[发明专利]软支撑桥式硅微压电传声器芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅微压电传声器领域，特别涉及一种硅微压电传声器芯片及其制备 方法。

背景技术

硅微传声器主要由压电式和电容式两种，硅微压电传声器由压电层、振动膜、 金属电极组成。相对于硅微电容传声器而言，压电传声器具有结构简单，不需要置 偏电压；阻抗低，可以作为发射器，实现既接收又发射；可应用于微型传声器、超 声成像、水听器。但是其灵敏度比较低，限制其灵敏度的一个重要因素是由于振动 膜的应力比较大，所以传声器在振动时，压电层由于应变小而引起传声器的灵敏度 比较低。为了降低振动膜的应力，提高传声器的灵敏度，就有必要设计新型的传声 器结构。

发明内容

本发明的目的在于：设计一种新型结构的传声器，以提高传声器的灵敏度。为 此，本发明提出一种防声漏软支撑桥式结构硅微压电传声器芯片，这种换能器芯片 中，通过在振动膜的一对对边刻蚀两条狭缝，从而使振动膜的两边自由，使振动膜 成为桥式振动膜，相对于具有四边固支传统振动膜的压电传声器，这种结构由于振 动膜只有两边固支，振动膜另外两长边的应力得到释放，所以换能器在工作时，会 引起压电层更大的应变，从而会明显提高传声器的灵敏度。但是这个狭缝会造成声 漏，影响传声器灵敏度。为了防止声漏问题，在两条狭缝的上面沉积聚酰亚胺膜， 由于聚酰亚胺膜质地柔软，所以对振动膜的振动影响有限，同时又能有效防止由于 狭缝的存在引起的声漏问题，这样就构成一种防声漏软支撑桥式结构硅微压电传声 器，它应具有较高的灵敏度。另外还需要说明的是，悬臂梁结构比之这种桥式梁结 构而言，受力作用时，具有较大的应变，从而具有更高的灵敏度。但是悬臂梁结构 需要仔细的控制衬底层，有时还需要更复杂的多层结构，以控制残余应力，否则悬 空端会产生强烈的自发卷曲而使整个悬臂梁结构失稳。而桥式结构由于两端支撑， 而不会使振动膜产生卷曲，虽然这样会少许丧失一些灵敏度，但还是值得的。本发 明的目的是这样实现的：

本发明提供的软支撑桥式硅微压电传声器芯片，其包括：

一硅基片1；所述硅基片1中心设有通过体刻蚀形成的上小下大的方锥形孔；所 述硅基片1正面依次覆有第一氮化硅膜层2、二氧化硅膜层3、第二氮化硅膜层4， 所述硅基片1背面依次覆有第三氮化硅膜层5和第四氮化硅膜层6；所述第三氮化硅 膜层5和第四氮化硅膜层6中心设有与硅基片1背面上的方孔相同尺寸的方孔；所述 硅基片1正面方孔之上对应的第一氮化硅膜层2、二氧化硅膜层3和第二氮化硅膜层 4构成方形复合振动膜，该方形复合振动膜的一对对边分别刻蚀一条贯穿所述方形复 合振动膜的垂向狭缝41，所述垂向狭缝41的垂向投影位于所述硅基片1正面上方孔 边缘内侧；

沉积于所述方形振动膜上并图形化形成的下电极8；所述下电极8为用真空蒸镀 设备或溅射设备制备的0.01～1μm厚度的铝下电极，或为由Cr层和Au层构成的Cr/Au 复合下电极，或为由Ti层和Pt层构成的Ti/Pt复合下电极；所述Cr层和Ti层厚度 均为0.01～0.1μm；所述Au层和Pt层厚度均为0.05～0.5μm；

沉积于所述下电极8上并图形化形成的压电薄膜9；

沉积于所述压电薄膜9表面上的图形化的上电极11；

沉积于所述硅基片1正面上各部件之上的图形化的聚酰亚胺膜7；

刻蚀有垂向狭缝41的方形复合振动膜和聚酰亚胺膜7共同构成软支撑防声漏桥 式振动膜。

本发明提供的软支撑桥式硅微压电传声器芯片，还可包括沉积于所述压电薄膜9 与上电极11之间的氧化硅膜保护层10；所述垂向狭缝41贯穿所述形复合振动膜和 所述氧化硅膜保护层10。

所述的狭缝41的宽度为0.1～200μm。

所述压电膜9为氧化锌压电膜、氮化铝压电膜、锆钛酸铅压电膜、钙钛矿型压 电膜或有机压电膜。

所述的压电膜层9的厚度为0.1～10μm。

所述的聚酰亚胺膜7厚度为0.01～10μm。

所述的第一氮化硅膜层2、二氧化硅膜层3和第二氮化硅膜层4的厚度均为 0.1～2μm。

本发明提供的软支撑桥式硅微压电传声器芯片的制备方法，其步骤如下：

1)清洗硅基片1

先分别用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅基片1，之后再用去离子水将硅基片1 冲洗干净；

2)淀积第一氮化硅膜层2