CN116939455A - 一种微机电系统麦克风及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开实施例公开了一种微机电系统麦克风及电子设备。该微机电系统麦克风包括衬底、振膜和背极板。背极板上形成有支撑结构，背极板包括第一背极区和第二背极区，第一背极区与第二背极区连接至不同的电极。本公开实施例的一个技术效果在于，通过创造性地利用支撑结构划分背极板为第一背极区和第二背极区，且第一背极区与第二背极区连接至不同的电极。以在不增加其余结构的情况下形成差分电容器，提高麦克风产品整体性能。

Description

一种微机电系统麦克风及电子设备

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)麦克风技术领域，更具体地，本发明涉及一种微机电系统麦克风及电子设备。

背景技术

现有的微机电系统(MEMS)麦克风产品中，差分电容MEMS类产品因其优异的THD(Total Harmonic Distortion，总谐波失真)和AOP(Acoustic Overload Point，声学过载点)等性能而占据了很大的市场份额。但常见的差分结构都是采用三层对称的结构层，需要增加一层振膜或者背极板，导致制造工艺相当复杂，芯片成本高、良率低、可靠性较差等问题。

因此，提供一种新型的微机电系统麦克风及电子设备，实属必要。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种新型的微机电系统麦克风及电子设备，旨在解决现有技术中的至少一个问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种微机电系统麦克风。包括：衬底，所述衬底上形成声腔；

振膜，所述振膜具有固定部和悬空部，所述固定部固定在所述衬底上，所述悬空部位于所述声腔上；

背极板，所述背极板设置在所述衬底上，所述背极板与所述振膜之间形成有间隙，所述背极板上形成有环形分布的支撑结构，所述支撑结构朝向所述振膜延伸并且与所述悬空部的位置对应，所述支撑结构将所述悬空部划分为内悬空区和外悬空区；

在所述背极板和/或振膜通电的情况下，所述悬空部被配置为能与所述支撑结构抵接，使所述内悬空区能被声压激发产生机械振动，所述内悬空区通过绕所述支撑结构带动所述外悬空区振动，所述内悬空区与所述外悬空区的振动方向相反；

所述振膜和所述背极板形成电容结构，所述支撑结构将所述电容结构划分为内电容和外电容。

可选地，所述内电容和所述外电容的容值相匹配。

可选地，所述内电容和所述外电容的容值绝对值相差小于或等于15％。

可选地，所述外悬空区上设置有多个阻尼孔。

可选地，多个所述阻尼孔相对于所述外悬空区的中心呈中心对称式分布。

可选地，所述阻尼孔排列呈一圈或多圈的形式分布。

可选地，所述振膜被配置为连接至偏置电压端；

所述第一背极区被配置为连接至第一电势点，所述第二背极区被配置为连接至第二电势点，所示第一电势点与所述第二电势点的电势绝对值相同，所述内悬空区和所述外悬空区的机械灵敏度和临界电压分别对应匹配。

可选地，所述内悬空区的机械灵敏度和所述外悬空区的机械灵敏度的差值小于或等于15％；

所述内悬空区的临界电压和所述外悬空区的临界电压的差值小于或等于15％。

可选地，在所述背极板和/或振膜通电的情况下，所述悬空部在自身的振动方向上与所述衬底间隔至少2微米。

可选地，所述支撑结构为连续的环状结构；或者，所述支撑结构包括间隔分布的多个凸起结构。

可选地，所述支撑结构包括多个凸起，多个所述凸起相对于所述悬空部的中心呈中心对称分布。

可选地，所述内悬空区和外悬空区呈圆形，径向尺寸为直径。

可选地，所述内悬空区的直径范围为450至750微米；

所述外悬空区的直径范围为650至1100微米；

所述振膜的厚度范围为0.75至1.25微米。

可选地，所述内悬空区的直径为500微米；

所述外悬空区的直径为750微米；

所述振膜的厚度为1微米。

根据本发明的另一个方面，提供了一种微机电系统麦克风，包括：

衬底，所述衬底上形成声腔；

背极板，所述背极板设置在所述衬底上，所述背极板上形成有环形分布的、凸出的支撑结构；

振膜，所述振膜具有固定部和悬空部，所述固定部固定在所述衬底上，所述背极板与所述振膜之间形成有间隙，所述支撑结构将所述悬空部划分为内悬空区和外悬空区，所述内悬空区位于进声通道上方，所述外悬空区位于所述进声通道外侧；

在所述背极板和/或振膜通电的情况下，所述悬空部被配置为能与所述支撑结构抵接，使所述内悬空区能被声压激发产生机械振动。

根据本发明的再一个方面，提供了一种电子设备。包括上述的一种微机电系统麦克风，所述微机电系统麦克风被设置为在工作状态下将声音信号转为电信号。

本公开实施例的一个技术效果在于，通过创造性地利用支撑结构划分背极板为第一背极区和第二背极区，且第一背极区与第二背极区连接至不同的电极。以在不增加其余结构的情况下形成差分电容器，在保证产品频率带宽的同时增大振膜面积，降低噪音，提高信噪比，提高麦克风产品整体性能。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本公开实施例的一种微机电系统麦克风的结构简图；

图2是本公开实施例的一种微机电系统麦克风的俯视图；

图3是本公开实施例的一种微机电系统麦克风包括两个支撑结构的俯视图；

图4是本公开实施例的一种微机电系统麦克风的结构示意图。

附图标记说明：

1、衬底；2、振膜；3、背极板；31、支撑结构；32、第一背极区；33、第二背极区；001、声腔；21、固定部；22、悬空部；221、内悬空区；222、外悬空区；2221、阻尼孔；311、凸起；312、强化层；4、焊接点；H、衬底与振膜之间的距离。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明提供了一种微机电系统麦克风。微机电系统(MEMS)麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风，简单的说，微机电系统麦克风利用半导体材料形成电容器，并将电容器集成在微硅晶片上。采用微机电工艺形成的微机电麦克风具有体积小、灵敏度高的特点，并且微机电麦克风具有良好的射频干扰(RFI)及电磁干扰(EMI)抑制能力。MEMS麦克风常用于中高端手机等电子设备中。

本发明提供的这种微机电系统麦克风包括：衬底1、振膜2和背极板3。其中，衬底1上形成声腔001。振膜2具有固定部21和悬空部22，固定部21固定在衬底1上，悬空部22位于声腔001上。背极板3设置在衬底1上，背极板3与振膜2之间形成有间隙，背极板3上形成有环形分布的支撑结构31，支撑结构31朝向振膜2延伸并且与悬空部22的位置对应，支撑结构31将悬空部22划分为内悬空区221和外悬空区222。在背极板3和/或振膜2通电的情况下，悬空部22被配置为能与支撑结构31抵接，使内悬空区221能被声压激发产生机械振动，内悬空区221通过绕支撑结构31带动外悬空区222振动，内悬空区221与外悬空区222的振动方向相反。

如图1和图4所示，衬底1上形成有声腔001，用于容置结构以传递声音。振膜2可根据与衬底1的连接分为固定部21和悬空部22，其中固定部21与衬底1固定，悬空部22位于声腔001上。也即，悬空部22位于中央、可以振动；固定部21位于其周围，不可振动。

在一种形式下，振膜2整体的一部分边缘区域作为所述固定部21，振膜2的其它区域作为悬空部22。悬空部22的远离所述固定部21的区域可以搭在所述衬底1上，或者搭在所述声腔001的边缘。

背极板3设置在衬底1上，背极板3与振膜2相对设置。背极板3与振膜2之间形成有间隙，背极板3、振膜2以及两者之间的间隙共同构成电容器。

如图2所示，背极板3上形成有环形分布的支撑结构31。所述支撑结构31可以为所述背极板3上形成凸起311。支撑结构31朝向振膜2延伸并且与悬空部22的位置对应。如图2所示，所述支撑结构31不是位于所述悬空部22的周围，从投影方向上看，所述支撑结构31分布在所述悬空部22的内部区域。所述支撑结构31将悬空部22划分为内悬空区221和外悬空区222。由于所述支撑结构31呈环形分布，所以沿着所述振膜2的径向，被所述支撑结构31包围在内的悬空部22为内悬空区221，在所述支撑结构31以外的悬空部22为外悬空区222。在支撑结构31的简易支撑作用下，所述内悬空区221可以对声音、空气振动产生振动响应。

可选地，对环形分布的支撑结构31，其目的在于将振膜2分为内悬空区221和外悬空区222。本方案对于环形分布的支撑结构31，其可以环绕呈圆形分布、矩形分布、椭圆形分布等。进一步地，对于支撑结构31自身的结构，可以选择多个凸点组合形成环形分布的结构，或者可以是一个基本完整的环形凸起311。

当声压作用于振膜2时，振膜2会随之振动，进而改变振膜2与背极板3之间的电容。其中，背极板3和振膜2之间的间隙可为空气间隙，也可以是其他介质构成的间隙。

在背极板3或振膜2两者之一通电的情况下，或者背极板3和振膜2都通电的情况下，悬空部22能够在电磁力的作用下被推向背极板3，从而与支撑结构31抵接。其中，抵接可指两者相抵或者两者连接。并且，内悬空区221被声压激发产生机械振动，进而改变电容器的输出电压，使得应用其的电子设备能将声音信号转化为电信号。

本方案中的振膜2通过内悬空区221、外悬空区222以及支撑结构31的配合能够表现出两种振动效果。也即，内悬空区221在受到声压冲击而形成机械振动时，内悬空区221通过绕支撑结构31能够带动外悬空区222振动，内悬空区221与外悬空区222的振动方向相反。通常，内悬空区221能够直接受到声压，在简易支撑的作用下，内悬空区221的形变作用传递到外悬空区222上。外悬空区222会受到“跷跷板效应”而产生与内悬空区221相反的形变。

进一步地，如图1所示，利用所述振膜2的特点，背极板3可以包括第一背极区32和第二背极区33，第一背极区32与内悬空区221位置对应，第二背极区33与外悬空区222位置对应。

振膜2与背极板3形成电容结构，支撑结构31将电容结构分为内电容和外电容。内电容由内悬空区221与第一背极区32形成，外电容由外悬空区222与第二背极区33形成。通过这种设计，内悬空区221与外悬空区222之间存在相关的振动特点，内电容和外电容可以用作差分电容，实现更好的声学性能。

可选地，第一背极区32与第二背极区33分别连接至不同的电极，形成内电容和外电容，两个电容的电极连接点不同。这种设计方式易于实现，不易对振膜2和背极板3造成结构影响。在其它实施方式中，也可以采用内悬空区221和外悬空区222连接至不同电极，以形成内电容和外电容的技术特征。

本发明将应力自由膜支撑结构31设置在振膜2边缘和中心之间，且设置背极板3的第一背极区32和第二背极区33连接至不同的电极。这样，第一背极区32与内悬空区221之间能够形成一套电容结构，第二背极区33与外悬空区222之间能够形成另一套电容结构。本方案能够在单振膜、单背极板的结构条件下形成两套电容结构，而外悬空区222与内悬空区221的形变方向相反，进而可以形成差分电容器。本技术方案利用单振膜和单背极板就能够形成差分电容，避免了增加振膜2或者背极板3数量，降低了加工工艺难度，也降低了生产成本。通过优化设计尺寸，使得内悬空区221与外悬空区222有接近或一致的机械灵敏度Sm及临界电压Vp。这样在工作时背电极分别连接至差分放大器的两个输入端。

在实际应用中，例如，正声压使内悬空区221朝向背极板3方向移动，从而产生电信号Vo-。外悬空区222朝远离背极板3的方向移动(即跷跷板效应)，产生电信号Vo+，与内悬空区221共同形成差分信号。优化设计内悬空区221与外悬空区222的尺寸比例，使得Vo-＝-Vo+，从而提高微机电系统麦克风的声学性能。

本公开实施例的一个技术效果在于，利用支撑结构31划分背极板3为第一背极区32和第二背极区33，且第一背极区32与第二背极区33连接至不同的电极。以在不增加其余结构的情况下形成差分电容器，在保证产品频率带宽的同时增大振膜2面积，降低噪音，提高信噪比，提高麦克风产品整体性能。

可选地，所述振膜2被配置为可以连接至偏置电压端。而所述第一背极区32和第二背极区33可以分别连接至第一电势点和第二电势点。在实际应用中，所述第一电势点和第二电势点上可以通过电路加载上具有相同数值的电势。两个电势点的方向可以相同。这样，在振膜2上通入偏置电压后，振膜2会在电磁作用力下被推向背极板3并被所述支撑结构31制成。内悬空区221和外悬空区222产生振动并向不同方向振动的情况下，内悬空区221与第一背极区32能够形成内电容，而外悬空区222与第二背极区33形成外电容，并且两个电容变化趋势是相反的。本方案既可以形成具有良好性能、稳定可靠的差分电容。可选地，第一电势点和第二电势点可以选择接地以获取相同的电势值，也可以通过MEMS麦克风的外部电路加载一个电势。

在如图1和图4所示的技术方案中，所述内悬空区221的下方为衬底1形成的声腔001，而在外悬空区222下方存在衬底1。衬底1一定程度上会影响外悬空区222的振动表现。如果衬底1距离外悬空区222较近，则外悬空区222振动时会受到空气阻力而无法对声音振动形成良好的响应振动。

可选地，对于所述内电容和外电容，两者的电容值可以相对匹配。两者电容值接近。这样，能够是内电容和外电容形成更稳定、易识别的差分电容。可选地，所述内电容与外电容的容值的绝对值之差小于或等于15％。在内、外容值符合上述特点的情况下，在微机电系统麦克风中，振膜2所表达出的振动效果能够使得其更好的形成差分电容，整体声学性能得到提升。内电容和外电容的容值绝对值之差小于10％，接近5％及以下，达到容值的绝对值相同。这样，差分电容、差分信号能够保证更高的准确性，不易造成声音信号失真和误差。

进一步地，还可以对差分电容的电容信号进行放大，以便提高声音信号自身的声音识别度。通过对差分电容信号的放大处理，可以进一步降低内电容和外电容的差值，提高精确度。

对此，可选地，外悬空区222上设置有多个阻尼孔2221。在外悬空区222上设置多个阻尼孔2221可以降低外悬空区222的振动阻尼。这些阻尼孔2221能够对外悬空区222与衬底1之间的空气起到释放作用，从而减少空气阻力对外悬空区222的振动表现的影响。所述阻尼孔2221从整体上降低了差分电容式麦克风的声阻和噪音，提高微机电系统麦克风的整体性能。

可选地，多个阻尼孔2221相对于外悬空区222的中心呈中心对称式分布。

如图4所示，在本实施例中，由于外悬空区222与衬底1之间的间隙较小，所以需要设计开孔以降低声阻和噪声。考虑到加工便利，如图2所示，将多个阻尼孔2221设置为相对于外悬空区222的中心呈中心对称式分布，以降低加工难度，便于大批量生产。并且，通过采用中心对称式分布的特点，可以提高整个振膜2的振动一致性，使得内悬空区221、外悬空区222表现出基本一致的变形特点。提高麦克风的信噪比。

可选地，阻尼孔2221排列呈一圈或多圈的形式分布。

在本实施例中，将阻尼孔2221排列呈一圈或多圈的形式分布，以增加外悬空区222上的阻尼孔2221密度，以保证较低阻尼，降低声阻和噪声。所述阻尼孔2221呈多圈分布的方案适合与一部分技术特征配合实施。例如，所述内悬空区221的直径与外悬空区222的直径比例较小时，外悬空区222的面积相对较大。通过设计两圈或多圈排布的阻尼孔2221，能够更有效的降低外悬空区222受到的空气阻尼。或者例如，在所述外悬空区222与所述衬底1之间的距离小于2微米时，可以采用两圈或多圈排布的阻尼孔2221，以降低外悬空区222受到的阻尼。

可选地，支撑结构31为连续的环状结构；或者，支撑结构31包括间隔分布的多个凸起311结构。

在本实施例中，支撑结构31可为连续结构，也可为非连续结构。连续结构可为圆形或者矩形或者其他的环状结构，非连续结构可为间隔设置的多个凸起311结构。根据实际设计或者生产需要，多个凸起311可以均匀分布，也可以非均匀分布。

利用支撑结构31的支撑作用，能够显著提高内悬空区221、外悬空区222的硬度，提高谐振频率。采用连续环形结构作为支撑结构31能够相对更明显的提高悬空区的硬度，尤其是内悬空区221的谐振频率上升更明显。采用间断的多个凸起311结构形成支撑结构31能够更好的提高悬空部22整体的振动一致性。而且，在悬空部22受到大气流冲击的情况下，这种支撑结构31能够一定程度上协助悬空部22释放气压，降低振膜2破损的风险。

可选地，支撑结构31包括多个凸起311，多个凸起311相对于悬空部22的中心呈中心对称分布。

在本实施例中，考虑到支撑结构31的稳定性和加工难度，将多个凸起311设置为相对于悬空部22的中心呈中心对称分布。这种设置也使得振膜2的机械振动更为均匀与一致。

可选地，所述支撑结构31可以不仅形成一圈环形结构，还可以形成两圈环形结构以将悬空部22分成三个区域。如图3所示，这种实施方式可以采用具有更大尺寸的振膜2。这种设计方式一方面可以进一步增大振膜2尺寸，进而降低噪音声阻，提高信噪比。而增加的一圈环形结构能够使悬空部22保持足够的刚性，以满足谐振频率、频响带宽的要求。其中，增加支撑结构31数量可为采用多个连续结构的支撑结构31，多个连续结构的支撑结构31相对于悬空部22的中心呈中心对称分布，即同轴设置；或者，增加凸起311的数量，增大多个凸起311相对于悬空部22的中心呈中心对称分布的密度。

以下以支撑结构31形成一圈环形结构的技术方案为例，说明本方案可以采用的具体特征。

在本实施例中，悬空部22可为圆形，也可为矩形或者其他不规则结构；外悬空区222可为圆形，也可为矩形或者其他不规则结构；内悬空区221可为圆形，也可为矩形或者其他不规则结构。当为圆形时，径向尺寸为其直径；当为矩形时，径向尺寸为其长边长度；当为其他不规则结构时，径向尺寸为其内的最大长度。

内悬空区221和外悬空区222都可以通入偏置电压从而与背极板3形成电容。优化设计内悬空区221与外悬空区222的径向尺寸，使得内悬空区221和外悬空区222有接近或一致的机械灵敏度(Sm)及临界电压(Vp)。这样在工作时背极板3的背电极(内、外悬空区222背电极可连接在一起)和振膜2之间的偏压可以让内悬空区221和外悬空区222的位移一致，而声压信号作用到整个振膜2上也使内悬空区221和外悬空区222的位移一致，因此电信号(Vout＝w/Gap*VB)保持一致。从而在增大振膜2的同时降低了声阻及其噪声，也因有效电容(Cm)提升而降低了寄生电容(Cp)对机械灵敏度的损失，提高了机械灵敏度Sm＝(Sm·VB/Gap)·[Cm/(Cm+Cp)]，所以信噪比(SNR)提升，提升了微机电系统麦克风的整体性能。

可选地，所述内悬空区221与外悬空区222的机械灵敏度的差值小于或等于15％。在内、外悬空区的机械灵敏度符合上述特点的情况下，在微机电系统麦克风中，振膜2所表达出的振动效果能够使得其产生的电信号基本保持一致，两者相对匹配。将内、外悬空区的两路电信号分别作为声音信号或者两者结合作为差分信号，其声学效果整体得到提升。优选的，机械灵敏度Sm的差值小于10％，接近5％及以下，达到机械灵敏度Sm的绝对值相同。这样，在将内、外悬空区的两路电信号作为差分电容、差分信号时能够保证更高的准确性，不易造成声音信号失真。

可选地，所述内悬空区221与外悬空区222的临界电压Vp的差值可以小于15％。通过对施加的偏置电压、电势进行控制，并且对内悬空区221和外悬空区222的尺寸进行控制，能够使得两者的临界电压Vp差值尽量减小，两者相对匹配。内悬空区221与外悬空区222的临界电压Vp符合上述数值范围时，两者更容易表现出相近、相同的机械性能，进而使得振膜2的振动表现一致性高，提高声学性能。优选地，临界电压Vp的差值小于10％，接近7％及以下，达到临界电压Vp的绝对值相同。这样，尤其是在采用差分电容的技术方案中，能够减小两路电信号出现误差，防止出现异常失真。

可选地，所述内悬空区221和外悬空区222呈圆形，径向尺寸为直径。

如图2所示，内悬空区221的直径为D1,外悬空区222的直径为D2。在本方案中，可以将内悬空区221的直径范围设置为450至750微米，将外悬空区222的直径范围设置在650至1100微米。振膜2的厚度范围则为0.75微米至1.25微米。通过前述将支撑结构31设置于振膜2边缘与振膜2中部之间，使得在这种结构下保证振膜2机械强度的同时外悬空区222的径向尺寸可相应做大。即可增大振膜2面积，降低声阻噪音，提高信噪比，提高微机电系统麦克风的整体性能。

可选地，所述内悬空区221的直径为500微米，所述外悬空区222的直径为750微米，振膜2的厚度为1微米。

可选地，所述内悬空区221的机械灵敏度范围为2至9纳米/帕。例如，所述内悬空区221的机械灵敏度为2.25纳米/帕。

在本实施例中，优选内悬空区221的直径为500微米或700微米。能够保证振膜2具有足够机械强度的同时，通过增大振膜2面积降低声阻噪音，提高信噪比。例如，内悬空区221的径向尺寸为500um，外悬空区222的径向尺寸可为750um。此时，内悬空区221的机械灵敏度Sm约为2-3nm/Pa，整膜尺寸也变大，相应的声噪可降低3dB，振膜2自身的共振频率fres约73kHz。

可选地，如果内悬空区221的径向尺寸为700um，外悬空区222的径向尺寸可为900um。此时，内悬空区221的机械灵敏度Sm约为9nm/Pa，整膜尺寸也变大，相应的声噪可降低5dB，振膜2自身的共振频率fres约37kHz。

以上两种悬空部22的尺寸设计都能够使悬空部22在实际工作中的声音谐振频率达到30kHz以上，从而利用简易支撑形式的自由振膜达到足够的声学性能。

可选地，支撑结构31上形成有强化层312。在实际工作状态下，支撑结构31需要承受振膜2形变时产生的冲击作用。在本实施方式中，通过在支撑结构31上设置强化层312，以加强支撑结构31的机械强度。强化层312能够提升微机电系统麦克风的声学性能整体一致性，避免支撑结构31的变形、破损造成声学性能变化。

可选地，强化层312为多晶硅。在实际加工过程中，背极板3上可以通过设置一层多晶硅而形成可带电的基板。而多晶硅的沉积工艺通常采用高恩化学气相沉积，其结构强度和硬度都更好。因此，在本方案中，可以利用形成多晶硅层的工艺在支撑结构31的表面上形成一层强化层312，用于与振膜2的悬空部22形成接触。

特别的，在采用多晶硅作为强化层312且背极板3也采用多晶硅层实现带电的技术方案中，为了避免多晶硅强化层312与振膜2之间形成电导通而造成电容失效，可选地，将支撑结构31上的多晶硅层与背极板3表面和/或内部的多晶硅层形成隔断。这种隔断可以直接采用物理隔断，例如将强化层312上靠近背极板3的多晶硅层的位置刻蚀消除。之后还可以在凹槽中沉积上氮化硅、氧化硅等绝缘材料。

可选地，在背极板3和/或振膜2通电的情况下，悬空部22在自身的振动方向上与衬底1间隔至少2微米，以提高外悬空区222的振动表达。

在本实施例中，在背极板3或振膜2两者之一通电的情况下，或者背极板3和振膜2两者都通电的情况下，悬空部22可在声压下产生机械振动。保证悬空部22在自身的振动方向上与衬底1始终间隔至少2微米(即为图4中的标注H)，给予振膜2足够的振动空间，以提高振膜2的机械灵敏度，增强其响应声音的范围，也提高了微机电系统麦克风的整体性能。

对于本技术方案中内悬空区221与声腔001的关系，可选地，所述内悬空区221与所述声腔001的位置对应。声腔001的开口尺寸相对较小，所述外悬空区222则与下方的衬底1位置对应，如图4所示。这种实施方式一方面相对减小了声腔001的开口尺寸，减小振膜2在受到大气流冲击时受损的可能性，也能够减少异物影响声腔001的可能性。提高了麦克风的稳定性、可靠性。另一方面，本技术方案之所以可以采用这种技术特点，在于内悬空区221与外悬空区222通过支撑结构31形成简易支撑结构。受到声压冲击的内悬空区221能够通过支撑结构31将振动作用传递到外悬空区222，外悬空区222在不需要直接受到空气振动的情况下就可以实现振动，从而实现电信号的转化。本技术方案巧妙的利用振膜2与支撑结构31之间形成的简易支撑特点，从而在不影响差分信号转换的情况下提高了麦克风的抗冲击性能。

另外，也可是内悬空区221位于进声通道上方，外悬空区222位于进声通道外侧。其中，进声通道为设置在声腔001内的通道，用于允许声音进入。即，在声腔001内有进声通道，内悬空区221位于进声通道上方，外悬空区222位于进声通道外侧。使得声压从进声通道进入且仅直接作用于内悬空区221并激发内悬空区221产生机械振动，外悬空区222并不直接受声压作用。但是因为支撑结构31的存在，受到声压冲击的内悬空区221能够通过支撑结构31将振动作用传递到外悬空区222，外悬空区222在不需要直接受到空气振动的情况下就可以实现振动，从而实现电信号的转化。

根据本发明的另一个方面，提供了一种麦克风单体。该麦克风单体包括外壳、芯片和上述的一种微机电系统麦克风，芯片和微机电系统麦克风均位于外壳内，芯片与微机电系统麦克风电连接。

在本实施中，麦克风单体包括外壳和位于外壳内部的芯片和上述微机电系统麦克风。芯片与微机电系统麦克风电连接，用于给微机电系统麦克风提高供电，使其内部能够形成电容器。

根据本发明的再一个方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括上述的一种微机系统电麦克风，微机电系统麦克风被设置为在工作状态下将声音信号转为电信号。

在本实施例中，当电子设备工作时，其内部的麦克风单体能够接收用户的声音信号，并完成声音信号向电信号的转变。其中，电子设备可为手机、电视、电脑、智能手表等等。

可选地，本方案提供微机电系统麦克风可以采用半导体气相沉积方法制成。其制备方法可以主要包括以下步骤：

首先，以硅作为衬底1，在衬底1上沉积一层二氧化硅，并选择性地掩蔽和刻蚀。第二，沉积第一种低应力多晶硅，掺杂并退火得到振膜2。第三，在振膜2上沉积牺牲层，这些牺牲层可以是低温沉积的氧化硅、氮化硅等。并且，在牺牲层上刻蚀形成凹槽，以便进一步沉积材料。第四，在牺牲层上通过高温沉积工艺沉积多晶硅层。该多晶硅层的其中一部分可以作为背极板3的导电区域，沉积在位于振膜2边缘的牺牲层凹槽中的多晶硅层则可以用作导电点，其用于使振膜2、背极板3分别连接到不同的电极。而沉积在位于振膜2中心区域(悬空部22)的牺牲层凹槽中的多晶硅层，即可用作支撑结构31的强化层312。

通过刻蚀工艺可以使得用于电连接的、用于强化层312的、用于背极板3的多晶硅层不形成电导通，以防止强化层312与振膜2短路，背极板3与振膜2短路等现象。

第五，进一步在多晶硅层上沉积形成背极板3的结构层，这部分结构可以采用低温氮化硅沉积工艺形成。也即，背极板3可以采用氮化硅与多晶硅的组合层叠结构形成。

第六，在背极板材料上进一步刻蚀凹槽并沉积铬镍铝等材料作为焊接点4。可选地，所述背极板材料上方可以设置两个焊接点4，两个焊接点4分别用于与振膜2和背极板3形成电连接。在其它实施方式中，也可以沉积更多焊接点4，用于连接至背极板3或振膜2的不同区域。

上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (16)

1.一种微机电系统麦克风，其特征在于，包括：

衬底(1)，所述衬底(1)上形成声腔(001)；

振膜(2)，所述振膜(2)具有固定部(21)和悬空部(22)，所述固定部(21)固定在所述衬底(1)上，所述悬空部(22)位于所述声腔(001)上；

背极板(3)，所述背极板(3)设置在所述衬底(1)上，所述背极板(3)与所述振膜(2)之间形成有间隙，所述背极板(3)上形成有环形分布的支撑结构(31)，所述支撑结构(31)朝向所述振膜(2)延伸并且与所述悬空部(22)的位置对应，所述支撑结构(31)将所述悬空部(22)划分为内悬空区(221)和外悬空区(222)；

在所述背极板(3)和/或振膜(2)通电的情况下，所述悬空部(22)被配置为能与所述支撑结构(31)抵接，使所述内悬空区(221)能被声压激发产生机械振动，所述内悬空区(221)通过绕所述支撑结构(31)带动所述外悬空区(222)振动，所述内悬空区(221)与所述外悬空区(222)的振动方向相反；

所述振膜(2)和所述背极板(3)形成电容结构，所述支撑结构(31)将所述电容结构划分为内电容和外电容。

2.根据权利要求1所述的一种微机电系统麦克风，其特征在于，所述内电容和所述外电容的容值相匹配。

3.根据权利要求2所述的一种微机电系统麦克风，其特征在于，所述内电容和所述外电容的容值绝对值相差小于或等于15％。

4.根据权利要求1所述的一种微机电系统麦克风，其特征在于，所述外悬空区(222)上设置有多个阻尼孔(2221)。

5.根据权利要求4所述的一种微机电系统麦克风，其特征在于，多个所述阻尼孔(2221)相对于所述外悬空区(222)的中心呈中心对称式分布。

6.根据权利要求4所述的一种微机电系统麦克风，其特征在于，所述阻尼孔(2221)排列呈一圈或多圈的形式分布。

7.根据权利要求1所述的一种微机电系统麦克风，其特征在于，所述振膜(2)被配置为连接至偏置电压端；

所述第一背极区(32)被配置为连接至第一电势点，所述第二背极区(33)被配置为连接至第二电势点，所示第一电势点与所述第二电势点的电势绝对值相同，所述内悬空区(221)和所述外悬空区(222)的机械灵敏度和临界电压分别对应匹配。

8.根据权利要求7所述的一种微机电系统麦克风，其特征在于，所述内悬空区(221)的机械灵敏度和所述外悬空区(222)的机械灵敏度的差值小于或等于15％；

所述内悬空区(221)的临界电压和所述外悬空区(222)的临界电压的差值小于或等于15％。

9.根据权利要求1所述的一种微机电系统麦克风，其特征在于，在所述背极板(3)和/或所述振膜(2)通电的情况下，所述悬空部(22)在自身的振动方向上与所述衬底(1)间隔至少2微米。

10.根据权利要求1所述的一种微机电系统麦克风，其特征在于，所述支撑结构(31)为连续的环状结构；

或者，所述支撑结构(31)包括间隔分布的多个凸起(311)结构。

11.根据权利要求1所述的一种微机电系统麦克风，其特征在于，所述支撑结构(31)包括多个凸起(311)，多个所述凸起(311)相对于所述悬空部(22)的中心呈中心对称分布。

12.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风，其特征在于，所述内悬空区(221)和外悬空区(222)呈圆形，径向尺寸为直径。

13.根据权利要求12所述的微机电系统麦克风，其特征在于，所述内悬空区(221)的直径范围为450至750微米；

所述外悬空区(222)的直径范围为650至1100微米；

所述振膜(2)的厚度范围为0.75至1.25微米。

14.根据权利要求12所述的微机电系统麦克风，其特征在于，所述内悬空区(221)的直径为500微米；

所述外悬空区(222)的直径为750微米；

所述振膜(2)的厚度为1微米。

15.一种微机电系统麦克风，其特征在于，包括：

衬底(1)，所述衬底(1)上形成声腔(001)；

背极板(3)，所述背极板(3)设置在所述衬底(1)上，所述背极板(3)上形成有环形分布的、凸出的支撑结构(31)；

振膜(2)，所述振膜(2)具有固定部(21)和悬空部(22)，所述固定部(21)固定在所述衬底(1)上，所述背极板(3)与所述振膜(2)之间形成有间隙，所述支撑结构(31)将所述悬空部(22)划分为内悬空区(221)和外悬空区(222)，所述内悬空区(221)位于进声通道上方，所述外悬空区(222)位于所述进声通道外侧；

在所述背极板(3)和/或振膜(2)通电的情况下，所述悬空部(22)被配置为能与所述支撑结构(31)抵接，使所述内悬空区(221)能被声压激发产生机械振动。

16.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至14任意之一或者15所述的一种微机电系统麦克风，所述微机电系统麦克风被设置为在工作状态下将声音信号转为电信号。