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DC 欄位 | 值 | 語言 |
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dc.contributor.advisor | 周傳心(Chan-shin Chou) | |
dc.contributor.author | Yin-Lin Chen | en |
dc.contributor.author | 陳胤霖 | zh_TW |
dc.date.accessioned | 2021-06-17T00:33:46Z | - |
dc.date.available | 2017-02-21 | |
dc.date.copyright | 2012-02-21 | |
dc.date.issued | 2012 | |
dc.date.submitted | 2012-02-08 | |
dc.identifier.citation | [1] B. J. Gallacher, J. S. Burdess, A. J. Harris, M. E. McNie, “Principles of a three-axis vibrating gyroscope,” Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on Volume 37, Issue 4, Oct. 2001, pp. 1333 – 1343.
[2] A. J. Harris, J. S. Burdess, D. Wood, R. Langford, G. Williams, M. C. L. Ward, M. E. McNie, “Issues associated with the design, fabrication and testing of a crystalline silicon ring gyroscope with electromagnetic actuation and sensing,” J. Micromech. Microeng. 8 (1998), pp. 284–292. [3] Guohong He, K. Najafi, “A single-crystal silicon vibrating ring gyroscope, Micro Electro Mechanical Systems,” 2002. The Fifteenth IEEE International Conference on 20-24 Jan. 2002, pp. 718 – 721. [4] M. C. Lee, S. J. Kang, K. D. Jung, S. H. Choa, Y. C. Cho, “A high yield rate MEMS gyroscope with a packaged SiOG process,” J. Micromech. Microeng. 15 (2005), pp. 2003 –2010. [5] Wen-Pin Shih, Chung-Yuen Hui, “Collapse of microchannels during anodic bonding: Theory and experiments,” Journal of Applied Physics, VOL. 95, No. 5, March 2004 [6] 沈家豪, “微型(100)矽晶圓環陀螺儀之振動分析與最佳化設計,” 國立臺灣大學應用力學研究所碩士論文, 2006. [7] 王毓斌, “非等向性矽材環式振動陀螺儀之研製,” 國立臺灣大學應用力學研究所碩士論文, 2007. [8] 中華民國第I266055號專利, “角速率感測裝置之製造方法”. [9] Chia-Ou Chang, “In-plane free vibrayion of a single-crystal silicon ring,” Journal of Solids and Structures﹐ August 2008 [10] K. B. Albaugh, P. E. Cade, D. H. Rasmussen, “Mechanisms of Anodic Bonding of Silicon to Pyrex Glass,” Solid-State Sensor and Actuator Workshop, 1988, pp. 109-110. [11] 羅淵, 曾志偉, 簡學斌, “微型慣性感測組件製造技術”. [12] D. J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics,” 3rd edition, Prentice Hall International, Inc., 1999. [13] Hong Xiao, “Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology,” Pearson Prentice Hall, 2001. [14] T. L. Brown, “Chemistry: The Central Science,” Prentice Hall, 1997. [15] K. R. Williams, K. Gupta, M. Wasilik, “Etch Rates for Micro- -machining Processing —Part II,” Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 12, No. 6, December 2003, pp. 761-778. [16] J. Bhardwaj, H. Ashraf, A. MaQuarrie, ”Dry Silicon Etching For MEMS, ” Suface Technology Systems Limited, NP1 5AR, UK. [17] George Wallis, Daniel I.Pomerantz, “Field Assisted Glass-Metal Sealing,” Journal of Applied Physics, Vol.40, No. 10 September 1969, pp. 3946-3949. [18] Luis Alexandre Rocha, Edmond Cretu, and ReinoudF. Wolffenduttel, ”Analysis and Analytical Modeling of Static Pull-In With Application to MEMS-Based Voltage Reference and Process Monitoring, ” Journal of Microelectromechanical Systems, VOL. 13, NO. 2, April 2004. [19] 劉丙寅, 游家瑋, 蔡宏營, 葉性銓, 丁嘉仁, “異質晶圓接合機制探討及發展現況,” 機械工業雜誌269期, 2005, pp. 5-20. [20] C. Liu, “微機電系統原理與應用,” 高立圖書有限公司, 2008. [21] 吳裕隆, “微型矽材之諧振式陀螺儀調質薄膜設計與製作,” 國立臺灣大學應用力學研究所碩士論文, 2004. [22] 謝盛祺, “厚膜光阻AZ4620 之最佳化製程在微機電上應用,” 崑山科技大學電機工程系碩士論文, 2004. [23] 國科會精密儀器中心, “微機電系統技術與應用(上、下冊),” 全華圖書, 2005. [24] 劉博文, “ULSI製程技術,” 文京圖書有限公司, 2001 [25] 北區微積電中心機臺教學文件 | |
dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/66396 | - |
dc.description.abstract | 本文研究微型圓環陀螺儀的設計、分析、與製作。環式振動陀螺儀因旋轉之科氏力效應造成感測模態振幅的改變,量測此振幅的改變量可求得系統角速度。
由於真實的物理問題往往牽涉複雜的幾何形狀、外加負載、材料參數等,因此難以求得數學解析解。此類的問題必須仰賴數值分析方法,求得具有參考價值的數值解。因此在進行微機電製程前,須先進行設計圖形之有限元素分析,本文使用有限元素分析軟體COMSOL,進行陀螺儀的特徵頻率模擬。 以微機電製程在(111)單晶矽晶圓上製作具有柵狀質量塊之環式振動陀螺儀,並以7740玻璃晶圓製作陀螺儀之基座與感應電極層。利用柵狀質量塊與感應電極層的差動運動,進行待測物體之轉動物理量量測。以(111)單晶矽晶圓之等向性材料做為基材,因此沒有激發與感測模態之共振頻率的分岐問題;但其原子排列緊密,化學濕蝕刻加工不易,因此使用電感耦合電漿蝕刻機進行製程。使用陽極接合法進行矽晶圓與玻璃的接合,而整體陀螺儀的封裝係以覆單晶矽玻璃方式,並於真空環境中進行封裝,以此確保感測元件內部為真空空間,使得內部振子運動時不會受到空氣阻力影響,增加感測元件的靈敏度。 | zh_TW |
dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-17T00:33:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-101-R98543080-1.pdf: 18321858 bytes, checksum: 4c46ce7af286076ead7dd05f057e04d5 (MD5) Previous issue date: 2012 | en |
dc.description.tableofcontents | 口試委員會審定書……………………………………………………………………Ⅰ
致謝……………………………………………………………………………………Ⅱ 摘要……………………………………………………………………………………Ⅲ Abstract…………………………………………………………………………………Ⅳ 目錄…………………………………………………………………………………Ⅴ 圖目錄…………………………………………………………………………………Ⅷ 表目錄…………………………………………………………………………………………………XII 第一章 緒論…………………………………………………………………………1 1-1 陀螺儀簡介……………………………………………………………………1 1-2 研究背景………………………………………………………………………1 1-3 文獻回顧………………………………………………………………………2 1-4 研究動機………………………………………………………………………3 1-5 本文陀螺儀簡介………………………………………………………………4 第二章 陀螺儀特徵頻率模擬………………………………………………………10 2-1 有限元素法簡介………………………………………………………………10 2-2 模型建立………………………………………………………………………12 2-2-1 外部固定對稱型撓性支撐架矩形質量塊圓環陀螺儀模型……………13 2-2-2 內部固定S型撓性支撐架梯形質量塊圓環陀螺儀模型………………14 2-2-3 內部固定對稱型撓性支撐架梯形質量塊圓環陀螺儀模型……………15 2-3 特徵頻率模擬結果……………………………………………………………16 2-3-1 外部固定對稱型撓性支撐架矩形質量塊圓環陀螺儀之特徵頻率 模擬結果………………………………………………………………16 2-3-2 內部固定S型撓性支撐架梯形質量塊圓環陀螺儀之特徵頻率模 擬結果…………………………………………………………………18 2-3-3 內部固定對稱型撓性支撐架梯形質量塊圓環陀螺儀之特徵頻率 模擬結果………………………………………………………………21 2-3-4 改變圓環及支撐架寬度模擬結果比較………………………………24 2-3-5 質量塊厚度修正結果比較……………………………………………26 第三章 製程設計……………………………………………………………………28 3-1 感應電極層製程………………………………………………………………28 3-2 矽晶圓主結構層正面製程……………………………………………………29 3-3 第一次陽極接合………………………………………………………………30 3-4 矽晶圓主結構層背面製程……………………………………………………31 3-5 第二次陽極接合………………………………………………………………31 3-6 切割晶圓………………………………………………………………………32 第四章 製程方法……………………………………………………………………33 4-1 感應電極層製程………………………………………………………………33 4-1-1 清洗玻璃晶圓……………………………………………………………33 4-1-2 鍍金屬製程………………………………………………………………33 4-1-3 梳狀電極黃光製程………………………………………………………34 4-1-4 梳狀電極濕蝕刻製程……………………………………………………36 4-1-5 鍍二氧化矽製程…………………………………………………………37 4-1-6 絕緣層黃光製程………………………………………………………38 4-1-7 絕緣層乾蝕刻製程………………………………………………………39 4-2 矽晶圓主結構層正面製程……………………………………………………39 4-2-1 清洗(111)矽晶圓…………………………………………………………39 4-2-2 正面活動空間黃光製程…………………………………………………40 4-2-3 乾蝕刻製程前置作業……………………………………………………41 4-2-4 正面活動空間乾蝕刻製程………………………………………………41 4-2-5 導線溝槽黃光製程………………………………………………………42 4-2-6 導線溝槽乾蝕刻製程……………………………………………………43 4-2-7 陀螺儀主結構黃光製程…………………………………………………43 4-2-8 陀螺儀主結構乾蝕刻製程………………………………………………44 4-3 第一次陽極接合………………………………………………………………45 4-4 矽晶圓主結構層背面製程……………………………………………………45 4-4-1 分離擋片晶圓……………………………………………………………45 4-4-2 背面活動空間黃光製程…………………………………………………46 4-4-3 背面活動空間乾蝕刻製程………………………………………………47 4-4-4 龍骨結構黃光製程………………………………………………………48 4-4-5 龍骨結構乾蝕刻製程……………………………………………………49 4-5 第二次陽極接合………………………………………………………………49 4-6 切割晶圓………………………………………………………………………49 第五章 製程結果……………………………………………………………………50 5-1 玻璃晶圓電極層製程結果……………………………………………………50 5-1-1 感應電極製程結果………………………………………………………50 5-1-2 二氧化矽絕緣層製程結果………………………………………………53 5-2 矽晶圓主結構層正面製程結果………………………………………………55 5-2-1 正面活動空間製程結果…………………………………………………55 5-2-2 導線溝槽製程結果……………………………………………………56 5-2-3 陀螺儀主結構製程結果…………………………………………………57 5-3 第一次陽極接合製程結果……………………………………………………59 5-4 製程結果誤差…………………………………………………………………62 5-4-1 矩形梳狀電極製程結果誤差……………………………………………62 5-4-2 大梯形梳狀電極製程結果誤差…………………………………………63 5-4-3 小梯形梳狀電極製程結果誤差…………………………………………64 5-4-4 二氧化矽絕緣層製程結果誤差…………………………………………65 5-4-5 矽晶圓活動空間層製程結果誤差………………………………………66 5-4-6 矽晶圓導線溝槽層製程結果誤差………………………………………67 5-4-7 矽晶圓主結構層製程結果誤差…………………………………………68 5-4-8 陽極接合製程結果誤差…………………………………………………71 第六章 問題與討論…………………………………………………………………73 6-1 感應電極層製作之問題與討論………………………………………………73 6-1-1 使用舉離法(Lift-Off)製作梳狀電極問題……………………………73 6-1-2 梳狀電極濕蝕刻製程討論………………………………………………74 6-1-3 感應電極層之金屬層厚度問題…………………………………………75 6-1-4 電極層之金屬線寬補償問題……………………………………………77 6-1-5 使用舉離法製作絕緣層問題……………………………………………78 6-2 矽晶圓主結構層正面製作之問題與討論……………………………………79 6-2-1 (111)矽晶圓易破裂問題…………………………………………………79 6-2-2 黃光製程問題……………………………………………………………80 6-2-3 乾蝕刻後去除光阻問題…………………………………………………82 6-2-4 電感耦合電漿蝕刻機單一循環蝕刻量討論……………………………82 6-2-5 柵狀結構乾蝕刻製程問題………………………………………………84 6-2-6 矽晶圓主結構層正面製程次序討論……………………………………86 6-3 陽極接合製程問題與討論……………………………………………………86 6-3-1 陽極接合前處理討論……………………………………………………86 6-3-2 陽極接合製程中參數討論………………………………………………87 6-3-3 陽極接合後對於後續製程之討論………………………………………87 6-4 光罩設計之問題與討論………………………………………………………88 6-5 特徵頻率模擬之問題與討論論………………………………………………89 第七章 結論與建議……………………………………………………………90 7-1 製程結論………………………………………………………………………90 7-2 製程建議………………………………………………………………………90 7-3 未來工作………………………………………………………………………91 參考文獻………………………………………………………………………………92 附錄一 光罩示意圖…………………………………………………………………95 附錄二 外接電極說明…………………………………………………………103 | |
dc.language.iso | zh-TW | |
dc.title | 真空封裝差動電容感應式微型圓環陀螺儀之研製 | zh_TW |
dc.title | Fabrication of a Vacuum Packaging Differential Capacitive Sensor for Micro-Ring Gyroscope | en |
dc.type | Thesis | |
dc.date.schoolyear | 100-1 | |
dc.description.degree | 碩士 | |
dc.contributor.coadvisor | 張家歐(Chia-Ou Chang) | |
dc.contributor.oralexamcommittee | 張簡文添(Wen-Tian Chang Chien),謝發華(Fa-Hwa Shieh) | |
dc.subject.keyword | 陀螺儀,有限元素分析,微機電製程,陽極接合,覆單晶矽玻璃, | zh_TW |
dc.subject.keyword | Gyroscope,Finite element analysis,MEMS process,anodic bonding,SiOG process, | en |
dc.relation.page | 103 | |
dc.rights.note | 有償授權 | |
dc.date.accepted | 2012-02-09 | |
dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
dc.contributor.author-dept | 應用力學研究所 | zh_TW |
顯示於系所單位: | 應用力學研究所 |
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