電極41位於一基板10上，基板10可以是上面可製造電子電路的玻璃、聚合物或半導體基板，包含半導體積體電路(特別是互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS))使用的矽基板或是薄膜電晶體(Thin-Film Transistor，TFT)使用的介電基板等。電子電路可以用來執行信號接收、發射或處理等功能。第二感測電極42沿著高度方向Y位於第一感測電極41上方。第一感測電極41與第二感測電極42組成發射器40T或接收器40R，或含有發射器與接收器的收發單元40。移動間隙43位於第一感測電極41與第二感測電極42之間，移動間隙43沿著高度方向Y具有初始高度t ₀。移動間隙43中可以是高於、等於或低於一大氣壓。接收器40R可以當作純粹的被動力或壓力式感測器使用，也可以當作主動的振波發射器及接收器使用，故於此情況下可以被稱為收發器。於其他例子中，接收器或收發器可以應用於生物資訊感測、觸控、壓力感測等等。雖然僅繪製出單一個類壓電d33單元，但是本實施例的架構亦可應用於一維或二維的類壓電d33單元以構成符合各種需求的類壓電d33裝置100。

上述類壓電d33裝置100可以更包含一電極間介電質114，具有位於第一感測電極41與第二感測電極42之間的一厚度d(亦即，位於第一感測電極41與第二感測電極42之間的電極間介電質114具有厚度d)。於本實施例中，第一感測電極41的一上表面41T與電極間介電質114的一下表面114B界定並且局部包圍移動間隙43，且上表面41T與下表面114B的距離為t ₀。此外，電極間介電質114的一上表面114T(第二感測電極42的一下表面42B)與下表面114B的距離為d。電極間介電質114的材料會影響發射及感測的效能，較佳實施例可以是介電常數(多層材料時，可以是平均值)大於3的材料，甚至是大於4或5的上述材料。因此，電極間介電質114的材料包含選自於由氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉭、氧化鈦所組成的群組。

上述類壓電d33裝置100可以更包含一保護層115，位於第二感測電極42上，其可以為單層或多層材料組合，例如氧化矽、氮化矽、或其他介電材料，及上述材料的組合。上述類壓電d33裝置100可以更包含：一封裝層116(例如標準的封裝時的密封層、封裝層、模塑料)，位於保護層115上；一耦合層117(在特定應用時例如設置於顯示屏下的指紋或觸控裝置，係用以將上述元件黏貼於一面板下方)，位於封裝層116上；以及一蓋板118(如前述的顯示面板，也可以是單層，例如玻璃基板或多層不同功能基板的結合，或例如手機的後蓋板，或例如任何按鍵(此時的類壓電d33裝置可以當作按鍵使用)的蓋板等等任何習知電子裝置的功能性、保護性及美觀性的蓋板設計)，位於耦合層117上。蓋板118可以是單純覆蓋材料層，可由玻璃、塑膠、陶瓷、藍寶石、金屬或金屬合金中之一或多者形成。在一些實施中，蓋板例如是顯示器的防護玻璃罩或透鏡玻璃。在另一些實施中，蓋板可包括一或多種聚合物，諸如一或多種類型之聚對二甲苯。在又另一些實施中，蓋板也可以是顯示器，其可為基於數位微型快門(Digital Micro-Shutter，DMS)之顯示器、發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)顯示器、有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)顯示器、液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)、使用LED作為背光的LCD顯示器、電漿顯示器、基於干涉式調變器(Interferometric Modulator Display，IMOD)的顯示器，或適合於結合觸敏式用戶介面系統使用的另一類型的顯示器等等。

圖5的例子類似於圖4，差異點在於可以不需要封裝層，例如直接透過耦合層117將蓋板118貼合於保護層115上。因此，耦合層117位於保護層115上，蓋板118位於耦合層117上。可以理解的，本實施例的類壓電d33裝置可以與上述實施例的各種結構適當地搭配使用。

以下參考圖6來說明如何最佳化類壓電d33裝置的傳感效能。圖6顯示圖4與圖5的電容式感測原理的示意圖。如圖4至圖6所示，電極間介電質114(可以是單層或多層組合)的厚度為d，介電常數為ε _r(如果是多層組合的話，則可以是平均介電常數，故統一用平均介電常數來表示單層或多層的狀況)；移動間隙43的厚度為t ₀，介電常數大約等於1。另一方面，真空電容率為ε ₀，在結構不變形的情況下(亦即沒有受力)第一感測電極41與第二感測電極42之間的電容為C ₀(此時的移動間隙的初始高度為t ₀，其中t ₀定義為兩平行感測電極的平均高度)，如果結構受外力而變形(例如振波反彈的壓力)，將使第二感測電極42改變其與第一感測電極41之間的移動間隙的高度為t ₁(因為結構變形不均勻，所以將t ₁定義為在均勻變形狀況下的平均高度)，其中t ₁＜t ₀，使得兩個電極間的電容改變而成C ₁，電極間重疊面積為A，因為在應用上A的橫向尺度都是＞＞1μm(例如＞50μm)，而圖中的t ₀與d都是＜1μm，因此以下計算可以近似平板電容公式來計算。依據電容串聯的公式，兩電極間的電容C，1/C=1/C _d+1/C _a，其中C _d=ε _rε ₀A/d，C _a=ε ₀A/t ₀，可以獲得起始電容(不變形)C ₀=ε _rε ₀A/(d+ε _rt ₀)，反應電容(變形)C ₁=ε _rε ₀A/(d+ε _rt ₁)。因此，可以獲得此一結構變形後產生的電容改變值 △C=C ₁-C ₀=ε _rε ₀A/(d+ε _rt ₁) －ε _rε ₀A/(d+ε _rt ₀) =(ε _r ²ε ₀At ₀－ε _r ²ε ₀At ₁)/(d+ε _rt ₁) (d+ε _rt ₀) =ε _r ²ε ₀A (t ₀－t ₁)/ (d+ε _rt ₁) (d+ε _rt ₀) [數學式1] 在這種電容感測裝置中，其感測靈敏度通常界定為電容改變值對初始電容值的比例，其定義如下述[數學式2] △C/C ₀=ε _r(t ₀－t ₁)/ (d+ε _rt ₁) ………[數學式2]

如果當元件的懸浮結構(至少包含第二感測電極42、電極間介電質114及保護層115，具有約為微米等級的厚度)利用一種封裝製程用的厚模塑料貼附於一蓋板118時，使得結構的剛性就由全部堆疊的材料的厚度來決定，其厚度通常是數百微米(㎛)到數毫米(mm)。因此，當整個剛性結構受外力(包含反彈的振波)導致變形時，其間隙改變(變形量)△t相當小，大約是小於0.1nm的等級，亦即，間隙改變的上限是0.1nm，(t ₀-t ₁) ≤ 0.1nm (當第二感測電極執行感測時所呈現的最大變形量小於或等於0.1nm)，也就是t ₀幾乎等於t ₁。為此，若要得到良好的信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)，則設計上必須作更進一步的考慮。

在感測電路設計上，通常要求 △C/C ₀≥ 0.1% ……….[數學式3]，才能得到較佳的SNR，因此如何優化整體的機械結構尺度，便是本發明的重點之一。

由[數學式2]可以得知，當在設計上d=0，也就是沒有電極間介電質114，則[數學式3]可寫成△C/C ₀=(t ₀－t ₁)/ (t ₁)，則帶入實際數字，可以得到0.1nm/t ₁≥ 0.1%；也就是t ₁≤ 100nm。由於t ₀幾乎等於t ₁，因此也就是說t ₀≤ 100nm，但是應用上會擔心第一感測電極41與第二感測電極42接觸短路，或者電弧放電(Arcing)、崩潰(Breakdown)等等，還是需要有電極間介電質114。因此，△C/C ₀≈ε _r(t ₀－t ₁)/ (d+ε _rt ₁) ≥ 0.1%。因此，代入上述極值△t=0.1nm且t ₀近似於t ₁，可以得到[數學式4]的設計準則。 d/ε _r+ t ₀≤ 100 nm [數學式4]。於一較佳實施例中，t ₀=50nm，d/ε _r≤ 50nm，如此可以讓這兩項(d/ε _r)與t ₀提供相同的貢獻以簡化設計。

因此，於本實施例中，最佳的結構設計及介電質材料選用需要滿足以下條件：d/ε _r+ t ₀≤ 100 nm。

於數個合理的例子中，可以推導得到以下[表1]的參數。 [表1]

例子	t ₀	ε _r	d	d/ε _r
1	50 nm	4(氧化矽)	≤ 200 nm	≤ 50 nm
2	50 nm	7(氮化矽)	≤ 350 nm	≤ 50nm
3	75 nm	4	≤ 100 nm	≤ 25 nm
4	75 nm	7	≤ 175 nm	≤ 25 nm

圖7顯示依據本發明較佳實施例的類壓電d33裝置100的示意圖。圖8顯示類壓電d33裝置的另一個例子的局部剖面圖。圖4與圖5的結構可以類似於圖8的方式應用至圖7。如圖7與圖8所示，本實施例的類壓電d33裝置100至少包含一個或多個電晶體30及一個或多個接收器40R。多個接收器40R電連接至此等電晶體30，各電晶體30控制對應的各接收器40R接收被一物體F反射一第一振波W1所產生的一第二振波W2而產生一感測信號。各接收器40R具有一第一感測電極41、一第二感測電極42及位於第一感測電極41與第二感測電極42之間且由半導體金屬化合物形成後產生的移動間隙43。移動間隙43的高度可以被控制得相當小，例如是數十奈米，使得施加3.3至18伏特的驅動電壓於第一感測電極41與第二感測電極42時所產生的電場，等效於施加數十到數百伏特的驅動電壓到習知結構所產生的電場。第二感測電極42在電場的驅動下會上下振動而發出振波，然後接收物體反射回來的振波。於本實施例中，各接收器40R更可作為一發射器40T用而作為一收發單元40。收發單元40與此等電晶體30的對應的一個組成為一積體化收發器20。於積體化收發器20中，收發單元40鄰近電晶體30，電晶體30於一第一時間點控制收發單元40發射出第一振波W1以後，於一第二時間點控制收發單元40接收第二振波W2。

上述類壓電d33裝置100可以更包含一基板10以及一驅動感測電路模組50。基板10具有一上表面10T及一下表面10B。各積體化收發器20設置於基板10的上表面10T上。值得注意的是，單一積體化收發器20亦可以達成本發明的功能，且驅動感測電路模組50可以是內建型或外接型電路裝置。

基板10可以是一玻璃基板、一軟性基板(例如聚醯亞胺(Polyimide，PI)基板)或任何絕緣基板，或者一個形成有一絕緣層的半導體基板等等，當然不限定於此。

再次參見圖7，驅動感測電路模組50可以是一個電連接至類壓電d33裝置100的電子設備的模組。藉由上述實施例，可以讓類壓電d33裝置容易與半導體製程整合，加工容易、成本低、無污染性，且具有良好的發射與傳感效能。此外，利用電極間介電質的介電常數及厚度的選擇及移動間隙的高度的搭配，可以將傳感效能最佳化，並可以達到高傳感效能的單點感測、一維感測或二維感測的功能。

圖8係本發明利用TFT製程的一個實施例，如前面所說，本發明的裝置是藉由應用於手機系統來做說明，而手機最主要的人機介面便是手機顯示器，因此本發明的裝置便是利用手機顯示器的TFT製程製作而成，也因此，可以是與手機的例如OLED製程整合於單一面板，或者省略掉OLED的製程，只保留TFT製程以完成本裝置，當然並不限定是OLED顯示器，例如LCD或未來的μLED技術等等都可以是本發明適用的技術平台，或者再透過組裝方式設置於手機顯示器或手機背蓋或側邊的下方，這是本發明的最重要精神之一。多個積體化收發器20沿著圖8的X軸方向排列成一陣列，並且設置於基板10上。各積體化收發器20包含電晶體30(可以是一個或多個電晶體，形成於玻璃基板上)以及收發單元40。於本實施例中，電晶體30是以薄膜電晶體作為例子作說明，但並未將本發明限制於此。收發單元40設置於電晶體30的一側(水平側)。於其他實施例中，收發單元40可以堆疊在電晶體30的垂直側(上方或下方，例如製造兩層多晶矽層或非晶矽層)，如此可以不用犧牲水平方向的空間。電晶體30設置於基板10上，並具有一閘極31、一汲極32、一源極33以及位於閘極31、汲極32與源極33之間的一第一半導體層34。閘極31形成於基板10上。雖然所說明的實施例中的電晶體30設置於收發單元40旁，但是於其他實施例中，電晶體30亦可設置於收發單元的下方。

如圖8與圖7所示，收發單元40鄰近電晶體30，並直接或間接電連接至電晶體30，電晶體30控制收發單元40的發射與接收(主動與被動功能)，藉由對第一感測電極41與第二感測電極42通電，施加一個變動的電場以產生上下振動(驅動薄膜電極)的第一振波W1朝上傳遞到物體F(可以是生物體或非生物體)的一個或多個介面，物體F的介面反射第一振波W1而產生第二振波W2，收發單元40感測第二振波W2(振動薄膜電極)或感測第二振波W2與第一振波W1的干涉波W3而產生感測信號。例如手指的物體F的紋峰FR與紋谷FV的距離不同，故會有對應的不同感測信號。有關收發單元40鄰近電晶體30的意義可以涵蓋收發單元40位於電晶體30的左側、右側、上側、下側、左上側、左下側、右上側或右下側等。於一例子中，電晶體30以及收發單元40組成的積體化收發器20所涵蓋的空間彼此不重疊。

於一例子中，第二振波W2朝下傳遞，干擾了第二感測電極42與第一感測電極41之間的感測電容的變化而產生感測信號。於另一例子，第二振波W2朝下傳遞，並與朝下傳遞之第一振波W1產生干涉而產生干涉波W3。第二感測電極42與第一感測電極41藉由感測電容的變化測量干涉波W3而產生感測信號。因此，藉由一陣列類壓電d33裝置100的設計可以量測手指F的紋峰FR與紋谷FV與類壓電d33裝置100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第一振波W1的頻率，也可以讓第一振波W1穿透皮膚，進而依據血管反射不同的振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是由第二振波W2與第一振波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是由第二振波W2與第一振波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，可以將類壓電d33裝置100設計成讓與手指F的紋峰FR反射產生的第二振波W2與第一振波W1產生相長干涉，而讓與手指F的紋谷FV反射產生的第二振波W2與第一振波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，TOF)，藉由切換發射以及感測的時間，利用感測的時間差判別振波行進的距離，進而建構出物體F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，該振波的頻率可以介於20KHz到200MHz，其最佳頻率範圍可以是2MHz到40MHz。又另外一種感測模式，可以同時控制幾個收發單元，並且控制彼此收發單元的第一振波的相位差，用波束成型(beam forming)的方式，將能量集中並且依序掃描，可以讓第一振波W1的能量最大(反射的第二振波W2的能量也因此變大)，這樣可以增加感測的靈敏度。

為了簡化起見，圖7僅用以描述本發明類壓電d33裝置運作的基本原理及實際應用，例如圖3的系統實施例，且該裝置與感測物體(例如手指)間，係包含另一顯示器結構，亦即前述W1/W2係需要在顯示器中不同材料間傳遞，才能完成收發的功能，這部分對熟悉此技藝者，應該是可以了解的，因此在本文中，並不會對顯示器的結構多做說明。

收發單元40具有第一感測電極41、第二感測電極42及位於第一感測電極41與第二感測電極42之間的移動間隙43及第二半導體層44。第二半導體層44位於基板10與第一感測電極41之間。於本實施例中，第一半導體層34與第二半導體層44係為同一層的材料，例如是非晶矽、多晶矽層或鍺(Ge)層，是電晶體30的重要材料層。當使用薄膜電晶體時，第一半導體層34與第二半導體層44具有相同材料，甚至兩者係利用同一道製造流程而完成。但是本發明並未受限於此，例如採用以下說明的圖9中，第一半導體層34與第二半導體層44可以是由不同材料所形成(例如第一半導體層的材料是單晶矽或多晶矽或非晶矽，第二半導體層44為多晶矽或非晶矽，也就是第一與第二半導體層兩者可以是同層或不同層的材料)。移動間隙43的一高度(沿著圖8的Y軸方向)小於或等於100nm或甚至約50nm。由於在同一驅動電壓下，電場強度與距離的平方成反比，且由於該間隙很小，因此即使很小的電壓就可以產生很大的電場來驅動電極，這是本發明的另一精神。因此，使得電連接至各積體化收發器20的驅動感測電路模組50可以提供一個3.3到18伏特的驅動電壓給各積體化收發器20，而不用如習知技術必須提供幾十伏特到幾百伏特的驅動電壓，另外在某些場合的實際電路設計時，為了更進一步提升信號傳感效果，驅動感測電路模組50也可以提供一直流加交流(DC+AC)的驅動電壓給積體化收發器20，其中DC電壓介於3.3至80V(伏特)之間，更可以介於5至50V之間，而AC電壓則是可以介於1.5至35V之間，更可以介於3.3至25V之間。因此在系統的設計及感測驅動積體電路(Integrated Circuit，IC)的設計都相對容易。電連接方式可以藉由傳統的導體連接方式達成，於此不再贅述。

若要用習知的方式來實施如此小的移動間隙，通常是使用犧牲層的方式來實現。例如，先形成犧牲層以及犧牲層上的保護層，再於保護層上形成數個開口，透過此些開口來蝕刻掉犧牲層。然而，由於間隙很小，使得犧牲層很難被移除(毛細現象)，或者若將犧牲層移除後，又會讓薄膜結構沾黏在底部電極，因此奈米級的犧牲層結構是沒有效率且不容易製造的。此外，這些開口最後需要被填補起來，填補材料又很容易掉入開口中而頂住兩薄膜，而使得結構無法達成振動的功能。因此，傳統的技術是無法輕易達成的。目前的趨勢，手指生物感測器的面積越大越好，可以滿足用戶的盲按(隨便按都可以完成所需功能)，亦或者可以同時按壓兩枚以上指紋，增加安全性，但是若採用矽積體電路製程，成本將居高不下。若使用傳統的壓電材料塊而整合或應用到薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)，實施上是非常困難的，原因如前面所述，因為壓電材料塊需要非常高的溫度才能燒結完成。因此本發明的結構及材料非常簡單，不僅材料沒汙染性，其製作溫度也相當低(＜400℃)，可以整合於任何包括TFT製程、矽積體電路製程(例如CMOS製程)等等。

於本實施例中，第一感測電極41包含一個半導體金屬化合物(於本實施例中為金屬矽化物層41A)與一金屬層41B(非必要，因為有可能完全反應後變成金屬矽化物層41A)，以提供一完整的電容感測電極來感測與第二感測電極42之間的電容變化，並產生感測信號。金屬矽化物層41A埋入於第二半導體層44中，金屬層41B位於金屬矽化物層41A上。於一例子中，金屬層41B(材料例如是鎳、鈦、鎢等等，本實施例特別是鎳)與第二半導體層44(材料例如是非晶矽或多晶矽)經過熱反應(＜400℃)，可以部份或全部反應而形成金屬矽化物層41A。透過這種金屬矽化物在形成過程中的體積縮小，以及材料的選擇性，例如本發明的較佳實施例，係利用鎳與矽做為一對材料，鎳與一保護層60(例如氧化矽或氮化矽，可以是單層或多層材料)，在溫度400℃內並不會反應，因此鎳(金屬層41B)便會朝向第二半導體層44方向起反應並且縮小鎳(金屬層41B)的體積，因此便開始產生鎳(金屬層41B)與保護層60間的移動間隙由零慢慢變大，通過材料厚度及反應溫度及時間控制，可以讓鎳(金屬層41B)完全反應或部分反應。因此，本實施例的移動間隙43是由半導體金屬化合物形成後而產生。換言之，移動間隙43直接鄰接其下方的金屬層41B，而金屬層41B直接鄰接金屬矽化物層41A(由於可以採用其他半導體材料，故於其他實施例可以是半導體金屬化合物)；或者，當金屬層41B因為完全與第二半導體層44反應而完全變成半導體金屬化合物的時候，移動間隙43直接鄰接其下方的半導體金屬化合物。因此，移動間隙43通過第一感測電極41的金屬層41B而鄰接半導體金屬化合物，或直接鄰接半導體金屬化合物。而保護層下方的間隙便可以準確的控制在預定的奈米範圍，例如用半導體物理氣相沉積(Physical vapor deposition， PVD)製作的鎳薄膜厚度可以是100nm或50nm(可以介於300nm~30nm，甚至200nm~50nm)，則形成的間隙就是相同或相當的數量級，這種方法可以真正達到如前面所提之優點，可以僅利用小的操作電壓(＜18V)，便可以得到大的電場以驅動類壓電d33裝置。

因此，類壓電d33裝置100更包含前述保護層60及一絕緣層70(例如是氧化物或氮化物或其堆疊或其他材料)。保護層60的材料的選擇很重要，它會影響傳感效能，於一實施例中可以是介電常數大於3的材料，甚至是大於5，可採用的材料例如是氮化矽或氧化鋁等高介電常數材料。保護層的厚度小於0.5微米或0.3微米。保護層60覆蓋汲極32、源極33、第一半導體層34與第二半導體層44。移動間隙43由保護層60及第一感測電極41所包圍而成，第二感測電極42位於保護層60上。絕緣層70覆蓋閘極31及基板10，並支撐第一半導體層34及第二半導體層44。至此，熟悉此技藝者可以了解，本發明裝置透過相容於TFT製程的溫度及材料，僅增加一道矽化物金屬製程(金屬的較佳實施例為Ni，但是不限定於此)，便可以完成類壓電d33裝置的製作，不僅是整合性的一大優勢，也是成本的一大優勢，更是性能的一大優勢，當然在此僅用部分的TFT製程及結構來說明，例如其他如後段的ITO電極，例如OLED或LCD材料或其他電子設備材料及結構製作等等，並不是本發明的目的，因此在此加以忽略，然而任何製程的調整或材料的改變，不管是現在的技術或是未來的新技術，並不會改變或影響本發明的精神。

於一例子中，此等收發單元40的此等第一感測電極41透過第二半導體層44及第一半導體層34直接或間接電連接在一起以作為一個一體成型的共用電極。於另一例子中，也可將多個第二感測電極42電連接在一起作為共用電極。

可以理解的，雖然圖8是屬於下閘極式(Bottom-Gate)薄膜電晶體，但是圖8亦可變化成上閘極式(Top-Gate)薄膜電晶體。

上述的類壓電d33裝置100除了可以感測指紋以外，亦可用來感測手指F的靜脈的影像或血流資訊，可以透過飛行時間(Time of Fly，TOF)的感測方式來達成，結合前述圖7感測指紋的實施，本發明更可以結合兩者，利用同一裝置同時感測指紋及指靜脈，甚至量測血流速及心跳。

圖9顯示將本發明之類壓電d33裝置整合於CMOS後段製程的示意圖。亦即，是先製造好前段製程的電晶體及電路，再進行後段的收發單元的製作。如圖9所示，僅顯示出類壓電d33裝置100的一部分，也就是只有收發單元的部分，至於電晶體的部分係予以省略。本實施例的類壓電d33裝置100至少包含一本體110、第一感測電極41、第二感測電極42以及移動間隙43。

第一感測電極41位於本體110中。第二感測電極42位於本體110中，並相對應於第一感測電極41，第一感測電極41及第二感測電極42之至少一者包含由金屬材料(特別是鎳)與半導體材料(特別是矽)反應成的化合物。移動間隙43形成於本體110中，並位於第一感測電極41與第二感測電極42之間。

本體110包含基板10(相當於圖8的基板10)、一介電層組112(類似於圖8的絕緣層70，由多個金屬連接層及設置於此等金屬連接層之間的多個介電層所組成，也可以設置於圖4的對應位置)、一個半導體材料層113(相當於圖8的第二半導體層44)、一電極間介電質114(相當於圖8的保護層60)及保護層115。半導體材料層113包含前述的半導體材料。

介電層組112位於基板10上。半導體材料層113位於介電層組112上，第一感測電極41係位於半導體材料層113上。電極間介電質114與第一感測電極41共同定義出移動間隙43，而第二感測電極42係位於電極間介電質114上。保護層115覆蓋於電極間介電質114及第二感測電極42上。

第一感測電極41包含金屬矽化物層41A以及金屬層41B。金屬層41B可包含前述金屬材料。金屬矽化物層41A位於半導體材料層113上。金屬層41B鄰接移動間隙43，並位於金屬矽化物層41A上。金屬層41B與半導體材料層113係在熱反應後而形成金屬矽化物層41A。

在本實施例中，第一感測電極41包含金屬導體，例如鎳(Ni), 鈦(Ti), 鎢(W)等等。第二感測電極42可以是相同於第一感測電極的金屬導體或低阻值半導體或高分子導體等等，而半導體材料層113為多晶矽或非晶矽層，也可以是其他半導體材料層，例如鍺(Ge)層。

介電層組112係位於基板10上。值得注意的是，介電層組112可以是多層結構，在一般積體電路的組成結構中，可以是後段製程所形成的導體層(例如金屬層)，導體層間的介電層以及導體層間的栓塞導體(via conductor)，由於該項技術為習知技術，故於此不作贅述。當然，介電層組112可以包含多個介電層及多個金屬連接層組成的線路，配合矽基板10內的主動電路元件及被動電路元件而形成具有一特定功能的一組積體電路112A，因此本發明實施例更可以包含積體電路112A，位於類壓電d33裝置之底部或側邊並電連接至第一感測電極41及第二感測電極42以作信號處理之用。

半導體材料層113係位於介電層組112上。金屬矽化物層41A係形成於半導體材料層113中。金屬層41B係位於半導體材料層113上，並與金屬矽化物層41A相連接並相對應。透過光刻方法(photolithography)，半導體材料層113、金屬層41B及金屬矽化物層41A僅佔有介電層組112的部分面積，因此電極間介電質114亦可位於部分之介電層組112上。因此，透過四周及上下兩面的密封，因而形成一個移動間隙43，此一腔式的形成特點將在後面加以描述。同時值得注意的是，金屬層41B原來係占有移動間隙43的完整體積，因為與底層的半導體材料層113在高溫下形成化合物而消耗了部分的體積，因而形成了移動間隙43。

移動間隙43係位於電極間介電質114與金屬層41B之間，中間可間隔有電極間介電質114，亦可以不間隔有電極間介電質114。第二感測電極42係位於電極間介電質114上，並對應至移動間隙43及金屬層41B。保護層115係位於第二感測電極42及電極間介電質114上。保護層115之表面可以因此受物體觸壓。保護層115也可能是複數層的絕緣層結構，更可以因為系統的設計需求例如靜電保護要求，增加導電性材料於其上。因此保護層115之最上表面係可以受一個可對其輸入多訊息之物體的觸壓。當然，如果第二感測電極42不受環境干擾影響，例如不會暴露腐蝕，則本實施例之保護層115也可以是不需要的。因此，收發單元更具有：介電層組112，位於基板10與第一感測電極41之間，基板10與介電層組112共同形成積體電路112A，電連接至第一感測電極41及第二感測電極42；電極間介電質114，位於移動間隙43與第二感測電極42之間；以及保護層115，覆蓋第二感測電極42。值得注意的是，保護層115並非是必要元件，故亦可以被省略。

上述實施例中，可以採用玻璃基板或軟性基板，其成本比半導體基板低得多，且容易與手機顯示器的製程整合。類壓電d33裝置100可以用來感測手勢、指紋、手指靜脈等生物資訊，或非生物資訊(工業應用)。以指紋感測器而言，積體化收發器20排列成一個二維陣列，間距(pitch)大約落於50至70微米之間。類壓電d33裝置100可以是獨立的裝置，也可以與顯示器整合而成為顯示器的一部分。

圖9A至9C顯示圖9的數個變化例的示意圖。如圖9A所示，本變化例類似於圖9，不同之處在於介電層組112具有多個金屬插塞112B，例如是銅插塞或鎢插塞(當然不限定於此)，其設置於第一感測電極41與積體電路112A之間，並藉由電性接觸金屬矽化物層41A將第一感測電極41電連接至積體電路112A。積體電路112A具有電連接至收發單元的前述至少一電晶體，設置於基板10上或基板10內。基板10例如為CMOS元件所使用的矽基板，當然不限定於矽半導體基板或者CMOS元件。值得注意的是，介電層組112及金屬連接層也可以通過其他的金屬插塞(未顯示)來達成電連接功能。另外，圖9也可以具有金屬插塞，此時金屬插塞設置於介電層組112與半導體材料層113之間，並將第一感測電極41電連接至積體電路112A。因此，在圖9與圖9A中，金屬插塞112B可以當作積體電路112A與金屬矽化物層41A或該第二感測電極的一個半導體材料層113之間的電接觸層。如圖9B所示，本實施例類似於圖9A，不同之處在於第二感測電極42的形成方式。於圖9B中，在完成電極間介電質114之後，對電極間介電質114進行例如化學機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing, CMP)的平坦化製程，然後在預備好的矽晶圓(單晶矽)400上形成絕緣層410，接著在絕緣層410上形成多晶矽層(42)，將多晶矽層(42)接合至電極間介電質114。於一例子中，電極間介電質114例如是經過化學機械研磨的氧化矽層作為融合接合(Fusion Bonding)的介面層。電極間介電質114與另一單晶矽晶圓係透過低溫接合方式(Low Temperature Fusion Bonding)形成具有氫鍵強度的介面。當然在形成低溫接合之前，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(O ₂)及氮氣(N ₂)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CMP將待接合的表面予以拋光及拋平。接著，磨薄矽晶圓400，對殘留的矽晶圓400進行蝕刻以露出絕緣層410，接著移除絕緣層410(或者可以不移除410)而露出多晶矽層(42)，將多晶矽層(42)圖案化以形成第二感測電極42。最後再形成圖9A所示的保護層115(這保護層也可以是前述絕緣層410)。值得注意的是，上述的多晶矽層(42)也可以被另一單晶矽晶圓取代，所使用的製程是已知的絕緣層上有矽(Silicon On Insulator, SOI)的製程，於此不再贅述。

如圖9C所示，本實施例類似於圖9A，不同之處在於第二感測電極42的形成方式。於圖9C中，在完成電極間介電質114之後，對電極間介電質114進行例如CMP的平坦化製程，然後將預備好的矽晶圓(單晶矽)400接合至電極間介電質114(類似於上述的融合接合)。當然，亦可以採用高分子材料接合(polymer bonding)技術或者其他金屬融合接合技術(eutectic bonding)等等。接著，磨薄矽晶圓400以形成第二感測電極42。最後再形成圖9A所示的保護層115。

圖10顯示圖4的變化例的示意圖。如圖10所示，本例子整合了圖4至圖9C，類壓電d33裝置100更包含基板10及一電路層112T。電路層112T(包含被動元件(可選的)、至少一主動元件(例如電晶體)及互連線)位於基板10上或局部位於基板10中，第一感測電極41位於電路層112T上，並且電連接至電路層112T，電路層112T控制對應的接收器產生一感測信號。電路層112T可以是採用TFT或CMOS製程形成。於本實施例中，移動間隙43是由半導體材料與金屬材料經過熱反應使得半導體金屬化合物形成後產生。電路層112T至少包含多個金屬插塞112V、至少一金屬配線層112M及一積體電路112A，此些金屬插塞112V通過至少一金屬配線層112M及一底層金屬41C將第一感測電極41電連接至積體電路112A。積體電路112A至少包含電晶體。底層金屬41C位於半導體金屬化合物之下以及電路層112T上。

實際製作時，可以將半導體材料(特別是矽)設置於電路層112T上(半導體材料的沈積溫度應低於400℃以避免損壞下方的電路層112T的功能)，將金屬材料設置於半導體材料(特別是矽)上(金屬材料的沈積溫度應低於300℃以避免在沈積期間形成半導體金屬化合物)，然後再依序形成電極間介電質114(沈積溫度應低於300℃以避免在沈積期間形成半導體金屬化合物)、第二感測電極42與保護層115，接著加熱到高於300℃或甚至350℃，使得金屬材料與半導體材料反應而形成半導體金屬化合物，同時形成移動間隙43，其中半導體材料與金屬材料兩者可以剛好反應完畢，或者是其中一者或兩者部分殘留下來。

於另一例子中，實際製作時，可以在形成金屬配線層112M以後，再用一個最上層的介電質(可以是單一或多層介電質)覆蓋於金屬配線層112M，然後對此介電質蝕刻，定義出金屬插塞112V的孔洞，接著在孔洞填入金屬材料(例如鈦、鎢或鉬)，同時金屬材料覆蓋介電質而形成底層金屬41C，底層金屬41C可以是單層或多層金屬材料結構，以當作接觸金屬結構。底層金屬41C的沈積溫度應低於400℃以避免損壞下方的電路層112T的功能。接著，在底層金屬41C上分別形成半導體材料層(半導體材料的沈積溫度應低於400℃以避免形成半導體金屬化合物)以及金屬材料(例如鎳)，以形成三明治結構及電極間介電質114(沈積溫度應低於300℃以避免在沈積期間形成半導體金屬化合物)、第二感測電極42與保護層115，接著到高於300℃或甚至350℃，進行熱反應以形成移動間隙43與第一感測電極41。例如，鈦與矽需要很高的溫度(化合反應溫度)才能形成鈦矽化物，鎳與矽的化合反應溫度比較低，因此當鎳與矽形成鎳矽化物時，鈦並不會干擾鎳矽化物形成。因此，金屬插塞112V先電性接觸底層金屬41C，底層金屬41C電性接觸第一感測電極41。如此，更有助於降低第一感測電極41與底部的電路層112T連接的電阻值。

雖然上述的金屬插塞112V與底層金屬41C具有相同材料，但是於另一例子中，金屬插塞112V與底層金屬41C可以是具有不同材料，且底層金屬41C可以是由多層材料所構成。

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。例如前述所提的第一感測電極與第二感測電極是可以在位置上互調的，只要滿足其中一個感測電極包含了半導體金屬化合物，並且由該半導體金屬化合物的熱反應過程形成了移動間隙即可。

F:物體/手指 FR:紋峰 FV:紋谷 W1:第一振波 W2:第二振波 W3:干涉波 X, Y:座標軸 10:基板 10B:下表面 10T:上表面 20:積體化收發器 30:電晶體 31:閘極 32:汲極 33:源極 34:第一半導體層 40:收發單元 40R:接收器 40T:發射器 41:第一感測電極 41A:金屬矽化物層 41B:金屬層 41C:底層金屬 41D:殘留半導體材料層 41E:反應化合物層 41T:上表面 42:第二感測電極 42B:下表面 43:移動間隙 44:第二半導體層 50:驅動感測電路模組 60:保護層 70:絕緣層 100:類壓電d33裝置 110:本體 112:介電層組 112A:積體電路 112B:金屬插塞 112M:金屬配線層 112T:電路層 112V:金屬插塞 113:半導體材料層 114:電極間介電質 114B:下表面 114T:上表面 115:保護層 116:封裝層 117:耦合層 118:蓋板 200:手機 210:顯示器 220:操作方塊 230:前鏡頭 240:背蓋 250:後鏡頭 270:處理器 300:d33振動式收發器 310:壓電材料塊 311:第一感測電極 312:第二感測電極 320:振動方向 330:電場方向 340:電壓源 400:矽晶圓 410:絕緣層

［圖1A］與［圖1B］顯示一種傳統的d33振動式收發器的示意圖。［圖2A］、［圖2B］與［圖3］顯示依據本發明較佳實施例的類壓電d33裝置的三種應用的示意圖。［圖4］與［圖5］顯示依據本發明的較佳實施例的類壓電d33裝置的配置示意圖。［圖6］顯示［圖4］與［圖5］的電容式感測原理的示意圖。［圖7］顯示依據本發明較佳實施例的類壓電d33裝置的示意圖。［圖8］顯示類壓電d33裝置的另一個例子的局部剖面圖。［圖9］顯示將本發明之類壓電d33裝置整合於CMOS後段製程的示意圖。［圖9A］至［圖9C］顯示［圖9］的數個變化例的示意圖。［圖10］顯示［圖4］的變化例的示意圖。

X,Y:座標軸

d:厚度

t₀:初始高度

10:基板

40:收發單元

40R:接收器

40T:發射器

41:第一感測電極

41T:上表面

42:第二感測電極

42B:下表面

43:移動間隙

100:類壓電d33裝置

114:電極間介電質

114B:下表面

114T:上表面

115:保護層

116:封裝層

117:耦合層

118:蓋板

Claims

一種類壓電d33裝置，至少包含：一對完整且大致平行的電極，具有構成一接收器的一第一感測電極及一第二感測電極；一移動間隙，位於該第一感測電極與該第二感測電極之間，其中該移動間隙具有一初始高度t ₀而且是由一半導體材料與一金屬材料經過熱反應形成半導體金屬化合物後產生，以及該第一感測電極包含該半導體金屬化合物以提供一完整的電容感測電極來感測與該第二感測電極之間的電容變化並產生一感測信號；以及一電極間介電質，具有位於該第一感測電極與該第二感測電極之間的一厚度d，並具有單層結構或多層結構，且具有平均介電常數ε _r，其中滿足t ₀+ d/ε _r≤ 100 nm。
如請求項1所述的類壓電d33裝置，其中該半導體材料是非晶矽或多晶矽，而該金屬材料是低於300℃所沈積的鎳。
如請求項1所述的類壓電d33裝置，其中ε _r≥ 3。
如請求項1所述的類壓電d33裝置，其中ε _r≥ 5。
如請求項1所述的類壓電d33裝置，其中25 nm ≤ t ₀≤ 75 nm。
如請求項1所述的類壓電d33裝置，其中該電極間介電質是低於300℃所沈積的材料。
如請求項1所述的類壓電d33裝置，其中該電極間介電質的一材料是選自於由氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉭及氧化鈦所組成的群組。
如請求項1所述的類壓電d33裝置，其中該第一感測電極更包含一底層金屬，位於該半導體金屬化合物之下。
如請求項8所述的類壓電d33裝置，其中該底層金屬具有單層結構或多層結構。
如請求項8所述的類壓電d33裝置，其中該底層金屬的一材料是選自於由鈦、氮化鈦、鎢及鉬所組成的群組。
如請求項1所述的類壓電d33裝置，更至少包含：一基板；及一電路層，包含至少一主動電路元件及至少一互連線，並位於該基板上或局部位於該基板中，其中該第一感測電極位於該電路層上並電連接至該電路層，以及該電路層控制該接收器產生該感測信號。
如請求項11所述的類壓電d33裝置，其中該第一感測電極更包含低於400℃所沈積的底層金屬，位於該半導體金屬化合物之下並電連接至該電路層。
如請求項11所述的類壓電d33裝置，其中該電路層包含多個金屬插塞、至少一金屬配線層及一積體電路，且該等金屬插塞通過該至少一金屬配線層將該第一感測電極電連接至該積體電路。
如請求項13所述的類壓電d33裝置，其中該第一感測電極更包含一底層金屬，位於該半導體金屬化合物之下，其中該等金屬插塞與該底層金屬是由相同的材料所構成。
如請求項13所述的類壓電d33裝置，其中該第一感測電極更包含一底層金屬，位於該半導體金屬化合物之下，其中該等金屬插塞與該底層金屬是由不同的材料所構成。
如請求項11所述的類壓電d33裝置，其中該接收器更作為一發射器用，而作為一收發單元，該收發單元與該電路層組成為一積體化收發器，該電路層於一第一時間點控制該收發單元發射出一第一振波以後，於一第二時間點控制該收發單元接收一第二振波。
如請求項16所述的類壓電d33裝置，更包含一驅動感測電路模組，電連接至該積體化收發器，並提供一個直流電壓加上交流電壓的驅動電壓給該積體化收發器，以進一步提升信號發射與感測效果。
如請求項17所述的類壓電d33裝置，其中該直流電壓介於3.3至80伏特之間，且該交流電壓介於1.5至35伏特之間。
如請求項1所述的類壓電d33裝置，其中該接收器更作為一發射器用，而作為一收發單元，其中該第二感測電極於一第一時間點振動並發射一第一振動波，然後於一第二時間點接收一第二振動波。
如請求項1所述的類壓電d33裝置，更包含：一保護層，位於該第二感測電極上；以及一耦合層，位於該保護層上。
如請求項1所述的類壓電d33裝置，更包含：一保護層，位於該第二感測電極上；一封裝層，位於該保護層上；以及一耦合層，位於該封裝層上。
如請求項20或21所述的類壓電d33裝置，更包含一蓋板，位於該耦合層上。
如請求項22所述的類壓電d33裝置，當作一按鍵使用。
一種電子設備，至少包含：至少一處理器；及如請求項1至21中的任一項所述的類壓電d33裝置，其中該處理器電連接至該類壓電d33裝置，並處理來自該類壓電d33裝置的該感測信號。