CN218783911U - 一种mems结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种MEMS结构，包括：衬底，具有空腔；下电极层，形成在所述空腔内；第一压电层，形成在所述衬底上方并且覆盖所述空腔，所述下电极层位于所述第一压电层下方；中间电极层，形成在所述第一压电层上方；第二压电层，形成在所述中间电极层上方；上电极层，形成在所述第二压电层上方，其中，所述上电极层的区域面积与所述下电极层的区域面积相等，所述下电极层的区域面积小于所述第一压电层的区域面积。在本申请所提供的MEMS结构中，双晶片的MEMS结构可以在保证输出电压的情况下，增大输出电荷，从而提高MEMS结构整体的输出能量。

Description

一种MEMS结构

技术领域

本申请涉及MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，即微机电系统)技术领域，具体来说，涉及一种MEMS结构。

背景技术

MEMS麦克风是一种利用微机械加工技术制作出来的声电换能器，其具有尺寸小、体积小、可批量生产等特点，被广泛应用于电子设备中。压电式MEMS麦克风相比于传统的电容式MEMS麦克风具有很多优势，包括防尘性和防水性以及结构简单，不需要偏置电压。但其灵敏度比较低制约着压电MEMS麦克风的发展，其中，残余应力是导致压电MEMS麦克风灵敏度低的主要因素之一。

实用新型内容

针对相关技术中的问题，本申请提出一种MEMS结构，能够降低残余应力，提高MEMS结构的灵敏度。

本申请的技术方案是这样实现的：

根据本申请的一个方面，提供了一种MEMS结构，包括：

衬底，具有空腔；

下电极层，形成在所述空腔内；

第一压电层，形成在所述衬底上方并且覆盖所述空腔，所述下电极层位于所述第一压电层下方；

中间电极层，形成在所述第一压电层上方；

第二压电层，形成在所述中间电极层上方；

上电极层，形成在所述第二压电层上方，其中，所述上电极层的区域面积与所述下电极层的区域面积相等，所述下电极层的区域面积小于所述第一压电层的区域面积。

其中，所述下电极层形成在所述空腔的中间位置处，所述下电极层与所述上电极层关于所述中间电极层对称。

其中，所述第一压电层、所述中间电极层、所述第二压电层的区域面积相等，镂空槽形成在所述第一压电层、所述中间电极层和所述第二压电层的边缘处并且依次穿透所述第一压电层、所述中间电极层和所述第二压电层。

其中，多个所述镂空槽在所述第二压电层上方呈圆形并且间断设置。

其中，多个所述镂空槽在径向上设置，并且相同径向具有不同半径的所述镂空槽错位设置。

综上，在本申请所提供的MEMS结构中，位于边缘处的镂空槽26可以有效释放MEMS结构的残余应力，还可以避免MEMS结构的膜片两侧产生压强差，从而提高了MEMS结构的可靠性。另外，双晶片的MEMS结构可以在保证输出电压的情况下，增大输出电荷，从而提高MEMS结构整体的输出能量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据一些实施例提供的MEMS结构的立体图；

图2示出了根据一些实施例提供的MEMS结构的俯视图；

图3示出了根据一些实施例提供的MEMS结构的剖面图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1、图2和图3，根据本申请的实施例，提供了一种MEMS结构，可以应用于麦克风或其他合适的传感器或执行器。该MEMS结构降低了残余应力，提高了MEMS结构的灵敏度。该MEMS结构包括衬底10、下电极层21、第一压电层22、中间电极层23、第二压电层24和上电极层25。以下将详细介绍该MEMS结构。

衬底10具有空腔11。衬底10包括硅或任何合适的硅基化合物或衍生物(例如硅晶片、SOI、SiO2/Si上的多晶硅)。空腔11可以通过背部深硅刻蚀和释放牺牲层的方法形成。

下电极层21形成在空腔11内。第一压电层22形成在衬底10上方并且覆盖空腔11，下电极层21位于第一压电层22下方。中间电极层23形成在第一压电层22上方。第二压电层24形成在中间电极层23上方。上电极层25形成在第二压电层24上方。第一压电层22和第二压电层24可将施加的压力转换成电压，并且上电极层25、中间电极层23和下电极层21可将所产生的电压传送至其他集成电路器件，从而使得MEMS结构实现了声电能量转换。

在一些实施例中，第一压电层22、第二压电层24的材料包括氧化锌、氮化铝、有机压电膜、锆钛酸铅(PZT)、钙钛矿型压电膜或其他合适的材料。上电极层25、中间电极层23和下电极层21包括铝、金、铂、钼、钛、铬以及它们组成的复合膜或其他合适的材料。

在一些实施例中，下电极层21形成在空腔11的中间位置处，下电极层21与上电极层25关于中间电极层23对称，从而有利于下电极层21和上电极层25将MEMS结构产生的电压传输至外部电路。

在一些实施例中，第一压电层22、中间电极层23、第二压电层24的区域面积相等。镂空槽26形成在第一压电层22、中间电极层23和第二压电层24的边缘处并且依次穿透第一压电层22、中间电极层23和第二压电层24。位于边缘处的镂空槽26可以有效释放MEMS结构的残余应力，还可以避免MEMS结构的膜片(膜片包括下电极层21、第一压电层22、中间电极层23、第二压电层24和上电极层25)两侧产生压强差，从而提高了MEMS结构的可靠性。

在一些实施例中，多个镂空槽26在第二压电层24上方呈圆形并且间断设置。参见图2，在一些实施例中，为了进一步释放残余应力，多个镂空槽26在径向上设置，并且相同径向具有不同半径的镂空槽26错位设置。

在一些实施例中，上电极层25的区域面积与下电极层21的区域面积相等，下电极层21的区域面积小于第一压电层22的区域面积，从而减小了电荷中和，提高了输出电压，有利于获取更大的灵敏度。

在一些实施例中，上电极层25和下电极层21并联，中间电极层23接地，第一压电层22和第二压电层24将所施加的压力转换为电能，并且通过上电极层25、中间电极层23和下电极层21传输至外部电路。这样的双晶片结构可以在保证输出电压的情况下，增大输出电荷，从而提高MEMS结构整体的输出能量。

综上，在本申请所提供的MEMS结构中，位于边缘处的镂空槽26可以有效释放MEMS结构的残余应力，还可以避免MEMS结构的膜片两侧产生压强差，从而提高了MEMS结构的可靠性。另外，双晶片的MEMS结构可以在保证输出电压的情况下，增大输出电荷，从而提高MEMS结构整体的输出能量。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种MEMS结构，其特征在于，包括：

衬底，具有空腔；

下电极层，形成在所述空腔内；

第一压电层，形成在所述衬底上方并且覆盖所述空腔，所述下电极层位于所述第一压电层下方；

中间电极层，形成在所述第一压电层上方；

第二压电层，形成在所述中间电极层上方；

上电极层，形成在所述第二压电层上方，其中，所述上电极层的区域面积与所述下电极层的区域面积相等，所述下电极层的区域面积小于所述第一压电层的区域面积。

2.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，所述下电极层形成在所述空腔的中间位置处，所述下电极层与所述上电极层关于所述中间电极层对称。

3.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，所述第一压电层、所述中间电极层、所述第二压电层的区域面积相等，镂空槽形成在所述第一压电层、所述中间电极层和所述第二压电层的边缘处并且依次穿透所述第一压电层、所述中间电极层和所述第二压电层。

4.根据权利要求3所述的MEMS结构，其特征在于，多个所述镂空槽在所述第二压电层上方呈圆形并且间断设置。

5.根据权利要求4所述的MEMS结构，其特征在于，多个所述镂空槽在径向上设置，并且相同径向具有不同半径的所述镂空槽错位设置。

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