[发明专利]基于固支梁结构的双晶压电式MEMS麦克风

说明书

本发明公开了一种基于固支梁结构的双晶压电式MEMS麦克风，包括具有空腔的基底；正对空腔设置的压电振膜，压电振膜采用多根固支梁结合的结构，即梁的两端均固定在衬底上，梁的中心均处于同一位置；正对压电振膜设置的接收膜，接收膜与压电振膜之间采用介质层连接；固支梁型压电振膜将电极划分为四个区域，采用有序的电连接方式，将各固支梁串联起来；电极分为顶部电极、中部电极和底部电极，顶部电极和底部电极均只有一层，中部电极由两层电极组成。本发明采用了接收膜的结构以解决固支梁结构之间的大间隙所带来的低频响应问题，并且采用特殊的中部电极设计，极大地提高了双晶压电式MEMS麦克风的输出灵敏度。

技术领域

本发明涉及MEMS压电器件领域，具体涉及一种基于固支梁结构的双晶压电式MEMS麦克风。

背景技术

麦克风是一种能量转换器件，可以将声音信号通过不同的方式转换为电信号。压电式MEMS麦克风是利用压电效应将声信号转换为电信号的能量转换器件。近年来，由于压电式MEMS麦克风具有体积小、性能稳定、信噪比高、灵敏度好和响应速度快等优点，智能穿戴设备和智能手机上已经广泛采用了这种麦克风。普通的压电式MEMS麦克风大多采用悬臂梁结构，而悬臂梁结构在振动弯曲时，靠近自由端的部分几乎毫无应力应变存在，因此靠近自由端的部分几乎不能通过压电效应产生感应电荷。

近年来，随着MEMS技术的飞速发展，基于压电双晶片的MEMS麦克风逐渐展示出自身的优势，而基于固支梁结构的双晶压电式MEMS麦克风在经过电极优化处理后能够表现出更高的输出。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于固支梁结构的双晶压电式MEMS麦克风，通过MEMS技术使压电麦克风小型化、集成化，并通过特殊的结构与电连接设计使得压电麦克风具有较高的输出。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于固支梁结构的压电式MEMS麦克风，其特征在于：包括：

具有空腔的基底；

正对所述空腔设置的固支梁型压电振膜，所述固支梁型压电振膜采用多根固支梁结合的结构，即固支梁的两端均固定在硅-绝缘层构成的衬底上，所有固支梁的中心均处于同一位置也即每根固支梁的中部是共用的；所述固支梁型压电振膜包括依次堆叠设置的第一电极层、压电层、第二电极层、中性层、第二电极层、压电层和第四电极层；

正对固支梁型压电振膜设置的接收膜，所述接收膜与压电振膜之间采用介质层连接；

所述固支梁型压电振膜将每根固支梁上的全部电极划分为四个区域：所述每个区域的电极均划分成了顶电极、中部电极和底部电极，整体构成压电双晶片的结构；所述每个区域内的电极连接，采用先将各区域内的压电材料并联起来，再与相邻区域的压电材料串联起来；所述每个区域内均采用有序的电连接，将各固支梁串联起来的方式。

作为优选方案，所述固支梁型压电振膜采用的多根固支梁结合结构，即固支梁的两端均为固定端，固定在所述衬底上；所述固支梁的两端为固定端，在振动过程中始终保持位移为0，固支梁的中部是自由端，在振动过程中始终具有位移量，即固支梁中部自由；且多根固支梁的中部重叠共用，作为所述接收膜的支撑部。

进一步地，所述接收膜设置在压电振膜的正上方；所述接收膜呈圆形、方形或正多边形中的任一种；所述接收膜与介质层相连接，所述介质层设置在固支粱中部重叠共用的区域正上方，与各固支梁相连接。

更近一步地，所述每根固支梁上的电极都被划分成的四个区域，分别是区域一、区域二、区域三和区域四；所述区域一和区域二设置在固支梁固定端处；所述区域三和区域四均设置在靠近固支梁中部介质层处；所述四个区域的电极均不相连且相隔半根固支梁的三分之一距离。

更近一步地，所述顶部电极和底部电极均设置一层；所述中部电极由两层电极构成，所述两层电极分别位于固支梁中性层的上侧、下侧，且与中性层保持相同的距离；所述中部电极作为整体进行电连接。