基于圆形振动膜的MEMS压电传声器研究

为提高微电子机械系统(Micro-electro-mechanical systems,MEMS)压电传声器的灵敏度和成品率,提出一种优化设计的圆形振动膜MEMS压电传声器。采用硼扩散方法实现振动膜的圆形支撑墙,避免由于方形支撑墙造成的四角应力集中,并通过深硼扩散技术,增加圆形围墙的厚度,避免了振动膜的'软'支撑问题;振动膜采用Si3N4/SiO2/Si3N4复合结构,减少振动膜的内应力;采用电极分割串联技术,传声器被分割成在声学上并联、在电学上串联的若干部分,以期提高MEMS传声器的灵敏度。在结构优化的基础上,利用MEMS技术制备压电微传声器,所制备传声器振动膜平坦、无褶皱,成品率有了明显提高。在消声室中采用同时比较法对传声器进行测量,优化设计的圆形振动膜传声器的灵敏度有了明显提高,达到0.3 mV/Pa。

圆形振动膜ZnO压电微传声器的研制

本文介绍了一种新型圆形振动膜ZnO压电微传声器的制备,并对传声器制备的工艺过程进行了较为详细的描述。圆形振动膜的压电传声器与以前方形振动膜结构设计相比,较大幅度提高了传声器的灵敏度和成品率,灵敏度达到-70dB(相对于1V/Pa),成品率达到80%。

基于硅膜的电容式高灵敏度低频传声器研究

在电容式传声器相关理论以及方形膜研究的基础上,采用圆形硅膜作为振动膜,研制了电容式低频传声器,该传声器直接采用音频传声器结构,不同于以往的电容式低频传声器结构。首先进行了等效结构参数的仿真,为实验提供了理论支持;然后,制备了直径为0.08m,厚度约60μm的圆形硅膜,并以此硅膜为振动膜研发了一种高灵敏度的低频传声器,其中,两极板间的气隙厚度约为100μm。测试表明,当偏置电压为4.5V时,该传声器具有较高的灵敏度,100Hz处的灵敏度约为-27dB,通频带(20～300Hz)平坦,低频响应部分(0～20Hz)需要改进方法进一步测试。

基于MEMS的高灵敏度电容式低频传声器

在硅微电容式传声器相关理论及前人对方形膜的研究的基础上,提出了一种用于测试低频信号的电容式高灵敏度圆形硅微振动膜传声器。模拟仿真和结构参数优化,为实践提供了理论依据。在此基础上,探索性的研制了圆形振动膜半径为40mm,气隙厚度为50μm的低频传声器,实验表明,该传声器具有较高的灵敏度,当偏置电压为6V、100Hz时,灵敏度高达-25dB,在通频带(20～800Hz)局部平坦。