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Yao(饶达仁)

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Tactile Capacitor Sensors using and System Project Term3
Course Teacher: Prof.Da-Jeng Yao(饶达仁)
Student:Chia Min Lin( 家民Chi Tsung Hung(洪启琮
1.Introduction 近,许多的动电话、笔记型电脑,个人位助等动装置广泛地使用在人群中、并且已成为生活中可或缺的一部分.尤其这几科技的进步,带动电子产品的兴盛、使得嵌入式产品在市场上有越越多的应用.基於成本考、目前有效地在嵌入式产品上运作的安全控管机制,是以指纹辨技术发展较为兴盛、指纹辨仅需提供小面积接触扫瞄区域加上辨比对资储存空间,相较於其它辨技术,减少发展额外装置及低成本,因此本研究将针对接触式感测器应用於指纹别的感测技术与效能表现进探讨,并提出本研究可的设计优势,进而发展感测元件.
2.Sensor Models 接触式指纹感测器得以快速进入到产品化阶段,除本身的发展特性及成熟外,3C产业引个人化风潮,使得资与身份安全解决方案,顿时成为首要需求,因此接触式指纹感测器需求成长,形成厂商技术竞逐,在目前感测可技术就多达13种、早期发展压阻,光学技术而逐渐扩及电容、光电,热感,超音波,RF,电场等、同时在技术扩展下也结合MEMS,TFT形成有效敏的感测器压阻式指纹感测器可同时完成CMOS感测电与感测结构体,是早期发展指纹感测器的方式之
一、感测方式在於当指纹接触感测器,造成感测机构形变变化并接续惠斯敦电桥,藉电阻信号变化对於指纹型态进重组辨.压阻指纹感测器,可分为应变规阵(Strain Gauge Array,如图一)[1]及悬臂梁阵(Cantilever beam Array,如图一) [2,指纹多层性,需用阵型态进感测;但压阻式的指纹感测器较大的缺点也就是阵化问题[3,指纹确判别需要大的感测像素,即使指纹高低纹差小或温影响、也可对指纹确的判定,压阻式在感测排密上有所限制,即使结合MEMS技术,有效对於压阻阵密集化,但相较其它型态阵密集有相当差,影响分辨,再者压阻式系为温相关,指纹本身拥有者温高低亦可能影响辨效能,而制造压阻式材特性[4,设计压阻位置[4]亦所有差别、带影响压阻式的辨性与敏性.Cantilever beam ArrayStrain Gauge Array图一压阻式指纹感测器[1-3]Optical光学式与压阻式为早期发展指纹感测器的主轴,感测方式是当指纹接触感测器,由入射光源透过镜照射指纹表面,而指纹凹凸表面在光源下反射,透镜,光侦测等光学镜组感测呈现清析指纹图案,如图二[5,光学式需较多的光学元件组成,制造且价值高昂,虽然相较其它方式有清楚指纹图像,但感测器较大且昂贵,又指纹与镜的接触造成光学径的破坏使全反射出现误差,因此造成信号的错判,而后虽经改、使用LED光源并透过PID[5]或APD光二极体作为感测(如图二)、有效缩小感测器面积,但仍有成像清楚的况;近光学式指纹感测器结合MEMS技术形成积体式光学指纹感测器[6,如图三、有效缩小感测器面积并保有原高解析,然就制造技术,在多重光学元件与光结构制造,使制造困难,耗能高,成本高,市场竞争上有困难之处.图二光学式指纹感测器图三积体式光学指纹感测器Thermal热感式指纹感测器[7,如图四、元件上制作热电极、当指纹凹凸面接触时,造成温的变化,藉此对於指纹纹进定义、虽然热感式指纹辨器可制造大感测阵,可提高解析,并且缩小感测器的大小,但是热感式指纹感测器有严重的缺点、当指纹纹与热电极接触时,会造成温变化,但时间变化相当小,瞬间所形成热影像就消逝、当感测电反应时间无法很快速的侦测,则敏表现差很大.图四热感式指纹感测器[7]图五电容式指纹感测器[8]Capacitance电容式指纹感测器[8]发展时程仅次於光学,压阻式,但由於它本身无需多余的元件且制造阵化简、感测敏高,亦可搭配CMOS制程,整合感测电与感测结构(图如五)、目前为市场主的技术,感测原是当指纹接触感测器,指纹纹造成电极板间距变化,藉由电容值变化定义指纹形,然电容是蓄电元件,因此较大的问题需注意静电防护,以免静电损伤元件影响感测结果.
3. Design Rules 表一设计对照表本研究对指纹感测所采用技术,由上叙四广用技术进评估,如表一、相较下电容式感测技术,可以整合电与感测结构体,免除光学式多重元件,较热感,压阻式有高敏性,同时具备密集阵型态、提高指纹辨性,虽电容式技术拥有多优点、但仍具有静电防护问题,亦可再提升整体指纹辨,因此本研究欲对於指纹感测器电容式结构设计进规划改、主要希望透过改善电容特性,提升整体静电防护能,同时也以电容密集升解析,而就兼具这些特点、米结构是值得研究的方向, 米结构除有效缩小感测结构面积使感测点的增加,同时同材的米结构所形成电容、有优充放电特性且亦有同电容特性,可针对低耗能,高解析与结构封装上有所改善.
4.Conclusion 本研究就现今接触电容式感测器应用於指纹辨为主题,设计改电容式结构,期能藉由敏性增进、解析提高,低能损耗等优势,增加竞争性,同时也因米电容的特性发展出多重的感测元件,增进应用广与深.
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Mode Integrated Finger-print Sensor With 256 Tactile Microbeams,J.
[4] Fabrication of The Flexible SensorUsing SOI Wafer by Removing the Thick SiliconLayer, Proc. IEEE MEMS06, pp[5] andM.Shi-kai, Fingerprint Authentication Device Based onOpical InsideaFinger, Proc.
IEEE CVPRW[6] New ID Acquirung Method for Personal System with Fingerprint, Proc.
IEEE Micromech. And Human of Micro Heater Arr-ays onaPolyimide Film Substrate for Microeng,[8] Kudou,T.Kamei, andK.Machida, NovelSurface Structure and Its Fabrication Process forMEMS Fingerprint Sensor, IEEE Trans. Elect-

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