CN103841500B - 热致发声装置 - Google Patents

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    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors

Abstract

本发明涉及一种热致发声装置，其包括：一基底，具有一第一表面以及相对的第二表面；一绝缘层，设置于所述基底的第一表面；一热致发声元件，设置于所述第一表面的绝缘层的表面，并与所述基底绝缘设置；以及一第一电极和一第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接；其中，所述基底为一硅基底，所述硅基底的第一表面形成有多个凸部，相邻的凸部之间形成一凹部，对应凹部位置处的热致发声元件相对于所述凹部悬空设置。

Description

热致发声装置
技术领域
本发明涉及一种热致发声装置，尤其涉及一种基于碳纳米管的热致发声装置。
背景技术
发声装置一般由信号输入装置和发声元件组成,通过信号输入装置输入信号到该发声元件，进而发出声音。热致发声装置为发声装置中的一种，其为基于热声效应的一种发声装置，该热致发声装置通过向一导体中通入交流电来实现发声。该导体具有较小的热容（Heat capacity），较薄的厚度，且可将其内部产生的热量迅速传导给周围气体介质的特点。当交流电通过导体时，随交流电电流强度的变化，导体迅速升降温，而和周围气体介质迅速发生热交换，促使周围气体介质分子运动，气体介质密度随之发生变化，进而发出声波。
2008年10月29日，范守善等人公开了一种应用热声效应的热致发声装置，请参见文献“Flexible, Stretchable, Transparent Carbon Nanotube Thin FilmLoudspeakers”，ShouShan Fan, et al., Nano Letters, Vol.8 (12), 4539-4545(2008)。该热致发声元件采用碳纳米管膜作为一热致发声元件，由于碳纳米管膜具有极大的比表面积及极小的单位面积热容（小于2×10-4焦耳每平方厘米开尔文），该热致发声元件可发出人耳能够听到强度的声音，且具有较宽的发声频率范围(100Hz~100kHz)。
然而，所述作为热致发声元件的碳纳米管膜的厚度为纳米级，容易破损且不易加工、难以实现小型化，因此，如何解决上述问题是使上述热致发声装置能够实现产业化及实际应用的关键。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种易加工、能够实现小型化并可实现产业化的热致发声装置。
一种热致发声装置，包括：一基底，具有一第一表面以及相对的第二表面；一热致发声元件，设置于所述基底的第一表面并与所述基底绝缘设置；以及一第一电极和一第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接；其中，所述基底为一硅基底，所述硅基底的第一表面形成有多个相互平行且间隔设置的凹槽，所述凹槽的深度为100微米至200微米，所述热致发声元件包括一层状碳纳米管结构，该层状碳纳米管结构在所述凹槽处悬空设置。
一种热致发声装置，包括：一基底，具有一第一表面以及相对的第二表面；一热致发声元件，设置于所述基底的第一表面并与所述基底绝缘设置；以及一第一电极和一第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接；其中，所述基底的第一表面形成有多个均匀分布且间隔设置的凹部，所述凹部的深度为100微米至200微米，所述热致发声元件包括一层状碳纳米管结构，该层状碳纳米管结构在所述凹部处悬空设置。
一种热致发声装置，包括：一基底，具有一第一表面以及相对的第二表面；一热致发声元件，设置于所述基底的第一表面并与所述基底绝缘设置；以及一第一电极和一第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接；其中，所述基底的第一表面形成有多个凹部，所述第一绝缘层及第二绝缘层依次层叠设置于所述凹部之间基底的第一表面，并使所述多个凹部暴露，一第三绝缘层连续地设置并覆盖所述层叠设置的第一绝缘层及第二绝缘层以及所述凹部的侧面和底面，所述热致发声元件设置在所述第三绝缘层的表面，且相对于所述凹部位置处的部分悬空设置。
与现有技术相比较，所述热致发声装置采用硅基底，一方面，硅基底表面多个凹部及凸部支撑碳纳米管膜，保护碳纳米管膜能实现较好发声效果的同时不易破损，另一方面，基于成熟的硅半导体制造工艺，所述热致发声装置易加工，可制备小尺寸的热致扬声器且有利于实现产业化。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的热致发声装置的结构示意图。
图2是图1所述的热致发声装置沿II-II方向的剖面图。
图3是本发明热致发声装置中碳纳米管膜的结构示意图。
图4为本发明第一实施例提供的热致发声装置的制备方法流程图。
图5为本发明第二实施例提供的热致发声装置的结构示意图。
图6是本发明热致发声装置中非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
图7是本发明热致发声装置中扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
图8为本发明第一实施例提供的热致发声装置的制备方法中经有机溶剂处理后的碳纳米管线的光学显微镜照片。
图9为本发明第三实施例热致发声装置的结构示意图。
图10为本发明第三实施例提供的热致发声装置的制备方法流程图。
图11为本发明第四实施例提供的热致发声装置的结构示意图。
图12为图11所述的热致发声装置沿XII-XII方向的结构示意图。
图13为第四实施例提供的热致发声装置的照片。
图14为本发明第四实施例提供的热致发声装置中声压级-频率的曲线图。
图15为本发明第四实施例提供的热致发声装置的发声效果图。
图16为图11所述热致发声装置的制备方法中提供的热致发声装置阵列的结构示意图。
图17为本发明第五实施例提供的热致发声装置的结构示意图。
图18为本发明第六实施例提供的热致发声装置的结构示意图。
主要元件符号说明
热致发声装置 10，20，30，40，50，60
基底 100
第一表面 101
凹部 102
第二表面 103
凸部 104
凹槽 105
第一电极 106
切割线 107
热致发声元件 110
第一区域 112
第二区域 114
第二电极 116
绝缘层 120
第一绝缘层 122
第二绝缘层 124
第三绝缘层 126
集成电路芯片 140
第三电极 142
第四电极 144
热致发声装置阵列 401
基板 1001
第一连接部 1061
第二连接部 1161
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明实施例的热致发声装置。
请参阅图1及图2，本发明第一实施例提供一种热致发声装置10，其包括一基底100、一热致发声元件110、一绝缘层120、一第一电极106以及一第二电极116。该第一电极106及第二电极116相互间隔设置并与该热致发声元件110电连接。该基底100包括相对的一第一表面101以及一第二表面103。所述第一表面101具有多个凹部102，相邻的凹部102之间形成一凸部104。所述绝缘层120设置于所述基底100的第一表面101，且连续地贴附于所述凹部102与所述凸部104的表面。该热致发声元件110设置于所述第一表面101并通过绝缘层120与所述基底100绝缘设置。所述热致发声元件110具有一第一区域112及一第二区域114，所述第一区域112的热致发声元件110对应于所述凹部102位置，第一区域112的热致发声元件110悬空设置，并与所述凹部102的底面间隔设置。所述第二区域114的热致发声元件110设置于所述凸部104的顶面，并通过绝缘层120与所述凸部104绝缘设置。
该基底100为一平面片状结构，形状不限，可为圆形、方形或矩形等，也可以为其他形状。所述基底100的面积为25平方毫米～100平方毫米，具体可选择为如36平方毫米、64平方毫米或80平方毫米等。所述基底100的厚度为0.2毫米～0.8毫米。可以理解，所述基底100并不限于上述平面片状结构，只要确保所述基底100具有一表面承载所述热致发声元件110即可，也可选择为块状结构、弧面结构、曲面结构等。所述基底100的材料可为单晶硅或多晶硅。所述基底100具有良好的导热性能，从而可将所述热致发声元件110在工作中产生的热量及时的传导到外界，延长热致发声元件110的使用寿命。本实施例中，该基底100为一边长为8毫米的正方形平面片状结构，厚度为0.6毫米，材料为单晶硅。
所述多个凹部102设置于所述基底100将承载所述热致发声元件110的表面，即第一表面101。该多个凹部102均匀分布、以一定规律分布、以阵列分布或随机分布于所述第一表面101。优选地，该多个凹部102均匀分布且相互间隔设置。该多个凹部102可以为通孔结构、盲槽结构或盲孔结构中的一种或多种。在所述凹部102从基底100的第一表面101向基底100内部延伸的方向上，所述每一凹部102具有一底面以及与该底面相邻的侧面。相邻的凹部102之间为所述凸部104，相邻凹部102之间的基底100的表面为所述凸部104的顶面。所述第一区域112的热致发声元件110对应于所述凹部102位置，第一区域112的热致发声元件110悬空设置，即，所述第一区域112的热致发声元件110不与所述凹部102的侧面和底面接触。
所述凹部102的深度可根据实际需要及所述基底100的厚度进行选择，优选地，所述凹部102的深度为100微米～200微米，使基底100在起到保护热致发声元件110的同时，又能确保所述热致发声元件110与所述基底100之间形成足够的间距，防止工作时产生的热量直接被基底100吸收而无法完全实现与周围介质热交换造成音量降低，并保证所述热致发声元件110在各发声频率均有良好的发声效果。当所述凹部102为凹槽时，所述凹部102在所述第一表面101延伸的长度可小于所述基底100的边长。该凹部102在其延伸方向上的横截面的形状可为V形、长方形、梯形、多边形、圆形或其他不规则形状。所述凹槽的宽度（即所述凹部102横截面的最大跨度）为大于等于0.2毫米小于1毫米，一方面能够防止所述热致发声元件110在工作过程中破裂，另一方面能够降低所述热致发声元件110的驱动电压，使得所述驱动电压小于12V，优选的小于等于5V。当所述凹槽横截面的形状为倒梯形时，所述凹槽跨宽随凹槽的深度增加而减小。所述倒梯形凹槽底角α的角度大小与所述基底100的材料有关，具体的，所述底角α的角度大小与所述基底100中单晶硅的晶面角相等。优选地，所述多个凹部102为多个相互平行且均匀间隔分布的凹槽设置于基底100的第一表面101，每相邻两个凹槽之间的槽间距d1为20微米～200微米，从而保证后续第一电极106以及第二电极116通过丝网印刷的方法制备，且能够充分利用所述基底100表面，同时保证刻蚀的精确，从而提高发声的质量。本实施例中，该基底100第一表面101具有多个平行等间距分布的倒梯形凹槽，所述倒梯形凹槽在第一表面101的宽度为0.6毫米，所述凹槽的深度为150微米，每两个相邻的凹槽之间的间距d1为100微米。所述倒梯形凹槽底角α的大小为54.7度。
所述绝缘层120可为一单层结构或者一多层结构。当所述绝缘层120为一单层结构时，所述绝缘层120可仅设置于所述凸部104的顶面，也可贴附于所述基底100的整个第一表面101。所述“贴附”是指由于所述基底100的第一表面101具有多个凹部102以及多个凸部104，因此所述绝缘层120直接覆盖所述凹部102及所述凸部104，对应凸部104位置处的绝缘层120贴附在所述凸部104的顶面；对应凹部102位置处的绝缘层120贴附在所述凹部102的底面及侧面，即所述绝缘层120的起伏趋势与所述凹部102及凸部104的起伏趋势相同。无论哪种情况，所述绝缘层120使所述热致发声元件110与所述基底100绝缘。本实施例中，所述绝缘层120为一连续的单层结构，所述绝缘层120覆盖所述整个第一表面101。
所述绝缘层120的材料可为二氧化硅、氮化硅或其组合，也可以为其他绝缘材料，只要能够确保所述绝缘层120能够使热致发声元件110与所述基底100绝缘即可。所述绝缘层120的整体厚度可为10纳米～2微米，具体可选择为50纳米、90纳米或1微米等，本实施例中，所述绝缘层的厚度为1.2微米。
所述热致发声元件110设置于所述基底100的第一表面101，具体的，所述热致发声元件110设置于所述绝缘层120的表面。即第一区域112的热致发声元件110悬空设置于所述凹部102上，所述热致发声元件110的第二区域114设置于所述凹部102顶面的绝缘层120表面。可以理解，为使该热致发声元件110更好的固定于该基底100的第一表面101，可在所述凸部104的顶面设置一粘结层或粘结点，从而使热致发声元件110通过该粘结层或粘结点固定于该基底100的第一表面101。
所述热致发声元件110具有较小的单位面积热容，其材料不限，如纯碳纳米管结构、碳纳米管复合结构等，也可以为其他非碳纳米管材料的热致发声材料等等，只要能够实现热致发声即可。本发明实施例中，该热致发声元件110由碳纳米管组成，所述热致发声元件110的单位面积热容小于2×10-4焦耳每平方厘米开尔文。具体地，该热致发声元件110为一具有较大比表面积及较小厚度的导电结构，从而使该热致发声元件110可以将输入的电能转换为热能，即所述热致发声元件110可根据输入的信号迅速升降温，而和周围气体介质迅速发生热交换，加热热致发声元件110外部周围气体介质，促使周围气体介质分子运动，气体介质密度随之发生变化，进而发出声波。优选地，该热致发声元件110应为自支撑结构，所谓“自支撑结构”即该热致发声元件110无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。因此，该自支撑的热致发声元件110可部分悬空设置。该自支撑结构的热致发声元件110可充分的与周围介质接触并进行热交换。该热致发声元件110可为一膜状结构、多个线状结构并排形成的层状结构或膜状结构与线状结构的组合。
所述热致发声元件110可为一层状碳纳米管结构，所述碳纳米管结构在所述凹部102位置处悬空设置。所述碳纳米管结构整体上为一层状结构，厚度优选为0.5纳米~1毫米。当该碳纳米管结构厚度比较小时，例如小于等于10微米，该碳纳米管结构有很好的透明度。所述碳纳米管结构为自支撑结构。该自支撑的碳纳米管结构中多个碳纳米管间通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管结构具有特定的形状。故该碳纳米管结构部分通过基底100支撑，并使碳纳米管结构其它部分悬空设置。所述层状碳纳米管结构包括多个沿同一方向择优取向延伸的碳纳米管，所述碳纳米管的延伸方向与所述凹槽的延伸方向形成一夹角，所述夹角大于零度小于等于90度。
所述层状碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜、多个并排设置的碳纳米管线或至少一碳纳米管膜与碳纳米管线的组合。所述碳纳米管膜从碳纳米管阵列中直接拉取获得。该碳纳米管膜的厚度为0.5纳米~100微米，单位面积热容小于1×10-6焦耳每平方厘米开尔文。所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米~50纳米，双壁碳纳米管的直径为1纳米~50纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米~50纳米。请参阅图3，每一碳纳米管膜是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管为基本沿同一方向择优取向排列，且所述碳纳米管的延伸方向与所述凹槽的延伸方向形成一夹角，所述夹角大于零度小于等于90度。所述择优取向是指在碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜的表面。进一步地，所述碳纳米管膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述自支撑为碳纳米管膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜置于（或固定于）间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管膜中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。
具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。所述碳纳米管膜中，该多个碳纳米管大致平行于所述基底100的第一表面101。该碳纳米管结构可包括多个碳纳米管膜共面的铺设于基底100的第一表面101。另外，该碳纳米管结构可包括多层相互重叠的碳纳米管膜，相邻两层碳纳米管膜中的碳纳米管之间具有一交叉角度α，α大于等于0度且小于等于90度。
本实施例中，所述热致发声元件110为单层的碳纳米管膜，该碳纳米管膜设置于该基底100的第一表面101，包括悬空设置于凹部102的第一区域112以及设置于凸部104顶面的第二区域114。所述碳纳米管膜的厚度为50纳米。
所述碳纳米管膜具有较强的粘性，故该碳纳米管膜可直接粘附于所述凸部104位置处绝缘层120的表面。所述碳纳米管膜中多个碳纳米管沿同一方向择优取向延伸，该多个碳纳米管的延伸方向与所述凹部102的延伸方向形成一定夹角，优选的，所述碳纳米管的延伸方向垂直于所述凹部102的延伸方向。进一步地，当将所述碳纳米管膜粘附于凸部104的顶面后，可使用有机溶剂处理粘附在基底100上的碳纳米管膜。具体地，可通过试管将有机溶剂滴落在碳纳米管膜表面浸润整个碳纳米管膜。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，微观上，该碳纳米管膜中的部分相邻的碳纳米管会收缩成束。碳纳米管膜与基底100的接触面积增大，从而可以更紧密地贴附在凸部104的顶面。另外，由于部分相邻的碳纳米管收缩成束，碳纳米管膜的机械强度及韧性得到增强，且整个碳纳米管膜的表面积减小，粘性降低。宏观上，该碳纳米管膜为一均匀的膜结构。
所述第一电极106及第二电极116分别与所述热致发声元件110电连接，以使该热致发声元件110接入一音频电信号。具体地，所述第一电极106以及第二电极116可间隔设置于所述绝缘层120远离所述基底100的表面，也可设置于该热致发声元件110远离基底100的表面。该第一电极106以及第二电极116由导电材料形成，其形状及结构不限。具体地，该第一电极106以及第二电极116可选择为细长的条状、棒状或其它形状。该第一电极106以及第二电极116的材料可选择为金属、导电聚合物、导电胶、金属性碳纳米管或铟锡氧化物（ITO）等。
本实施例中，所述第一电极106以及第二电极116分别设置于靠近所述热致发声元件110相对两边缘的凸部104上的绝缘层120表面，且与所述凹部102的延伸方向平行设置。所述热致发声元件110的第一区域112及第二区域114位于所述第一电极106以及第二电极116之间。该第一电极106及第二电极116由金属丝构成。另外，可以理解，所述第一电极106及第二电极116也可设置于所述热致发声元件110远离基底100的表面，并直接压紧该热致发声元件110将其固定于基底100表面。
由于碳纳米管沿轴向具有优异导电性，当碳纳米管结构中的碳纳米管为沿一定方向择优取向排列时，优选地，所述第一电极106及第二电极116的设置应确保所述碳纳米管结构中碳纳米管沿第一电极106至第二电极116的方向延伸。优选地，所述第一电极106及第二电极116之间应具有一基本相等的间距，从而使第一电极106及第二电极116之间区域的碳纳米管结构能够具有一基本相等的电阻值，优选地，所述第一电极106及第二电极116的长度大于等于碳纳米管结构的宽度，从而可以使整个碳纳米管结构均得到利用。本实施例中，所述热致发声元件110中碳纳米管沿基本垂直该第一电极106及第二电极116长度方向排列，所述第一电极106及第二电极116相互平行设置。所述音频电信号通过该第一电极106及第二电极116输入该碳纳米管结构。
可以理解，由于该热致发声元件110的发声原理为“电-热-声”的转换，故该热致发声元件110在发声的同时会发出一定热量。上述热致发声装置10在使用时，可通过该第一电极106及第二电极116接入一音频电信号源。该碳纳米管结构具有较小的单位面积热容和较大的散热表面，在输入信号后，碳纳米管结构可迅速升降温，产生周期性的温度变化，并和周围介质快速进行热交换，使周围介质的密度周期性地发生改变，进而发出声音。进一步地，所述热致发声装置10可包括一散热装置（图未示）设置于该基底100远离该热致发声元件110的表面。
所述热致发声装置10具有以下有益效果：首先，所述硅基底的凹槽宽度为大于等于0.2毫米小于1毫米，从而能够有效的保护层状碳纳米管结构，且不影响发声效果；其次，所述热致发声装置10采用硅材料作为基底100，因此所述热致发声装置10易加工，可采用成熟的加工工艺，有利于制备微结构、微型器件，且有利于产业化发展，因此可制备小尺寸（如小于1厘米）的热致扬声器；再次，所述基底100具有良好的导热性，因此所述热致发声装置10具有良好的散热性，而无需单独设置散热元件；最后，所述基底100的热致发声装置10可兼容目前的半导体制程，容易与其他元器件如IC芯片等集成，便于与其他元器件集成，减小占用空间，十分适用于小尺寸的电子器件。
请参阅图4，本发明进一步提供一种热致发声装置10的制备方法，所述制备方法主要包括以下步骤：
步骤S11，提供一基底100，所述基底100具有多个间隔设置的凹部102，形成一图案化的表面；
步骤S12，在所述基底100图案化的表面形成一绝缘层120；
步骤S13，在所述绝缘层120表面间隔形成一第一电极106及第二电极116；以及
步骤S14，设置一热致发声元件110与所述第一电极106及第二电极116电连接。
在步骤S11中，所述基底100具有一第一表面101以及相对的第二表面103，所述多个凹部102形成于所述基底100的第一表面101，相邻的凹部102之间为一凸部104。所述基底100多个凹部102可通过干法刻蚀或湿法刻蚀的方法形成。本实施例中，所述基底100通过湿法刻蚀的方法形成所述凹部102。具体的，所述基底100的刻蚀方法包括以下步骤：
步骤S111，将一掩模（图未示）设置于所述基底100的第一表面101；
步骤S112，刻蚀所述基底100，形成所述多个凹部102；以及
步骤S113，去除所述掩模。
在步骤S111中，所述掩模具有多个通孔形成一图案化的结构，对应通孔位置处的基底100暴露出来。所述通孔的形状可根据所述凹部102的需要进行选择，如圆形、方形、矩形等等。所述掩模的材料可根据基底100的材料进行选择，本实施例中，所述掩模的材料可为二氧化硅，所述通孔的形状为矩形，所述矩形的宽度为大于等于0.2毫米小于1毫米，相邻通孔之间的间距为20微米至200微米，从而保证后续在基底100表面通过丝网印刷形成电极的过程中的精确度，所述矩形的长度可与所述基底100的边长相等。
在步骤S112中，所述刻蚀溶液可为一碱性溶液，本实施例中所述刻蚀溶液为浓度为30%的氢氧化钾溶液，温度为80°C。由于所述掩模中所述通孔为横截面为矩形的通孔，所述掩模中多个通孔沿同一方向延伸，因此，所述凹部102也为沿同一方向延伸的凹槽结构，且所述凹槽的最大宽度大于等于0.2毫米小于1毫米，相邻凹槽之间的距离为20微米至200微米，进而有利于后续在相邻凹槽之间制备电极。并且，由于所述基底100的材料为单晶硅，因此在采用湿法刻蚀的过程中，所述形成的凹部102的形状与所述单晶硅的晶面及晶向有关。具体的，所述刻蚀溶液沿着平行于所述单晶硅的晶向的方向对所述基底100进行刻蚀，从而形成的凹部102的横截面为一倒梯形结构，即所述凹部102的侧壁并非垂直于所述基底100的表面，而是形成一定的夹角α。所述夹角α的大小等于所述单晶硅的晶面角。本实施例中，所述夹角α为54.7度。
在步骤S113中，所述掩模可通过溶液腐蚀的方式去除，所述溶液仅可溶解所述掩模，而对所述基底100基本不影响，从而保证所述凹部102的形状的完整性。本实施例中，所述掩模为二氧化硅，可通过采用氢氟酸（HF4）腐蚀的方法去除。
在步骤S12中，所述绝缘层120为同一绝缘材料沉积形成的一单层结构。所述绝缘层120可通过物理气相沉积法或化学气相沉积法的方法制备。所述绝缘层120的厚度可根据实际需要进行选择，只要保证所述绝缘层120的厚度不影响所述凹部102的形状及分布即可。所述绝缘层120可仅沉积于所述凸部104的顶面，即所述绝缘层120为一非连续的层状结构；也可覆盖所述整个表面，即对应凸部104顶面位置处的绝缘层120沉积于所述凸部104的顶面，对应所述凹部102位置处的绝缘层120，沉积于所述凹部102的底面及侧面，即所述绝缘层120为一连续的层状结构。本实施例中，所述绝缘层120为一连续的单层结构，且覆盖所述设置有凸部104的整个基底100的表面。在沉积绝缘层120的过程中，所述绝缘层120的起伏趋势保持与所述形成有凸部104及凹部102的起伏趋势相同。
在步骤S13中，所述第一电极106及第二电极116分别设置于所述基底100相对两边的凸部104的顶面。具体的，所述第一电极106及第二电极116分别贴附于所述凸部104的顶面，其延伸方向均平行于所述凸部104的延伸方向。所述第一电极106及第二电极116的材料可选择为金属、导电聚合物、导电胶、金属性碳纳米管或铟锡氧化物（ITO）等，可通过丝网印刷等方式形成。本实施例中，所述第一电极106及第二电极116通过丝网印刷的方式形成在所述凸部104的顶面。
在步骤S14中，所述热致发声元件110设置于所述基底100刻蚀有凹部102的表面，并与所述第一电极106及第二电极116电连接。具体的，所述热致发声元件110包括一第一区域112以及一第二区域114，对应第一区域112的热致发声元件110悬空设置于所述凹部102上，对应第二区域114的热致发声元件110设置于所述凸部104的顶面。在所述第一电极106和第二电极116位置，所述热致发声元件110贴附于所述第一电极106及第二电极116的表面，并与之电连接。所述热致发声元件110包括一碳纳米管结构，所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜或碳纳米管线或其组合。本实施例中，所述热致发声元件110通过以下方法设置在所述基底100的表面：
步骤S141，提供一碳纳米管膜；
步骤S142，将所述碳纳米管膜设置于所述基底100设置有绝缘层120的表面，对应凹部102位置处的碳纳米管膜悬空设置，对应凸部104位置处的碳纳米管膜贴附于所述绝缘层120的表面。
在步骤S141中，所述碳纳米管膜为从一碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管拉膜。所述碳纳米管拉膜具有极大的比表面积，因此具有很强的吸附力，因此所述碳纳米管膜可直接拉出后贴附于所述基底100的表面。
在步骤S142中，对应凹部102位置处的碳纳米管膜悬空设置，而对应凸部104位置处的碳纳米管膜直接贴附于所述间隔设置的凸部104绝缘层的表面，对应第一电极106及第二电极116位置处的碳纳米管膜直接贴附于所述第一电极106及第二电极116的表面。所述碳纳米管膜设置时，使所述碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向与所述凹部102的延伸方向形成一定夹角。本实施例中，该夹角为90度。使得所述碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向为从第一电极106向第二电极116延伸。
进一步的，在设置所述热致发声元件110之后，可进一步包括一在所述位于凸部104顶面的热致发声元件110表面设置一固定元件（图未示）的步骤。所述固定元件可通过丝网印刷或涂覆的形式形成，所述固定元件可进一步固定所述热致发声元件110。本实施例中，所述固定元件由金属丝构成，该金属丝可直接压紧该热致发声元件110并固定于基底100上。
进一步的，所述第一电极106及第二电极116也可形成与所述热致发声元件110的表面。即首先将所述热致发声元件110设置于所述基底100的第一表面101，其次，在所述热致发声元件110的第二区域114的位置间隔设置一第一电极106及第二电极116。所述第一电极106及第二电极116的制备方法不限，只要保证所述热致发声元件110的完整性即可。所述第一电极106及第二电极116可通过丝网印刷的方法形成在所述热致发声元件110的表面。所述第一电极106及第二电极116分别设置在所述热致发声元件110的第二区域114表面，所述第一电极106及第二电极116的延伸方向平行于所述凹部102的延伸方向，所述碳纳米管膜中的碳纳米管沿从第一电极106到第二电极116的方向延伸。所述第一电极106及第二电极116同时起到固定所述热致发声元件110的作用，使所述热致发声元件110紧密的固定于基底100。
请参阅图5，本发明第二实施例提供一种热致发声装置20，包括一基底100、一热致发声元件110、一绝缘层120、一第一电极106以及一第二电极116。该第一电极106及第二电极116相互间隔设置并与该热致发声元件110电连接。本发明第二实施例提供的热致发声装置20与第一实施例中所述热致发声装置10的结构基本相同，其不同在于，所述热致发声元件110包括多个平行且间隔设置的碳纳米管线。
所述多个碳纳米管线相互平行且间隔设置形成的一层状碳纳米管结构，所述碳纳米管线的延伸方向与所述凹部102的延伸方向交叉形成一定角度，且碳纳米管线中碳纳米管的延伸方向平行于所述碳纳米管线的延伸方向，所述层状碳纳米管结构在所述凹槽位置包括多个相互平行且间隔设置的碳纳米管线，且所述碳纳米管线对应凹部102位置部分悬空设置。优选的，所述碳纳米管线的延伸方向与所述凹部102的延伸方向垂直。相邻两个碳纳米管线之间的距离为1微米~200微米，优选地，为50微米~150微米。本实施例中，所述碳纳米管线之间的距离为120微米，所述碳纳米管线的直径为1微米。所述碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。所述非扭转的碳纳米管线与扭转的碳纳米管线均为自支撑结构。具体地，请参阅图6，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿平行于该非扭转的碳纳米管线长度方向延伸的碳纳米管。具体地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。非扭转的碳纳米管线为将上述碳纳米管膜通过有机溶剂处理得到。具体地，将有机溶剂浸润所述碳纳米管膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。通过有机溶剂处理的非扭转的碳纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管膜相比，比表面积减小，粘性降低。并且经过收缩以后，首先，所述碳纳米管线具有更高的机械强度，降低因外力作用而导致碳纳米管线受损的几率；其次，所述碳纳米管线牢固的贴附在所述基板100表面，并且悬空部分始终保持绷紧的状态，从而能够保证在工作过程中，碳纳米管线不发生变形，防止因为变形而导致的发声失真、器件失效等问题。
所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将上述碳纳米管膜沿碳纳米管延伸方向的两端依照相反方向扭转获得。请参阅图7，该扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋延伸的碳纳米管。具体地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度增大。
所述碳纳米管线及其制备方法请参见申请人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C号中国公告专利“一种碳纳米管绳及其制造方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司，以及于2005年12月16日申请的，于2009年6月17日公告的第CN100500556C号中国公告专利“碳纳米管丝及其制作方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。
本发明第二实施例进一步提供一种所述热致发声装置20的制备方法，主要包括以下步骤：
步骤S21，提供一基底100，所述基底100具有多个间隔设置的凹部102，形成一图案化的表面；
步骤S22，在所述基底100图案化的表面形成一绝缘层120；
步骤S23，在所述绝缘层120表面间隔形成一第一电极106及第二电极116；以及
步骤S24，设置一碳纳米管膜与所述第一电极106及第二电极116电连接。
步骤S25，处理所述碳纳米管膜，形成多个平行且间隔设置的碳纳米管线。
所述热致发声装置20的制备方法与所述热致发声装置10的制备方法基本相同，其不同在于，进一步包括一将所述碳纳米管膜进行处理，形成多个平行且间隔设置的碳纳米管线的步骤。
具体的，在步骤S25中，在碳纳米管膜设置于所述基底100表面之后，所述碳纳米管膜进行处理主要包括以下步骤：
首先，利用激光切割所述碳纳米管膜，形成多个间隔的碳纳米管带；
所述激光切割可利用一激光装置（图未示）发射一脉冲激光，该激光的功率不限，可为1瓦至100瓦。该激光具有较好的定向性，因此在碳纳米管膜表面可形成一光斑。该激光在碳纳米管膜表面具有的功率密度可大于0.053×1012瓦特/平方米。本实施例中，该激光装置为一个二氧化碳激光器，该激光器的额定功率为12瓦特。可以理解，该激光装置也可以选择为能够发射连续激光的激光器。所述激光形成的光斑基本为圆形，直径为1微米~5毫米。可以理解，该光斑可为将激光聚焦后形成或由激光直接照射在碳纳米管膜表面形成。优选的，聚焦形成的光斑具有较小的直径，如5微米。所述较小直径的光斑可以在碳纳米管膜表面形成较细的切痕，从而减少被烧蚀掉的碳纳米管。
所述激光沿基本垂直于所述基底100的方向扫描切割所述碳纳米管膜，并且所述激光的切割方向平行于碳纳米管膜中所述碳纳米管的择优取向延伸的方向。定义所述碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向为x，则所述激光相对于所述x方向平行移动照射所述碳纳米管膜。在所述激光切割的过程中，将连续的碳纳米管膜切断成多个宽度相同的碳纳米管带，所述宽度可根据实际发声需要如高频、低频、中频等进行选择。所述每一碳纳米管带中包括多个碳纳米管彼此基本平行排列。
其次，用有机溶剂处理所述碳纳米管带，使所述碳纳米管带收缩形成碳纳米管线。
所述碳纳米管带的处理可通过试管将有机溶剂滴落在碳纳米管带表面从而浸润整个碳纳米管带。也可以将上述碳纳米管带连同基底100等一起浸入盛有有机溶剂的容器中浸润。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中优选采用乙醇。该有机溶剂挥发后，在挥发性有机溶剂的表面张力的作用下，碳纳米管带收缩形成所述多个碳纳米管线。所述碳纳米管线包括多个沿碳纳米管线轴向延伸且首尾相连的碳纳米管，碳纳米管线的两端分别与第一电极106和第二电极116电连接。本实施例中，所述收缩形成的碳纳米管线的直径为0.5微米-3微米。
如图8所示，所述碳纳米管带经过有机溶剂处理之后，所述碳纳米管带收缩形成多个间隔设置的碳纳米管线，每一碳纳米管线的两端分别连接第一电极106以及第二电极116，从而可以减小所述热致发声元件110的驱动电压，增强热致发声元件110的稳定性（图中深色部分为基底，白色部分为电极）。可以理解，所述碳纳米管带的处理仅仅为一可选的步骤。在有机溶剂处理所述碳纳米管带的过程中，位于凸部104位置处的碳纳米管由于牢固的固定于所述绝缘层120表面，因此基本不发生收缩，从而保证所述碳纳米管线能够与所述第一电极106以及第二电极116保持良好的电连接并牢固的固定。所述碳纳米管带的宽度可为10微米至50微米，从而保证所述碳纳米管带能够完整的收缩形成碳纳米管线，一方面防止碳纳米管带过宽时在后续收缩的过程中碳纳米管带中再次出现裂缝，影响后续的热致发声效果；另一方面防止碳纳米管带过窄时收缩过程中出现断裂或形成的碳纳米管线过细影响热致发声元件的使用寿命，并且过窄的碳纳米管带也增加了工艺难度。收缩后形成的碳纳米管线的直径为0.5微米至3微米。本实施例中，所述碳纳米管带的宽度为30微米，收缩后形成的碳纳米管线的直径为1微米，相邻碳纳米管线之间的距离为120微米。可以理解，所述碳纳米管带的宽度并不限于以上所举，在保证形成的碳纳米管线能够正常热致发声的情况下，可以根据实际需要进行选择。
请参阅图9，本发明第三实施例提供一种热致发声装置30，其包括一基底100、一热致发声元件110、一绝缘层120、一第一电极106以及一第二电极116。该第一电极106及第二电极116间隔设置并与该热致发声元件110电连接。该基底100包括一第一表面101以及与该第一表面101相对的第二表面103。所述第一表面101具有多个凸部104，相邻的凸部104之间形成一凹部102，所述绝缘层120设置于所述基底100的第一表面101，该热致发声元件110设置于所述第一表面101并通过绝缘层120与所述基底100绝缘设置。所述热致发声元件110具有一第一区域112及一第二区域114，所述第一区域112的热致发声元件110悬空设置于所述凹部102，并与所述凹部102的底面间隔设置。所述第二区域114的热致发声元件110设置于所述凸部104的顶面，并通过绝缘层120与所述凸部104绝缘设置。
本发明第二实施例提供的热致发声装置30与第一实施例中所述热致发声装置20的结构基本相同，其不同在于，所述热致发声装置30中，所述绝缘层120包括多层结构。所述多层结构的绝缘层120中，所述绝缘层120可仅设置于所述凸部104的表面；也可贴附于所述基底100的第一表面101；也可某一单层只贴附于凸部104的表面，而其他层则贴附于所述基底100的整个第一表面101。本实施例中，所述绝缘层120包括一第一绝缘层122，第二绝缘层124以及第三绝缘层126。所述第一绝缘层122及第二绝缘层124为一不连续的结构，且依次层叠贴附于所述凸部104的顶面；所述第三绝缘层126为一连续的层状结构，贴附于所述第二绝缘层124的表面以及所述凹部102的底面及侧面。所述第一绝缘层122的材料为二氧化硅，所述第二绝缘层124的材料为氮化硅，所述第三绝缘层126的材料为二氧化硅。
所述绝缘层120由多层绝缘材料组成的多层结构时，每一层的绝缘材料可相同或不同。所述每一层的绝缘材料的厚度可为10纳米～1微米，可根据具体元件的需要选择。本实施例中，所述绝缘层120由三层材料组成，所述第一绝缘层122的材料为二氧化硅，厚度为100纳米；所述第二绝缘层124的材料为氮化硅，厚度为90纳米；所述第三绝缘层126的材料为二氧化硅，厚度为1微米。所述多层设置的绝缘层120可充分的保证所述热致发声元件110与所述基底100的电绝缘，并且可减少或避免所述硅基底100在制备过程中被氧化的现象。
请一并参阅图10，本发明进一步提供一种所述热致发声装置30的制备方法，主要包括以下步骤：
步骤S31，提供一基底100，所述基底100的一表面依次形成有一第一绝缘层122及一第二绝缘层124；
步骤S32，刻蚀所述第一绝缘层122及第二绝缘层124，暴露出所述基底100的部分表面；
步骤S33，刻蚀所述基底100暴露的表面，形成多个凹部102以及多个凸部104，形成一图案化的表面；
步骤S34，形成一第三绝缘层126覆盖所述形成有多个凹部102及凸部104的表面；
步骤S35，在所述基底100相对两边位置处的凸部104的顶面分别设置一第一电极106及第二电极116；以及
步骤S36，设置一热致发声元件110与所述第一电极106及第二电极116电连接。
本发明提供的所述热致发声装置30的制备方法与所述热致发声装置20的制备方法基本相同，其不同在于，在所述基底100的表面形成一多层结构的绝缘层120。
在步骤S31中，所述第一绝缘层122及第二绝缘层可通过化学气相沉积法制备依次形成于所述基底100的表面，且所述第一绝缘层122用做沉积第二绝缘层124的缓冲层，从而能够提高所述第二绝缘层124的质量，减少缺陷的产生，提高所述热致发声装置30的发声质量。
在步骤S32中，所述第一绝缘层122以及第二绝缘层124可通过掩模刻蚀的方法刻蚀。所述掩模具有多个通孔，本实施例中，所述通孔的形状为矩形。因此在刻蚀所述第一绝缘层122及第二绝缘层124的过程中，形成多个沿同一方向延伸的矩形凹槽，所述凹槽的横截面为矩形，暴露出所述基底100的部分表面。
在步骤S33中，在刻蚀所述基底100的过程中，由于所述基底100的材料为单晶硅，因此形成所述凹部102的横截面为倒梯形结构。在刻蚀所述基底100的过程中，所述第一绝缘层122以及第二绝缘层124基本不受影响。所述第一绝缘层122及所述第二绝缘层124层叠设置于所述凸部104的顶面。
在步骤S34中，所述第三绝缘层126为一连续的单层结构，连续覆盖所述多个凹部102及多个凸部104，所述第三绝缘层126贴附于所述图案化的表面，其起伏趋势与所述多个凹部102及多个凸部104的起伏趋势相同。即对应凸部104位置处的所述第三绝缘层126贴附于所述凸部104顶面的第二绝缘层124表面，对应凹部102位置处的第三绝缘层126直接贴附于所述凹部102的底面及侧面。通过设置多层绝缘层，可充分的保证所述热致发声元件与所述基底的电绝缘，减少短路现象的发生，减少所述硅片被氧化而影响发声效果，并且更加适应于工业化及产业化的需求。
请参阅图11、图12及图13，本发明第四实施例提供一种热致发声装置40，其包括一基底100、一热致发声元件110、一绝缘层120以及多个第一电极106及多个第二电极116。该基底100具有相对的第一表面101及第二表面103，所述第一表面101具有多个凹部102间隔设置，相邻凹部102之间形成一凸部104，所述绝缘层120至少设置于所述凸部104的顶面。所述该热致发声元件110设置于该基底100具有凹部102的第一表面101，所述热致发声元件110包括一第一区域112以及一第二区域114，所述第一区域112的热致发声元件110悬空设置于所述凹部102，所述第二区域114的热致发声元件110贴附于所述凹部102的顶面。该多个第一电极106及多个第二电极116间隔于该热致发声元件110与凸部104顶面的绝缘层120之间。
该第四实施例的热致发声装置40与第二实施例的热致发声装置20结构基本相同，其区别在于，该热致发声装置40包括多个第一电极106及多个第二电极116，该多个第一电极106及多个第二电极116交替间隔设置且分别设置于多个所述凸部104顶面的绝缘层120表面。该多个第一电极106及多个第二电极116的高度不限，优选地，该多个第一电极106及多个第二电极116的高度为1微米-200微米。
进一步地，该多个第一电极106与该多个第二电极116交替设置，且相邻的第一电极106与第二电极116之间间隔设置。具体地，所述多个第一电极106通过一第一连接部1061电连接，构成一第一梳状电极；所述多个第二电极116通过一第二连接部1161电连接，构成一第二梳状电极。所述第一梳状电极与所述第二梳状电极相互交错且相对设置，使多个第一电极106与多个第二电极116相互平行且交替间隔设置。所述第一连接部1061及第二连接部1161可分别设置于所述基底100第一表面101相对的两边缘，所述第一连接部1061及第二连接部1161仅起到电连接的作用，其设置位置不影响所述热致发声元件110的热致发声。
如图14与图15所示，所述热致发声装置20在凹部102选择不同深度时的发声效果图。所述凹部102的深度优选为100微米～200微米，从而使得所述热致发声装置20在人耳可听到的发生频率频段内，使所述热致发声装置20具有优良的热波波长，在小尺寸的情况下依然具有良好的发声效果。进一步，基底100在起到保护热致发声元件110的同时，又能确保所述热致发声元件110与所述基底100之间形成足够的间距，防止工作时产生的热量直接被基底100吸收而无法完全实现与周围介质热交换造成音量降低，并保证所述热致发声元件110在发声频段均具有良好的响应。同时，所述深度也可保证所述热致发声元件110具有更好的发声效果，避免由于凹部深度过深时产生声音干涉现象，保证发声音质。
此种连接方式使相邻的每一组第一电极106与第二电极116之间形成一热致发声单元，所述热致发声元件110形成多个相互并联的热致发声单元，从而使驱动该热致发声元件110发声所需的电压降低。
请参阅图16，本发明进一步提供一种所述热致发声装置40的制备方法，主要包括：
步骤S41，提供一基板1001，所述基板1001包括第一表面101，在所述基底的第一表面101定义多个单元格子；
步骤S42，在所述基板1001的第一表面101每一单元格子内形成多个平行且间隔设置的凹部102；
步骤S43，在所述基板1001的第一表面每一单元格子内形成相互间隔的至少一第一电极106及至少一第二电极116，所述第一电极106与第二电极116之间具有至少一凹槽；
步骤S44，在所述基底的第一表面101贴附一热致发声元件110，并使所述热致发声元件110覆盖每一单元格子，且与所述第一电极106及第二电极116电连接，所述热致发声元件110在所述多个凹部102位置悬空；
步骤S45，按照所述多个单元格子分割所述热致发声元件110，使相邻单元格子的热致发声元件110之间电绝缘，形成一热致发声装置阵列401；以及
步骤S46，分割所述基板1001，形成多个热致发声装置40。
所述热致发声装置40的制备方法与热致发声装置20的制备方法基本相同，其不同在于，首先在基板1001上形成多个单元格子，然后再切割所述基板1001，从而形成多个热致发声装置40。
在步骤S41中，所述基板1001的第一表面101多个单元格子相互独立。所述将基板1001的第一表面101定义多个单元格子的方法不限。本实施例中，通过在基板1001的第一表面101形成多个切割线107而将所述第一表面101预分割形成多个单元格子。所述形成切割线107的方法不限, 可通过机械法或化学法，如切削、打磨、化学刻蚀、腐蚀等方法在所述基板1001的第一表面101形成多个切割线107。本实施例中，所述基板1001通过湿法刻蚀的方法形成所述切割线107。所述切割线107的设置位置可以根据实际需要进行选择，如需要形成的热致发声装置40的形状等。本实施例中，相邻的切割线107将所述基板1001分割成多个矩形单元。
在步骤S45中，所述热致发声元件110的切割方向基本沿所述切割线107的延伸方向，从而使得形成的热致发声装置40中，每一单元格子均形成一热致发声单元。可以理解，所述热致发声元件110也可以其他方式进行切割，只要保证形成的热致发声装置40中，每一单元格子均可形成一热致发声单元即可。
在步骤S46中，所述基板1001沿所述切割线107切断，从而使所述基板1001分割形成多个热致发声装置40。所述切割方式不限，可与形成所述切割线107的方法相同。
可以理解，步骤S41和S42可以一步完成，即，通过一个掩模而在所述基板1001的第一表面101一次形成多个切割线107和多个凹部102。
本发明所述热致发声装置40的制备方法具有以下优点：由于所述基板1001的第一表面101定义多个单元格子，在该多个单元格子一次形成多个第一电极106和多个第二电极116，该热致发声元件110一次铺设之后再按照单元格子进行分割，可方便的在同一基板1001表面一次形成多个热致发声单元，切割后可一次形成多个热致发声装置40，因此所述制备方法可实现热致发声装置40的产业化。
请参阅图17，本发明第五实施例提供一种热致发声装置50，其包括一基底100、一热致发声元件110、一绝缘层120、一第一电极106以及一第二电极116。该第一电极106及第二电极116间隔设置并与该热致发声元件110电连接。该基底100包括一第一表面101以及与该第一表面101相对的第二表面103。所述第一表面101及所述第二表面103均具有多个凸部104，且相邻的凸部104之间形成一凹部102，所述绝缘层120设置于所述基底100的第一表面101及第二表面103，该热致发声元件110分别设置于所述第一表面101及所述第二表面103，并通过绝缘层120与所述基底100绝缘设置。每一表面的所述热致发声元件110均具有一第一区域112及一第二区域114，且所述第一区域112的热致发声元件110悬空设置于所述凹部102，并与所述凹部102的底面间隔设置，所述第二区域114的热致发声元件110设置于所述凸部104的顶面，并通过绝缘层120与所述凸部104绝缘设置。
本发明第五实施例提供的热致发声装置50与第四实施例中所述热致发声装置40结构基本相同，其不同在于，所述基底100的相对两个表面分别具有多个凹部102及凸部104，且均设置有热致发声元件110。具体的，所述基底100的第一表面101的凹部102可与所述第二表面103的凹部102对应设置，即第一表面101的凹部102与第二表面103的凹部102在垂直于所述基底100表面的方向上一一对准。所述基底100的第一表面101的凹部102可与所述第二表面103的凹部102交错设置，即第一表面101的凹部102与第二表面103的凸部104在垂直于所述基底100表面的方向上一一对准；所述第一表面101的凹部102可与第二表面103的凹部102交叉设置，即第一表面101的凹部102可与第二表面103的凹部102的延伸方向形成一定角度。
所述基底100两表面的热致发声元件110可同时驱动进行工作，进而提高发声效率及音量；也可单独驱动，分别工作，并且可通过外接IC电路的控制，分别输入不同的驱动信号，产生不同的声音并合成输出。当所述某一表面的热致发声元件110由于损坏而无法工作时，所述另一表面的热致发声元件110依然可以稳定工作，进而提高了所述热致发声装置50的使用寿命。
所述热致发声装置50的制备方法主要包括以下步骤：
步骤S51，提供一基底100，所述基底100具有一第一表面以及与第一表面相对的第二表面；
步骤S52，图案化处理所述基底100的第一表面，形成多个相互平行且间隔的凹槽；
步骤S53，图案化处理所述基底100的第二表面，形成多个相互平行且间隔的凹槽；
步骤S54，在所述基底100图案化的第一表面及第二表面分别设置一绝缘层120；
步骤S55，在所述基底100第一表面相邻凹槽之间的绝缘层120表面间隔设置一第一电极106及第二电极116；
步骤S56，在所述基底100第二表面相邻凹槽之间的绝缘层120表面间隔设置一第一电极106及第二电极116；
步骤S57，在所述基底100图案化的第一表面设置一层状碳纳米管结构与所述第一表面的第一电极106及第二电极116电连接，对应凹槽位置处的层状碳纳米管结构悬空设置；以及
步骤S58，在所述基底100图案化的第二表面设置一层状碳纳米管结构与所述第二表面的第一电极106及第二电极116电连接，对应凹槽位置处的层状碳纳米管结构悬空设置。
可以理解，所述热致发声装置50的制备方法仅为一具体的实施例，可根据实际需要及实验条件适当的调整各步骤之间的先后顺序。
请参阅图18，本发明第六实施例提供一种热致发声装置60，其包括一基底100、一热致发声元件110、一绝缘层120、一第一电极106以及一第二电极116。该第一电极106及第二电极116间隔设置并与该热致发声元件110电连接。该基底100包括一第一表面101以及与该第一表面101相对的第二表面103。所述第一表面101具有多个凸部104，相邻的凸部104之间形成一凹部102，所述绝缘层120设置于所述基底100的第一表面101，该热致发声元件110设置于所述第一表面101并通过绝缘层120与所述基底100绝缘设置。所述热致发声元件110具有一第一区域112及一第二区域114，所述第一区域112的热致发声元件110悬空设置于所述凹部102，并与所述凹部102的底面间隔设置。所述第二区域114的热致发声元件110设置于所述凸部104的顶面，并通过绝缘层120与所述凸部104绝缘设置。所述第二表面103具有至少一凹槽105，一集成电路芯片140嵌入所述凹槽105内。
本发明第五实施例提供的热致发声装置60与第一实施例中所述热致发声装置10结构基本相同，其不同在于，所述基底100的第二表面103进一步集成有一集成电路芯片140。
所述基底100的第二表面103具有一凹槽105，所述集成电路芯片140嵌入所述凹槽105中。由于所述基底100的材料为硅，因此所述集成电路芯片140可直接形成于所述基底100中，即所述集成电路芯片140中的电路、微电子元件等直接集成于基底100的第二表面103，所述基底100作为电子线路及微电子元件的载体，所述集成电路芯片140与所述基底100为一体结构。进一步的，所述集成电路芯片140进一步包括一第三电极142及一第四电极144分别与所述第一电极106及第二电极116电连接，向所述热致发声元件110输出音频信号。所述第三电极142及所述第四电极144可位于所述基底100的内部且与基底100电绝缘，并穿过所述基底100的厚度方向，与所述第一电极106及第二电极116电连接。本实施例中，所述第三电极142以及第四电极144表面包覆有绝缘层实现与基底100的电绝缘。可以理解，当所述基底100的面积足够大时，所述集成电路芯片140也可设置于所述基底100的第一表面101，从而省略在基底100中设置连接线的步骤。具体的，所述集成电路芯片140可设置于所述第一表面101的一侧，且不影响所述发声元件的正常工作。所述集成电路芯片140主要包括一音频处理模块以及电流处理模块。在工作过程中，所述集成电路芯片140将输入的音频信号及电流信号处理后，驱动所述热致发声元件110。所述音频处理模块对音频电信号具有功率放大作用，用于将输入的音频电信号放大后输入至该热致发声元件110。所述电流处理模块用于对从电源接口输入的直流电流进行偏置，从而解决音频电信号的倍频问题，为所述热致发声元件110提供稳定的输入电流，以驱动所述热致发声元件110正常工作。
由于所述热致发声装置60的基底材料为硅，因此，所述集成电路芯片140可直接集成于所述基底中，从而能够最大限度的减少单独设置集成电路芯片而占用的空间，减小热致发声装置60的体积，利于小型化及集成化。并且，所述基底100具有良好的散热性，从而能够将集成电路芯片140以及热致发声元件110产生的热量及时传导到外界，减少因热量的聚集造成的声音失真。
所述热致发声装置60的制备方法主要包括以下步骤：
步骤S61，提供一基底100，所述基底100具有相对的第一表面101以及第二表面103，所述第一表面101具有一绝缘层120；
步骤S62，在所述基底100的第一表面101形成多个凹部102，相邻的凹部102之间具有一凸部104；
步骤S63，在所述基底100的第一表面101形成一绝缘层120；
步骤S64，在所述间隔设置的凸部104位置处的绝缘层120表面设置一第一电极106及第二电极116；
步骤S65，设置一热致发声元件110与所述第一电极106及第二电极116电连接；以及
步骤S66，在所述基底100的第二表面103设置一集成电路芯片140与所述热致发声元件110电连接。
本发明第五实施例提供的热致发声装置60的制备方法与所述热致发声装置10的制备方法基本相同，其不同在于，进一步包括一在所述基底100的第二表面103设置一集成电路芯片140的步骤。
在步骤S66中，所述集成电路芯片140嵌入所述基底100的第二表面103，具体的，可在所述基底100的第二表面103制备一凹槽105，然后将一封装好的集成电路芯片140直接设置于所述凹槽105中。
进一步的，由于所述基底100的材料为硅，因此所述集成电路芯片140可直接集成于所述基底100的第二表面103并封装，所述集成电路芯片140可通过常用的微电子工艺如外延工艺、扩散工艺、离子注入技术、氧化工艺、光刻工艺、刻蚀技术、薄膜淀积等进行制备，因此可方便的将所述集成电路芯片140直接集成于所述基底100中，工艺简单、成本低，有利于所述热致发声装置60的集成化。本实施例中，所述集成电路芯片140可通过设置一第三电极142及第四电极144与所述热致发声元件110电连接。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (18)

1.一种热致发声装置，包括：
一基底，具有一第一表面以及相对的第二表面；
一热致发声元件，设置于所述基底的第一表面并与所述基底绝缘设置；以及
一第一电极和一第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接；
其特征在于，所述基底为一硅基底，所述硅基底的第一表面形成有多个相互平行且间隔设置的凹槽，所述凹槽的深度为100微米至200微米，所述热致发声元件包括一层状碳纳米管结构，该层状碳纳米管结构在所述凹槽处悬空设置。
2.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述基底的面积为25平方毫米至100平方毫米。
3.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述凹槽的宽度大于等于0.2毫米且小于1毫米。
4.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述层状碳纳米管结构由多个碳纳米管组成，该多个碳纳米管沿同一方向延伸，且所述多个碳纳米管的延伸方向与所述凹槽的延伸方向形成一夹角，该夹角大于0度小于等于90度。
5.如权利要求4所述的热致发声装置，其特征在于，所述层状碳纳米管结构包括一碳纳米管膜，所述碳纳米管膜由多个沿同一方向择优取向延伸的碳纳米管组成，该多个碳纳米管平行于所述基底的第一表面。
6.如权利要求4所述的热致发声装置，其特征在于，所述层状碳纳米管结构在所述凹槽位置包括多个相互平行且间隔设置的碳纳米管线。
7.如权利要求4所述的热致发声装置，其特征在于，所述层状碳纳米管结构包括多个平行且间隔设置的碳纳米管线，所述多个碳纳米管线的延伸方向与所述凹槽的延伸方向形成一夹角，该夹角大于0度小于等于90度，所述碳纳米管线包括多个碳纳米管沿该碳纳米管线的长度方向平行排列或沿该碳纳米管线的长度方向呈螺旋状排列。
8.如权利要求6所述的热致发声装置，其特征在于，相邻碳纳米管线之间的间隔为0.1微米至200微米。
9.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述热致发声元件通过一设置于基底第一表面的绝缘层与所述基底绝缘。
10.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，进一步包括多个第一电极及多个第二电极交替设置于相邻所述凹槽之间的基底表面，所述多个第一电极形成一第一梳状电极，多个第二电极形成一第二梳状电极，所述第一梳状电极和第二梳状电极相互交错的插入设置。
11.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述基底的第二表面进一步包括一集成电路芯片与所述热致发声元件电连接，向所述热致发声元件输入信号。
12.如权利要求11所述的热致发声装置，其特征在于，所述集成电路芯片通过微电子工艺直接制备在该硅基底上。
13.如权利要求12所述的热致发声装置，其特征在于，所述集成电路芯片分别与所述第一电极和第二电极电连接，输出音频电信号给所述热致发声元件。
14.一种热致发声装置，包括：
一基底，具有一第一表面以及相对的第二表面；
一热致发声元件，设置于所述基底的第一表面并与所述基底绝缘设置；以及
一第一电极和一第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接；
其特征在于，所述基底为一硅基底，所述基底的第一表面形成有多个均匀分布且间隔设置的凹部，所述凹部的深度为100微米至200微米，所述热致发声元件包括一层状碳纳米管结构，该层状碳纳米管结构在所述凹部处悬空设置。
15.如权利要求14所述的热致发声装置，其特征在于，所述基底的第二表面进一步设置有与第一表面相同的凹部和热致发声元件。
16.如权利要求14所述的热致发声装置，其特征在于，所述凹部为呈阵列设置的多个凹孔。
17.一种热致发声装置，包括：
一基底，具有一第一表面以及相对的第二表面；
一热致发声元件，设置于所述基底的第一表面并与所述基底绝缘设置；以及
一第一电极和一第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接；
其特征在于，所述基底为一硅基底，所述基底的第一表面形成有多个凹部，所述凹部的深度为100微米至200微米，一第一绝缘层及一第二绝缘层依次层叠设置于所述凹部之间基底的第一表面，并使所述多个凹部暴露，一第三绝缘层连续地设置并覆盖所述层叠设置的第一绝缘层及第二绝缘层以及所述凹部的侧面和底面，所述热致发声元件设置在所述第三绝缘层的表面，且相对于所述凹部位置处的部分悬空设置。
18.如权利要求17所述的热致发声装置，其特征在于，所述第一绝缘层的材料为二氧化硅，所述第二绝缘层的材料为氮化硅，所述第三绝缘层的材料为二氧化硅。
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