專利名稱：固體電容式結(jié)構(gòu)微型傳聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型電容式傳聲器，尤其涉及固體電容式結(jié)構(gòu)微型傳聲器。
背景技術(shù)：
傳聲器又稱為麥克風(fēng)，是聲電系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的傳感器件。傳聲器在助聽、信息安全、噪聲控制、語音識(shí)別、無線通訊、消費(fèi)類電子等領(lǐng)域具有很高的市場(chǎng)需求?；诠杓庸ぜ夹g(shù)的微型傳聲器具有體積小、抗振性好、低成本等優(yōu)勢(shì)，可以將傳聲器應(yīng)用擴(kuò)展到傳統(tǒng)傳聲器很難進(jìn)入的微觀領(lǐng)域。微傳聲器的基本形式有場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)結(jié)構(gòu)、壓電式結(jié)構(gòu)、壓阻式結(jié)構(gòu)、電容式結(jié)構(gòu)(包含需外加偏置電壓的電容結(jié)構(gòu)以及進(jìn)行預(yù)充電的駐極體電容式結(jié)構(gòu))、光學(xué)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)以及基于仿生學(xué)原理的傳聲器。電容式器件是最成功的類型，具有低的溫度系數(shù)、最高的信噪比和靈敏度、平坦的頻率響應(yīng)以及長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性。但是常用電容式傳聲器采用電容間距隨聲壓變化的傳感方式，需要設(shè)計(jì)加工具有空氣隙結(jié)構(gòu)的電容形式，在傳感器的加工以及電極的引出方面具有較大的工藝難度。靜電力作用的Pull in現(xiàn)象限制了電容極板上施加的偏壓大小，從而影響傳感器靈敏度的提高。背極板的存在及在其上為降低阻尼而設(shè)置的聲學(xué)孔會(huì)引起軟極板現(xiàn)象，降低傳感器的性能，并降低了電容的有效面積，相應(yīng)地影響了靈敏度。
技術(shù)內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種可與標(biāo)準(zhǔn)集成電路工藝兼容的固體電容式結(jié)構(gòu)微型傳聲器，具有加工簡(jiǎn)單和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。
技術(shù)方案本發(fā)明是一種用于傳遞聲音信號(hào)的固體電容式結(jié)構(gòu)微型傳聲器，該傳聲器由襯底、上電容極板、下電容極板、電容介質(zhì)膜及其引線組成，在襯底上設(shè)有下電容極板，在襯底中間和下電容極板的下方設(shè)有空腔，上電容極板和下電容極板為電極膜，在電極膜之間由電容介質(zhì)膜填充，形成固體電容形式即導(dǎo)體-介質(zhì)-導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，在介質(zhì)膜中設(shè)有一導(dǎo)電體，引線覆蓋在空槽上，其中電容介質(zhì)膜為單一介質(zhì)層或復(fù)合介質(zhì)層。上電容極板、下電容極板、電容介質(zhì)膜為平膜結(jié)構(gòu)形式或紋槽膜結(jié)構(gòu)形式，制作形狀為矩形或圓形。
本發(fā)明改變了其電容的極板結(jié)構(gòu)，采用了導(dǎo)體/介質(zhì)/導(dǎo)體固體電容結(jié)構(gòu)，即采用兩層電極板膜將介質(zhì)膜夾在其間，形成夾層膜結(jié)構(gòu)，夾層膜受壓力作用產(chǎn)生形變，介質(zhì)材料產(chǎn)生形變從而導(dǎo)致傳感器電容發(fā)生變化，可變電容由上下極板電極材料引出。夾層電容介質(zhì)層的介電常數(shù)高于空氣介電常數(shù)值數(shù)倍，因而有效的提高了電容隨壓力的變化量，傳感器的靈敏度得到提高。介質(zhì)層可為單層介質(zhì)，也可為復(fù)合介質(zhì)層，在加工上具有極大的靈活性。固體電容結(jié)構(gòu)采用復(fù)合膜結(jié)構(gòu)形式，可以達(dá)到應(yīng)力補(bǔ)償作用，從而提高膜的機(jī)械靈敏度。采用紋槽膜結(jié)構(gòu)形式可進(jìn)一步降低膜內(nèi)殘余應(yīng)力存在的影響，增強(qiáng)傳感器的靈敏度。膜的形狀有矩形和圓形可以選擇。可加工具有陣列結(jié)構(gòu)形式的膜，從而使得傳感器具有對(duì)聲音信號(hào)的方向判斷能力。
有益效果本發(fā)明提出的固體電容結(jié)構(gòu)除了具有傳統(tǒng)電容結(jié)構(gòu)原理的眾多優(yōu)勢(shì)之外，更加有效地提高了傳感器的靈敏度，并且極大程度降低了傳感器的加工難度，采用固體電容結(jié)構(gòu)形式的傳感器具有較大的固有電容，降低了其與后續(xù)處理電路相連而產(chǎn)生的信號(hào)衰減。電容極板間不具有空腔，避免了靜電力作用的Pull in現(xiàn)象的發(fā)生，可在極板上施加較大的電壓，提高了傳感器的靈敏度和可靠性。采用這種結(jié)構(gòu)還適合與標(biāo)準(zhǔn)集成電路工藝兼容加工實(shí)現(xiàn)單片集成傳感器。


圖1是本發(fā)明的平膜實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的矩形紋槽膜實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的圓形紋槽膜實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。
以上的圖中有空腔1、襯底2、上電容極板21、下電容極板22、、引線221、電容介質(zhì)膜23、導(dǎo)電體24。
具體實(shí)施方案本發(fā)明是一種用于傳遞聲音信號(hào)的固體電容式結(jié)構(gòu)微型傳聲器，由襯底2、上電容極板21、下電容極板22、電容介質(zhì)膜23及其引線221組成，在襯底2上設(shè)有下電容極板22，在襯底2中間和下電容極板22的下方設(shè)有空腔1，上電容極板21和下電容極板22為電極膜，在電極膜之間由電容介質(zhì)膜23填充，形成固體電容形式即導(dǎo)體-介質(zhì)-導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，在介質(zhì)膜23中設(shè)有一條導(dǎo)電體24，引線221覆蓋在空槽24上。其中電容介質(zhì)膜23為單一介質(zhì)層或復(fù)合介質(zhì)層。上電容極板21、下電容極板22、電容介質(zhì)膜23為平膜結(jié)構(gòu)形式或紋槽膜結(jié)構(gòu)形式，制作形狀為矩形或圓形。
本發(fā)明采用集成電路IC加工工藝和后端微機(jī)械體加工技術(shù)結(jié)合形成硅微傳感器結(jié)構(gòu)。前端工藝加工包括襯底硅材料進(jìn)行硼重?fù)诫s注入，形成腐蝕停止層以及夾層電容的下極板，介質(zhì)薄膜材料的淀積與圖形光刻，引線孔光刻，金屬淀積作為電容的上級(jí)板，并引出下電極，進(jìn)行光刻，腐蝕。后端體加工工藝包括硅片背面腐蝕。
本發(fā)明改變了其電容的極板結(jié)構(gòu)，采用多層膜結(jié)構(gòu)形式，即采用兩層電極膜將介質(zhì)膜夾在中間，形成固體電容結(jié)構(gòu)。固體電容受壓力作用產(chǎn)生形變從而導(dǎo)致傳感器電容的變化。采用復(fù)合膜結(jié)構(gòu)形式，可以達(dá)到應(yīng)力補(bǔ)償作用，從而提高膜的機(jī)械靈敏度。用紋槽膜結(jié)構(gòu)形式可進(jìn)一步降低膜內(nèi)殘余應(yīng)力存在的影響。本發(fā)明提出的固體電容結(jié)構(gòu)除了具有傳統(tǒng)電容結(jié)構(gòu)原理的眾多優(yōu)勢(shì)之外，更加有效地提高了傳感器的靈敏度，并且極大程度降低了傳感器的加工難度，采用固體電容結(jié)構(gòu)形式的傳感器具有較大的固有電容，降低了其與后續(xù)處理電路相連而產(chǎn)生的信號(hào)衰減。電容極板間不具有空腔，避免了靜電力作用的Pullin現(xiàn)象的發(fā)生，可在極板上施加較大的電壓，提高了傳感器的靈敏度和可靠性。采用這種結(jié)構(gòu)還適合與標(biāo)準(zhǔn)集成電路工藝兼容加工實(shí)現(xiàn)單片集成傳感器。
權(quán)利要求
1.一種固體電容式結(jié)構(gòu)微型傳聲器，其特征在于該傳聲器由襯底(2)、上電容極板(21)、下電容極板(22)、電容介質(zhì)膜(23)及其引線(221)組成，在襯底(2)上設(shè)有下電容極板(22)，在襯底(2)中間和下電容極板(22)的下方設(shè)有空腔(1)，上電容極板(21)和下電容極板(22)為電極膜，在電極膜之間由電容介質(zhì)膜(23)填充，形成固體電容形式即導(dǎo)體—介質(zhì)—導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，在介質(zhì)膜(23)中設(shè)有一導(dǎo)電體(24)，引線(221)覆蓋在空槽(24)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體電容式結(jié)構(gòu)微型傳聲器，其特征在于電容介質(zhì)膜(23)為單一介質(zhì)層或復(fù)合介質(zhì)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體電容式結(jié)構(gòu)微型傳聲器，其特征在于上電容極板(21)、下電容極板(22)、電容介質(zhì)膜(23)為平膜結(jié)構(gòu)形式或紋槽膜結(jié)構(gòu)形式，制作形狀為矩形或圓形。
全文摘要
固體電容式結(jié)構(gòu)微型傳聲器是一種用于傳遞聲音信號(hào)的器件，該傳聲器由襯底(2)、上電容極板(21)、下電容極板(22)、電容介質(zhì)膜(23)及其引線(221)組成，在襯底(2)上設(shè)有下電容極板(22)，在襯底(2)中間和下電容極板(22)的下方設(shè)有空腔(1)，上電容極板(21)和下電容極板(22)為電極膜，在電極膜之間由電容介質(zhì)膜(23)填充，形成固體電容形式即導(dǎo)體—介質(zhì)—導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，在介質(zhì)膜(23)中設(shè)有一導(dǎo)電體(24)，引線(221)覆蓋在空槽(24)上。該傳聲器可與標(biāo)準(zhǔn)集成電路工藝兼容的固體電容式結(jié)構(gòu)微型傳聲器，具有加工簡(jiǎn)單和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04R19/04GK1838837SQ20061003942
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月11日
發(fā)明者黃慶安, 周閔新, 秦明 申請(qǐng)人:東南大學(xué)