CN112637748A - 双环形环绕圆形振动膜的压电mems扬声器及制备方法 - Google Patents

双环形环绕圆形振动膜的压电mems扬声器及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器及其制备方法，包括：由第一电极层、压电层、第二电极以及致动层构成振动膜层；振动膜层设有圆形振动膜、第一环形振动膜及第二环形振动膜；圆形振动膜位于振动膜层的中心位置，第一环形振动膜套设于圆形振动膜的外层；第二环形振动膜套设于第一环形振动膜的外层；圆形振动膜与第一环形振动膜之间设有第一沟槽间隙；第一环形振动膜与第二环形振动膜之间设有第二沟槽间隙；圆形振动膜、第一、第二环形振动膜通过支撑梁连接；基底的背面设有背部腔；背部腔与第一、第二沟槽间隙连通。本发明在一整体单元上分布三个不同共振频率的振动膜，完全覆盖人耳能听到的20‑20000Hz频率范围，达到商业应用的声压级。

Description

双环形环绕圆形振动膜的压电MEMS扬声器及制备方法
技术领域
本发明涉及扬声器领域，具体地，涉及一种双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器，该扬声器全覆盖人耳能够听到的20-20000Hz频率范围。
背景技术
近年来，微型扬声器在耳机、手机、物联网等可穿戴设备上引起了越来越广泛的关注。随着可穿戴设备需求的不断增长，微型扬声器的发展趋向于小型化、轻量化、低功耗、高声压级。为了满足日益增长的可穿戴设备的发展需求，获得更小更低功耗低成本与批量化生产的器件，基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)制造技术的电动式、电容式和压电式微型扬声器提供了替代解决方案。
其中，电动式MEMS微扬声器是目前使用的主要的微型扬声器类型，它由电镀线圈和永磁体组成，根据电机原理实现电声转换。虽然其输出性能较好，但是，出于满足输出性能的要求，电动式MEMS微型扬声器需要装配磁体，这就大大增加了器件的尺寸和成本。电容式MEMS微扬声器是利用静电效应来实现电声转换，具有比压电式微扬声器更高的机电耦合系数。虽然电容式MEMS微型扬声器是占据市场的主导扬声器产品，且由于静电扬声器具有振膜质量极轻，解析力极佳，能充分表现音乐神韵的优点，因而相对更受欢迎，但其具有吸合效应、高驱动电压的要求和复杂的制造工艺的局限性。压电MEMS微扬声器是基于压电薄膜材料的压电效应实现声压输出，与电容式MEMS微型扬声器相比，具有制造简单、信噪比高、响应速度快、无尘等优点。到目前为止，压电扬声器已经开发出各种压电材料，如ZnO、AlN、PZT、PMN-PT、PZN-PT等。压电材料中应用最广泛的一种是PZT，它具有ABO3型复合钙钛矿结构。PZT压电材料具有较高的压电电荷常数和机电耦合系数。然而，MEMS压电扬声器面临着声压级相对较低的问题。
经过针对现有技术的检索发现：
Haoran Wang,Zhenfang Chen等人在Sensors and Actuators A:Physical撰写了“A high-SPL piezoelectric MEMS loud speaker based on thinceramic PZT”。报道了一种基于陶瓷PZT的圆形封闭膜压电MEMS扬声器，它可以在较小的驱动电压下产生高的声压级，但是使用粘附层会导致薄膜厚度的不确定性，且共振频率在4.2kHz，使得在20-20kHz的频率范围内声压级不能保证始终处于一个很高的声压级。
Hsu-Hsiang Cheng,Zi-Rong Huang等人在“2019IEEE 32rd InternationalConference on Micro Electro Mechanical Systems(MEMS)”会议撰写“PiezoelectricMEMS microspeaker with suspension springs and dual electrode to enhance soundpressuer level”。介绍了一种压电驱动MEMS微型扬声器，它采用了新颖的弹簧设计以及双电极驱动形式，能够在低频下实现高声压级。但是，在2Vpp驱动电压下，在大于10kHz时，声压级甚至会低于50dB，在高频时声压级不够高。
F.Stoppel,C.Eisermann等人在2017 19th International Conference onSolid-State Sensors,Actuators and Microsystems撰文“Novel membrane-less two-way MEMS loudspeaker loudspeaker based on piezoelectric dual-concentricactuators”，展示了一种基于同心级联PZT驱动器的新型双通道压电MEMS扬声器，在800Hz以上的频率下实现了95dB的声压级，其有两种振动膜结构，对应于两种不同的共振频率。
综上所述：目前报道的压电MEMS扬声器，多集中于一种共振频率的压电MEMS扬声器，偶有具有两种共振频率的压电MEMS扬声器，而对于三种共振频率的压电MEMS扬声器，目前未见报道。随着可穿戴电子设备的发展，性能更好，全覆盖频率，声压级更高的压电MEMS扬声器成为必然趋势。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器及其制备方法。
本发明第一个方面提供双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器，包括：
基底；所述基底的背面设有背部腔；
设置于所述基底上表面的第一电极；且所述第一电极位于所述背部腔的上表面，所述第一电极与所述背部腔的腔体之间为用于产生振动的致动层；
设置于所述第一电极上的压电层；
设置于所述压电层上的第二电极；
由所述第一电极、所述压电层、所述第二电极以及所述致动层构成振动膜层；所述振动膜层设有沿径向分布的圆形振动膜、第一环形振动膜及第二环形振动膜；其中，所述圆形振动膜位于所述振动膜层的中心位置，所述第一环形振动膜套设于所述圆形振动膜的外层；所述第二环形振动膜套设于所述第一环形振动膜的外层；所述圆形振动膜与所述第一环形振动膜之间设有第一沟槽间隙；所述第一环形振动膜与所述第二环形振动膜之间设有第二沟槽间隙；所述第二环形振动膜与所述背部腔的内壁之间设有第三沟槽间隙；且所述第一沟槽间隙、所述第二沟槽间隙、所述第三沟槽间隙与所述背部腔的腔体连通；所述圆形振动膜、所述第一环形振动膜及所述第二环形振动膜通过支撑梁连接。
优选地，所述支撑梁采用十字交叉的垂直梁、三交叉梁或四交叉梁的任一种。
优选地，所述第一沟槽间隙、所述第二沟槽间隙、所述第三沟槽间隙的宽度均为3μm-20μm。
优选地，所述基底选用SOI晶圆、柔性基底、金属基底或非金属基底的任一种。
优选地，所述柔性基底的材料选用聚二甲基硅氧烷、聚乙烯或聚酰亚胺的任一种。
优选地，所述压电层的材料选用PZT压电陶瓷、氧化锌、氮化铝、铌镁酸铅-钛酸铅聚偏氟乙烯的任一种压电材料。
优选地，所述第一电极、所述第二电极的材料选用铂、金、铬、铝的任一种。
本发明第二个方面为所述的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器的制备方法，包括：
在基底上制备第一电极；
在所述第一电极上制备压电层；
在所述压电层上制备第二电极；
对所述第二电极进行刻蚀，得到图形化第二电极；对所述压电层进行刻蚀，得到图形化压电层；对所述第一电极进行刻蚀，得到图形化第一电极；即得到图形化振动膜层的形状，所述图形化振动膜层分布有圆形振动膜、第一环形振动膜和第二环形振动膜；
对所述基底的上面进行刻蚀，在所述基底的上表面形成第一沟槽间隙、所述第二沟槽间隙，且所述第一沟槽间隙位于所述圆形振动膜与所述第一环形振动膜之间；所述第二沟槽间隙位于所述第一环形振动膜与所述第二环形振动膜之间；且使所述圆形振动膜、所述第一环形振动膜以及所述第二环形振动膜由一个交叉未刻蚀部分形成支撑梁，所述第二电极通过所述支撑梁上的上层金属层连接双环形和中心圆形；所述第一电极通过所述支撑梁上的下层金属层连接双环形和中心圆形；
对所述基底的背面进行刻蚀形成背部腔，以及在所述背部腔的内壁与所述第二环形振动膜之间形成第三沟槽间隙；将所述背部腔未刻蚀层作为致动层；且所述背部腔的腔体与所述第一沟槽间隙、所述第二沟槽间隙及所述第三沟槽间隙连通；由第一电极层、压电层、第二电极以及所述致动层构成振动膜层。
优选地，所述对压电层进行刻蚀，得到图形化压电层；其中，对压电层采用湿法刻蚀、干法刻蚀或激光切割刻蚀。
优选地，对所述基底的上面进行刻蚀，在所述基底的上表面形成第一沟槽间隙、所述第二沟槽间隙；其中，对所述基底采用干法刻蚀、湿法刻蚀或激光切割刻蚀。
与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：
本发明上述结构，在一个双环形环绕圆形振动膜结构的整体单元上设有三个不同共振频率的中心圆形振动膜、中间环形振动膜和最外层环形振动膜，且三个振动膜相互结合，协同作用，完全覆盖了人耳能够听到的20Hz-20000Hz频率范围，且能达到足够满足商业应用的声压级，结构紧凑，体积较小，性能优异，可以用于手机扬声器，耳机，助听器等可穿戴电子设备。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明一优选实施例的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器的正面三维视图；
图2是本发明一优选实施例的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器的背面三维视图；
图3是本发明一优选实施例的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器的正面视图；
图4是本发明一优选实施例的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器的背部腔的示意图；
图5是本发明一优选实施例的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器制备方法的流程示意图；
图中标记分别表示为：第二焊盘1、第一焊盘2、圆形振动膜3、第一环形振动膜4、第二环形振动膜5、支撑梁6、基底7、沟槽间隙8、背部腔9。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参照图1所示，为本发明一优选实施例的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器的结构示意图，包括：SOI基底7、第一电极、压电层和第二电极；其中，
参照图2所示，SOI基底7的背面设有背部腔9。
第一电极设置于SOI基底7的上表面；且第一电极位于背部腔9的上表面；第一电极与背部腔9的腔体之间为用于产生振动的致动层。
压电层设置于第一电极的上表面。
第二电极设置于压电层的上表面。
由第一电极层、压电层、第二电极以及致动层构成振动膜层；振动膜层设有沿径向分布的圆形振动膜3、第一环形振动膜4及第二环形振动膜5；其中，圆形振动膜3位于振动膜层的中心位置，第一环形振动膜4套设于圆形振动膜3的外层；第二环形振动膜5套设于第一环形振动膜4的外层；圆形振动膜3与第一环形振动膜4之间设有沿环向分布的第一沟槽间隙；第一环形振动膜4与第二环形振动膜5之间设有沿环向分布的第二沟槽间隙；第二环形振动膜5与背部腔9的内壁之间设有沿环向分布的第三沟槽间隙；且第一沟槽间隙、第二沟槽间隙、第三沟槽间隙与背部腔9的腔体连通；参照图3、图4所示，圆形振动膜3、第一环形振动膜4及第二环形振动膜5通过呈十字形交叉的支撑梁6连接。
背部腔9的外部轮廓与位于最外层的第二环形振动膜5的外部轮廓相匹配；且背部腔9的外部轮廓的尺寸略大于第二环形振动膜5的外部轮廓。
参照图3所示，将支撑梁通过第二引线与第二焊盘1连接，使第二电极通过第二焊盘1与外部电线连接；将支撑梁通过第一引线与第一焊盘2连接，使第一电极通过第一焊盘2与外部电线连接。作为一优选方式，第二焊盘1、第一焊盘2位于SOI基底7的上表面。
上述压电MEMS扬声器，圆形振动膜、第一环形振动膜和第二环形振动膜三个部分振动膜结构共用一个第一电极，一个第二电极，同步驱动使得圆形振动膜、第一环形振动膜和第二环形振动膜三者的振动一致，同一时刻产生的声压级较高，且电极通过梁进行各部分连接；其中，圆形振动膜共振频率范围在10000Hz-20000Hz之间；由圆形振动膜和第一环形组合结构振动膜，其共振频率在1000Hz-10000Hz之间；由圆形振动膜、第一环形振动膜和第二环形振动膜组合结构振动膜，其共振频率在20Hz-1000Hz之间；因此，上述结构实现了在一个双环形环绕圆形振动膜结构上，分布三个不同共振频率的压电MEMS扬声器，且在圆形振动膜、第一环形振动膜和第二环形振动膜三个振动膜相互结合，协同作用，完全覆盖了人耳能够听到的20Hz-20000Hz频率范围，且能达到足够满足商业应用的声压级，可以用于手机扬声器，耳机，助听器等可穿戴电子设备。
在其他部分优选实施例中，支撑梁可以采用十字交叉的垂直梁、三交叉梁或四交叉梁等其他数目的交叉梁。
在其他部分优选实施例中，第一沟槽间隙、第二沟槽间隙的宽度为3μm-20μm。
在其他部分优选实施例中，基底可以选用但不限于选用以下任一种：SOI晶圆、柔性基底、金属基底或非金属基底。作为一优选方式，上述柔性基底的材料可以选用但不限于选用以下任一种：聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯(PE)或聚酰亚胺(PI)。
在其他部分优选实施例中，压电层的材料可以选用但不限于选用以下任一种：PZT压电陶瓷、氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)、聚偏氟乙烯(PVDF)。
在其他部分优选实施例中，第一电极、第二电极的材料均可以选用但不限于选用以下任一种：铂(Pt)、金(Au)、铬(Cr)、铝(Al)。
基于上述双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器的结构特征，在一具体实施例中，可以采用以下双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器制备方法制备，具体按照以下步骤执行，可参照图5所示：
S10、如图5中(a)所示，在制备好的PZT-SOI晶圆正面上涂覆光刻胶5μm，前烘90s，曝光45s，显影45s，去离子水冲洗30s，氮气吹干，后烘12min，然后离子束刻蚀第二电极Pt8min，第二电极图形化结束，去胶；得到图形化第二电极，即在第二电极上分布有直径为0.5cm的圆形电极；外径为1cm、内径为0.550cm的第一环形电极；外径为2cm、内径为1.050cm的第二环形电极、30μm线宽以及与线宽连接的方型焊盘(第二焊盘)，方型焊盘的长宽均为300μm。
上述S10中，PZT-SOI晶圆可以采用以下方法制备：在SOI晶圆上分别依次溅射Pt电极(第一电极)、PZT压电陶瓷、Pt电极(第二电极)，制备成上述PZT-SOI晶圆；作为一优选方式，第一电极、第二电极的厚度均为100nm。PZT压电陶瓷层厚度为1μm。
S11、如图5中(b)所示，在有第二电极的上表面涂覆光刻胶5μm，前烘90s，曝光45s，显影45s，去离子水冲洗30s，氮气吹干，后烘12min，湿法刻蚀PZT 90s，然后将PZT-SOI浸入配置好的刻蚀液中进行刻蚀，并使用磁力搅拌器搅拌刻蚀液，以提高刻蚀均匀性和速度；然后将刻蚀后的PZT-SOI放入配置好的HNO3溶液中浸泡3min；最后放入去离子水中浸泡几分钟，以清洗去除表面杂质。氮气吹干，真空干燥。得到图形化PZT压电陶瓷层。即在PZT压电陶瓷层分布有圆形压电结构、第一环形压电结构、第二环形压电结构、位于圆形压电结构与第一环形压电结构之间的第一沟槽间隙；和位于第一环形压电结构与第二环形压电结构之间的第二沟槽间隙；作为一优选方式，在PZT压电陶瓷层刻蚀出的沟槽宽为20μm。
上述图形化PZT压电陶瓷层的圆形压电结构的外径比第二电极上圆形电极的外径大；第一环形压电结构、第二环形压电结构的内径分别比第一环形电极、第二环形电极的内径小；第一环形压电结构、第二环形压电结构的外径分别比第一环形电极、第二环形电极的外径大。以用来隔离位于上方的第二电极，避免第二电极与第一电极连通；作为一优选方式，圆形压电结构的外径比圆形电极的外径大35μm；第一环形压电结构、第二环形压电结构的内径分别比第一环形电极及第二环形电极的内径小35μm；第一环形压电结构、第二环形压电结构的外径分别比第一环形电极、第二环形电极的外径大35μm。
作为一优选方式，上述图形化PZT压电陶瓷层的刻蚀溶液配制如下：先将1.36gNH4F缓慢加入2ml去离子水中，并不断搅拌，直至完全溶解；接着将1ml NH4F(40％)缓慢倒入5ml HF溶液中，不断搅拌，使其混合均匀，形成BHF溶液；然后将1ml BHF、25ml HCl以及174ml H2O配置完成刻蚀混合液，充分搅拌，使其充分混合均匀；然后将PZT-SOI浸入刻蚀液中进行刻蚀，并使用磁力搅拌器搅拌刻蚀液，以提高刻蚀均匀性和速度。然后将刻蚀后的PZT-SOI放入配置好的HNO3溶液中浸泡3min；最后放入去离子水中浸泡几分钟，以清洗去除表面杂质。氮气吹干，真空干燥。
作为一优选方式，PZT刻蚀时搅拌速度为100r/min，PZT刻蚀时搅拌温度为常温。
作为一优选方式，所需HNO3溶液配制如下：将5ml HNO3放入7ml H2O形成溶液，搅拌均匀。
S12、如图5中(c)所示，在有第二电极图形化的上表面涂覆光刻胶5μm，前烘90s，曝光45s，显影45s，去离子水冲洗30s，氮气吹干，后烘12min，然后离子束刻蚀第一电极Pt8min，第一电极图形化结束，去胶；得到图形化第一电极，即在第一电极上分布有圆形电极、第一环形电极、第二环形电极、位于圆形电极之间第一环形电极的沟槽间隙、位于第一环形电极、第二环形电极之间的沟槽间隙、30μm线宽以及与线宽连接的方型焊盘(第一焊盘)；方型焊盘的长、宽均为300μm。
作为一优选方式，第一电极上的沟槽间隙刻蚀宽度为5μm。
S13、如图5中(d)所示，在SOI晶圆的正面(上面)涂覆光刻胶5μm，利用NMC介质刻蚀0.5μm SiO2，NMC深硅刻蚀2μm Si，NMC介质刻蚀1.1μm SiO2,形成沟槽间隙与十字交叉支撑梁图形；作为一优选方式，Si、SiO2刻蚀沟槽宽度均为5μm，十字交叉支撑梁的宽度为600μm。
S14、如图5中(e)所示，在SOI晶圆正面(上面)涂覆5μm光刻胶保护，在SOI晶圆的背面涂覆20μm光刻胶，前烘2min，显影130s，去离子水冲洗30s，氮气吹干，后烘12min，NMC介质刻蚀1.5μm SiO2，NMC深硅刻蚀600μm Si,然后NMC深硅刻蚀1.1μm中间埋氧层SiO2，在SOI晶圆的背面形成背部腔，且在背部腔的内壁与第二环形振动膜之间形成第三沟槽间隙。背部腔的腔体与第一沟槽间隙、第二沟槽间隙及第三沟槽间隙连通，制备完成。作为一优选方式，背部腔的半径比第二电极大0.2mm,以保证背部腔能覆盖整个正面振动。
基于上述双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器的结构特征，在另一具体实施例中，可以采用以下双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器制备方法制备，具体按照以下步骤执行，可参照图5所示：
S20、如图5中(a)所示，在制备好的PZT-SOI晶圆正面上涂覆光刻胶5μm，前烘90s，曝光45s，显影50s，去离子水冲洗30s，氮气吹干，后烘12min，然后离子束刻蚀上电极Pt10min,第二电极图形化结束，去胶；得到图形化的第二电极，即在第二电极上分布有直径为0.4cm圆形电极，外径为0.8cm、内径为0.450cm的第一环形电极，外径为1.6cm、内径为0.850cm的第二环形电极、线宽为35μm，方型焊盘(第二焊盘)长宽均为250μm、位于圆形电极与第一环形电极之间的沟槽间隙以及位于第一环形电极与第二环形电极之间的沟槽间隙。
上述S20中，PZT-SOI晶圆可以采用以下方法制备：在SOI晶圆上分别依次溅射Pt电极(第一电极)、PZT压电陶瓷、Pt电极(第二电极)，制备成上述PZT-SOI晶圆；作为一优选方式，第一电极的厚度为120nm。第二电极的厚度为120nm。PZT压电陶瓷层厚度为2μm。
S21、如图5中(b)所示，在PZT压电陶瓷层的正面涂覆光刻胶5μm，前烘90s,曝光45s,显影50s，去离子水冲洗30s，氮气吹干，后烘12min,湿法刻蚀PZT 90s，然后将PZT-SOI浸入配置好的刻蚀液中进行刻蚀，并使用磁力搅拌器搅拌刻蚀液，以提高刻蚀均匀性和速度；然后将刻蚀后的PZT-SOI放入配置好的HNO3溶液中中浸泡3min；最后放入去离子水中浸泡几分钟，以清洗去除表面杂质。氮气吹干，真空干燥。得到图形化PZT压电陶瓷层。即在PZT压电陶瓷层分布有圆形压电结构、第一环形压电结构、第二环形压电结构、位于圆形压电结构与第一环形压电结构之间的第一沟槽间隙；和位于第一环形压电结构与第二环形压电结构之间的第二沟槽间隙；作为一优选方式，PZT压电陶瓷层刻蚀沟槽宽为10μm。
作为优选的实施方式，上述图形化PZT压电陶瓷层的圆形压电结构的外径比第二电极上圆形电极的外径大；第一环形压电结构、第二环形压电结构的内径分别比第一环形电极、第二环形电极的内径小；第一环形压电结构、第二环形压电结构的外径分别比第一环形电极、第二环形电极的外径大。以用来隔离位于上方的第二电极，避免第二电极与第一电极连通；作为一优选方式，圆形压电结构的外径比圆形电极的外径大30μm；第一环形压电结构、第二环形压电结构的内径分别比第一环形电极及第二环形电极的内径小30μm；第一环形压电结构、第二环形压电结构的外径分别比第一环形电极、第二环形电极的外径大30μm。
作为一优选方式，PZT压电陶瓷层的刻蚀溶液配制如下：先将1.30g NH4F缓慢加入2ml去离子水中，并不断搅拌，直至完全溶解；接着将1ml NH4F(40％)缓慢倒入5ml HF溶液中，不断搅拌，使其混合均匀，形成BHF溶液；然后将1ml BHF、20ml HCl以及170ml H2O配置完成刻蚀混合液，充分搅拌，使其充分混合均匀；然后将PZT浸入刻蚀液中进行刻蚀，并使用磁力搅拌器搅拌刻蚀液，以提高刻蚀均匀性和速度；然后将刻蚀后的PZT-SOI放入配置好的HNO3溶液中浸泡3min；最后放入去离子水中浸泡几分钟，以清洗去除表面杂质。氮气吹干，真空干燥。
作为一优选方式，PZT刻蚀时搅拌速度为110r/min,PZT刻蚀时搅拌温度为常温。
作为一优选方式，上述所需HNO3溶液配制如下：将5ml HNO3放入8ml H2O形成溶液，搅拌均匀。
S22、如图5中(c)所示，在第一电极的正面涂覆光刻胶5μm，前烘90s，曝光45s，显影50s，去离子水冲洗30s，氮气吹干，后烘12min，然后离子束刻蚀第一电极10min,第一电极图形化结束，去胶；得到图形化第一电极，即在第一电极上分布有圆形电极、第一环形电极、第二环形电极、30μm线宽以及与线宽连接的方型焊盘(第一焊盘)、方型焊盘的长宽均为250μm，位于圆形电极与第一环形电极之间的沟槽间隙、以及位于第一环形电极与第二环形电极之间的沟槽间隙。第一电极刻蚀的沟槽间隙宽度为5μm。
S23、如图5中(d)所示，在SOI晶圆正面涂覆光刻胶5μm，NMC介质刻蚀0.5μm SiO2，NMC深硅刻蚀2μm Si，NMC介质刻蚀1.1μm SiO2，形成了沟槽间隙与十字交叉支撑梁图形；作为一优选方式，Si、SiO2刻蚀沟槽宽度均为6μm，十字交叉支撑梁的宽度为500μm。
S24、如图5中(e)所示，在SOI晶圆正面涂覆5μm光刻胶保护，在SOI晶圆背面涂覆20μm光刻胶，前烘2min,显影130s，去离子水冲洗30s,氮气吹干，后烘12min，NMC介质刻蚀1.5μm SiO2，NMC深硅刻蚀600μm Si,然后NMC深硅刻蚀1.1μm中间埋氧层SiO2，在SOI晶圆的背面形成背部腔，且背部腔的内壁与第二环形振动膜之间形成第三沟槽间隙。背部腔的腔体与第一沟槽间隙、第二沟槽间隙及第三沟槽间隙连通，制备完成。作为一优选方式，背部腔的半径比第二电极大0.25mm，以保证背部腔能覆盖整个正面振动膜。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。

Claims (10)

1.一种双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器，其特征在于，包括：
基底；所述基底的背面设有背部腔；
设置于所述基底上表面的第一电极；且所述第一电极位于所述背部腔的上表面，所述第一电极与所述背部腔的腔体之间为用于产生振动的致动层；
设置于所述第一电极上的压电层；
设置于所述压电层上的第二电极；
由所述第一电极、所述压电层、所述第二电极以及所述致动层构成振动膜层；所述振动膜层设有沿径向分布的圆形振动膜、第一环形振动膜及第二环形振动膜；其中，所述圆形振动膜位于所述振动膜层的中心位置，所述第一环形振动膜套设于所述圆形振动膜的外层；所述第二环形振动膜套设于所述第一环形振动膜的外层；所述圆形振动膜与所述第一环形振动膜之间设有第一沟槽间隙；所述第一环形振动膜与所述第二环形振动膜之间设有第二沟槽间隙；所述第二环形振动膜与所述背部腔的内壁之间设有第三沟槽间隙；且所述第一沟槽间隙、所述第二沟槽间隙、所述第三沟槽间隙与所述背部腔的腔体连通；所述圆形振动膜、所述第一环形振动膜及所述第二环形振动膜通过支撑梁连接。
2.根据权利要求1所述的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器，其特征在于，所述支撑梁采用十字交叉的垂直梁、三交叉梁或四交叉梁的任一种。
3.根据权利要求1所述的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器，其特征在于，所述第一沟槽间隙、所述第二沟槽间隙、所述第三沟槽间隙的宽度均为3μm-20μm。
4.根据权利要求1所述的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器，其特征在于，所述基底选用SOI晶圆、柔性基底、金属基底或非金属基底的任一种。
5.根据权利要求4所述的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器，其特征在于，所述柔性基底的材料选用聚二甲基硅氧烷、聚乙烯或聚酰亚胺的任一种。
6.根据权利要求1所述的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器，其特征在于，所述压电层的材料选用PZT压电陶瓷、氧化锌、氮化铝、铌镁酸铅-钛酸铅聚偏氟乙烯的任一种压电材料。
7.根据权利要求1所述的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极的材料选用铂、金、铬、铝的任一种。
8.一种权利要求1-7任一项所述的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器的制备方法，其特征在于，包括：
在基底上制备第一电极；
在所述第一电极上制备压电层；
在所述压电层上制备第二电极；
对所述第二电极进行刻蚀，得到图形化第二电极；对所述压电层进行刻蚀，得到图形化压电层；对所述第一电极进行刻蚀，得到图形化第一电极；即得到图形化振动膜层的形状，所述图形化振动膜层分布有圆形振动膜、第一环形振动膜和第二环形振动膜；
对所述基底的上面进行刻蚀，在所述基底的上表面形成第一沟槽间隙、所述第二沟槽间隙，且所述第一沟槽间隙位于所述圆形振动膜与所述第一环形振动膜之间；所述第二沟槽间隙位于所述第一环形振动膜与所述第二环形振动膜之间；且使所述圆形振动膜、所述第一环形振动膜以及所述第二环形振动膜由一个交叉未刻蚀部分形成支撑梁，所述第二电极通过所述支撑梁上的上层金属层连接双环形和中心圆形；所述第一电极通过所述支撑梁上的下层金属层连接双环形和中心圆形；
对所述基底的背面进行刻蚀形成背部腔，以及在所述背部腔的内壁与所述第二环形振动膜之间形成第三沟槽间隙；将所述背部腔未刻蚀层作为致动层；且所述背部腔的腔体与所述第一沟槽间隙、所述第二沟槽间隙及所述第三沟槽间隙连通；由所述第一电极层、所述压电层、所述第二电极以及所述致动层构成振动膜层。
9.根据权利要求8所述的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器的制备方法，其特征在于，所述对压电层进行刻蚀，得到图形化压电层；其中，对压电层采用湿法刻蚀、干法刻蚀或激光切割刻蚀。
10.根据权利要求8所述的双环形环绕圆形振动膜结构的压电MEMS扬声器的制备方法，其特征在于，对所述基底的上面进行刻蚀，在所述基底的上表面形成第一沟槽间隙、所述第二沟槽间隙；其中，对所述基底采用干法刻蚀、湿法刻蚀或激光切割刻蚀。
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