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基于MEMS技术的硅微传声器是当今的一个研究热点。以往我们所制备的一般硅微电容传声器为了减小硅微电容器的体积,而需要缩减振动膜的面积;导致其灵敏度大幅度降低。在我们实验室,振动膜直径由1.8mm降到0.7mm时,灵敏度由-44dB下降到-60dB(ref.1V/Pa)。传声器的灵敏度与振动膜的张力成正比,降低振动膜上的张力,是提高传声器灵敏度较为可行的办法。本文的目的就是探讨降低振动膜张力的硅微传声器结构,提出它们的设计和制备工艺。
一类结构是振动膜外围部分进行减薄,通过膜沿径向的变化来使振动膜中央部分的应力降低;另一类方法是在振动膜外围开一些孔和或槽来释放张应力。经过分析,特别进行测试表明:其中二类结构取得比较好的结果。一种以用ICP刻蚀减薄振动膜外围的硅微传声器,它比普通均匀振动膜结构灵敏度提高6dB,在6v偏置电压下由-60dB提高到-54dB,9V偏置电压下达到-49dB。另外一种结构是振动膜外围开槽的结构,他比普通振动膜结构提高7dB,在6V偏置电压下由-60dB提高到-53dB,9V偏置电压下达到-48.5dB,约4mV/Pa。实验与理论分析是大致相符的,这表明降低振动膜张力是提高传声器灵敏度的一个有效方法。
这两种传声器达到的灵敏度已基本满足一般的需求,经过本论文的工作,作为进一步展望,我们提出一些可行的改进措施,可望进一步提高6dB或更高,届时硅微传声器灵敏度将完全满足实际的需求。