DE102017121705B3

DE102017121705B3 - MEMS-Mikrofon

Info

Publication number: DE102017121705B3
Application number: DE102017121705.3A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dehe; Ulrich Krumbein; Gerhard Metzger-Brueckl; Johann Strasser; Jürgen Wagner; Arnaud WALTHER
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: US10589990B2; CN109525928B; US20190084827A1; KR20190032238A; KR102432312B1; CN109525928A

Abstract

Ein MEMS-Mikrofon kann aufweisen: eine Schalldetektionseinheit, welche aufweisen kann: eine erste Membran, eine von der ersten Membran beabstandet angeordnete zweite Membran, einen zwischen der ersten Membran und der zweiten Membran bereitgestellten Niederdruckbereich, in welchem ein gegenüber Normaldruck verringerter Gasdruck vorliegt, eine wenigstens abschnittsweise in dem Niederdruckbereich angeordnete Gegenelektrode und ein Schalldurchgangsloch, welches sich in einer Dickenrichtung der Schalldetektionseinheit durch die Schalldetektionseinheit hindurch erstreckt, und ein an dem Schalldurchgangsloch bereitgestelltes Ventil, welches dazu eingerichtet ist, mehrere Ventilzustände einzunehmen, wobei jedem Ventilzustand ein vorgegebener Transmissionsgrad des Schalldurchgangslochs für Schall zugeordnet ist.

Description

Zahlreiche Ausführungsformen betreffen allgemein ein MEMS-Mikrofon.
MEMS-Mikrofone spielen in der heutigen Kommunikationstechnik eine zentrale Rolle. Diese weisen im Allgemeinen eine durch zu detektierenden Schall verlagerbare Membran auf, deren Verlagerung durch einen geeigneten Ausleseschaltkreis messbar ist. Für eine sensitive Schalldetektion können Membranen mit sehr geringen Dicken erforderlich werden, welche jedoch aufgrund ihrer geringen Dicken empfindlich auf mechanische Belastungen reagieren können. Derartige mechanische Belastungen können insbesondere durch Schallwellen hoher Intensität, d.h. durch hohe Schalldrücke, bedingt sein.
Beispielhafte MEMS-Mikrofone sind aus den Druckschriften DE 10 2014 212 340 A1 , DE 10 2014 213 386 A1 , DE 10 2017 200 393 A1 und DE 10 2015 104 879 A1 bekannt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein MEMS-Mikrofon gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Nachfolgend werden zahlreiche beispielhafte Ausführungsformen durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei ist bzw. sind:

1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften MEMS-Mikrofons,
2 bis 12 schematische Schnittansichten beispielhafter Schalldetektionseinheiten beispielhafter MEMS-Mikrofone,
13 eine Draufsicht auf eine beispielhafte Schalldetektionseinheit und
14 eine Draufsicht auf eine weitere beispielhafte Schalldetektionseinheit.

Der Begriff „beispielhaft“ wird hier verwendet, um „als Beispiel, als Exemplar oder zur Veranschaulichung dienend“ zu bedeuten. Jede hier als „beispielhaft“ beschriebene Ausführungsform oder Ausgestaltung soll nicht unbedingt als bevorzugt oder von Vorteil anderen Ausführungsformen oder Ausgestaltungen gegenüber verstanden werden.
Mit „flächig“ ist in der vorliegenden Anmeldung die Geometrie eines Bauteils bezeichnet, welches entlang einer ersten Raumrichtung und einer zu der ersten Raumrichtung orthogonalen zweiten Raumrichtung eine Erstreckung aufweist, welche im Vergleich zu einer Erstreckung entlang einer zu der ersten und der zweiten Raumrichtung orthogonalen dritten Raumrichtung um mehr als eine Größenordnung, optional um mehr als zwei Größenordnungen, weiter optional um mehr als drei Größenordnungen, größer ist. Die dritte Raumrichtung kann auch als eine Dickenrichtung des Bauteils bezeichnet werden.
Ein elektrisch leitfähiges Material im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann ein Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mehr als 10 S/m, z.B. mehr als 10² S/m oder mehr als 10⁴ S/m oder sogar mehr als 10⁶ S/m sein. Ein elektrisch isolierendes Material kann ein Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 10^-2 S/m, z.B. weniger als 10^-5 S/m oder sogar weniger als 10^-8 S/m sein.
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf dieselben Teile in den unterschiedlichen Ansichten. Die Zeichnungen dienen vordergründig der Veranschaulichung der wesentlichen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung und sind daher nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
In 1 ist ein beispielhaftes MEMS-Mikrofon 100 (MEMS: MikroElektroMechanisches System) schematisch dargestellt. Dieses kann ein Gehäuse 102 mit einer Schalleintrittsöffnung 104 aufweisen, in dessen Inneren auf einem Träger 106 eine Schalldetektionseinheit 108 angeordnet ist. Durch die Schalleintrittsöffnung 104 können zu detektierende Schallwellen S in das Innere des Gehäuses 102 eintreten. Wie in 1 angedeutet, überlappt die Schalldetektionseinheit 108 die Schalleintrittsöffnung 104, so dass durch die Schalleintrittsöffnung 104 in das Innere des Gehäuses 102 eintretende Schallwellen S direkt auf die Schalldetektionseinheit 108 treffen können. Die Schalldetektionseinheit 108 kann dazu eingerichtet sein, Charakteristiken der zu detektierenden Schallwellen S, wie etwa eine Schallfrequenz oder einen Schalldruck, in elektrische Signale umzusetzen und diese über Signalleitungen 110 an eine Steuerungseinheit 112 zu übermitteln. Die Steuerungseinheit 112 ist dazu eingerichtet, die von der Schalldetektionseinheit 108 erhaltenen elektrischen Signale auszuwerten und aus Ihnen Charakteristiken der zu detektierenden Schallwellen S zu ermitteln. Die Steuerungseinheit 112 kann auch dazu eingerichtet sein, einen Betrieb der Schalldetektionseinheit 108 zu steuern bzw. zu regeln. Die Steuerungseinheit 112 kann beispielsweise einen Mikroprozessor oder/und eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder/und ein Field Programmable Gate Array (FPGA) aufweisen.
Das Mikrofon 100 kann beispielsweise in einer mobilen Kommunikationsvorrichtung, wie etwa einem Mobiltelefon, einem Laptop oder einem Tablet, eingebaut sein.
Die in 1 gezeigte Schalldetektionseinheit 108 ist zusammen mit dem Träger 106 in einer vergrößerten Schnittansicht in 2 gezeigt. Die Schalldetektionseinheit 108 kann aufweisen: eine flächige erste Membran 114, welche wenigstens abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, eine von der ersten Membran 114 beabstandet angeordnete flächige zweite Membran 116, welche wenigstens abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, einen zwischen der ersten Membran 114 und der zweiten Membran 116 bereitgestellten Niederdruckbereich 118, in welchem ein gegenüber Normaldruck (1013,25 mbar) geringerer Gasdruck vorliegt, und eine wenigstens abschnittsweise in dem Niederdruckbereich 118 angeordnete flächige Gegenelektrode 120, welche wenigstens abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet und von der ersten Membran 114 sowie der zweiten Membran 116 elektrisch isoliert ist. Die erste Membran 114 und die zweite Membran 116 können durch zu detektierenden Schall S bzw. durch zu detektierende Schallwellen S relativ zur Gegenelektrode 120 verlagerbar sein.
Die erste und die zweite Membran 114, 116 sowie die Gegenelektrode 120 können an ihren jeweiligen Randbereichen 114r, 116r, 120r an dem Träger 106 durch Zwischenlagerung jeweiliger Stützstrukturen 105a-c angeordnet sein. Wie in 2 angedeutet, kann eine elektrisch isolierende Stützstruktur 105a zwischen der ersten Membran 114 und der Gegenelektrode 120 angeordnet sein. Eine elektrisch isolierende Stützstruktur 105b kann zwischen der Gegenelektrode 120 und der zweiten Membran 116 angeordnet sein und eine weitere elektrisch isolierende Stützstruktur 105c kann zwischen der zweiten Membran 116 und dem Träger 106 angeordnet sein. Wie in 2 angedeutet, können der Träger 106 oder/und die Stützstrukturen 105a-c jeweils eine ringsegmentförmige oder ringförmige Gestalt aufweisen.
Das elektrisch leitfähige Material, aus welchem die erste Membran 114 oder/und die zweite Membran 116 oder/und die Gegenelektrode 120 wenigstens abschnittsweise gebildet ist bzw. sind, kann beispielsweise ein polykristallines Halbleitermaterial, wie etwa polykristallines Silizium, oder ein Metall sein. Die Stützstrukturen 105a-c können aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise SiO_x oder/und Si_xN_y, gebildet sein. Der Träger 106 kann beispielsweise aus einem kristallinen Halbleitermaterial, etwa Silizium, hergestellt sein.
Die erste Membran 114, die zweite Membran 116 und die Gegenelektrode 120 können Durchmesser von weniger als 2 mm, optional weniger als 1,5 mm, weiter optional weniger als 1 mm, beispielsweise weniger als 750 µm, oder sogar weniger als 500 µm, aufweisen.
Die Schalldetektionseinheit 108 kann kapazitiv ausgelesen werden, indem beispielsweise ein eine durch Schall verursachte Änderung einer ersten Kapazität zwischen der ersten Membran 114 und der Gegenelektrode 120 repräsentierendes erstes elektrisches Signal oder/und indem beispielsweise ein eine durch Schall verursachte Änderung einer zweiten Kapazität zwischen der zweiten Membran 116 und der Gegenelektrode 120 repräsentierendes zweites elektrisches Signal ermittelt bzw. ausgelesen wird bzw. werden.
Wie in 2 angedeutet, können die erste und die zweite Membran 114, 116 in elektrischer Verbindung miteinander stehen, optional in jeder ihrer Stellungen relativ zur Gegenelektrode 120 in elektrischer Verbindung miteinander stehen. Die Gegenelektrode 120 kann als geschichtetes Bauteil ausgebildet sein, welches aufweist: eine erste Elektrode 120a, welche auf einer der ersten Membran 114 zugewandten Seite der Gegenelektrode 120 angeordnet ist, eine zweite Elektrode 120b, welche auf einer der zweiten Membran 116 zugewandten Seite der Gegenelektrode 120 angeordnet ist, und eine elektrisch isolierende Schicht 120c, welche zwischen der ersten Elektrode 120a und der zweiten Elektrode 120b angeordnet und dazu eingerichtet ist, die erste Elektrode 120a und die zweite Elektrode 120b elektrisch voneinander zu isolieren. Die erste und die zweite Elektrode 120a, 120b können aus einem Metall oder aus einem polykristallinen Halbleitermaterial gebildet sein. Die elektrisch isolierende Schicht 120c der Gegenelektrode 120 kann aus einem elektrisch isolierenden Material, etwa SiO_x oder Si_xN_y, gebildet sein.
Bei der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 kann eine einheitliche Betriebsspannung an die erste und die zweite Membran 114, 116 angelegt werden, während an die erste Elektrode 120a und an die zweite Elektrode 120b voneinander verschiedene Referenzspannungen angelegt werden können, beispielsweise Referenzspannungen mit in Bezug auf die Betriebsspannung gleichem Betrag jedoch entgegengesetzten Vorzeichen. Somit können zwei voneinander verschiedene elektrische Signale ermittelt werden, welche durch Addieren oder Subtrahieren miteinander kombiniert werden können, um gemeinsame Rauschbeiträge zu verringern. Hierdurch kann ein differenzielles Messschema realisiert werden, wodurch eine präzise Messung bzw. Ermittlung von Eigenschaften des zu detektierenden Schalls, wie etwa Schallfrequenz oder/und Schalldruck, ermöglicht wird.
Die elektrische Verbindung zwischen der ersten Membran 114 und der zweiten Membran 116 kann beispielsweise durch wenigstens einen Abstandshalter 122 oder, wie in 2 gezeigt, durch mehrere Abstandshalter 122 bereitgestellt sein. Wie in 2 angedeutet, können die Abstandshalter 122 in permanentem körperlichem Kontakt zu der ersten oder/und der zweiten Membran 114, 116 stehen oder einstückig mit der ersten Membran 114 oder/und der zweiten Membran 116 ausgebildet sein. Die Abstandshalter 122 können dazu eingerichtet sein, einen vorgegebenen Abstand zwischen der ersten Membran 114 und der zweiten Membran 116 einzuhalten. Die Gegenelektrode 120 kann in Zuordnung zu einigen der Abstandshalter 122 jeweils eine sich in Dickenrichtung der Gegenelektrode 120 durchgehend erstreckende Durchgangsöffnung 124 aufweisen, durch welche hindurch sich ein jeweiliger Abstandshalter 122 erstreckt. Wenigstens ein Abstandshalter 122 oder mehrere der Abstandshalter 122 können sich berührungsfrei, d.h. ohne die Gegenelektrode 120 zu berühren, durch eine jeweilige Durchgangsöffnung 124 erstrecken, optional unabhängig von den jeweiligen Stellungen der ersten Membran 114 und der zweiten Membran 116 relativ zur Gegenelektrode 120. Hierdurch kann eine Wechselwirkung zwischen den Abstandshaltern 122 und der Gegenelektrode 120 verhindert werden, wodurch eine hinsichtlich der Gegenelektrode 120 im Wesentlichen wechselwirkungsfreie Verlagerung der ersten und der zweiten Membran 114, 116 relativ zur Gegenelektrode 120 sichergestellt werden kann, was wiederum beispielsweise zu einem hohen Grad an Linearität der Schalldetektionseinheit 108 beitragen kann.
Durch die Bereitstellung der Durchgangsöffnungen 124 in der Gegenelektrode 120 besteht die Möglichkeit, einen Abstandshalter oder mehrere Abstandshalter 122 in einem von einem Randbereich 114r, 116r der ersten bzw. zweiten Membran 114, 116 verschiedenen Bereich bereitzustellen, um dadurch beispielsweise in einem mittleren Bereich der ersten und der zweiten Membran 114, 116 einen wohldefinierten Abstand zwischen den Membranen 114, 116 einstellen zu können. Sind, wie in 2 gezeigt, mehrere Abstandshalter 122 vorgesehen, kann dadurch eine engmaschige Abstandshalteranordnung bereitgestellt sein, mit deren Hilfe der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Membran 114, 116 über die gesamte Erstreckung der ersten und der zweiten Membran 114, 116 eingestellt werden kann. Die Abstände zwischen benachbarten Abstandshaltern 122 können ca. 10 bis 100 µm, beispielsweise 25 bis 75 µm, wie etwa 40 bis 60 µm, betragen.
Der Durchmesser eines Abstandshalters 122 kann ca. 0,5 bis 5 µm betragen. Der Durchmesser einer Durchgangsöffnung 124 kann um 10% bis 300%, optional um 50% bis 200%, weiter optional um 100% bis 150%, größer als der Durchmesser eines sich durch die betreffende Durchgangsöffnung 124 hindurch erstreckenden Abstandshalters 122 sein. Die obigen Beziehungen können selbstverständlich für mehrere der Durchgangsöffnungen 124 oder sogar für alle Durchgangsöffnungen 124 und die sich durch diese hindurch erstreckenden Abstandshalter 122 gelten. Durch diese Durchmesser kann eine Luftströmung durch die Durchgangsöffnungen 124 im Falle einer Verlagerung der ersten und der zweiten Membran 114, 116 relativ zur Gegenelektrode 120 begrenzt werden, was wiederum die durch die Luftströmung bedingten Rauschbeiträge begrenzen kann.
Die durch eine Luftströmung durch die Durchgangsöffnungen 124 bedingten Rauschbeiträge können zusätzlich dadurch verringert werden, dass, wie vorangehend angemerkt, in dem Niederdruckbereich 118 der gegenüber Normaldruck verringerte Gasdruck vorliegt. Der Gasdruck in dem Niederdruckbereich 118 kann weniger als 100 mbar, optional weniger als 50 mbar, weiter optional weniger als 10 mbar, betragen. Bei einem derartigen Gasdruck kann zudem der durch Gas, etwa Luft, in dem Niederdruckbereich 118 bedingte Widerstand, welcher einer Bewegung der Membranen 114, 116 entgegenwirkt, verringert werden.
Der Niederdruckbereich 118 kann nach außen unter anderem durch die Stützstrukturen 105a und 105b und nach innen durch eine Begrenzungswand 126 begrenzt sein. Die Begrenzungswand 126 kann, wie in 2 angedeutet, ringförmig sein. Die Begrenzungswand 126 kann auch als ein Abstandshalter zwischen der ersten und der zweiten Membran 114, 116 dienen und aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein.
Die Begrenzungswand 126 definiert ein Schalldurchgangsloch 128, welches sich in der Dickenrichtung A der Schalldetektionseinheit 108 erstreckt. Wie ebenfalls in 2 gezeigt, ist an dem Schalldurchgangsloch 128 ein Ventil 130 bereitgestellt, welches dazu eingerichtet ist, mehrere Ventilzustände einzunehmen, wobei jedem Ventilzustand ein vorgegebener Transmissionsgrad des Schalldurchgangslochs 128 für Schall zugeordnet ist. Der Transmissionsgrad des Schalldurchgangslochs 128 für Schall kann als Quotient zwischen einer Intensität von durch das Schalldurchgangsloch 128 hindurchgetretenen Schallwellen S' und einer Intensität von auf das Schalldurchgangsloch 128 auftreffenden Schallwellen S definiert sein.
Das Ventil 130 kann dazu eingerichtet sein, einen Ventilzustand aus den mehreren Ventilzuständen in Abhängigkeit eines Schalldrucks an der Schalldetektionseinheit 108 einzunehmen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass im Falle eines hohen Schalldrucks, das Ventil 130 einen Ventilzustand einnimmt, zu welchem ein höherer Transmissionsgrad des Schalldurchgangslochs 128 für Schall korrespondiert, als im Falle niedrigerer Schalldrücke. Bedingt durch einen derart höheren Transmissionsgrad des Schalldurchgangslochs 128 für Schall kann im Vergleich zu niedrigen Schalldrücken mehr Schallenergie durch das Schalldurchgangsloch 128 abgeleitet werden, wodurch der Schalldruck der eintreffenden Schallwellen S abgebaut werden kann. Hierdurch können die erste und die zweite Membran 114, 116 entlastet werden, da diese durch den Schalldruckabbau eine kleinere Auslenkung relativ zur Gegenelektrode 120 erfahren. Letztlich kann hierdurch eine mechanische Belastung der Membranen 114, 116 reduziert werden.
Im Gegensatz dazu kann das Ventil 130 bei niedrigen Schalldrücken einen Ventilzustand einnehmen, bei welchem der Transmissionsgrad des Schalldurchgangslochs 128 für Schall gering ist. Dadurch kann ein verhältnismäßig geringer Anteil der auf die Schalldetektionseinheit 108 auftreffenden Schallwellen S durch das Schalldurchgangsloch 128 hindurchtreten, was zu einer verhältnismäßig starken Auslenkung der Membranen 114, 116 relativ zur Gegenelektrode 120 führen kann. Hierdurch kann für eine hohe Sensitivität des Mikrofons 100 gesorgt werden, da bei einer stärkeren Auslenkung der ersten und der zweiten Membran 114, 116 relativ zur Gegenelektrode 120 eine größere Kapazitätsänderung der zwischen den Membranen 114, 116 und der Gegenelektrode 120 gebildeten jeweiligen Kondensatoren induziert wird.
Wie in 2 gezeigt, kann das Ventil 130 eine Klappe 132 aufweisen, deren Stellung relativ zum Schalldurchgangsloch 128 einen Ventilzustand definiert, wobei die Stellung der Klappe 132 abhängig von einem Schalldruck an der Schalldetektionseinheit 108 sein kann. Hierdurch kann ein vorangehend beschriebenes Ventil 130 mit einem einfachen Aufbau bereitgestellt werden. Eine derartige Klappe 132 kann durch eintreffende Schalwellen S ausgelenkt werden und dadurch den Transmissionsgrad des Schalldurchgangslochs 128 für Schall vergrößern, um den Schalldruck der eintreffenden Schallwellen S abzubauen und dadurch eine übermäßige Auslenkung der ersten und der zweiten Membran 114, 116 relativ zur Gegenelektrode 120 zu reduzieren.
Die Klappe 132 kann, wie bei der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108, an der ersten Membran 114 bereitgestellt sein. Die Klappe 132 ist in 2 in einem nicht ausgelenkten Zustand schraffiert und in einem ausgelenkten Zustand nicht schraffiert dargestellt. Die an der ersten Membran 114 bereitgestellte Klappe 132 kann derart dimensioniert sein, dass sie das Schalldurchgangsloch 128 in ihrem im Wesentlichen nicht ausgelenkten Zustand nicht vollständig verschließt, sondern dass zwischen der Klappe 132 und der ersten Membran 114 ein Spalt 134 verbleibt, welcher selbst im Falle eines Verklemmens der an der ersten Membran 114 bereitgestellten Klappe 132 für einen Schalldruckabbau an der Schalldetektionseinheit 108 sorgen und dadurch eine mechanische Belastung der Schalldetektionseinheit 108 verringern kann. Darüber hinaus kann durch die Größe des Spalts 134 die Sensitivität oder ein Audioband des Mikrofons 100 eingestellt werden. Die an der ersten Membran 114 bereitgestellte Klappe 132 kann beispielsweise, wie in 2 gezeigt, von dem Träger 106 weg auslenkbar sein.
Bei der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 weist lediglich die erste Membran 114 eine Klappe 132 auf, während die zweite Membran 116 keine Klappe, sondern eine Membranöffnung 136 im Bereich des Schalldurchgangslochs 128 aufweist.
Das MEMS-Mikrofon kann dazu eingerichtet sein, einen Ventilzustand und somit eine Stellung der Klappe 132 unabhängig vom Schalldruck einzustellen, um Eigenschaften des MEMS-Mikrofons 100, wie etwa die Mikrofonantwort, gezielt einstellen zu können. Hierdurch können insbesondere Grenzfrequenzen der Mikrofonantwort definiert eingestellt werden, wodurch die Sensitivität oder/und das Audioband des Mikrofons 100 gezielt eingestellt werden kann bzw. können.
Um die Klappe 132 unabhängig von einem Schalldruck an der Schalldetektionseinheit 108 verlagern zu können, kann sie beispielsweise wenigstens abschnittsweise aus einem piezoelektrischen Material, wie etwa Aluminiumnitrid, Zinkoxid oder Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), gebildet sein. Hierdurch kann durch Anlegen einer elektrischen Betätigungsspannung an die Klappe 132 eine definierte mechanische Verformung der Klappe 132 bewirkt werden. Alternativ kann die Klappe 132 mehrere Schichten aufweisen, welche aus Materialien mit voneinander verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet sind. Die Klappe 132 kann in einem solchen Fall elektrisch geheizt und somit definiert verformt werden, um den Transmissionsgrad des Schalldurchgangslochs 128 für Schall zu verändern.
Um vermeiden zu können, dass eine an die Klappe 132 anzulegende Betätigungsspannung zum aktiven Verlagern der Klappe 132 die an die erste Membran 114 anzulegende Betriebsspannung beeinflusst, kann die erste Membran 114 in mehrere elektrisch voneinander isolierte Membranabschnitte 114a, 114b segmentiert sein, beispielsweise durch ein in der ersten Membran 114 bereitgestelltes elektrisch isolierendes Verschlusselement 138, welches in der Umfangsrichtung der Schalldetektionseinheit 108 umlaufend ist und die erste Membran 114 in einen inneren Membranabschnitt 114a und einen vom inneren Membranabschnitt 114a elektrisch isolierten äußeren Membranabschnitt 114b, welcher den inneren Membranabschnitt 114a umgibt, unterteilt. Wie in 2 angedeutet, kann die an der ersten Membran 114 bereitgestellte Klappe 132 an dem inneren Membranabschnitt 114a der ersten Membran 114 bereitgestellt sein. Optional kann die Klappe 132 einstückig mit dem inneren Membranabschnitt 114a ausgebildet sein.
Das umlaufende Verschlusselement 138 kann eine in der ersten Membran 114 vorgesehene umlaufende Entlüftungsöffnung 139 verschließen, über welche bei der Herstellung der Schalldetektionseinheit 108 in dem Niederdruckbereich 118 ein gegenüber Normaldruck verringerter Gasdruck hergestellt werden kann. Wie in 2 gezeigt, können neben der umlaufenden Entlüftungsöffnung 139 weitere Entlüftungsöffnungen 140 vorgesehen sein, welche durch weitere Verschlusselemente 141 verschlossen sind, die keine umlaufende Gestalt aufweisen.
Die Klappe 132 kann alternativ von der ersten Membran 114 elektrisch isoliert sein. In diesem Fall kann auf eine vorangehende Membransegmentierung verzichtet werden. Dies gilt im Übrigen für jede der nachfolgend beschriebenen Schalldetektionseinheiten.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf 3 eine gegenüber 2 abgewandelte beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Die in 3 gezeigte Schalldetektionseinheit wird dabei nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die in 3 gezeigte Schalldetektionseinheit 208 unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 lediglich dadurch, dass die Abstandshalter 222 zwischen der ersten Membran 214 und der zweiten Membran 216 aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sind, so dass die erste Membran 114 von der zweiten Membran 216 elektrisch isoliert ist.
Die Gegenelektrode 220 der in 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 208 kann identisch zu der Gegenelektrode 120 der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 aufgebaut sein und somit eine erste Elektrode 220a, eine zweite Elektrode 220b sowie eine in Dickenrichtung A zwischen der ersten Elektrode 220a und der zweiten Elektrode 220b angeordnete elektrisch isolierende Schicht 220c aufweisen.
Bei der in 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 208 definieren die erste Membran 214 und die erste Elektrode 220a den ersten Kondensator. Die zweite Membran 216 und die zweite Elektrode 220b definieren den zweiten Kondensator. Im Betrieb kann sich die Kapazität des ersten Kondensators durch eine schallinduzierte Verlagerung der ersten Membran 214 relativ zur ersten Elektrode 220a ändern. Die Kapazität des zweiten Kondensators kann sich durch eine Verlagerung der zweiten Membran 216 relativ zur zweiten Elektrode 220b ändern. Somit stellt die in 3 gezeigte Schalldetektionseinheit 208 zwei elektrisch voneinander entkoppelte Kanäle bereit, welche jeweils ausgelesen werden können, um Charakteristiken von zu detektierenden Schallwellen S zu ermitteln. Die in 3 gezeigte Schalldetektionseinheit 208 bietet somit durch die Bereitstellung zweier elektrisch entkoppelter Kanäle eine gewisse Redundanz und kann somit sogar dann eine zuverlässige Schalldetektion bereitstellen, wenn einer der beiden Kanäle nicht ausgelesen werden kann.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf 4 eine gegenüber 3 abgewandelte beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Die in 4 gezeigte Schalldetektionseinheit wird dabei nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der in 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 208 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die in 4 gezeigte Schalldetektionseinheit 308 unterscheidet sich von der in 3 gezeigten Schalldetektionseinheit 208 hinsichtlich der Ausgestaltung der Gegenelektrode 320. Im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Gegenelektrode 220 ist die in 4 gezeigte Gegenelektrode 320 in Dickenrichtung durchgehend aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, etwa aus einem Metall oder aus einem polykristallinen Halbleitermaterial.
Bei diesem Aufbau definieren die erste Membran 314 und die Gegenelektrode 320 den ersten Kondensator. Die zweite Membran 316 und die Gegenelektrode 320 definieren den zweiten Kondensator. Hierbei kann an die Gegenelektrode 320 eine einheitliche Referenzspannung angelegt werden, während an die erste Membran 314 bzw. an die zweite Membran 316 voneinander verschiedene Betriebsspannungen bezüglich der Referenzspannung angelegt werden können. Die Betriebsspannungen können beispielsweise den gleichen Betrag bezüglich der Referenzspannung, jedoch entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen. Eine Verlagerung der ersten Membran 314 relativ zur Gegenelektrode 320 kann eine Änderung der Kapazität des ersten Kondensators bewirken. Eine Verlagerung der zweiten Membran 316 relativ zur Gegenelektrode 320 kann eine Änderung der Kapazität des zweiten Kondensators bewirken. Durch eine Änderung der jeweiligen Kapazitäten können zwei zu diesen Kapazitäten korrespondierende elektrische Signale ausgelesen werden, welche aufgrund der gemeinsamen Referenzspannung miteinander kombiniert, z.B. addiert oder voneinander subtrahiert werden können, um gemeinsame Rauschbeiträge zu reduzieren. Mithin kann ähnlich der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 auch mit der in 4 gezeigten Schalldetektionseinheit 308 ein differenzielles Messschema realisiert werden, wodurch eine hohe Sensitivität erzielbar ist.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf 5 eine gegenüber 2 abgewandelte beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Die in 5 gezeigte Schalldetektionseinheit wird dabei nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die in 5 gezeigte Schalldetektionseinheit 408 unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 hinsichtlich der Ausgestaltung der ersten Membran 414 und der zweiten Membran 416. Im Gegensatz zu der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 weist die erste Membran 414 der Schalldetektionseinheit 408 keine an dieser bereitgestellte Klappe im Bereich des Schalldurchgangslochs 428 auf, sondern eine Membranöffnung 438, welche den gesamten Querschnitt des Schalldurchgangslochs 428 freilegen kann. Stattdessen kann das Ventil 430 eine an der zweiten Membran 416 bereitgestellte Klappe 440 aufweisen, welche optional einstückig mit der zweiten Membran 416 ausgebildet sein kann. Die Klappe 440 kann von durch das Schalldurchgangsloch 428 hindurchtretenden Schallwellen S verlagerbar sein, um Schalldruck abzubauen. Durch das Schalldurchgangsloch 428 hindurchgetretene Schallwellen sind in 5 durch den Pfeil S' angedeutet. Die an der zweiten Membran 416 bereitgestellte Klappe 440 kann je nach Schalleinfallsrichtung sowohl in Richtung des Trägers 406 als auch von dem Träger 406 weg auslenkbar sein. Eine Schalleinfallsrichtung, welche eine Auslenkung der Klappe 440 von dem Träger 406 weg bewirken würde, ist in 5 ebenfalls gezeigt und mit dem Bezugszeichen SR versehen.
Die zweite Membran 416 weist bei der in 5 gezeigten Schalldetektionseinheit 408 keine Segmentierung in mehrere voneinander elektrisch isolierte Membranabschnitte auf. Hierdurch kann beispielsweise lediglich eine passive Verlagerung der an der zweiten Membran 416 bereitgestellten Klappe 440 möglich sein. Das ist beispielsweise dann besonders zweckmäßig, wenn eine Einstellung des Sensitivitätsbereichs eines die Schalldetektionseinheit 408 aufweisenden Mikrofons nicht erforderlich oder wünschenswert ist. Selbstverständlich kann jedoch auch bei der Membran 416 der in 5 gezeigten Schalldetektionseinheit 408 eine Segmentierung in mehrere voneinander elektrisch isolierte Membranabschnitte bereitgestellt sein, um ähnlich der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 eine aktive Verlagerung der Klappe 440 zu ermöglichen.
Da keine der Membranen 414, 416 segmentiert ist, kann die Begrenzungswand 426 aus einem elektrisch isolierenden oder einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein. Optional kann die Begrenzungswand 426 einstückig mit der ersten Membran 414 oder/und der zweiten Membran 416 ausgebildet sein, was durch die gleiche Schraffierung der ersten Membran 414, der zweiten Membran 416 und der Begrenzungswand 426 in 5 angedeutet ist. Eine einstückige Ausbildung der Begrenzungswand 426 mit der ersten Membran 414 oder/und der zweiten Membran 416 ermöglicht eine einfache Herstellung der Schalldetektionseinheit 408.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf 6 eine gegenüber 2 abgewandelte beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Die in 6 gezeigte Schalldetektionseinheit wird dabei nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die in 6 gezeigte Schalldetektionseinheit 508 unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit hinsichtlich der Ausgestaltung des Ventils 530. Das Ventil 530 kann, wie in 6 gezeigt, eine an der ersten Membran 514 bereitgestellte Klappe 532 sowie eine an der zweiten Membran 516 bereitgestellte Klappe 540 aufweisen. Beide Klappen 532 und 540 können durch auf die Schalldetektionseinheit 508 auftreffende Schallwellen S auslenkbar sein, beispielsweise, wie in 6 gezeigt, von dem Träger 506 weg. Eine oder beide der Klappen 532 und 540 können zudem aktiv verlagerbar sein. Denkbar ist auch eine Ausgestaltung, bei welcher lediglich eine einzige der Klappen 532 und 540 aktiv verlagerbar ist, während die andere der Klappen 532 und 540 lediglich durch auftreffende Schallwellen S verlagerbar ist.
Ist, wie in 6 angedeutet, keine der Membranen 514, 516 segmentiert, kann die Begrenzungswand 526 aus einem elektrisch isolierenden oder einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein. Optional kann die Begrenzungswand 526 einstückig mit der ersten Membran 514 oder/und der zweiten Membran 516 ausgebildet sein, was durch die gleiche Schraffierung der ersten Membran 514, der zweiten Membran 516 und der Begrenzungswand 526 in 6 angedeutet ist. Eine einstückige Ausbildung der Begrenzungswand 526 mit der ersten Membran 514 oder/und der zweiten Membran 516 ermöglicht eine einfache Herstellung der Schalldetektionseinheit 508.
Durch die Bereitstellung zweier Klappen 532, 540 kann bei der in 6 gezeigten Schalldetektionseinheit 508 sichergestellt werden, dass im Falle einer Beschädigung einer der Klappen 532, 540, etwa eines Bruchs einer der Klappen 532, 540, die jeweils andere Klappe 532, 540 nach wie vor die Funktion des Ventils 530 übernehmen kann.
Wie ferner in 6 gezeigt, können die Klappen 532 und 540 mit der ersten bzw. der zweiten Membran 514, 516 auf derselben Seite 528-1 des Schalldurchgangslochs 528 verbunden sein. Hierdurch kann auf der gegenüberliegenden Seite 528-2 des Schalldurchgangslochs 528 ein im Wesentlichen geradliniger Schallausbreitungspfad bereitgestellt werden, wodurch für einen effektiven Schalldruckabbau gesorgt werden kann.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf 7 eine gegenüber 2 abgewandelte beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Die in 7 gezeigte Schalldetektionseinheit wird dabei nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Bei der in 7 gezeigten Schalldetektionseinheit 608 weist weder die erste Membran 614 noch die zweite Membran 616 eine Klappe auf. Diese sind stattdessen mit jeweiligen Membranöffnungen 638 bzw. 636 im Bereich des Schalldurchgangslochs 628 bereitgestellt. Das an dem Schalldurchgangsloch 628 bereitgestellte Ventil 630 kann bei der in 7 gezeigten Schalldetektionseinheit 608 eine in Dickenrichtung A zwischen den Haupterstreckungsebenen der ersten und der zweiten Membran 614, 616 angeordnete und gesondert von der ersten und der zweiten Membran 614, 616 ausgebildete Klappe 642 aufweisen. Die Klappe 642 kann mit einem Endabschnitt 642f an der das Schalldurchgangsloch 628 von dem Niederdruckbereich 618 trennenden Begrenzungswand 626 festgelegt sein und an einem nicht festgelegten Endabschnitt 642a durch eintreffende Schallwellen S auslenkbar sein. Hierbei ist, wie durch den Pfeil P in 7 angedeutet, eine Auslenkung der Klappe 642 sowohl in Richtung des Trägers 606 als auch von dem Träger 606 weg möglich. Wie ferner in 7 erkennbar, kann zwischen dem nicht festgelegten Ende 642a der Klappe 642 und der Begrenzungswand ein Spalt 644 bereitgestellt sein, durch welchen ein ähnlicher Effekt wie mit dem in 2 gezeigten Spalt 134 erzielt werden kann.
Wie in 7 erkennbar, kann die gesondert von der ersten und der zweiten Membran 614, 616 ausgebildete Klappe 642 in einem nicht ausgelenkten Zustand, welcher in 7 gezeigt ist, in einer Haupterstreckungsebene der Gegenelektrode 620 angeordnet sein. Optional kann die Klappe 642 den gleichen Aufbau bzw. Schichtaufbau wie die Gegenelektrode 620 aufweisen. Diese Ausgestaltung bietet die Möglichkeit, die Gegenelektrode 620 und die gesondert von der ersten Membran 614 und der zweiten Membran 616 gebildete Klappe 642 durch ähnliche oder gleiche Verfahrensschritte wie die Gegenelektrode 620 zu bilden, was letztlich zu einer einfachen Herstellung beitragen kann.
Dadurch, dass bei der in 7 gezeigten Schalldetektionseinheit 608 die gesondert von der ersten und der zweiten Membran 614, 616 ausgebildete Klappe 642 in Dickenrichtung A zwischen den Haupterstreckungsebenen der Membranen 614, 616 angeordnet ist, kann diese besonders wirksam vor äußeren mechanischen Einflüssen geschützt werden.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf 8 eine gegenüber 6 abgewandelte beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Die in 8 gezeigte Schalldetektionseinheit wird dabei nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der in 6 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Ähnlich wie die in 6 gezeigte Schalldetektionseinheit 508 weist das Ventil 730 eine an der ersten Membran 714 der Schalldetektionseinheit 708 bereitgestellte Klappe 732 sowie eine an der zweiten Membran 716 der Schalldetektionseinheit 708 bereitgestellte Klappe 740 auf. Im Gegensatz zu der Schalldetektionseinheit 508 können bei der Schalldetektionseinheit 708 gemäß 8 sowohl die erste Membran 714 als auch die zweite Membran 716 segmentiert sein. Das bedeutet, dass die erste Membran 714 einen inneren Membranabschnitt 714a und einen von dem inneren Membranabschnitt 714a elektrisch isolierten äußeren Membranabschnitt 714b aufweisen kann, welcher den inneren Membranabschnitt 114a umgibt. Die Klappe 732 kann an dem inneren Membranabschnitt 714a der ersten Membran 714 bereitgestellt sein. Optional kann die Klappe 732 einstückig mit dem inneren Membranabschnitt 714a ausgebildet sein. Ebenso kann die zweite Membran 716 einen inneren Membranabschnitt 716a sowie einen von dem inneren Membranabschnitt 716a elektrisch isolierten äußeren Membranabschnitt 716b aufweisen, welcher den inneren Membranabschnitt 716a umgibt. Die Klappe 740 kann an dem inneren Membranabschnitt 716a der zweiten Membran 716 bereitgestellt sein. Optional kann die Klappe 740 einstückig mit dem inneren Membranabschnitt 716a der zweiten Membran 716 ausgebildet sein.
Diese Ausgestaltung bietet die Möglichkeit, an die inneren Membranabschnitte 714a und 716a der jeweiligen Membranen 714 bzw. 716 elektrische Spannungen anzulegen, mittels welcher die Klappen 732 und 740 elektrostatisch aus ihren jeweiligen in 8 schraffiert dargestellten unausgelenkten Lagen aufeinander zu oder voneinander weg verlagert werden können. Hierdurch kann der Transmissionsgrad des Schalldurchgangslochs 728 für Schall auf einfache Weise gezielt eingestellt werden.
Um einen elektrischen Kurzschluss zwischen dem inneren Membranabschnitt 714a der ersten Membran 714 und dem inneren Membranabschnitt 716a der zweiten Membran 716 verhindern zu können, kann die Begrenzungswand 726 aus einem elektrisch isolierenden Material, etwa SiO_x oder/und Si_xN_y, gebildet sein.
Die vorangehend erläuterte Segmentierung kann beispielsweise mittels jeweiliger elektrisch isolierender Elemente 738 bzw. 746 bereitgestellt werden, welche sich, wie in 8 angedeutet, durchgehend in Umfangsrichtung der jeweiligen Membranen 714, 716 erstrecken können, um die Membranen 714, 716 zu segmentieren. Die elektrisch isolierenden Elemente 738 und 746 können jeweils aus einem elektrisch isolierenden Material, wie etwa SiO_x oder/und Si_xN_y, gebildet sein.
Die in 8 gezeigte Ausgestaltung bietet selbstverständlich ebenfalls die Möglichkeit einer Auslenkung der jeweiligen Klappen 732 und 740 ausschließlich durch eintreffende Schallwellen, was im Zusammenhang mit den vorangehenden Ausführungsformen ausführlich diskutiert worden ist.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf 9 eine gegenüber 8 abgewandelte beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Die in 9 gezeigte Schalldetektionseinheit wird dabei nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der in 8 gezeigten Schalldetektionseinheit 708 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die Schalldetektionseinheit 808 gemäß 9 unterscheidet sich von der in 8 gezeigten Schalldetektionseinheit 708 lediglich hinsichtlich der Ausgestaltung der zweiten Membran 816, während die erste Membran 814 identisch zu der Membran 714 in 8 aufgebaut sein kann.
Die zweite Membran 816 weist in 9 keine Klappe, sondern eine gelochte Platte 848 im Bereich des Schalldurchgangslochs 828 auf, welche mehrere Plattenlöcher 850 aufweisen kann. Die gelochte Platte 848 kann beispielsweise für eine Verstärkung der zweiten Membran 816 am Schalldurchgangsloch 828 sorgen und dabei dank der Plattenlöcher 850 Schallwellen durch das Schalldurchgangsloch 828 hindurchlassen. Die gelochte Platte 848 kann im Gegensatz zu der an der ersten Membran 814 bereitgestellten Klappe 832 vollumfänglich festgelegt sein, so dass sie im Gegensatz zu der Klappe 832 im Wesentlichen nicht auslenkbar ist.
Die an der ersten Membran 814 bereitgestellte Klappe 832 kann derart dimensioniert sein, dass sie bei einer Auslenkung in Richtung der gelochten Platte 848 in körperlichen Kontakt mit der gelochten Platte 848 treten kann, um dadurch eine oder mehrere der Plattenlöcher 850 zu verschließen. Hierdurch kann die wirksame Schalldurchgangsfläche der gelochten Platte 848 gezielt eingestellt werden, wodurch die Mikrofonantwort eingestellt werden kann. Wie in 9 gezeigt, kann die an der ersten Membran 814 bereitgestellte Klappe 832 sowohl in Richtung der gelochten Platte 848 als auch von dieser weg ausgelenkt werden. Eine Auslenkung kann sowohl in Abhängigkeit vom Schalldruck als auch unabhängig von diesem erfolgen.
Wie in 9 angedeutet, können die erste und die zweite Membran 814, 816 durch jeweilige elektrisch isolierende Elemente 838 bzw. 846 in mehrere voneinander elektrisch isolierte Membranabschnitte 814a und 814b bzw. 816a und 816b segmentiert sein. Die Klappe 832 kann an dem inneren Membranabschnitt 814a der ersten Membran 814 bereitgestellt sein. Optional kann die Klappe 832 einstückig mit dem inneren Membranabschnitt 814a der ersten Membran 814 ausgebildet sein. Die gelochte Platte 848 kann identisch zu dem inneren Membranabschnitt 816a der zweiten Membran 816 sein oder einen Teil davon bilden. Eine aktive Verstellung der Klappe 832 zu der gelochten Platte 848 hin oder von dieser weg kann ähnlich wie bei der in 8 gezeigten Schalldetektionseinheit elektrostatisch erfolgen, indem an die inneren Membranabschnitte 814a und 816a elektrische Spannungen mit entgegengesetztem oder gleichem Vorzeichen angelegt werden.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf 10 eine gegenüber 8 abgewandelte beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Die in 10 gezeigte Schalldetektionseinheit wird dabei nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der in 8 gezeigten Schalldetektionseinheit 708 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die in 10 gezeigte Schalldetektionseinheit 908 unterscheidet sich von der in 8 gezeigten Schalldetektionseinheit 708 lediglich hinsichtlich der Verbindungsstellen der Membranen 914, 916 mit den jeweiligen Klappen 932, 940. Während bei der in 8 gezeigten Schalldetektionseinheit 708 die Klappen 732 und 740 auf derselben Seite des Schalldurchgangslochs 728 mit der ersten Membran 714 bzw. der zweiten Membran 716 verbunden sind, sind bei der in 10 gezeigten Schalldetektionseinheit 908 die mit der ersten Membran 914 verbundene Klappe 932 und die mit der zweiten Membran 916 verbundene Klappe 940 auf entgegengesetzten Seiten des Schalldurchgangslochs 928 mit der ersten bzw. zweiten Membran 914, 916 verbunden.
Hierdurch wird der Schalldurchtritt durch das Schalldurchgangsloch 928 gegenüber der in 8 gezeigten Schalldetektionseinheit 708 erschwert, da in allen Stellungen der Klappen 932, 940 kein geradliniger Schalldurchgangspfad innerhalb des Schalldurchgangslochs 928 existiert. Auch hierdurch kann die Antwort eines eine derartige Schalldetektionseinheit 908 aufweisenden Mikrofons gezielt beeinflusst werden.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf 11 eine gegenüber 10 abgewandelte beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Die in 11 gezeigte Schalldetektionseinheit wird dabei nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der in 10 gezeigten Schalldetektionseinheit 908 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die in 11 gezeigte Schalldetektionseinheit 1008 unterscheidet sich von der in 10 gezeigten Schalldetektionseinheit 908 dadurch, dass die an der ersten Membran 1014 bereitgestellte Klappe 1032 oder/und die an der zweiten Membran 1016 bereitgestellte Klappe 1040 jeweils wenigstens eine oder mehrere Klappendurchgangslöcher 1033 bzw. 1041 aufweisen. Die Klappen 1032 und 1040 können, beispielsweise elektrostatisch, aufeinander zu oder voneinander weg ausgelenkt werden, wodurch die relative Positionierung der Klappendurchgangslöcher 1033 und 1041 relativ zueinander eingestellt werden kann. Hierdurch kann der Transmissionsgrad des Schalldurchgangslochs 1028 für Schall gezielt eingestellt werden. Beispielsweise können die Klappen 1032 und 1040 derart zueinander positioniert werden, dass sich die Klappendurchgangslöcher 1033 der Klappe 1032 mit den Klappendurchgangslöchern 1041 der Klappe 1040 überlappen.
Nachfolgend wird durch Bezugnahme auf 12 eine gegenüber 2 abgewandelte beispielhafte Schalldetektionseinheit beschrieben werden. Die in 12 gezeigte Schalldetektionseinheit wird dabei nur insoweit beschrieben werden als sie sich von der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 unterscheidet, auf deren Beschreibung im Übrigen ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die in 12 gezeigte Schalldetektionseinheit 1108 weist im Gegensatz zu der in 2 gezeigten Schalldetektionseinheit 108 eine im Schalldurchgangsloch 1128 bereitgestellte gelochte Platte 1152 auf, welche gesondert von der ersten Membran 1114 und der zweiten Membran 1116 ausgebildet und in Dickenrichtung A zwischen den Haupterstreckungsebenen der ersten und der zweiten Membran 1114, 1116 angeordnet ist. Die gelochte Platte 1152 kann eine oder mehrere Plattenlöcher 1154 aufweisen, welche von der Klappe 1132 der ersten Membran 1114 selektiv verschließbar sind. Dies wurde im Zusammenhang mit der in 8 gezeigten Schalldetektionseinheit 708 diskutiert und wird daher hier nicht wiederholt.
Wie in 12 angedeutet, kann die an der ersten Membran 1114 bereitgestellte Klappe 1132 elektrostatisch in Richtung der gelochten Platte 1152 bewegt werden. Hierzu können an die Klappe 1132 und an die gelochte Platte 1152 elektrische Spannungen mit entgegengesetztem Vorzeichen angelegt werden, um eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen ihnen zu erzeugen.
Die gelochte Platte 1152 kann beispielsweise vollumfänglich an der das Schalldurchgangsloch 1128 begrenzenden Begrenzungswand 1126 festgelegt sein und somit nicht als Klappe fungieren.
Die gelochte Platte 1152 kann beispielsweise in einer Haupterstreckungsebene der Gegenelektrode 1120 angeordnet sein und optional den gleichen Aufbau bzw. Schichtaufbau wie die Gegenelektrode 1120 aufweisen. Hierdurch können die gelochte Platte 1152 und die Gegenelektrode 1120 durch ähnliche Herstellungsschritte gebildet werden, was zu einem insgesamt einfachen Herstellungsverfahren beitragen kann.
13 ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Schalldetektionseinheit. Der Einfachheit halber wird nachfolgend davon ausgegangen, dass es sich hierbei um die in 2 gezeigte Schalldetektionseinheit 108 handelt. Die nachfolgenden Ausführungen gelten jedoch selbstverständlich auch für die in den 3 bis 12 gezeigten Schalldetektionseinheiten. In 13 sind nicht alle Details aus 2 gezeigt.
Wie in den 2 und 13 gezeigt, kann die Schalldetektionseinheit 108 eine im Wesentlichen kreisförmige Gestalt aufweisen, welche an dem im Wesentlichen ringförmigen Träger 106 getragen ist. Diese Gestalten sind jedoch rein beispielhaft und können in Abhängigkeit einer bestimmten Anwendung willkürlich verändert werden. Die Schalldetektionseinheit 108 kann ein einziges Schalldurchgangsloch 128 aufweisen, an welchem das durch Bezugnahme auf 2 beschriebene Ventil 130 bereitgestellt ist, das die an der ersten Membran 114 bereitgestellte Klappe 132 aufweisen kann. Zwischen der Klappe 132 und der ersten Membran 114 kann der Spalt 134 in einem bestimmten Umfangsbereich der Klappe 132 vorgesehen sein.
Wie in 13 zu erkennen ist, kann das Schalldurchgangsloch 128 in einem mittleren Bereich der Schalldetektionseinheit 108 vorgesehen sein, da in diesem Bereich im Allgemeinen eine durch Schall auf die Schalldetektionseinheit 108 ausgeübte mechanische Belastung am größten ist. Somit kann hierdurch genau an demjenigen Bereich der Schalldetektionseinheit 108 für eine mechanische Entlastung gesorgt werden, an welchem die Gefahr einer Beschädigung der ersten oder/und zweiten Membran 114, 116 am größten ist.
14 ist eine Draufsicht auf eine gegenüber 13 abgewandelte Schalldetektionseinheit 108', welche mehrere Schalldurchgangslöcher 128' aufweist, an welchen jeweils ein Ventil 130' bereitgestellt sein kann. Durch die mehreren Schalldurchgangslöcher 128' kann für eine mechanische Entlastung auf eine besonders definierte Weise gesorgt werden. Wie in 14 gezeigt, können die Schalldurchgangslöcher 128' aufeinanderfolgend in einer Umfangsrichtung C der Schalldetektionseinheit 108' um einen mittleren Bereich der Schalldetektionseinheit 108' herum angeordnet sein.

Claims

MEMS-Mikrofon (100), aufweisend: eine Schalldetektionseinheit (108; 208; 308; 708; 808; 908; 1008; 1108), welche aufweist: eine erste Membran (114; 214; 314; 714; 814; 914; 1014; 1114), eine von der ersten Membran (114; 214; 314; 714; 814; 914; 1014; 1114) beabstandet angeordnete zweite Membran (116; 216; 316; 716; 816; 916; 1016; 1116), einen zwischen der ersten Membran (114; 214; 314; 714; 814; 914; 1014; 1114) und der zweiten Membran (116; 216; 316; 716; 816; 916; 1016; 1116) angeordneten Niederdruckbereich (118), in welchem ein gegenüber Normaldruck verringerter Gasdruck vorliegt, eine in dem Niederdruckbereich (118) angeordnete Gegenelektrode (120; 220; 320; 1120), und ein Schalldurchgangsloch (128; 728; 828; 928; 1028; 1128), welches sich in einer Dickenrichtung (A) der Schalldetektionseinheit (108; 208; 308; 708; 808; 908; 1008; 1108) durch die Schalldetektionseinheit (108; 208; 308; 708; 808; 908; 1008; 1108) hindurch erstreckt, und ein an dem Schalldurchgangsloch (128; 728; 828; 928; 1028; 1128) bereitgestelltes Ventil (130; 730), welches dazu eingerichtet ist, mehrere Ventilzustände einzunehmen, wobei jedem Ventilzustand ein vorgegebener Transmissionsgrad des Schalldurchgangslochs (128; 728; 828; 928; 1028; 1128) für Schall zugeordnet ist, wobei die erste Membran (114; 214; 314; 714; 814; 914; 1014; 1114) aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist und mehrere elektrisch voneinander isolierte Membranabschnitte (114a, 114b; 714a, 714b; 814a, 814b) aufweist oder/und wobei die zweite Membran (716; 816; 916; 1016; 1116) aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist und mehrere elektrisch voneinander isolierte Membranabschnitte (716a, 716b; 816a, 816b) aufweist.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 1, wobei das Ventil (130; 730) dazu eingerichtet ist, einen Ventilzustand aus den mehreren Ventilzuständen in Abhängigkeit eines Schalldrucks am Schalldurchgangsloch (128; 728; 828; 928; 1028; 1128) einzunehmen.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 1, wobei das Ventil (130; 730) dazu eingerichtet ist, einen Ventilzustand aus den mehreren Ventilzuständen unabhängig von einem Schalldruck am Schalldurchgangsloch (128; 728; 828; 928; 1028; 1128) einzustellen.
MEMS-Mikrofon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ventil (130; 730) eine oder mehrere relativ zum Schalldurchgangsloch (128; 728; 828; 928; 1028; 1128) verlagerbare Klappen (132; 732, 740; 832; 932, 940; 1032, 1040; 1132) aufweist, deren Stellungen relativ zum Schalldurchgangsloch (128; 728; 828; 928; 1028; 1128) einen Ventilzustand aus den mehreren Ventilzuständen definieren.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 4, wobei eine Klappe (132; 732; 832; 932; 1032; 1132) aus der einen oder mehreren Klappen (132; 732, 740; 832; 932, 940; 1032, 1040; 1132) des Ventils (130; 730) an der ersten Membran (114; 714; 814; 914; 1014; 1114) bereitgestellt ist.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 5, wobei die an der ersten Membran (114; 714; 814; 914; 1014; 1114) bereitgestellte Klappe (132; 732; 832; 932; 1032; 1132) des Ventils (130; 730) in elektrischer Verbindung mit einem (114a; 714a; 814a) von den mehreren Membranabschnitten (114a, 114b; 714a, 714b; 814a, 814b) der ersten Membran (114; 714; 814; 914; 1014; 1114) steht.
MEMS-Mikrofon nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine Klappe (740; 940; 1040) aus der einen oder mehreren Klappen (132; 732, 740; 832; 932, 940; 1032, 1040; 1132) des Ventils (130; 730) an der zweiten Membran (716; 916; 1016) bereitgestellt ist.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 7, wobei die an der zweiten Membran (716; 916; 1016) bereitgestellte Klappe (740; 940; 1040) des Ventils (730) in elektrischer Verbindung mit einem (716a) von den mehreren Membranabschnitten (716a; 716b) der zweiten Membran (716; 916; 1016) steht.
MEMS-Mikrofon nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei eine Klappe aus der einen oder mehreren Klappen des Ventils in dem Schalldurchgangsloch in der Dickenrichtung der Schalldetektionseinheit zwischen einer Haupterstreckungsebene der ersten Membran und einer Haupterstreckungsebene der zweiten Membran angeordnet ist.
MEMS-Mikrofon nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei wenigstens eine aus der einen oder mehreren Klappen (1032, 1040) des Ventils ein oder mehrere Klappendurchgangslöcher (1033, 1041) aufweist.
MEMS-Mikrofon nach einem der Ansprüche 4 bis 10, aufweisend eine oder mehrere im Schalldurchgangsloch (828; 1128) bereitgestellte vollumfänglich festgelegte gelochte Platten (848; 1152), welche ein oder mehrere Plattendurchgangslöcher (850; 1154) aufweisen, wobei wenigstens eine Klappe (832; 1132) aus der einen oder mehreren Klappen (832; 1132) des Ventils in körperlichen Kontakt mit wenigstens einer aus der einen oder mehreren gelochten Platten (848; 1152) bringbar ist.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 11, wobei eine gelochte Platte aus der einen oder mehreren gelochten Platten an der ersten Membran bereitgestellt ist.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine gelochte Platte (848) aus der einen oder mehreren gelochten Platten (848) an der zweiten Membran (816) bereitgestellt ist.
MEMS-Mikrofon nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei eine gelochte Platte (1152) aus der einen oder mehreren gelochten Platten (1152) in der Dickenrichtung (A) der Schalldetektionseinheit (1108) zwischen einer Haupterstreckungsebene der ersten Membran (1114) und einer Haupterstreckungsebene der zweiten Membran (1116) angeordnet ist.
MEMS-Mikrofon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend mehrere Schalldurchgangslöcher sowie mehrere den Schalldurchgangslöchern zugeordnete Ventile.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 15, wobei die Schalldurchgangslöcher in einer Umfangsrichtung der Schalldetektionseinheit aufeinanderfolgend angeordnet sind.