JP2001025095A - 自励振型マイクロフォン - Google Patents
自励振型マイクロフォンInfo
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- JP2001025095A JP2001025095A JP11190610A JP19061099A JP2001025095A JP 2001025095 A JP2001025095 A JP 2001025095A JP 11190610 A JP11190610 A JP 11190610A JP 19061099 A JP19061099 A JP 19061099A JP 2001025095 A JP2001025095 A JP 2001025095A
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- Japan
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- vibration
- microphone
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- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型軽量化が容易であり、また流量計、圧力
センサにも使用可能な自励振型マイクロフォンを提供す
る。 【解決手段】シリコンダイアフラム１ｂの上に４つのピ
エゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄを形成する。ピエゾ抵抗素子
２ａ乃至２ｄの露出面を覆うようにシリコンダイアフラ
ム１ｂの上に絶縁性薄膜３を形成した後、ピエゾ抵抗素
子の上に下側電極４、圧電セラミックス層５、上側電極
６を形成する。
センサにも使用可能な自励振型マイクロフォンを提供す
る。 【解決手段】シリコンダイアフラム１ｂの上に４つのピ
エゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄを形成する。ピエゾ抵抗素子
２ａ乃至２ｄの露出面を覆うようにシリコンダイアフラ
ム１ｂの上に絶縁性薄膜３を形成した後、ピエゾ抵抗素
子の上に下側電極４、圧電セラミックス層５、上側電極
６を形成する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明はマイクロフォンに関
するものであり、特に自励振型マイクロフォンに関する
ものである。
するものであり、特に自励振型マイクロフォンに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】公知の代表的なマイクロフォンには、コ
ンデンサマイクロフォン及びダイナミックマイクロフォ
ンがある。
ンデンサマイクロフォン及びダイナミックマイクロフォ
ンがある。
【０００３】コンデンサマイクロフォンは、振動板であ
るプラスチック製のダイアフラムの上に形成された可動
電極とこの可動電極と対向する固定電極とが、ある距離
を保って対向するように設けられて平行平板コンデンサ
を形成する構造を有している。この平行平板コンデンサ
には予め直流電源が接続されていて電荷が蓄積されてい
る。コンデンサマイクロフォンでは、ダイアフラムに音
声が到達すると音圧によってダイアフラムが振動する。
すると、ダイアフラムの上に形成された可動電極とこの
可動電極と対向して設けられた固定電極との距離が変化
して平行平板コンデンサの静電容量が変化する。そし
て、この静電容量の変化を電気信号に変換して音声信号
を得る。
るプラスチック製のダイアフラムの上に形成された可動
電極とこの可動電極と対向する固定電極とが、ある距離
を保って対向するように設けられて平行平板コンデンサ
を形成する構造を有している。この平行平板コンデンサ
には予め直流電源が接続されていて電荷が蓄積されてい
る。コンデンサマイクロフォンでは、ダイアフラムに音
声が到達すると音圧によってダイアフラムが振動する。
すると、ダイアフラムの上に形成された可動電極とこの
可動電極と対向して設けられた固定電極との距離が変化
して平行平板コンデンサの静電容量が変化する。そし
て、この静電容量の変化を電気信号に変換して音声信号
を得る。
【０００４】これに対して、ダイナミックマイクロフォ
ンは、音圧によって振動するダイアフラムにボイスコイ
ルが固定されており、このボイスコイルを貫通するよう
に永久磁石が設置された構造を有している。ダイナミッ
クマイクロフォンでは、ダイアフラムに音声が到達する
と音圧によってダイアフラムが振動する。すると、ダイ
アフラムと一緒にボイスコイルが連動して永久磁石より
出ている磁束が切られ、ボイスコイルに誘導電流が流れ
る。そして、この誘導電流に基づいて音声信号を得る。
ンは、音圧によって振動するダイアフラムにボイスコイ
ルが固定されており、このボイスコイルを貫通するよう
に永久磁石が設置された構造を有している。ダイナミッ
クマイクロフォンでは、ダイアフラムに音声が到達する
と音圧によってダイアフラムが振動する。すると、ダイ
アフラムと一緒にボイスコイルが連動して永久磁石より
出ている磁束が切られ、ボイスコイルに誘導電流が流れ
る。そして、この誘導電流に基づいて音声信号を得る。
【０００５】上述したコンデンサマイクロフォン及びダ
イナミックマイクロフォンには優れた周波数特性及び小
型軽量化が要求されている。
イナミックマイクロフォンには優れた周波数特性及び小
型軽量化が要求されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た要求を満足するに当たっては、以下に記載する問題点
が存在する。
た要求を満足するに当たっては、以下に記載する問題点
が存在する。
【０００７】まず、コンデンサマイクロフォン及びダイ
ナミックマイクロフォンともに比較的大きなダイアフラ
ムを必要とする。さらに構造が複雑なためマイクロフォ
ン本体の小型化及び軽量化が難しい。
ナミックマイクロフォンともに比較的大きなダイアフラ
ムを必要とする。さらに構造が複雑なためマイクロフォ
ン本体の小型化及び軽量化が難しい。
【０００８】また、ダイアフラムの寸法が大きいために
機械的共振点が可聴帯域近傍に現れやすく、周波数特性
が共振点に制限されてしまう。さらに液体中において使
用する場合は、ダイアフラムが変形不良または動作不良
を起こさないように、厚く且つ硬いダイアフラムを用い
ることになる。これは、マイクロフォンの感度、周波数
特性、温度特性等の各種の特性を低下させる。
機械的共振点が可聴帯域近傍に現れやすく、周波数特性
が共振点に制限されてしまう。さらに液体中において使
用する場合は、ダイアフラムが変形不良または動作不良
を起こさないように、厚く且つ硬いダイアフラムを用い
ることになる。これは、マイクロフォンの感度、周波数
特性、温度特性等の各種の特性を低下させる。
【０００９】本発明の目的は、小型軽量化が容易な自励
振型マイクロフォンを提供することにある。
振型マイクロフォンを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の自励振型マイク
ロフォンは、ダイアフラムと、ダイアフラム上に形成さ
れダイアフラムの振動に応じて電気的特性が変化する１
以上の振動検出素子と、ダイアフラムの機械共振周波数
でダイアフラムを振動させる振動発生手段とから構成さ
れている。振動検出素子としては、例えば加わる振動に
応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子を用いることが
できる。また、振動検出素子としては加わる振動に応じ
て自発分極電荷を発生する圧電素子を用いることもでき
る。ダイアフラムを振動発生手段により機械共振周波数
で振動をさせるとダイアフラムの内部エネルギーは極大
になり（内部インピーダンスが０になり）、ダイアフラ
ムに音圧（外部エネルギー）が加わると音圧の強度に応
じてダイアフラムの振動振幅が大きく増幅または増大す
る。振動検出手段がピエゾ抵抗素子の場合は、ダイアフ
ラムの振動振幅の変化がピエゾ抵抗素子の結晶の電気抵
抗の変化として検出される。この電気抵抗の変化に基づ
く電気信号から機械共振周波数に基づく信号成分を除け
ば音圧に応じた音声信号を得ることができる。本発明に
よればダイアフラムを機械共振周波数で振動させておけ
ばよいため、ダイアフラムの径寸法を小さくすることが
でき、小型化及び軽量化が可能になる。
ロフォンは、ダイアフラムと、ダイアフラム上に形成さ
れダイアフラムの振動に応じて電気的特性が変化する１
以上の振動検出素子と、ダイアフラムの機械共振周波数
でダイアフラムを振動させる振動発生手段とから構成さ
れている。振動検出素子としては、例えば加わる振動に
応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子を用いることが
できる。また、振動検出素子としては加わる振動に応じ
て自発分極電荷を発生する圧電素子を用いることもでき
る。ダイアフラムを振動発生手段により機械共振周波数
で振動をさせるとダイアフラムの内部エネルギーは極大
になり（内部インピーダンスが０になり）、ダイアフラ
ムに音圧（外部エネルギー）が加わると音圧の強度に応
じてダイアフラムの振動振幅が大きく増幅または増大す
る。振動検出手段がピエゾ抵抗素子の場合は、ダイアフ
ラムの振動振幅の変化がピエゾ抵抗素子の結晶の電気抵
抗の変化として検出される。この電気抵抗の変化に基づ
く電気信号から機械共振周波数に基づく信号成分を除け
ば音圧に応じた音声信号を得ることができる。本発明に
よればダイアフラムを機械共振周波数で振動させておけ
ばよいため、ダイアフラムの径寸法を小さくすることが
でき、小型化及び軽量化が可能になる。
【００１１】また、振動検出手段が圧電素子の場合には
自発分極電荷を電圧信号または電流信号に変換して同様
の処理を行う。
自発分極電荷を電圧信号または電流信号に変換して同様
の処理を行う。
【００１２】上述したピエゾ抵抗素子は公知の半導体製
造技術を用いて形成することができるので、自励振型マ
イクロフォンの小型軽量化が容易になる。自励振型マイ
クロフォンのダイアフラムを水晶振動子によって構成
し、更にこの水晶振動子を上述した振動発生手段として
兼用してもよい。この構成をとることにより、自励振型
マイクロフォンを構成する部品の点数が削減され、自励
振型マイクロフォンの小型軽量化を更に促進できる。
造技術を用いて形成することができるので、自励振型マ
イクロフォンの小型軽量化が容易になる。自励振型マイ
クロフォンのダイアフラムを水晶振動子によって構成
し、更にこの水晶振動子を上述した振動発生手段として
兼用してもよい。この構成をとることにより、自励振型
マイクロフォンを構成する部品の点数が削減され、自励
振型マイクロフォンの小型軽量化を更に促進できる。
【００１３】また、本発明のより具体的な自励振型マイ
クロフォンは、シリコンダイアフラムと、シリコンダイ
アフラムの一部に不純物が拡散されて形成された１以上
のピエゾ抵抗素子と、ピエゾ抵抗素子の露出面を覆うよ
うにシリコンダイアフラムの上に形成された絶縁性薄膜
と、ダイアフラムの機械共振周波数でダイアフラムを振
動させる振動発生手段とから構成する。ここでいうシリ
コンダイアフラムとは、シリコンウェハーから公知の半
導体加工技術を用いて形成されたダイアフラムである。
ダイアフラムをシリコンダイアフラムとすることで、ダ
イアフラムの製造工程に公知の半導体製造技術が適用で
き、ダイアフラムの小型軽量化及び薄型化が可能にな
る。シリコンダイアフラムに用いるシリコンウェハーは
ベアウェハーの状態で予めシリコンウェハーの内部に酸
化膜が埋め込まれているＳＩＭＯＸウェハーを用いても
よい。またシリコンウェハーの上に酸化膜を形成し、さ
らに酸化膜の上にシリコン結晶を成長させたＳＯＩウェ
ハーを用いてもよい。絶縁性薄膜はＳｉＯＮ、Ｓｉ
Ｏ２、ＳｉＮ等を用いることができる。
クロフォンは、シリコンダイアフラムと、シリコンダイ
アフラムの一部に不純物が拡散されて形成された１以上
のピエゾ抵抗素子と、ピエゾ抵抗素子の露出面を覆うよ
うにシリコンダイアフラムの上に形成された絶縁性薄膜
と、ダイアフラムの機械共振周波数でダイアフラムを振
動させる振動発生手段とから構成する。ここでいうシリ
コンダイアフラムとは、シリコンウェハーから公知の半
導体加工技術を用いて形成されたダイアフラムである。
ダイアフラムをシリコンダイアフラムとすることで、ダ
イアフラムの製造工程に公知の半導体製造技術が適用で
き、ダイアフラムの小型軽量化及び薄型化が可能にな
る。シリコンダイアフラムに用いるシリコンウェハーは
ベアウェハーの状態で予めシリコンウェハーの内部に酸
化膜が埋め込まれているＳＩＭＯＸウェハーを用いても
よい。またシリコンウェハーの上に酸化膜を形成し、さ
らに酸化膜の上にシリコン結晶を成長させたＳＯＩウェ
ハーを用いてもよい。絶縁性薄膜はＳｉＯＮ、Ｓｉ
Ｏ２、ＳｉＮ等を用いることができる。
【００１４】上記の振動発生手段としては、シリコンダ
イアフラム上に圧電セラミックス層を形成したものでも
よい。圧電セラミックス層の両面には電極パターンが形
成されているのは勿論である。シリコンダイアフラム上
の圧電セラミックス層に周期的パルス電圧が印加される
と、圧電セラミックスは圧縮及び伸張を繰り返す。パル
ス電圧の周期は圧縮及び伸張に伴って振動するシリコン
ダイアフラムの機械共振周波数になるように定められて
いる。この場合の音声信号の取り出しは前述と同じであ
る。
イアフラム上に圧電セラミックス層を形成したものでも
よい。圧電セラミックス層の両面には電極パターンが形
成されているのは勿論である。シリコンダイアフラム上
の圧電セラミックス層に周期的パルス電圧が印加される
と、圧電セラミックスは圧縮及び伸張を繰り返す。パル
ス電圧の周期は圧縮及び伸張に伴って振動するシリコン
ダイアフラムの機械共振周波数になるように定められて
いる。この場合の音声信号の取り出しは前述と同じであ
る。
【００１５】シリコンダイアフラム上に形成されるピエ
ゾ抵抗素子は、４つでブリッジ回路となるように形成す
るのが好ましい。このような回路構成を採用すると、出
力が最大となるように各ピエゾ抵抗素子を組み合わせこ
とにより、周辺温度の変化に影響を受けることなく音圧
を検出することができる。
ゾ抵抗素子は、４つでブリッジ回路となるように形成す
るのが好ましい。このような回路構成を採用すると、出
力が最大となるように各ピエゾ抵抗素子を組み合わせこ
とにより、周辺温度の変化に影響を受けることなく音圧
を検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。
施の形態の一例を詳細に説明する。
【００１７】図１は本発明の実施の形態の一例である、
自励振型マイクロフォンの主要部の構造を概略的に示す
縦断面図である。図１に示すように自励振型マイクロフ
ォンは、シリコンウェハーから形成されたダイアフラム
部材１を備えている。このダイアフラム部材１は環状の
ダイアフラムベース部１ａとダイアフラムベース部１ａ
に支持されたシリコンダイアフラム１ｂとから構成され
ている。
自励振型マイクロフォンの主要部の構造を概略的に示す
縦断面図である。図１に示すように自励振型マイクロフ
ォンは、シリコンウェハーから形成されたダイアフラム
部材１を備えている。このダイアフラム部材１は環状の
ダイアフラムベース部１ａとダイアフラムベース部１ａ
に支持されたシリコンダイアフラム１ｂとから構成され
ている。
【００１８】シリコンダイアフラム１ｂの上には、振動
検出素子としての４つのピエゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄが
図２に示すような抵抗ブリッジ回路を構成するように形
成されている。４つのピエゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄの抵
抗値はシリコンダイアフラム１ｂがその面方向と直行す
るように振動したときに抵抗ブリッジ回路から出力され
る電圧信号ができるだけ大きくなるように定められてい
る。
検出素子としての４つのピエゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄが
図２に示すような抵抗ブリッジ回路を構成するように形
成されている。４つのピエゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄの抵
抗値はシリコンダイアフラム１ｂがその面方向と直行す
るように振動したときに抵抗ブリッジ回路から出力され
る電圧信号ができるだけ大きくなるように定められてい
る。
【００１９】ピエゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄの上には、ピ
エゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄの露出面を覆うようにシリコ
ンダイアフラム１ｂとベース１ａとの表面にＳｉＯ２、
ＳｉＮ、ＳＩＯＮ等からなる絶縁性薄膜３が形成されて
いる。
エゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄの露出面を覆うようにシリコ
ンダイアフラム１ｂとベース１ａとの表面にＳｉＯ２、
ＳｉＮ、ＳＩＯＮ等からなる絶縁性薄膜３が形成されて
いる。
【００２０】各ピエゾ抵抗素子を相互に接続する接続パ
ターン及び抵抗ブリッジ回路の接続点と出力電極とを接
続するための抵抗接続パターンは図示を省略してある。
なお、図示しない抵抗接続パターンも絶縁性薄膜３によ
り覆われている。
ターン及び抵抗ブリッジ回路の接続点と出力電極とを接
続するための抵抗接続パターンは図示を省略してある。
なお、図示しない抵抗接続パターンも絶縁性薄膜３によ
り覆われている。
【００２１】４はＩＴＯ等の薄膜導電材料によって形成
された下側電極である。下側電極４の上には圧電セラミ
ックス層５が形成されている。さらに圧電セラミックス
層５の上にはＡｇ、Ａｕ等からなる上側電極６が形成さ
れている。圧電セラミックス層５は下側電極４と上側電
極６との間に分極処理が施されていて、下側電極４と上
側電極６との間に所定の周期のパルス電圧が印加される
と、圧電セラミックス層５は所定の周波数で振動する。
この例では下側電極４と、圧電セラミックス層５と、上
側電極６とにより振動発生手段が構成されている。
された下側電極である。下側電極４の上には圧電セラミ
ックス層５が形成されている。さらに圧電セラミックス
層５の上にはＡｇ、Ａｕ等からなる上側電極６が形成さ
れている。圧電セラミックス層５は下側電極４と上側電
極６との間に分極処理が施されていて、下側電極４と上
側電極６との間に所定の周期のパルス電圧が印加される
と、圧電セラミックス層５は所定の周波数で振動する。
この例では下側電極４と、圧電セラミックス層５と、上
側電極６とにより振動発生手段が構成されている。
【００２２】次に、上述した自励振型マイクロフォンの
製造方法を製造工程順に説明する。
製造方法を製造工程順に説明する。
【００２３】まず、シリコンウェハーの下面側から異方
性エッチングにより図１に示すように下に向かって開口
し、縦断面形状が台形をなすようにダイアフラム凹部１
ｃを形成してダイアフラム部材１を形成する。
性エッチングにより図１に示すように下に向かって開口
し、縦断面形状が台形をなすようにダイアフラム凹部１
ｃを形成してダイアフラム部材１を形成する。
【００２４】次に、ダイアフラム部材１の表面全体をＳ
ｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ化する処理を施す。次に、シ
リコンダイアフラム１ｂの上に単結晶シリコン、多結晶
シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン材をエピ
タキシャル成長させる。そして、エピタキシャル成長さ
せたシリコン内部に不純物を拡散させてピエゾ抵抗素子
２ａ乃至２ｄを形成する。
ｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ化する処理を施す。次に、シ
リコンダイアフラム１ｂの上に単結晶シリコン、多結晶
シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン材をエピ
タキシャル成長させる。そして、エピタキシャル成長さ
せたシリコン内部に不純物を拡散させてピエゾ抵抗素子
２ａ乃至２ｄを形成する。
【００２５】次に、各ピエゾ抵抗素子を相互に接続し、
また抵抗ブリッジ回路の接続点と出力電極とを接続する
ために抵抗接続パターン（図示せず）を形成する。抵抗
接続パターンは、例えば透明電極（ＩＴＯ）等を用いて
スパッタリング法、真空蒸着法等で形成する。
また抵抗ブリッジ回路の接続点と出力電極とを接続する
ために抵抗接続パターン（図示せず）を形成する。抵抗
接続パターンは、例えば透明電極（ＩＴＯ）等を用いて
スパッタリング法、真空蒸着法等で形成する。
【００２６】次に、ダイアフラム１ｂの上に形成された
ピエゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄの露出面及び図示しない抵
抗接続パターンを覆うようにＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯ
Ｎ等の絶縁性薄膜３をＣＶＤ法をはじめとする薄膜形成
技術を用いて成膜する。
ピエゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄの露出面及び図示しない抵
抗接続パターンを覆うようにＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯ
Ｎ等の絶縁性薄膜３をＣＶＤ法をはじめとする薄膜形成
技術を用いて成膜する。
【００２７】次に、絶縁性薄膜３の上に下側電極４をス
パッタリング法や真空蒸着法を形成し、その上に圧電セ
ラミックス層５をスパッタリング法を用いて形成する。
最後に、圧電セラミックス層５の上に上側電極６を形成
する。なお、図１において４ａ及び６ａは電極部であ
る。
パッタリング法や真空蒸着法を形成し、その上に圧電セ
ラミックス層５をスパッタリング法を用いて形成する。
最後に、圧電セラミックス層５の上に上側電極６を形成
する。なお、図１において４ａ及び６ａは電極部であ
る。
【００２８】次に、本実施の形態の自励振型マイクロフ
ォンの動作を説明する。本発明の最大の特徴は、圧電セ
ラミックス層５がダイアフラム１ｂをダイアフラム１ｂ
の機械共振周波数で振動させてダイアフラム１ｂの内部
エネルギーを極大の状態としておき、そこに加わる音圧
でダイアフラム１ｂの振幅を変化させることにより、増
幅した音声信号を得ることにある。
ォンの動作を説明する。本発明の最大の特徴は、圧電セ
ラミックス層５がダイアフラム１ｂをダイアフラム１ｂ
の機械共振周波数で振動させてダイアフラム１ｂの内部
エネルギーを極大の状態としておき、そこに加わる音圧
でダイアフラム１ｂの振幅を変化させることにより、増
幅した音声信号を得ることにある。
【００２９】詳細には、図１において、圧電セラミック
ス層５の両面の電極４及び６にダイアフラム１ｂをその
機械共振周波数で上下に振動させるための所定の周波数
のパルス電圧を印加する。これにより、圧電セラミック
ス層５は収縮及び伸張を繰り返し、この収縮及び伸張に
伴いシリコンダイアフラム１ｂは機械共振周波数で上下
に振動する。シリコンダイアフラム１ｂの振動はピエゾ
抵抗素子２ａ乃至２ｄにおいて抵抗値の変化として捉え
られる。
ス層５の両面の電極４及び６にダイアフラム１ｂをその
機械共振周波数で上下に振動させるための所定の周波数
のパルス電圧を印加する。これにより、圧電セラミック
ス層５は収縮及び伸張を繰り返し、この収縮及び伸張に
伴いシリコンダイアフラム１ｂは機械共振周波数で上下
に振動する。シリコンダイアフラム１ｂの振動はピエゾ
抵抗素子２ａ乃至２ｄにおいて抵抗値の変化として捉え
られる。
【００３０】機械共振周波数で振動しているシリコンダ
イアフラム１ｂに音声が到達すると、音圧の強弱に応じ
てシリコンダイアフラム１ｂの振幅が変化する。そして
ダイアフラム１ｂの振幅の変化がピエゾ抵抗素子２ａ乃
至２ｄにおいて抵抗値の変化として捉えられる。音声信
号は、機械共振周波数に基づく信号成分を抵抗値の変化
に基づく電気信号から除去することにより得られる。
イアフラム１ｂに音声が到達すると、音圧の強弱に応じ
てシリコンダイアフラム１ｂの振幅が変化する。そして
ダイアフラム１ｂの振幅の変化がピエゾ抵抗素子２ａ乃
至２ｄにおいて抵抗値の変化として捉えられる。音声信
号は、機械共振周波数に基づく信号成分を抵抗値の変化
に基づく電気信号から除去することにより得られる。
【００３１】なお、上述したシリコンダイアフラム１ｂ
の代わりに水晶振動子を用いてもよい。水晶振動子は所
定の周波数で変化する電圧が印可されると、この周波数
に応じた周波数で振動するため、上述した実施の形態で
用いている圧電セラミックス層５からなる振動発生手段
を用いなくてもダイアフラム１ｂそれ自体を振動発生手
段として兼用することができる。これにより、本発明の
自励振型マイクロフォンの構造がより簡素化されるばか
りでなく製造工程を少なくすることができる。
の代わりに水晶振動子を用いてもよい。水晶振動子は所
定の周波数で変化する電圧が印可されると、この周波数
に応じた周波数で振動するため、上述した実施の形態で
用いている圧電セラミックス層５からなる振動発生手段
を用いなくてもダイアフラム１ｂそれ自体を振動発生手
段として兼用することができる。これにより、本発明の
自励振型マイクロフォンの構造がより簡素化されるばか
りでなく製造工程を少なくすることができる。
【００３２】なお、上述した製造工程順とは逆に、凹部
１ｃの形成を最後にしてもよい。即ち、最初にシリコン
ウェハー上にピエゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄを形成し、ピ
エゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄの露出面を覆うように絶縁性
薄膜３を形成する。その後、シリコンウェハーの下面か
ら異方性エッチングを施して図１に示すような形状の凹
部１ｃを形成してもよい。
１ｃの形成を最後にしてもよい。即ち、最初にシリコン
ウェハー上にピエゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄを形成し、ピ
エゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄの露出面を覆うように絶縁性
薄膜３を形成する。その後、シリコンウェハーの下面か
ら異方性エッチングを施して図１に示すような形状の凹
部１ｃを形成してもよい。
【００３３】また、ダイアフラム部材１に用いるシリコ
ンウェハーは、ベアウェハーの状態で酸化膜がウェハー
の内部に形成されているようなシリコンウェハー、例え
ばＳＩＭＯＸウェハーを用いてもよい。また、シリコン
ウェハーの上に酸化膜を形成し、形成した酸化膜の上に
シリコン結晶を所定の厚さに成長させたＳＯＩウェハー
を用いてもよい。
ンウェハーは、ベアウェハーの状態で酸化膜がウェハー
の内部に形成されているようなシリコンウェハー、例え
ばＳＩＭＯＸウェハーを用いてもよい。また、シリコン
ウェハーの上に酸化膜を形成し、形成した酸化膜の上に
シリコン結晶を所定の厚さに成長させたＳＯＩウェハー
を用いてもよい。
【００３４】前述の通り、シリコンダイアフラム１ｂに
形成されたピエゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄは、シリコンダ
イアグラム１ｂ上に形成されたときに、図２に示すよう
な抵抗ブリッジ回路を構成するように形成されている。
各々のピエゾ抵抗素子の抵抗値は、音圧によってシリコ
ンダイアフラム１ｂの振幅が変化したときに、ブリッジ
回路から出力される電圧信号ができるだけ大きくなるよ
うに定められている。
形成されたピエゾ抵抗素子２ａ乃至２ｄは、シリコンダ
イアグラム１ｂ上に形成されたときに、図２に示すよう
な抵抗ブリッジ回路を構成するように形成されている。
各々のピエゾ抵抗素子の抵抗値は、音圧によってシリコ
ンダイアフラム１ｂの振幅が変化したときに、ブリッジ
回路から出力される電圧信号ができるだけ大きくなるよ
うに定められている。
【００３５】上述した実施の形態では、振動検出素子と
して４つのピエゾ抵抗素子を用いたが、ピエゾ抵抗素子
の数は１以上あればよく、またその回路構成は任意であ
る。また、振動検出素子としては、加わる振動に応じて
自発分極電荷を発生する圧電素子を用いることができ
る。
して４つのピエゾ抵抗素子を用いたが、ピエゾ抵抗素子
の数は１以上あればよく、またその回路構成は任意であ
る。また、振動検出素子としては、加わる振動に応じて
自発分極電荷を発生する圧電素子を用いることができ
る。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、ダイアフラムを機械共
振周波数で振動させておけばよいため、ダイアフラムの
径寸法を小さくすることができる。これにより、マイク
ロフォンの小型化及び軽量化が可能になる。また、ダイ
アフラムを水晶振動子によって構成し、更にこの水晶振
動子を振動発生手段として兼用することにより、自励振
型マイクロフォンを構成する部品の点数が削減され、自
励振型マイクロフォンを更に小型軽量化することができ
る。さらに本発明によれば、シリコンダイアフラムを機
械共振周波数で振動させるので、振動するシリコンダイ
アフラムの上面と下面との圧力差を検出すれば各種流量
計、圧力センサにも使用することができる。
振周波数で振動させておけばよいため、ダイアフラムの
径寸法を小さくすることができる。これにより、マイク
ロフォンの小型化及び軽量化が可能になる。また、ダイ
アフラムを水晶振動子によって構成し、更にこの水晶振
動子を振動発生手段として兼用することにより、自励振
型マイクロフォンを構成する部品の点数が削減され、自
励振型マイクロフォンを更に小型軽量化することができ
る。さらに本発明によれば、シリコンダイアフラムを機
械共振周波数で振動させるので、振動するシリコンダイ
アフラムの上面と下面との圧力差を検出すれば各種流量
計、圧力センサにも使用することができる。
【図１】本発明による自励振型マイクロフォンの主要部
の構造を概略的に示す縦断面図である。
の構造を概略的に示す縦断面図である。
【図２】４つのピエゾ抵抗素子をブリッジ回路としたと
きの回路図である。
きの回路図である。
【符号の説明】 １ ダイアフラム部材 １ａ ダイアフラムベース部 １ｂ シリコンダイアフラム １ｃ ダイアフラム凹部 ２ａ〜２ｄ ピエゾ抵抗素子 ３ 絶縁性薄膜 ４ 下側電極 ５ 圧電セラミックス層 ６ 上側電極
Claims (8)
- 【請求項１】 ダイアフラムと、 前記ダイアフラム上に形成され前記ダイアフラムの振動
に応じて電気的特性が変化する１以上の振動検出素子
と、 前記ダイアフラムの機械共振周波数で前記ダイアフラム
を振動させる振動発生手段とからなる自励振型マイクロ
フォン。 - 【請求項２】 前記振動検出素子は、加わる振動に応じ
て抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子からなる請求項１に
記載の自励振型マイクロフォン。 - 【請求項３】 前記振動検出素子は、加わる振動に応じ
て自発分極電荷を発生する圧電素子からなる請求項１に
記載の自励振型マイクロフォン。 - 【請求項４】 前記ダイアフラムが水晶振動子によって
構成されており、 前記水晶振動子が前記振動発生手段として兼用されるこ
とを特徴とする請求項１に記載の自励振型マイクロフォ
ン。 - 【請求項５】 シリコンダイアフラムと、 前記シリコンダイアフラムの一部に不純物が拡散されて
形成された１以上のピエゾ抵抗素子と、 前記ピエゾ抵抗素子の露出面を覆うように前記シリコン
ダイアフラムの上に形成された絶縁性薄膜と、 前記ダイアフラムの機械共振周波数で前記ダイアフラム
を振動させる振動発生手段と、からなる自励振型マイク
ロフォン。 - 【請求項６】 前記振動発生手段が、前記シリコンダイ
アフラム上に形成された圧電セラミックス層からなる請
求項５に記載の自励振型マイクロフォン。 - 【請求項７】 シリコンダイアフラムと、 前記シリコンダイアフラムの一部に不純物が拡散されて
形成された１以上のピエゾ抵抗素子と、 前記ピエゾ抵抗素子の露出面を覆うように前記シリコン
ダイアフラムの上に形成された絶縁性薄膜と、 前記絶縁性薄膜を覆うように前記シリコンダイアフラム
上に形成され、外部信号に応じて振動する圧電セラミッ
クス層とからなる自励振型マイクロフォン。 - 【請求項８】 ４つの前記ピエゾ抵抗素子がブリッジ回
路を構成するように前記シリコンダイアフラム上に形成
されていることを特徴とする請求項７に記載の自励振型
マイクロフォン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19061099A JP4302824B2 (ja) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | 自励振型マイクロフォン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19061099A JP4302824B2 (ja) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | 自励振型マイクロフォン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001025095A true JP2001025095A (ja) | 2001-01-26 |
| JP4302824B2 JP4302824B2 (ja) | 2009-07-29 |
Family
ID=16260945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19061099A Expired - Fee Related JP4302824B2 (ja) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | 自励振型マイクロフォン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4302824B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100836193B1 (ko) | 2006-07-20 | 2008-06-09 | 주식회사 엠에스솔루션 | 압전형 마이크로폰 |
| US7386136B2 (en) | 2003-05-27 | 2008-06-10 | Hosiden Corporation | Sound detecting mechanism |
| JP2012516628A (ja) * | 2009-01-27 | 2012-07-19 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | 音響エネルギー変換器 |
| US8280079B2 (en) | 2008-09-25 | 2012-10-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Piezoelectric microspeaker and method of fabricating the same |
| US8363864B2 (en) | 2008-09-25 | 2013-01-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Piezoelectric micro-acoustic transducer and method of fabricating the same |
| US8549715B2 (en) | 2008-09-22 | 2013-10-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Piezoelectric microspeaker and method of fabricating the same |
| US9693150B2 (en) | 2014-11-17 | 2017-06-27 | Hyundai Motor Company | Microphone sensor |
-
1999
- 1999-07-05 JP JP19061099A patent/JP4302824B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7386136B2 (en) | 2003-05-27 | 2008-06-10 | Hosiden Corporation | Sound detecting mechanism |
| KR100836193B1 (ko) | 2006-07-20 | 2008-06-09 | 주식회사 엠에스솔루션 | 압전형 마이크로폰 |
| US8549715B2 (en) | 2008-09-22 | 2013-10-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Piezoelectric microspeaker and method of fabricating the same |
| US8280079B2 (en) | 2008-09-25 | 2012-10-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Piezoelectric microspeaker and method of fabricating the same |
| US8363864B2 (en) | 2008-09-25 | 2013-01-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Piezoelectric micro-acoustic transducer and method of fabricating the same |
| JP2012516628A (ja) * | 2009-01-27 | 2012-07-19 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | 音響エネルギー変換器 |
| US9693150B2 (en) | 2014-11-17 | 2017-06-27 | Hyundai Motor Company | Microphone sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4302824B2 (ja) | 2009-07-29 |
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