壓 阻 式 壓 力 感 測 器 主 要 是 利 用 矽 單 晶 所 具 有 的 優 良 機 械 性 質 、 單 晶 矽 材 料 絕 佳 的 壓 阻 效 應 並 且 結 合 微 機 電 與 半 導 體 製 程 技 術 所 製 作 而 成 的 ； 其 中 壓 力 感 測 器 所 運 用 之 壓 阻 效 應 ， 早 於 1856 年 由 Lord Keliven 就 已 經 發 現 ， 但 一 直 到 1939 年 才 有 規 因 數 （ Gage Factor） 在 2 左 右 的 金 屬 應 變 計
（ Strain Gage）出 現。此 種 應 變 計 如 果 用 在 應 力 較 小 的 區 域 則 應 變 計 輸 出 值 過 低 ， 而 且 訊 號（ Signal）對 雜 訊（ Noise）比 低 ， 容 易 造 成 誤 差 。 爾 後 於 1954 年 才 由 C.S.Smith 發 現 矽 材 料 本 身 絕 佳 的 壓 阻 特 性
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，方 才 開 始 展 開 了 一 連 串 的 矽 質 壓 阻 式 感 測 器 的 發 展 歷 程 。 而 壓 阻 效 應 成 功 應 用 在 於 壓 力 感 測 器 的 發 展 上，最 早 是 由 W.G.Pfann 等 人 於 1961 年 採 用 半 導 體 積 體 電 路 製 作 技 術，成 功 的 做 出 擴 散 型 薄 膜 感 測 器（ diffused silicon sensor）[5]，當 年 的 感 測 器 設 計 也 一 直 被 沿 用，到 目 前 為 止，市 面 上 絕 大 多 數 的 矽
質 微 壓 力 感 測 器 產 品 仍 保 有 當 年 的 基 本 架 構 。若 從 微 機 電 製 作 技 術 的 觀 點 上，應 大 致 可 將 微 壓 力 感 測 器 分 類 為 :面 型 微 機 電 壓 力 感 測 器 與 體 型 微 機 電 壓 力 感 測 器 ， 目 前 市 場 上 以 體 型 微 壓 力 感 測 器 使 用 最 為 廣 泛 ， 也 是 其 選 定 為 研 究 標 的 之 主 要 原 因 ， 壓 阻 式 壓 力 感 測 器 的 發 展 歷 程 與 文 獻 探 討 有 如 下 幾 個 重 要 指 標 :
1954 年 C.S. Smith發 現 矽 與 鍺 等 半 導 體 材 料 所 擁 有 之 壓 阻 效 應 。
1961 年 W.G. Pfann 等 廣 泛 的 應 用 軸 向 、 側 向 與 剪 力 壓 阻 效 應 與 方 向 性 的 選 擇 ， 設 計 各 種 樣 式 的 感 知 器 形 狀 以 量 測 應 力 分 量 、 力 與 扭 矩 等 。
1962 年 O.N. Tufte等 人 在 其 所 研 究 之 壓 力 感 測 器 中 ， 直 接 將 雜 質 佈 於 圓 形 隔 膜 形 成 壓 阻 ， 使 感 測 元 件 與 感 測 結 構 合 而 為 一 ， 具 有 去 除 組 裝 及 黏 貼 造 成 的 遲 滯 與 潛 變 現 象 的 優 點
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後 續 被 廣 泛 應 用 於 微 壓 力 感 測 器 之 隔 膜 厚 度 蝕 刻 控 制 上 ， 大 幅 提 升 感 知 器 元 件 性 能
[7]。
1984 年 H.Guckel 與 D.Burns 利 用 平 面 化 製 程 ， 即 面 型 微 加 工
（ Surface-micromachining） 技 術 製 作 壓 力 感 測 器 (圖 1.2.1)， 相 較 於 體 型 微 加 工 技 術 ， 此 種 方 法 可 避 免 晶 背 蝕 刻 所 造 成 晶 方 浪 費 問 題 ， 有 利 於 製 作 較 微 小 之 壓 力 感 測 器
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圖 1.2.1 面 型 微 加 工 技 術 製 作 之 壓 力 感 測 器
1987 年 H.D. Keller 與 K. Anagnostopulos 使 用 藍 寶 石 (SOS)作 為 絕 緣 層 製 作 出 高 溫 下 使 用 的 壓 力 感 測 器，開 啟 了 使 用 SOI 技 術 製 程 製 作 壓 力 感 測 器 的 研 究 與 應 用
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1990 年 G.S. Chung 等 以 矽 為 基 材，利 用 二 氧 化 矽 做 為 蝕 刻 停 止 層，製 作 壓 力 感 測 器 於 複 合 層 SOI 結 構 上
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1990 年 Kert Pertersen 等 ， 利 用 矽 與 矽 間 之 融 接 （ fusion bonding） 方 式 製 作 微 壓 力 感 測 器 ， 此 製 程 的 應 用 改 善 了 體 型 加 工 法 所 產 生 之 缺 點 ， 解 決 壓 力 感 測 器 無 法 大 幅 縮 小 的 難 題
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。1999 年 張 晉 榮、 楊 龍 杰 等 ， 利 用 體 型 微 加 工 方 式 ， 將 壓 力 感 測 器 之 壓 力 空 穴 ， 由 矽 晶 移 轉 至 玻 璃 ， 以 所 謂 SOI-Like 方 式 (圖 1.2.2)成 功 縮 小 微 壓 力 感 測 器 尺 寸
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。圖 1.2.2 SOI-like 壓 力 感 測 器
1999 年 Merlos 等 人 利 用 BESOI(bonding and etch-back silicon on insulator) 晶 圓 與 濕 蝕 刻 技 術 (圖 1.2.3)， 利 用 二 氧 化 矽 作 為 蝕 刻 停 止 層 ， 使 得 壓 力 感 測 器 的 隔 膜 厚 度 得 到 更 精 準 的 控 制
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。圖 1.2.3 BESOI晶 圓 製 作 壓 力 感 測 器
2004年 Shih-Chin Gong利 用 Silicon direct bonding 方 法 取 代 典 型 陽 極 接 合 技 術 ， 將 體 型 壓 阻 式 壓 力 感 測 器 晶 方 尺 寸 縮 小 ， 成 功 於 六 吋 晶 圓 上 做 出 1.1mm*1.1mm之 壓 阻 式 壓 力 感 測 器
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最 近 幾 年 微 壓 力 感 測 器 的 發 展 ， 因 市 場 競 爭 激 烈 ， 轉 為 由 業 界 廠 商 所 主 導 之 狀 態 ， 研 究 方 向 上 ， 也 以 之 前 所 提 之 較 大 的 晶 圓 尺 寸 、 較 小 的 晶 方 大 小 、 較 佳 元 件 效 能 、 更 精 簡 的 製 作 流 程 和 與 半 導 體 共 用 標 準 型 製 程 相 容 等 議 題 為 主，如 Motorola 公 司 成 功 將 CMOS與 微 壓 力 感 測 器 結 合，使 得 壓 力
120mil大 小 的 微 壓 力 感 測 器
[15] ； SMI公 司 於 公 司 網 頁 上 發 佈 其 研 發 團 隊
成 功 利 用 乾 蝕 刻 技 術 ， 有 效 的 縮 小 體 型 壓 力 感 測 器 元 件 的 尺 寸 。圖 1.2.4 CMOS整 合 壓 力 感 測 器 (左 )120×120mil (右 )105×105mil
回 顧 壓 阻 式 壓 力 感 測 器 之 主 要 發 展 歷 程 上 ， 依 其 製 作 技 術 主 要 可 分 為 體 型 微 壓 力 感 測 器 與 面 型 微 壓 力 感 測 器 兩 大 類 ， 在 感 測 器 的 尺 寸 縮 小 上 ， 以 面 型 微 壓 力 感 測 器 佔 有 較 大 優 勢 ， 也 較 易 做 到 元 件 的 微 小 化 。
體 型 微 壓 力 感 測 器 的 縮 小 化 研 究 方 向 上 ， 主 要 是 利 用 矽 -矽 直 接 接 合 (fusion bonding)方 式 製 作 ， 但 由 於 接 合 製 程 中 對 晶 圓 表 面 潔 淨 度 的 要 求 度 高 ， 使 得 生 產 之 良 率 低 於 使 用 陽 極 接 合 方 式 製 作 之 方 式 ， 傳 統 使 用 陽 極 接 合 技 術 製 作 之 體 型 微 壓 力 感 測 器 受 限 於 矽 晶 圓 非 等 向 性 蝕 刻 的 晶 格 方 向 與 結 構 強 度 限 制 ， 並 無 法 大 幅 度 的 縮 小 元 件 尺 寸 ， 無 形 中 限 制 了 許 多 可 能 的 應 用 方 向 ， 但 由 於 體 型 微 壓 力 感 測 器 具 有 材 料 性 質 穩 定 、 製 程 良 率 高 、 元 件 精 確 度 穩 定 等 優 點 ， 因 此 仍 是 目 前 市 場 使 用 量 最 大 之 壓 阻 式 壓 力 感 測 器 。