CN1838837A - 固体电容式结构微型传声器 - Google Patents

Abstract

固体电容式结构微型传声器是一种用于传递声音信号的器件，该传声器由衬底(2)、上电容极板(21)、下电容极板(22)、电容介质膜(23)及其引线(221)组成，在衬底(2)上设有下电容极板(22)，在衬底(2)中间和下电容极板(22)的下方设有空腔(1)，上电容极板(21)和下电容极板(22)为电极膜，在电极膜之间由电容介质膜(23)填充，形成固体电容形式即：导体—介质—导体的结构，在介质膜(23)中设有一导电体(24)，引线(221)覆盖在空槽(24)上。该传声器可与标准集成电路工艺兼容的固体电容式结构微型传声器，具有加工简单和灵敏度高的优点。

Description

固体电容式结构微型传声器

技术领域

本发明涉及一种微型电容式传声器，尤其涉及固体电容式结构微型传声器。

背景技术

传声器又称为麦克风，是声电系统的一个组成部分，将声音信号转换为电学量的传感器件。传声器在助听、信息安全、噪声控制、语音识别、无线通讯、消费类电子等领域具有很高的市场需求。基于硅加工技术的微型传声器具有体积小、抗振性好、低成本等优势，可以将传声器应用扩展到传统传声器很难进入的微观领域。微传声器的基本形式有场效应晶体管(FET)结构、压电式结构、压阻式结构、电容式结构(包含需外加偏置电压的电容结构以及进行预充电的驻极体电容式结构)、光学波导结构以及基于仿生学原理的传声器。电容式器件是最成功的类型，具有低的温度系数、最高的信噪比和灵敏度、平坦的频率响应以及长时间的稳定性。但是常用电容式传声器采用电容间距随声压变化的传感方式，需要设计加工具有空气隙结构的电容形式，在传感器的加工以及电极的引出方面具有较大的工艺难度。静电力作用的Pull in现象限制了电容极板上施加的偏压大小，从而影响传感器灵敏度的提高。背极板的存在及在其上为降低阻尼而设置的声学孔会引起软极板现象，降低传感器的性能，并降低了电容的有效面积，相应地影响了灵敏度。

技术内容

技术问题：本发明的目的是提供一种可与标准集成电路工艺兼容的固体电容式结构微型传声器，具有加工简单和灵敏度高的优点。

技术方案：本发明是一种用于传递声音信号的固体电容式结构微型传声器，该传声器由衬底、上电容极板、下电容极板、电容介质膜及其引线组成，在衬底上设有下电容极板，在衬底中间和下电容极板的下方设有空腔，上电容极板和下电容极板为电极膜，在电极膜之间由电容介质膜填充，形成固体电容形式即：导体-介质-导体的结构，在介质膜中设有一导电体，引线覆盖在空槽上，其中电容介质膜为单一介质层或复合介质层。上电容极板、下电容极板、电容介质膜为平膜结构形式或纹槽膜结构形式，制作形状为矩形或圆形。

本发明改变了其电容的极板结构，采用了导体/介质/导体固体电容结构，即采用两层电极板膜将介质膜夹在其间，形成夹层膜结构，夹层膜受压力作用产生形变，介质材料产生形变从而导致传感器电容发生变化，可变电容由上下极板电极材料引出。夹层电容介质层的介电常数高于空气介电常数值数倍，因而有效的提高了电容随压力的变化量，传感器的灵敏度得到提高。介质层可为单层介质，也可为复合介质层，在加工上具有极大的灵活性。固体电容结构采用复合膜结构形式，可以达到应力补偿作用，从而提高膜的机械灵敏度。采用纹槽膜结构形式可进一步降低膜内残余应力存在的影响，增强传感器的灵敏度。膜的形状有矩形和圆形可以选择。可加工具有阵列结构形式的膜，从而使得传感器具有对声音信号的方向判断能力。

有益效果：本发明提出的固体电容结构除了具有传统电容结构原理的众多优势之外，更加有效地提高了传感器的灵敏度，并且极大程度降低了传感器的加工难度，采用固体电容结构形式的传感器具有较大的固有电容，降低了其与后续处理电路相连而产生的信号衰减。电容极板间不具有空腔，避免了静电力作用的Pull in现象的发生，可在极板上施加较大的电压，提高了传感器的灵敏度和可靠性。采用这种结构还适合与标准集成电路工艺兼容加工实现单片集成传感器。

附图说明

图1是本发明的平膜实施结构示意图。

图2是本发明的矩形纹槽膜实施结构示意图。

图3是本发明的圆形纹槽膜实施结构示意图。

以上的图中有空腔1、衬底2、上电容极板21、下电容极板22、、引线221、电容介质膜23、导电体24。

具体实施方案

本发明是一种用于传递声音信号的固体电容式结构微型传声器，由衬底2、上电容极板21、下电容极板22、电容介质膜23及其引线221组成，在衬底2上设有下电容极板22，在衬底2中间和下电容极板22的下方设有空腔1，上电容极板21和下电容极板22为电极膜，在电极膜之间由电容介质膜23填充，形成固体电容形式即：导体-介质-导体的结构，在介质膜23中设有一条导电体24，引线221覆盖在空槽24上。其中电容介质膜23为单一介质层或复合介质层。上电容极板21、下电容极板22、电容介质膜23为平膜结构形式或纹槽膜结构形式，制作形状为矩形或圆形。

本发明采用集成电路IC加工工艺和后端微机械体加工技术结合形成硅微传感器结构。前端工艺加工包括：衬底硅材料进行硼重掺杂注入，形成腐蚀停止层以及夹层电容的下极板，介质薄膜材料的淀积与图形光刻，引线孔光刻，金属淀积作为电容的上级板，并引出下电极，进行光刻，腐蚀。后端体加工工艺包括：硅片背面腐蚀。

本发明改变了其电容的极板结构，采用多层膜结构形式，即采用两层电极膜将介质膜夹在中间，形成固体电容结构。固体电容受压力作用产生形变从而导致传感器电容的变化。采用复合膜结构形式，可以达到应力补偿作用，从而提高膜的机械灵敏度。用纹槽膜结构形式可进一步降低膜内残余应力存在的影响。本发明提出的固体电容结构除了具有传统电容结构原理的众多优势之外，更加有效地提高了传感器的灵敏度，并且极大程度降低了传感器的加工难度，采用固体电容结构形式的传感器具有较大的固有电容，降低了其与后续处理电路相连而产生的信号衰减。电容极板间不具有空腔，避免了静电力作用的Pullin现象的发生，可在极板上施加较大的电压，提高了传感器的灵敏度和可靠性。采用这种结构还适合与标准集成电路工艺兼容加工实现单片集成传感器。

Claims (3)

1、一种固体电容式结构微型传声器，其特征在于该传声器由衬底(2)、上电容极板(21)、下电容极板(22)、电容介质膜(23)及其引线(221)组成，在衬底(2)上设有下电容极板(22)，在衬底(2)中间和下电容极板(22)的下方设有空腔(1)，上电容极板(21)和下电容极板(22)为电极膜，在电极膜之间由电容介质膜(23)填充，形成固体电容形式即：导体—介质—导体的结构，在介质膜(23)中设有一导电体(24)，引线(221)覆盖在空槽(24)上。

2、根据权利要求1所述的固体电容式结构微型传声器，其特征在于电容介质膜(23)为单一介质层或复合介质层。

3、根据权利要求1所述的固体电容式结构微型传声器，其特征在于上电容极板(21)、下电容极板(22)、电容介质膜(23)为平膜结构形式或纹槽膜结构形式，制作形状为矩形或圆形。

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