DE102005008515A1

DE102005008515A1 - MEMS-Mikrofon und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102005008515A1
Application number: DE200510008515
Authority: DE
Inventors: Anton Dr. Leidl; Ulrich Dr. Wolff; Wolfgang Pahl
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-08-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hochempfindliches Mikrofon mit verbessertem Signalrauschverhältnis. Mehrere Membranen (M1, M2, M3) mit unterschiedlichen Massen sind elektrisch miteinander verschaltet, wobei die Membranen jeweils ihre akustische Resonanz im akustischen Arbeitsfrequenzbereich des Mikrofons aufweisen.

Description

Beschrieben wird ein Mikrofon mit einer MEMS-Membran (MEMS = Micro Electromechanical System) sowie Verfahren zu dessen Herstellung.

Aus der Druckschrift US 4816125 ist ein MEMS-Mikrofon mit einer piezoelektrischen Schicht aus ZnO und mehreren mit dieser Schicht verbundenen, konzentrisch angeordneten Elektroden bekannt.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein hochempfindliches Mikrofon mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis anzugeben. Es wird ein Mikrofon angegeben, das mehrere elektrisch miteinander verschaltete Membranen mit unterschiedlichen Massen aufweist, wobei die Membranen jeweils ihre akustische Resonanz im akustischen Arbeitsfrequenzbereich des Mikrofons (z. B. zwischen 40 Hz und 16 kHz oder zwischen 100 Hz und 10 kHz) aufweisen.

Eine Membran stellt einen Resonator dar, der durch eine Resonanzkurve charakterisiert wird. Dadurch, dass die jeweilige Membran in ihrem Resonanzbereich schwingt, gelingt es, in diesem engen Frequenzbereich ein deutlich größeres Nutzsignal gegenüber einer Membran zu gewinnen, die außerhalb ihres Resonanzbereichs (dafür aber mit konstanter Amplitude im ganzen Arbeitsfrequenzbereich) schwingt. Diese Variante zeichnet sich daher durch ein besonders vorteilhaftes Signalrauschverhältnis aus.

Eine Membran für sich weist ein vergleichsweise schmalbandiges Empfindlichkeitsmaximum auf, mit dem – abhängig von der Güte der Resonatoren – nur ein Bruchteil des Arbeitsfrequenzbereichs des Mikrofons abgedeckt werden kann. Zum Abdecken des ganzen Arbeitsfrequenzbereichs des Mikrofons sind daher mehrere – z. B. 4 bis 30 – Membranen mit unterschiedlichen Resonanzbereichen erforderlich.

Unter einem Resonanzbereich einer Membran wird ein Frequenzbereich verstanden, in dem die Signalamplitude ≥ 50% der maximalen Signalamplitude beträgt. Die Resonanzen der einzelnen Membranen sind vorzugsweise so einander gegenüber verschoben, dass die Resonanzbereiche aneinander gestaffelt sind und zusammen im Wesentlichen den akustischen Arbeitsfrequenzbereich des Mikrofons vorzugsweise lückenlos überdecken. So lässt sich ein nahezu glatter Frequenzgang bei durchgehend hoher Empfindlichkeit erzielen.

Vorzugsweise ist jeder Membran ein eigener elektrischer Zweig zugewiesen, wobei im jeweiligen elektrischen Zweig ein Verstärker und/oder ein Bandpassfilter angeordnet ist, wobei im letzteren Fall die akustische Resonanz der dem Bandpassfilter zugeordneten Membran im Durchlassbereich des Bandpassfilters liegt. Die elektrischen Zweige sind vorzugsweise derart miteinander verschaltet, dass das Ausgangssignal die Summe der Signale der einzelnen Zweige darstellt.

Eine Membran umfasst in einer bevorzugten Variante mindestens eine piezoelektrische Schicht, die zwischen zwei Metallschichten mit darin angeordneten Elektroden angeordnet ist. Bei der Auslenkung der Membran werden Bereiche der piezoelektrischen Schicht gestaucht oder gedehnt, wobei in diesen Bereichen entlang der piezoelektrischen Achse ein elektri sches Potential entsteht. Als Material für die piezoelektrische Schicht ist ZnO, Bleizirkonattitanat (PZT) oder Aluminiumnitrid besonders gut geeignet.

In einer Variante wird vorgeschlagen, eine Membran mit mindestens einer piezoelektrischen Schicht bezüglich ihrer Schichtabfolge und Schichtdicke weitgehend symmetrisch zu gestalten. Dabei kompensieren sich auch bei erheblichen Temperatursprüngen insbesondere Biegemomente, die aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten aufeinander folgender Schichten entstehen. Damit können Verwölbungen der Membran in einem breiten Temperaturbereich vermieden werden.

In einer Variante sind die Membranen auf einem gemeinsamen Trägersubstrat vorzugsweise nebeneinander angeordnet und mechanisch voneinander entkoppelt, sodass sie unabhängig voneinander schwingen.

In einer Variante ist eine Membran auf dem Trägersubstrat nur einseitig eingespannt, wobei ihr dem eingespannten Ende gegenüberliegendes Ende beim Anlegen eines akustischen Signals frei schwingen kann.

Das Mikrofon kann ferner einen schwingfähigen Träger – z. B. eine hochelastische Folie oder eine dünne SiO₂-Schicht – umfassen, auf dem die Membran angeordnet ist. Der schwingfähige Träger geht über das freie Ende der Membran hinaus und verbindet dabei die gegenüberliegenden Wände der Ausnehmung miteinander.

Die Membranen können in einer Variante mechanisch aneinander gekoppelt sein, wobei sie z. B. ineinander geschachtelte, vorzugsweise konzentrische Ringe mit einer in der Mitte ange ordneten runden Platte darstellen. Die Membranen weisen vorzugsweise unterschiedliche Massen und folglich auch voneinander unterschiedliche akustische Resonanzen auf. Die Masse der Membran nimmt in Richtung von innen nach außen zu, wobei eine schwerere Membran für die darin angeordnete nächstliegende Membran mit einer relativ geringen Masse eine quasifeste Einspannung bietet. Beispielsweise ist die Masse der runden Membran kleiner als die Masse der an diese Membran angrenzenden ringförmigen Membran.

Die mechanische Verkopplung von Membranen mit verschiedenen Gewichten hat den Vorteil, dass dabei zusätzliche akustische Resonatoren entstehen, die übergeordneten Membranen entsprechen, deren Masse der Summe der Massen einzelner gekoppelter Membranen gleich ist. So können durch die geeignete Auswahl der Anzahl der gekoppelten Membranen und die Einstellung deren relativen Massen verschiedene akustische Resonatoren erzeugt werden, deren Resonanzkurven gegeneinander in der Frequenz verschoben sind und zusammen den vorgegebenen Arbeitsbereich des Mikrofons im Wesentlichen abdecken.

Die mechanisch miteinander gekoppelten Membranen können in einer Variante voneinander beabstandet sein. Die Membranen können durch einen elastischen Träger mechanisch miteinander gekoppelt sein.

Das Mikrofon mit mechanisch entkoppelten Membranen ist vorzugsweise als ein Mikrofonchip mit einem Trägersubstrat vorhanden, in dem für jede Membran eine z. B. durch Ätzen erzeugte Ausnehmung mit einer an den Durchmesser der Membran angepassten Querschnittsgröße vorgesehen ist, über der die Membran aufgespannt ist.

Das Mikrofon mit mechanisch gekoppelten Membranen ist vorzugsweise als ein Mikrofonchip mit einem Trägersubstrat vorhanden, in dem eine z. B. durch Ätzen erzeugte Ausnehmung vorgesehen ist, über der die zusammengesetzte Membrananordnung aufgespannt ist.

Zur Bildung von Membranen einer Membrananordnung kann eine piezoelektrische Schicht strukturiert sein. In einer Variante kann eine entsprechend- den mechanisch miteinander gekoppelten Membranen segmentierte piezoelektrische Schicht auf einen schwingfähigen Träger aufgebracht sein.

Die Membrananordnung mit mechanisch gekoppelten Membranen kann alternativ eine durchgehende piezoelektrische Schicht aufweisen, die einerseits Bestandteil der gekoppelten Membranen ist und die andererseits die gekoppelten Membranen miteinander verbindet. Auf der piezoelektrischen Schicht sind entsprechend den Membranen segmentierte Elektroden angeordnet sind, wobei für jede Membran vorzugsweise ein eigenes Elektrodenpaar vorgesehen ist.

In einer weiteren Ausführung des Mikrofons wird eine Membran mit einer fest mit ihr verbundenen mechanischen Last angegeben, deren Masse mindestens das fünffache der Masse der Membran beträgt.

Die mechanische Last kann auf der Oberfläche – Oberseite oder Unterseite – der Membran mittig angeordnetsein. In einer vorteilhaften Variante ist die mechanische Last aus demselben Material wie das Trägersubstrat ausgebildet. Die resultierende Massebelegung der ansonsten dünnen Membran erleichtert die Einstellung niedriger Resonanzfrequenzen insbesondere bei Membranen mit einer kleinen Querschnittslänge bzw. einem kleinen Durchmesser.

Die Last kann z. B. im folgenden Verfahren erzeugt werden. Zunächst wird ein Trägersubstrat z. B. aus Si vorzugsweise in Form eines Wafers bereitgestellt. Über einem zur Bildung der Ausnehmung vorgesehenen Bereich wird die Membran z. B. durch Abscheiden aufeinander folgenden Membranschichten erzeugt. Im Trägersubstrat wird z. B. unter Verwendung einer entsprechenden Photomaske ein ringartiger geschlossener Bereich mit beliebigem Querschnitt weggeätzt, wobei ein als Membranauflage benutzter Bereich des Trägersubstrats und ein weiterer, fest mit dem Mittelbereich der Membran verbundener Bereich des Trägersubstrats verbleibt, der für die Membran eine mechanische Last bildet und bei der Auslenkung der Membran mit dieser mitschwingt. Die mechanische Last kann die Dicke bis hin zur vollen Waferdicke aufweisen.

Die mechanische Last kann auch aus einem anderen Material gebildet sein, dessen Dichte vorzugsweise hoch ist, z. B. mindestens doppelt so hoch wie die mittlere Membrandichte. Als besonders geeignet erweisen sich die folgenden Materialien: Cu, Nb, Ta, Ti, Ni, W, Mo, Au, Pt, Cr, Al oder deren Legierungen.

Die mechanische Last kann mittig, vorzugsweise im Bereich eines hohen Potentials angeordnet sein. Die mechanische Last kann aber auch im Randbereich der Membran, vorzugsweise auch im Bereich eines hohen Potentials angeordnet sein.

Im folgenden wird das Mikrofon anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele des Mikrofons. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch ausschnittsweise

1 Ansicht eines Mikrofons mit mehreren mechanisch entkoppelten, elektrisch miteinander verschalteten Membranen;
2 Resonanzkurven der miteinander verschalteten Membranen;
3A beispielhafte Beschaltung eines Mikrofons gemäß 1 oder 4A;
3B einen beispielhaften Summierer;
4A Ansicht eines Mikrofons mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten und mechanisch miteinander gekoppelten Membranen;
4B das Mikrofon gemäß 4A in einem schematischen Querschnitt;
5 im Querschnitt ein Mikrofon mit mehreren durch brückenartige Verbindungen miteinander gekoppelten Membranen;
6A im Querschnitt ein Mikrofon mit einer fest mit der Mikrofonmembran verbundenen, mittig angeordneten Last;
6B im Querschnitt ein Mikrofon mit einer fest mit der Mikrofonmembran verbundenen, im Randbereich der Membran angeordneten Last;
6C im Querschnitt ein Mikrofon mit einer im Mittelbereich einer Membran angeordneten Last und einer im Randbereich angeordneten Last;
6D im Querschnitt ein Mikrofon mit einer Membrananordnung gemäß 4A, 4B, wobei Membranen der Membrananordnung jeweils durch eine Last beschwert sind;
7, 8 im Querschnitt jeweils ein Mikrofon mit mechanisch gekoppelten Membranen.
Eine erste bevorzugte Ausführung, die eine Membran betrifft, ist in 1 bis 5, 7 und 8 erläutert.
Eine weitere bevorzugte Ausführung, bei der eine Membran oder einzelne Membranen einer Membrananordnung durch Lasten erschwert werden, ist in 6A bis 6D gezeigt.
In 1 ist ein Mikrofonchip mit mehreren – hier sieben – elektrisch miteinander verschalteten, auf einem Trägersubstrat TS nebeneinander angeordneten Membranen M1 bis M7 in einer schematischen Draufsicht von oben gezeigt. Die Membranen M1 bis M7 weisen jeweils voneinander unterschiedliche Massen und/oder Steifigkeiten und daher auch unterschiedliche Resonanzkurven auf.
In 2 sind Resonanzkurven r1 bis r5 gezeigt, die den Membranen M1 bis M5 zugeordnet sind. Die Resonanzkurven beschreiben jeweils den Gang der Signalamplitude A in Abhängigkeit von der Frequenz f für die betreffende Membran.
Die Resonanzkurven r1 bis r5 sind in der Frequenz gegeneinander verschoben, wobei ihre Resonanzbereiche (Bereiche mit ei ner hohen Empfindlichkeit mit einer Signalamplitude ≥ 50% der maximalen Signalamplitude) vorzugsweise lückenlos aneinander gestaffelt sind:
Die Membran M1 umfasst eine zwischen zwei strukturierten Metallschichten angeordnete piezoelektrische Schicht. Die Membran M1 ist über einer im Trägersubstrat SU vorgesehenen Ausnehmung AU aufgespannt. Die Ausnehmung AU stellt vorzugsweise eine durchgehende Öffnung dar. In einem Mikrofonchip gemäß 1 ist im Trägersubstrat SU für jede Membran eine eigene Ausnehmung mit der an die Größe der Membran angepassten Querschnittsgröße vorgesehen. Die Membranen können jeweils mehr als nur eine piezoelektrische Schicht aufweisen, die zwischen zwei Metallschichten angeordnet ist. Die Membranen in 1 können voneinander unterschiedliche Durchmesser bei gleicher Schichtenfolge aufweisen. Die gleiche Schichtenfolge ist aber nicht notwendig und kann von einer Membran zur anderen unterschiedlich gewählt sein.
Jede Membran ist mit ihrer eigenen Elektrodenanordnung versehen.
In 3A ist eine beispielhafte Verschaltung der Membranen gezeigt. Jeder Membran M1, M2, M3 usw. ist ein eigener elektrischer Zweig zugeordnet. Die elektrischen Zweige sind jeweils an einen Eingang IN1, IN2, IN3 eines Addierers ADD angeschlossen. In jedem Zweig kann ein weiteres elektrisches Element, hier Verstärker V1, V2, V3 angeordnet sein. Das weitere elektrische Element kann auch ein Bandpassfilter sein, dessen Durchlassbereich an den Resonanzbereich der ihm zugeordneten Membran angepasst ist.
Der Addierer ADD addiert Eingangssignale, so dass am Ausgang OUT des Addierers ADD ein Ausgangssignal herausgegeben wird, das sich aus der gegebenenfalls gewichteten Summe von Eingangssignalen zusammensetzt. Ein vereinfachtes Ersatzschaltbild eines beispielhaften Addierers ist in 3B gezeigt. Den verschiedenen elektrischen Zweigen zugeordnete Summierwiderstände R₁, R₂ und R₃ sind eingangsseitig jeweils an einen der Eingänge IN1, IN2, IN3 und ausgangsseitig an einen gemeinsamen elektrischen Knoten – hier den Ausgang OUT – angeschlossen. Zwischen dem gemeinsamen elektrischen Knoten und Masse ist ein Shunt-Widerstand R_s geschaltet, wobei gilt R_s << R₁, R₂, R₃.
In 3A, 3B sind nur drei elektrische Zweige einer Membrananordnung mit mehreren miteinander verschalteten Membranen dargestellt. Die Anzahl der elektrischen Zweige bzw. der zu addierenden Signale entspricht vorzugsweise der Anzahl der Membranen und ist allerdings nicht auf drei beschränkt. In 4A ist die Draufsicht auf einen weiteren Mikrofonchip mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Membranen M1 bis M4 gezeigt. Die Membranen sind hier ineinander geschachtelt. Die Masse der Membranen ist voneinander unterschiedlich und nimmt von innen nach außen zu. Die erste Membran M1 mit der geringsten Masse stellt eine runde Platte dar. Weitere Membranen stellen Ringe mit unterschiedlichen Radien dar. Die aneinander grenzenden Membranen weisen vorzugsweise voneinander unterschiedliche Materialdichte auf.
Die Form der ineinander gestaffelten Membranen ist auf einen kreisförmigen Grundriss nicht beschränkt. Die in der Mitte der Membrananordnung angeordnete Platte kann in einer Variante quadratisch bzw. rechteckig sein, wobei weitere Membranen jeweils einen die Platte umlaufenden Streifen mit einem quadratischen bzw. rechteckigen Grundriss darstellen.
Die Membranen sind miteinander mechanisch mittels ringartiger, vorzugsweise elastische Eigenschaften aufweisende Verbindungselemente B1, B2, B3 verkoppelt. Die Verbindungselemente B1, B2, B3 weisen in diesem Ausführungsbeispiel die gleiche Höhe wie die Membranen M1 bis M4 auf. Das Material der Verbindungselemente B1, B2, B3 unterscheidet sich vom Material der Membranen M1 bis M4.
Die Membrananordnung gemäß 4A, 4B kann beispielsweise folgendermaßen erzeugt werden. Auf einen Träger wird eine strukturierte piezoelektrische Schicht aufgetragen, in der durch Zwischenräume voneinander beabstandete, ineinander geschachtelte Membranen M1 bis M4 ausgebildet sind. Die Zwischenräume werden mit einem geeigneten, vorzugsweise elastischen Material zur Bildung von Koppelelementen B1 bis B3 ausgefüllt. Der Träger kann danach, muss aber nicht entfernt werden.
Die Ausbildung der die Membranen verkoppelnden Verbindungselemente ist auf die in 4B gezeigte Variante nicht beschränkt. Brückenartige Verbindungselemente zur Verkopplung von Membranen sind als Alternative möglich (5). Die Verkopplung der Membranen mittels eines Trägers ist auch möglich (7, 8).
In 5 ist eine Variante der in 4A, 4B vorgestellten Membrananordnung gezeigt, wobei sowohl alle Membranen M1 bis M3 als auch diese Membranen verbindende ring- bzw. brückenartige Koppelelemente C1 und C2 aus einer Materialscheibe gebildet sind, die zur Realisierung von ineinander gestaffelten, miteinander verkoppelten Membranen M1 bis M3 bezüglich ihrer Höhe strukturiert ist. Ein Höhenprofil kann z. B. durch Ätzen von ringartigen Bereichen erreicht werden, wobei ein Teil des Materials zur Überbrückung der Membranen verbleibt und Koppelelemente C1, C2 bildet.
Ein beispielhafter Mikrofonchip mit einem Trägersubstrat SU und einer darauf befestigten Membran (z. B. Membran M1) ist ausschnittsweise in 6A, 6B und 6C gezeigt. Weitere Membranen M2 bis M7 können auf dem Trägersubstrat SU wie die Membran M1 befestigt sein. Anstelle der Membran M1 kann eine z. B. in 4A, 5, 7 und 8 gezeigte Membrananordnung von ineinander gestaffelten, mechanisch gekoppelten Membranen auf dem Trägersubstrat SU befestigt sein, so dass die Membrananordnung über einer im Trägersubstrat SU vorgesehenen Öffnung bzw. Ausnehmung AU schwingen kann.
In 6A, 6B, 6C ist ausschnittsweise jeweils ein auf einer Basisplatte BP mittels einer Klebeschicht KS befestigter Mikrofonchip mit einem Trägersubstrat SU und einer Membran M1 gezeigt. Die Metalllagen der Membran M1 sind zur Bildung von Elektrodenstrukturen E1, E2 strukturiert.
Die Membran ist fest mit einer mechanischen Last GEW verbunden, die hier auf der Unterseite der Membran angeordnet ist. Die Anordnung der Last auf der Oberseite der Membran ist auch möglich.
Die Last GEW ist in der Variante gemäß 6A im mittleren Bereich der Membran (vorzugsweise im ersten Bereich eines betragsmäßig hohen Potentials) angeordnet. Die Last GEW ist in der Variante gemäß 6B im Randbereich der Membran (vorzugsweise im zweiten Bereich eines hohen Potentials) angeord net und dabei ringförmig ausgebildet. In 6C ist angedeutet, dass eine Kombination der Varianten gemäß 6A und 6B möglich ist, wobei eine Last GEW im Mittelbereich der Membran und eine weitere Last im Randbereich der Membran angeordnet ist.
In einem Ausführungsbeispiel kann eine Membrananordnung gekoppelter Membranen mit mindestens einer Last, vorzugsweise mit mehreren Lasten versehen sein, wobei jede Last GEW1, GEW2, GEW3 (siehe 6D) nur mit einer ihr zugeordneten Membran M1, M2, M3 fest verbunden ist. Möglich ist aber auch, dass nicht alle gestaffelte Membranen, sondern nur einige Membranen mit einer Last beschwert sind. In einer vorteilhaften Variante sind insbesondere von der Mitte der Membrananordnung abgewandte Membranen (oder nur die in der Reihenfolge letzte Membran) jeweils mit einer Last versehen.
Die Anordnung der Lasten GEW1, GE2, GEW3 auf der Oberseite der Membran ist auch möglich. Die Lasten können auch beidseitig, d. h. auf die Oberseite und die Unterseite der Membran bzw. der Membrananordnung aufgetragen werden.
7 zeigt eine Variante des in 4A und 4B vorgestellten Mikrofons. Über einer im Trägersubstrat TS ausgebildeten Ausnehmung AU ist ein schwingfähiger Träger TD z. B. aus Siliziumnitrid aufgespannt. Auf dem schwingfähigen Träger sind einzelne Membranen M1, M2, M3 mit verschiedenen Massen im Abstand voneinander angeordnet. Die Membranen M1, M2, M3 sind über den gemeinsamen Träger, d. h. den schwingfähigen Träger TD mechanisch miteinander gekoppelt.
Vorzugsweise sind verschiedene Membranen aus verschiedenen Materialien bzw. Schichtenfolgen ausgebildet. Die Anzahl der Membranschichten, die Schichtenfolge und/oder die Schichtdicke kann von Membran zu Membran variieren. Die individuelle Ausgestaltung jeder Membran ist z. B. unter Verwendung von verschiedenen Masken möglich.
In 8 ist eine Variante der in 7 erläuterten Ausführung gezeigt, wobei Membranschichten beidseitig und vorzugsweise symmetrisch auf dem schwingfähigen Träger TD aufgetragen sind.
Das Mikrofon ist nicht auf die Anzahl der in Figuren dargestellten Elemente oder auf den akustischen Hörbereich von 20 Hz bis 20 kHz beschränkt. Das Mikrofon kann auch in weiteren piezoelektrischen akustischen Sensoren, z. B. mit Ultraschall arbeitende Abstandssensoren, eingesetzt werden. Ein Mikrofonchip mit dem Mikrofon kann in beliebigen Signalverarbeitungsmodulen eingesetzt werden. Verschiedene Varianten können miteinander kombiniert werden.

ADD: Summierer
AU: Öffnung im Substrat SU
B1, B2, B3: Koppelelemente
V1, C2: Koppelelemente
BP: Basisplatte
E1, E2: erste und zweite Elektrode
E11: erste Teilelektrode
E12: zweite Teilelektrode
GEW, GEW1: Last
KS: Klebeschicht
M1 bis M7: Membran
PS: piezoelektrische Schicht
r1 bis r5: Resonanzkurven
R₁, R₂, R₃: Summierwiderstand
R_s: Shunt-Widerstand
TD: schwingfähiger Träger
SU: Trägersubstrat
V1 bis V3: Verstärker

Claims

Mikrofon, umfassend mehrere elektrisch miteinander verschaltete Membranen (M1, M2, M3) mit unterschiedlichen Massen, wobei die akustische Resonanz einer jeden Membran (M1, M2, M3) im akustischen Arbeitsfrequenzbereich (FB) des Mikrofons liegt.
Mikrofon nach Anspruch 1, wobei die Resonanzen der einzelnen Membranen in der Frequenz gegeneinander verschoben sind und den akustischen Arbeitsfrequenzbereich des Mikrofons im Wesentlichen überdecken.
Mikrofon nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder Membran (M1, M2, M3) ein eigener elektrischer Zweig zugewiesen ist.
Mikrofon nach Anspruch 3, wobei in jedem elektrischen Zweig ein Verstärker (V1, V2, V3) angeordnet ist.
Mikrofon nach Anspruch 3 oder 4, wobei in jedem elektrischen Zweig ein Bandpassfilter angeordnet ist, wobei die akustische Resonanz der zugeordneten Membran im Durchlassbereich des Bandpassfilters liegt.
Mikrofon nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei ein Ausgangssignal aus der Summe der Signale der einzelnen Zweige gebildet wird.
Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Membranen (M1, M2, M3) auf einem gemeinsamen Trägersubstrat (SU) angeordnet und mechanisch voneinander entkoppelt sind.
Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Membranen (M1, M2, M3) mechanisch aneinander gekoppelt sind.
Mikrofon nach Anspruch 8, wobei die Membranen (M1, M2, M3) konzentrische Strukturen bilden, wobei die Masse der Membranen (M1, M2, M3) in Richtung von innen nach außen zunimmt.
Mikrofon nach Anspruch 9, wobei die konzentrischen Strukturen eine Anordnung von geschachtelten Ringen und einer in der Mitte dieser Anordnung angeordneten kreisförmigen Membran (M1) darstellen, deren Masse kleiner als die Masse der an diese Membran angrenzenden ringförmigen Membran (M2) ist.
Mikrofon nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Membranen (M1, M2, M3) voneinander beabstandet sind.
Mikrofon nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Membranen (M1, M2, M3) durch einen elastischen Träger mechanisch miteinander gekoppelt sind.
Mikrofon, umfassend ein Trägersubstrat (SU), eine über eine im Trägersubstrat (SU) vorgesehene Ausnehmung (AU) aufgespannte Membran (M1), eine fest mit der Membran (M1) verbundene mechanische Last (GEW), deren Masse mindestens das fünffache der Masse der Membran (M1) beträgt.
Mikrofon nach Anspruch 13, wobei die mechanische Last (GEW) auf der Oberseite der Membran (M1) mittig angeordnet ist.
Mikrofon nach Anspruch 13 oder 14, wobei die mechanische Last (GEW) auf der Oberseite der Membran (M1) im umlaufenden Randbereich angeordnet ist.
Mikrofon nach Anspruch 13, wobei die mechanische Last (GEW) auf der Unterseite der Membran (M1) mittig angeordnet ist.
Mikrofon nach Anspruch 13, wobei die mechanische Last (GEW) auf der Unterseite der Membran (M1) im umlaufenden Randbereich angeordnet ist.
Mikrofon nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die mechanische Last (GEW) aus demselben Material wie das Trägersubstrat (SU) ausgebildet ist.
Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine piezoelektrische Schicht zur Bildung von Membranen (M1, M2, M3) strukturiert ist.
Mikrofon nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei eine entsprechend den mechanisch miteinander gekoppelten Membranen (M1, M2, M3) segmentierte piezoelektrische Schicht auf einen schwingfähigen Träger (TD) aufge bracht ist.
Mikrofon nach einem der Ansprüche 7 bis 12, mit einer durchgehenden piezoelektrischen Schicht, welche Bestandteil der gekoppelten Membranen (M1, M2, M3) ist und welche die gekoppelten Membranen (M1, M2, M3) miteinander verbindet.
Mikrofon nach einem der Ansprüche 1 bis 12, 19, 20 und 21, wobei auf der piezoelektrischen Schicht entsprechend den Membranen (M1, M2, M3) segmentierte Elektroden angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Mikrofonchips, mit den Schritten: über einem Trägersubstrat werden Membranschichten erzeugt, im Trägersubstrat wird ein ringartiger geschlossener Bereich weggeätzt, wobei ein als Membranauflage benutzter Bereich des Trägersubstrats und ein weiterer, fest mit einem schwingfähigen Bereich der Membran verbundener Bereich des Trägersubstrats verbleibt.
Verfahren zur Herstellung eines Mikrofonchips mit mechanisch gekoppelten Membranen, wobei über einem Trägersubstrat eine Diaphragmenschicht aufgebracht wird, wobei über der Diaphragmenschicht im Abstand voneinander konzentrische Strukturen mit voneinander unterschiedlichen Massen erzeugt werden, wobei im Trägersubstrat unterhalb der Diaphragmenschicht eine Öffnung erzeugt wird.