JPH07184297A - 音声入出力装置 - Google Patents
音声入出力装置Info
- Publication number
- JPH07184297A JPH07184297A JP34550493A JP34550493A JPH07184297A JP H07184297 A JPH07184297 A JP H07184297A JP 34550493 A JP34550493 A JP 34550493A JP 34550493 A JP34550493 A JP 34550493A JP H07184297 A JPH07184297 A JP H07184297A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output device
- thin film
- semiconductor substrate
- audio input
- substrate
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- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 消費電力が小さく、小型の音声入出力装置を
提供する。 【構成】 Si半導体基板11に振動可能な薄膜12を
設け、該薄膜12の外側に電極17を形成し、上記Si
半導体基板11とは支持体15を介して対向基板13を
配置し、該対向基板13の内側表面に電極14を形成し
てなる装置であって、入射した音波による薄膜12の振
動を上記一対の電極間の容量変化として検出し、該一対
の電極への電圧印加により静電力によって上記薄膜12
を振動させることにより、音声の入出力を行なう音声入
出力装置装置。
提供する。 【構成】 Si半導体基板11に振動可能な薄膜12を
設け、該薄膜12の外側に電極17を形成し、上記Si
半導体基板11とは支持体15を介して対向基板13を
配置し、該対向基板13の内側表面に電極14を形成し
てなる装置であって、入射した音波による薄膜12の振
動を上記一対の電極間の容量変化として検出し、該一対
の電極への電圧印加により静電力によって上記薄膜12
を振動させることにより、音声の入出力を行なう音声入
出力装置装置。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は音声を電気信号に変換、
或いは電気信号を音声に変換する音声入出力装置に関
し、詳しくは、半導体基板上に集積してなる音声入出力
装置に関する発明である。
或いは電気信号を音声に変換する音声入出力装置に関
し、詳しくは、半導体基板上に集積してなる音声入出力
装置に関する発明である。
【0002】
【従来の技術】従来、音声の入力装置と出力装置は互い
に独立した装置であり、前者はマイクロフォン、後者は
スピーカーと呼ばれている。マイクロフォンにはカラオ
ケマイク等に使用される動電型マイクロフォンと、カセ
ットテープレコーダ等に使用される静電型マイクロフォ
ンがあり、また、スピーカーには動電型(ダイナミック
型)が用いられるのが普通である。
に独立した装置であり、前者はマイクロフォン、後者は
スピーカーと呼ばれている。マイクロフォンにはカラオ
ケマイク等に使用される動電型マイクロフォンと、カセ
ットテープレコーダ等に使用される静電型マイクロフォ
ンがあり、また、スピーカーには動電型(ダイナミック
型)が用いられるのが普通である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の音声入出力装置
は、入力装置と出力装置の構造が互いに大幅に異なるた
めに同一部品が共有されることは稀であり、また、これ
らを駆動するための電気回路を同時集積する場合の集積
度は10K以下と低い。
は、入力装置と出力装置の構造が互いに大幅に異なるた
めに同一部品が共有されることは稀であり、また、これ
らを駆動するための電気回路を同時集積する場合の集積
度は10K以下と低い。
【0004】従って、現在の音声入出力装置は個々の部
品を組み合わせて実装することにより構築されているこ
とから、製造コスト面で高いものとなっている。
品を組み合わせて実装することにより構築されているこ
とから、製造コスト面で高いものとなっている。
【0005】また、前記動電型マイクロフォンは安価に
生産できるものの、構造上小型化が困難であり、磁石を
用いていることから用途に制約がある。一方前記静電型
マイクロフォンは小型化が可能であるものの、直流電源
を必要とするため、用途が限定される。
生産できるものの、構造上小型化が困難であり、磁石を
用いていることから用途に制約がある。一方前記静電型
マイクロフォンは小型化が可能であるものの、直流電源
を必要とするため、用途が限定される。
【0006】また、スピーカーはコーン等が必要である
ため大型化はやむを得ず、磁石を使用するために他の装
置に磁力の影響を及ぼすと同時に、自身も磁場の影響を
受け易く、配置及び使用には限界がある。
ため大型化はやむを得ず、磁石を使用するために他の装
置に磁力の影響を及ぼすと同時に、自身も磁場の影響を
受け易く、配置及び使用には限界がある。
【0007】従来のマイクロフォンは100W程度の大
入力には耐えるものの、そのインピーダンスは数Ωcm
と低いため、大電力を消費するという問題もあった。
入力には耐えるものの、そのインピーダンスは数Ωcm
と低いため、大電力を消費するという問題もあった。
【0008】本発明の目的は上記問題点を解決し、構造
が簡素で集積度が高く小型で消費電力が小さい音声入出
力装置を提供することにある。
が簡素で集積度が高く小型で消費電力が小さい音声入出
力装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は半導体
基板上に形成された、垂ることなく張られた薄膜を振動
体として用いることにより、入力と出力の両方を上記薄
膜を用いて行ない、同時に同一基板上に薄膜を駆動する
ための電気回路及びその他周辺回路を集積可能としたも
のである。
基板上に形成された、垂ることなく張られた薄膜を振動
体として用いることにより、入力と出力の両方を上記薄
膜を用いて行ない、同時に同一基板上に薄膜を駆動する
ための電気回路及びその他周辺回路を集積可能としたも
のである。
【0010】即ち本発明は、半導体基板上の少なくとも
一部の開口部に形成された振動可能な薄膜の外側に一方
の電極を形成し、上記半導体基板とは支持体を介して対
向配置するもう一方の基板の内側表面に他方の電極を形
成したことを特徴とする音声入出力装置である。
一部の開口部に形成された振動可能な薄膜の外側に一方
の電極を形成し、上記半導体基板とは支持体を介して対
向配置するもう一方の基板の内側表面に他方の電極を形
成したことを特徴とする音声入出力装置である。
【0011】本発明の音声入出力装置は公知の微細加工
技術を用いているため、小型化を行なっても製造が容易
であり、安価に製造できる。また、小型化により入出力
で消費される電力は小さくなり、電池動作も可能となっ
て携帯性が向上する。
技術を用いているため、小型化を行なっても製造が容易
であり、安価に製造できる。また、小型化により入出力
で消費される電力は小さくなり、電池動作も可能となっ
て携帯性が向上する。
【0012】更に本発明の音声入出力装置は磁力を利用
していないため、その用途に制限が加わることがない。
していないため、その用途に制限が加わることがない。
【0013】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明がこれらにより限定されるものではない。
が、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【0014】[実施例1]図1に本発明の音声入出力装
置の一実施例の断面図を示す。
置の一実施例の断面図を示す。
【0015】本実施例において厚さ3μmのSi酸化膜
からなる薄膜12はSi半導体基板11上に形成され、
開口部16から入射する音波の振動に応じて振動する。
前記半導体基板11の上方には厚さ10μmの支持体1
5を隔ててガラス製の対向基板13が設けられている。
からなる薄膜12はSi半導体基板11上に形成され、
開口部16から入射する音波の振動に応じて振動する。
前記半導体基板11の上方には厚さ10μmの支持体1
5を隔ててガラス製の対向基板13が設けられている。
【0016】先ず音声入力機構から説明する。薄膜12
が入射してきた音波によって振動すると、薄膜12の外
側表面に設けられた電極17と対向基板13の内側表面
に設けられた電極14間の距離を変え、その結果該電極
間の容量を変化させる。従って電極14、17を半導体
基板11上に設置された容量検出回路(不図示)に接続
しておけば、上記薄膜12の振動が容量変化として検出
される。
が入射してきた音波によって振動すると、薄膜12の外
側表面に設けられた電極17と対向基板13の内側表面
に設けられた電極14間の距離を変え、その結果該電極
間の容量を変化させる。従って電極14、17を半導体
基板11上に設置された容量検出回路(不図示)に接続
しておけば、上記薄膜12の振動が容量変化として検出
される。
【0017】次に音声出力機構を説明する。半導体基板
11上に不図示の電気信号発生回路、例えば10〜10
000Hz程度の正弦波発生回路を設けておき、電極1
4、17間に電圧を印加すれば、薄膜12は静電力によ
って対向基板13に近づいたり遠ざかったりする。即ち
薄膜12が振動して音波を発生する。
11上に不図示の電気信号発生回路、例えば10〜10
000Hz程度の正弦波発生回路を設けておき、電極1
4、17間に電圧を印加すれば、薄膜12は静電力によ
って対向基板13に近づいたり遠ざかったりする。即ち
薄膜12が振動して音波を発生する。
【0018】本実施例によれば、マイクロフォン及びス
ピーカーの両方に用いることのできる静電型音声入出力
装置を簡単に半導体基板上に集積することができる。ま
た、該入出力装置の駆動回路や他の電気回路も同時に同
一基板上に集積することができる。
ピーカーの両方に用いることのできる静電型音声入出力
装置を簡単に半導体基板上に集積することができる。ま
た、該入出力装置の駆動回路や他の電気回路も同時に同
一基板上に集積することができる。
【0019】本実施例において、開口部16は公知の技
術であるSiの異方性エッチングにより、高製度且つ安
定、安価に形成することができる。また、100μm角
以下の大きさの装置も製造可能である。また、薄膜12
としては、Si酸化膜以外にもピンホールがなく強度の
ある膜であれば用いることができ、例えば、Si窒化
膜、Si酸化窒化膜、PSG膜、BPSG膜、その他の
多重積層膜を用いることができる。前記薄膜12の形成
方法としては、前記半導体Siの熱酸化、熱窒化及び各
種の蒸着方法による形成が考えられる。また薄膜12の
膜厚は好ましくは0.1〜1000μm、望ましくは1
〜100μmである。
術であるSiの異方性エッチングにより、高製度且つ安
定、安価に形成することができる。また、100μm角
以下の大きさの装置も製造可能である。また、薄膜12
としては、Si酸化膜以外にもピンホールがなく強度の
ある膜であれば用いることができ、例えば、Si窒化
膜、Si酸化窒化膜、PSG膜、BPSG膜、その他の
多重積層膜を用いることができる。前記薄膜12の形成
方法としては、前記半導体Siの熱酸化、熱窒化及び各
種の蒸着方法による形成が考えられる。また薄膜12の
膜厚は好ましくは0.1〜1000μm、望ましくは1
〜100μmである。
【0020】本実施例の音声入出力装置は静電型である
ため、電極14、17間を流れる直流電流が存在せず、
両電極上に存在する電荷の再配置に要する電力のみが消
費される。従って消費電力が小さい。また、本実施例を
駆動する回路を消費電力の小さい、例えばCMOSイン
バータ回路等で構成することにより、装置全体のシステ
ムの消費する電力を最小に押えることができる。
ため、電極14、17間を流れる直流電流が存在せず、
両電極上に存在する電荷の再配置に要する電力のみが消
費される。従って消費電力が小さい。また、本実施例を
駆動する回路を消費電力の小さい、例えばCMOSイン
バータ回路等で構成することにより、装置全体のシステ
ムの消費する電力を最小に押えることができる。
【0021】[実施例2]次に本発明第2の実施例を図
2に示す。本実施例は本発明において対向基板13に貫
通孔18を設けた実施例を図2に示す。貫通孔18がな
い場合(図1)、両基板と支持材により薄膜12と電極
17間は閉じられた空間を形成している。従って薄膜1
2が振動すると、閉じられた空間(図1の内室19)内
では圧力変化が生じ、該圧力変化によって薄膜12の振
動が減衰して音の再現性が低くなる。
2に示す。本実施例は本発明において対向基板13に貫
通孔18を設けた実施例を図2に示す。貫通孔18がな
い場合(図1)、両基板と支持材により薄膜12と電極
17間は閉じられた空間を形成している。従って薄膜1
2が振動すると、閉じられた空間(図1の内室19)内
では圧力変化が生じ、該圧力変化によって薄膜12の振
動が減衰して音の再現性が低くなる。
【0022】対向基板13に貫通孔18を設けると、該
貫通孔18を介して空気が内室の内外に移動でき、よっ
て内室19の圧力変化が防止され、音の再現性が向上す
る。本実施例において貫通孔18の数は特に限定され
ず、必要な数の貫通孔を必要な箇所に形成すれば良い。
貫通孔18を介して空気が内室の内外に移動でき、よっ
て内室19の圧力変化が防止され、音の再現性が向上す
る。本実施例において貫通孔18の数は特に限定され
ず、必要な数の貫通孔を必要な箇所に形成すれば良い。
【0023】また、上記実施例とは逆に、内室19の圧
力変化を利用する特殊な用途のためには、貫通孔18を
設けず、特定のガスを任意の圧力で内室19に封入して
圧力効果を高めることもできる。
力変化を利用する特殊な用途のためには、貫通孔18を
設けず、特定のガスを任意の圧力で内室19に封入して
圧力効果を高めることもできる。
【0024】[実施例3]図3に本発明第3の実施例を
示す。本実施例は対向基板13の薄膜12に対向する領
域に凹部20を形成したものである。
示す。本実施例は対向基板13の薄膜12に対向する領
域に凹部20を形成したものである。
【0025】本発明において、支持体15としては、例
えば液晶表示装置に用いられるシール技術を用いれば均
一なギャップが実現できる。しかしながらこの技術では
ギャップ量が10μm程度と小さいため、本実施例の如
く凹部20を形成することにより薄膜の振動振幅を50
0μm程度まで増大させることができる。更に、当該凹
部20を設けることにより薄膜12の破壊防止にも有利
である。
えば液晶表示装置に用いられるシール技術を用いれば均
一なギャップが実現できる。しかしながらこの技術では
ギャップ量が10μm程度と小さいため、本実施例の如
く凹部20を形成することにより薄膜の振動振幅を50
0μm程度まで増大させることができる。更に、当該凹
部20を設けることにより薄膜12の破壊防止にも有利
である。
【0026】[実施例4]次に本発明の音声入出力装置
の効果を高める上で好適に用いられる構成について説明
する。
の効果を高める上で好適に用いられる構成について説明
する。
【0027】本発明において薄膜の応力は、該薄膜がた
るまないよう108dyne/cm2以上、好ましくは1
08〜1010dyne/cm2のテンシル性であることが
望ましい。薄膜の残留応力は該薄膜を構成する材料の真
正応力、形成温度、熱膨張係数、アニール条件等で変化
するため、これらの条件を変更することにより、好まし
くは108 〜3×109 dyne/cm2 程度の弱テン
シル性に調整することができる。前記応力が1010dy
ne/cm2以上の強テンシル性である場合には、膜の
破壊が生じる場合があり好ましくない。
るまないよう108dyne/cm2以上、好ましくは1
08〜1010dyne/cm2のテンシル性であることが
望ましい。薄膜の残留応力は該薄膜を構成する材料の真
正応力、形成温度、熱膨張係数、アニール条件等で変化
するため、これらの条件を変更することにより、好まし
くは108 〜3×109 dyne/cm2 程度の弱テン
シル性に調整することができる。前記応力が1010dy
ne/cm2以上の強テンシル性である場合には、膜の
破壊が生じる場合があり好ましくない。
【0028】本発明において薄膜の残留応力が109d
yne/cm2 以上と高い場合には、該薄膜の剛性が高
くなり、共鳴周波数が高い方へシフトする。従って低音
処理には不向きとなるが、高音特性には優れた入出力装
置が得られる。
yne/cm2 以上と高い場合には、該薄膜の剛性が高
くなり、共鳴周波数が高い方へシフトする。従って低音
処理には不向きとなるが、高音特性には優れた入出力装
置が得られる。
【0029】また、大きさ、厚さ、材質、残留応力の異
なる複数種の薄膜を用い、複数の入出力装置を同時に搭
載することにより、全周波数の音域に対して忠実な再現
性が得られる。
なる複数種の薄膜を用い、複数の入出力装置を同時に搭
載することにより、全周波数の音域に対して忠実な再現
性が得られる。
【0030】上記のように、薄膜の残留応力を高めた場
合には、薄膜上の電極に働く応力も当然大きくなる。本
発明において電極の材質としては半導体プロセスで広く
使用されているAl、展性に富み蒸着の容易なAu等が
考えられるが、Alの引張強度は余り高くなく、高応力
膜に使用するには適していない。このような高応力膜に
は網目状に形成した電極構造が適しており、例えば図4
に示したハニカム構造の他、三角格子、正方格子等が挙
げられる。網目状の電極構造では薄膜の縦横方向に対し
て電極の形状に余分な曲がりが存在し、その部分が変形
に対する余裕となり、破壊強度が向上する。また、網目
状の電極構造では、上下電極間の容量値を調節できると
いう利点もある。
合には、薄膜上の電極に働く応力も当然大きくなる。本
発明において電極の材質としては半導体プロセスで広く
使用されているAl、展性に富み蒸着の容易なAu等が
考えられるが、Alの引張強度は余り高くなく、高応力
膜に使用するには適していない。このような高応力膜に
は網目状に形成した電極構造が適しており、例えば図4
に示したハニカム構造の他、三角格子、正方格子等が挙
げられる。網目状の電極構造では薄膜の縦横方向に対し
て電極の形状に余分な曲がりが存在し、その部分が変形
に対する余裕となり、破壊強度が向上する。また、網目
状の電極構造では、上下電極間の容量値を調節できると
いう利点もある。
【0031】[実施例5]図5に本発明第5の実施例を
示す。本実施例は、本発明の音声入出力装置を表示装置
の一つである液晶表示装置(LCD)と同時搭載した例
である。
示す。本実施例は、本発明の音声入出力装置を表示装置
の一つである液晶表示装置(LCD)と同時搭載した例
である。
【0032】本実施例においてLCDとしては例えば特
開平5−273591号公報に記載されたLCDが用い
られる。このように、同じ半導体基板11に開口部1
6、16’を形成し、液晶23を封止材27で封止した
液晶表示装置25と本発明の音声入出力装置24及び駆
動回路26を同一基板上に集積することによって容易に
AVシステムが構成できる。
開平5−273591号公報に記載されたLCDが用い
られる。このように、同じ半導体基板11に開口部1
6、16’を形成し、液晶23を封止材27で封止した
液晶表示装置25と本発明の音声入出力装置24及び駆
動回路26を同一基板上に集積することによって容易に
AVシステムが構成できる。
【0033】本実施例によれば、従来数cmの大きさで
あったAVシステムが数mmの大きさのシングルチップ
に形成可能であり、しかもその消費電力を格段に小さく
することができる。
あったAVシステムが数mmの大きさのシングルチップ
に形成可能であり、しかもその消費電力を格段に小さく
することができる。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、従来にない小型で低消
費電力の音声入出力装置が安価に提供でき、更に本発明
と他の表示装置を組み合わせることにより、小型のAV
システムが実現する。
費電力の音声入出力装置が安価に提供でき、更に本発明
と他の表示装置を組み合わせることにより、小型のAV
システムが実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1の実施例の断面図である。
【図2】本発明第2の実施例の断面図である。
【図3】本発明第3の実施例の断面図である。
【図4】本発明第4の実施例に係る電極構造を示す図で
ある。
ある。
【図5】本発明第5の実施例の断面図である。
11 基板 12 12’ 薄膜 13 対向基板 14、14’ 電極 15 支持材 16、16’ 開口部 17 電極 18 貫通孔 19 内室 20 凹部 23 液晶 24 音声入出力装置 25 LCD 26 駆動回路 27 封止材
Claims (10)
- 【請求項1】 半導体基板上の少なくとも一部の開口部
に形成された振動可能な薄膜の外側に一方の電極を形成
し、上記半導体基板とは支持体を介して対向配置するも
う一方の基板の内側表面に他方の電極を形成したことを
特徴とする音声入出力装置。 - 【請求項2】 半導体基板上に前記薄膜からの信号を処
理する回路、及び/又は前記薄膜を駆動する回路を有す
ることを特徴とする請求項1記載の音声入出力装置。 - 【請求項3】 半導体基板上に表示装置を搭載したこと
を特徴とする請求項1又は2記載の音声入出力装置。 - 【請求項4】 薄膜が半導体基板表面を変質、或いは半
導体基板表面に堆積してなることを特徴とする請求項1
〜3のいずれかに記載の音声入出力装置。 - 【請求項5】 薄膜のテンシル性の残留応力値が108
〜1010dyne/cm2 に調整されていることを特徴
とする請求項1〜4のいずれかに記載の音声入出力装
置。 - 【請求項6】 電極が網目状に形成されていることを特
徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の音声入出力装
置。 - 【請求項7】 支持体が液晶表示装置に用いられる液晶
セルの封止材からなることを特徴とする請求項1〜6の
いずれかに記載の音声入出力装置。 - 【請求項8】 対向基板に少なくとも1つの貫通孔を有
することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の
音声入出力装置。 - 【請求項9】 対向基板と半導体基板上の薄膜との距離
が大きくなるように対向基板の内側に凹部を形成したこ
とを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の音声入
出力装置。 - 【請求項10】 残留応力値の異なる複数の薄膜を用い
たことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の音
声入出力装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34550493A JPH07184297A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 音声入出力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34550493A JPH07184297A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 音声入出力装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07184297A true JPH07184297A (ja) | 1995-07-21 |
Family
ID=18377030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34550493A Withdrawn JPH07184297A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 音声入出力装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07184297A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7134343B2 (en) | 2003-07-25 | 2006-11-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Opto-acoustoelectric device and methods for analyzing mechanical vibration and sound |
JP2007304324A (ja) * | 2006-05-11 | 2007-11-22 | Konica Minolta Holdings Inc | ディスプレイパネル |
US7522159B2 (en) | 2002-11-08 | 2009-04-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display appliance |
KR100924674B1 (ko) * | 2007-09-18 | 2009-11-03 | (주) 알에프세미 | 커패시터형 실리콘 멤스 마이크로폰 |
JP2010136406A (ja) * | 2010-01-06 | 2010-06-17 | Panasonic Corp | マイクロホン装置 |
WO2015075432A1 (en) * | 2013-11-19 | 2015-05-28 | Mellow Acoustics Limited | Loudspeakers and loudspeaker drive circuits |
-
1993
- 1993-12-22 JP JP34550493A patent/JPH07184297A/ja not_active Withdrawn
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