DE102014204712B4

DE102014204712B4 - MEMS-Akustikwandler

Info

Publication number: DE102014204712B4
Application number: DE102014204712.9A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dehe; Günther Ruhl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: DE102014204712A1; CN104053100A; US20140270271A1; CN104053100B; KR101566103B1; US9516428B2; KR20140113546A

Abstract

MEMS-Akustikwandler, der Folgendes umfasst:ein Substrat (102);einen Hohlraum (104), der sich von einer ersten Oberfläche (106) des Substrats (102) zu einer zweiten Oberfläche (108) des Substrats (102) erstreckt;eine leitfähige Rückwandeinheit (114); undeine Graphenmembran (120), die von dem Substrat (102) getragen wird,wobei die Graphenmembran (120) auf die erste Oberfläche (106) des Substrats (102) direkt oder indirekt montiert ist;wobei die leitfähige Rückwandeinheit (114) eine Mehrzahl von leitfähigen perforierten Rückwandanteilen (114b, 114b, 114b) aufweist, die sich über den Substrathohlraum (104) erstrecken,wobei ein dielektrischer Abstandshalter (116b, 116b) zwischen der Graphenmembran (120) und der Rückwandeinheit (114) auf der Rückwandeinheit (114) zwischen benachbarten leitfähigen perforierten Rückwandanteilen (114b, 114b, 114b) angeordnet ist, undwobei die Graphenmembran (120) von dem dielektrischen Abstandshalter (116b, 116b) getragen wird und sich über die leitfähigen perforierten Rückwandanteile (114b, 114b, 114b) erstreckt, so dass die Graphenmembran (120) mehrere auslenkbare Gebiete (120b, 120b, 120b) umfasst, die sich über den Hohlraum (104) des Substrats (102) erstrecken und die jeweils mittels des dielektrischen Abstandshalters (116b, 116b) aufgehängt sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Erfindungsgemäße Ausführungsformen beziehen sich auf MEMS-Akustikwandler (MEMS = Micro Electromechanical System, mikro-elektromechanisches System), MEMS-Mikrofone und MEMS-Mikrolautsprecher, die eine Graphenmembran umfassen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Unter Benutzung der MEMS-Technologie implementierte Mikrofone und Mikrolautsprecher werden typischerweise unter Einsatz von Silizium verwirklicht. MEMS-Mikrofone/- Mikrolautsprecher können verwirklicht werden, indem ein Siliziumsubstrat bereitgestellt wird, das einen mit einer Siliziummembran bedeckten Hohlraum aufweist. Bei MEMS-Mikrofonen wird eine geringfügige Membranverschiebung kapazitiv gegen eine Referenzelektrode erfasst, und bei MEMS-Mikrolautsprechern wird die Membran elektrostatisch durch eine elektrostatische Betätigung, z. B. zwischen zwei Statoren, zur Bereitstellung einer Hubbewegung betätigt.
Die WO 2007 / 147 643 A2 beschreibt Mikrofone, die Graphen verwenden. Eine mehrschichtige Membranstruktur wird beschrieben, umfassend eine Graphen-Schicht sowie eine Detektionsschicht.
Die WO 2011 / 142 637 A2 beschreibt ein MEMS-Mikrophon, welches als alleiniges Membranelement eine Graphenmembran aufweist.
Die US 2007 / 0 0 477 46 A1 beschreibt mehrere, unabhängige akustische Sensoren, um parallel akustische Signale zu erfassen, was aufgrund der Unabhängigkeit der Strukturen voneinander jedoch zu Abweichungen der einzelnen Sensoren führt.
US 2008 / 0 205 668 A1 beschreibt ein Siliziummikrofon mit vier Schallwandler, die unterschiedliche Empfindlichkeitswerte aufweisen.
Die JP 2012 - 175 509 A beschreibt ein MEMS-Mikrophon, welches ein verbessertes S/N-Verhältnis aufweist. Gemäß einer Ausführungsform wird auf die Montage der Membran über Ankerelemente vollständig verzichtet. Die Membran wird auf eine Oberfläche eines Siliziumsubstrats aufgelegt wird, und eine Spannung zwischen wird die Membran und eine feste Elektrodenplatte auf einer Rückwand angelegt, so dass die Membran durch die elektrostatischen Kräfte in Richtung der festen Elektrodenplatte hochgezogen wird und mit den unteren Oberflächen von an der Rückwand befestigten Ankerelemente in Kontakt kommt.
Figurenliste

zeigt eine Tabelle, die die mechanischen Eigenschaften des Graphens im Vergleich zu denen von Silizium darstellt;
zeigt eine Ausführungsform eines Mikrofons, das auf der Oberseite eine Graphenmembran umfasst;
zeigt eine andere Ausführungsform eines Mikrofons, das auf der Unterseite eine Graphenmembran umfasst;
zeigt eine andere Ausführungsform eines Mikrofons, das eine doppelte Rückwandstruktur aufweist, einschließlich zweier Rückwände mit einer dazwischen liegenden Membran;
zeigt eine andere Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons, die eine Mehrfachmembran-Mikrofonstruktur auf der Oberseite aufweist;
zeigt ein MEMS-Mikrofon, das eine Mehrfachmembran-Mikrofonstruktur auf der Unterseite aufweist;
zeigt ein MEMS-Mikrofon, das eine Mehrfachmembran-Mikrofonstruktur mit einer doppelten Rückwandstruktur aufweist, einschließlich zweier Rückwände mit einer dazwischen liegenden Membran;
zeigt ein Beispiel für eine Rückwand mit einer Wabenstruktur in einer Ansicht von oben;
zeigt eine Ausführungsform eines Mikrolautsprechers, der eine Graphenmembran aufweist;
, die und mit einschließt, zeigt Beispiele für Hohlräume unterschiedlicher Form, wobei Hohlräume zeigt, die einen stufenförmigen Querschnitt haben, und wobei Beispiele für die Hohlräume zeigt, die schräge Hohlraumwände aufweisen;
zeigt eine andere Ausführungsform eines Mikrolautsprechers, der eine Graphenmembran aufweist, die ein symmetrisches Ansteuern der Membran ermöglicht;
zeigt eine schematische Darstellung eines Lautsprecher-Arrays in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
zeigt ein Beispiel für eine „mehrteilige“ Membran in einer Ausführungsform, wie sie in Bezug auf beschrieben wird;
zeigt ein Beispiel für eine „mehrteilige“ Membran in einer Ausführungsform, wie sie in Bezug auf beschrieben wird;
, die bis mit einschließt, zeigt verschiedene Optionen für die Verwirklichung der Graphenmembran, wobei eine einzelne Schicht eines Graphenmaterials zeigt, mehrere Schichten eines Graphenmaterials zeigt, eine chemisch funktionalisierte einzelne Graphenschicht zeigt und einen Verbund reiner und chemisch funktionalisierter Graphenschichten zeigt;
zeigt eine Tabelle, die für die Graphenmembran die Membrannachgiebigkeit in Relation zur Membrandicke angibt;
zeigt einen Drucksensor mit mikrobearbeiteter Oberfläche gemäß erfindungsgemäßen Ausführungsformen, der als druckempfindliches Element eine Graphenmembran sowie eine Elektrode benutzt;
zeigt einen Drucksensor mit mikrobearbeiteter Oberfläche gemäß erfindungsgemäßen Ausführungsformen, der als druckempfindliches Element eine Graphenmembran benutzt und in ein Metallstapel-BEOL-Segment integriert ist;
bis zeigt eine Ausführungsform für die Herstellung eines Akustikwandlers, der dem in ähnlich ist und eine Graphenmembran auf der Unterseite aufweist;
und zeigen eine Ausführungsform für die Herstellung eines Akustikwandlers, der dem in ähnlich ist, außer dass der Prozess mit einem anderen Substrat beginnt;
bis zeigt eine Ausführungsform für die Herstellung eines Akustikwandlers ähnlich dem in ;
zeigt einen zweiten Wafer oder ein zweites Substrat zur Erlangung einer Einrichtung wie in gezeigt; und
zeigt eine Ausführungsform zur Herstellung eines Akustikwandlers ähnlich dem in , außer dass ein anderes Substrat benutzt wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden erfindungsgemäße Ausführungsformen ausführlicher beschrieben. Die in den betreffenden Abbildungen gezeigten Elemente, welche die gleiche oder eine ähnliche Funktionalität haben, werden mit den gleichen Referenzzeichen gekennzeichnet.
Herkömmlicherweise werden MEMS-Mikrofone/Mikrolautsprecher in Siliziumtechnologie hergestellt. Mikrobearbeitete Silizium-Mikrofone sind kapazitive Wandler, die eine flexible Membran, die sich im Schallfeld bewegt, und eine statische perforierte Elektrode umfassen, die so genannte „Rückwand“. Bei übermäßigem Druck kann die Membran Druckunterschieden von bis zu 10 bar ausgesetzt sein. In derartigen Fällen versagen typische Membranen, da ihre Bruchfestigkeit zu gering ist.
Die Druckzelle (Reverse Transducer) ist ein Mikrolautsprecher, der so betätigt werden muss, dass ein großer Hubweg erzielt wird, beispielsweise durch eine kapazitive Betätigung, um eine große Luftverschiebung und damit einen akzeptablen Schalldruck zu erreichen.
Um das Überdruckproblem bei Siliziummikrofonmembranen zu bewältigen, kann ein Dämpfungsring vor dem Mikrofon eingefügt werden; dadurch kommt es jedoch zu zusätzlichem unerwünschtem Rauschen. Weiterhin ist es möglich, die Lautstärke vor dem Mikrofon zu erhöhen; dadurch vergrößert sich jedoch der in einer Anwendung, einschließlich des Mikrofons, benötigte Raum. Eine weitere Möglichkeit zur Bewältigung des Überdruckproblems besteht darin, eine Entlüftung über eine federgestützte Membran oder einen Entlüftungsgang vorzusehen; dies setzt jedoch ein spezielles Design sowie einen geringen Spannungsgradienten der Struktur voraus. Eine weitere Möglichkeit für die Implementierung einer Entlüftung besteht in Klappen in der Membran, die sich unter Druck öffnen; dies erfordert jedoch zusätzlichen Platz für das Design, und auch der Spannungsgradient ist dabei von kritischer Bedeutung.
Bei Siliziumlautsprechern kann ein hoher Schalldruck durch Polysiliziummembrane erzeugt werden, die Einziehstrukturen umfassen, indem beispielsweise ein Knickstator-Lautsprecher vorgesehen wird.
Daher besteht Bedarf für die Bereitstellung eines verbesserten MEMS-Mikrofons/- Mikrolautsprechers.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen stellen ein MEMS-Mikrofon/einen MEMS-Lautsprecher bereit, die an Stelle einer Siliziummembran oder einer Polysiliziummembran eine aus Graphen hergestellte Membran umfassen. Die mechanischen Eigenschaften von Graphen sind vorteilhaft für die Erzeugung von Mikrofonmembranen mit sehr großer Nachgiebigkeit und großer Bruchfestigkeit, so dass das Design hochempfindlicher Mikrofone ermöglicht wird, die widerstandsfähig gegen große Hubwege sind. Andererseits können Mikrolautsprecher von der großen Nachgiebigkeit insofern profitieren, als die Betätigungsspannungen zur Erzielung des großen Hubs reduziert werden können, und zugleich reduziert die große Bruchfestigkeit die Gefahr eines Ausfalls und ermöglicht eine große Haltbarkeit. In Übereinstimmung mit den Ausführungsformen kann die Festigkeit der Graphenmembran erhöht werden, indem ein Stapel von zwei oder mehr einschichtigen Graphenfolien oder -schichten ausgebildet wird.
Graphen als reine Kohlenstoffverbindung weist eine hohe Hydrophobie auf, die vorteilhaft ist, um zu verhindern, dass die Membran während des Herstellungsprozesses, der eine Nassverarbeitung umfassen kann, kleben bleibt, und um auch zu verhindern, dass sie in der fertig gestellten Einrichtung kleben bleibt. Die Hydrophobie ist modifizierbar, indem das Graphen teilweise oder vollständig chemisch funktionalisiert wird, beispielsweise durch Fluorieren, wobei vollständiges Fluorieren ein so genanntes Fluorographen ergibt, das eine erhöhte Hydrophobie aufweist. Möglich ist auch Hydrieren, wobei vollständiges Hydrieren ein Graphen ergibt, das eine leicht erhöhte Hydrophilie aufweist. Auch Oxidieren ist möglich, und vollständiges Oxidieren ergibt ein Graphenoxid, das eine stark reduzierte Hydrophobie aufweist. Chemisch modifizierte einschichtige Graphenfolien oder -verbundfolien, die aus zwischen chemisch modifizierten Graphenfolien liegendem Graphen bestehen, können ebenfalls gemäß den Ausführungsformen benutzt werden.
zeigt eine Tabelle, die die mechanischen Eigenschaften des Graphens im Vergleich zu denen von Silizium darstellt. Es ist ersichtlich, dass das Graphen dem Silizium im Hinblick auf die Werte seines Youngschen Moduls, der Bruchfestigkeit, der Poissonschen Zahl sowie der Dichte überlegen ist. Daher ist Graphen aus den oben skizzierten Gründen als Membranmaterial vorteilhaft, wenn Mikrofone/Mikrolautsprecher in MEMS-Technologie verwirklicht werden sollen.
zeigt eine Ausführungsform eines Mikrofons, das eine Graphenmembran mit einer Membran auf der Oberseite umfasst; das Mikrofon 100 umfasst ein Substrat 102, beispielsweise ein Siliziumsubstrat, in dem ein Hohlraum 104 ausgebildet ist. Der Hohlraum 104 erstreckt sich von einer ersten Oberfläche 106 auf dem Substrat 102 zu einer zweiten Oberfläche 108 des Substrats, die der ersten Fläche gegenüberliegt. Die erste Oberfläche 106 wird auch als Vorderseite des Substrats 102 bezeichnet, und die zweite Oberfläche 108 wird auch als Rückseite des Substrats 102 bezeichnet. Auf der Vorderseite 106 des Substrats ist eine dielektrische Abstandsschicht 110 angeordnet. Die dielektrische Abstandsschicht 110 ist auf der Vorderseite 106 des Substrats 102 so angeordnet, dass sie den Hohlraum 104 umgibt und sich vom Hohlraum zu einer Peripherie 112 des Substrats 102 erstreckt. Die dielektrische Abstandsschicht 110 kann sich ganz bis zur Peripherie 112 erstrecken oder so angeordnet sein, dass sie an bestimmten Anteilen des Substrats wie in dargestellt von der Peripherie 112 zurückspringt. Das Mikrofon 100 umfasst weiterhin eine leitfähige perforierte Rückwand 114, die ein Peripheriegebiet 114a und ein perforiertes Gebiet 114b umfasst. Die Rückwand 114 kann aus Polysilizium ausgebildet sein, und das perforierte Gebiet 114b umfasst eine Mehrzahl von Hohlräumen 114c, die sich durch die Rückwand 114 hindurch erstrecken. Die Rückwand 114 ist so angeordnet, dass ihr perforiertes Gebiet 114b dergestalt angeordnet ist, dass es sich über den Hohlraum 104 des Substrats 102 hinweg erstreckt, und die Peripheriegebiete 114a der Rückwand 114 sind auf der dielektrischen Abstandsschicht 110 angeordnet. Das Mikrofon 100 umfasst eine weitere dielektrische Abstandsschicht 116, die im Peripheriegebiet 114a der Rückwand 114 ausgebildet ist. Gemäß Ausführungsformen erstreckt sich die dielektrische Abstandsschicht 116 nicht in ein Gebiet über dem Hohlraum 104 hinein und bedeckt zumindest teilweise das Peripheriegebiet 114a der Rückwand 114. Das Mikrofon umfasst eine Graphenmembran 120, die von einem Abstandshalter 116 oberhalb der Rückwand getragen wird. Die Graphenmembran 120 ist so oberhalb des Substrats 104 angeordnet, dass sie sich über den Hohlraum 104 und auch über die leitfähige perforierte Rückwand 114 erstreckt. Das Mikrofon umfasst eine erste Elektrode 122, die in Kontakt mit dem Peripheriegebiet 114a der Rückwand 114 ist. Weiterhin ist eine zweite Elektrode in Kontakt mit der Graphenmembran 120. In der Ausführungsform in ist die zweite Elektrode 124 auf dem dielektrischen Abstandshalter in Kontakt mit der Graphenmembran 120 angeordnet. Die Graphenmembran 120, die durch den Pfeil 126 angedeutet ist, ist in Abhängigkeit von Druckänderungen in einer senkrechten Richtung auslenkbar. Mit Hilfe der Elektroden 122 und 124, die in Form von entsprechenden Metallplättchen ausgebildet werden können, kann eine senkrechte Verschiebung der Membran erfasst werden.
Darüber hinaus kann die in dargestellte MEMS-Struktur gegen Festkleben geschützt werden, indem Antiklebehöcker vorgesehen werden, die von der Rückwand in den Luftspalt 128 zwischen der Rückwand 114 und der Membran 120 eingedrückt sind, oder indem die Rückwand mit einer Antiklebebeschichtung wie etwa einer SAMS-Beschichtung oder einer OTS-Beschichtung versehen wird.
Im Folgenden wird ein Beispiel für die Herstellung des in dargestellten Mikrofons 100 angegeben. Der Prozessablauf beginnt mit dem Substrat 102, auf dessen Oberseite eine Stoppoxidschicht abgeschieden wird, beispielsweise mit einer Dicke von 500nm. Eine Polysiliziumschicht mit einer Dicke von ca. 1 µm wird auf die Oxidschicht zusammen mit einer SiN-Schicht abgeschieden, die eine Dicke von beispielsweise 100nm hat. Diese Schichtstruktur definiert die Rückwand 114. Nach dem Abscheiden der Materialien für die Rückwand 114 wird ein Rückwand-Strukturierungsprozess ausgeführt, um die Hohlräume 114c im perforierten Gebiet 114b der Rückwand 114 zu öffnen. Nach dem Strukturieren der Rückwand wird ein dielektrisches Material mit einer Dicke von ca. 1 bis 5µm auf der Rückwand abgeschieden und so strukturiert, dass der weitere dielektrische Abstandshalter 116 ausgebildet wird, der in dargestellt ist. Nach dem Strukturieren des Abstandshalters 116 werden die Metallplättchen 122, 124 ausgebildet. Danach erfolgt eine Rückseiten-Hohlraumätzung des Substrats 102, d. h., der Hohlraum 104 wird von der Rückseite 108 des Substrats aus zu dessen Vorderseite hin so geätzt, dass der Hohlraum 104 die auf der Vorderseite vorgesehene Stoppoxidschicht erreicht. Die Stoppoxidschicht wird im Gebiet des Hohlraums durch einen weiteren Ätzprozess entfernt.
Danach wird die Graphenmembran 120 durch Übertragung des Graphenmaterials auf den Abstandshalter 116 und das Plättchen 124 bereitgestellt. In Übereinstimmung mit Ausführungsformen wird das Graphen auf dem Übertragungswafer strukturiert, und die Übertragung erfolgt dann durch Ausrichten an dem Zielwafer, der die übrigen Elemente der Mikrofonstruktur aufweist.
Gemäß einem alternativen Prozess werden das Substrat 102, die Rückwand 114, der Abstandshalter 116 und die Metallplättchen 122, 124 wie oben beschrieben ausgebildet, jedoch ohne den Abstandshalter 116 zu strukturieren. Danach erfolgt die Rückseiten-Hohlraumätzung zur Ausbildung des Hohlraums 104 von der Rückseite 108 des Substrats 102 aus, ohne die Stoppoxidschicht von der Vorderseite zu entfernen. Danach erfolgt der Graphenübertragungsprozess, und die Graphenschicht wird mit Hilfe herkömmlicher fotolithografischer Prozesse strukturiert. Danach erfolgt eine Opferoxidätzung von der Rückseite des Substrats aus durch die Stoppoxidschicht und die Perforationsöffnungen 114c, so dass der dielektrische Abstandshalter 116 im Gebiet zwischen dem perforierten Gebiet 114b und der Graphenmembran 120 entfernt wird, wodurch der Luftspalt 128 definiert wird.
zeigt eine weitere Ausführungsform eines Mikrofons, das eine Graphenmembran aufweist, die anders als ein Mikrofon zeigt, das die Membran an der Unterseite hat. Wie aus ersichtlich ist, entspricht die Struktur im Grunde der in dargestellten Struktur, außer dass die Membran 120 jetzt vom dielektrischen Abstandshalter 110 getragen wird, der auf dem Substrat 102 ausgebildet ist, und die Rückwand 114, bei welcher der zusätzliche Abstandshalter 116 zwischen der Rückwand 114 und der Membran 120 angeordnet ist, an der Membran 120 befestigt ist, genauer ausgedrückt an den peripheren Anteilen 120a der Membran, die vom Substratgebiet getragen wird, das den Hohlraum 104 umgibt. Weiterhin hat die Graphenmembran 120 ein zentrales Gebiet 120b, das sich über den Hohlraum 104 erstreckt. Weiterhin ist das zentrale Gebiet 120b gegenüber dem perforierten Gebiet 114b mit dem Luftspalt 128 zwischen der Membran 120 und der Rückwand 114 angeordnet. Auf diese Weise liegt die Membran 120 in zwischen dem Substrat und der Rückwand. Wenn ein nicht leitfähiges Substrat 102 bereitgestellt wird, kann die Membran 120 direkt auf das Substrat montiert werden, d. h., die Schicht 110 kann weggelassen werden.
Das in dargestellte Mikrofon kann hergestellt werden, indem das Substrat 102 bereitgestellt wird, das mit einer Stoppoxidschicht ausgestattet werden kann, die die Schicht 110 definiert. Wie oben erwähnt, ist dies in anderen Fällen jedoch nicht notwendig, und auch für den Verarbeitungsschritt ist es nicht notwendig, da das Ätzen des Siliziumsubstrats 102 an der Graphenschicht 120 stoppt. Das Graphen wird auf das Substrat 102 abgeschieden oder auf den vollständigen Wafer, der eine Mehrzahl von herzustellenden Mikrofonstrukturen aufweist, übertragen, gefolgt von einem Graphenstrukturierungsschritt, außer wenn das Graphen bereits auf der Übertragungsschicht strukturiert wurde. Danach wird der Abstandshalter 116 abgeschieden, und die Rückwand 114 wird auf dem Abstandshalter wie oben beschrieben abgeschieden und strukturiert. Dann werden die Plättchen 122 und 124 ausgebildet. Anschließend wird gemäß der ersten Möglichkeit der Hohlraum 104 von der Rückseite aus geätzt, und ein Anteil des dielektrischen Abstandshalter 116 wird durch einen Opferoxid-Ätzprozess entfernt, um den Luftspalt 128 auszubilden. Darüber hinaus kann eine Antiklebebeschichtung auf die Rückwand aufgebracht werden. Alternativ kann der Ätzprozess mit dem Opferoxidätzen zum Entfernen eines Teils der Schicht 116 begonnen werden, um den Luftspalt 128 zu definieren, gefolgt vom Ätzen der Rückseite zwecks Definition des Hohlraums 104, das ein zusätzliches Stoppoxidätzen umfassen kann; dies gilt mit der Maßgabe, dass eine derartige zusätzliche Oxidschicht 110 auf der Substratoberfläche angeordnet wurde. Dann kann eine Antiklebebeschichtung auf die Rückwand aufgebracht werden.
zeigt eine weitere Ausführungsform eines Mikrofons 100, das insofern eine Kombination der in und dargestellten Ausführungsformen ist, als eine doppelte Rückwandstruktur vorgesehen ist, welche zwei Rückwände mit einer dazwischen liegenden Membran aufweist. Elementen, die bereits unter Bezugnahme auf und beschrieben wurden, wurden in die gleichen Referenznummern zugewiesen, wobei auf deren erneute Beschreibung verzichtet wird. Verglichen mit umfasst das in dargestellte Mikrofon 100 einen zusätzlichen dielektrischen Abstandshalter 130, der an der Peripherie 120a der Membran 120 angeordnet ist. Der Abstandshalter 130 trägt eine weitere Rückwand 132, die der Rückwand 114 insofern ähnlich ist, als sie ein Peripheriegebiet 132a umfasst, das ein perforiertes Gebiet 132b umschließt, das eine Mehrzahl von Hohlräumen oder Öffnungen 132c umfasst. Das Anordnen der Rückwand 132 in der oben beschriebenen Weise führt zu einem Luftspalt 134 zwischen einer Oberseite der Graphenmembran 120 und der Rückwand 132 im zentralen Gebiet 120b der Membran 120. Die weitere Rückwand 132 ist so angeordnet und strukturiert, dass das Peripheriegebiet 132a und das perforierte Gebiet 132b mit den entsprechenden Gebieten der Rückwand 114 in Deckung gebracht werden, und so angeordnet und strukturiert, dass auch die Öffnungen/Hohlräume 132c mit den Öffnungen 114c in Deckung gebracht werden. Zudem ist die weitere Rückwand 132 mit einer weiteren Elektrode 136 in ihrem Peripheriegebiet 132a ausgestattet.
Das in dargestellte Mikrofon 100 kann hergestellt werden, indem die oben in Bezugnahme auf und definierten Prozessschritte kombiniert werden.
zeigt eine andere Ausführungsform eines MEMS-Mikrofons, die eine Mehrfachmembran-Mikrofonstruktur aufweist. Verglichen mit den unter Bezugnahme auf bis beschriebenen Ausführungsformen werden die Rückwand 114 und der dielektrische Abstandshalter 116 modifiziert. Genauer ausgedrückt umfasst die Rückwand 114 eine Mehrzahl von perforierten Gebieten 114b₁ , 114b₂ und 114b₃ , wobei jedes perforierte Gebiet die entsprechenden Öffnungen/Hohlräume 114c₁ , 114c₂ und 114c₃ umfasst. Die äußersten perforierten Gebiete 114b₁ und 114b₃ sind benachbart zum Peripheriegebiet 114a der Rückwand 114 und voneinander durch die Zwischengebiete 114d₁ und 114d₂ getrennt, die zwischen dem ersten und dem zweiten perforierten Gebiet 114b₁ und 114b₂ bzw. dem zweiten und dem dritten perforierten Gebiet 114b₂ und 114b₃ angeordnet sind.
Die dielektrische Schicht 116 ist so strukturiert, dass sie ein Peripheriegebiet 116a umfasst, das im Peripheriegebiet 114a der Rückwand 114 angeordnet ist. Weiterhin ist die Schicht 116 so strukturiert, dass ein erster Pfosten 116b₁ und ein zweiter Pfosten 116b₂ ausgebildet werden, wobei der erste Pfosten 116b₁ im ersten Zwischengebiet 114d₁ der Rückwand 114 und der zweite Pfosten 116b₂ im zweiten Zwischengebiet 114d₂ ausgebildet ist.
Die Graphenmembran 120 wird durch den dielektrischen Abstandshalter 116 getragen; genauer ausgedrückt wird sie so ausgebildet, dass ihr peripherer Teil 120a vom peripheren Anteil 116a des Abstandshalters 116 getragen wird. Die Membran 120 umfasst drei auslenkbare Gebiete 120b₁ bis 120b₃ , die sich über den Hohlraum 104 des Substrats 102 erstrecken. Die Membran 120 wird weiterhin von den Pfosten 116b₁ und 116b₂ getragen, so dass die betreffenden auslenkbaren Membrananteile 120b₁ bis 120b₃ definiert werden, die gegenüber den entsprechenden perforierten Gebieten 114b₁ bis 114b₃ der Rückwand 114 mit den darin vorgesehenen entsprechenden Luftspalten 128₁ bis 128₃ angeordnet sind. Wenn sie mit den Ausführungsformen in bis verglichen wird, ist die Membran 120 in also in eine Mehrzahl von Membranen unterteilt, insbesondere die Membrananteile 120b₁ bis 120b₃ , die jeweils einzeln mittels des Peripheriegebiets 116a und/oder der Pfosten 116b₁ , 116b₂ des Abstandshalters 116 aufgehängt sind.
Die Anordnung in ist im Hinblick auf die Bereitstellung einer Mehrfachmembran-Mikrofonstruktur vorteilhaft, als aufgrund der Tatsache, dass die Nachgiebigkeit des Graphenmaterials sehr groß ist, die Benutzung mehrerer aufgehängter Membranen günstig sein kann, da es so ermöglicht wird, eine hohe Gesamtkapazität der gesamten MEMS-Einrichtung zu erzielen. Die durch die kleinen Membranen 120b₁ bis 120b₃ erzielten Signale summieren sich linear, so dass sich die Empfindlichkeit - wenn beispielsweise neun Membranen bereitgestellt werden - in Relation zu einer einzigen Membran um das Neunfache erhöht. Weiterhin summiert sich das Rauschen wie folgt: Summe(Rauschen_i ²)^1/2, so dass dies im Vergleich zu einer einzigen Membran lediglich 1/3 des Rauschwertes ergibt (z. B. -9,5dB).
Die Ausführungsform in zeigt ein Mehrfachmembran-Mikrofon, das die Mehrfachmembran auf der Oberseite hat wie in , jedoch in ähnlicher Weise wie oben unter Bezugnahme auf beschrieben kann die Rückwand 114 auf der Oberseite vorgesehen werden, so dass ein Mehrfachmembran-Mikrofon bereitgestellt wird, das seine Membran wie in ausführlicher dargestellt auf der Unterseite hat. Außerdem kann eine zusätzliche Rückwand, wie sie unter Bezugnahme auf beschrieben wird, auch in der Ausführungsform in vorgesehen werden, so dass ein Mehrfachmembran-Mikrofon mit doppelter Rückwand bereitgestellt wird, das wie in ausführlicher dargestellt eine Mehrfachmembran zwischen den entsprechenden Rückwänden liegend hat. Verglichen mit umfasst das in dargestellte Mikrofon 100 einen zusätzlichen dielektrischen Abstandshalter 130, der mit seiner Peripherie 130a in der Peripherie 120a der Membran 120 angeordnet ist. Der Abstandshalter 130 umfasst die Pfosten 130b₁ , 130b₂ und trägt die weitere Rückwand 132, die der Rückwand 114 insofern ähnlich ist, als sie das Peripheriegebiet 132a und die perforierten Gebiete 132b₁ bis 132b₃ umfasst, die jeweils eine Mehrzahl von Hohlräumen oder Öffnungen 132c₁ bis 132c₃ umfassen. Die Rückwand 132 umfasst auch die Zwischengebiete 132d₁ , 132d₂ , welche die Pfosten 130b₁ , 130b₂ tragen. Das Anordnen der Rückwand 132 in der oben beschriebenen Art ergibt die Luftspalte 134₁ bis 134₃ zwischen einer oberen Fläche der Graphenmembran 120 und der Rückwand 132 in den zentralen Gebieten 120b₁ bis 120b₃ der Membran 120. Die weitere Rückwand 132 ist so angeordnet und strukturiert, dass ihre Peripheriegebiete und ihre perforierten Gebiete mit den entsprechenden Gebieten der Rückwand 114 in Deckung gebracht werden, und so angeordnet und strukturiert, dass auch die Öffnungen/Hohlräume miteinander in Deckung gebracht werden. Zudem ist die weitere Rückwand 132 mit einer weiteren Elektrode 136 in ihrem Peripheriegebiet 132a ausgestattet.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Mehrfachmembran-Mikrofon wie in dargestellt aus Unterzellen bestehen, die einen Durchmesser von 50µm haben und in einer Wabenstruktur angeordnet sind, die ein MEMS bildet, das ein aktives Gebiet mit einem Durchmesser von ca. 1mm hat.
zeigt ein Beispiel für eine Rückwand mit einer Wabenstruktur in einer Ansicht von oben. Die Rückwand 114 umfasst eine Mehrzahl von Zellen 138₁ bis 138₇ . Jede der Zellen 138₁ bis 138₇ hat die gleiche Struktur, und jede Zelle umfasst einen perforierten Rückwandanteil/ein perforiertes Rückwandgebiet, von denen in als beispielhaftes Element das perforierte Gebiet 114b₃ von Zelle 138₃ dargestellt wird. In sind das Peripheriegebiet 114a und die Zwischengebiete 114d der Rückwand nicht sichtbar, da diese Gebiete in vom dielektrischen Abstandshalter 116 verdeckt werden. In sind das Peripheriegebiet 116a des dielektrischen Abstandshalters sowie die Pfosten 116b₁ und 116b₂ dargestellt, die zwischen den entsprechenden perforierten Gebieten 114b angeordnet sind.
In der in gezeigten Ausführungsform hat jede der Zellen einen Durchmesser von ca. 50µm. Jede der Zellen hat eine sechseckige Form, und die Rückwand in den perforierten Gebieten ist so strukturiert, dass jede Zelle einen äußeren Rahmen 140 mit sechseckiger Form und einen inneren Rahmen 142 umfasst, wobei die beiden Rahmen konzentrisch in Bezug zueinander angeordnet sind. Die beiden Rahmen 140, 142 sind durch entsprechende Stege 144 verbunden, die in einem zentralen Gebiet 146 der Zelle miteinander verbunden sind und sich vom Mittelpunkt 146 bis hin zu den entsprechenden Ecken des äußeren Rahmens 140 und auch zugleich über die Ecken des inneren Rahmens 142 hinaus erstrecken. Mittels dieser Anordnung werden entsprechende Öffnungen/Hohlräume 114c in den Gebieten zwischen dem äußeren Rahmen 140 und dem inneren Rahmen 142 und den Stegen 144 sowie zwischen dem inneren Rahmen 142 und dem Mittelpunkt 146 und den Stegen 144 ausgebildet. In der in dargestellten Ausführungsform hat der äußere Rahmen eine waagerechte Dicke, die größer als die waagerechte Dicke des inneren Rahmens 142 ist, und die Stege 144 verjüngen sich so, dass ihre waagerechte Dicke in einer Richtung von den Ecken des äußeren Rahmens 140 zum Mittelpunkt 146 abnimmt.
In der in gezeigten Ausführungsform wurde eine Rückwand beschrieben, die eine Wabenstruktur hat, die eine Mehrzahl von sechseckigen Zellen aufweist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch auf andere Art und Weise umgesetzt werden kann.
Die Rückwandeinheit kann Zellen mit einer willkürlichen Form umfassen, z. B. können die Zellen der leitfähigen Rückwandeinheit einen gerundeten Umfang oder eine Kurvenform (z. B. eine Kreisform) oder eine polygonale Form (z. B. eine quadratische oder dreieckige Form) haben.
Die oben angegebene Beschreibung der bis bezog sich auf ein Mikrofon 100, doch kann die gleiche Struktur auch als Mikrolautsprecher verwirklicht werden. Wenn ein Mikrolautsprecher verwirklicht wird, wird ein Signalgenerator zwischen den entsprechenden Elektroden 122, 124 und 136 zum Anlegen eines Betätigungssignals für das Auslenken der Membran 120 in einer gewünschten Weise geschaltet.
zeigt eine Ausführungsform eines Mikrolautsprechers, der eine Graphenmembran aufweist. Bereits unter Bezugnahme auf die vorhergehenden Abbildungen beschriebene Elemente werden die gleichen Referenznummern zugewiesen, wobei hier auf deren erneute Beschreibung verzichtet wird.
Wie aus ersichtlich ist, umfasst das Substrat 102 anders als bei den anderen Ausführungsformen eine Mehrzahl von Hohlräumen/Öffnungen 104₁ bis 104₃ , die sich von der Vorderseite 406 des Substrats 102 zur Rückseite 108 des Substrats 102 erstrecken. Das Substrat 102 umfasst ein Peripheriegebiet 102a und entsprechende Zwischengebiete 102b₁ bis 102b₂ . Die Hohlräume 104₁ bis 104₃ sind durch die Zwischengebiete 102b₁ und 102b₂ voneinander getrennt. Genauer ausgedrückt ist der erste Hohlraum 104₁ zwischen dem Peripheriegebiet 102a und dem ersten Zwischengebiet 102b₁ angeordnet, und der dritte Hohlraum 104₃ ist zwischen dem Peripheriegebiet 102a und dem zweiten Zwischengebiet 102b₂ angeordnet. Der zweite Hohlraum 104₂ ist zwischen den beiden Zwischengebieten 102b₁ und 102b₂ angeordnet. Auf der Vorderseite 106 des Substrats 102 ist die dielektrische Abstandsschicht 110 vorgesehen, die so strukturiert ist, dass sie ein Peripheriegebiet 110a umfasst, das im Peripheriegebiet 102a des Substrats 102 angeordnet ist. Weiterhin umfasst die dielektrische Abstandsschicht 110 eine Mehrzahl von Pfosten 110b₁ und 110b₂ , die in den Zwischengebieten 102b₁ , 102b₂ des Substrats 102 angeordnet sind. Die aus Graphenmaterial ausgebildete Membran 120 wird von der dielektrischen Abstandsschicht 110 getragen; genauer ausgedrückt wird sie von deren Peripheriegebiet 110a und den entsprechenden Pfosten 110b₁ und 110b₂ getragen. Durch diese Anordnung umfasst die Membran 120 ein festes Peripheriegebiet 120a und drei auslenkbare Gebiete 120b₁ bis 120b₃ , die wie durch die Pfeile 1263 angedeutet senkrecht auslenkbar sind, was wie durch 120b₁' bis 120b₃' dargestellt zu einer Verformung der beweglichen Anteile führt. In beträgt die seitliche Abmessung der entsprechenden Hohlräume 104₁ bis 104₃ beispielsweise 200µm, und auch die elektrischen Feldlinien werden dargestellt, die sich beim Auslenken der Membrananteile ergeben.
In ist das Substrat 120 ein leitfähiges Substrat, und in einem Peripheriegebiet dieses Substrats ist eine Elektrode 150 angeordnet. Weiterhin ist wie in den vorher beschriebenen Ausführungsformen an der Membran die Elektrode 124 befestigt. Zwischen den beiden Elektroden 124 und 128 ist ein Signalgenerator 152 angeschlossen, der eine Wechselstrom-Signalquelle 152a und eine Gleichstrom-Signalquelle 152b zur Betätigung der Membran umfasst, um ein Auslenken wie in dargestellt zu bewirken.
Aufgrund der großen Nachgiebigkeit der Graphenmembran 120 gemäß der Ausführungsform in kann die Membran gegen den Hohlraum des Substrats selbst betätigt werden, ohne dass die Notwendigkeit besteht, eine strukturierte und perforierte Rückwand bereitzustellen. Auch wenn drei Hohlräume in einer Reihe zeigt, wird darauf hingewiesen, dass die Struktur eine Mehrzahl von Hohlräumen umfassen kann, die z. B. in einem Array angeordnet sind.
In werden die Hohlräume 104₁ bis 1043 als „senkrechte“ Hohlräume dargestellt, d. h., die Hohlraumwände erstrecken sich rechtwinklig zur Vorder- und Rückseite des Substrats. Andere Hohlraumformen sind jedoch ebenfalls möglich. zeigt Beispiele für Hohlräume mit einer anderen Form. In haben die Hohlräume 104₁ bis 104₃ einen stufenförmigen Querschnitt mit einem größeren Durchmesser auf der Vorderseite 106 des Substrats 102 und einem kleineren Durchmesser auf der Rückseite 108. Der größere Durchmesseranteil des Hohlraums kann beispielsweise wie in dargestellt 200µm betragen, während der kleinere Durchmesseranteil lediglich einen Durchmesser von 50µm hat. Diese Struktur erlaubt es, die Feldstärke zu erhöhen. Die in dargestellte Struktur kann durch einen Prozess erreicht werden, der einen auf der Vorderseite konstruktionstechnisch mit Hilfe eines Oxidabstandshalters oder mit Hilfe einer Kombination aus einer auf der Vorderseite und der Rückseite durchgeführten Grabenätzung und einer anschließenden Graphenabscheidung gewonnenen Hohlraum verwendet.
zeigt Beispiele für Hohlräume, die schräge Hohlraumwände aufweisen, wobei die Hohlräume so ausgebildet sind, dass der Hohlraumdurchmesser in einer Richtung von der vorderen Fläche 106 zur rückwärtigen Fläche 108 abnimmt. Die Gräben 104₁ bis 104₃ , die schräge Grabenwände aufweisen, können durch anisotropes Ätzen des Hohlraums erzielt werden, z. B. durch Anwendung von KOH oder TMAH.
zeigt eine andere Ausführungsform eines Mikrolautsprechers, der eine Graphenmembran aufweist, die ein symmetrisches Ansteuern der Membran ermöglicht; Ausgehend von dem unter Bezugnahme auf beschriebenen Mikrolautsprecher umfasst der Mikrolautsprecher in ein zusätzliches Substrat oder eine zusätzliche Platte 202 mit einer Mehrzahl von Hohlräumen 204₁ bis 204₃ , die sich durch das Substrat 202 von seiner Vorderseite 206 zu seiner Rückseite 208 erstrecken. Wie das erste Substrat 102 umfasst auch das zweite Substrat 202 ein Peripheriegebiet 202a und Zwischengebiete 202b₁ und 202b₂ , welche die entsprechenden Hohlräume trennen. Wie aus ersichtlich ist, springt das Peripheriegebiet 202a des zweiten Substrats 202 in Relation zu den Peripheriegebieten 102a des ersten Substrats 102 zurück, um die Elektroden 124 und 150 freizulegen. Das Substrat 202 ist so angeordnet, dass die Hohlräume 204₁ bis 204₃ und die Zwischenanteile 202b₁ bis 202b₂ mit den entsprechenden Öffnungen und Zwischenanteilen des Substrats 102 in Deckung gebracht werden. Das weitere Substrat 102 ist auf der Graphenmembran 120 mit einer zusätzlichen dielektrischen Abstandsschicht 210 zwischen der Membran 120 und dem Substrat 202 angeordnet. Genauer ausgedrückt umfasst die dielektrische Abstandsschicht 210 ein Peripheriegebiet 210a, das zwischen dem Peripheriegebiet der Membran 120a und dem Peripheriegebiet 202a des weiteren Substrats 202 liegt. Weiterhin umfasst die dielektrische Schicht 210 die Pfosten 210b₁ und 210b₂ auf den entsprechenden Zwischenanteilen 202b₁ und 202b₂ des Substrats 202. Das Substrat 202 umfasst eine weitere Elektrode 220 auf seiner Rückseite 206. Zwischen den Elektroden 150 und 220 ist der Wechselstrom-Signalgenerator 150a angeschlossen, und der GleichstromSignalgenerator 150b ist zwischen den Elektroden 124 und dem Wechselstrom-Signalgenerator 150a angeschlossen.
Die Anordnung in sieht ein symmetrisches Auslenken der Graphenmembran nach oben und unten vor, wie durch die ausgelenkten Anteile 120b₁' bis 120b₃' und 120b₁ „bis 120b₃ “ dargestellt wird.
Gemäß Ausführungsformen kann eine Mehrzahl von Mikrolautsprechern auf einem Substrat in einer Weise, wie sie oben beschrieben wurde, ausgebildet werden, um ein Lautsprecher-Array mit unabhängig betriebenen Membranen auszubilden, die beispielsweise in digitalen Schallrekonstruktionsanordnungen benutzt werden.
zeigt eine schematische Darstellung eines Lautsprecher-Arrays gemäß einer Ausführungsform. Der Array 200 umfasst das Substrat 102, das eine Mehrzahl von Hohlräumen umfasst, die auf der Vorderseite des Substrats 102 ausgebildet sind (siehe z. B. die auch oben beschriebenen Hohlräume 104₁ bis 104₃ ). Zur Definition der entsprechenden Mikrolautsprecher 202 des Arrays wird eine Mehrzahl von Graphenmembranen 120 bereitgestellt, um sich über einen Hohlraum oder eine Mehrzahl von Hohlräumen 104 in einer oben beschriebenen Weise zu erstrecken. Jede Membran 120 hat ihre Elektrode 124, so dass die Graphenmembranen 120 der entsprechenden Mikrolautsprecher 202 unabhängig voneinander betrieben werden können.
Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß Ausführungsformen - auch wenn sich ausdrücklich auf ein Mikrolautsprecher-Array bezieht - ebenso eine Mehrzahl von Mikrofonen auf einem Substrat in einer Art und Weise wie oben beschrieben ausgebildet werden kann, um ein Mikrofon-Array mit unabhängigen Membranen auszubilden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde die Graphenmembran 120 als Einzelmembran beschrieben und dargestellt, die sich zwischen den Peripheriegebieten des Substrats erstreckt; es wird jedoch darauf hingewiesen, dass andere Ausführungsformen verwirklicht werden können, die zwei oder mehr Graphenmembranen benutzen. zeigt ein Beispiel für die Bereitstellung einer „mehrteiligen“ Membran in einer Ausführungsform, wie sie unter Bezugnahme auf beschrieben wird. Wie ersichtlich ist, wird die schematisch dargestellte Membran 120 durch eine erste Membran 120₁ ausgebildet, die sich über ein erstes perforiertes Rückwandgebiet 114b₁ , erstreckt, und sie umfasst eine zweite Membran 120₂ , die sich über den zweiten und den dritten perforierten Rückwandanteil 114b₂ und 114b₃ erstreckt. Die beiden Membranen 120₁ und 1202 sind miteinander verbunden, wie bei 160 dargestellt wird.
zeigt ein Beispiel für den Mikrolautsprecher, der dem in ähnelt, wobei an Stelle einer einzelnen Graphenmembran drei Membranen 120₁ bis 120₃ vorgesehen sind. Die erste Membran 120₁ erstreckt sich vom Peripheriegebiet 102a des Substrats 102 über den ersten Hohlraum 104₁ zum ersten Zwischengebiet 102b₁ . Eine zweite Membran 120₂ erstreckt sich über den zweiten Hohlraum 104₂ , und eine dritte Membran 120₃ erstreckt sich über den dritten und den vierten Hohlraum 104₃ und 104₄ . Die Membranen sind miteinander wie bei 160₁ und 160₂ dargestellt verbunden.
zeigt verschiedene Optionen zur Verwirklichung der unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschriebenen Graphenmembran 120. zeigt die Graphenmembran 120, die eine einzelne Schicht Graphenmaterial umfasst. zeigt die Graphenmembran 120, die mehrere Schichten Graphenmaterial umfasst, und zwar in die drei Schichten i, ii und iii. zeigt eine Graphenmembran 120, die eine chemisch funktionalisierte einzelne Schicht Graphen umfasst, z. B. ein Fluorographen. zeigt eine Graphenmembran 120, bei der es sich um einen Verbund aus reinen und chemisch funktionalisierten Graphenschichten handelt, z. B. eine Kombination einer in dargestellten einzelnen Schicht Graphen, die zwischen zwei chemisch funktionalisierten einzelnen Schichten Graphen wie in dargestellt liegt.
zeigt eine Tabelle, die für die Graphenmembran die Membrannachgiebigkeit in Relation zur Membrandicke angibt. Wie ersichtlich ist, ist die Benutzung von Graphenmembranen vorteilhaft, da trotz der geringen Membrandicke eine große Nachgiebigkeit erzielt wird, wodurch bei herkömmlichen Siliziummembranen auftretende Probleme, wie sie oben diskutiert werden, vermieden werden.
und zeigen einen Drucksensor mit mikrobearbeiteter Oberfläche gemäß erfindungsgemäßen Ausführungsformen, der als druckempfindliches Element eine Graphenmembran benutzt, und zwar entweder mit einer Muldenelektrode ( ) oder integriert in ein Metallstapel-BEOL-Segment (kein Halbleitereffekt).
zeigt eine Ausführungsform eines Druckwandlers 300 mit einer Muldenelektrode. Der Druckwandler 300 umfasst ein Substrat 302, z. B. ein Siliziumsubstrat, das eine erste Fläche 306 (Vorderseite) und eine zweite Fläche 308 (Rückseite) hat, die der ersten Fläche gegenüberliegt. In der Vorderseite 308 wird eine Muldenelektrode 309 ausgebildet, z. B. durch Einbringen von Dotierungsstoffen, um eine gewünschte Leitfähigkeit in der Mulde zu erzielen. Auf der Vorderseite 306 des Substrats 302 wird eine dielektrische Abstandsschicht 310 angeordnet. Die dielektrische Abstandsschicht 310 umfasst einen ersten oder peripheren Anteil 310a, der auf der Vorderseite 106 des Substrats 102 außerhalb der Muldenelektrode 309 angeordnet ist, und einen zweiten Anteil 310b, der seitlich mit Zwischenraum zum ersten Anteil 3 10a und auf der Muldenelektrode 309 angeordnet ist. Alternativ kann der zweite Anteil der dielektrischen Abstandsschicht 310 auch außerhalb der Elektrode 309 angeordnet sein. Der Sensor umfasst eine Graphenmembran 320, die in ihrem Peripheriegebiet 320a von den entsprechenden Anteilen 310a, 310b des Abstandshalters 310 oberhalb des Substrats 302 so getragen wird, dass ihr zentraler, auslenkbarer Anteil 320b gegenüber der Muldenelektrode 309 mit einem dazwischen liegenden Spalt 328 angeordnet ist. Der Sensor umfasst eine erste Elektrode 322, die in Kontakt mit der Muldenelektrode 309 ist, und eine zweite Elektrode 324, die in Kontakt mit der Graphenmembran 320 ist. Mittels der Elektroden 322 und 324, die durch entsprechende Metallplättchen oder -streifen ausgebildet werden können, kann eine senkrechte Verschiebung der Membran 320 aufgrund eines beaufschlagten Drucks erfasst werden.
zeigt eine Ausführungsform eines Druckwandlers 300, der in ein Metallstapel-BEOL-Segment (kein Halbleitereffekt) integriert ist. Ähnlich wie der Sensor in umfasst auch der Druckwandler 300 in das Substrat 302. Anders als in ist in auf der Vorderseite des Substrats 302 eine dielektrische Schicht 330 ausgebildet. Auf der Fläche der Schicht 330, die vom Substrat 302 weg zeigt, ist eine Elektrode 332, z. B. eine Metallelektrode, ausgebildet. Auf der Schicht 330 ist die dielektrische Abstandsschicht 310 angeordnet. In umfasst die dielektrische Abstandsschicht 310 einen Hohlraum (der den Spalt 328 definiert), und der erste oder periphere Anteil 310a ist auf der Schicht 330 angeordnet und bedeckt teilweise die Elektrode 332. Die Graphenmembran 320 wird in ihrem Peripheriegebiet 320a von dem entsprechenden Anteil 310a des Abstandshalters 310 oberhalb der Elektrode 332 so getragen, dass ihr zentraler, auslenkbarer Anteil 320b gegenüber dem freiliegenden Gebiet der Elektrode 332 mit dem dazwischen liegenden Spalt 328 angeordnet ist. Der Sensor umfasst eine erste Elektrode 322, die auf der Schicht 310 ausgebildet und mit der Elektrode 332 über ein Verbindungsloch 334 in Kontakt ist, und eine zweite Elektrode 324, die in Kontakt mit der Graphenmembran 320 ist. Mittels der Elektroden 322 und 324, die durch entsprechende Metallplättchen oder -streifen ausgebildet werden können, kann eine senkrechte Verschiebung der Membran 320 aufgrund eines beaufschlagten Drucks erfasst werden.
Im Folgenden werden erfindungsgemäße Ausführungsformen für die Herstellung eines Akustikwandlers beschrieben.
In bisher benutzten herkömmlichen Prozessen wird das Graphen auf einem Wafer mit einer anderen Keimschicht (z. B. einem Metall) abgeschieden. Die MEMS-Einrichtung wird unter Verwendung eines gesonderten Wafers gefertigt. An einem bestimmten Punkt im Prozess wird die Graphenschicht auf den MEMS-Wafer übertragen. Derartige herkömmliche Ansätze sind unvorteilhaft, da es notwendig ist, einen zusätzlichen Wafer oder ein zusätzliches Substrat für das Abscheiden und Strukturieren der Graphenschicht bereitzustellen. Die mechanischen Parameter des Graphens nach der Übertragung auf den MEMS-Wafer können nicht gut definiert sein, z. B. aufgrund von Übertragungsproblemen, die Spannungen in der Schicht hervorrufen. Zudem muss der elektrische Kontakt mit der Graphenschicht ordnungsgemäß definiert werden.
Gemäß Ausführungsformen werden diese Nachteile und Probleme vermieden. Gemäß erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird ein Akustikwandler hergestellt, indem das Graphenmaterial auf einem Substrat abgeschieden und eine oder mehrere MEMS-Strukturen mit Hilfe des Substrats, auf dem bereits das Graphenmaterial bereitgestellt ist, gefertigt werden. Anders ausgedrückt ist der Wafer oder das Substrat, auf dem das Graphen abgeschieden wurde, der MEMS-Wafer oder das MEMS-Substrat. Dieser Ansatz ist vorteilhaft, da kein zusätzlicher Wafer bzw. kein zusätzliches Substrat erforderlich ist. Zudem sind die mechanischen Parameter des Graphens durch das Abscheiden gut definiert, und mögliche Übertragungsprobleme werden vermieden. Schließlich ist der elektrische Kontakt mit der Graphenschicht bereits ideal.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Graphenschicht auf einer Metalloberfläche abgeschieden werden, z. B. einer auf dem Substrat ausgebildeten Metallschicht. Dies kann beispielsweise durch katalytische Zersetzung einer Kohlenstoffquelle erfolgen, z. B. einer Kohlenwasserstoffverbindung, oder der Absonderung von in der Metallschichtmasse gelöstem Kohlenstoff auf der Metalloberfläche. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Graphenschicht an einer Grenzfläche zwischen Metall- und dielektrischer Schicht abgeschieden werden, die von einer Metallschicht und einer dielektrischen Schicht auf dem Substrat ausgebildet wird. Dies kann durch katalytische Zersetzung einer Kohlenstoffquelle erfolgen, z. B. einer Kohlenwasserstoffverbindung, die durch die Metallfolie auf der Grenzfläche zwischen der Metallschicht und der dielektrischen Schicht diffundiert, oder durch Absonderung von in der Metallschichtmasse gelöstem Kohlenstoff auf der Grenzfläche zwischen der Metallschicht und der dielektrischen Schicht. Nach dem Abscheiden der Graphenschicht in beiden Ausführungsformen werden die zusätzlichen MEMS-Komponenten ausgebildet.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform für die Herstellung eines Akustikwandlers, der dem in ähnlich ist und seine Graphenmembran auf der Unterseite hat, unter Bezugnahme auf beschrieben. Dabei werden die gleichen Referenzzeichen wie in benutzt.
zeigt das Substrat 102. Auf der Vorderseite 106 des Substrats 102 wird die Isolierschicht 110, z. B. eine SiO₂-Schicht, ausgebildet. Auf der Fläche der Isolierschicht 110, die vom Substrat 102 weg zeigt, wird eine Metallschicht 111, z. B. eine Cu-Schicht oder eine Ni-Schicht, ausgebildet. Auf der Fläche der Metallschicht 111, die von der Isolierschicht 110 weg zeigt, wird das Graphenmaterial 120 abgeschieden.
Nach dem Abscheiden des Graphenmaterials 120 wird die dielektrische Abstands- oder Opferschicht 116 auf der Graphenschicht 120 ausgebildet, und eine leitfähige Schicht 114 wird auf der Opferschicht 116 wie in dargestellt ausgebildet.
Die leitfähige Schicht 114 wird dann strukturiert, um das Peripheriegebiet 114a, das perforierte Gebiet 114b, und die Mehrzahl von Hohlräumen 114c auszubilden, die sich durch die Schicht 114 erstrecken. Die sich so ergebende Struktur, einschließlich der leitfähigen perforierten Rückwand 114, wird in dargestellt.
Dann wird die Opferschicht 116 so strukturiert, dass sie von der Peripherie 112 des Substrats 102 wie in dargestellt zurückspringt. Nach dem Strukturieren der Opferschicht 116 wird die Graphenschicht 120 so strukturiert, dass sie von der Peripherie 112 des Substrats 102 wie in dargestellt ebenfalls zurückspringt. Wie ersichtlich ist, ist die Graphenschicht 120 so strukturiert, dass sich ein Anteil von ihr über die Opferschicht 116 hinaus erstreckt, so dass sie freigelegt wird (d. h., nicht von der Opferschicht 116 bedeckt wird).
Dann wird die Metallschicht 111 so strukturiert, dass sie von der Peripherie 112 des Substrats 102 wie in dargestellt zurückspringt. Die Metallschicht 111 ist so strukturiert, dass ein erster Anteil 111a näher an der Substratperipherie 112 als ein zweiter Anteil 111b ist. Weiterhin ist die Metallschicht 111 so strukturiert, dass der erste Anteil nur teilweise von der Graphenschicht 120 bedeckt ist, während der zweite Anteil 111b vollständig von der Graphenschicht 120 bedeckt ist.
Im nächsten Schritt wird die Isolierschicht 110 wie in dargestellt so strukturiert, dass mindestens ein Teil des Peripheriegebiets 110a von der Peripherie 112 des Substrats 102 zurückspringt, wodurch ein Teil 106a der Vorderseite 106 des Substrats 102 freigelegt wird.
Dann werden Kontakte, z. B. Metallplättchen, wie in dargestellt ausgebildet. Der Kontakt 122 wird auf dem Peripheriegebiet 114a der Rückwand 114 ausgebildet. Der Kontakt 124 wird auf dem ersten Anteil 111a der Metallschicht 111 ausgebildet. Ein zusätzlicher Kontakt 125 wird auf dem freigelegten Anteil 106a des Substrats 102 ausgebildet.
Das Substrat 102 wird von der Rückseite 106 in ein zentrales Gebiet 102c des Substrats 102 geätzt, um den Hohlraum 104 zu definieren, der sich wie in dargestellt von der Rückseite 106 zur Isolierschicht 110 hin erstreckt.
In wird das Ergebnis eines weiteren Ätzprozesses dargestellt, der von der Rückseite 108 des Substrats aus erfolgt und einen zentralen Anteil 110c der Isolierschicht 110 sowie einen zentralen Anteil 111c der Metallschicht 111 entfernt. Der Ätzprozess stoppt an der Graphenschicht 120, wodurch eine untere Oberfläche des zentralen, auslenkbaren Anteils 120b der Graphenmembran 120 freigelegt wird. So erstreckt sich der Hohlraum 104 von der Rückseite 108 des Substrats zur Graphenschicht 120.
Nach dem Ätzen der Rückseite erfolgt ein Ätzen der Vorderseite des Substrats. Das Ätzen erfolgt durch die Hohlräume 114c der Rückwand 114, so dass ein zentraler Teil 116c der Opferschicht 116 zwecks Definition des Spalts 128 entfernt wird; damit ist die Einrichtung, die eine Struktur wie in dargestellt hat, fertiggestellt.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform für die Herstellung eines Akustikwandlers beschrieben, der dem in ähnlich ist. Grundsätzlich ist der Prozess mit dem oben beschriebenen identisch, außer dass der Prozess mit dem in dargestellten Substrat 102 beginnt, auf dessen Vorderseite 106 die Isolierschicht 110, z. B. eine SiO₂-Schicht, ausgebildet ist. Auf der Fläche der Isolierschicht 110, die vom Substrat 102 weg zeigt, wird das Graphenmaterial 120 unter Benutzung einer Metallschicht 111, z. B. einer Cu-Schicht oder einer Ni-Schicht, abgeschieden.
Nach einem Prozess, der im Wesentlichen dem unter Bezugnahme auf beschriebenen Prozess entspricht, wird die in dargestellte Einrichtung erzielt. Verglichen mit besteht der Unterschied darin, dass die Metallschicht 111 so strukturiert wurde, dass sie nur auf einem Teil der Graphenschicht 120 bleibt und den Membrankontakt 124 trägt.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform für die Herstellung eines Akustikwandlers, der dem in ähnlich ist, unter Bezugnahme auf beschrieben. Dabei werden die gleichen Referenzzeichen wie in benutzt.
zeigt das Substrat 102. Auf der Vorderseite 106 des Substrats 102 wird die Isolierschicht 110, z. B. eine SiO₂-Schicht, ausgebildet. Auf der Fläche der Isolierschicht 110, die vom Substrat 102 weg zeigt, wird eine Metallschicht 111, z. B. eine Cu-Schicht oder eine Ni-Schicht, ausgebildet. Auf der Fläche der Metallschicht 111, die von der Isolierschicht 110 weg zeigt, wird das Graphenmaterial 120 abgeschieden.
Dann wird die Graphenschicht 120 so strukturiert, dass sie ebenfalls von der Peripherie 112 des Substrats 102 wie in dargestellt zurückspringt.
Im nächsten Schritt wird die Metallschicht 111 wie in dargestellt so strukturiert, dass mindestens ein Teil des Peripheriegebiets 111c von der Peripherie 112 des Substrats 102 zurückspringt, wodurch ein Teil 110a der Isolierschicht 110 freigelegt wird.
Im nächsten Schritt wird die Isolierschicht 110 wie in dargestellt so strukturiert, dass mindestens ein Teil des Peripheriegebiets 110a von der Peripherie 112 des Substrats 102 zurückspringt, wodurch ein Teil 106a der Vorderseite 106 des Substrats 102 freigelegt wird. Zudem werden Kontakte, z. B. Metallplättchen, ausgebildet. Der Kontakt 124 wird auf dem ersten Anteil 111a der Metallschicht 111 ausgebildet, und der Kontakt 150 wird auf dem freigelegten Anteil 106a des Substrats 102 ausgebildet.
Das Substrat 102 wird von der Rückseite 106 aus in einem zentralen Gebiet 102c des Substrats 102 geätzt, um die Hohlräume 104₁ bis 1043 zu definieren, die sich von der Rückseite 106 zu der Isolierschicht 110 und den Zwischengebieten 102b₁ und 102b₂ wie in dargestellt erstrecken.
Ein weiterer Ätzprozess, der einen zentralen Anteil der Isolierschicht 110 und der Metallschicht 111 entfernt, erfolgt von der Rückseite 108 des Substrats aus. Der Ätzprozess stoppt an der Graphenschicht 120, wodurch eine untere Oberfläche der zentralen, auslenkbaren Anteile 120bi bis 120b₃ der Graphenmembran 120 freigelegt wird. So erstrecken sich die Hohlräume jetzt von der Rückseite 108 des Substrats bis zur Graphenschicht 120, womit die Einrichtung, die eine Struktur wie in dargestellt hat, fertiggestellt ist.
Um eine Einrichtung wie in dargestellt zu erhalten, wird ein zweiter Wafer oder ein zweites Substrat wie in gezeigt bereitgestellt, der bzw. das auf der Struktur von bereitgestellt wird, z. B. durch Bonden des Wafers. Das Substrat in wird erzielt, indem auf der Vorderseite 206 des Substrats 202 die Isolierschicht 210 und auf der Rückseite 208 die Metallschicht 220 bereitgestellt werden. Das Substrat 202 wird so geätzt, dass die Hohlräume 204₁ bis 204₃ ausgebildet werden, so dass nach dem Anordnen des Substrats 202 auf der Graphenschicht 120 die Hohlräume in den Substraten in Deckung miteinander gebracht werden.
zeigt eine Ausführungsform für die Herstellung eines Akustikwandlers, der dem in ähnlich ist. Grundsätzlich ist der Prozess mit dem oben beschriebenen identisch, außer dass der Prozess mit dem Substrat 102 beginnt, wie es in dargestellt wird, auf dessen Vorderseite 106 die Isolierschicht 110, z. B. eine SiO₂-Schicht, ausgebildet ist. Auf der Fläche der Isolierschicht 110, die vom Substrat 102 weg zeigt, wird das Graphenmaterial 120 abgeschieden. Auf der Fläche des Graphenmaterials 120 wird eine Metallschicht 111, z. B. eine Cu-Schicht oder eine Ni-Schicht, ausgebildet.
Nach einem Prozess, der im Wesentlichen dem unter Bezugnahme auf beschriebenen Prozess entspricht, wird die in dargestellte Einrichtung erzielt. Verglichen mit besteht der Unterschied darin, dass die Metallschicht 111 so strukturiert wurde, dass sie nur auf einem Teil der Graphenschicht 120 bleibt und den Membrankontakt 122 trägt.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein zusätzliches Substrat wie in dargestellt auf der in dargestellten Einrichtung angeordnet werden.
Obwohl einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben worden sind, ist klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder eine Einrichtung einem Verfahrensschritt oder dem Merkmal eines Verfahrensschritts entspricht. Analog dazu stellen auch im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt beschriebene Aspekte die Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Gegenstands oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich der Veranschaulichung der Grundsätze der vorliegenden Erfindung. Es wird davon ausgegangen, dass Modifikationen oder Abänderungen der hier beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten für Fachleute auf diesem Gebiet offensichtlich sind. Es ist daher beabsichtigt, dass eine Beschränkung lediglich durch den Schutzumfang der angemeldeten Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten erfolgt, die mittels Beschreibung und Erläuterung der vorstehenden Ausführungsformen präsentiert werden.

Claims

MEMS-Akustikwandler, der Folgendes umfasst: ein Substrat (102); einen Hohlraum (104), der sich von einer ersten Oberfläche (106) des Substrats (102) zu einer zweiten Oberfläche (108) des Substrats (102) erstreckt; eine leitfähige Rückwandeinheit (114); und eine Graphenmembran (120), die von dem Substrat (102) getragen wird, wobei die Graphenmembran (120) auf die erste Oberfläche (106) des Substrats (102) direkt oder indirekt montiert ist; wobei die leitfähige Rückwandeinheit (114) eine Mehrzahl von leitfähigen perforierten Rückwandanteilen (114b₁, 114b₂, 114b₃) aufweist, die sich über den Substrathohlraum (104) erstrecken, wobei ein dielektrischer Abstandshalter (116b₁, 116b₂) zwischen der Graphenmembran (120) und der Rückwandeinheit (114) auf der Rückwandeinheit (114) zwischen benachbarten leitfähigen perforierten Rückwandanteilen (114b₁, 114b₂, 114b₃) angeordnet ist, und wobei die Graphenmembran (120) von dem dielektrischen Abstandshalter (116b₁, 116b₂) getragen wird und sich über die leitfähigen perforierten Rückwandanteile (114b₁, 114b₂, 114b₃) erstreckt, so dass die Graphenmembran (120) mehrere auslenkbare Gebiete (120b₁, 120b₂, 120b₃) umfasst, die sich über den Hohlraum (104) des Substrats (102) erstrecken und die jeweils mittels des dielektrischen Abstandshalters (116b₁, 116b₂) aufgehängt sind.
MEMS-Akustikwandler nach Anspruch 1, wobei die Rückwandeinheit (114) eine Array-Struktur umfasst, die eine Mehrzahl von benachbarten Zellen (138₁ bis 138₇) aufweist, wobei jede Zelle (138₁ bis 138₇) einen leitfähigen, perforierten Rückwandanteil (114b₁, 114b₂, 114b₃) aufweist, und bei der der dielektrische Abstandshalter (116b₁, 116b₂) diskrete Pfosten oder fortlaufende Rippen umfasst, die zwischen den benachbarten Zellen (138₁ bis 138₇) der Array-Struktur und um die Array-Struktur herum angeordnet sind.
MEMS-Akustikwandler nach Anspruch 2, wobei die Array-Struktur eine Wabenstruktur umfasst.
MEMS-Akustikwandler nach Anspruch 3, wobei die Zellen (138₁ bis 138₇) der Wabenstruktur einen Durchmesser von 50µm umfassen und bei dem die Anzahl der Zellen (138₁ bis 138₇) so gewählt wird, dass eine Wabenstruktur mit einem Durchmesser von 1mm erzielt wird.
MEMS-Akustikwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Graphenmembran (120) zwischen dem Substrat (102) und der leitfähigen Rückwandeinheit (114) angeordnet ist.
MEMS-Akustikwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die leitfähige Rückwandeinheit (114) zwischen dem Substrat (102) und der Graphenmembran (120) angeordnet ist.
MEMS-Akustikwandler nach Anspruch 6, der eine weitere leitfähige Rückwandeinheit (132) mit einer Mehrzahl von leitfähigen perforierten Rückwandanteilen (132b₁, 132b₂, 132b₃) umfasst, die so angeordnet ist, dass die Graphenmembran (120) zwischen den leitfähigen Rückwandeinheiten (114, 132) liegt.
MEMS-Akustikwandler nach Anspruch 7, wobei die Rückwandeinheiten (114, 132) so angeordnet sind, dass die entsprechenden perforierten Rückwandanteile (114b₁, 114b₂, 114b₃, 132b₁, 132b₂, 132b₃) miteinander in Deckung sind.
MEMS-Akustikwandler nach Anspruch 7 oder 8, der einen weiteren dielektrischen Abstandshalter (130b₁, 130b₂) umfasst, der zwischen der weiteren Rückwandeinheit (132) und der Graphenmembran (120) angeordnet ist.
MEMS-Akustikwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der eine erste Elektrode (122) umfasst, die in Kontakt mit der leitfähigen Rückwandeinheit (114) angeordnet ist, und eine zweite Elektrode (124), die in Kontakt mit der Graphenmembran (120) angeordnet ist.
MEMS-Akustikwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Graphenmembran (120) eine einzelne Schicht Graphen, mehrere Schichten Graphen, eine chemisch funktionalisierte einzelne Schicht Graphen oder Kombinationen von diesen umfasst.
MEMS-Akustikwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Graphenmembran (120) eine Mehrzahl von Graphenmembranen umfasst, wobei sich eine Graphenmembran über einen oder mehrere leitfähige perforierte Rückwandanteile (114b₁, 114b₂, 114b₃) erstreckt und wobei die Mehrzahl von Graphenmembranen miteinander verbunden ist.
MEMS-Akustikwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Akustikwandler als Mikrofon oder Mikrolautsprecher konfiguriert ist.
MEMS-Mikrofon, das Folgendes umfasst: ein Substrat (102); einen Hohlraum (104), der sich von einer ersten Oberfläche (106) des Substrats (102) zu einer zweiten Oberfläche (108) des Substrats (102) erstreckt; eine leitfähige Rückwandeinheit (114); eine Graphenmembran (120), die von dem Substrat (102) getragen wird; wobei die Graphenmembran (120) auf die erste Oberfläche (106) des Substrats (102) direkt oder indirekt montiert ist; eine erste Elektrode (122), die in Kontakt mit der leitfähigen Rückwandeinheit (114) angeordnet ist; und eine zweite Elektrode (124), die in Kontakt mit der Graphenmembran (120) angeordnet ist, wobei die leitfähige Rückwandeinheit (114) eine Mehrzahl von benachbarten Zellen (138₁ bis 138₇) umfasst, wobei jede Zelle (138₁ bis 1387) eine perforierte Rückwand aufweist, wobei ein dielektrischer Abstandshalter (116b₁, 116b₂) zwischen der Graphenmembran (120) und der Rückwandeinheit (114) auf der Rückwandeinheit (114) zwischen den benachbarten Zellen (138₁ bis 138₇) angeordnet ist, und wobei die Graphenmembran (120) von dem dielektrischen Abstandshalter (116b₁, 116b₂) getragen wird und sich über die Zellen (138₁ bis 138₇) der Rückwandeinheit (114) erstreckt, so dass die Graphenmembran (120) mehrere auslenkbare Gebiete (120b₁, 120b₂, 120b₃) umfasst, die sich über den Hohlraum (104) des Substrats (102) erstrecken und die jeweils mittels des dielektrischen Abstandshalters (116b₁, 116b₂) aufgehängt sind.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 14, wobei die Zellen (138₁ bis 1387) der leitfähigen Rückwandeinheit (114) einen gerundeten Umfang oder eine polygonale Form umfassen.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 14 oder 15, wobei jede der Zellen (138₁ bis 138₇) der Rückwandeinheit (114) eine Rückwand mit sechseckiger Form umfasst, wobei die Rückwand einen äußeren sechseckigen Rahmen (140) und einen inneren sechseckigen Rahmen (142) umfasst und wobei der äußere Rahmen (140) und der innere Rahmen (142) durch eine Mehrzahl von Stegen (144) verbunden sind, die an einem Mittelpunkt (146) der Rückwand miteinander verbunden sind, wobei sich jeder Steg (144) vom Mittelpunkt (146) über eine Ecke des inneren Rahmens (142) zu einer Ecke des äußeren Rahmens (140) erstreckt.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 16, wobei der äußere Rahmen (140) eine waagerechte Dicke hat, die größer als eine waagerechte Dicke des inneren Rahmens (142) ist, und wobei sich die entsprechenden Stege (144) vom äußeren Rahmen (140) zum Mittelpunkt (146) hin verjüngen.