計畫執行成果
本實驗室近五年內在國際知名期刊發表近20篇期刊論文，研究內容包含：
1. CMOS-MEMS 串聯式微制動器
傳統靜電式梳狀致動器（Electrostatic comb-drive actuator）在致動時會發生側向不穩定（Side-instability）的現象，故致動器的行距會受此一現象大大的被限制；本研究提出一種新型的串連式靜電梳狀致動器，利用此串連結構不僅可以有效的增加靜電梳狀致動器的行距，而且與傳統的靜電梳狀致動器相比，此種串連結構在增加致動行距時，並且不需要增加額外的驅動電壓。為了使致動器的各級驅動訊號可以達到良好的電性分離，此種串連式的靜電梳狀致動器必須具有多層結構的特性。因此，元件的製作結合了標準CMOS製程與CMOS微加工後製程（Post-CMOS micromachining steps），經由此一整合性的製程，致動器會具有多層結構的特性，使各級驅動訊號將可達到良好的分離，並可使致動器具有垂直致動的能力。實驗結果顯示，水平式的串連靜電梳狀致動器（Lateral cascade electrostatic comb-drive actuator）可以增加 200％ 的致動行距，而垂直式的串連靜電梳狀致動器（Vertical cascade electrostatic comb-drive actuator）可以增加 188％ 的致動行距。
2. CMOS-MEMS 垂直式靜電驅動壓阻感測微振盪器
微震盪器(Micro-resonator)已經廣泛的被應用於濕度、溫度、化學氣體等感測應用上，在現今最熱門的生物科技上，則已經被用於感測生物液體中的生化分子成分。相關的應用於使用上與經濟上的考量都有輕薄短小的需求，因此更顯現出使用CMOS-MEMS製程的重要性。本研究提出一個以CMOS製程製作之微振盪器，其使用靜電的方式進行驅動，並利用壓阻作為感測元件，可應用於感測多種物理參數。結構中利用了CMOS製程常見的殘餘應力的結構翹曲效應，使得結構可以往出平面(out-of-plane)的方向產生翹曲，進而增加微震盪器的震盪空間，並提升壓阻感測元件於共振狀態的輸出準位。另CMOS-MEMS製程更可將驅動與感測電路一併整合在單一晶片上，達到SoC (System on Chip)的目的。
3. 生物資訊感測分析系統
人體內的器官在運作的時候都會產生一些電訊號，例如心臟在跳動時候會產生心電圖(ECG)；神經細胞在傳遞訊號時在細胞外(Extracellular)所感測到的神經電位(Neural spikes)；在腦皮下可量到的區域電位(LFP)以及大腦皮層外所量到的ECoG；而肌肉在用力或是鬆弛時會產生肌電圖(EMG)；大腦在進行思考或是活動時在頭皮外所量測到的腦波(EEG)。生理訊號的量測在臨床診療上可以有助於判別器官是否有異常的現象以及進行神經細胞傳導研究，如心律不整可以在心電圖中判定，腦波可以用來診斷是否有癲癇症，肌電圖則是可藉以判斷肌肉神經是否有失調失序。
以上各類生物資訊的感測方式包括了在皮膚外可量測的(EEG, ECG & EMG)以及必須在生物體內所量測的(LFP, ECoG & Neural spikes)，分別需要以體表外感測電極(surface mounted electrode)以及植入式電極(implantable electrode)來進行量測。而由感測電極所擷取到的原始訊號都非常微小，無法直接觀察，因此還需要以前端處理電路做放大濾波的動作，再加上數位轉換器、無線傳輸晶片將預處理完成之生物資訊傳輸至後級的生物訊號監測分析系統來做訊號展示、判讀與分析，完成一個完整的生物資訊感測分析系統。
完整的生物資訊感測分析系統之架構，可視為以四個主要的部份所組成包括生物資訊、感測電極、無線類比前端電路系統晶片的研究開發，以及人體資訊監測分析系統，即為本研究的四大方向，同時進行，向前深入發展，再彼此修正與做搭配設計，發展出從元件到系統的整合型成果
4. 氣體感測器
本實驗室研究，已利用氧化鋁基板做為感測薄膜特性研究之基材，並針對感測薄膜與觸媒的製程參數進行最佳化設計，使感測特性達到最佳化，此方法可提供製程之方便性也可縮短感測薄膜研發時間。圖三(a)所示正面是一沈積於氧化鋁基板之二氧化錫薄膜，其背面黑色部份為氣體感測器之加熱器；圖三(b)則是一完成封裝的氧化鋁基板氣體感測器
5. Application of Polymer micro needlearray in PDT(Photodynamic Therapy)
- Light reflection characterize of cuticle is higher than other organization layers in skin.
- Utilizing transparent micro-needle array to pass through cuticle and enter epidermis layer to reach the achievement of reducing strength of incident light in PDT treatment.
- Wavelength of incident light = 660nm
- Using two different density type micro-needle arrays to carry out the experiment (13×13, 20×20)
- Base on the experiment result, it can be proved that penetration of light raises by way of adding micro-needle array between human skin and light source. Penetration of light also has immediate bearing on the distributed density of micro-needle array.
6. MEMS-BASED IMAGE STABILIZER WITH SILICON-ON-GLASS PROCESS
In this study, we propose a 2-D decoupling image stabilizer with high aspect structure fabricated by so call pre-released special silicon on glass process. This stabilizer is with 12 x 12 x 0.25 mm3 in size which is stronger enough to suspend a 0.8 x 0.8 x 0.2mm3 image sensor and can be utilized to attach in cell phone to achieve the goal of anti-shaking when taking a picture. The image stabilizer is fabricated by a so call pre-released process with 3 times ICP process to identify the anchor, pre-etching layer and structure formation layer and without additional releasing step such as traditional SOI wafer etching process. When the actuator is accomplished, flip-chip bonding technique is used to bond image sensor upon the image stabilizer. Consider of the purpose of image stabilizer is attached in a 300 million pixel cell phone, a longest calculated moving distance 25um is designed and some special stopper is designed to prevent the actuator from overtaking moving distance and cause circuit shorting. Therefore a longest moving distance is exhibited when driving in 202 Voltage. When driving in dynamic status, the dynamic resonant frequency is scanned in 1.013Hz.
7. 無線十二導程心電圖儀以及可快速設置之電極載板
利用載板上的電極感測到人體的原始訊號，經由腰上的心電圖放大及轉為數位訊號後透過藍芽技術將訊號傳送至電腦端做顯示及分析
載板的設計讓每個電極都有可調整位置的機制，所以可適合各種人的體型，而電路的設計為藍芽傳輸的十二導程心電圖系統
8. IPM(Intelligent Personal Mobility)
節能減碳為世界各國經濟與環境的重要議題，一款稱為IPM(Intelligent Personal Mobility)之電動菱形四輪可傾窄車(Narrow tilting vehicle，NTV)，著眼於解決石油短缺、環境汙染與交通阻塞等問題，該NTV具有輕與窄的特性，並具有傾斜抗翻與定點迴轉之功能，不但可以增加車輛過彎的穩定性，也可提高車輛在都會區的機動性。
本研究係與工研院合作研發IPM車輛之傾斜動作控制器，使得IPM車輛能夠依據車輛過彎的曲率，配合設計者的控制策略，傾斜至適當角度，因而使得其過彎穩定性能夠提高，研究中利用QFT/H∞方法設計該傾斜動作控制器，這樣的控制器具有高循跡強健性(tracking robustness)，而此QFT/H∞控制器被系統地轉換為一雙迴路PID控制器，稱之為強健雙迴路PID控制器。而為了分析一些較危險的駕駛狀況，本研究中利用多體系統(Multibody system)方法將IPM建立一翻轉平面模型，以分析其傾斜與翻轉運動，此一多體模型被經由與實車曲行測試比較驗證，證實其可行性。所設計之控制器，經由此一多體模型驗證其循跡強健性。
9. 多電極陣列式靜電驅動之微機電系統
利用靜電力驅動之微機電系統具有操作頻率高、低消耗功率等優點，因此，在微感測器、微光學元件、微波開關到微流體等微機電系統設計中，皆可以看到以靜電式力為制動源的研究。然而，目前市面上已經實用化和商品化的成品並不多見，主要原因在於利用以靜電式驅動的微機電系統，皆是利用兩平行板之間固定的重疊面積及偏壓來產生所要的靜電力，固定偏壓下，重疊的面積越大，產生的致動力越大，然而，由於致動力和驅動電壓具有高度的非線性關係，造成了整體系統在實用化階段，於控制設計部分十分困難且不易達成。除此之外，為了各式應用的精度要求，往往需要更新系統設計或者尋求更精確的電路設計，甚至亦無法符合高精度的要求，如此一來，不僅僅降低了微機電系統的實用化可行性，無形之間 也增加了許多開發的成本。
本研究提出利用多塊電極板來控制靜電式驅動的微振鏡系統（如圖1），將傳統兩平行板驅動方式之一的電極板分割成適當數目的小電極板，藉由決定電極板及相對應的驅動電壓組合來驅動微振鏡系統，用以改善上述缺點並有效提昇元件性能表現。藉由此方法於微振鏡系統上的實現，將可以使得非線性的元件可以依據各類應用上的不同，經由適當的設計，使其具有可預期之驅動特性(如線性驅動、數位式驅動、最佳化驅動等)，不僅如此，藉由此方式的實現，亦可以改善在電路設計上有限精度的先天缺陷，提昇元件操作精度的表現，以期符合更多高精度要求的微機電系統應用領域。此成果已經發表在2003年12月之IEEE Journal of MEMS，其延伸技術亦獲得中華民國及美國發明專利。
- J. C. Chiou and Y. C. Lin, “A Multiple Electrostatic Electrodes Torsion Micromirror Device with Linear Stepping Angle Effect,”
- IEEE Journal of Microelectromechanical Systems Vol. 12, No. 6, Dec. 2003, pp. 913-920.
- Jin-Chern Chiou, Y. C. Lin, “A Control System for an Electrostatically Driven Microelectromechanical Device,” US Patent No: US 20030189807A1, Oct. 9, 2003.
邱俊誠, 林育成, “靜電驅動微機電裝置之控制系統,” 中華民國專利發明第一七七五一一號,中華民國九十二年一月十一日