基于肋骨结构和单晶PZT薄膜的压电MEMS麦克风

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 声学工程 声学工程
• 微电子机械系统 (MEMS) 是一种微电子机械系统.

背景情况:

• 麦克风的性能通常受固定共振频率的限制.
• 在麦克风中实现高灵敏度和宽带宽需要先进的材料和结构设计.
• 压电鉛酸酸 (PZT) 膜由于其性能,具有声学应用的潜力.

研究的目的:

• 为单晶PZT膜开发可控制的质量频率调方法.
• 优化肋骨结构蚀刻,以提高麦克风低频带宽和灵敏度.
• 建立肋骨结构麦克风的分析模型,以减少计算时间.

主要方法:

• 在单晶PZT膜上刻出精确设计的肋骨结构.
• 优化肋骨结构以减少质量,同时保持硬度.
• 开发一种分析模型来预测麦克风的频率响应.
• 实验验证使用阻抗测试和使用充电放大器的差分传感.

主要成果:

• 在PZT膜中实现了24.9%的频率调范围,明显高于AlN.
• 中心频率从74.6 kHz转移到106.3 kHz,并有不同的肋骨结构,与分析和模拟预测相匹配.
• 在1kHz的测量灵敏度变化很小 (22.325.7mV/Pa),表明稳定的刚性.
• 差分传感使灵敏度从25.7 mV/Pa提高到36.1 mV/Pa,噪声从-68.2 dBV降低到-82.8 dBV.

结论:

• 提出的肋骨结构蚀刻方法为PZT麦克风提供了有效的质量频率调.
• 这种技术提高了低频带宽,灵敏度和声学过载点.
• 开发的分析模型为设计和优化这些麦克风提供了有效的工具.
• 使用PZT膜的差分传感显示了信号与噪声比的显著改善.