頻率與電容之量測

將所製作的微感測器元件，經過打金線處理後，製作出五個樣品如圖4.18（a）示 意圖（b）為實際圖，利用所製作的LM555振盪電路來量測樣品，其量測數據共分為 感測器內無任何水份；充滿水的狀態以及流有三種尺寸大小不同的介質時的狀態，經 量測結果顯示其頻率和電容之間的關係，現以樣品1作作為主要的說明，首先量測給 予直流電壓15V量測沒有加上感測器時的震盪頻率，接著給量測感測器無水時波形的 狀態，再以WAYNE KERR公司出品的LCR METER如圖4.19量測其相對電容值，量測 完後，接著將感測器灌滿水，量測感測器充滿水時波形的狀態，並量測其相對電容值，

並以加熱器將感測器中水份烤乾，並再重複量測其無水時的電容值，確定其電容值完 全的回歸到無水時的狀態，接著將感測器中流入有80奈米微粒介質時水的狀態，並量 測其波型及電容值，並加熱使其恢復無水時的狀態，重複以上步驟將三種尺寸大小的 奈米介質量測出來，樣品1的五種震盪頻率波形輸出為下圖4.20（a）至（f）所示。

（a） （b）

圖4.18 感測器（a）示意圖（b）實體圖

圖4.19 LCR METER儀器實體圖

（a） （b）

（c） （d）

（e） （f） 時為7.52 PF當其內部充滿水時量測到的電容值為85.2 PF有明顯的增加趨勢，當其內部

有介質流動時電容值有稍微降低的趨勢。

表4.2 電容量測結果數據（單位：PF）

樣品 無水 滿水 奈米棒

（80nm）

奈米棒 (50nm)

奈米顆粒

（10nm）

1 7.52 85.2 74.86 77.63 76.54 2 5.01 67.93 55.78 62.28 58.53 3 5.14 77.3 67.34 71.61 69.87 4 13.48 65.72 59.5 63.45 60.35 5 21.38 66.3 62.39 68.48 65.39 但是因為感測元件尺寸過小，在加入1cc的水後，便已經使腔壁之間沒有空隙的 存在，造成只能量測到有水及無水之狀態，而無法量測到水變化時的情形，然而經由 圖4.21之趨勢可得知，在無充滿水而和腔體有間隙時，其點 將會坐落於無水及充滿 水之間。最後，經由圖4.22，我們可以看出來隨著介質尺寸的增大，電容值有向下減 少的趨勢。

圖4.21 無水及充滿水之趨勢圖

圖4.22 隨著奈米尺寸縮小電容趨勢圖

本次實驗整體量測實驗平台有波形產生器、電容-頻率轉換電路和直流電壓產生 器如下圖4.23所示。

由實測的結果顯示，計算的數據結果與實測結果有所出入，主要原因應該是由於 元件製作時參數上的設定與環境因素影響所致，因此，了解電路量測系統與元件本身 誤差並進行誤差修改是必須的，對於電路量測系統而言，此一誤差修正可經由量測電 路系統本身的基準頻率，即未接感測元件時的系統頻率，藉由此一頻率的漂移進行電 路量測系統修正；元件本身誤差則可經由修正量來進行修正，或者更進一步的修正製 程參數，提高元件製作穩定性並提高製作良率。

圖4.23 量測實驗平台