[发明专利]一种具有分割电极的电容传声器

说明书

技术领域

本发明涉及微机电器件技术领域，具体地说，本发明涉及一种具有分割电极的电容传声器。

背景技术

MEMS电容传声器(也称硅微电容传声器)是一种采用硅微加工工艺制作的新型传声器。与传统的驻极体传声器相比，它具有体积小、易于批量生产、一致性好且适合表面贴装等优点。可用于手机、数码相机、语音耳机等各种消费电子产品中，也可以用于助听器等高端声学仪器中。

MEMS电容传声器由形成硅微电容的硅芯片部分和外围电路部分组成。其中硅微电容芯片部分是传声器的核心，硅微电容芯片部分通常由硅衬底及其上的振动膜、隔离层、空气隙、带有声学孔的背板及金属电极组成。一种典型的硅微电容芯片横截面结构见附图1。硅微电容由振动膜10、空气隙3及上有声学孔29的背极板20组成，振动膜10和背极板20是电容的两个极板，振动膜10为氮化硅薄膜，需要在上面制作微电容电极11以收集电荷及引出信号，背极板20为导电多晶硅薄膜，具有导电性，可仅在其上制作焊盘21引出信号。如果背极板20也为绝缘材料，则同样需要制作电极21。

振动膜10一般为中心对称图形，如圆形或正多边形。为了实现最高的灵敏度，电容的电极在满足绝缘、隔离等基本要求的基础上，一般具有与其所在极板一致的形状和几何中心，且应尽量覆盖极板表面。

MEMS电容传声器工作时，在振动膜电极11和背极板电极21之间加上偏置电压，振动膜10拾取声波产生振动，使其与背极板20间的距离发生改变，改变了微电容的电容值，进而使电极11和21之间的电压发生微小的改变，后续电路通过检测该电压变化来检测入射声波的幅度和频率。

目前MEMS电容传声器面临的一个主要问题是，其灵敏度和信噪比与传统的驻极体传声器相比仍然偏低。主要原因有：MEMS电容传声器的尺寸较小，结构较复杂，工艺上存在一些限制，对薄膜残余应力控制的方法还有待加强，等等。总之，在目前设计模型和工艺条件下，要进一步提高MEMS电容传声器的灵敏度有一定困难。

中国专利(申请号：200510086861.7)中提出过一种具有分割式串联电极的硅微压电传感器芯片及其制造方法。在该方法中，并未改变传感器的声学结构而只是引入分割电极，解决了静态电容高频下灵敏度降低的问题，使压电传感器的灵敏度提高了n倍，其中n是传感器分割电极的电极块数量。但该方法仅仅适合能够自发极化的压电传感器，不能满足其他传感器，尤其是电容式传感器的需要。

发明内容

本发明的目的为，为克服现有的MEMS电容传声器的输出灵敏度和信噪比较低的缺点，在不改变MEMS电容传声器基本声学结构，不增加工艺复杂程度的同时，进而提出一种具有分割电极的电容传声器。

为实现上述目的，本发明提供的一种具有分割电极的电容传声器，该电容传声器包含两个微电容极板和两个电极，所述的两个电极分别位于所述的两个微电容极板之上，其特征在于，所述两个电极中的任意一个被径向对称等分分割为n个形状和面积完全相同的独立的电极单元，所述的n个电极单元相互绝缘且关于其所在的微电容极板的几何中心呈中心对称；其中，n＞1；

所述的n个电极中的每个电极各自引出信号并外接相同的电位，然后n个电极单元的输出信号分别连接到一个信号求和电路的输入端口，通过一个求和运算电路实现所有n个电极输出信号的叠加；所述的两个电极中的另一个未被分割的电极作为公共电极接地。

上述技术方案中，所述的微电容极板为振动膜和背极板，该振动膜或背极板采用圆形或正多边形。

上述技术方案中，所述的分割电极采用标准MEMS电容传声器工艺中的沉积、光刻和腐蚀或光刻、沉积和剥离方式制成。

上述技术方案中，所述的被分割的振动膜或背极板均采用绝缘氮化硅制成。

本发明还提出一种具有分割电极的电容传声器，该电容传声器包含两个微电容极板和两个电极，所述的两个电极分别位于所述的两个微电容极板之上，其特征在于，所述两个电极均被径向对称等分分割为n个形状和面积完全相同的独立的电极单元，所述的n个电极单元相互绝缘且关于其所在的微电容极板的几何中心呈中心对称；其中，n＞1；