本实用新型专利技术提供了一种MEMS结构及应用其的MEMS压电麦克风。该MEMS结构包括：衬底，包括：外围的衬底外环体；形成于衬底外环体内侧的衬底背腔；复合振动层，其在水平方向包括：外围结构，形成于衬底外环体之上；N个悬臂梁结构，形成于衬底背腔之上，外围结构的内侧，其由分割缝隙分割形成，N≥2；其中，悬臂梁结构通过位于其根部的中间固定端连接至外围结构，中间固定端的两侧对称形成有缝隙状的镂空单元。本实用新型专利技术中，镂空单元的存在，可以使均布声压作用下的悬臂梁根部中间区域的应力更大，从而提高每个悬臂梁的基础灵敏度。提高每个悬臂梁的基础灵敏度。提高每个悬臂梁的基础灵敏度。
【技术实现步骤摘要】
字形，其将内侧复合振动层分割为8个锥形悬臂梁结构。
[0015]在本技术的一些实施例中，上电极的底边长度占衬底背腔相应边长度的比例介于60％～80％之间，上电极的高度介于悬臂梁结构高度的20％
‑
40％之间。
[0016]在本技术的一些实施例中，复合振动层在竖直方向包括：支撑层，形成于衬底上；下电极层、压电层，依次形成于支撑层上；在每一悬臂梁单元中，上电极形成于锥形悬臂梁结构的压电层上。
[0017]在本技术的一些实施例中，复合振动层在竖直方向包括：第一压电层、中间电极层、第二压电层，依次形成于衬底上方；下电极层，形成于第一压电层下方；在每一悬臂梁单元中，上电极层形成于第二压电层上方；上、下电极在水平切面上的投影重合。
[0018]在本技术的一些实施例中，压电层、第一压电层、第二压电层的材料选自于以下一种或多种：氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅，厚度介于0.1μm
‑
10μm之间。
[0019]在本技术的一些实施例中，上电极层、中间电极层、下电极层的材料选自于以下一种或多种：钼、金、铝、铬，厚度介于20nm
‑
200nm之间。
[0020]在本技术的一些实施例中，支撑层的材料选自于以下一种或多种：氮化硅、单晶硅、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅，厚度介于0.1μm
‑
10μm之间。
[0021]在本技术的一些实施例中，N个悬臂梁单元的上、下电极依次串联连接。
[0022]本技术第二个方面中，提供了一种MEMS压电麦克风，包括：如上的MEMS结构。
[0023](三)有益效果
[0024]从上述技术方案可知，本技术相对于现有技术至少具有以下有益效果之一：
[0025](1)悬臂梁振动单元通过位于其根部的中间固定端连接至外围结构，且中间固定端的两侧对称形成有镂空单元，镂空单元的存在，可以使均布声压作用下的悬臂梁根部中间区域的应力更大，从而提高每个悬臂梁的基础灵敏度。
[0026]进一步地，分割缝隙和镂空单元的存在，可以使MEMS结构通过面内伸缩来降低残余应力，同时还可以避免封装过程中背声腔与前声腔产生压强差，提高可靠性。
[0027](2)通过X形的分割缝隙将内侧复合振动层分割成锥形悬臂梁结构，将上电极设计为等腰梯形，边缘与背腔边缘对齐且呈梯形分布，能够对应锥形悬臂梁结构应力分布最集中的区域，相较于三角形有更高的灵敏度和信噪比。
[0028](3)在镂空单元两侧的复合振动层形成侧固定端，即两侧的侧固定端能够增加整个锥形悬臂梁结构的结构稳定性。
[0029](4)除了与中间固定端、侧固定端连接的底边之外，等腰三角形的锥形悬臂梁结构的两条自由边可以自由伸缩，可以有效降低残余应力对结构性能的影响。
[0030](5)对于同一MEMS结构中的4个悬臂梁单元，上下电极依次串联输出，从而可以将基础灵敏度提高四倍。
附图说明
[0031]图1为本技术实施例MEMS结构的立体图。
[0032]图2和图3分别为图1所示MEMS结构的俯视图和纵向剖视图。
[0033]图4为图1所示MEMS结构中部件尺寸标注的示意图。
[0034]图5示出了均布声压下图1所示MEMS结构与传统锥形悬臂梁结构的应力分布图。
[0035]图6示出了图1所示MEMS结构的灵敏度频响曲线。
具体实施方式
[0036]本技术提出了一种固定端具有对称镂空单元的锥形悬臂梁结构，可以通过面内伸缩来降低残余应力，同时镂空单元可以增大固定端附近应力分布的大小，从而提升结构的基础灵敏度。镂空单元以及每个悬臂梁结构之间的缝隙还可以避免封装过程中背声腔与前声腔产生压强差，提高可靠性。
[0037]为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文结合具体实施方式，并参照附图，对本技术进一步详细说明。
[0038]在本技术的第一个方面，提供了一种MEMS结构。图1为本技术实施例MEMS结构的立体图。图2和图3分别为图1所示MEMS结构的俯视图和纵向剖视图。图4为图1所示MEMS结构中部件尺寸标注的示意图。
[0039]如图1～图4所示，本实施例MEMS结构自下而上包括：衬底10，复合振动层20，形成于衬底上方；上电极层30，形成于复合振动层上。
[0040]衬底10包括：外围的衬底外环体11；形成于衬底外环体内侧的衬底背腔12。
[0041]复合振动层20是形成于衬底外环体11和衬底背腔12的上方。本领域技术人员应当理解，在实际制备过程中，首先是在整块衬底上方制作复合振动层20，而后将中间区域的衬底材料刻蚀，形成衬底背腔12。外围的衬底材料形成衬底外环体11。
[0042]本实施例中，MEMS结构为两电极设计。复合振动层20在竖直方向上包括：支撑层21a；依次形成于支撑层上的下电极21b、压电层21c。在每一悬臂梁单元中，上电极31形成于压电层21c上，与下电极21b共同进行信号输出。
[0043]关于复合振动层20，其在水平方向包括：外围结构22a；4个锥形悬臂梁结构22b，由分割缝隙22c分割内侧复合振动层所形成，其中，外围结构22a大致呈正方环形；锥形悬臂梁结构22b通过位于其根部的中间固定端22d连接至外围结构，中间固定端的两侧对称形成有镂空单元22e。在每一个锥形悬臂梁结构的压电层上方，形成有上电极31。上电极31和其所在的锥形悬臂梁结构22b相对于同一对称轴对称，两者共同形成悬臂梁单元。
[0044]如图1～图4所示，本实施例中，衬底10为方形衬底，衬底背腔12的水平切面呈正方形。分割缝隙22c呈X形，沿正方形的对角线延伸，从而将内侧的复合振动层分割为4个锥形悬臂梁结构。本领域技术人员应当理解，此处的锥形悬臂梁结构，其意思是悬臂梁表面延伸的形状为等腰三角形。
[0045]本实施例中，将衬底背腔的水平切面设计为正方形，分割缝隙22c呈X形，实现将内侧复合振动层分割成4个锥形悬臂梁结构。而在本技术其他实施例中，还可以将衬底背腔设计为其他形状，并适应性改变分割缝隙22e的形状，实现将内侧复合振动层分割成预设形状悬臂梁结构的目的，例如：将衬底背腔的水平切面设计为八边形，分割缝隙呈“米”字形，实现将内侧复合振动层分成8个锥形悬臂梁结构。又例如：将衬底背腔的水平切面设计为圆形，将分割缝隙设置为X形或“米”字形。通过这些方式同样能够实现本技术，同样在本技术的保护范围之内。
[0046]对于锥形悬臂梁结构，其两侧边的外侧为分割缝隙22c，因此为可以自由振动的自由边。锥形悬臂梁结构的两条自由边可以自由伸缩，可以有效降低残余应力对结构性能的
影响。锥形悬臂梁结构的根部，即等腰三角形的底边，其起到与外侧的外围结构22a连接定位的功能。
[0047]在先技术中，悬臂梁结构的根部是完全连接至外围结构的。而在本实施例中，锥形悬臂梁结构通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种MEMS结构，其特征在于，包括：衬底，包括：外围的衬底外环体；形成于所述衬底外环体内侧的衬底背腔；复合振动层，其在水平方向包括：外围结构，形成于所述衬底外环体之上；N个悬臂梁结构，形成于所述衬底背腔之上，所述外围结构的内侧，其由分割缝隙分割形成，N≥2；其中，所述悬臂梁结构通过位于其根部的中间固定端连接至所述外围结构，所述中间固定端的两侧对称形成有缝隙状的镂空单元。2.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，所述镂空单元两侧的复合振动层形成侧固定端；其中，每一悬臂梁结构通过中间固定端，两侧的侧固定端连接于所述外围结构。3.根据权利要求2所述的MEMS结构，其特征在于，所述分割缝隙和镂空单元的宽度介于1μm～5μm之间；和/或所述镂空单元的长度占衬底背腔相应边长度的比例介于10％～20％之间；和/或所述镂空单元、中间固定端、侧固定端三者与所述衬底背腔的边缘平齐。4.根据权利要求1所述的MEMS结构，其特征在于，还包括：N个上电极，分别形成于对应的悬臂梁结构上；其中，所述上电极和其所在的悬臂梁结构相对于同一对称轴对称，两者共同形成悬臂梁单元。5.根据权利要求4所述的MEMS结构，其特征在于，所述悬臂梁结构为锥形悬臂梁结构；所述上电极呈等腰梯形，其两侧边平行于外侧的分割缝隙，其顶边平行于外侧的外围结构，底边与所述衬底背腔的边缘平齐。6.根据权利要求5所述的MEMS结构，其特征在于，所述衬底背腔的水平切面呈正方形；所述分割缝隙呈X形，其将内侧复合振动层分割为4个锥形悬臂梁结构；或所述衬底背腔的水平切面呈八边形，所述分割缝隙呈“米...
【专利技术属性】
技术研发人员：李冠华，刘端，
申请(专利权)人：安徽奥飞声学科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。