[发明专利]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

说明书

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“Acoustic Sensor with Gap-Controlling Geometry and Method of Manufacturing an Acoustic Sensor”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。

发明内容

本发明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。