KR101058475B1 - Mems microphone based on graphene membrane and fabrication method therefor - Google Patents

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한국기계연구원
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    • H04R19/00—Electrostatic transducers
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Abstract

PURPOSE: An MEMS(Microelectromechanical system) microphone using a graphene membrane and a manufacturing method thereof are provided to simplify an overall structure by removing a structure which stores a separate back-plate electrode and electric charge. CONSTITUTION: A microphone of a graphene base comprises the graphene membrane part(40), a back-plate electrode part(51), a back-plate part, an air hole(43), a clamping part(45) and an oxide film sacrificial layer(46). The back-plate part forms the graphene membrane part and an air gap. The backplate part comprises a wafer(42) and a poly-silicon layer(44) arranged on the wafer. The air hole is formed in order to distribute air. A geometric structure between the back-plate part and the graphene membrane part are changed by a vibration.

Description

그라핀 맴브레인을 이용한 ＭＥＭＳ 마이크로폰과 그 제조방법{MEMS MICROPHONE BASED ON GRAPHENE MEMBRANE AND FABRICATION METHOD THEREFOR}MEMS microphone using graphene membrane and its manufacturing method {MEMS MICROPHONE BASED ON GRAPHENE MEMBRANE AND FABRICATION METHOD THEREFOR}

본 발명은 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰과 그 제조방법에 관한 것으로, 고민감도 및 적은 전압에서 작동할 수 있고, 주파수 영역이 넓어 가청주파수는 물론 그 이하 및/또는 이상의 주파수 영역에서 음파를 측정할 수 있으며, 구조가 간단하고 대량 생산이 가능한 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰과 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a MEMS microphone using a graphene membrane and a method for manufacturing the same, which can operate at high sensitivity and low voltage, and have a wide frequency domain to measure sound waves in the audible frequency as well as below and / or above. The present invention relates to a MEMS microphone using a graphene membrane having a simple structure and capable of mass production, and a method of manufacturing the same.

마이크로폰은 음파를 전기적인 신호로 변환시켜주는 장치로서 예를 들면 도 1과 같은 구성을 가진다. 도 1은 종래의 마이크로폰의 원리를 설명하기 위한 도면이며, 도 1을 참조하면, 종래 마이크로폰은 음파에 의해 진동하는 맴브레인, 에어가 유통할 수 있는 에어 홀이 형성된 백 플레이트, 및 이들 구성요소들이 패키징되는 챔버로 이루어진다.The microphone is a device for converting sound waves into an electrical signal, for example, having a configuration as shown in FIG. 1. 1 is a view for explaining the principle of a conventional microphone, referring to Figure 1, a conventional microphone is a membrane vibrating by sound waves, a back plate formed with an air hole through which air can flow, and packaging these components Consisting of a chamber.

이러한 마이크로폰은 맴브레인의 진동이 있는 경우 맴브레인과 백 플레이트 간의 정전용량을 변화시키고, 그러한 정전용량의 변화에 의해 발생되는 전하의 유입 또는 유출을 전기적인 신호로 변환하는 구조를 가진다. 마이크로폰은 통상 맴브레인의 형태, 맴브레인과 백 플레이트간의 거리, 백 플레이트의 크기와 백 플레이트에 위치한 에어 홀의 모양 등에 의해 그 특성이 결정될 수 있다.Such a microphone has a structure that changes the capacitance between the membrane and the back plate when there is vibration of the membrane, and converts the inflow or outflow of electric charges generated by the change of the capacitance into an electrical signal. The microphone is typically characterized by the shape of the membrane, the distance between the membrane and the back plate, the size of the back plate and the shape of the air hole located in the back plate.

한편, 실리콘으로 제조된 마이크로폰은 기존 ECM 마이크로폰과 달리 표면 실장 방식의 리플로우 솔더링 공정 온도에 견딜 수 있고 솔더링 후에도 성능의 변화가 거의 없다는 장점이 있다. 하지만, 이러한 실리콘 마이크로폰에서 전하량의 변화가 미세하여 기생 노이즈 보다도 작으며 이로 인하여 전체적인 음향신호의 감도가 좋지 않은 문제가 있다.On the other hand, the microphone made of silicon has the advantage that it can withstand the surface-mount reflow soldering process temperature and unlike the existing ECM microphone, there is little change in performance even after soldering. However, such a change in the amount of charge in the silicon microphone is smaller than the parasitic noise, which causes a problem that the overall sensitivity of the acoustic signal is not good.

본 발명은 고민감도 및 적은 전압에서 작동할 수 있고, 주파수 영역이 넓어 가청주파수 및 그 이하 및 이상의 주파수 영역에서 음파를 측정할 수 있으며, 구조가 간단하고 대량 생산이 가능한 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is capable of operating at high sensitivity and low voltage, and has a wide frequency range, so that sound waves can be measured at an audible frequency and below and above, and have a simple structure and a mass production MEMS microphone using a graphene membrane. The purpose is to provide.

또한, 본 발명은 고민감도 및 적은 전압에서 작동할 수 있고, 주파수 영역이 넓어 가청주파수 및 그 이하 및 이상의 주파수 영역에서 음파를 측정할 수 있으며, 구조가 간단하고 대량 생산이 가능한 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰을 제조하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention can operate at high sensitivity and low voltage, wide frequency range can measure sound waves in the audible frequency and below and above frequency range, using a graphene membrane that is simple structure and mass production Another object is to provide a method of manufacturing a MEMS microphone.

상기 목적은, 그라핀 맴브레인부; 및 상기 그라핀 맴브레인부에 대향하여 이격 배치되어, 상기 그라핀 맴브레인부와 에어 갭을 형성하는 백 플레이트부;를 포함하는 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰에 의해 달성될 수 있다.The above object, the graphene membrane portion; And a back plate part spaced apart from the graphene membrane part to form an air gap with the graphene membrane part, and may be achieved by a MEMS microphone using a graphene membrane.

본 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰은, 상기 그라핀 맴브레인부와 전기적으로 연결된 맴브레인 전극부; 및 상기 백 플레이트와 전기적으로 연결된 백 플레이트 전극부;를 더 포함하며, 음파에 의해 상기 그라핀 맴브레인부가 진동하고, 상기 그라핀 맴브레인부의 진동에 의해서 상기 백 플레이트부와 상기 그라핀 맴브레인부 사이의 정전용량이 변화될 수 있다.MEMS microphone using the graphene membrane, the membrane electrode portion electrically connected to the graphene membrane portion; And a back plate electrode part electrically connected to the back plate, wherein the graphene membrane part vibrates by sound waves, and the electrostatic force between the back plate part and the graphene membrane part is caused by vibration of the graphene membrane part. Dosage may vary.

또한, 상기 백 플레이트부에는 에어가 유통할 수 있는 적어도 하나의 에어 홀이 형성될 수 있다.In addition, the back plate portion may be formed with at least one air hole through which air can flow.

한편, 상기 백 플레이트부는 메탈 또는 도핑된 폴리 실리콘 층을 포함할 수 있다. Meanwhile, the back plate portion may include a metal or a doped polysilicon layer.

한편, 상기 목적은, 맴브레인부를 제조하는 공정; 백 플레이트부를 제조하는 공정; 및 상기 맴브레인부와 상기 백 플레이트부를 본딩하는 공정;을 포함하며, 상기 맴브레인부를 제조하는 공정은, 웨이퍼의 적어도 일면에 실리콘 산화물층을 형성시키는 단계; 상기 웨이퍼의 어느 일면에 형성된 실리콘층 위에 그라핀 맴브레인층을 형성시키는 단계; 및 상기 그라핀 맴브레인층의 하부의 실리콘 산화물층과 웨이퍼 부분을 식각시키는 단계;를 포함하는 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰 제조 방법에 의해 달성될 수 있다.On the other hand, the object is a step of manufacturing a membrane portion; Manufacturing a back plate portion; And bonding the membrane portion and the back plate portion, wherein the manufacturing of the membrane portion includes: forming a silicon oxide layer on at least one surface of a wafer; Forming a graphene membrane layer on a silicon layer formed on one surface of the wafer; And etching the silicon oxide layer and the wafer portion under the graphene membrane layer. The method may be achieved by a method of manufacturing a MEMS microphone using a graphene membrane.

상기 맴브레인부를 제조하는 공정은, 상기 실리콘 산화물층 위에 형성된 그라핀 맴브레인을 상기 실리콘 산화물층에 클램핑하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The process of manufacturing the membrane portion may further include clamping the graphene membrane formed on the silicon oxide layer to the silicon oxide layer.

또한, 상기 백 플레이트부를 제조하는 공정은, 웨이퍼의 양면에 질화물층을 형성시키는 단계; 상기 웨이퍼의 일면에 형성된 질화물층과 이 질화물층과 인접한 웨이퍼의 일부를 식각시키는 단계; 상기 웨이퍼의 타면에 형성된 질화물층과 이 질화물층과 인접한 웨이퍼의 일부를 식각시키는 단계; 및 상기 식각시키는 단계들을 수행하고 난 후에 남은 웨이퍼 부분의 일면에 백 플레이트 전극층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the process of manufacturing the back plate portion, forming a nitride layer on both sides of the wafer; Etching the nitride layer formed on one surface of the wafer and a portion of the wafer adjacent to the nitride layer; Etching the nitride layer formed on the other surface of the wafer and a portion of the wafer adjacent to the nitride layer; And forming a back plate electrode layer on one surface of the remaining wafer portion after performing the etching steps.

본 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰 제조 방법은, 상기 백 플레이트 전극이 형성된 웨이퍼 부분에 에어가 유통할 수 있는 에어 홀을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing a MEMS microphone using the graphene membrane may further include forming an air hole through which air may flow in a portion of the wafer on which the back plate electrode is formed.

한편, 상기 목적은, 웨이퍼의 일면에 폴리 실리콘층을 형성시키는 단계; 상기 폴리 실리콘층 위에 희생층을 형성시키는 단계; 상기 희생층 위에 그라핀 멤 브레인층을 형성시키는 단계; 상기 희생층의 하부에 있는 폴리 실리콘층과 웨이퍼 부분을 식각시켜서 에어가 유통할 수 있는 에어 홀을 형성시키는 단계; 및 상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰 제조 방법에 의해 달성될 수 있다.On the other hand, the object, forming a polysilicon layer on one surface of the wafer; Forming a sacrificial layer on the polysilicon layer; Forming a graphene membrane layer on the sacrificial layer; Etching the portion of the polysilicon layer and the wafer under the sacrificial layer to form an air hole through which air can flow; And removing the sacrificial layer, which may be achieved by a method of manufacturing a MEMS microphone using a graphene membrane.

상기 폴리 실리콘층은 전기적 특성을 가지도록 도핑된 것일 수 있다.The polysilicon layer may be doped to have electrical properties.

본 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰 제조 방법은, 상기 희생층과 상기 그라핀 멤 브레인층을 상기 폴리 실리콘층에 클램핑하는 단계;를 더 포함하며, 상기 클램핑 단계는 상기 에어 홀을 형성시키는 단계의 이전에 수행될 수 있다.The method of manufacturing a MEMS microphone using the graphene membrane further includes clamping the sacrificial layer and the graphene membrane layer to the polysilicon layer, wherein the clamping step is performed before the forming of the air hole. Can be performed.

본 발명에 따르면, 고민감도 및 적은 전압에서 작동할 수 있고, 주파수 영역이 넓어 가청주파수 및 그 이하 및 이상의 주파수 영역에서 음파를 측정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에서의 그라핀 맴브레인은 진동막으로서 동작함과 동시에 전극으로서의 특징을 가지므로 별도로 백 플레이트 전극과 전하를 축전할 구조체가 필요 없으므로 구조가 간단하며 따라서 대량으로 생산할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, it is possible to operate at high sensitivity and low voltage, and the frequency range is wide, so that the sound wave can be measured at the audible frequency and below and above the frequency range. In addition, since the graphene membrane in the present invention operates as a vibrating membrane and at the same time has a feature as an electrode, there is no need for a back plate electrode and a structure for accumulating charges, so the structure is simple and thus there is an advantage in that it can be produced in large quantities.

도 1은 종래의 마이크로폰의 원리를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰의 제조 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰의 제조 방법을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the principle of a conventional microphone,
2 is a view for explaining a graphene-based microphone according to an embodiment of the present invention,
3 is a view for explaining a method for manufacturing a graphene-based microphone according to an embodiment of the present invention,
4 is a view for explaining a graphene-based microphone according to another embodiment of the present invention,
5 is a view for explaining a method for manufacturing a graphene-based microphone according to another embodiment of the present invention,
6 is a view for explaining a graphene-based microphone according to an embodiment of the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Objects, other objects, features and advantages of the present invention will be readily understood through the following preferred embodiments associated with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Also in the figures, the thickness of the components is exaggerated for an effective description of the technical content.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다. Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and / or plan views, which are ideal exemplary views of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Therefore, the shape of the exemplary diagram may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include changes in the shapes that are produced according to the manufacturing process. For example, the etched regions shown at right angles may be rounded or have a predetermined curvature. Thus, the regions illustrated in the figures have attributes, and the shapes of the regions illustrated in the figures are intended to illustrate specific forms of regions of the elements and are not intended to limit the scope of the invention. Although the terms first, second, etc. have been used in various embodiments of the present disclosure to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the words 'comprises' and / or 'comprising' do not exclude the presence or addition of one or more other components.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the specific embodiments below, various specific details are set forth in order to explain the invention more specifically and to help understand. However, one of ordinary skill in the art can understand that the present invention can be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that parts of the invention which are commonly known in the description of the invention and which are not highly related to the invention are not described in order to prevent confusion in explaining the invention without cause.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰(이하, "그라핀 기반의 마이크로폰"이라고 함)을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a MEMS microphone (hereinafter, referred to as "graphene-based microphone") using a graphene membrane according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰은, 그라핀 맴브레인부(10), 그라핀 맴브레인부(10)에 대향하여 이격 배치되어, 그라핀 맴브레인부(10)와 에어 갭(11)을 형성하는 백 플레이트부(12, 14)를 포함한다. 2, the graphene-based microphone according to an embodiment of the present invention, the graphene membrane portion 10, the graphene membrane portion 10 is spaced apart from the opposite, the graphene membrane portion 10 And back plate portions 12 and 14 forming an air gap 11.

여기서, 본원 발명에서 사용되는 그라핀은 벌집 모양의 육방 격자 내에 배열된 탄소 원자의 단일 단원자 두께 시트(one-atom thick sheet)(즉, 단층)이다. 또한, 그라핀은 다른 모든 차원의 그래파이트형(graphite-like) 탄소 재료에 있어서 기본이 된다("Eelecrons in Atomically thin carbon sheet behave like Massless Particles, Physics Today p 21).Here, the graphene used in the present invention is a one-atom thick sheet (ie, monolayer) of carbon atoms arranged in a honeycomb hexagonal lattice. Graphene is also the basis for all other dimensions of graphite-like carbon materials ("Eelecrons in Atomically thin carbon sheet behave like Massless Particles, Physics Today p 21).

이러한 그라핀은 본원 발명의 목적을 달성하기 위해서 필요한 중요한 특성을 여러가지 가지는데, 예를 들면, 그 전기 전도 및 원자가 전자대가 브릴루앙 영역(Brillouin zone) 내에서의 개별적인 항목들을 만족시킨다는 점에서 반금속이라는 특성이 있고, 또한 108[A/㎠] 의 매우 큰 전류 밀도를 전달할 수 있으며 이는 구리보다 거의 2배 이상의 값이다. 따라서, 본원 발명에서 바이어스 전압을 인가하여 백 플레이트부와 그라핀 맴브레인간에 전하를 충전하기가 용이하고, 또한 그라핀 맴브레인의 진동에 의해서 백 플레이트부와 그라핀 맴브레인간의 캐패시턴스가 변호될 때 전하의 유입과 유출이 용이하게 되어 민감도가 증가되는 효과가 있다. Such graphene has a number of important properties necessary to achieve the object of the present invention, for example semi-metals in that their electrical conduction and valence bands satisfy individual items within the Brillouin zone. It can also deliver a very large current density of 10 8 [A / cm 2], which is almost twice the value of copper. Therefore, in the present invention, it is easy to charge the charge between the back plate portion and the graphene membrane by applying a bias voltage, and the inflow of charge when the capacitance between the back plate portion and the graphene membrane is changed by the vibration of the graphene membrane. Easily spilled and has the effect of increasing the sensitivity.

또한, 그라핀은 대기 상태에서 안정적이고 화학적으로 불활성이며 결정질인 특성을 가지며, 공기 중에서 음파의 압력에 민감하게 진동하는 특성을 가진다. 나아가서, 그라핀은 공진 주파수가 매우 큰 값을 가지고 있어서, 가청 주파수 대역보다 훨씬 넓은 음파의 영역을 측정할 수 있게 된다. 이처럼 본원 발명에 따른 마이크로폰은 다아나믹 레인지가 넓게 된다.In addition, graphene has a stable, chemically inert and crystalline characteristics in the air state, and has a characteristic of vibrating sensitively to the pressure of sound waves in the air. Furthermore, graphene has a very high resonant frequency, so that it is possible to measure an area of sound waves much wider than the audible frequency band. As such, the microphone according to the present invention has a wide dynamic range.

본원 발명에 따른 그라핀은 금속 특성을 가지면서 동시에 음파에 반응하여 진동하는 정도가 민감한 것이 바람직하다.Graphene according to the present invention preferably has a metal characteristic and at the same time sensitive to the degree of vibration in response to sound waves.

본 발명의 일 실시예에 따른 백 플레이트부는 웨이퍼(12) 및 웨이퍼(12) 위에 증착된 메탈부(14)를 포함하며, 이들 구성요소에는 에어가 유통될 수 있는 에어 홀(13)이 형성될 수 있다. 이하, 도 2의 실시예에서 "백 플레이트부"는 적어도 웨이퍼(12)와 메탈부(14)를 포함하는 구성을 의미하는 것으로 사용하기로 한다. "백 플레이트부"의 도면 부호는 12 및/또는 14를 사용하기로 하되 특별히 구별할 필요가 없는 경우에는 "14"로 언급하기로 한다.According to an embodiment of the present invention, the back plate part includes a wafer 12 and a metal part 14 deposited on the wafer 12, and these components may be formed with an air hole 13 through which air can be distributed. Can be. Hereinafter, in the embodiment of FIG. 2, the "back plate portion" refers to a configuration including at least the wafer 12 and the metal portion 14. Reference numerals of the "back plate part" will be used as 12 and / or 14, but will be referred to as "14" if not particularly distinguished.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 맴브레인부(10)는 상술한 바와 같이 음파의 압력에 의해서 진동되는 특성과 전도성 물질의 특성을 모두 가진다. 예를 들어, 그라핀 맴브레인부(10)는 공기 중에서 음파의 압력에 민감도가 높게 진동하는 특성을 가지고 있다. 또한, 그라핀 맴브레인부(10)는 전도성을 가지고 있어서 그라핀 맴브레인부(10)로 전하가 유입되거나 전하가 유출될 수 있다.The graphene membrane portion 10 according to the embodiment of the present invention has both the characteristics of vibrating by the pressure of sound waves and the characteristics of the conductive material as described above. For example, the graphene membrane portion 10 has a characteristic of vibrating highly sensitive to the pressure of sound waves in the air. In addition, since the graphene membrane portion 10 has conductivity, charge may flow into or flow out of the graphene membrane portion 10.

본 발명의 일 실시예에 따르면 그라핀 맴브레인부(10)와 백 플레이트부(14) 사이에는 비전도성 물질인 에어 갭(11)이 형성되어 있으므로, 이들 그라핀 맴브레인부(10)와 백 플레이트부(14)간에는 전하를 축전할 수 있는 소정의 정전용량(CO)을 가지며, 만약 그라핀 맴브레인부(10)와 백 플레이트부(14)간에 바이어스 전압을 인가하면, Q=COV[C] 만큼의 전하량이 축전될 것이다.According to the exemplary embodiment of the present invention, since the air gap 11, which is a non-conductive material, is formed between the graphene membrane portion 10 and the back plate portion 14, the graphene membrane portion 10 and the back plate portion are formed. (14) has a predetermined capacitance (C O ) capable of storing charge, and if a bias voltage is applied between the graphene membrane portion (10) and the back plate portion (14), Q = COV [C] The amount of charge will accumulate.

본 발명의 일 실시예에 따르면 외부로부터 음파가 진입하면, 그라핀 맴브레인부(10)는 음파의 압력에 의해서 민감하게 진동하며, 그러한 진동은 그라핀 맴브레인부(10)와 백 플레이트(14)간의 기하학적 구조를 변화시키므로 정전용량(CO)을 변화시키고, 이에 따라서 그라핀 맴브레인부(10)와 백 플레이트부(14)에 축전된 전하들의 유입 또는 유출이 있게 된다. 전하의 유입과 유출에 따라서 그라핀 맴브레인부(10)와 백 플레이트부(14)에 걸리는 전압이 변동되므로, 이러한 전압 변동을 증폭함으로써 음파를 전기적인 신호로 변환할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the sound wave enters from the outside, the graphene membrane portion 10 vibrates sensitively by the pressure of the sound wave, and such vibration is between the graphene membrane portion 10 and the back plate 14. By changing the geometry, the capacitance C O is changed, and accordingly, there is an inflow or an outflow of charges stored in the graphene membrane portion 10 and the back plate portion 14. Since the voltages applied to the graphene membrane portion 10 and the back plate portion 14 vary according to the inflow and outflow of electric charges, the sound waves can be converted into an electrical signal by amplifying the voltage variation.

일반적으로, 정전용량은 아래 수식처럼 에어 갭(11)의 유전율과 기하학적 구조에 의해서 결정된다.
In general, the capacitance is determined by the dielectric constant and geometry of the air gap 11 as shown below.

정전용량(C) =ε(A/L)[F]Capacitance (C) = ε (A / L) [F]

(ε : 유전율, A: 면적, L: 거리)
(ε: permittivity, A: area, L: distance)

본 실시예에서 유전율 ε 은 자유 공간의 유전율이고, 면적 A는 그라핀 맴브레인부(10)의 면적이며, 거리 L은 그라핀 맴브레인부(10)와 백 플레이트부(14)간의 거리이다. 여기서, 그라핀 맴브레인부(10)가 진동하게 되면 적어도 거리(L)가 변동되고, 또한 그라핀 맴브레인부(10)가 휘어지게 되므로 그라핀 맴브레인부(10)와 백 플레이트부(14)가 서로 대향하는 유효 면적(A)에 변화가 생기므로, 정전용량의 변화가 발생하게 된다.In this embodiment, the dielectric constant ε is the permittivity of the free space, the area A is the area of the graphene membrane portion 10, and the distance L is the distance between the graphene membrane portion 10 and the back plate portion 14. Herein, when the graphene membrane portion 10 vibrates, at least the distance L is changed, and the graphene membrane portion 10 is bent, so that the graphene membrane portion 10 and the back plate portion 14 are different from each other. Since a change occurs in the opposite effective area A, a change in capacitance occurs.

한편, 마이크로폰의 성능은 맴브레인부(10)와 백 플레이트부(14)간의 정전용량이 클수록 양호해 지는 특성이 있다. 이런 측면에서 볼 때, 본원 발명에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰은 맴브레인부(10) 측에 별도의 전극이 필요 없으므로(종래의 마이크로폰은 진동막(맴브레인)과 전극층을 모두 구비하고 있음) 상기 수식 1에서 거리 L을 줄일 수 있다. 이러한 특징은, 맴브레인부(10)와 백 플레이트부(14)간의 정전용량을 향상시키는 데 이바지할 수 있다.On the other hand, the performance of the microphone has a characteristic that the greater the capacitance between the membrane portion 10 and the back plate portion 14 is better. In view of this aspect, the graphene-based microphone according to the present invention does not require a separate electrode on the membrane portion 10 side (the conventional microphone has both a vibration membrane (membrane) and the electrode layer) Equation 1 The distance L can be reduced. This feature can contribute to improving the capacitance between the membrane portion 10 and the back plate portion 14.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰은 그라핀 맴브레인부(10)와 전기적으로 연결된 맴브레인 전극부(17)와, 그리고 백 플레이트부(14)와 전기적으로 연결된 백 플레이트 전극부(21)를 더 포함할 수 있다. 이들 전극부들(17, 21)을 통해서 전하가 유입되거나 유출되며, 전하의 유입 또는 유출에 의해 그라핀 맴브레인부(10)와 백 플레이트부(14)간에 걸린 전압이 변화된다.The graphene-based microphone according to an embodiment of the present invention includes a membrane electrode part 17 electrically connected to the graphene membrane part 10, and a back plate electrode part 21 electrically connected to the back plate part 14. ) May be further included. Charges flow in or out through these electrode portions 17 and 21, and a voltage applied between the graphene membrane portion 10 and the back plate portion 14 is changed by the inflow or outflow of the charges.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 백 플레이트부(12, 14)에는 에어가 유통할 수 있는 적어도 하나의 에어 홀(13)이 형성될 수 있다.Meanwhile, at least one air hole 13 through which air can flow may be formed in the back plate parts 12 and 14 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰은 클램핑부(15)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 클램핑부(clamping)(15)는 본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 맴브레인부(10)를 절연층(예를 들면, 실리콘 산화층)에 고정시키는 기능을 한다.The graphene-based microphone according to an embodiment of the present invention may further include a clamping unit 15. Here, the clamping part 15 serves to fix the graphene membrane part 10 according to an embodiment of the present invention to an insulating layer (for example, a silicon oxide layer).

도 3은 도 2의 그라핀 기반의 마이크로폰의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 3 is a diagram for describing a method of manufacturing the graphene-based microphone of FIG. 2.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰의 제조 방법은, 맴브레인부와 백 플레이트부를 각각 제조하고, 이들 맴브레인부와 백 플레이트부를 서로 본딩하는 과정을 포함한다.Referring to FIG. 3, a method of manufacturing a graphene-based microphone according to an embodiment of the present invention includes manufacturing a membrane portion and a back plate portion, and bonding the membrane portion and the back plate portion to each other.

본 발명의 일 실시예에 따른 맴브레인부를 제조하는 공정은, (a) 웨이퍼의 적어도 일면에 실리콘 산화물층(예를 들면, SiO2)을 형성시키고, (b) 웨이퍼의 어느 일면에 형성된 실리콘층 위에 그라핀 맴브레인층을 형성시키고, (c) 실리콘 산화물층 위에 형성된 그라핀 맴브레인을 실리콘 산화물층에 클램핑하고, (d) 그라핀 맴브레인층의 하부의 실리콘 산화물층과 웨이퍼 부분을 이방성 수직 식각하고(예를 들면, 보쉬 프로세스(Bosch Process)와 같은 DRIE(Deep reactive-ion etching) 공정에 의해서 가능), (e) 칩본딩 및 전기적 연결을 위한 맴브레인 전극 패드(예를 들면, Au/Ni/Cr)을 실리콘 산화물층에 증착시키는 과정을 포함할 수 있다.In the process of manufacturing the membrane portion according to an embodiment of the present invention, (a) forming a silicon oxide layer (for example, SiO 2 ) on at least one side of the wafer, (b) on the silicon layer formed on any one side of the wafer Forming a graphene membrane layer, (c) clamping the graphene membrane formed on the silicon oxide layer to the silicon oxide layer, (d) anisotropic vertical etching of the silicon oxide layer and wafer portion underneath the graphene membrane layer (e.g., For example, by a deep reactive-ion etching (DRIE) process such as the Bosch Process, (e) membrane electrode pads (e.g. Au / Ni / Cr) for chip bonding and electrical connection. And depositing the silicon oxide layer.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 백 플레이트부를 제조하는 공정은, (a') 웨이퍼의 양면에 실리콘 산화물층을 형성시키고, (b') 웨이퍼의 일면에 형성된 실리콘 산화물층과 이 실리콘 산화물층과 인접한 웨이퍼의 일부를 식각하고(예를 들면, 실리콘층과 상기 실리콘 산화물층을 이방성 식각으로 수행할 수 있다), (c') 웨이퍼의 타면에 형성된 실리콘 산화물층과 이 실리콘 산화물층과 인접한 웨이퍼의 일부를 식각하고, 그리고 (d') 상술한 식각 단계들을 수행하고 난 후에 남은 웨이퍼 부분의 일면에 백 플레이트 전극층(예를 들면, Au/Ni/Cr)을 형성하고, (e') 슬롯과 에어홀을 DRIE(Deep reactive-ion etching) 공정에 의해서 형성하는 과정들을 포함할 수 있다.On the other hand, the process of manufacturing the back plate according to an embodiment of the present invention, (a ') to form a silicon oxide layer on both sides of the wafer, (b') the silicon oxide layer formed on one surface of the wafer and this silicon oxide layer (E.g., the silicon layer and the silicon oxide layer may be performed by anisotropic etching), and (c ') the silicon oxide layer formed on the other side of the wafer and the wafer adjacent to the silicon oxide layer. And (d ') forming a back plate electrode layer (e.g., Au / Ni / Cr) on one surface of the remaining portion of the wafer after performing the above etching steps, and (e') slot and The air hole may include processes of forming a deep reactive-ion etching (DRIE) process.

또한, 백 플레이트 전극층을 형성할 때, 백 플레이트부와 맴브레인부를 본딩하기 위해서 솔더(Solder) 메탈을 증착할 수 있다. 여기서, 솔더 메탈로는 예를 들면 Au 또는 Sn 등을 사용할 수 있다.
In addition, when forming the back plate electrode layer, a solder metal may be deposited to bond the back plate portion and the membrane portion. Here, for example, Au or Sn may be used as the solder metal.

이하에서는 도 3의 공정에 따라서 마이크로폰을 제조하는 예를 상세히 설명한다. Hereinafter, an example of manufacturing a microphone according to the process of FIG. 3 will be described in detail.

맴브레인부의Membrane part 제조 예 Manufacture example

본 발명의 일 실시예에 따르면 맴브레인부는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the membrane portion may be manufactured by the following method.

우선 4인치 양면 연마된 실리콘 웨이퍼를 기본으로 사용하고, 건식 에칭에서의 마스킹 물질로 사용될 산화막(SiO2)을 LPCVD(Low pressure chemical vapor deposition)법을 이용하여 약 500 nm 두께로 증착하고, 맴브레인을 형성하기 위해 후면을 포토리소그래피를 통해 패터닝 후, Bosch법을 이용한 DRIE(Deep reactive-ion etching) 이방성 건식 식각하고 원하는 직경의 맴브레인을 제조한다. 또한, 전면부에 다시 포토리소그래피 한 후, 전자선 진공증착법 등을 이용하여 Cr/Ni/Au를 증착시키고 lift-off 하여 맴브레인 전극을 형성시킬 수 있다.First, a 4-inch double-side polished silicon wafer is used as a base, and an oxide film (SiO 2 ) to be used as a masking material in dry etching is deposited to a thickness of about 500 nm by using LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition). After the back side is patterned through photolithography to form, deep reactive-ion etching (DRIE) anisotropic dry etching using the Bosch method to prepare a membrane of the desired diameter. Further, after photolithography on the front surface, Cr / Ni / Au may be deposited and lifted off using an electron beam vacuum deposition method to form a membrane electrode.

백 back 플레이트부의Plate part 제조 예 Manufacture example

본 발명의 일 실시예에 따르면 백 플레이트부는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the back plate portion may be manufactured by the following method.

4인치 양면 연마 실리콘 웨이퍼 사용하며, 먼저 습식 식각 마스킹 물질로서 질화물층(SiNx)을 LPCVD 증착시킨다. 여기에 후면부를 상기 언급한 방법과 동일하게 포토리소그래피 및 마스킹 질화물 층을 패터닝 한 후, 식각시켜 실질적인 후면부의 두께는 에어홀을 통해서 공기 흐름이 원활하도록 조절한다. A 4 inch double-sided polished silicon wafer is used, and first, a nitride layer (SiNx) is deposited by LPCVD as a wet etch masking material. Here, after patterning the photolithography and masking nitride layer in the same manner as described above, the thickness of the rear surface is etched to adjust the airflow through the air holes.

또한 전면부에 에어 갭도 습식 식각법을 통해 구성하고, 이후 절연을 목적으로 열산화막을 형성시키고, 후면전극(Cr/Ni/Au)을 포토리소그래피 및 전자선증착법을 통해 형성시킬 수 있다. 또한, 맴브레인/백 플레이트 칩간의 밀봉과 백 플레이트 전극의 접속을 위하여 Au/Sn 공융 솔더 금속을 소정의 두께로 전자선 증착 및 lift-off 형성시킨다. 이후, 에어슬롯과 에어홀을 DRIE법으로 관통 식각시킨다.
In addition, the air gap may also be formed by a wet etching method on the front surface, a thermal oxide film may be formed thereafter for insulation, and a rear electrode (Cr / Ni / Au) may be formed through photolithography and electron beam deposition. In addition, Au / Sn eutectic solder metal is formed to a predetermined thickness by electron beam deposition and lift-off for sealing between the membrane / back plate chips and connecting the back plate electrodes. Thereafter, the air slot and the air hole are etched through the DRIE method.

맴브레인부와Membrane and 백  back 플레이트부의Plate part 본딩Bonding

- 상기 제작된 맴브레인부와 백 플레이트부는 접합 정렬기를 이용하여 공융 접합시키며, 이때, Cr/Ni/Au 전극부는 UBM(Under Bumper Metal)으로서의 역할을 수행할 수 있다. The fabricated membrane portion and the back plate portion are eutectic bonded using a junction aligner, wherein the Cr / Ni / Au electrode portion may serve as an UBM (Under Bumper Metal).

이상의 제조 예에서 사용하는 수치, 모양, 재질, 및 식각 방법등은 예시적인 것이므로 본원 발명의 정신을 벗어나지 않는 한도에서 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
Numerical values, shapes, materials, and etching methods used in the above production examples are exemplary and may be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a graphene-based microphone according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면 본 그라핀 기반의 마이크로폰은 그라핀 맴브레인부(40), 백 플레이트 전극부(51), 백 플레이트부(42, 44), 에어홀(43), 클램핑부(45), 산화막 희생층(46)을 포함한다.Referring to FIG. 4, the graphene-based microphone includes a graphene membrane part 40, a back plate electrode part 51, a back plate part 42 and 44, an air hole 43, a clamping part 45, and an oxide film. And a sacrificial layer 46.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 백 플레이트부(42, 44)는 그라핀 맴브레인부(40)에 대향하여 이격 배치되어, 그라핀 맴브레인부(40)와 에어 갭(41)을 형성한다. 또한, 그라핀 맴브레인부(40)도 음파의 압력에 의해서 진동되는 특성과 전도성 물질의 특성을 모두 가진다. 예를 들면, 그라핀 맴브레인부(40)는 공기 중에서 음파의 압력에 민감도가 높게 진동하는 특성을 가지고 있고 전도성을 가지고 있어서, 그라핀 맴브레인부(40)로 전하가 유입되거나 전하가 유출될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the back plate portions 42 and 44 are spaced apart from the graphene membrane portion 40 to form the graphene membrane portion 40 and the air gap 41. In addition, the graphene membrane portion 40 also has both the characteristics of vibrating by the pressure of the sound wave and the characteristics of the conductive material. For example, the graphene membrane portion 40 has a characteristic of vibrating highly sensitive to the pressure of sound waves in air and has conductivity, so that charge may flow into or flow out of the graphene membrane portion 40. .

백 플레이트부(42, 44)는 웨이퍼(42)와 웨이퍼 위에 배치된 폴리 실리콘 층(44)을 포함한다. 이들에는 에어가 유통될 수 있는 에어 홀(43)이 형성되며, 이러한 에어 홀(43)을 통해서 에어 갭에 존재하는 에어는 그라핀 맴브레인부(4)의 진동에 의해서 유입되거나 유출될 수 있다. The back plate portions 42 and 44 include a wafer 42 and a polysilicon layer 44 disposed on the wafer. Air holes 43 through which air can flow are formed in these, and air existing in the air gaps through the air holes 43 may be introduced or discharged by the vibration of the graphene membrane portion 4.

여기서, 백 플레이트부(42, 44)는 웨이퍼(42) 및 웨이퍼(42) 위에 증착된 폴리 실리콘층(44)을 포함하며, 이들 구성요소에는 에어가 유통될 수 있는 에어 홀(43)이 형성되어 있다. 이하, 도 4의 실시예에서 "백 플레이트부"는 적어도 웨이퍼(42)와 폴리 실리콘층(44)을 포함하는 구성을 의미하는 것으로 사용하기로 한다. "백 플레이트부"의 도면 부호는 42 및/또는 44를 사용하기로 하되 특별히 구별할 필요가 없는 경우에는 "44"로 언급하기로 한다.Here, the back plate portions 42 and 44 include a wafer 42 and a polysilicon layer 44 deposited on the wafer 42, and these components are formed with air holes 43 through which air can flow. It is. Hereinafter, in the embodiment of FIG. 4, the "back plate portion" refers to a configuration including at least the wafer 42 and the polysilicon layer 44. Reference numerals of the "back plate part" will be used as 42 and / or 44, but will be referred to as "44" when not particularly distinguished.

본 발명의 일 실시예에 따르면 외부로부터 음파가 진입하면, 그라핀 맴브레인부(40)는 음파의 압력에 의해서 진동하며, 그러한 진동은 그라핀 맴브레인부(40)와 백 플레이트부(44)간의 기하학적 구조를 변화시키므로 정전용량(C1)을 변화시키고, 이에 따라서 그라핀 맴브레인부(40)와 백 플레이트부(44)에 축전된 전하들의 유입 또는 유출이 있게 된다. 전하의 유입과 유출에 따라서 그라핀 맴브레인부(40)와 백 플레이트부(44)에 걸리는 전압이 변동되므로, 이러한 전압 변동을 센싱함으로써 음파를 전기적인 신호로 변환할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the sound wave enters from the outside, the graphene membrane portion 40 is vibrated by the pressure of the sound wave, such vibration is the geometric between the graphene membrane portion 40 and the back plate portion 44 Since the structure is changed, the capacitance C 1 is changed, and accordingly, there is an inflow or an outflow of electric charges stored in the graphene membrane portion 40 and the back plate portion 44. Since the voltages applied to the graphene membrane part 40 and the back plate part 44 vary according to the inflow and outflow of electric charges, the sound wave can be converted into an electrical signal by sensing the voltage fluctuation.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰은 희생층(46)을 포함할 수 있는데, 이는 제조 공정상에 추가될 수 있는 구성요소로서 에어갭의 두께를 조절하는 역할도 수행한다.On the other hand, the graphene-based microphone according to an embodiment of the present invention may include a sacrificial layer 46, which also serves to adjust the thickness of the air gap as a component that can be added in the manufacturing process. .

도 5는 도 4의 그라핀 기반의 마이크로폰의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a diagram for describing a method of manufacturing the graphene-based microphone of FIG. 4.

도 5를 참조하면, 본 그라핀 기반의 마이크로폰의 제조 방법은 (a) 웨이퍼의 일면에 폴리 실리콘층을 형성시키고, (b) 폴리 실리콘층 위에 희생층을 형성시키고, (c) 희생층 위에 그라핀 멤 브레인층을 형성시키고, (d) 희생층의 하부에 있는 폴리 실리콘층과 웨이퍼 부분을 식각시켜서 에어가 유통할 수 있는 에어 홀을 형성시키고, 그리고 (e) 희생층을 제거하는 과정(예를 들면, HF, RIE)들을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the method for manufacturing the graphene-based microphone includes (a) forming a polysilicon layer on one surface of a wafer, (b) forming a sacrificial layer on the polysilicon layer, and (c) drawing on the sacrificial layer. Forming a pin membrane layer, (d) etching the polysilicon layer and the wafer portion below the sacrificial layer to form air holes through which air can flow, and (e) removing the sacrificial layer (eg For example, it may include HF, RIE).

본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰의 제조 방법에서, 웨이퍼의 일면에 폴리 실리콘층을 형성시킬 때 예를 들면, CVD 방법에 의해 가능하며, 폴리 실리콘층을 P-Type 도핑을 시킴으로써 백 플레이트 전극용으로 사용가능토록 한다. 또한, 상술한 도 5의 (d)의 과정은 보쉬 프로세스와 같은 DRIE(Deep reactive-ion etching) 공정을 통해서 수행할 수 있다.In the method for manufacturing a graphene-based microphone according to an embodiment of the present invention, when forming a polysilicon layer on one surface of the wafer, for example, by a CVD method, by the P-Type doping of the polysilicon layer It can be used for back plate electrodes. In addition, the above-described process of FIG. 5D may be performed through a deep reactive-ion etching (DRIE) process such as a Bosch process.

한편, 상기 희생층과 상기 그라핀 멤 브레인층을 폴리 실리콘층에 클램핑하는 과정을 더 포함할 수 있으며, 이러한 클램핑 단계는 상기 에어 홀을 형성시키는 단계의 이전에 수행하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the method may further include clamping the sacrificial layer and the graphene membrane layer on the polysilicon layer, and the clamping step may be performed before the air hole is formed.

이상 설명한 본원 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰의 제조 방법은 높은 수율의 보장을 위해서 원형의 맴브레인을 사용하고, 맴브레인의 원활한 진동을 위해서 후면 전극부에 다수의 에어 홀을 형성하는 것이 바람직하다.In the graphene-based microphone manufacturing method according to the embodiment of the present invention described above, a circular membrane is used to ensure high yield, and a plurality of air holes are formed in the rear electrode part for smooth vibration of the membrane. desirable.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a graphene-based microphone according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 기반의 마이크로폰의 신호 처리를 위한 회로 구성을 예시적으로 나타낸 것이다.Referring to FIG. 6, a circuit configuration for signal processing of a graphene-based microphone according to an embodiment of the present invention is illustrated.

본 실시예에서 연산 증폭기의 입력 단자에 인가되는 전압은 그라핀 맴브레인과 백 플레이트간의 전위차가 인가되도록 함으로써, 음파를 전기적인 신호로 변화되도록 하였다. 본 실시예에서, 저항 RBIAS의 일 단자는 그라핀 맴브레인(또는 그라핀 맴브레인 전극)으로 연결되고, 저항 RBIAS의 타 단자는 백 플레이트 전극으로 연결되도록 구성되었다. 한편, 연산 증폭기의 출력은 아날로그 신호이므로 이를 디지털 신호로 변환시키기 위해 A-D 컨버터(미도시)를 연산 증폭기의 후단에 설치하는 것도 가능하다.In this embodiment, the voltage applied to the input terminal of the operational amplifier is applied to the potential difference between the graphene membrane and the back plate, thereby changing the sound wave into an electrical signal. In this embodiment, one terminal of the resistor R BIAS is connected to the graphene membrane (or the graphene membrane electrode), and the other terminal of the resistor R BIAS is configured to be connected to the back plate electrode. On the other hand, since the output of the operational amplifier is an analog signal, it is also possible to install an AD converter (not shown) in the rear of the operational amplifier to convert it to a digital signal.

본원 발명의 일 실시예에 따르면 그라핀 맴브레인은 전기적 특성과 음파에 의해 진동하는 특성을 모두 가지고 있으므로, 저항 RBIAS의 일 단자는 그라핀 맴브레인으로 직접 연결되는 구성도 가능하다. According to the exemplary embodiment of the present invention, since the graphene membrane has both electrical characteristics and vibration characteristics by sound waves, one terminal of the resistor R BIAS may be directly connected to the graphene membrane.

상술한 예들에서, 백 플레이트는 도핑된 폴리 실리콘 층이나 메탈로 구성하였지만, 그라핀 맴브레인으로 구성하는 것도 가능하다.In the above examples, the back plate is made of a doped polysilicon layer or metal, but may be made of a graphene membrane.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.As described above, the present invention is not limited to the described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention, which will be apparent to those skilled in the art. Therefore, such modifications or variations will have to be belong to the claims of the present invention.

10, 40: 그라핀 맴브레인부 11, 41: 에어 갭
12, 14, 42, 44: 백 플레이트부 13, 43: 에어 홀
15, 45: 클램핑 부 17: 맴브레인 전극부
19: 본딩부 21, 51: 백 플레이트 전극부10, 40: graphene membrane portion 11, 41: air gap
12, 14, 42, 44: back plate 13, 43: air hole
15, 45: clamping portion 17: membrane electrode portion
19: bonding portion 21, 51: back plate electrode portion

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 맴브레인부를 제조하는 공정;
백 플레이트부를 제조하는 공정; 및
상기 맴브레인부와 상기 백 플레이트부를 본딩하는 공정;을 포함하며,
상기 맴브레인부를 제조하는 공정은,
웨이퍼의 적어도 일면에 실리콘 산화물층을 형성시키는 단계;
상기 웨이퍼의 어느 일면에 형성된 실리콘층 위에 그라핀 맴브레인층을 형성시키는 단계; 및
상기 그라핀 맴브레인층의 하부의 실리콘 산화물층과 웨이퍼 부분을 식각시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰 제조 방법.Manufacturing a membrane portion;
Manufacturing a back plate portion; And
Bonding the membrane portion and the back plate portion;
The process of manufacturing the membrane portion,
Forming a silicon oxide layer on at least one side of the wafer;
Forming a graphene membrane layer on a silicon layer formed on one surface of the wafer; And
Etching the silicon oxide layer and the wafer portion of the lower portion of the graphene membrane layer; MEMS microphone manufacturing method using a graphene membrane comprising a. 제5항에 있어서,
상기 맴브레인부를 제조하는 공정은,
상기 실리콘 산화물층 위에 형성된 그라핀 맴브레인을 상기 실리콘 산화물층에 클램핑하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰 제조 방법.The method of claim 5,
The process of manufacturing the membrane portion,
Clamping the graphene membrane formed on the silicon oxide layer to the silicon oxide layer; MEMS microphone manufacturing method using a graphene membrane further comprises. 제5항에 있어서,
상기 백 플레이트부를 제조하는 공정은,
웨이퍼의 양면에 질화물층을 형성시키는 단계;
상기 웨이퍼의 일면에 형성된 질화물층과 이 질화물층과 인접한 웨이퍼의 일부를 식각시키는 단계;
상기 웨이퍼의 타면에 형성된 질화물층과 이 질화물층과 인접한 웨이퍼의 일부를 식각시키는 단계; 및
상기 식각시키는 단계들을 수행하고 난 후에 남은 웨이퍼 부분의 일면에 백 플레이트 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰 제조 방법.The method of claim 5,
The process of manufacturing the back plate portion,
Forming nitride layers on both sides of the wafer;
Etching the nitride layer formed on one surface of the wafer and a portion of the wafer adjacent to the nitride layer;
Etching the nitride layer formed on the other surface of the wafer and a portion of the wafer adjacent to the nitride layer; And
And forming a back plate electrode on one surface of the remaining portion of the wafer after performing the etching steps. 제7항에 있어서,
상기 백 플레이트 전극이 형성된 웨이퍼 부분에 에어가 유통할 수 있는 에어 홀을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰 제조 방법.The method of claim 7, wherein
And forming an air hole through which air can flow in a portion of the wafer on which the back plate electrode is formed. 2. 웨이퍼의 일면에 폴리 실리콘층을 형성시키는 단계;
상기 폴리 실리콘층 위에 희생층을 형성시키는 단계
상기 희생층 위에 그라핀 멤 브레인층을 형성시키는 단계;
상기 희생층의 하부에 있는 폴리 실리콘층과 웨이퍼 부분을 식각시켜서 에어가 유통할 수 있는 에어 홀을 형성시키는 단계; 및
상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰 제조 방법.Forming a polysilicon layer on one surface of the wafer;
Forming a sacrificial layer on the polysilicon layer
Forming a graphene membrane layer on the sacrificial layer;
Etching the portion of the polysilicon layer and the wafer under the sacrificial layer to form an air hole through which air can flow; And
Removing the sacrificial layer; MEMS microphone manufacturing method using a graphene membrane comprising a. 제9항에 있어서,
상기 폴리 실리콘층은 전기적 특성을 가지도록 도핑된 것을 특징으로 하는 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰 제조 방법.10. The method of claim 9,
The polysilicon layer is doped so as to have an electrical property MEMS microphone manufacturing method using a graphene membrane. 제9항에 있어서,
상기 희생층과 상기 그라핀 멤 브레인층을 상기 폴리 실리콘층에 클램핑하는 단계;를 더 포함하며,
상기 클램핑 단계는 상기 에어 홀을 형성시키는 단계의 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 그라핀 맴브레인을 이용한 MEMS 마이크로폰 제조 방법.10. The method of claim 9,
Clamping the sacrificial layer and the graphene membrane layer on the polysilicon layer;
And said clamping step is performed prior to said step of forming said air hole.
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