具有间隙控制几何形状的声换能器以及声换能器制造方法技术

优选实施方案的换能器包括换能器和多个相邻的锥形悬臂梁。每个梁界定了梁基部、梁尖部以及设置在梁基部和梁尖部之间的梁主体。梁被布置成使得每个梁尖部朝向共同区域延伸。每个梁沿着梁基部接合至衬底并且沿着梁主体与衬底分离。制造换能器的优选方法可包括：在方框中将交替的压电层和电极层沉积在衬底上，在方框中处理沉积层以界定悬臂几何形状，在方框中沉积金属迹线，以及在方框中从衬底释放悬臂梁。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有间隙控制几何形状的声换能器以及声换能器制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2011年3月31日提交的且标题为“AcousticSensorwithGap-ControllingGeometryandMethodofManufacturinganAcousticSensor”的临时申请号61/470,384的优先权，该临时申请全文通过引用结合于此。背景声换能器技术的目前趋势是朝向更小的传声器。目前，基于薄的、携带电荷的膜的驻极体传声器已用于大部分应用中。然而，这些传声器在暴露于高温后遭受降解。电容MEMS传声器越来越受欢迎，因为它们可以经受在焊料回流期间所经历的高温，并且因此降低制造成本。对压电MEMS传声器的研究已超过30年，并且其潜在地可以以成本有效的方式将驻极体传声器和MEMS电容传声器的优点结合。不幸的是，压电MEMS传声器通常遭受高本底噪声，部分地由于薄膜中的残余应力引起的隔膜张力。例如，隔膜传声器在所有的边缘都被限制，这引起导致下降的灵敏度的高隔膜张力。常规的悬臂式设计，如矩形悬臂梁传声器，同样遭受残余应力的影响，尽管所述残余应力基本上从周围的衬底被释放；相反，少量的残余应力引起悬臂弯曲远离衬底平面，或向上或向下。该弯曲导致悬臂周围的间隙增加、减小声阻以及导致低频灵敏度的不希望的下降。因此，尽管残余应力，但在压电MEMS声换能器领域需要产生一种具有低频灵敏度的新的和有用的声换能器。
技术实现思路
本专利技术的实施方案提供了以下方面：1)一种MEMS换能器，包括：衬底；多个相邻的渐缩悬臂梁，每个所述渐缩悬臂梁界定了梁基部、梁尖部以及设置在所述梁基部和所述梁尖部之间的梁主体，被布置成使得每个所述梁尖部朝向共同区域延伸，以及还使得每个梁沿着所述梁基部接合至所述衬底并且沿着所述梁主体与所述衬底分离。2)根据1)所述的换能器，其中，沿着相邻的梁的长度界定的间隙大约为1微米或更小。3)根据1)所述的换能器，其中，所述共同区域是虚点，其中，所述梁尖部实质上会聚在所述虚点处。4)根据1)所述的换能器，其中，所述梁基部形成实质上连续的传声器周边。5)根据4)所述的换能器，其中，每个梁包括三角形，使得所述传声器包括实质上多边形的周边。6)根据4)所述的换能器，其中，所述换能器包括两个相对的梯形梁和两个相对的三角形梁，其中，所述梯形梁的短的平行边以及所述三角形梁的尖部会聚在共同中心区域，其中，每个梯形梁的每个倾斜边邻近三角形梁的边。7)根据1)所述的换能器，其中，所述梁中的至少两个被串联地电耦合在一起。8)根据1)所述的换能器，其中，每个梁包括交替的压电层和电极层。9)根据8)所述的换能器，其中，所述梁包括两个压电层和三个电极层。10)根据9)所述的换能器，其中，每个梁的所述电极层通过金属迹线被串联地电耦合。11)根据8)所述的换能器，其中，所述压电层包括氮化铝，且所述电极层包括钼。12)一种声传感器，包括：衬底；多个渐缩悬臂梁，每个梁包括固定到所述衬底的基部，并且每个梁从所述基部逐渐变细成为可移动尖部，所述多个梁被相邻地布置，且每个可移动尖部会聚在共同区域中，使得所述基部形成实质上连续的传声器周边；以及每个梁还包括交替的压电层和电极层。13)一种方法，包括：沉积压电层；图案化所述压电层；沉积电极层；图案化所述电极层；处理沉积层以界定多个渐缩梁，每个所述渐缩梁界定朝向共同区域延伸的梁尖部；沉积金属迹线；图案化所述金属迹线；以及从衬底释放所述梁。14)根据13)所述的方法，其中，相邻的渐缩梁界定延伸通过所述沉积层的厚度的间隙。15)根据14)所述的方法，其中，相邻的渐缩梁之间的间隙宽度大约为1微米或更小。16)根据14)所述的方法，其中，所述间隙经过微机械加工。17)根据14)所述的方法，其中，所述梁由两个相交的线性间隙界定。18)根据13)所述的方法，其中，沉积所述金属迹线包括将金属迹线沉积到每个电极层。19)根据13)所述的方法，其中，从所述衬底释放所述梁包括从所述梁蚀刻掉所述衬底。20)根据19)所述的方法，其中，蚀刻所述衬底包括深反应离子蚀刻。21)根据20)所述的方法，还包括在沉积和图案化所述压电层和所述电极层之前在所述衬底上生长热氧化物层。附图简述图1是代表性的现有技术的换能器的示意图。图2是根据本专利技术的优选实施方案的悬臂梁的平面微观视图。图3A、3B、3C、3D和3E分别是本专利技术的第一、第二、第三、第四和第五优选实施方案的示意图。图4是根据本专利技术的优选实施方案的换能器的一部分的示意性透视图。图5是描述根据本专利技术的优选实施方案的制造换能器的方法的流程图。图6A-6H是根据优选实施方案的方法的一个变化形式制造的示例性换能器的示意图。优选实施方案的描述本专利技术的优选实施方案的以下描述并非意图将本专利技术限制于这些优选实施方案，而是使MEMS声换能器领域中的任何技术人员能够实施和使用本专利技术。声换能器如图2、图3和图4所示，优选实施方案的换能器100可包括衬底160和以间隙控制布置而布置的多个悬臂梁120，每个梁120包括间隙控制几何形状130。优选的换能器100的几何形状和布置使得间隙电阻得以控制，这反过来使得能够控制频率，低于该频率的传声器的响应“滚降”或减少。换能器100优选地为压电换能器，但可以可选择地为电容换能器、光换能器(例如，光声传感器)，或遭受受压的悬臂的任何其它合适的换能器。优选的换能器100优选地为声换能器，更优选地为声传感器(即，传声器)，但是可以可选择地由电压或电流驱动并用作扬声器。优选的换能器100被优选地结合到消费电子产品如移动电话中，但可以用于医疗应用(例如，助听器)、光声检测、超声波应用或任何其他基于换能器的应用如传感器或扬声器中。优选的换能器100的悬臂布置用于将间隙尺寸限制为相邻的悬臂梁120之间的间隔距离。这与常规的设计相反，常规的设计中，悬臂梁内的残余应力使得梁在分离之后强烈地偏转，有时与衬底和悬臂梁之间的距离一样大。在优选实施方案的换能器100中，衬底160上的多个悬臂梁120之间的接近使得梁120之间的残余应力相似。相邻的悬臂梁之间的相似应力分布导致相似的悬梁曲率，这反过来将间隙尺寸限制为相邻的悬臂梁120之间的间隔距离。如图4所示，优选的换能器100可包括衬底160。优选的换能器100的衬底160用于在制造工艺期间支撑换能器100，以及在运行期间支撑换能器100的悬臂梁120。在优选的换能器100的一种变化形式中，衬底160至少部分地由硅或任何合适的硅基化合物或衍生物(例如硅晶片、SOI、SiO2/Si上的多晶Si等)组成。可选择地，衬底160可至少部分地由玻璃纤维、玻璃或材料的任何合适的组合组成。在优选的换能器100的另一种变化形式中，衬底160在制造工艺期间基本上从悬臂梁120的有源区域(activearea)中被去除，使得悬臂梁120最大化行程和响应。如图2、图3和图4所示，优选的换能器100可包括至少一个悬臂梁120。更优选地，优选的换能器100可包括以合适的几何形状布置的多个或大量的悬臂梁120，如例如在图3A至图3E中所示的那些。优选的换能器100的悬臂梁120用于将声压转换成电子信号。悬臂梁120优选地包括间隙控制几何形状130，其将具有更多个或更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.31 US 61/470,3841.一种MEMS换能器，包括：衬底；以及至少三个渐缩换能器梁，每个渐缩换能器梁均包括用于将施加的压力转换成电压的压电层和夹置所述压电层的一对电极层，所述渐缩换能器梁均具有梁基部、梁端部和梁主体，其中，所述梁主体从所述梁基部到所述梁端部逐渐变细并设置在所述梁基部和所述梁端部之间，所述渐缩换能器梁通过具有附接至所述衬底的所述梁基部、朝向单个点会聚的所述梁端部而在所述衬底之上连接成悬臂布置，并且同时每个梁主体与所述衬底分离并且每个梁端部不受约束且未被附接。2.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，沿着相邻的渐缩换能器梁的长度界定的间隙为1微米或更小。3.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述梁基部形成实质上连续的换能器周边。4.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述MEMS换能器是MEMS传声器，并且其中，每个渐缩换能器梁包括三角形，使得所述MEMS传声器包括实质上多边形的周边。5.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述渐缩换能器梁中的至少两个被串联地电耦合在一起。6.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述压电层实质上通过渐缩换能器梁的宽度和长度而延伸。7.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述渐缩换能器梁包括两个压电层和三个电极层。8.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，每个渐缩换能器梁的所述电极层通过金属迹线被串联地电耦合。9.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中，所述压电层包括氮化铝，且所述电极层包括钼。10.一种制造换...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·格罗什，罗伯特·约翰·利特尔，
申请(专利权)人：巴克卡琳公司，
类型：
国别省市：