CN114514757A - 用于生成音频信号的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文描述的技术一般涉及用扬声器生成音频信号。在一些示例中，描述了包括膜和快门的扬声器设备。膜可以被配置为沿着第一方向路径和至少一个有效地产生超声声学信号的频率振荡。快门沿着超声声学信号的传播定位并且被配置为调制超声声学信号，使得生成音频信号。

Description

用于生成音频信号的系统和方法

技术领域

概括而言，本公开涉及用于生成音频信号的系统和方法。在一些示例中，生成音频信号的系统和方法被应用在移动、可穿戴或便携式设备中。在其他示例中，生成音频信号的系统和方法应用于耳机、头戴式设备(headset)、可听戴设备(hearable)或助听器中。

背景技术

US 8861752描述了一种微微扬声器(picospeaker)(它是一种新颖的声音产生设备)和一种用于声音产生的方法。微微扬声器通过生成随后被主动调制的超声声束来创建音频信号。得到的经调制的超声信号具有较低的声频边带，其对应于超声声束的频率与调制频率之间的频率差。US20160360320和US 20160360321描述了用于实现微微扬声器的MEMS架构。US 20160277838描述了一种使用MEMS处理来实现微微扬声器的方法。US2016277845描述了使用MEMS处理来实现微微扬声器的替代方法。

实现微微扬声器的现有技术方法是复杂的并且需要许多处理步骤。因此，希望提供一种降低复杂性和处理步骤的数量的架构和实现方法。

词汇

“声学信号”——如在当前公开中使用的，是指以10Hz至10,000,000Hz之间的任何频率或频谱部分穿过气体、液体或固体介质的机械波。

“音频”或“音频频谱”或“音频信号”——如在当前公开中使用的，是指具有在10Hz至20,000Hz之间的频率或频谱部分的声学信号或声学信号的一部分。

“扬声器”或“微微扬声器”或“微型扬声器(micro speaker)”或“纳米扬声器(nanospeaker)”——如在当前公开中使用的，是指被配置为产生声学信号的设备，其中，该信号的至少一部分在音频频谱中。

“膜(membrane)”——如在当前公开中使用的，是指由至少两个点约束的柔性结构。

“挡板(blind)”——如在当前公开中使用的，是指具有声波以低损耗穿过的至少一个声学端口的结构。

“快门(shutter)”——如在当前公开中所使用的，是指被配置为相对于挡板移动并增加一个或多个声学端口的声学损失的结构。

“声学介质”——如在当前公开中使用的，是指以下各项中的任一项，但不限于以下各项：有界区域，其中材料包含在封闭的声腔中；无界区域，其中材料以声速为特性，并且至少在一个维度上是无界的。声学介质的示例包括但不限于：空气；水；耳道；耳朵周围的封闭体积；自由空间中的空气；管道或其他声学通道中的空气。

发明内容

本公开的一些实施例大体上可以涉及一种扬声器设备，该扬声器设备包括膜和快门。膜定位在第一平面中并且被配置为沿着第一方向路径并以有效产生超声声学信号的第一频率振荡。快门位于与第一平面实质上间隔开的第二平面中。快门被配置为调制超声声学信号，从而产生音频信号。

本公开的其他实施例大体上可以涉及一种扬声器设备，该扬声器设备包括由膜和快门组成的阵列。由膜和快门组成的阵列独立操作或由公共源驱动。驱动信号的示例包括但不限于：脉冲宽度调制和经调制的正弦信号。驱动单元是半导体集成电路，其包括：通信单元；电荷泵，其被配置为产生高电压信号；开关单元(switching unit)，其被配置为调制高电压信号。驱动单元接收数字声音数据流和工作电压，并输出用于膜和快门的驱动信号。在一些实施例中，膜和快门以一个或多个频率异步地和或彼此独立地操作。在其他实施例中，膜和快门以相同频率同步操作。在同步操作模式中，音频信号的幅度由以下各项中的任一项来控制，但不限于以下各项：膜和快门操作的相对相位；快门操作的幅度；膜操作的幅度；这些的任何组合。

前述概述仅是说明性的并且不旨在以任何方式进行限制。附加于上述说明性方面、实施例和特征，通过参考附图和以下详细描述，其他方面、实施例和特征将变得显而易见。

附图说明

本公开的前述和其他特征将通过结合附图的以下描述和所附权利要求变得更加明显。应理解的是，这些附图仅描述了根据本公开的几个实施例并且因此不应被认为是对其范围的限制，将通过使用附图以附加的特定性和细节来描述本公开。

图1A是用于MEMS微微扬声器单元的现有技术架构的侧视图的示例；

图1B是改编自US 2016277845的多个单元的矩阵布置的顶视图的示例；

图2是具有简化工艺流程的微微扬声器单元的顶视图的示例；

图3A-3F是用于制造微微扬声器的简化工艺流程的示例；

图4A-5F是用于制造微微扬声器的简化工艺流程的替代示例；

图5A是用于限定膜层掩模的单个单元的掩模的替代示例；

图5B是用于限定挡板层掩模的单个单元的掩模的替代示例，该挡板层掩模包括用于声功率传输的孔口(aperture)；

图5C是用于限定快门层掩模的单个单元的掩模的替代示例，该快门层掩模包括用于声功率传输的孔口；

图5D是由从先前掩模层制造的设备的3×4单元阵列的示例；

图5E是由先前的掩模层单元制造的MEMs扬声器设备的15×20阵列的示例；

图6A是包括背侧孔的修改后的微微扬声器的示例；

图6B是具有背侧孔和附加参考层的微微扬声器单元的替代示例；

图7是PWM信号的示例，其中，该信号具有两个电压值和可变脉冲宽度；

图8是从a(t)到脉冲宽度的转换方法；

图9A是用于微微扬声器的操作的方法的示例。

图9B是实施驱动快门和膜块(drive shutter and membrane block)的方法的示例；

图10是连接到微微扬声器并为膜层和快门层提供致动信号的驱动设备的示例；

图11A是微微扬声器单元的示意性表示的替代示例；

图11B是微微扬声器单元的示意性表示的又一示例；以及

图11C是具有在显示声源位置的虚线中的覆盖物的微微扬声器单元；时变声耦合器；和声学介质的示例。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考了构成其一部分的附图。在附图中，相似的符号通常标识相似的组件，除非上下文另有说明。详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着限制。在不背离这里提出的主题的精神或范围的情况下，可以使用其他示例，并且可以做出其他改变。将容易理解的是，如本文大体上描述的和图中所示的本公开的各方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合和设计，所有这些都被明确地设想并构成本公开的一部分。本公开尤其涉及生成音频信号的方法、装置、计算机程序和系统。

在一些示例中，描述了一种扬声器设备，其包括膜和快门。膜被配置为沿着第一方向路径并且以频率组合(其具有至少一个有效产生超声声学信号的频率)来振荡。快门和挡板位于膜附近。在一个非限制性示例中，膜、挡板和快门可以相对于彼此以实质上平行的取向定位。在其他示例中，膜、挡板和快门可以定位在同一平面中，并且声学信号沿着从膜通向快门的声学通道传输。在另一示例中，调制器和/或快门由多于一个部分组成。

在一些实施例中，膜由以频率Ω振荡并因此以bCos(2π*Ωt)运动的电信号驱动，其中，b是膜运动的幅度，并且t是时间。电信号进一步由从音频信号a(t)导出的部分调制。声学信号的特性为：

s(t)＝b a(t)Cos(2π*Ωt) (1)

将傅里叶变换应用于等式(1)得到频域表示

S(f)＝b/2*[A(f-Ω)+A(f+Ω)] (2)

其中，A(f)是音频信号的频谱。等式(2)描述了在Ω载波频率附近具有上边带和下边带的信号。将等式(1)的声学信号应用于以频率Ω工作的声学调制器得到

S(t)＝b a(t)Cos(2π*Ωt)(l+m Cos(2π*Ωt)) (3)

其中，l是调制器的损耗，并且m是调制函数并且由于能量守恒l+m<1。在频域中

S’(f)＝b/4*[m A(f)+m A(f+2Ω)+A(f-Ω)+A(f+Ω)] (4)

其中，b/4*m A(f)是音频信号。其余项是超声信号，其中m A(f+2Ω)是调制频率的两倍，并且A(f-Ω)+A(f+Ω)是原始未调制的信号。由于以下各项中的任一项但不限于以下各项，可能会出现附加的声学信号：来自快门运动的超声信号；由于声学介质的非线性引起的互调信号；由于其他非线性源(包括电子的和机械的)引起的互调信号。

在另一示例中，音频信号通过超声信号的声辐射压力来增强。这是一种新的音频生成方法，其中音频系统生成超声信号。超声信号在其撞击的表面(包括鼓膜(耳鼓))上施加辐射力。通过调制超声信号，可以改变辐射力幅度，从而影响鼓膜的机械运动，该机械运动被耳朵(和大脑)记录为声音。声学信号的辐射压力被很好地记录并被给出为

其中，P为辐射压力，并且其中E、p、ρ、c分别为接近表面的声束的能量密度、声压、声学介质的密度、以及声速。α是与表面的反射特性有关的常数。如果所有声能都在表面上被吸收，则α等于1，而对于反射所有声能的表面，α为2。光束携带的声功率E为E＝W/c，其中W是换能器的功率密度。在一个示例中，为了在耳鼓处产生音频感觉，超声信号被用音频信号调制。音频信号引起声辐射力的变化，这些变化被耳朵记录为音频信号。在一个非限制性示例中，音频在超声载波上进行AM调制

S(t)＝Cos(2π*Ωt)(l+m a(t)) (6)

E与m a(t)成正比，并且辐射力P的变化与m a(t)成正比，得到与m a(t)成正比的鼓膜的运动。因此，超声扬声器可以使用上述任何一种或两种方法产生声音。在一个示例中，这些方法被间歇地使用，在另一个示例中，这些方法被同时使用，在另一个示例中，仅使用调制或仅使用辐射力。

图1A是用于MEMS微微扬声器单元(121)的现有技术架构的侧视图的示例。微微扬声器单元至少由三层组成。膜(105)，其通过在箭头(190)的方向上移动产生等式(1)中描述的声学信号。挡板(103)和快门(101)相对于彼此移动并调制声学信号，如等式(3)中所述。在一个示例中，驱动设备(109)向膜(15)提供一个电压信号，并且向快门(101)提供第二电压信号，并且将到快门(103)的电压设置为零或接地。第一和第二电压信号分别提供用于产生等式(1)的声学声音和等式(3)的调制函数的驱动力。在附加示例中，第四层；手柄(handle)(107)被包括。驱动设备(109)经由线路(119)电连接到数字音频源、经由线路(121)电连接到低压源、经由线路(115)电连接到膜层(105)、经由线路(117)电连接到挡板层(103)，并经由线路(113)电连接到快门层(101)。微微扬声器设备由多个微微扬声器单元(121)组成。图1B是改编自US 2016277845的多个单元(121)的矩阵布置的顶视图的示例。单元(121)并联电连接，使得第一驱动电压被施加到连接的单元(121)中的所有膜(图1A105)，并且第二驱动电压被施加到连接的单元(121)中的所有快门(图1A 101)。

图2是具有简化工艺流程的微微扬声器单元的顶视图的示例。快门层(201)是可见的。快门层(201)和挡板层(图1A 103)具有不重叠的孔口(211、213)。孔口为膜所产生的声束提供路线(route)(图1A，105)。当快门层(201)被拉向挡板层时，声学路线被阻挡并且声学信号被衰减。当快门层(201)被释放时，快门层(201)与挡板层(图1A 103)之间的距离增加，声学信号路线不被阻挡，并且声学信号不衰减。

图3A-3F是用于制造微微扬声器的简化工艺流程的示例。图3A是在对膜层(301)进行图案化之后在制造期间微微扬声器单元的侧视图的示例。微微扬声器单元由硅晶圆(350)、第一介电层(311)和图案化的膜层(301)组成。第一介电层沉积在硅晶圆上。膜层沉积在第一介电层(311)上。膜层涂有光刻胶材料。使用第一掩模(331)对光刻胶进行曝光和显影，使得光刻胶具有与第一掩模(331)相同的图案。通过显影的光刻胶蚀刻膜层并且将第一掩模图案转移到膜层(图1，107)，从而产生图案化的膜层(301)。在一个示例中，使用不蚀刻介电层的工艺来蚀刻膜层，在替代示例中，电介质被蚀刻，但随后在下一层的沉积中被覆盖。在另一个示例中，在沉积膜层之前，我们沉积电介质的薄层。厚度的示例包括但不限于100nm、200nm或小于300nm。在去除掩模材料期间，介电薄层为牺牲层提供附加的保护。在另一个示例中，第一介电层(311)的厚度是以下各项中的任一项，但不限于以下各项：1微米；2微米；3微米；4微米；1-5微米。

图3B是在对挡板层(303)进行图案化之后在制造期间微微扬声器单元的侧视图的示例。第二介电层(313)沉积在图案化的膜层(301)上。在一些示例中，第二介电层表面平整度通过以下方法中的任何一种或组合来增强：化学机械抛光(Chemical MechanicalPolishing，CMP)；加热回流(heated reflow)；化学蚀刻；化学回流。挡板层沉积在第二介电层(313)上。挡板层涂有光刻胶材料。使用第二掩模(333)对光刻胶进行曝光和显影，使得光刻胶具有与第二掩模(333)相同的图案。通过显影的光刻胶蚀刻膜层，并将第一掩模图案转移到光刻胶。通过暴露的光刻胶来蚀刻挡板层，并且将第二掩模图案转移到挡板层(图1，105)，从而产生图案化的挡板层(303)。在一个示例中，使用不蚀刻介电层的工艺来蚀刻膜层，在替代示例中，电介质被蚀刻，但随后在下一层的沉积中覆盖。在另一个示例中，在沉积膜层之前，我们沉积电介质的薄层。厚度的示例包括但不限于100nm、200nm或小于300nm。在去除掩模材料期间，介电薄层为牺牲层提供附加的保护。在另一个示例中，第二介电层(313)的厚度是以下各项中的任一项，但不限于以下各项：4微米；5微米；1-5微米、5-10微米；10-20微米；20-40微米；小于50微米。

图3C是在对快门层(305)进行图案化之后在制造期间微微扬声器单元的侧视图的示例。第三介电层(315)沉积在图案化的挡板层(303)上。在一些示例中，第二介电层表面平整度通过以下方法中的任何一种或组合来增强：化学机械抛光(CMP)；加热回流；化学蚀刻；化学回流。快门层沉积在第三介电层(315)上。快门层涂有光刻胶材料。使用第三掩模(335)对光刻胶进行曝光和显影，使得光刻胶具有与第三掩模(335)相同的图案。通过显影的光刻胶来蚀刻膜层，并将第三掩模图案转移到光刻胶。通过曝光的光刻胶来蚀刻快门层，并且将第三掩模图案转移到快门层(图1，103)，从而产生图案化的快门层(305)。在一个示例中，使用不蚀刻介电层的工艺来蚀刻膜层，在替代示例中，电介质被蚀刻，但随后在下一层的沉积中被覆盖。在另一个示例中，在沉积膜层之前，我们沉积电介质的薄层。厚度的示例包括但不限于100nm、200nm或小于300nm。在去除掩模材料期间，介电薄层为牺牲层提供附加的保护。在另一示例中，第三介电层(315)的厚度为以下各项中的任一项，但不限于以下各项：2微米；3微米；4微米；5微米；1-5微米，5-10微米。

图3D是在释放膜(301)、挡板(303)和快门(305)层之后在制造期间微微扬声器单元的侧视图的示例。通过蚀刻工艺促进层的释放，该蚀刻工艺部分去除第一(311)、第二(313)和第三(315)介电层(特别是在膜结构下方)，并有效地释放膜(301)、挡板(303)或快门(305)结构的至少一部分。膜(301)、挡板(303)和快门(305)层包括孔口。孔口提供声信号离开结构的路径。在一个示例中，孔口部分地重叠。重叠定义了产生调制的声腔。在图3D中，重叠的示例由虚线(321)和虚线(323)之间或虚线(325)和虚线(327)之间的距离示出。在一个示例中，重叠是恒定的。在另一个示例中，重叠取决于孔口距设备中心的距离。因此，重叠由O(r)给出，其中O是以微米为单位的函数，并且r是孔口与设备中心的距离。在一些示例中，重叠为以下各项中的任一项，但不限于以下各项：5微米；10微米；15微米；5-10微米；10-20微米；小于25微米。在另一示例中并参考图2，快门层包括中心孔口(215)和外部孔口(211)。中心孔口的重叠，即从中心孔口(215)的末端到挡板孔口(213)的起始的距离被表示为o1并且是以下各项中的任一项，但不限于以下各项：5-10微米；10-20微米。外部孔口(211)和挡板孔口(213)的重叠被表示为o2，是距离的函数并且可以是10-40微米中的任何一个；a*o1，其中a是以下各项中的任一项，但不限于以下各项：1；1-2；2-4。重叠与快门或挡板位移之间存在关系，这已在前面进行了描述。对于给定的位移，重叠增加了调制，但也增加了损耗。设计的优化包括识别目标位移；并导出所期望的重叠以获得调制和所需的损耗。由于膜(311)、挡板(313)或快门(315)中的任一项的位移是不均匀的并且位移量取决于半径。针对膜的中心获得最大位移，并且在膜的锚点处获得零位移。由于位移不是恒定的，因此在一个示例中，跨结构的孔口的重叠根据距膜中心的距离并且与该点处的膜位移相关地变化。

在一个示例中，蚀刻工艺是各向同性蚀刻工艺。蚀刻和材料组合的示例包括但不限于：包括SiO2的电介质和包括氟酸(HF)或蒸气HF(VHF)的蚀刻工艺；包括聚合物层的电介质和包括以下各项中的任一项但不限于以下各项的蚀刻处理：氧等离子体；食人鱼溶液(Piranha solution)(IPA+H2O2)；聚合物液体蚀刻剂。在另一个示例中，电介质包括光刻胶材料或光可定义材料，并且蚀刻材料是显影剂。在一个示例中，由于材料暴露于紫外(UV)光，材料将其化学性质从在显影剂中的溶解性改变为在显影剂中的不溶解性。在替代示例中，由于材料暴露于紫外光，材料将其化学性质从在显影剂中的不溶解性改变为在显影剂中的溶解性。

在替代示例中，修改上述工艺并且将介电层图案化以包括两种材料。一种材料用作膜的支架(scaffold)，而第二种材料是牺牲材料，其被设计为在制造层堆叠之后在蚀刻工艺中被去除。在另一示例中，蚀刻工艺包括以下各项中的任一项，但不限于以下各项：湿法蚀刻、诸如VHF之类的蒸气蚀刻或包括氧化物等离子体或CF4和氧化物等离子体的等离子体蚀刻。在一个示例中，修改的工艺包括在介电层沉积之后的显影步骤。在替代示例中，修改的工艺包括：沉积第一介电材料；将光刻胶施加到第一介电材料；通过掩模曝光并显影图案来图案化光刻胶；使用光刻胶图案作为掩模来蚀刻第一介电层以在第一介电材料中产生至少一个腔；施加第二介电材料以填充至少一个腔；可选地应用平坦化步骤以去除延伸到至少一个腔之外并部分或完全覆盖第一电介质的任何第二电介质。在另一个示例中，第一电介质是以下各项中的任一项，但不限于以下各项：氧化硅；SiOx；SiN；aSi；聚合物。聚合物的示例包括但不限于聚酰胺；SU8；环氧树脂；硅酮；光刻胶。在进一步的示例中，聚合物包括Ti或Si，并且在用等离子体和/或UV处理之后对氧化物等离子体蚀刻具有抗性。在另一个示例中，第一电介质的蚀刻利用以下各项中的任一项来完成，但不限于以下各项：RIE等离子体工艺；DRIE等离子工艺；湿法蚀刻，使用以下材料中的任一项但不限于以下材料：CF4；CF6；O2；Ar；气体的组合；HF；食人鱼(Piranha)。在另一个示例中，第二电介质是以下各项中的任一项，但不限于以下各项：氧化硅；SiOx；SiN；aSi；聚合物。聚合物的示例包括但不限于：聚酰胺；SU8；环氧树脂；硅酮；光刻胶；PMDS；PVDF。在一个非限制性示例中，第一电介质是SiO2；蚀刻是RIE；并且第二电介质为以下各项中的任一项，但不限于以下各项：聚酰胺；SU8；环氧树脂；硅酮；光刻胶；PMDS；PVDF，并且牺牲层释放包括利用至少氧等离子体或用CF4或CF6增强的氧等离子体进行蚀刻。在释放牺牲层之前的结构至少包括：由两种介电材料组成的第一层；第一金属层；由两种介电材料组成的第二层；第二金属层；由两种介电材料组成的第三层；以及第三金属层；该结构包括通路，该通路穿过金属和由在牺牲层释放工艺中蚀刻的第二电介质组成的介电层。

在图4A-4D中描述具有第一电介质和第二电介质的修改的工艺的一个示例。图4A是在对膜层(301)进行图案化之后在制造期间微微扬声器单元的侧视图的示例。微微扬声器单元由硅晶圆(350)、第一介电层(311)和图案化的膜层(301)组成。至少部分由光刻胶材料组成的第一介电层沉积在硅晶圆上。在一个示例中，第一介电层暴露于紫外光，其中紫外光照射整个晶圆区域。紫外光改变了光刻胶的化学性质，使其可以用显影剂去除。在替代示例中，光刻胶覆盖有膜腔掩模(441)。在一个示例中，膜腔掩模在光刻胶中限定了第一区域(451)，该第一区域将在最终释放蚀刻中被去除。在另一示例中，由膜腔掩模(441)限定的区域部分地与第一掩模(331)中限定的膜结构重叠。在第二示例中，第二膜腔掩模(442)在光刻胶中限定了在最终释放蚀刻中将不会被去除的区域。在另一个示例中，由与第一膜腔掩模(441)极性相反的第二膜腔掩模限定的区域部分地与不在第一掩模(331)中限定的膜结构之下的实质上所有区域重叠，并且然后将仅去除未覆盖的区域。在一些示例中，第一介电层表面平整度通过以下方法中的任何一种或组合来增强；化学机械抛光(CMP)；加热回流；化学蚀刻；化学回流。膜层沉积在第一介电层(311)上。膜层涂有第二光刻胶材料。使用第一掩模(331)对第二光刻胶进行曝光和显影，使得光刻胶具有与第一掩模(331)相同的图案。通过曝光的光刻胶来蚀刻膜层并且将第一掩模图案转移到膜层(图1，105)，从而产生图案化的膜层(301)。使膜层光刻胶显影不影响第一介电层，因为膜层提供保护第一介电层免受显影剂影响的化学屏障。用不蚀刻介电层的工艺来蚀刻膜层。在另一个示例中，第一介电层(311)的厚度是以下各项中的任一项，但不限于以下各项：1微米；2微米；3微米；4微米；1-5微米。

图4B是在对挡板层(303)进行图案化之后在制造期间微微扬声器单元的侧视图的示例。至少部分由光刻胶材料组成的第二介电层沉积在膜层上。在一个示例中，第二介电层暴露于紫外光，其中紫外光照射整个晶圆区域。紫外光改变了光刻胶的化学性质，使其可以用显影剂去除。在替代示例中，光刻胶覆盖有挡板腔掩模(443)。在一个示例中，挡板腔掩模(443)在光刻胶中限定了第二区域(453)，该第二区域将在最终释放蚀刻中被去除。在另一示例中，由挡板腔掩模(443)限定的区域部分地与在第二掩模(333)中限定的挡板结构重叠。在第二示例中，与第一挡板腔掩模(441)相反极性的第二挡板腔掩模在光刻胶中限定了在最终释放蚀刻中将不会被去除的区域。在另一个示例中，由第二挡板腔掩模(444)限定的区域部分地与不在第二掩模(333)中限定的挡板结构下方的实质上所有区域重叠，并且然后将仅去除未覆盖的区域。在一些示例中，第二介电层表面平整度通过以下方法中的任何一种或其组合来增强：化学机械抛光(CMP)；加热回流；化学蚀刻；化学回流。挡板层沉积在第二介电层(313)上。挡板层涂有光刻胶材料。使用第二掩模(333)来曝光光刻胶。使挡板层光刻胶显影不影响第一或第二介电层，因为挡板层提供保护第二或第一介电层免受显影剂影响的化学屏障。通过暴露的光刻胶来蚀刻挡板层，并且将第二掩模图案转移到挡板层(图1，105)，从而产生图案化的挡板层(303)。在另一个示例中，第二介电层(313)的厚度是以下各项中的任一项，但不限于以下各项：4微米；5微米；1-5微米、5-10微米；10-20微米；20-40微米；小于50微米。

图4C是在对快门层(305)进行图案化之后在制造期间微微扬声器单元的侧视图的示例。至少部分由光刻胶材料组成的第三介电层沉积在挡板层上。在一个示例中，第三介电层暴露于紫外光，其中紫外光照射整个晶圆区域。紫外光改变了光刻胶的化学性质，使其可以用显影剂去除。在替代示例中，光刻胶覆盖有快门腔掩模(445)。在一个示例中，快门腔掩模(445)在光刻胶中限定了第三区域(455)，该第三区域将在最终释放蚀刻中被去除。在另一示例中，由快门腔掩模(445)限定的区域部分地与在第三掩模(335)中限定的快门结构重叠。在第二示例中，第二快门腔掩模(446)在光刻胶中限定了在最终释放蚀刻中将不会被去除的区域。在另一个示例中，由与第一快门腔掩模(445)相反极性的第二快门腔掩模限定的区域部分地与不在第三掩模(335)中限定的快门结构之下的实质上所有区域重叠，并且然后将仅去除未覆盖的区域。在一些示例中，第二介电层表面平整度通过以下方法中的任何一种或其组合来增强：化学机械抛光(CMP)；加热回流；化学蚀刻；化学回流。快门层沉积在第三介电层(315)上。快门层涂有光刻胶材料。使用第三掩模(335)来曝光光刻胶。使快门层光刻胶显影不会影响任何介电层，因为快门层提供了保护第三、第二或第一介电层免受显影剂影响的化学屏障。通过曝光的光刻胶来蚀刻快门层并且将第三掩模图案转移到快门层(图1，103)，从而产生图案化的快门层(305)。在另一示例中，第三介电层(315)的厚度为以下各项中的任一项，但不限于以下各项：2微米；3微米；4微米；5微米；1-5微米，5-10微米。

图4D是在释放膜(301)、挡板(303)和快门(305)层之后在制造期间微微扬声器单元的侧视图的示例。通过蚀刻工艺促进层的释放，该蚀刻工艺部分地去除第一(311)、第二(313)和第三(315)介电层(特别是在膜结构下方)，并有效地释放膜(301)、挡板(303)或快门(305)结构的至少一部分。

用于第一、第二和第三介电层、用于膜层、挡板层和快门层的沉积方法的示例包括但不限于：旋涂；化学气相沉积(CVD)；物理气相沉积(PVD)；溅射(Sputtering)；LPCVD；PECVD。

用于第一、第二和第三介电层的材料的示例包括但不限于：聚酰亚胺；环氧树脂；BCB；SU8；光刻胶；硅酮；SiO2；SiSOx；SiN；SiRN；SiC；aSi；或其他非导电聚合物；陶瓷或玻璃；上述任何一种的组合。在一个示例中，第一、第二和第三介电层由相同的材料组成。在替代示例中，第一、第二和第三介电层由相同或不同材料组成。

用于膜(301)、挡板(303)和快门层(305)的材料的示例包括但不限于：多晶硅；硅；aSi；SiN；SiRN；铝；镍；AlN；PZT；铜；银；金；聚合物；石墨烯；导电材料；导电和非导电材料层；压电材料；或任何前述材料的组合。在一个示例中，膜(301)、挡板(303)和快门层(305)由相同的材料构成。在替代示例中，膜(301)、挡板(303)和快门层(305)由相同或不同材料组成。

紫外光的示例包括但不限于来自激光器的光；来自以以下波长中的任一个但不限于以下波长发光的LED或灯的光：360nm；300-310nm；300-360nm；250nm；150-200nm；200-300nm。

在图4A-4D中描述具有第一电介质和第二电介质的修改的工艺的替代示例。第一介电材料为以下各项中的任一项，但不限于以下各项：SiO2；SiOx；aSi；SiN；TiO2；氧化铝；AlN或这些的组合，并且第二介电材料为以下各项中的任一项，但不限于以下各项：聚合物；聚酰胺；硅酮；SU8；PMDS；PVDF；环氧树脂。图4A是在对第一膜层(301)进行图案化之后在制造期间微微扬声器单元的侧视图的示例。微微扬声器单元由硅晶圆(350)、第一介电层(311)和图案化的第一膜层(301)组成。第一介电层由至少两种介电材料组成。第一介电材料沉积在晶圆上(350)。在第一介电层(311)上沉积光刻胶层。通过第一掩模(441)曝光和显影光刻胶来图案化光刻胶。使用光刻胶图案作为掩模来蚀刻第一介电材料(311)，以在第一介电材料(311)中产生至少一个腔。第二电介质被沉积并填充腔以及可选地覆盖第一电介质材料(311)的至少部分。如果第二介电材料覆盖第一介电材料(311)的顶部，则第二介电材料通过以下各项中的任一项但不限于以下各项的组合被平坦化：等离子蚀刻；CMP；回流。所得的介电层包括具有实质上相同高度的第一介电材料(311)和第二介电材料(451)。膜层沉积在第一介电层(311、451)上。膜层涂有第二光刻胶材料。使用第二掩模(331)对第二光刻胶进行曝光和显影，使得光刻胶具有与第二掩模(331)相同的图案。膜层通过光刻胶图案被蚀刻并且第二掩模图案(331)被转移到膜层(图1，105)，从而产生图案化的膜层(301)。使膜层光刻胶显影不影响第一介电层，因为膜层提供保护第一介电层免受显影剂影响的化学屏障。在一个示例中，用不蚀刻介电层的工艺来蚀刻膜层，在替代示例中，电介质被蚀刻，但随后在下一层的沉积中被覆盖。在另一个示例中，在沉积膜层之前，我们沉积电介质的薄层。厚度的示例包括但不限于100nm、200nm或小于300nm。在去除掩模材料期间，介电薄层为牺牲层提供附加的保护。在另一示例中，第一介电层(311、451)的厚度为以下各项中的任一项，但不限于以下各项：1微米；2微米；3微米；4微米；1-5微米。在另一示例中，膜层包括底部介电层和顶部金属层。底部介电层提供两种功能。从功能的角度来看，底部介电层在设备运行期间防止在膜层接触另一膜层时发生短路。从工艺的角度来看，底部介电层提供了抗蚀刻层，其使得能够使用湿法蚀刻来蚀刻金属层而不损坏牺牲层。然后使用RIE工艺来蚀刻介电层。用于底部介电层的材料的示例包括SiO2；SiOX；SiN。底部介电层的厚度小于0.5微米。

图4B是在对挡板层(303)进行图案化之后在制造期间微微扬声器单元的侧视图的示例。微微扬声器单元由以下各项组成：硅晶圆(350)、第一介电层(311、441)和第一图案化膜层(301)，第二介电层(313、453)和第二图案化膜层(303)。第二介电层由至少两种介电材料组成。第一介电材料沉积在第一图案化膜层(301)上。光刻胶层沉积在第二介电层上。通过第三掩模(443)曝光和显影光刻胶来图案化光刻胶。使用光刻胶图案作为掩模来蚀刻第一介电材料以在第一介电材料(313)中产生至少一个腔。第二电介质被沉积并填充腔以及可选地覆盖第二电介质层(313)中的第一电介质材料的至少部分。如果第二介电材料覆盖第二介电层(313)的第一介电材料的顶部，则第二介电材料通过以下各项中的任一项但不限于以下各项的组合被平坦化：等离子蚀刻；CMP；回流。所得的第二介电层包括具有实质上相同高度的第一介电材料(313)和第二介电材料(453)。第二膜层沉积在第二介电层(313、453)上。第二膜层涂有光刻胶材料。使用第四掩模(333)对光刻胶进行曝光和显影，使得光刻胶具有与第四掩模(333)相同的图案。通过光刻胶图案来蚀刻第二膜层，并且将第四掩模图案(333)转移到第二膜层(图1，107)，从而得到图案化的膜层(303)。显影第二膜层光刻胶不影响第二或第一介电层，因为中间层(intervening layer)提供保护介电层免受显影剂影响的化学屏障。用不蚀刻介电层的工艺来蚀刻膜层。在另一示例中，第二介电层(313、453)的厚度为以下各项中的任一项，但不限于以下各项：1微米：2微米；3微米；4微米；1-5微米。在另一示例中，膜层包括底部介电层和顶部金属层。底部介电层提供两种功能。从功能的角度来看，底部介电层在设备运行期间防止在膜层接触另一膜层时发生短路。从工艺的角度来看，底部介电层提供了使得能够使用湿法蚀刻来蚀刻金属层而不损坏牺牲层的抗蚀刻层。然后使用RIE工艺来蚀刻介电层。用于底部介电层的材料的示例包括SiO2；SiOX；SiN。底部介电层的厚度小于0.5微米。

图4C是在对快门层(305)进行图案化之后在制造期间微微扬声器单元的侧视图的示例。微微扬声器单元由以下各项组成：硅晶圆(350)、第一介电层(311、441)和第一图案化膜层(301)，第二介电层(313、453)和第二图案化膜层(303)，第三介电层(315、455)和第三图案化膜层(305)。第三介电层由至少两种介电材料组成。第一介电材料沉积在第二图案化膜层(303)上。光刻胶层沉积在第三介电层上。通过第五掩模(445)曝光并显影光刻胶来图案化光刻胶。使用光刻胶图案作为掩模来蚀刻第一介电材料以在第一介电材料(315)中产生至少一个腔。第二电介质被沉积并填充腔以及可选地覆盖第二电介质层(315)中的第一电介质材料的至少部分。如果第二介电材料覆盖第二介电层(315)的第一介电材料的顶部，则第二介电材料通过以下各项中的任一项但不限于以下各项的组合被平坦化：等离子蚀刻；CMP；回流。所得的第二介电层包括具有实质上相同高度的第一介电材料(315)和第二介电材料(455)。第三膜层沉积在第二介电层(315、455)上。第三膜层涂有光刻胶材料。使用第六掩模(335)对光刻胶进行曝光和显影，使得光刻胶具有与第四掩模(335)相同的图案。第三膜层通过光刻胶图案被蚀刻，并且第六掩模图案(335)被转移到第三膜层(图1，109)，从而产生图案化的膜层(305)。显影第二膜层光刻胶不影响第三、第二或第一介电层，因为中间层提供保护介电层免受显影剂影响的化学屏障。用不蚀刻介电层的工艺来蚀刻第三膜层。在另一个示例中，第三介电层(315、455)的厚度是以下各项中的任一项，但不限于以下各项：1微米；2微米；3微米；4微米；1-5微米。在另一示例中，膜层包括底部介电层和顶部金属层。底部介电层提供两种功能。从功能的角度来看，底部介电层在设备运行期间防止在膜层接触另一膜层时发生短路。从工艺的角度来看，底部介电层提供了使得能够使用湿法蚀刻来蚀刻金属层而不损坏牺牲层的抗蚀刻层。然后使用RIE工艺来蚀刻介电层。用于底部介电层的材料的示例包括SiO2；SiOX；SiN。底部介电层的厚度小于0.5微米。

在另一示例中，第四介电层沉积在第三图案化膜层(305)的顶侧上。第四介电层在第三图案化膜层上提供保护层。在一个示例中，第四电介质层由第二电介质组成，因此在牺牲层蚀刻和膜释放中被去除。图4A、4B和4C中所示的膜图案是说明性的并且不限于特定示例。

如在图3和图4的描述中详述的制造MEMS设备的方法不限于MEMS扬声器设备。许多MEMS设备需要结构释放，并且常用方法包括通过VHF、HF或XeFe进行蚀刻。本公开中描述的方法提供了一种低成本、简单的对于现有方法的替代方案，以用于制造需要结构释放的各种MEMS设备。需要结构释放的MEMS设备的示例包括但不限于：RF开关(RF switch)；微镜(micro mirror)、加速度计、陀螺仪、压力传感器、气压计、喷墨分配器、超声传感器、计时设备、温度传感器、热成像传感器和辐射热测定器。

图5A是用于限定膜层掩模(531)的单个单元的掩模的替代示例。与先前的膜层掩模示例(图3A，331)形成对比，膜层掩模不包括孔口。在另一示例中，膜层掩模包括用于促进第一介电层(图4D，311)蚀刻和膜层(图4D，301)释放的蚀刻通孔(etch through hole)。蚀刻通孔的示例包括小于2微米的孔口，并且在图中未显示。在另一个示例中，孔口中心到中心的间距取决于第一介电层(图4D，311)的厚度并且范围从10到25微米。图5B是用于限定挡板层掩模(535)的单个单元的掩模的替代示例，所述挡板层掩模包括用于声功率传输的孔口(541、543、545)。图5C是用于限定快门层掩模(533)的单个单元的掩模的替代示例，所述快门层掩模包括用于声功率传输的孔口(551)。快门层中的孔口(551)不与挡板层中的孔口重叠。水平面中孔口之间的距离提供了传出的超声信号的声学衰减。衰减取决于距离以及在快门和挡板之间的间隙。在另一示例中，挡板层掩模(533)和快门膜掩模(535)包括用于促进第一介电层(图4D，311)蚀刻和膜层(图4D，301)释放的蚀刻通孔。蚀刻通孔的示例包括小于2微米的孔口，并且在图中未显示。在另一个示例中，孔口中心到中心的间距取决于第一介电层(图4D，311)的厚度并且范围从10到25微米。

图5D是由从先前掩模层制造的设备的3×4单元阵列(531、533、535)的示例。图5E是由从先前的掩模层单元制造的MEMS扬声器设备(561)的15×20阵列的示例。扬声器设备由多个单元组成。MEMS扬声器设备至少包括但不限于：多个单元(563)，其产生音频信号和/或超声信号；一个或多个电焊盘(591、593、595、597)，其与MEMS扬声器设备层中的任一层电接触；膜(图1A，105)；挡板(图1A，103)；快门(图1A，101)；手柄(图1A，107)。MEMS扬声器设备(561)被组装在基板(565)上。基板的示例包括但不限于：PCB；陶瓷制品；硅基平台(Siliconbench)；柔性层压板；其他金属聚合物层压板。组装的示例包括但不限于：粘接；焊接；回流。组装在基板上的附加设备包括但不限于：驱动设备(109)；一个或多个容器(569)；无源设备，包括以下各项中的任一项，但不限于以下各项：电容器；电感器；电阻器；二极管。基板还包括电迹线(571、573、575、577、579)，其提供从驱动设备(109)到无源设备和/或MEMS扬声器设备(561)的电导路径。在一个示例中，从阵列的一侧促进到膜层的电连接，从阵列的第二侧促进到挡板层的电连接，并且从阵列的第三侧促进到快门区域的电连接。

声学换能器受益于压力释放孔，其示例在MEMS麦克风中很常见，其中麦克风膜不受顶部或底部腔的阻碍。图6A是包括背侧孔(501)的修改后的微微扬声器的示例。背侧孔(501)提供声压释放并且在一个示例中通过背侧蚀刻在载体晶圆(350)中被蚀刻。载体晶圆及其对应的蚀刻工艺的示例包括但不限于：硅载体晶圆和蚀刻工艺，其包括以下各项中的任一项但不限于以下各项：反应离子蚀刻(RIE)；深反应离子蚀刻(DRIE)；博世(Bosch)工艺DRIE；湿法蚀刻；KOH；TMMA；激光钻孔；离子铣；陶瓷晶圆和蚀刻工艺，包括激光钻孔；离子铣；金属晶圆或嵌板，其中金属包括但不限于铝；铜；镍；不锈钢；以及这些的组合，并且蚀刻工艺包括：激光钻孔；湿法蚀刻；离子铣。在一个示例中，该孔实质上是其上方的膜结构的尺寸。在替代示例中，该孔比其上方的结构小多达60％。在另一个替代示例中，该孔比其上方的结构大并且可以包括2个或更多个单元。

图6B是具有背侧孔和附加参考层的微微扬声器单元的替代示例。参考层由导电材料以与膜、挡板层或快门层类似的方式制造。参考层材料的示例包括但不限于：铝；镍；金；硅；石墨烯或导电聚合物或它们的组合。在一些示例中，微微扬声器的膜被静电致动。在这些示例中，一个电压被施加到一个膜，而第二电压被施加到相邻的膜层。致动的示例包括但不限于：将一个致动电压施加到快门，将接地或零电压施加到挡板层，以及将第二致动电压施加到膜层。快门/挡板和挡板/膜之间的电压差产生将膜或快门拉向挡板层的静电力。在膜与挡板层的距离大的示例中，产生的静电力弱，并且产生的位移不会产生足够的声功率。使用图6B所示的微微扬声器单元的替代致动方法是向快门施加一个致动电压，向挡板层施加接地或零电压，向膜层施加第二致动电压，并且向参考层施加接地电压或零电压。在此示例中，选择膜和参考层之间的距离以针对最小致动电压产生最大位移。距离的示例包括但不限于：2微米；3微米；4-6微米。在微微扬声器的操作没有任何变化的情况下，致动电压和接地可以互换。

在另一个示例中，背侧孔是声腔的一部分。声腔耦合到一个或多个背侧孔。在一个示例中，声腔包括亥姆霍兹谐振器，其谐振频率低于以下各项中的任一项，但不限于以下各项：20Hz；100Hz；500Hz；1KHz；2-5KHz。在另一个示例中，背侧孔和/或腔包括具有小于以下各项中的任一项的至少一个尺寸的通道，但不限于以下各项：10微米；50微米；100微米；200微米；500微米。对于给定的声腔体积，窄通道尺寸导致较低的声速和谐振频率的降低。在另一示例中，声腔的至少一个边界是柔性膜。在另一个示例中，柔性膜的谐振频率低于以下各项中的任一项，但不限于以下各项：20Hz；100Hz；500Hz；1KHz；2-5KHz；低于声腔的亥姆霍兹谐振器的谐振频率。柔性膜与腔中的声学信号在声学上相互作用，并且由于较低的谐振频率，因此它的作用是反相的并且起到抑制腔中的声学信号的作用。所期望的声学信号由腔或柔性膜产生。

在另一示例中，致动电压是时变信号。在一个示例中，时变信号是脉冲宽度调制(PWM)信号，其中脉冲的重复率与快门的谐振频率对齐，并且脉冲宽度变化提供快门或膜的调制。图7是PWM信号的示例，其中PWM信号具有两个电压值并且脉冲宽度从脉冲(701)到脉冲(703)变化。在一个示例中，快门致动电压是具有固定占空比的PWM信号，固定占空比被优化以获得快门的最大位移，并且膜致动电压是具有变化的占空比的PWM信号。瞬时脉冲宽度或占空比是通过将音频信号a(t)转换为脉冲宽度来获得的。

图8是从a(t)到脉冲宽度的转换方法。在一个示例中，用于快门致动的固定占空比是以下各项中的任一项，但不限于以下各项：30％；40％；50％；30-50％之间的任何值。因为最大脉冲宽度的限制(其最多为工作频率时间间隔的50％)，因此从a(t)到脉冲宽度的转换方法的潜在限制是输入信号的动态范围和所需的分辨率。由于诸如开关时间或脉冲上升或下降时间之类的限制，因此潜在脉冲宽度值提供的分辨率低于信号分辨率所需的(示例为虚线801-813)。用于增加可达到的分辨率的方法的一个示例是采用sigma delta调制。Delta-sigma(ΔΣ；或sigma-delta，ΣΔ)调制是一种用于将模拟信号编码为数字信号的方法，如在模数转换器(ADC)中发现的那样。它还用于将高位计数(high bit-count)、低频数字信号转换为较低位计数、频率较高的数字信号，作为用于将数字信号转换成模拟的过程的一部分，作为数模转换器(DAC)的一部分。在传统的ADC中，以采样频率对模拟信号进行采样，并且随后在多级量化器中将其量化为数字信号。这个过程引入了量化误差噪声。Delta-sigma调制的第一步是增量(delta)调制。在增量调制中，信号的变化(其增量)被编码，而不是绝对值被编码。结果是脉冲流，而不是脉冲编码调制(PCM)的情况下的数字流。在delta-sigma调制中，通过将数字输出传递通过1位DAC并将得到的模拟信号与输入信号(增量调制之前的信号)相加(sigma)，来提高调制的精度，从而减少由增量调制引入的误差。该方法遵循用于sigma delta DAC的方法。高分辨率音频数字输入信号被映射为分辨率较低但采样频率较高的信号。例如，带宽为10KHz的音频信号被映射到400KHz的膜PWM驱动信号。驱动信号驱动充当滤波器的膜，并对所得的声学信号提供平滑功能。在另一示例中，根据sigma-delta算法来处理数字音频信号，以在将数字音频信号传输到微微扬声器之前为微微扬声器提供适合于微微扬声器动态范围的驱动信号。

图9A是微微扬声器的操作方法的示例。该方法由中央时钟(911)计时。在一个示例中，中央时钟(911)以以下范围中的任一范围之间的任何频率运行，但不限于以下范围；1-10兆赫；10-100兆赫；100-1000MHz。选择工作频率与中心时钟频率的整数除数一致；Fw＝Fc/N，其中Fw为工作频率，Fc为时钟频率，并且N为整数。在一个示例中，Fw是300KHz，Fc＝7,680KHz，并且N＝2¹⁰。音频数字信号以诸如I2S之类的串行格式提供。以音频速率对音频进行采样，其中采样速率的示例包括但不限于(6.14/J/2)KHz，其中J是64位整数。音频以支持微微扬声器驱动电路可达到的动态范围的速率进行采样和处理。微微扬声器速率的示例包括但不限于：48KHz、96KHz。当通电时，微微扬声器执行初始化程序(901)。初始化过程(901)的示例包括但不限于：识别设备的工作频率；设置适当的操作参数，包括设备ID；与主机设备通信。通过适当的接收器和数据提取算法在微微扬声器驱动设备处接收数字音频信号(903)。时钟与数据隔离，并且采样的音频进一步从接收到的数据中提取(905)。将信号时钟提供给中央时钟作为用于同步设备的手段。在一个示例中，数字音频信号在预处理块中被预处理(907)。预处理的示例包括但不限于：滤波；预加重；抖动；编码；上采样或下采样；量化或这些的组合。在另一个示例中，所有预处理都在数字音频信号的传输之前完成，并且没有预处理块(907)。然后使用采样的音频数据来驱动快门和膜(909)。以与工作频率倒数的时间间隔重复上述操作。图9B是用于实施驱动快门和膜块(909)的方法的示例。图9B的方法包括：例如通过设置t＝0来初始化t，其中t是运行时钟；提供信号以操作将快门层连接到高压源的开关(921)；提供信号以操作将膜层连接到高压源的开关(923)；检查自初始化以来经过的时间是否大于快门相关脉冲的“开启(on)”时间(Ts)(925)；如果是，则快门层连接到低压源(931)；如果否，那么是否自初始化以来经过的时间大于膜的“开启”时间(Tm)(927)；如果是，则膜层连接到低压源(933)；如果否，则如果经过的时间大于工作频率周期(Twf＝(工作频率)^-1)，则重复框925，如果否，则重复框921。在进一步的示例中，快门的“开启”时间由为实现快门层的最大位移而优化的占空比来决定，其中占空比的示例包括但不限于：50％；40-50％；30-40％。快门的“开启”时间(Ts)是由初始化过程(图9A901)加载的参数的示例。膜的开启时间(Tm)根据前面概述的方法确定并显示在图8中。膜由PWM致动驱动，其中脉冲宽度对应于数字音频样本。在一个示例中，低压源是接地端子。在另一个示例中，低压源是电荷再利用单元。

图10是驱动设备(图1B，109)的示例，其连接到微微扬声器并为膜层(图1B，105)和快门层(图1B，101)提供致动信号。驱动设备为半导体集成电路，其包括但不限于以下单元：通信单元(1001)；电荷泵，其被配置为接收低电压信号并产生高电压信号(1003)；开关单元，其被配置为调制高电压信号(1005)；控制单元(1007)。驱动单元经由线路(119)接收数字声音数据流并经由线路(121)接收工作电压。驱动单元(109)经由线路(115)连接到膜层，经由线路(113)连接到快门层，并且经由线路(103)连接到挡板层。在另一示例中，开关单元(1005)在两种状态之间交替：高电压状态，其中开关单元(1005)将高电压信号连接到膜和快门中的任何一个或两者；低电压状态，其中开关单元(1005)将低电压或接地电压连接到膜和快门中的任何一个或两者。在另一个示例中，驱动设备还包括电荷再利用单元(1009)。电荷再利用单元由电容元件组成，并且可替代地连接到开关单元(1005)和电荷泵(1003)。当膜或快门电压设置为高电压时，开关单元(1005)将电荷泵(1003)连接到电荷再利用单元(1009)，并且电荷泵(1003)积累的一部分由电荷再利用单元(1009)提供。当膜或快门电压设置为低时，电荷再利用(1009)连接到膜或快门并且电荷从膜或快门转移到电荷再利用单元(1009)。膜和快门独立操作并且均需要开关单元(1005)和电荷再利用单元(1009)。在一个示例中，电荷泵由膜和快门层二者共享使用。在替代示例中，每一层都有自己的电荷泵。

在一个示例中，连接到MEMS扬声器的驱动设备(109)，包括至少一个：电荷泵(1003)；控制单元(1007)；通信单元(1001)；开关单元(1005)中的两个或更多个开关；其中一个开关将电荷泵(1005)连接到膜(图1A，105)，并且第二开关将电荷泵(1005)连接到快门(图1A，101)；并且其中控制单元(1007)操作开关单元(1005)以产生来自膜(图1A，105)的调制的超声信号和来自快门(图1A，101)动作的音频信号。

图11A是微微扬声器单元(图1A，121)的示意性表示的替代示例。微微扬声器单元包括但不限于超声源(1103)和声学可变耦合器(1105)。在另一个示例中，声学可变耦合器(1105)经由具有自由传播区域的声学输出孔口(1121)进行声学接触，而在另一替代示例中，可变输出耦合器(1105)经由声学输出孔口(1121)与声阻抗匹配单元(1107)声学接触。在另一示例中，为每个扬声器单元提供声阻抗匹配单元(1107)。在另一替代示例中，为多个单元或为整个扬声器提供声阻抗匹配单元(1107)。声阻抗匹配单元(1107)的示例包括：耳道；声学喇叭；阻抗匹配层；声学通道。声阻抗匹配单元(1107)经由声学介质孔口(1129)声学耦合到目标介质，目标介质包括但不限于：空气；封闭的体积，并高效地将音频信号传输到目标介质中。在一个示例中，超声源包括：至少一个振动膜(105)，该振动膜(105)被封闭在声学室(1111)中，声学室具有连接到声学可变耦合器(1105)的声学孔口(1115)。振动膜(105)在声学室(1111)中振动并产生如等式(1)中所述的调制的超声信号。声学室(1103)、声学孔口(1115)和声学可变耦合器(1105)构成亥姆霍兹谐振器。谐振频率由声学室(1103)、声学孔口(1115)和声学可变耦合器(1105)的机械尺寸确定。在一个示例中，选择谐振频率以与快门的频率一致(图1A，101)。在替代示例中，谐振频率被选择为低于或高于快门的频率(图1A，101)。在该表示中，微微扬声器通过调制产生超声信号的超声源(1103)的输出耦合来产生音频信号。在另一个示例中，超声信号是调制的超声信号。在另一示例中，超声源(1103)至少包括但不限于振动膜(105)和声学室(1103)以及声学孔口(1115)。在另一个示例中，声学室(1103)经由声学孔口(1115)声学连接到声学可变耦合器(1105)。在一个示例中，声学可变耦合器(1105)由挡板(图1A，103)和快门(图1A，101)构成。确定可变耦合器(1105)的超声源(1103)侧(1115)与可变耦合器的相对侧(1121)处的声学信号功率之比的声阻抗被调制，从而产生在等式(3)和(4)中所描述的效应。在一个示例中，挡板(图1A，103)和快门(图1A，101)的相对位置确定了可变耦合器(1105)的声阻抗。可变耦合的替代机制包括但不限于：当地气压的变化；当地温度的变化；电声材料，其声速根据施加的电压的变化而变化。在另一个示例中，声学室(1103)包括声学(1120)或声学机械谐振器(1120)，其声学耦合到声学室(1103)。亥姆霍兹谐振器是声学谐振器的示例，并且是通过引入连接到声学室的管道或导管来实现的，其中管道的长度和宽度被设计为引入小于1,000Hz并且优选地小于500Hz的声学谐振频率。在另一替代示例中，声学机械谐振器(1120)是具有小于1,000Hz并且优选地小于500Hz的谐振频率的柔性膜。声学机械谐振器(1120)类似于具有虚拟扬声器锥体(dummy speaker cone)的低音反射扬声器，并提供了一种降低扬声器系统的有效声学谐振的方法。声学或声学机械谐振器(1120)耦合到封闭腔或自由传播区域，这提供了谐振器。在一个示例中，为每个扬声器单元提供声学或声学机械谐振器(1120)。在替代示例中，为多个单元或为整个扬声器提供声学或声学机械谐振器(1120)。

图11B是微微扬声器单元(图1A，121)的示意图的另一示例，其中声源包括一个或多个声学孔口(1115、1125、1127)。所述声学孔口为在超声源(1103)中产生的声学信号提供以下通路中的任一个：通往微微扬声器前侧风量的通路；通往微微扬声器背侧风量的通路；通往一个或多个相邻微微扬声器单元的通路(图1A)；共同的后腔或前腔；在另一个示例中，声学室(1103)包括声学(1120)或声学机械谐振器(1120)，其声学耦合到声学室(1103)。亥姆霍兹谐振器是声学谐振器的一个示例，并且是通过引入连接到声学室的管道或导管来实现的，其中管道的长度和宽度被设计为引入小于1,000Hz并且优选地小于500Hz的声学谐振频率。在另一替代示例中，声学机械谐振器(1120)是具有小于1,000Hz并且优选地小于500Hz的谐振频率的柔性膜。声学机械谐振器(1120)类似于具有虚拟扬声器锥体的低音反射扬声器，并提供了一种降低扬声器系统的有效声学谐振的方法。声学或声学机械谐振器(1120)耦合到封闭腔或自由传播区域，这提供了谐振器。在一个示例中，为每个扬声器单元提供声学或声学机械谐振器(1120)。在替代示例中，为多个单元或为整个扬声器提供声学或声学机械谐振器(1120)。

图11C是微微扬声器单元(图4D)的示例，其中虚线的覆盖显示以下各项的位置：声源(1131)；时变声耦合器(1133)；和声学介质(1135)。在另一个示例中，微微扬声器单元(图4D)包括背侧孔(501)。在一个示例中，扬声器设备由以下各项组成：至少一个超声源(1131)，其通过至少一个时变声耦合器(1133)耦合到声学介质(1135)并产生音频信号。在另一示例中，超声源(1131)是具有至少一个移动表面(1171)的声腔，该移动表面(1171)产生经调制的超声信号。在另一示例中，时变声耦合器(1133)包括由至少顶面(1175)和底面(1173)覆盖的低阻抗声学介质(1141)，每个顶面(1175)和底面(1173)均包括高阻抗声学介质。在另一个示例中，时变声耦合器(1133)包括声速为Vm的声学介质(1141)，该声学介质(1141)由至少顶面(1175)和底面(1173)覆盖，每个顶面(1175)和底面(1173)均包括速度Vs的声学介质，并且其中Vs>Vm。在另一个示例中，时变声耦合器(1133)包括声速为Vm的声学介质(1141)，该声学介质(1141)由至少顶面(1175)和底面(1173)覆盖，每个顶面(1175)和底面(1173)均由速度Vs的声学介质组成，并且其中Vs>2*Vm。在另一示例中，时变声耦合器(1141)包括与超声源(1131)接触的声学输入端口(1157)以及与声学介质(1135)接触的声学输出端口(1153、1155)，并且其中时变声耦合器(1133)的物理参数的时变变化包括但不限于：声耦合器结构尺寸；声耦合器的声阻抗；进入声学输入端口(1157)的声学功率与离开声学输出端口(1153、1155)的声学功率的比率的改变。在另一个示例中，物理参数的时变变化是周期性的。在另一个示例中，背侧孔(501)的宽度和长度被设计为提供耦合到超声源(1131)的声谐振器(1120)。应该注意的是，对于小孔径，空气速度会降低，因此可以使用宽度在10-100微米之间以及长度在100到2,000微米的孔口来实现低谐振频率。在又一示例中，声谐振器(1120)包括多个腔，其中导管的公共腔在声学上耦合所有腔。在另一替代示例中，声学机械谐振器通过将膜附接到晶圆(350)的背侧来实现。该膜被设计为具有小于1,000Hz或小于500Hz的机械谐振。膜的示例是具有小于5微米的厚度和大于1毫米的尺寸的聚酯薄膜、聚对二甲苯、聚酰胺、铝或其他聚合物或金属层。该膜耦合到一个或多个超声源(1131)。在另一示例中，超声源包括一个或多个超声膜。

在替代示例中，扬声器设备由以下各项组成：至少一个超声源(1131)，其产生调制的超声信号并且由腔和至少一个源声学端口(1151)组成；具有输入声学端口(1157)和输出声学端口(1153、1155)的时变声耦合器(1131)；其中，源声学端口(1151)连接到输入声学端口(1157)，并且输出声学端口(1153、1157)连接到声学介质(1135)；并且其中输出端口(1153、1155)处的信号包括音频信号。

在替代示例中，扬声器设备由以下各项组成：通过至少一个时变声耦合器(1135)耦合到声学介质(1137)的至少一个超声源(1131)；驱动设备(图1A，109)，其被配置为操作：一个或多个超声源(1131)；一个或多个时变声耦合器(1135)；并且用于在声学介质中生成音频信号(1137)；在另一示例中，驱动设备(图1A，109)将：第一PWM电信号提供到一个或多个超声源(1131)以产生调制的超声信号；第二PWM电信号提供到一个或多个时变声耦合器(1133)，以生成调制的超声信号的音频信号部分。

在替代示例中，扬声器设备至少包括：MEMs设备，其中所述MEMs设备至少包括超声源(1131)和时变声耦合器(1133)；驱动设备(图1A，109)，其与MEMs设备通信并被配置为操作超声源(1131)和时变声耦合器(1133)以产生音频信号。

在一个示例中，膜和快门异步地或独立地操作。在另一示例中，快门以快门谐振频率操作以实现最大声学调制。膜以一种或多种频率操作。膜操作的示例包括但不限于：包括乘以与快门谐振频率相对应的载波频率的音频信号的信号；包括乘以与快门谐振频率相对应的载波频率的音频信号的信号，其中载波调制被抑制；包括乘以与快门谐振频率相对应的载波频率的音频信号的上边带或下边带的信号；或这些信号的组合。

在另一个示例中，膜和快门以相同的频率同步操作。在另一示例中，频率对应于快门谐振频率。生成的音频信号的幅度由以下各项中的任一项来控制，但不限于以下各项：膜和快门操作的相对相位；快门操作的幅度；膜操作的幅度；这些的任何组合。

微微扬声器单元的尺寸的示例包括但不限于：层高；结构水平尺寸；和单元之间的距离。微微扬声器的尺寸是使用考虑结构的力学(mechanics)；静电；和声学的多物理模拟工具设计的。设计的一个主要方面是工作频率的选择。工作频率是US信号的中心频率并且在一个示例中对应于快门的谐振频率。在快门由恒定PWM信号致动的示例中，快门致动被优化以针对最小致动电压获得最大位移。优化的一个示例是选择快门机电谐振以对应于工作频率。在另一个示例中，选择工作频率以对应于快门谐振频率。机电谐振条件是通过设计快门形状和层厚来实现的。在一个示例中，快门具有100-170微米的直径、1微米的层厚和遵循图2的设计。在另一个示例中，微微扬声器单元的直径相对于快门直径大20-100微米。需要附加的直径长度来提供保持层的机械锚，以及在处理和释放层蚀刻中的限制，如图3A-3F或图4A-4F中所描述的。对于上面的示例，对应的工作频率是300KHz。其他尺寸和工作频率选项是可能的。进一步的设计限制来自微米结构和空气粘度的相互作用。模拟已经表明，非常高的气压会降低快门和孔的有效调制。因此，设计需要确保挡板/快门处的压力足够低以保持高效调制。在一个示例中，通过创建如前所述的背侧孔来降低压力。在另一个示例中，通过增加膜和挡板层之间的距离来降低压力。目标距离的示例包括但不限于：大于5微米；大于10微米；大于20微米。通过参考挡板层移动快门来获得调制器动作。移动会改变重叠区域的高度。较小的高度导致较大的声阻抗和较低的超声信号。调制器设计的一个关键方面是快门/孔重叠。以前发布的设计被限制在至多10微米。通过减轻来自调制器的压力，10-25微米的重叠值的设计是可能的，并提供高达90％的高效调制值。即，与开放式调制器相比，进入调制器的信号将被封闭式调制器衰减高达90％。较大重叠的优点是减少了实现目标调制所需的位移。减少位移提供两个好处：降低所需的电压和功率要求；减少由于快门机械运动而产生的压力。由于快门移动而积聚的压力会阻碍调制，并且在微微扬声器操作方面没有提供任何好处。因此，设计目标是以最小的快门移动获得最大调制。为了最好地利用快门和挡板结构区域，挡板和快门可以包括几个不重叠的孔。快门和挡板之间的重叠与快门位移有关。然而，快门位移在快门区域上不是固定的，而是根据快门形状和致动方法的。因此，在一个设计示例中，对于微微扬声器单元，挡板快门重叠不是恒定的。内半径的重叠的示例为15微米，并且外半径的重叠示例为20微米。在一个示例中，挡板罩设计包括中心孔口和至少两个外围径向孔口。快门掩模设计包括两个或更多个径向孔口：其起始半径R1＝Bo+O1，其中Bo为挡板中心孔半径，并且O1为中心挡板孔与快门孔口之间的重叠；R2的结束半径＝Bo+O1+Rs，其中Rs是快门孔口的径向宽度。支撑中央部分的两个或更多个塔架(pylon)穿过快门孔口。塔架的宽度由角度α或恒定宽度w定义。快门掩模的设计包括这些值的选择，以满足快门在工作频率下谐振的机电要求，同时提供所需的声学通路和调制。下表提供了值的示例：

名称	最小值	典型值	最大值	单位
					Bo	5	10	25	微米
O<sub>1</sub>	5	20	40	微米
					R<sub>s</sub>	5	10	25	微米

在一个示例中总结一种扬声器设备，其包括：通过至少一个时变声耦合器耦合到声学介质的至少一个超声源；扬声器驱动设备，其被配置为至少操作：一个或多个超声源和一个或多个时变声耦合器，并在声学介质中生成音频信号。在另一个示例中，扬声器设备，其包括MEMs设备，其中MEMs设备至少包括：超声源和时变声耦合器；以及驱动设备，其与MEMs设备通信并被配置为操作超声源和时变声耦合器以生成音频信号。在另一示例中，驱动设备至少包括电荷泵；处理器单元；通信单元；两个或更多个开关；其中一个开关将电荷泵连接到膜，并且第二开关将电荷泵连接到快门；并且处理器操作开关以从膜产生经调制的超声信号以及从快门动作产生音频信号。

在替代示例中，用于制造MEMS设备的方法包括以下步骤：沉积第一介电材料；使用在第一电介质中定义至少一个腔的第一蚀刻工艺；沉积主要包括有机材料的第二电介质；沉积导电材料；以及使用第二蚀刻工艺来去除第二介电有机材料的在至少一些导电材料下方的至少一部分。在另一个示例中，第一介电材料包括以下各项中的任一项，但不限于以下各项：SiO2；SiOx；aSi；SiN；TiO2；氧化铝；AlN或这些的组合。在另一个示例中，第二电介质包括以下各项中的任一项，但不限于以下各项：聚合物；聚酰胺；硅酮；SU8；PMDS；PVDF；环氧树脂或这些有机材料的组合。在另一示例中，第二蚀刻工艺至少包括以下各项中的任一项，但不限于以下各项：氧化物等离子体；臭氧等离子；CF4；CF6或这些蚀刻工艺的组合。在另一个示例中，导电材料至少包括以下各项中的任一项，但不限于以下各项：铝；镍；硅；多晶硅；铜；铬；钛或这些导电材料的组合。在另一示例中，在第二蚀刻工艺之后，至少一部分导电材料可以自由移动。在另一示例中，在沉积第二电介质之后应用平坦化步骤。在另一个示例中，制造MEMS设备的方法被应用于需要结构释放的MEMS设备的制造。需要结构释放的MEMS设备的示例包括但不限于：RF开关；微镜、加速度计、陀螺仪、压力传感器、气压计、喷墨分配器、超声传感器、计时设备、温度传感器、热成像传感器和辐射热测定器。

在替代示例中，扬声器设备包括：第一振动膜，其至少以第一超声频率中的一个频率振动；第二振荡膜，其以至少第二超声频率振荡；并且其中至少一个音频信号是以这样的频率产生的：该频率是第一超声频率和第二超声频率之间的频率差。在替代示例中，扬声器设备包括第一声学端口；第二声学端口；第一膜；第二层膜；连接第一膜和第二膜的声学介质；其中第一膜和第二膜以超声频率振荡；并且音频信号通过改变以下各项中的任一项但不限于以下各项而在第一和或第二声学端口中产生：第一膜振荡和第二膜振荡之间的相位；第一膜的振荡幅度；第二膜的振荡幅度；这些变化的任何组合。在另一示例中，至少一个声学端口与谐振频率低于1KHz的亥姆霍兹谐振器声学接触。在另一示例中，扬声器设备包括产生音频调制的声辐射信号的至少一个超声源。在替代示例中，扬声器设备包括通过至少一个时变声耦合器耦合到声学介质并产生音频信号的至少一个超声源以及产生音频调制的声辐射信号的至少一个超声源。

系统各方面的硬件和软件实现方式之间几乎没有区别；硬件或软件的使用通常(但并非总是如此，因为在某些情况下，硬件和软件之间的选择可能变得重要)是一种代表成本与效率权衡的设计选择。有各种媒介(vehicle)可以实现本文所述的过程和/或系统和/或其他技术(例如，硬件、软件和/或固件)，并且优选的媒介将随着过程和/或或系统和/或其他技术所部署于的上下文而变化。例如，如果实施者确定速度和准确性是最重要的，则实施者可以选择主要硬件和/或固件的媒介；如果灵活性是最重要的，则实施者可以选择主要软件的实施方式；或者，同样也是可替代地，实施者可以选择硬件、软件和/或固件的某种组合。

前述详细描述已经通过使用框图、流程图和/或示例阐述了设备和/或过程的各种实施例。就此类框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作而言，本领域技术人员将理解，可以单独和/或集体地通过各种硬件、软件、固件或几乎任何它们的组合来实现此类框图、流程图或示例中的每个功能和/或操作。在一个实施例中，本文描述的主题的几个部分可以经由专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或其他集成格式来实现。然而，本领域技术人员将认识到，本文公开的实施例的一些方面全部或部分地可以等效地在集成电路中实现，作为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，作为固件，或几乎任何它们的组合，并且鉴于本公开，针对软件和/或固件设计电路和/或编写代码将完全在本领域技术人员的技能范围内。此外，本领域的技术人员将理解，这里描述的主题的机制能够以各种形式作为程序产品分发，并且无论用于实际执行分发的信号承载介质的具体类型如何，这里描述的主题的说明性实施例都适用。信号承载介质的示例包括但不限于以下各项：可记录类型介质，例如软盘、硬盘驱动器、压缩盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输类型介质，例如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤电缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。

本领域技术人员将认识到，在本领域内常见的是以本文所述的方式描述设备和/或过程，然后使用工程实践将这些描述的设备和/或过程集成到数据处理系统中。也就是说，本文描述的设备和/或过程的至少一部分可以经由合理数量的实验集成到数据处理系统中。本领域技术人员将认识到，典型的数据处理系统通常包括以下中的一个或多个：系统单元外壳、视频显示设备、诸如易失性和非易失性存储器之类的存储器、诸如微处理器和数字信号处理器之类的处理器、诸如操作系统、驱动程序、图形用户界面和应用程序之类的计算实体、诸如触摸板或屏幕之类的一个或多个交互设备、和/或包括反馈回路和控制电机的控制系统(例如，用于感测位置和/或速度的反馈；用于移动和/或调整组件和/或数量的控制电机)。典型的数据处理系统可以利用任何合适的商业可用组件来实现，例如通常在数据计算/通信和/或网络计算/通信系统中发现的那些。

本文描述的主题有时图示了包含在不同其他组件内或与不同其他组件连接的不同组件。应当理解，这样描述的架构仅仅是示例性的，并且实际上可以实施达成相同功能的许多其他架构。在概念上，实现相同功能的任何组件布置都是有效地“关联”的，从而实现了所期望的功能。因此，本文中被组合以实现特定功能的任何两个组件可以被视为彼此“关联”，从而实现期望的功能，而与架构或中间组件无关。同样，如此关联的任何两个组件也可以被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现所期望的功能，并且能够如此关联的任何两个组件也可以被视为彼此“可操作地可耦合”，以实现所期望的功能。可操作地耦合的具体示例包括但不限于物理上可匹配和/或物理上交互的组件和/或无线交互和/或无线交互组件和/或逻辑交互和/或逻辑交互组件。

关于本文中实质上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据上下文和/或应用从复数转换成单数和/或从单数转换成复数。为了清楚起见，可以在本文中明确阐述各种单数/复数排列。

本领域内的技术人员将理解，一般而言，本文，尤其是在所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的术语通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括有但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括了”应解释为“包括了但不限于”等)。本领域内的技术人员将进一步理解，如果打算引用特定数量的所引入的权利要求陈述，则这种意图将在权利要求中明确地记载，并且在没有这种引用的情况下不存在这种意图。例如，为了帮助理解，所附权利要求可能包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”来介绍权利要求陈述。然而，此类短语的使用不应被解释为暗示由词语“一”或“一个”引入权利要求陈述将包含此类引入的权利要求陈述的任何特定权利要求限制为仅包含一个此类陈述的公开内容，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”，词语例如“一”或“一个”(例如，“一”和/或“一个”通常应解释为表示“至少一个”或“一个或多个”)；用于介绍权利要求陈述的词语的使用也是如此。此外，即使明确地列举了特定数量的引入的权利要求陈述，本领域技术人员将认识到，这种陈述通常应该被解释为至少是所列举的数量(例如，“两个陈述”的简单陈述，没有其他修饰语，通常意味着至少两个陈述，或两个或更多陈述)。此外，在使用类似于“A、B和C中的至少一个等”的惯例的情况下，一般来说，这种结构意在本领域技术人员会理解惯例的意义上(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于以下系统：A单独，B单独，C单独，A和B一起，A和C一起，B和C一起，和/或A、B和C一起，等等)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，一般而言，这种结构意在本领域技术人员会理解惯例的意义上(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于以下系统：A单独，B单独，C单独，A和B一起，A和C一起，B和C一起，和/或A、B和C一起，等等)。本领域技术人员将进一步理解，实际上呈现两个或更多个替代术语的任何分离词和/或短语，无论是在说明书、权利要求或附图中，都应被理解为考虑包括这些术语之一、任何一个术语或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。扬声器和微微扬声器是可互换的，并且可以代替另一个使用。

虽然本文已经公开了各个方面和实施例，但其他方面和实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实施例是出于说明的目的而不旨在限制，真实范围和精神由所附权利要求来表明。

Claims (20)

1.一种扬声器设备，包括：

声学介质；以及

至少一个超声源，其通过至少一个时变声耦合器耦合到所述声学介质，以生成生成音频信号。

2.根据权利要求1所述的扬声器设备，还包括亥姆霍兹谐振器，其中，所述至少一个超声源以低于1KHz的谐振频率与所述亥姆霍兹谐振器声学接触。

3.一种扬声器设备，包括：

声学介质；

至少一个超声源，其包括腔和至少一个源声学端口并且被配置为生成超声信号；

时变声耦合器，其具有输入声学端口和输出声学端口；

其中，所述超声源声学端口连接到所述时变耦合器输入声学端口，并且所述时变耦合器输出声学端口连接到所述声学介质；并且

其中，所述输出端口处的所述声学信号包括音频信号。

4.根据权利要求3所述的扬声器设备，还包括亥姆霍兹谐振器，其中，所述至少一个超声源以低于1KHz的谐振频率与亥姆霍兹谐振器声学接触。

5.一种扬声器设备，包括：

至少一个超声源，其通过至少一个时变声耦合器耦合到声学介质；

扬声器驱动设备，其被配置为：操作至少所述一个或多个超声源；所述一个或多个时变声耦合器；并且在所述声学介质中生成音频信号。

6.根据权利要求5所述的扬声器设备，还包括亥姆霍兹谐振器，其中，所述至少一个超声源以低于1KHz的谐振频率与所述亥姆霍兹谐振器声学接触。

7.一种扬声器设备，包括：

MEMs设备，其中所述MEMs设备至少包括超声源和时变声耦合器；以及

驱动设备，其与所述MEMs设备通信并且被配置为操作所述超声源和时变声耦合器以生成音频信号。

8.根据权利要求7所述的扬声器设备，还包括亥姆霍兹谐振器，其中，所述至少一个超声源以低于1KHz的谐振频率与所述亥姆霍兹谐振器声学接触。

9.根据权利要求7所述的扬声器设备，其中，所述驱动设备至少包括：

电荷泵；

处理器单元；

通信单元；

两个或更多个开关；

其中，至少一个开关将所述电荷泵连接到膜，并且至少第二开关将所述电荷泵连接到快门；并且

其中，所述处理器单元操作所述开关以从所述膜生成调制的超声信号并且从所述快门动作生成音频信号。

10.一种用于制造MEMS设备的方法，包括以下步骤：

沉积第一介电材料；

使用在所述第一介电材料中限定至少一个腔的第一蚀刻工艺；

沉积主要由有机材料组成的第二电介质；

沉积导电材料；以及

使用第二蚀刻工艺去除在所述导电材料中的至少一些下方的所述第二介电有机材料的至少一部分。

11.根据权利要求10所述的用于制造MEMS设备的方法，其中，所述第一介电材料包括以下各项中的任一项，但不限于以下各项：SiO2；SiOx；aSi；SiN；TiO2；氧化铝；AIN或这些的组合。

12.根据权利要求10所述的用于制造MEMS设备的方法，其中，所述第二电介质包括以下各项中的任一项，但不限于以下各项：聚合物；聚酰胺；硅酮；SU8；PMDS；PVDF；环氧树脂或这些有机材料的组合。

13.根据权利要求10所述的用于制造MEMS设备的方法，其中，所述第二蚀刻工艺至少包括以下各项中的任一项，但不限于以下各项：氧化物等离子体；臭氧等离子；CF4；CF6或这些蚀刻工艺的组合。

14.根据权利要求10所述的用于制造MEMS设备的方法，其中，所述导电材料包括以下各项中的任一项，但不限于以下各项：铝；镍；硅；多晶硅；铜；铬；钛或这些导电材料的组合。

15.根据权利要求10所述的用于制造MEMS设备的方法，其中，在所述第二蚀刻工艺之后，所述导电材料的至少一部分能够自由移动。

16.根据权利要求10所述的用于制造MEMS设备的方法，其中，平坦化步骤在沉积所述第二电介质之后被应用。

17.一种扬声器设备，包括：

第一振荡膜，其被配置为以第一超声频率振荡；以及

第二振荡膜，其被配置为以第二超声频率振荡，使得以作为所述第一超声频率、所述第二超声频率之间的频率差的频率生成音频信号。

18.一种扬声器设备，包括：

第一声学端口；

第二声学端口；

第一膜；

第二膜；

连接所述第一膜和所述第二膜的声学介质；

其中，所述第一膜和所述第二膜被配置为以超声频率振荡：并且

其中，通过至少改变以下各项中的任一项，在所述第一声学端口和/或所述第二声学端口中生成音频信号：第一膜振荡和第二膜振荡之间的相位；所述第一膜的振荡幅度；所述第二膜的振荡幅度；这些变化的任何组合。

19.根据权利要求18所述的扬声器设备，还包括亥姆霍兹谐振器，其中，所述声学端口中的至少一个以低于1KHz的谐振频率与亥姆霍兹谐振器声学接触。

20.一种扬声器设备，包括：

声学介质；以及

至少一个超声源，其通过至少一个时变声耦合器耦合到所述声学介质并且被配置为生成音频信号，并且所述至少一个超声源被配置为生成音频调制的声辐射信号。

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