硅麦克风(硅基驻极体电容话筒)

• 使用时光波经过发送光纤耦合到波 导芯片中 • 通过这个波导发送的光波带有斜坡 的硅隆起部分收集，并且耦合到接 收光纤中去 • 声波调制着空腔波导的高度，并因 而造成光波幅度和相位的变化，它 的频率响应直到大约4kHz是平坦的， 灵敏度为0.033弧度/pa • 原型等效噪声级46dB
声波（声压） 振动（源信号） 对振动特性检测，接收（不拘泥于形式） 转换成电流（或其它）信号（目标信号）
硅麦克风
（硅基驻极体电容话筒）
主要内容：
驻极体电容话筒的原理 硅麦克风的一般结构 微电子机械系统（MEMS） 硅麦克风研发的技术难点 硅麦克风的特点及应用前景 光麦克风简介
驻极体电容话筒的基本原理
背极板和传声器振膜共同组成一个平行板电容； 如果在背极板和振膜之间加上一定的电压，振膜将 在声压的作用下产生位移，改变了两极板之间的电 容，从而将声音信号转变为电信号 驻极体电容传声器又称自极化或与极化电容传 声器，它不需要外界提供偏置电压，由振膜和背极 板上长久贮存的电荷提供偏置电压
• 适用范围： (1) 电子类： 手机，笔记本，PDA，DV， DC，mini麦，mp3，MD player…… (2) 建筑类： 会场音响系统，教学场所，娱乐场所…… (3) 民用，医用等： 助听器，窃听器…… (4) 军用： 远距离侦查，遥感飞行器，声控系统…
光传声器
• 光学波导中光波传播的幅度和相位依赖于 波导尺寸或者波导附近的变化 • 传声器将声信号转变成光波的强度或者相 位调制 • 常用的光纤是很好的波导管，微机械加工 的硅波导管也是可以实现的 • 双芯片设计，膜片芯片和波导芯片
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声压作用于振膜，使其振动 电容量随振膜和背极间距D变化 电容量C变化等同于电荷量Q变化 振动信号转换成电流信号
硅麦克风的一般结构
• 单片式（一体式）： 利用牺牲层技术将振膜和背极一体成型。
• 两片式（分离式）： 振膜和背极芯片分别制造，再将其粘合。
微电子机械系统（MEMS）
• Micro Electro Mechanical System • 将常规集成电路工艺和微机械加工技术相结合 • 随着键合技术，深刻蚀，电镀，化学机械抛光等 新工艺的引进，大大增加了MEMS工艺的灵活性 • MEMS一般具有以下特征： 1.毫米到微米级 2.主要针对硅的微机械加工 3.与微电子芯片相同，可大批量，低成本生产 4.”机械“不限于狭义的机械力学中的机械 5.微“机械”与IC集成的微系统
不经历磨难的成功是肤浅的
谢谢！
• 薄膜厚度的精确控制：太厚影响灵敏度；太薄影 响驻极体电荷储存及寿命,破损率也要考虑。 二氧化硅厚度控制与测量 氮化硅厚度控制与测量 Al膜厚度的控制与测量 • 成品率： 背极成品率可以做到95%以上 振膜成品率较低，微结构设计参数以及可靠 的保护措施对成品率都有明显的影响
• 两芯片粘合问题： 粘合技术：手工点胶粘合 后语：
传输至目标
转化为声音
光麦小品
• 振膜+衬底+背极 （透明玻璃或者蓝宝石作衬底）
• 下电极刻蚀成衍射条光栅 • 原理：入射光照射衬底，通过光栅产生衍 射条纹，检测衍射条纹的变化直接得出振 膜位移。
• 关键在于：
如何检测，接收衍射条纹的变化
• 检测装置的原理和生产工艺将是最大的难 题和成本考虑！
结束语
结构设计的优劣，依赖精确的参数实现
硅麦克风的特点及应用前景
廉价的原材料：4英寸；8英寸；12英寸 体积小：芯片尺寸可达1×1×0.5mm，封装尺寸 可达5×2.5×1mm(或更小) 稳定性：理论和实践证明，硅麦在灵敏度，频响特性， 噪声等和温度稳定方面有着其它传声器不可比 拟的优势 寿命长：尤其适于远距离，高海拔，极温等恶劣条件， 不需要外界偏置电压 估计价格：1-3RMB 现行产品价格：2-5RMB 估计使用量：国内：2亿只/年 国际：
硅麦克风研wenku.baidu.com的技术难点
• 微结构设计难点： 波纹：宽度，深度，间距，数目等对灵 敏度的影响。从各种组合中找出 最佳方案 声学孔：孔径，间距，数目，排列方式 等对频响特性的影响 声学孔形成：用湿法腐蚀，效率高 DRIE刻蚀，设备昂贵
• 薄膜生长技术： 薄膜生长常用技术：化学气相淀积（CVD） LPCVD：技术成熟，但薄膜张应力非常大， 极易破裂，成品率不高的原因之一；膜柔性差， 灵敏度无法提高。 lpcvd氮化硅密度2.9-3.1 pecvd 密度2.4-2.8 APCVD：形成的薄膜张应力小，破损率低， PECVD：需要的温度比较低（300℃ ），但 反应条件要求高，设备成本高。