KR102207928B1 - 음향 센싱 소자 및 주파수 정보 획득 방법 - Google Patents

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Abstract

음향 센싱 소자 및 이 음향 센싱 소자를 이용한 주파수 정보 획득 방법이 개시된다. 개시된 음향 센싱 소자는, 캐비티가 형성된 기판과, 상기 기판에 상기 캐비티를 덮도록 마련되는 멤브레인과, 상기 멤브레인에 마련되어 서로 다른 대역의 음향 주파수를 감지하는 복수의 공진기를 포함한다.

Description

음향 센싱 소자 및 주파수 정보 획득 방법{Audio sensing device and method of acquiring frequency information}
음향 센싱 소자에 관한 것으로, 상세하게는 공진기 배열(resonator array)을 구비한 음향 센싱 소자 및 이 음향 센싱 소자를 이용한 주파수 정보 획득 방법에 관한 것이다.
휴대폰(cellphones), 컴퓨터, 가전 기기, 차량(car) 또는 스마트홈 환경 등에서 음향의 주파수 도메인(frequency domain) 정보를 분석하는 경우가 있다. 일반적으로, 음향 신호의 주파수 도메인 정보는 광대역(wide band) 특성을 갖는 마이크로폰(microphone)에 입력된 음향 신호가 ADC(Analog Digital Converter)를 거쳐 퓨리에 변환(Fourier Transform)됨으로써 얻어지게 된다. 그러나, 이러한 주파수 정보 획득 방식은 퓨리에 변환에 따른 계산량 부담이 크다.
공진기 배열을 구비한 음향 센싱 소자 및 이 음향 센싱 소자를 이용한 주파수 정보 획득 방법을 제공한다.
일 측면에 있어서,
캐비티가 형성된 기판;
상기 기판에 상기 캐비티를 덮도록 마련되는 멤브레인; 및
상기 멤브레인에 마련되어 서로 다른 대역의 음향 주파수를 감지하는 복수의 공진기;를 포함하는 음향 센싱 소자가 제공된다.
상기 공진기들은 상기 캐비티의 내측에 위치하고, 상기 상기 캐비티의 내부는 진공으로 유지될 수 있다. 상기 캐비티 내부의 진공도는 예를 들면 1000mTorr 이하가 될 수 있다. 상기 공진기들은 상기 멤브레인에 1차원 또는 2차원 형태로 배열될 수 있다. 상기 공진기들의 개수는 수십 ~ 수천이 될 수 있다.
상기 공진기들 각각은, 상기 멤브레인에 마련되는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 이격되어 상기 멤브레인에 고정되게 마련되는 제2 전극을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극은 공통 전극(common electrode)이 될 수 있다. 상기 멤브레인과 상기 제1 전극 사이에는 제1 절연층이 더 마련될 수 있다. 그리고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 어느 하나에는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이를 절연시키기 위한 제2 절연층이 더 마련될 수 있다. 상기 제2 전극의 일단 또는 양단이 상기 멤브레인에 고정될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극은 도전성 물질을 포함할 수 있다.
상기 공진기들 각각은, 상기 멤브레인에 고정되게 마련되는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 이격되게 마련되는 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 압전층을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극의 일단 또는 양단이 상기 멤브레인에 고정될 수 있다. 상기 멤브레인과 상기 제1 전극 사이에는 절연층이 더 마련될 수 있다. 상기 압전층은 예를 들면, ZnO, SnO, PZT, ZnSnO3, Polyvinylidene fluoride(PVDF), poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene)(P(VDF-TrFE)), AlN 또는 PMN-PT 등을 포함할 수 있다.
상기 공진기들의 일부는 서로 동일한 대역의 주파수를 감지할 수 있다. 상기 기판은 예를 들면, 실리콘을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 멤브레인은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 또는 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 공진기들의 치수(dimension) 변화를 통해 감지하는 음향 주파수 대역들을 조절할 수 있다. 상기 멤브레인에는 가청 주파수 대역. 초음파 대역 또는 초저음파 대역의 음향 신호가 입력될 수 있다.
다른 측면에 있어서,
음향에 반응하여 진동하는 멤브레인; 및
상기 멤브레인에 마련되고 상기 음향의 서로 다른 주파수 대역을 감지하는 복수의 공진기;를 포함하는 음향 센싱 소자가 제공된다.
여기서, 상기 복수의 공진기는 진공 상태에 위치할 수 있다.
상기 공진기들 각각은, 상기 멤브레인에 마련되는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 이격되어 상기 멤브레인에 고정되게 마련되는 제2 전극을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극은 공통 전극이 될 수 있다. 상기 멤브레인과 상기 제1 전극 사이에는 제1 절연층이 더 마련될 수 있다. 그리고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 어느 하나에는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이를 절연시키기 위한 제2 절연층이 더 마련될 수 있다. 상기 제2 전극의 일단 또는 양단이 상기 멤브레인에 고정될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극은 도전성 물질을 포함할 수 있다.
상기 공진기들 각각은, 상기 멤브레인에 고정되게 마련되는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 이격되게 마련되는 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 압전층을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극의 일단 또는 양단이 상기 멤브레인에 고정될 수 있다. 상기 멤브레인과 상기 제1 전극 사이에는 절연층이 더 마련될 수 있다. 상기 압전층은 예를 들면, ZnO, SnO, PZT, ZnSnO3, PVDF, P(VDF-TrFE), AlN 또는 PMN-PT 등을 포함할 수 있다.
상기 공진기들의 일부는 서로 동일한 대역의 주파수를 감지할 수 있다. 상기 기판은 예를 들면, 실리콘을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 멤브레인은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 또는 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 공진기들의 치수(dimension) 변화를 통해 감지하는 음향 주파수 대역들을 조절할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 음향 센싱 소자에 마련된 복수의 공진기가 소정 대역의 음향 주파수들을 선택적으로 감지함으로써 외부로부터 입력되는 음향 신호에 대한 주파수 도메인 정보를 용이하게 얻을 수 있다. 이러한 음향 센싱 소자에서는 높은 전력을 소모하는 기존의 퓨리에 변환 단계를 제거하고 기계적인 구조의 공진기 배열을 통해 퓨리에 변환 기능을 구현함으로써 소비 전력을 크게 줄일 수 있다. 또한, 외부 음향 신호에 직접 반응하여 신호를 출력함으로써 신속하게 주파수 도메인 정보를 얻을 수 있다. 이에 따라, 상시 대기상태로 음향 신호의 주파수 도메인 정보를 저전력 및 고속으로 실시간(real-time) 모니터링 할 수 있다. 이때, 주변에서 발생되는 노이즈의 제거도 효과적으로 수행될 수 있다. 그리고, 공진기들은 MEMS 공정을 통해 멤브레인 상에 매우 작게 형성될 수 있으므로, 작은 면적에 다양한 대역의 주파수들을 선택적으로 감지할 공진기들을 많이 집적할 수 있다.
이상과 같은 음향 센싱 소자는, 예를 들면, 음성 인식 및 제어 분야, 상황 인지(context aware) 분야, 잡음을 저감하거나 통화 품질을 향상시키는 분야, 고성능 및 장시간 배터리 수명을 요하는 보청기 분야나 또는 낙상, 부상, 물건 추락, 침입, 비명 등 댁내 위험을 감지하는 분야 등과 같이 다양한 분야에 응용될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자를 도시한 사시도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자의 기판을 도시한 사시도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자의 공진기들이 마련된 멤브레인을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 주요 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서, 멤브레인 상에 마련된 공진기들의 배열을 도시한 평면도이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자의 단면도이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8e는 멤브레인 상에 배열된 공진기들의 배열 형태에 대한 변형예들을 도시한 평면도이다.
도 9는 다른 예시적인 실시예에 따른 공진기를 도시한 단면도이다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 공진기를 도시한 단면도이다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 공진기를 도시한 단면도이다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 공진기를 도시한 단면도이다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 공진기를 도시한 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서, 공진기들의 주변 압력을 각각 760 Torr 및 100 mTorr로 하였을 때 공진기들의 거동을 도시한 것이다.
도 15a 내지 도 15d는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서, 공진기들의 길이 변화에 따른 공진기들의 거동을 도시한 것이다.
도 16a 및 도 16b는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서, 이득(gain) 조정 전 및 이득 조정 후에 공진기들의 거동을 각각 도시한 것이다.
도 17a 내지 도 17c는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서 등(等) 간격의 공진주파수들을 가지는 공진기들의 거동을 예시적으로 도시한 것이다.
도 18a 내지 도 18e는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서 비등(非等) 간격의 공진주파수들을 가지는 공진기들의 거동을 예시적으로 도시한 것이다.
도 19a 내지 도 19c는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서, 공진기들의 주변 압력에 따른 공진기들의 거동을 도시한 것이다.
도 19d는 도 19a 내지 도 19c에 도시된 공진기들의 밴드폭을 비교하여 도시한 것이다.
도 20은 다른 예시적인 실시예에 따른, 음향 센싱 소자를 이용한 주파수 획득 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자를 도시한 사시도이다. 도 1에는 음향 센싱 소자의 저면 측에서 본 사시도가 도시되어 있다. 도 2는 도 1에 도시된 기판의 사시도이다. 그리고, 도 3은 도 1에 도시된 공진기들이 마련된 멤브레인의 사시도이고, 도 4는 도 3의 주요부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 음향 센싱 소자(100)는 기판(110), 멤브레인(120) 및 복수의 공진기(130)를 포함한다. 기판(110)으로는 예를 들면 실리콘(silicon) 기판이 사용될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 기판(110)은 다른 다양한 재질을 포함할 수 있다. 기판(110)의 일면에는 캐비티(cavity, 110a)가 소정 깊이로 형성되어 있다.
멤브레인(120)은 캐비티(110a)를 덮도록 기판(110)의 일면에 마련되어 있다. 캐비티(110a)의 내부는 진공 상태로 유지될 수 있다. 캐비티(110a) 내부의 진공 상태는 대기압 보다 낮은 압력, 예를 들면 대략 100 Torr 이하의 진공도(degree of vacuum), 구체적으로는 1000mTorr 이하의 진공도로 유지될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 멤브레인(120)은 예를 들면 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 또는 폴리머(polymer)를 포함할 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 멤브레인(120)은 다른 다양한 재질을 포함할 수 있다.
멤브레인(120)은 광대역(wide band)의 음향 신호를 수신하도록 마련될 수 있다. 예를 들면, 멤브레인(120)은 대략 20Hz ~ 20kHz 범위의 가청 주파수 대역의 음향 신호를 수신하도록 마련될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 20kHz 이상의 초음파 대역이나 또는 20Hz 이하의 초저음파 대역의 음향 신호를 수신하도록 마련되는 것도 가능하다.
멤브레인(120)의 일면에 복수의 공진기(130)가 소정 형태로 배열되어 있다. 공진기들(130)은 기판(110)에 형성된 캐비티(110a)와 접하는 멤브레인(120)의 내면에 마련되어 진공 상태로 유지되는 캐비티(110a)의 내측에 위치하게 된다. 이와 같이, 주변이 진공 상태를 유지하게 되면 후술하는 바와 같이 공진기들(130)의 Q-Factor (Quality Factor)가 향상될 수 있다. 공진기들(130)은 서로 다른 대역의 음향 주파수를 감지하도록 마련되어 있다. 이를 위해서, 공진기들(130)은 멤브레인(120)에서 서로 다른 치수(dimension)를 가지도록 마련되어 있다. 예를 들면, 공진기들(130)은 서로 다른 길이, 폭 또는 두께를 가지도록 멤브레인(120)에 마련될 수 있다. 멤브레인(120)에 마련되는 공진기들(130)의 개수는 예를 들면 대략 수십 ~ 수천개가 될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 설계 조건에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 공진기들(130)이 마련되는 멤브레인(120)의 내면 상에는 절연층이 더 형성될 수 있다. 이러한 절연층은 멤브레인(120)이 도전성 물질을 포함하는 경우, 멤브레인(120)과 공진기들(130) 사이의 절연을 위한 것이다.
공진기들(130) 각각은 정전형(electro-static) 공진기가 될 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 멤브레인(120)의 내면에 제1 전극(131)이 마련되어 있으며, 서로 다른 길이를 가지는 복수의 제2 전극(132)이 제1 전극(131)과 이격되도록 마련되어 있다. 제2 전극들(132) 각각은 그 양단이 멤브레인(120)의 내면에 고정되어 있어 공진기들(130) 각각은 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 전극(131,132)을 포함한다. 제1 및 제2 전극(131,132)은 도전성 물질, 예를 들면, 전기 전도성이 우수한 금속을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전성 물질을 포함할 수도 있다.
제1 전극(131)은 캐비티(110a)와 접하는 멤브레인(120)의 내면에 마련되어 있다. 이러한 제1 전극(131)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 공통 전극(common electrode)이 될 수 있다. 이와 달리, 제1 전극(131)은 제2 전극(132)과 대응되도록 마련되는 개별 전극이 될 수도 있다. 제1 전극(131)과 이격되게 마련되어 있으며, 그 양단이 멤브레인(120)의 내면에 고정되어 있는 제2 전극(132)은 대략 수㎛ 이하의 폭, 수㎛ 이하의 두께, 및 대략 수 mm 이하의 길이를 가질 수 있다. 이러한 미세한 크기의 공진기들(130)은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공정에 의해 제작될 수 있다.
이와 같은 구조의 정전형 공진기(130)에서, 멤브레인(120)의 움직임에 의해 제2 전극(132)이 진동하면 제1 및 제2 전극(131,132)사이의 간격이 변하게 되고, 이에 따라 제1 및 제2 전극(131,132) 사이의 정전 용량이 변화하게 된다. 그리고, 이러한 정전용량의 변화에 따라 제1 및 제2 전극(131,132)으로부터 전기 신호를 검출할 수 있으며, 그 결과, 소정 공진기(130)가 특정 대역의 음향 주파수를 감지할 수 있다. 이때, 공진기(130)가 감지할 수 있는 주파수 대역은 공진기(130)의 길이에 해당하는 제2 전극(132) 의 길이에 의해 정해질 수 있다.
도 1에 도시된 음향 센싱 소자(100)는 캐비티(110a)가 형성된 기판(110)과 공진기들(130)이 배열된 멤브레인(120)을 진공 상태에서 서로 접합함으로써 제작될 수 있다. 여기서, 진공 상태는 전술한 바와 같이 대략 100 Torr 이하(보다 구체적으로는 1000mTorr)의 진공도를 가질 수 있다. 공진기들(130)이 배열된 멤브레인(120)의 일면은 캐비티(110a)가 형성된 기판(110)의 일면에 접합된다. 이에 따라, 공진기들(130)은 캐비티(110a)의 내측에 위치하게 된다. 예를 들어, 기판(110)과 멤브레인(120)이 모두 실리콘으로 이루어진 경우에는 기판(110)과 멤브레인(120)의 접합은 실리콘 다이렉트 본딩(SDB: Silicon Direct Bonding)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 기판(110)과 멤브레인(120)이 서로 다른 물질로 이루어진 경우에는 기판(110)과 멤브레인(120)의 접합은, 예를 들면, 접착 본딩(adhesive bonding)에 의해 수행될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 기판(110)과 멤브레인(120)의 접합은 다른 다양한 본딩 방법에 의해 수행될 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서, 멤브레인에 마련된 공진기들의 배열을 도시한 평면도이다.
도 5를 참조하면, 공진기들(130)은 멤브레인(120) 상에서 2차원 형태로 배열되어 있다. 구체적으로, 공진기들(130)은 멤브레인(120) 상에서 서로 나란하면서 반대 방향인 제1 및 제2 방향(L1,L2)으로 배열되어 있다. 공진기들(130)은 서로 다른 길이를 가질 수 있고 제1 및 제2 방향(L1,L2)을 따라 그 길이가 짧아지도록 배열되어 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 공진기들(130)은 멤브레인(130)에서 다양한 1차원 또는 2차원 형태로 배열될 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자의 단면도이다. 도 6에서 참조번호 130i 및 132i는 멤브레인에 배열된 공진기들 중에서 i번째 공진기 및 i번째 제2 전극을 나타내며, 참조번호 130j 및 132j는 j번째 공진기 및 j번째 제2 전극을 나타낸다. 여기서, i번째 공진기(130i)는 j번째 공진기(130j) 보다 긴 길이를 가지고 있다.
도 6에 도시된 음향 센싱 소자(100)에서, 외부로부터 음향 신호가 멤브레인(120)에 입력되면 멤브레인(120)은 입력된 음향 신호에 대응하여 진동을 하게 된다. 멤브레인(120)은 광대역의 음향 신호를 수신하도록 마련될 수 있다. 예를 들면, 멤브레인(120)은 대략 20Hz ~ 20kHz 범위의 가청 주파수 대역의 음향 신호를 수신할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 20kHz 이상의 초음파 대역이나 또는 20Hz 이하의 초저음파 대역의 음향 신호를 수신할 수도 있다.
입력된 음향 신호에 의해, 멤브레인(120)이 진동하게 되면, 멤브레인(120) 상에 배열되어 있는 공진기들(130), 구체적으로는, 제2 전극들(132) 각각은 멤브레인(120)의 움직임에 대응하여 소정 주파수로 진동을 하게 된다. 이에 따라, 서로 다른 길이를 가지는 공진기들(130)은 서로 다른 대역의 음향 주파수들을 감지할 수 있게 된다. 도 6에 도시된 바와 같이, i번째 공진기(130i)는 j번째 공진기(130j) 보다 긴 길이를 가지고 있으므로, i번째 공진기(130i)는 j번째 공진기(130j)보다 더 낮은 주파수로 진동하게 된다. 따라서, i번째 공진기(130i)는 음향 신호 중 제1 대역의 음향 주파수를 감지하게 되고, j번째 공진기(130j)는 음향 신호 중 제1 대역보다 높은 제2 대역의 음향 주파수를 감지하게 된다. 이와 같이, 멤브레인(120)에 서로 다른 길이를 가지는 공진기들(130)을 배치하게 되면 공진기들(130) 각각은 그 대응되는 대역의 음향 주파수를 선택적으로 감지할 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 소정의 음향 신호가 입력됨에 따라 멤브레인(120)은 진동을 하게 되고, 이러한 진동에 의해 멤브레인(120) 에 배열된 공진기들(130)도 진동하게 된다. 멤브레인(120)은 입력된 음향 신호에 대응하여 비교적 넓은 대역의 주파수를 가지고 진동을 하게 되고, 공진기들(130)은 각각 대응되는 좁은 대역의 공진주파수를 가지고 진동을 하게 된다. 따라서, 공진기들(130) 각각은 서로 다른 대역의 음향 주파수를 선택적으로 감지할 수 있게 되고, 이렇게 선택적으로 감지된 서로 다른 대역의 음향 주파수들을 분석하게 되면 멤브레인(120)에 입력된 음향 신호의 주파수 도메인 정보를 얻을 수 있게 된다.
한편, 상기한 음향 센싱 소자(100)에서 멤브레인(120) 자체의 진동을 센싱함으로써 광대역(wide band)의 음향 신호 정보를 추가적으로 얻거나 또는 독자적으로 얻을 수도 있다. 이 경우, 멤브레인(120) 자체의 진동을 센싱하는 방법으로는 압전 방식이 사용될 수 있다. 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 멤브레인(120)에는 2개의 전극(141,143) 및 이 전극들(141,143) 사이에 개재된 압전체(142)를 포함하는 압전소자(140)가 마련될 수 있다. 여기서, 멤브레인(120)이 진동하게 되면 압전체(142)가 변형됨으로써 멤브레인(120) 자체의 진동을 센싱할 수 있다. 한편, 멤브레인(120)의 진동을 정전 방식을 이용하여 센싱하는 것도 가능하다. 이와 같이, 멤브레인(120) 자체만의 진동을 센싱하여 얻는 신호는 도 6에 도시된 바와 같이 멤브레인(120)에 입력되는 음향 자체를 그대로 복원하는 신호이다. 이렇게 멤브레인(120) 자체만의 진동을 센싱하여 얻는 신호는 마이크로폰과 같은 일반적인 음향 센서의 출력과 같은 본래의 음향신호 자체에 대한 기본적인 정보를 제공할 수 있다. 따라서, 음향 센싱 소자(100)는 공진기들(130)을 이용하여 서로 다른 대역의 음향 주파수 정보를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 멤브레인(120) 자체의 진동을 이용하여 본래 음향 신호 자체에 대한 정보도 얻을 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에 의하면, 기존의 높은 전력을 소모하는 퓨리에 변환 단계를 제거하고 이러한 퓨리에 변환 기능을 기계적인 구조의 공진기 배열을 통해 구현함으로써 소비 전력을 크게 줄일 수 있다. 따라서, 상시 대기상태로 음향 신호의 주파수 도메인 정보를 저전력 및 빠른 속도로 모니터링 할 수 있다. 또한, 다양한 대역의 주파수를 센싱할 수 있는 공진기들은 MEMS 공정을 통해 매우 작게 제작할 수 있으므로, 작은 면적에 집적될 수 있다.
이상의 실시예에서는 멤브레인(120)에 배열된 공진기들(130)이 서로 다른 길이를 가지는 경우가 예시적으로 설명되었다. 그러나, 이에 한정되지 않고 공진기들의 일부가 같은 길이를 가지도록 마련될 수도 있다. 예를 들면, 공진기들 중 2개씩은 서로 같은 길이를 가지도록 마련되어 소정 대역의 음향 주파수를 감지하는 감도(sensitivity)를 향상시킬 수 있다.
또한, 이상에서는 서로 다른 대역의 음향 주파수 감지를 구현하기 위해 공진기들(130)의 치수 중 길이를 변화시키는 경우가 설명되었으나, 폭이나 두께를 변화시키는 것도 가능하다. 다시 말해, 멤브레인에 배열된 공진기들의 길이, 폭 및 두께 중 적어도 하나를 변화시킴으로써 서로 다른 대역의 음향 주파수를 감지하는 공진기들을 구현할 수 있다. 한편, 공진기들이 수신하는 주파수 대역은 공진기들의 치수에 의해 결정되는 공진주파수와 Q 값에 의해 결정되지만, 멤브레인 상에서의 공진기들의 위치에 따라 그 주파수의 신호 크기는 변할 수 있다.
도 8a 내지 도 8e에는 멤브레인에 배열된 공진기들의 배열 형태에 대한 변형예들이 도시되어 있다.
도 8a를 참조하면, 공진기들(130)은 멤브레인(120) 에 2차원 형태로 배열되어 있다. 구체적으로, 공진기들(130)은 멤브레인(120) 에 서로 수직인 제1 및 제2 방향(L1, L2)으로 길이가 짧아지도록 배열되어 있다.
도 8b를 참조하면, 공진기들(130)은 멤브레인(120) 에 1차원 형태로 제1 방향(L1)을 따라 그 길이가 짧아 지도록 배열되어 있다. 도 8c를 참조하면, 공진기들(130)은 멤브레인(120) 에 1차원 형태로 제1 방향(L1)을 따라 그 길이가 짧아지도록 상하 대칭 형태로 배열되어 있다.
도 8d를 참조하면, 공진기들(130)은 멤브레인(120) 에 1차원 형태로 제1 방향(L1)을 따라 길이가 길어지다가 다시 짧아지도록 배열되어 있다. 다시 말해, 공진기들(130)은 멤브레인(120) 에 중앙 집중 형태로 배열되어 있다. 도 8e를 참조하면, 공진기들(130)은 멤브레인(120) 에 1차원 형태로 제1 방향(L1)을 따라 길이가 짧아지다가 다시 길어 지도록 배열되어 있다. 다시 말해, 공진기들(130)은 멤브레인(120)에 좌우 분산 형태로 배열되어 있다.
이상에서는 공진기들의 배열 형태들이 예시적으로 설명되었으며, 이외에도 공진기들은 멤브레인(120) 에 다양한 1차원 또는 2차원 형태로 배열될 수 있다. 여기서, 공진기들은 그 길이가 모두 다르거나 또는 그 일부가 서로 같은 길이를 가지도록 마련될 수 있으며 폭이나 두께도 다양하게 변형될 수 있다.
도 9는 다른 예시적인 실시예에 따른 공진기를 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 공진기(230)는 멤브레인(120) 에 마련되는 정전형 공진기가 될 수 있다. 공진기(230)가 마련되는 멤브레인(120)의 내면에는 제1 절연층(121)이 더 형성될 수 있다. 멤브레인(120)이 도전성 물질을 포함하는 경우, 제1 절연층(121)은 멤브레인(120)과 공진기(230) 사이를 절연시키는 역할을 한다. 따라서 멤브레인(120)이 절연성 물질로 이루어진 경우에는 제1 절연층(121)은 형성되지 않을 수 있다.
공진기(230)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 전극(231,232)과, 제2 전극(232)이 제1전극(231)을 마주보는 표면에 마련되는 제2 절연층(233)을 포함한다. 제2 절연층(233)은 제1 전극(231)과 제2 전극(232) 사이를 전기적으로 접촉하는 것을 방지하는 역할을 한다. 도 9에는 제2 절연층(233)이 제2 전극(232) 상에만 형성된 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 제2 절연층은 제1 전극(231)에 형성되거나 또는 제1 및 제2 전극(231,232)에 형성될 수도 있다. 이러한 공진기(230)는 MEMS 공정에 의해 미세한 크기로 제작될 수 있다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 공진기를 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 공진기(330)는 멤브레인(120)에 마련되는 정전형 공진기가 될 수 있다. 공진기(330)가 마련되는 멤브레인(120)의 내면에는 절연층(121)이 형성된다. 제1전극(331)과 이격되게 마련된 제2전극((332)의 일단은 멤브레인(120)에 고정되고 타단은 멤브레인(12)에 고정되지 않은 상태로 제1 전극(131)과 이격되어 있다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 공진기를 도시한 단면도이다. 도 11에 도시된 공진기(430)는 도 9에 도시된 공진기(230)와 달리 제2 전극(432) 및 제2 절연층(433)의 일단은 멤브레인(120)에 고정되고 타단은 멤브레인(120)에 고정되지 않은 상태로 제1 전극(431)과 이격되어 있다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 공진기를 도시한 단면도이다. 도 12를 참조하면, 공진기(530)는 멤브레인(120)에 마련되는 압전형(piezoelectric) 공진기가 될 수 있다.
공진기(530)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 전극(531,532)과, 제1 및 제2 전극(531,532) 사이에 마련되는 압전층(533)을 포함한다. 제1 전극(531)은 그 양단이 멤브레인(120)의 내면에 고정되도록 마련되어 있으며, 그 중심부는 멤브레인(120)과 이격되어 있다. 압전층(533)은 변형에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있는 압전 물질을 포함한다. 예를 들면, 압전층(533)은 ZnO, SnO, PZT, ZnSnO3, Polyvinylidene fluoride (PVDF), poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)), AlN 또는 PMN-PT 등 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 압전층(533)은 다른 다양한 압전 물질을 포함할 수 있다.
이와 같은 구조의 압전형 공진기(530)에서, 멤브레인(120)의 움직임에 의해 공진기(530)가 진동하게 되면 제1 및 제2 전극(531,532) 사이에 마련된 압전층(533)이 변형되게 된다. 이러한 압전층(533)의 변형에 따라 제1 및 제2 전극(531,532)으로부터 전기 신호를 검출할 수 있으며, 이에 따라, 소정 공진기(530)가 특정 대역의 음향 주파수를 선택적으로 감지할 수 있다. 공진기(530)가 감지할 수 있는 주파수 대역은 공진기(530)의 길이, 폭 및 두께 중 적어도 하나에 의해 조절될 수 있다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 공진기를 도시한 단면도이다. 도 13에 도시된 공진기(630)는 도 12에 도시된 공진기(530)와 달리 제1 전극(631), 제2 전극(632) 및 압전층(633)의 일단은 멤브레인(120)에 고정되고 타단은 멤브레인(120)에 고정되지 않은 상태로 멤브레인(120)과 이격되어 있다.
도 14a 및 도 14b는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서, 주변 압력에 따른 공진기들의 거동(behavior)을 도시한 것이다. 구체적으로, 도 14a는 도 1의 음향 센싱 소자(100)에서 공진기(130)의 주변 압력을 760 Torr(1 atm)으로 하였을 때 공진기들(130)의 거동을 도시한 것이며, 도 14b는 주변 압력을 100mTorr로 하였을 때 공진기들(130)의 거동을 도시한 것이다.
도 14a를 참조하면, 주변 압력이 대기압인 760 Torr로 하였을 때 공진기들(130)은 큰 댐핑(damping)으로 인해 멤브레인(120)에 입력된 음향 신호에 대한 주파수 분해능을 거의 가지지 못함을 알 수 있다. 그리고, 도 14b를 참조하면, 주변 압력이 100mTorr로 하였을 때는 공진기들(130)의 Q-Factor가 향상됨으로써 멤브레인(120)에 입력된 음향 신호가 일정한 대역폭을 가지는 주파수들로 분리될 수 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자(100)에서 서로 다른 대역의 주파수를 선택적으로 감지하기 위해 공진기들(130)이 위치한 캐비티(110a)의 내부가 대기압 보다 낮은 압력의 진공 상태로 유지된다. 예를 들면, 기판(110)에 형성된 캐비티(110a)의 내부는 대략 100 Torr 이하의 압력으로 유지될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 캐비티(110a)의 내부는 대략 1000mTorr 이하의 압력으로 유지될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 15a 내지 도 15d는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서, 길이 변화에 따른 공진기들의 거동을 도시한 것이다.
도 15a 및 도 15b에는 도 1의 음향 센싱 소자(100)의 공진기들(130)의 길이 변화가 도시되어 있다. Y축의 Beam Length가 공진기들(130)의 길이를 의미한다. 공진기들(130)이 도 15a와 같이 직선 형태의 일정한 길이 변화를 가지는 경우, 공진기들(130)의 거동은 도 15c에 도시되어 있다. 공진기들(130)이 도 15b와 같이 곡선 형태의 일정하지 않은 길이 변화를 가지는 경우, 공진기들(130)의 거동은 도 15d에 도시되어 있다. 도 15c 및 도 15d는 주변 압력이 100 mTorr 이었을 때 공진기들(130)의 거동을 도시한 것이다.
도 15c를 참조하면, 도 15a에 도시된 바와 같은 형태의 길이 변화를 가지는 공진기들(130)은 일정한 간격으로 분리된 공진 주파수들을 가지지 못함을 알 수 있다. 이에 반해, 도 15d를 참조하면, 도 15b에 도시된 바와 같은 형태의 길이 변화를 가지는 공진기들(130)은 일정한 간격으로 분리된 공진 주파수들을 가짐을 알 수 있다. 이와 같이, 공진기들(130)의 길이를 변화시킴으로써 공진 주파수들의 간격을 등(等) 간격이나 등비(等比) 간격 또는 조화(調和) 간격 등으로 다양하게 조절할 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서, 이득(gain) 조정에 따른 공진기들의 거동을 각각 도시한 것이다. 구체적으로, 도 16a에는 이득 조정 전의 공진기들의 거동이 도시되어 있으며, 도 16b에는 이득 조정 후의 공진기들의 거동이 도시되어 있다.
도 16a에 도시된 바와 같이 이득 조정 전에는 공진기들(130)이 각 공진주파수에서 서로 다른 크기(magnitude)의 신호를 가지게 되지만, 도 16b에 도시된 바와 같이 이득 조정 후에는 공진기들(130)이 각 공진주파수 간에 같은 크기의 신호를 출력할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 이득 조정을 통해 공진기들(130)의 공진주파수에서의 출력 신호의 크기를 동일하게 조절할 수 있다.
도 17a는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서 등(等) 간격의 공진주파수들을 가지는 공진기들의 거동을 예시적으로 도시한 것이다. 도 17a에는 500Hz ~ 20kHz 사이에서 공진주파수들이 등간격을 가지도록 64개의 공진기들(130)이 배치된 경우가 도시되어 있다. 여기서, 공진기들(130)의 주변 압력은 100 mTorr 이었으며, 공진기들(130)의 폭 및 두께(구체적으로는, 제2 전극들(132)의 폭 및 두께)는 각각 5㎛ 및 0.5㎛ 으로 하였다. 그리고, 공진기들(130)의 길이(구체적으로는 제2 전극들(132)의 길이)는 0.2mm ~ 0.8mm으로 하였으며, 공진기들(130)에서 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이의 간격(gap)은 0.5㎛ 으로 하였다.
도 17b는 도 17a에서의 공진기들의 길이 변화를 도시한 것이며, 도 17c는 도 17a에서의 공진기들의 Q-Factor 변화를 도시한 것이다. 도 17b에서 Beam Length는 공진기(130)의 길이(구체적으로, 제2 전극의 길이)를 의미한다. 공진기들(130)이 도 17b에 도시된 바와 같은 길이 변화 및 도 17c에 도시된 바와 같은 Q-Factor 변화를 가지게 되면 도 17a에 도시된 바와 같이 공진주파수들이 일정한 간격을 가지고 배열되며, 그 밴드폭은 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
도 18a는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서 비등(非等) 간격의 공진주파수들을 가지는 공진기들의 거동을 예시적으로 도시한 것이다. 도 18a에는 300Hz ~ 20kHz 사이에서 공진주파수들이 비등 간격(예를 들면, 감마톤(gamma-tone) 형태)을 가지도록 45개의 공진기들(130)이 배치된 경우가 도시되어 있다. 여기서, 공진기들(130)의 주변 압력은 100 mTorr 이었으며, 공진기들(130)의 두께(구체적으로는, 제2 전극들(132)의 두께)는 0.5㎛ 으로 하였다. 그리고, 공진기들(130)의 길이(구체적으로는, 제2 전극들의 길이)는 0.2mm ~ 0.8mm으로 하였으며, 공진기들(130)의 폭(구체적으로는, 제2 전극들의 폭)은 2.5㎛ ~ 25㎛ 으로 하였다. 또한, 공진기들(130)에서 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이의 간격(gap)은 0.5㎛ 으로 하였다.
도 18b 및 도 18c는 각각 도 18a에서의 공진기들의 길이 변화 및 폭 변화를 도시한 것이다. 여기서, Beam Length 및 Beam width는 각각 공진기의 길이 및 폭(구체적으로, 제2 전극의 길이 및 폭)을 의미한다. 그리고, 도 18d는 도 18a에서의 공진기들의 Q-Factor 변화를 도시한 것이며, 도 18e는 도 18a에서의 공진기들의 밴드폭을 도시한 것이다.
공진기들(130)이 도 18d에 도시된 바와 같이 일정한 Q-Factor를 가지고, 도 18b 및 도 18c에 도시된 바와 같이 길이 변화 및 폭 변화를 가지게 되면 도 18a에 도시된 바와 같이 공진주파수들이 비등 간격(예를 들면, 감마톤 형태)을 가지고 배열됨을 알 수 있다. 여기서, 도 18e에 도시된 바와 같이 공진주파수들의 간격이 커짐에 따라 공진주파수들의 밴드폭은 점점 증가함을 알 수 있다.
도 19a 내지 도 19c는 예시적인 실시예에 따른 음향 센싱 소자에서, 주변 압력에 따른 공진기들의 거동을 도시한 것이다. 도 19a 내지 도 19c에는 이득 조정 후 공진기들의 거동이 도시되어 있다.
구체적으로, 도 19a는 음향 센싱 소자(100)에서, 공진기들(130)의 주변 압력이 10mTorr인 경우 공진기들(130)의 거동을 도시한 것이다. 도 19b는 주변 압력이 100mTorr인 경우 공진기들(130)의 거동을 도시한 것이다. 그리고, 도 19c는 주변 압력이 1000mTorr 인 경우 공진기들(130)의 거동을 도시한 것이다. 도 19d는 도 19a 내지 도 19c에 도시된 공진기들(130)의 밴드폭(band width)을 비교하여 도시한 것이다.
도 19d를 참조하면, 도 19c에 도시된 바와 같이 주변 압력이 1000mTorr 인 경우 공진기들(130)의 주파수 밴드폭이 가장 크고, 도 19a에 도시된 바와 같이 주변 압력이 주변 압력이 10mTorr 인 경우 공진기들(130)의 주파수 밴드폭이 가장 작다는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 주변 압력이 낮을수록 공진기들(130)의 주파수 밴드폭은 작아짐을 알 수 있다. 이는 주변 압력이 낮을수록 공진기들(130)의 Q-Factor가 높아진다는 것을 의미한다. 따라서, 주변 압력이 낮을수록 공진기들(130)의 주파수 선택도는 향상될 수 있다.
전술한 도면 14a 내지 19d에 개시된 주파수 거동 내용은 음향 센싱 소자(100)를 시뮬레이션한 결과를 보여주며 소정 대역의 음향 신호가 멤브레인(120)에 입력되면 공진기들(130)이 서로 다른 대역의 주파수를 선택적으로 감지함으로써 음향 신호에 대한 정보를 획득하는 방법을 설명한다.
한편, 전술한 바와 같이, 상기한 음향 센싱 소자(100)에서 멤브레인(120) 자체의 진동을 센싱함으로써 광대역(wide band)의 음향 신호 정보를 추가적으로 얻거나 또는 독자적으로 얻을 수도 있다. 멤브레인(120) 자체만의 진동을 센싱하여 얻는 신호는 도 6에 도시된 바와 같이 멤브레인(120)에 입력되는 음향을 그대로 복원하는 신호이다. 이러한 멤브레인(120) 자체만의 진동을 센싱하여 얻는 신호는 마이크로폰과 같은 일반적인 음향 센서의 출력과 같은 본래의 음향신호 자체에 대한 기본적인 정보를 제공할 수 있다.
이하에서는 전술한 음향 센싱 소자를 이용하여 음향 신호에 대한 주파수 도메인 정보를 획득하는 도 20을 참조하여 설명한다.
도 20을 참조하면, 음향 센싱 소자(100)에 소정의 음향 신호가 입력되면 공진기들(도 1의 130)이 각각 소정 대역의 주파수를 선택적으로 감지한다. 다음으로, 공진기들(130)에 의해 선택적으로 감지된 서로 다른 대역의 주파수들은, 예를 들면, ADC(Analog Digital Converter, 800)를 통해 정량화되고, 이렇게 정량화된 주파수 정보를 이용하여 스펙트로그램(spectrogram, 900)을 얻음으로써 음향 센싱 소자(100)에 입력된 음향 신호에 대한 주파수 도메인 정보를 획득할 수 있다. 한편, 이상에서는 멤브레인(120)에 마련된 공진기들(130)만 소정 대역의 주파수들을 선택적으로 감지하는 경우가 설명되었으나, 입력된 음향 신호에 의해 발생되는 멤브레인(120) 자체의 진동을 센싱함으로써 광대역의 음향 신호에 대한 정보를 수집하는 과정이 추가될 수도 있다. 이러한 멤브레인 자체의 진동을 센싱하는 방법으로 압전 방식의 센싱이 사용될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 정전 방식의 센싱이 사용되는 것도 가능하다. 또한, 음향 센싱 소자(100)에 입력된 음향 신호에 대한 정보를 멤브레인(120) 자체만의 진동을 센싱함으로써 독립적으로 수집할 수도 있다.
이상의 실시예들에 따르면, 음향 센싱 소자에 마련된 복수의 공진기가 소정 대역의 음향 주파수들을 선택적으로 감지함으로써 외부로부터 입력되는 음향 신호에 대한 주파수 도메인 정보를 용이하게 얻을 수 있다. 이러한 음향 센싱 소자에서는 높은 전력을 소모하는 기존의 퓨리에 변환 단계를 제거하고 기계적인 구조의 공진기 배열을 통해 퓨리에 변환 기능을 구현함으로써 소비 전력을 크게 줄일 수 있다. 또한, 외부 음향 신호에 직접 반응하여 신호를 출력함으로써 신속하게 주파수 도메인 정보를 얻을 수 있다. 이에 따라, 상시 대기상태로 음향 신호의 주파수 도메인 정보를 저전력 및 고속으로 실시간(real-time) 모니터링 할 수 있다. 이때, 주변에서 발생되는 노이즈의 제거도 효과적으로 수행될 수 있다. 그리고, 공진기들은 MEMS 공정을 통해 멤브레인 상에 매우 작게 형성될 수 있으므로, 작은 면적에 다양한 대역의 주파수들 선택적으로 감지할 공진기들을 많이 집적할 수 있다.
이상과 같은 음향 센싱 소자는 다양한 분야에 응용될 수 있다. 예를 들면, 상기음향 센싱 소자는 음성 인식 및 제어 분야에 응용될 수 있다. 구체적으로, 음향 센싱 소자가 화자(speaker)의 음성을 인식함으로써 가정이나 차량에 있는 기기 또는 모바일 기기 등을 동작시키거나 잠금을 해제할 수 있다. 또한, 음향 센싱 소자는 상황 인지(context aware) 분야에 적용될 수 있다. 구체적으로, 음향 센싱 소자가 주변에서 발생되는 음향을 분석함으로써 사용자가 어떤 환경에 놓여있는지를 판단하게 되면 사용자에게 상황에 대한 적절한 정보를 제공하고, 효과적인 업무 수행을 하는데 도움을 줄 수 있다. 그리고, 음향 센싱 소자는 잡음을 저감하거나 통화 품질을 향상시키는 분야에도 적용될 수 있다. 구체적으로, 주변에서 발생되는 소음 상황을 음향 센싱 소자를 통해 상시 모니터링함으로써 통화나 음성 명령시 미리 잡음을 제거함으로써 통화 품질을 향상시키거나 음성 인식율을 향상시킬 수 있다. 이외에도 음향 센싱 소자는 고성능 및 장시간 배터리 수명을 요하는 보청기 분야나 또는 낙상, 부상, 물건 추락, 칩입, 비명 등 댁내 위험을 감지하는 분야 등과 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다.
100.. 음향 센싱 소자 110.. 기판
110a.. 캐비티 120.. 멤브레인
121.. 제1 절연층 121.. 절연층
130,230,330,430,530,630.. 공진기
131,231,331,431,531,631.. 제1 전극
132,232,332,432,532,632.. 제2 전극
233,433.. 제2 절연층 533,633.. 압전층
800.. ADC 900.. 스펙트로그램

Claims (38)

  1. 캐비티가 형성된 기판;
    상기 기판에 상기 캐비티를 덮도록 마련되는 멤브레인; 및
    상기 멤브레인에 마련되어 서로 다른 대역의 음향 주파수를 감지하는 복수의 공진기;를 포함하고,
    상기 공진기들 각각은, 상기 멤브레인에 마련되는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 이격되어 상기 멤브레인에 고정되게 마련되는 제2 전극을 포함하며,
    상기 제1 전극은 상기 멤브레인과 상기 제2 전극 사이에 마련되는 음향 센싱 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기들은 상기 캐비티의 내측에 위치하고, 상기 상기 캐비티의 내부는 진공으로 유지되는 음향 센싱 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 캐비티 내부의 진공도는 100Torr 이하인 음향 센싱 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기들은 상기 멤브레인에 1차원 또는 2차원 형태로 배열되는 음향 센싱 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기들의 개수는 수십 ~ 수천인 음향 센싱 소자.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 공통 전극(common electrode)인 음향 센싱 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인과 상기 제1 전극 사이에는 제1 절연층이 더 마련되는 음향 센싱 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 어느 하나에는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이를 절연시키기 위한 제2 절연층이 더 마련되는 음향 센싱 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 전극의 일단 또는 양단이 상기 멤브레인에 고정되는 음향 센싱 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 도전성 물질을 포함하는 음향 센싱 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기들 각각은, 상기 멤브레인에 고정되게 마련되는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 이격되게 마련되는 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 압전층을 포함하는 음향 센싱 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 전극의 일단 또는 양단이 상기 멤브레인에 고정되는 음향 센싱 소자.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 멤브레인과 상기 제1 전극 사이에는 절연층이 더 마련되는 음향 센싱 소자.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 압전층은 ZnO, SnO, PZT, ZnSnO3, Polyvinylidene fluoride(PVDF), poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene)(P(VDF-TrFE)), AlN 또는 PMN-PT를 포함하는 음향 센싱 소자.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 도전성 물질을 포함하는 음향 센싱 소자.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기들의 일부는 서로 동일한 대역의 주파수를 감지하는 음향 센싱 소자.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘을 포함하는 음향 센싱 소자.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 또는 폴리머를 포함하는 음향 센싱 소자.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기들의 치수(dimension) 변화를 통해 감지하는 음향 주파수 대역들을 조절하는 음향 센싱 소자.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인에는 가청 주파수 대역 또는 초음파 대역의 음향 신호가 입력되는 음향 센싱 소자.
  22. 음향에 반응하여 진동하는 멤브레인; 및
    상기 멤브레인에 마련되고 상기 음향의 서로 다른 주파수 대역을 감지하는 복수의 공진기;를 포함하고,
    상기 공진기들 각각은, 상기 멤브레인에 마련되는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 이격되어 상기 멤브레인에 고정되게 마련되는 제2 전극을 포함하며,
    상기 제1 전극은 상기 멤브레인과 상기 제2 전극 사이에 마련되는 음향 센싱 소자.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 복수의 공진기는 진공 상태에 위치하는 음향 센싱 소자.
  24. 삭제
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 공통 전극인 음향 센싱 소자.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 멤브레인과 상기 제1 전극 사이에는 제1 절연층이 더 마련되는 음향 센싱 소자.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 어느 하나에는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이를 절연시키기 위한 제2 절연층이 더 마련되는 음향 센싱 소자.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 제2 전극의 일단 또는 양단이 상기 멤브레인에 고정되는 음향 센싱 소자.
  29. 제 22 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 도전성 물질을 포함하는 음향 센싱 소자.
  30. 제 22 항에 있어서,
    상기 공진기들 각각은, 상기 멤브레인에 고정되게 마련되는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 이격되게 마련되는 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 압전층을 포함하는 음향 센싱 소자.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제1 전극의 일단 또는 양단이 상기 멤브레인에 고정되는 음향 센싱 소자.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 멤브레인과 상기 제1 전극 사이에는 절연층이 더 마련되는 음향 센싱 소자.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 압전층은 ZnO, SnO, PZT, ZnSnO3, PVDF, P(VDF-TrFE), AlN 또는 PMN-PT를 포함하는 음향 센싱 소자.
  34. 제 30 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 도전성 물질을 포함하는 음향 센싱 소자.
  35. 제 22 항에 있어서,
    상기 공진기들의 일부는 서로 동일한 대역의 주파수를 감지하는 음향 센싱 소자.
  36. 삭제
  37. 제 22 항에 있어서,
    상기 멤브레인은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 또는 폴리머를 포함하는 음향 센싱 소자.
  38. 제 22 항에 있어서,
    상기 공진기들의 치수 변화를 통해 감지하는 음향 주파수 대역들을 조절하는 음향 센싱 소자.
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