CN105722002A - 扩音器及制造扩音器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了扩音器及制造扩音器的方法。扩音器包括具有穿透孔的基板、布置在基板上的覆盖穿透孔的振动膜、以及布置在振动膜上的第一电极。第一电极包括彼此分离的第一部分和第二部分。此外，扩音器包括布置在第一电极的第二部分上的压电层、布置在压电层上的第二电极、以及固定电极。此外，第一电极的第一部分布置在振动膜的大致中心部分，并且第一电极的第二部分布置在振动膜的边缘部分。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年9月23日提交的韩国专利申请第10-2014-0126786号的优先权及权益，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及扩音器(microphone)及其制造方法。
背景技术
目前，使用微电子机械系统(MEMS)技术以日益减小的尺寸来制造将声波转换成电信号的扩音器。MEMS扩音器比驻极体电容扩音器(ECM)更耐湿和耐热，这允许其与信号处理电路集成。
通常，MEMS扩音器被分成电容式和压电式。电容式的MEMS扩音器包括固定电极和振动膜，所以当声压从外部施加于振动膜时，固定电极与振动膜之间的间隔改变的同时电容值也改变。使用产生的电信号来测量声压。压电式的MEMS扩音器包括振动膜。此外，当通过来自外部的声压改变振动膜时，通过压电效应产生电信号来测量声压。
本部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景技术的理解，并且因此它可能包括未形成在该国家为本领域普通技术人员所已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种可以改善扩音器的灵敏度的扩音器及其制造方法。根据本发明示例性实施方式，扩音器可以包括：基板，该基板可包含穿透孔；振动膜，布置在基板上以覆盖穿透孔；第一电极，布置在振动膜上、包括彼此分离的第一部分和第二部分；压电层，布置在第一电极的第二部分上并由压电材料制成；第二电极，布置在压电层上；以及固定电极，与第一电极和第二电极分离、布置在第一电极和第二电极的顶部且包括多个空气入口，其中，第一电极的第一部分布置在振动膜的大致中心部分，并且第一电极的第二部分布置在振动膜的边缘部分。
压电层可以接触(例如，邻接)第一电极的第二部分和第二电极。第一电极的第二部分可围绕第一电极的第一部分。基板可以是硅并且振动膜可以是多晶硅或氮化硅。根据本发明示例性实施方式的扩音器可以进一步包括布置在振动膜和第一电极上的支撑层，并且该支撑层被配置为支撑固定电极。
根据本发明示例性实施方式的扩音器的制造方法可以包括：在基板上形成振动膜；在振动膜上形成包括彼此分离的第一部分和第二部分的第一电极；在第一电极的第二部分上形成压电层；在压电层上形成第二电极；并且形成固定电极，该固定电极与第一电极和第二电极分离、布置在第一电极和第二电极的顶部且包括多个空气入口，其中，第一电极的第一部分布置在振动膜的大致中心部分，并且第一电极的第二部分可布置在振动膜的边缘部分。
形成固定电极可包括：在第一电极和第二电极上形成牺牲层；在牺牲层上沉淀并图案化金属层；以及移除牺牲层的一部分。根据本发明示例性实施方式的扩音器的制造方法可以进一步包括：蚀刻基板的后表面以形成暴露振动膜的穿透孔。
如上所述，根据本发明的示例性实施方式，通过将压电层布置在振动膜的边缘，使用位于具有最小振动宽度的振动膜的边缘处的压电层也可以感测声音，从而可以提高扩音器的灵敏度。
附图说明
现在将参考其在附图中示出的某些示例性实施方式来详细描述本发明的以上及其他特征，在本文中的附图以下仅通过图示的方式给出，因此，本发明的以上特征及其他特征并不对本发明进行限制，其中：
图1是根据本发明的示例性实施方式的扩音器的示例性截面图；
图2是根据本发明的示例性实施方式的振动膜、第一电极及压电层的示例性俯视图；以及
图3至图7是示出根据本发明的示例性实施方式的扩音器的制造方法的示例性示图。
具体实施方式
应当理解，本文中所使用的术语“车辆(vehicle)”或“车辆的(vehicular)”或其他类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种小船、海船的船只；航天器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、燃油车辆、插电混合动力车辆、氢动力车辆、和其他替代燃料车辆(例如、燃料来源于非石油资源)。
本文所用的措辞仅是为了描述特定实施方式的目的，而并不旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则如本文所用的单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该”也旨在包括复数形式。应进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，是指存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。如本文所用的，术语“和/或”包括一个或多个所关联的列出项目的任何和所有的组合。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施方式。如本领域技术人员意识到的，在完全不背离本发明的精神或范围的前提下，可以各种不同的方式对所描述的示例性实施方式进行修改。相反地，提供本文中所介绍的示例性实施方式以使所公开的内容透彻且完整，并且足以将本发明的实质传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清晰起见而夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。此外，将理解的是，当将层称作为其他层或基板“…之上”时，该层可以直接在其他层或基板之上，或者也可能存在介于其间的其他层。
将参考图1和图2描述根据本发明示例性实施方式的扩音器。图1是根据本发明示例性实施方式的扩音器的示例性截面图。图2是根据本发明示例性实施方式的振动膜、第一电极及压电层的示例性俯视图。参考图1和图2，根据本示例性实施方式的扩音器可包括基板100、振动膜120、第一电极130、以及固定电极170。
基板100可由硅制成并且可形成有穿透孔110。振动膜120可布置在基板100上并且可覆盖穿透孔110。振动膜120可以是由多晶硅或氮化硅(SiNx)制成的单层结构。另外，振动膜不限于此，而是振动膜120可以是多晶硅层和氮化硅层交替沉淀(deposited堆积)的多层结构。振动膜120的一部分可通过在基板100中形成的穿透孔110暴露，并且暴露部分可被配置为基于从外部传输的声音进行振动。
第一电极130可布置在振动膜120上。此外，第一电极130可包括第一部分131以及与第一部分131分离并被配置为围绕第一部分131的第二部分132。换言之，第一电极130的第一部分131可布置在振动膜120的大致中心部分，并且第一电极130的第二部分132可布置在振动膜120的边缘部分。
固定电极170可布置在第一电极130上。具体地，固定电极170可固定在支撑层162上。支撑层162可布置在振动膜120和第一电极130的第二部分132上，并支撑层162可被配置为支撑固定电极170。空气层161可以形成于固定电极170与第一电极130之间，从而以预定距离将固定电极170和第一电极130分离。此外，固定电极170可以包括多个空气入口171。
来自外部的声音可经由空气入口171流入并激励(stimulate)振动膜120引起振动膜120振动。因此，布置在振动膜120上的第一电极130也可被配置为与振动膜120一起振动。具体地，第一电极130与固定电极170之间的距离可以变化，并相应地，第一电极130与固定电极170之间的电容也变化。
可替代地，振动膜120可被配置为在穿透孔110和空气层161处振动并且振动膜120的变化度(changedegree)从大致中心部分走向边缘时逐渐减小。换言之，振动宽度在振动膜120的大致中心部分处可能是显著的(substantial，相当大)，并且振动宽度在振动膜120的边缘部分处可能减小。因此，由于第一电极130的第一部分131与固定电极170之间的间隔变化可能增大，从而可更容易地检测到其间的电容变化。如上所述，变化的电容可经由分别连接到第一电极130的第一部分131的焊盘(未示出)变成信号处理电路(未示出)内的电信号，从而检测来自外部的声音。
根据本发明示例性实施方式的扩音器可以进一步包括布置于第一电极130和固定电极170之间的压电层140和第二电极150。压电层140可布置在第一电极130的第二部分132上，并且第二电极150可布置在压电层140上。压电层140可以接触(例如，邻接)第一电极130的第二部分132和第二电极150。第二电极150和固定电极170可布置为隔离成预定距离。
压电层140可由压电材料制成，诸如，锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BaTiO3)及罗谢尔盐。当通过声音施加声压时，压电层140可被配置为产生压电信号。压电信号可经由分别连接到第一电极130的第二部分132和第二电极150的焊盘(未示出)变成信号处理电路(未示出)内的电信号，从而感测来自外部的声音。
第一电极130的第二部分132与固定电极170之间的间隔变化可能不显著，因而难以检测电容变化。换言之，振动膜120的边缘部分可具有相当小的振动宽度，因而，可能难以检测外部声音。然而，压电层140可布置在振动膜120的边缘，即第一电极130的第二部分132之上，从而可使用振动膜120的边缘部分处的压电层140检测外部声音。
如上所述，由于可以通过使用振动膜120的边缘部分处的压电层140检测外部声音，所以可以增大扩音器的灵敏度。此外，在振动膜120的边缘部分，基于第二电极150与固定电极170之间的间隔变化，可以通过检测电容变化来检测外部声音。
将参考图3至图7描述根据本发明示例性实施方式的扩音器的制造方法。图3至图7是示出根据本发明示例性实施方式的扩音器的制造方法的示例性示图。参考图3，在提供基板100之后，振动膜120可形成在基板100上。具体地，基板100可由硅制成并且振动膜120可以是使用多晶硅或氮化硅(SiNx)的单层结构。此外，振动膜不限于此，而是振动膜120可以是多晶硅层和氮化硅层交替沉淀的多层结构。
参考图4，在振动膜120上形成包括彼此分离的第一部分131和第二部分132的第一电极130之后，压电层140可以形成在第一电极130的第二部分132上，并且然后第二电极150可以形成在压电层140上。第一电极130的第二部分132可被配置为围绕第一部分131。换言之，第一电极130的第一部分131可布置在振动膜120的大致中心部分，并且第一电极130的第二部分132可布置在振动膜120的边缘部分。压电层140可由压电材料，诸如锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BaTiO3)及罗谢尔盐制成。压电层140可接触第一电极130的第二部分132和第二电极150。
参考图5，牺牲层160可形成在振动膜120、第一电极130、以及第二电极150上。牺牲层160可由感光材料形成。感光材料可通过工艺来形成，具有稳定的热和机械结构，且易于移除。通过形成牺牲层160，可改变牺牲层160的形状。此外，牺牲层160不限于此，并且牺牲层160可由氧化硅或氮化硅形成。
参考图6，可以在牺牲层160上形成包括多个空气入口171的固定电极170。在牺牲层160上形成金属层之后，可通过图案化金属层来形成固定电极170。具体地，在金属层上形成光敏层之后，可通过将光敏层图案用作掩模蚀刻金属层来执行金属层的图案化，并且曝光和显影光敏层以形成图案。
参考图7，穿透孔110可形成在基板100中。穿透孔110可被振动膜120覆盖。可通过对基板100的后表面进行干法蚀刻或湿法蚀刻来形成穿透孔110。可执行基板100的后表面的蚀刻直至振动膜120被暴露。
参考图1，可以移除牺牲层160的一部分以形成空气层161和支撑层162。可经由空气入口171通过使用蚀刻剂湿法蚀刻来移除牺牲层160。另外，可经由空气入口171通过诸如O2等离子体灰化的干法蚀刻来移除牺牲层160。通过使用湿法蚀刻或干法蚀刻移除牺牲层160的一部分来形成第一电极130与固定电极170之间的空气层161，并且未移除的牺牲层160可以形成被配置为支撑固定电极170的支撑层162。
尽管已经结合目前视为示例性的实施方式描述了本发明，但应当理解的是，本发明并不局限于所公开的示例性实施方式，而是相反，本发明旨在涵盖包含在权利要求书的实质和范围内的各种变形和等同配置。
符号说明
100：基板
110；穿透孔
120：振动膜
130：第一电极
131：第一部分
132：第二部分
140：压电层
150：第二电极
160：牺牲层
161：空气层
162：支撑层
170：固定电极
171：空气入口
Claims (12)
1.一种扩音器，包括：
基板，包含穿透孔；
振动膜，布置在所述基板上以覆盖所述穿透孔；
第一电极，布置在所述振动膜上，所述第一电极包括：
第一部分；以及
第二部分，与所述第一部分分离；
压电层，布置在所述第一电极的所述第二部分上并由压电材料制成；
第二电极，布置在所述压电层上；以及
固定电极，与所述第一电极和所述第二电极分离、布置在所述第一电极和所述第二电极的顶部、且包括多个空气入口，
其中，所述第一电极的所述第一部分布置在所述振动膜的大致中心部分，并且所述第一电极的所述第二部分布置在所述振动膜的边缘部分。
2.根据权利要求1所述的扩音器，其中，所述压电层接触所述第一电极的所述第二部分和所述第二电极。
3.根据权利要求2所述的扩音器，其中，所述第一电极的所述第二部分围绕所述第一电极的所述第一部分。
4.根据权利要求1所述的扩音器，其中，所述基板由硅形成。
5.根据权利要求4所述的扩音器，其中，所述振动膜由多晶硅或氮化硅形成。
6.根据权利要求1所述的扩音器，进一步包括：
支撑层，布置在所述振动膜和所述第一电极上并被配置为支撑所述固定电极。
7.一种用于制造扩音器的方法，包括：
在基板上形成振动膜；
在所述振动膜上形成包括彼此分离的第一部分和第二部分的第一电极；
在所述第一电极的所述第二部分上形成压电层；
在所述压电层上形成第二电极；并且
形成与所述第一电极和所述第二电极分离、布置在所述第一电极和所述第二电极的顶部且包括多个空气入口的固定电极，
其中，所述第一电极的所述第一部分布置在所述振动膜的大致中心部分，并且所述第一电极的所述第二部分布置在所述振动膜的边缘部分。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，形成所述固定电极包括：
在所述第一电极和所述第二电极上形成牺牲层；
在所述牺牲层上沉淀并图案化金属层；并且
移除所述牺牲层的一部分。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：蚀刻所述基板的后表面以形成暴露所述振动膜的穿透孔。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述基板由硅形成。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述振动膜由多晶硅或氮化硅形成。
12.一种包括根据权利要求1所述的扩音器的车辆。
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