CN116249058B - 量子声纹识别探头、mems声敏结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体传感器技术领域，具体公开了一种MEMS声敏结构、MEMS声敏结构的制备方法及量子声纹识别探头，包括：四周型硅衬底，中间形成悬空区域；悬膜，边缘固定在所述四周型硅衬底上；反射膜，设置在所述悬膜朝向所述悬空区域的表面；玻璃基板，与所述四周型硅衬底键合连接；所述玻璃基板与所述悬空区域对应位置处形成准直结构，所述准直结构用于确定入射光纤和出射光纤的对准位置。本发明提供的MEMS声敏结构能够有效消除人工调节准直器的操作误差，提升了光纤麦克风的制作效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体传感器技术领域，尤其涉及一种MEMS声敏结构、MEMS声敏结构的制备方法及量子声纹识别探头。
背景技术
自光纤传感技术获得发展以来，基于各种技术的光纤麦克风被研制出来。按调制方法，可以分为三类：光强度调制、干涉型相位调制和偏振态调制。光有三种属性可以被调制：光强度、相位（或频率）和偏振态。但最终所有的调制方法都会被还原到光强度，因为光强度是唯一可以被光电二极管或光电倍增管检测到的属性。相位调制使用干涉仪来还原成光强变化，而偏振态调制则需要偏振片或者双折射原件来还原为光强。这样的还原器件可能属于光纤麦克风的一部分或者在其之外，但是在衡量光纤麦克风的性能的时候，这样的还原器件需要被作为光纤麦克风的一部分。
在光纤麦克风的制作过程中，遇到的一个难点是要让光源的光线照射到反射片，还要将经反射的光线收集起来。多模光纤纤芯直径只有 62.5μm，要直接使用光纤来完成收集反射光强的工作是几乎不可能办到的，这需要及其精确的对准工作，因而现有技术中提出通过安装准直器的方式实现对准。但是现有技术中的准直器在安装时均需要通过人工反复调信号强度以确定准直器的位置，不仅调节效率低，且容易带来人工误差。
因此，如何能够消除人工调节准直器的操作误差成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种MEMS声敏结构、MEMS声敏结构的制备方法及量子声纹识别探头，解决相关技术中存在的需要人工调节准直器所带来的人工误差的问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种MEMS声敏结构，其中，包括：
四周型硅衬底，中间形成悬空区域；
悬膜，边缘固定在所述四周型硅衬底上；
反射膜，设置在所述悬膜朝向所述悬空区域的表面；
玻璃基板，与所述四周型硅衬底键合连接；
所述玻璃基板与所述悬空区域对应位置处形成准直结构，所述准直结构用于确定入射光纤和出射光纤的对准位置。
进一步地，所述准直结构包括：准直器卡槽和准直器端部固定槽，所述准直器卡槽靠近所述悬空区域，所述准直器端部固定槽位于所述准直器卡槽背离所述悬空区域的一侧，且所述准直器卡槽和所述准直器端部固定槽相邻设置，所述准直器卡槽的内径小于所述准直器端部固定槽的内径，所述准直器卡槽和所述准直器端部固定槽共同用于固定准直器，以确定入射光纤和出射光纤的对准位置。
进一步地，所述准直结构包括：入射光纤准直槽和出射光纤准直槽，所述入射光纤准直槽和所述出射光纤准直槽间隔设置，所述入射光纤准直槽和所述出射光纤准直槽均包括形状相同的凸字形卡槽。
进一步地，所述玻璃基板内设置间隔槽，所述间隔槽位于所述准直结构朝向所述悬空区域的一侧，所述间隔槽用于增加所述悬膜的最大位移余量。
作为本发明的另一个方面，提供一种MEMS声敏结构的制备方法，用于制备权利要求1至4中任意一项所述的MEMS声敏结构，其中，包括：
分别提供硅衬底和玻璃基板；
在所述硅衬底的上下表面均形成氮化硅膜；
对所述硅衬底的下表面的氮化硅膜通过刻蚀形成四周型硅衬底，所述硅衬底的上表面的氮化硅膜形成为悬膜；
在所述悬膜朝向所述悬空区域的表面通过蒸镀形成反射膜；
在所述玻璃基板的上表面通过图形化方式形成间隔槽，以增加所述悬膜的最大位移余量；
将所述玻璃基板与所述四周型硅衬底键合；
在所述玻璃基板背离所述四周型硅衬底的表面进行图形化形成准直结构，以使得所述准直结构能够确定入射光纤和出射光纤的对准位置。
进一步地，在所述玻璃基板背离所述四周型硅衬底的表面进行图形化形成准直结构，包括：
在所述玻璃基板背离所述四周型硅衬底的表面进行图形化后形成准直器卡槽和准直器端部固定槽，所述准直器卡槽靠近所述悬空区域，所述准直器端部固定槽位于所述准直器卡槽背离所述悬空区域的一侧，且所述准直器卡槽和所述准直器端部固定槽相邻设置，所述准直器卡槽的内径小于所述准直器端部固定槽的内径，所述准直器卡槽和所述准直器端部固定槽共同用于固定准直器，以确定入射光纤和出射光纤的对准位置。
进一步地，在所述玻璃基板背离所述四周型硅衬底的表面进行图形化形成准直结构，包括：
在所述玻璃基板背离所述四周型硅衬底的表面进行图形化后形成入射光纤准直槽和出射光纤准直槽，所述入射光纤准直槽和所述出射光纤准直槽间隔设置，所述入射光纤准直槽和所述出射光纤准直槽均包括形状相同的凸字形卡槽。
进一步地，对所述硅衬底的下表面的氮化硅膜通过刻蚀形成四周型硅衬底，包括：
在所述硅衬底的下表面的氮化硅膜上涂胶，并进行图形化处理；
对图形化处理后的氮化硅膜进行ICP刻蚀形成氮化硅膜刻蚀窗口；
在去除所述硅衬底的下表面的残留胶以及残留氮化硅膜后，进行DRIE刻蚀后，形成所述四周型硅衬底。
进一步地，在所述硅衬底的上下表面均形成氮化硅膜，包括：
在所述硅衬底的上下表面通过气相沉积方式分别形成氮化硅膜。
作为本发明的另一个方面，提供一种量子声纹识别探头探头，其中，包括：壳体和封装在所述壳体内的前文所述的MEMS声敏结构。
本发明提供的MEMS声敏结构，通过在玻璃基板上形成准直结构，以使得该准直结构能够确定入射光纤和出射光纤的对准位置，且该玻璃基板能够与四周型硅衬底进行键合后形成MEMS声敏结构，当该MEMS声敏结构应用在量子声纹识别探头中时，由于自带准直结构，可以直接确定入射光纤和出射光纤的对准位置，从而解决了由于现有技术中需要人工调节准直器的位置等操作而带来的操作误差等问题，因此，本发明提供的MEMS声敏结构能够有效消除人工调节准直器的操作误差，提升了光纤麦克风的制作效率。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的MEMS声敏结构的一种实施方式的剖视图。
图2为本发明提供的MEMS声敏结构的另一种实施方式的剖视图。
图3为本发明提供的量子声纹识别探头探头的一种实施方式的剖视图。
图4为本发明提供的量子声纹识别探头探头的另一种实施方式的剖视图。
图5为本发明提供的硅衬底的结构示意图。
图6为本发明提供的玻璃基板的结构示意图。
图7为本发明提供的在硅衬底上形成氮化硅膜的结构示意图。
图8为本发明提供的在硅衬底下表面的氮化硅膜上涂胶的结构示意图。
图9为本发明提供的形成刻蚀窗口的结构示意图。
图10为本发明提供的形成四周型硅衬底的结构示意图。
图11为本发明提供的形成反射膜的结构示意图。
图12为本发明提供的形成间隔槽的结构示意图。
图13为本发明提供的四周型硅衬底与玻璃基板键合后的结构示意图。
实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本实施例中提供了一种MEMS声敏结构，图1是根据本发明实施例提供的MEMS声敏结构的剖视图，如图1所示，包括：
四周型硅衬底100，中间形成悬空区域；
悬膜200，边缘固定在所述四周型硅衬底100上；
反射膜40，设置在所述悬膜200朝向所述悬空区域的表面；
玻璃基板20，与所述四周型硅衬底100键合连接；
所述玻璃基板20与所述悬空区域对应位置处形成准直结构500，所述准直结构500用于确定入射光纤和出射光纤的对准位置。
在本发明实施例中，通过在玻璃基板上形成准直结构，以使得该准直结构能够确定入射光纤和出射光纤的对准位置，且该玻璃基板能够与四周型硅衬底进行键合后形成MEMS声敏结构，当该MEMS声敏结构应用在量子声纹识别探头中时，由于自带准直结构，可以直接确定入射光纤和出射光纤的对准位置，从而解决了由于现有技术中需要人工调节准直器的位置等操作而带来的操作误差等问题，因此，本发明提供的MEMS声敏结构能够有效消除人工调节准直器的操作误差，提升了光纤麦克风的制作效率。
在本发明实施例中，作为准直结构500的一种具体实施方式，如图1所示，所述准直结构500包括：准直器卡槽520和准直器端部固定槽510，所述准直器卡槽520靠近所述悬空区域，所述准直器端部固定槽510位于所述准直器卡槽520背离所述悬空区域的一侧，且所述准直器卡槽520和所述准直器端部固定槽510相邻设置，所述准直器卡槽520的内径小于所述准直器端部固定槽510的内径，所述准直器卡槽520和所述准直器端部固定槽510共同用于固定准直器，以确定入射光纤和出射光纤的对准位置。
应当理解的是，在本发明实施例中，如图3所示，通过设置准直器卡槽520和准直器端部固定槽510，能够在安装准直器时直接将准直器固定在准直器卡槽520和准直器端部固定槽510中，当准直器插入到有阻力时停止，从而无需反复调整准直器的位置，即直接将准直器安装后进行使用，省去了人工调节也就避免了人工调节的操作误差，且安装使用效率高。
此处需要说明的是，所述准直器卡槽520的位置是根据信号最强时准直器所在的位置确定的，即在确定准直器卡槽位置时可以先通过准直器对准的方法确定，然后再进行微结构的制作。
需要说明的是，所述准直器卡槽520的内径小于所述准直器端部固定槽510的内径，这样在安装准直器时，当准直器插入进准直器端部固定槽510内并碰到准直器卡槽520时停止，即此处所述准直器卡槽520能够限位所述准直器的位置。此处设置准直器卡槽520不仅可以起到限位准直器的位置的作用，还可以起到透光的作用。
作为准直结构的另一实施方式，如图2所示，所述准直结构500包括：入射光纤准直槽530和出射光纤准直槽540，所述入射光纤准直槽530和所述出射光纤准直槽540间隔设置，所述入射光纤准直槽530和所述出射光纤准直槽540均包括形状相同的凸字形卡槽。
应当理解的是，在该实施方式中，通过在所述玻璃基板内直接形成实现准直器功能的准直结构，以实现对入射光纤和出射光纤的对准，这样避免了人工调整准直器位置，另外当应用在量子声纹识别探头中时，如图4所示，也无需再额外安装准直器，不仅避免了人工调整带来的操作误差问题，还节省了成本。
在本发明中，如图1和图2所示，为了能够增加悬膜的位移量，以增大最大测量声压，在本发明实施例中，所述玻璃基板400内设置间隔槽600，所述间隔槽600位于所述准直结构500朝向所述悬空区域的一侧，所述间隔槽600用于增加所述悬膜200的最大位移余量。
应当理解的是，通过增加间隔槽600，能够给所述悬膜200在进行探测发生位移时预留位移空间，即增加了悬膜200的最大位移余量，进而可以增大最大测量声压。
作为本发明的另一实施例，提供一种MEMS声敏结构的制备方法，用于制备前文所述的MEMS声敏结构，其中，包括：
如图5和图6所示，分别提供硅衬底10和玻璃基板20；
如图7所示，在所述硅衬底10的上下表面均形成氮化硅膜11；
具体地，在所述硅衬底10的上下表面通过气相沉积方式分别形成氮化硅膜。
对所述硅衬底10的下表面的氮化硅膜11通过刻蚀形成四周型硅衬底100，所述硅衬底的上表面的氮化硅膜形成为悬膜200；
在形成悬膜200的过程中，如图8至图10所示，在所述硅衬底10的下表面的氮化硅膜11上涂胶12，并进行图形化处理；对图形化处理后的氮化硅膜11进行ICP刻蚀形成氮化硅膜刻蚀窗口13；在去除所述硅衬底10的下表面的残留胶以及残留氮化硅膜后，进行DRIE刻蚀后，形成所述四周型硅衬底100。
具体地，如图11所示，在所述悬膜200朝向所述悬空区域的表面通过蒸镀形成反射膜40；
如图12所示，在所述玻璃基板20的上表面通过图形化方式形成间隔槽600，以增加所述悬膜200的最大位移余量；
如图13所示，将所述玻璃基板20与所述四周型硅衬底100键合；
如图1和图2所示，在所述玻璃基板20背离所述四周型硅衬底100的表面进行图形化形成准直结构500，以使得所述准直结构500能够确定入射光纤和出射光纤的对准位置。
具体地，作为一种具体地实施方式，在所述玻璃基板20背离所述四周型硅衬底100的表面进行图形化形成准直结构500，包括：
在所述玻璃基板20背离所述四周型硅衬底100的表面进行图形化后形成准直器卡槽520和准直器端部固定槽510，所述准直器卡槽520靠近所述悬空区域，所述准直器端部固定槽510位于所述准直器卡槽520背离所述悬空区域的一侧，且所述准直器卡槽520和所述准直器端部固定槽510相邻设置，所述准直器卡槽520的内径小于所述准直器端部固定槽510的内径，所述准直器卡槽520和所述准直器端部固定槽510共同用于固定准直器，以确定入射光纤和出射光纤的对准位置。
具体地，作为另一种具体地实施方式，在所述玻璃基板20背离所述四周型硅衬底100的表面进行图形化形成准直结构500，包括：
在所述玻璃基板20背离所述四周型硅衬底的表面进行图形化后形成入射光纤准直槽530和出射光纤准直槽540，所述入射光纤准直槽530和所述出射光纤准直槽540间隔设置，所述入射光纤准直槽530和所述出射光纤准直槽540均包括形状相同的凸字形卡槽。
综上，本发明实施例提供的MEMS声敏结构的制备方法，制作得到的MEMS声敏结构，能够有效避免人工反复调节准直器的位置，提高了MEMS声敏结构在安装使用时的效率，进而提升了光纤麦克风的制作效率。
作为本发明的另一实施例，提供一种量子声纹识别探头探头，其中，如图3和图4所示，包括：壳体2和封装在所述壳体内的前文所述的MEMS声敏结构1。
在图3中，由于MEMS声敏结构提供了准直器3的安装固定位置，在准直器安装时无需对准直器进行位置的调整；图4所示，由于MEMS声敏结构提供的准直结构实现了准直器的功能，因此可以直接将入射光纤和出射光纤与所述MEMS声敏结构1安装，也无需额外的安装准直器。
综上，本发明提的量子声纹识别探头探头，由于采用了前文的MEMS声敏结构，具有安装使用效率高的优势。
关于本发明提供的量子声纹识别探头探头的具体工作原理可以参照前文的MEMS声敏结构的描述，此处不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种MEMS声敏结构，其特征在于，包括：
四周型硅衬底，中间形成悬空区域；
悬膜，边缘固定在所述四周型硅衬底上；
反射膜，设置在所述悬膜朝向所述悬空区域的表面；
玻璃基板，与所述四周型硅衬底键合连接；
所述玻璃基板与所述悬空区域对应位置处形成准直结构，所述准直结构用于确定入射光纤和出射光纤的对准位置；
其中，所述准直结构包括：准直器卡槽和准直器端部固定槽，所述准直器卡槽靠近所述悬空区域，所述准直器端部固定槽位于所述准直器卡槽背离所述悬空区域的一侧，且所述准直器卡槽和所述准直器端部固定槽相邻设置，所述准直器卡槽的内径小于所述准直器端部固定槽的内径，所述准直器卡槽和所述准直器端部固定槽共同用于固定准直器，以确定入射光纤和出射光纤的对准位置。
2.根据权利要求1所述的MEMS声敏结构，其特征在于，所述准直结构包括：入射光纤准直槽和出射光纤准直槽，所述入射光纤准直槽和所述出射光纤准直槽间隔设置，所述入射光纤准直槽和所述出射光纤准直槽均包括形状相同的凸字形卡槽。
3.根据权利要求1或2所述的MEMS声敏结构，其特征在于，所述玻璃基板内设置间隔槽，所述间隔槽位于所述准直结构朝向所述悬空区域的一侧，所述间隔槽用于增加所述悬膜的最大位移余量。
4.一种MEMS声敏结构的制备方法，用于制备权利要求1至3中任意一项所述的MEMS声敏结构，其特征在于，包括：
分别提供硅衬底和玻璃基板；
在所述硅衬底的上下表面均形成氮化硅膜；
对所述硅衬底的下表面的氮化硅膜通过刻蚀形成四周型硅衬底，所述硅衬底的上表面的氮化硅膜形成为悬膜；
在所述悬膜朝向所述悬空区域的表面通过蒸镀形成反射膜；
在所述玻璃基板的上表面通过图形化方式形成间隔槽，以增加所述悬膜的最大位移余量；
将所述玻璃基板与所述四周型硅衬底键合；
在所述玻璃基板背离所述四周型硅衬底的表面进行图形化形成准直结构，以使得所述准直结构能够确定入射光纤和出射光纤的对准位置；
其中，在所述玻璃基板背离所述四周型硅衬底的表面进行图形化形成准直结构，包括：
在所述玻璃基板背离所述四周型硅衬底的表面进行图形化后形成准直器卡槽和准直器端部固定槽，所述准直器卡槽靠近所述悬空区域，所述准直器端部固定槽位于所述准直器卡槽背离所述悬空区域的一侧，且所述准直器卡槽和所述准直器端部固定槽相邻设置，所述准直器卡槽的内径小于所述准直器端部固定槽的内径，所述准直器卡槽和所述准直器端部固定槽共同用于固定准直器，以确定入射光纤和出射光纤的对准位置。
5.根据权利要求4所述的MEMS声敏结构的制备方法，其特征在于，在所述玻璃基板背离所述四周型硅衬底的表面进行图形化形成准直结构，包括：
在所述玻璃基板背离所述四周型硅衬底的表面进行图形化后形成入射光纤准直槽和出射光纤准直槽，所述入射光纤准直槽和所述出射光纤准直槽间隔设置，所述入射光纤准直槽和所述出射光纤准直槽均包括形状相同的凸字形卡槽。
6.根据权利要求4所述的MEMS声敏结构的制备方法，其特征在于，对所述硅衬底的下表面的氮化硅膜通过刻蚀形成四周型硅衬底，包括：
在所述硅衬底的下表面的氮化硅膜上涂胶，并进行图形化处理；
对图形化处理后的氮化硅膜进行ICP刻蚀形成氮化硅膜刻蚀窗口；
在去除所述硅衬底的下表面的残留胶以及残留氮化硅膜后，进行DRIE刻蚀后，形成所述四周型硅衬底。
7.根据权利要求4所述的MEMS声敏结构的制备方法，其特征在于，在所述硅衬底的上下表面均形成氮化硅膜，包括：
在所述硅衬底的上下表面通过气相沉积方式分别形成氮化硅膜。
8.一种量子声纹识别探头探头，其特征在于，包括：壳体和封装在所述壳体内的权利要求1至3中任意一项所述的MEMS声敏结构。
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