[實用新型]一種具有頻率選擇功能的電容式MEMS麥克風

有效

• 申請號: 201820763847.9
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN208317008U
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 吳麗翔;王俊力
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04R19/04
• 分類號: H04R19/04;H04R31/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本實用新型涉及一種具有頻率選擇功能的電容式MEMS麥克風。現有電容式MEMS麥克風不具備選用或調節麥克風的拾音頻率范圍功能。本實用新型由下向上依次包括硅襯底、SiO₂刻蝕停止層、下多晶硅圓環電極、SiO₂支撐層、上多晶硅振膜層。貫穿硅襯底、SiO₂刻蝕停止層和下多晶硅圓環電極開設有背腔，貫穿SiO₂支撐層開設有阻尼腔,連通的背腔和阻尼腔為階梯狀圓筒形。上多晶硅振膜層架設在阻尼腔上；上多晶硅振膜層靠近邊沿位置設置有圓環形的彈性結構。本實用新型在上多晶硅振膜層與硅襯底之間設置阻尼腔，振膜振動時，空腔會對振膜產生阻尼作用，根據對不同聲音頻率所產生的不同阻尼作用，實現麥克風的頻率選擇功能。

技術領域

本實用新型屬于微機電系統和聲學傳感器等技術領域，具體涉及一種具有頻率選擇功能的電容式MEMS麥克風。

背景技術

麥克風是一種微型的聲學傳感器，主要包括柱極體麥克風(ECM)和微機電系統麥克風(簡稱：MEMS麥克風)。相對于傳統的柱極體麥克風，MEMS麥克風具有包括尺寸小、成本少、功耗低、可靠性高等優勢。根據工作原理和電學特性，MEMS麥克風的類型包括電容式、壓電式和光電式等。其中，電容式MEMS麥克風是市場主流。

電容式MEMS麥克風，類似于可變電容，具有兩個電極，即背板和振膜。振膜具有較好的彈性，在聲波激勵下會發生振動，產生位移變化，改變背板和振膜的間距，從而使麥克風的電容發生變化；后端的電路可以通過檢測電容變化以獲取聲學信號。一般來說，具有傳統結構的電容式MEMS麥克風的響應曲線在中間工作頻率區間(如100Hz至10KHz)是比較平坦的，而在100Hz以下低頻區域，靈敏度較低；在10KHz以上區間，會出現亥姆霍茲共振峰，存在很強的非線性。

具有平坦的頻率響應曲線的麥克風，可以在很寬的頻段內拾取聲音信號，適用于不同應用場合。然而，不管是在日常生活中，還是在專業領域內，在一個特定的工作中，需要的頻率范圍往往不需要很寬。比如，人與人交談，發聲頻率通常在百赫茲至千赫茲之間，其它頻率的聲音并不需要被拾取，獲取后還需要專門過濾掉。在這樣的應用背景下，頻率選擇是非常重要的。針對實際應用場合，選用或調節麥克風的拾音頻率范圍是現有電容式MEMS麥克風不具備的功能。

發明內容

本實用新型的目的就是針對現有技術的不足，提供一種具有頻率選擇功能的電容式MEMS麥克風，實現中心頻率附近拾音，在物理層面上過濾低頻和高頻聲音，解決現有電容式麥克風無法實現頻率選擇的問題。

本實用新型由下向上依次包括硅襯底、SiO₂刻蝕停止層、下多晶硅圓環電極、SiO₂支撐層、上多晶硅振膜層。

貫穿硅襯底、SiO₂刻蝕停止層和下多晶硅圓環電極開設有圓筒形的背腔；貫穿SiO₂支撐層開設有圓筒形的阻尼腔；背腔和阻尼腔同軸設置，背腔的圓形橫截面直徑小于阻尼腔的圓形橫截面直徑,連通的背腔和阻尼腔為階梯狀圓筒形。

圓形的上多晶硅振膜層架設在阻尼腔上；上多晶硅振膜層靠近邊沿位置設置有圓環形的彈性結構，彈性結構的圓周外沿與阻尼腔內壁對應。

所述的彈性結構由圓周排列的多組通槽組成，增加彈性結構環形內部分的上多晶硅振膜彈性。

進一步，所述的硅襯底的厚度為300～500um。

進一步，所述的SiO₂刻蝕停止層是厚度為200～1000nm的SiO₂薄膜。

進一步，所述的下多晶硅圓環電極是厚度為100～500nm的多晶硅薄膜。

進一步，所述的SiO₂支撐層是厚度為200～1000nm的SiO₂薄膜。