[實用新型]壓電MEMS傳感器、聲換能器和電子器件

有效

• 申請號: 201720708385.6
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN207891041U
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: D·朱斯蒂;S·康蒂
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;張寧

一種壓電型MEMS傳感器、具體地麥克風(50)，形成于采用半導體材料的容納柔順部分(54)的膜(52)中，該柔順部分從該膜的第一表面(52a)延伸至第二表面(52b)。該柔順部分(54)具有低于該膜(52)的其余部分的楊氏模量。具有半導體材料的敏感區域(57)在該柔順部分(54)上方在該第一表面(52a)上延伸，并且在其端部在所述柔順部分(54)的相反側上固定至所述膜(52)上。所述膜的安排在所述柔順部分(54)與所述第二表面(52b)之間的第三區域(55)形成鉸鏈元件。

技術領域

本實用新型涉及一種具有改進靈敏度的壓電型MEMS(微機電系統)傳感器，如力傳感器、壓力傳感器、變形傳感器或麥克風。在下文中，將具體參考麥克風，而不失一般性。

背景技術

眾所周知，微加工半導體器件的MEMS技術使得能夠在半導體材料層內形成微機電結構，這些微機電結構在犧牲層(例如，多晶硅層)上沉積或生長(例如，外延層)，這些犧牲層經由化學蝕刻而被去除。

例如，如圖1所示，MEMS麥克風(也稱為電聲換能器)包括集成在半導體材料的芯片中或芯片上的柔性膜。這里，麥克風1包括由襯底3承載并懸掛在空腔4上方的膜2。如用虛線所表示的，膜 2暴露于聲波(P_atm)下并且由于這些聲波所施加的力而偏轉。

對膜的偏轉的測量可以屬于不同的類型，例如，屬于壓阻類型，并且為此，將壓敏電阻器集成在膜中或膜上；屬于電容型，并且為此，將膜電容耦合至裸片的另一導電區域；屬于電磁型，并且為此，將線圈耦合至磁性區域。在所有情況下，對由于膜的偏轉而引起的電信號的變化進行測量。近幾年來，還提出了壓電型麥克風，其中，利用了壓電性，即，某些材料在經受變形時產生電壓的能力。

具體地，在壓電型麥克風中，采用壓電材料(如，AlN和PZT (鋯鈦酸鉛))的敏感區域形成在膜上，在中心位置，受到最大變形并因此受到最大應力。在引起膜的偏轉以及因此敏感區域的偏轉的聲波存在的情況下，這些引起了與所檢測到的聲波的強度相關的電壓變化。連接至MEMS麥克風的接口電路放大所產生的電荷并處理由此產生的信號，從而輸出模擬信號或數字信號，該模擬信號或數字信號然后可以由相關聯的電子器件的微控制器來處理。

例如在US 8,896,184中描述了并且在圖2-4中表示了壓電型 MEMS麥克風。

圖2示出了在上述美國專利中所描述的懸臂梁型的MEMS麥克風5的實施例。麥克風5包括具有空腔7的硅襯底6以及在空腔上方延伸的兩個梁8A、8B。每個梁8A、8B在對應側(右手側和左手側)上錨定到襯底6并且由層堆疊形成，該層堆疊例如包括多個壓電層10(例如，采用鉬)，與多個電極層11(例如采用氮化鋁)相交替。電介質層12使梁8A、8B與襯底6電絕緣。

在不同的實施例中，同樣是在上述美國專利中所描述并且在圖3 和圖4所示出的，麥克風15包括外圍固定至襯底17并懸掛在空腔 18上方的膜16。膜16由AlN制成，并且鉬電極19、20在膜16的上方和下方均有形成，從而形成兩個敏感元件。

這些壓電型麥克風通常通過偏轉進行工作。這使得位于膜的中心的壓電部分比安排在外圍的壓電部分偏轉得更多。實際上，只是壓電區域的中心部分以有效的方式工作，而實際上不使用外圍部分。

實用新型內容

因此，本實用新型的目的是提供一種以與現有技術解決方案相比更有效的方式運行的壓電型傳感器。