硅微电容传声器的防粘连结构

粘连是硅微电容传声器释放牺牲层过程中不容忽视的一个严重问题,大大降低了器件的成品率.在背板上制备微突出(bump)结构,可以较彻底阻止粘连现象发生,提高传声器的成品率.以往的防粘连微突出结构大都制备在上背板结构硅微电容传声器的背板上,它制备工艺简单,但是无法得到厚背板,形成“软“背板,影响传声器的性能.本文提出在下背板上制备防粘连微突出结构,因为其可以做的较厚,避免了软背板的缺点,这时利用氮化硅形成微突出,运用该法制备的硅微电容传声器有效的防止粘连现象发生.对该方案还可进行改进,利用重硼掺杂单晶硅形成微突出,该工艺流程重复性好.最终我们研制成具有防粘结构的硅微电容传声器.     

微电容硅传感器及其变送器

本文主要介绍美国莫尔产品公司和日本富士株氏会社９０年代推出的新型高精度智能化变送器及其结构、特点、误差，以期达到对这种微传感器变送器的了解。     

电容传声器的稳定性

本文介绍评价传声器稳定性的两种方法,并评价了6591/92型电容传声器的稳定性     

硅微机械陀螺仪结构中的电容分析

为减小杂散电容提高信噪比,分析了硅微机械陀螺仪结构中的电容.并以某硅微机械陀螺仪的理论模型为对象,建立了陀螺仪结构中的电容模型.对每种电容进行了理论分析,并借助电路仿真软件对模型进行了仿真,分析了杂散电容对输出的影响,结果表明布线与活动结构间的电容对输出有很大的影响.提出了采用新工艺和合理的布线方法减小与活动结构间的电容,从而提高信噪比.     

磁悬浮转子微陀螺的电容检测系统分析和实现

介绍了一种新型磁悬浮转子微陀螺的电容检测方案,其特点是检测定子上径向分布的电容极板和悬浮转子形成差动电容的变化.检测电路为基于相关检测原理的交流电容电桥的方法.电路实现中采用积分电荷放大器作为前置级,对其输出和噪声进行了深入的分析.之后,前置级的输出信号经过低噪声放大器进行放大,再通过带通滤波以及相关解调等电路实现检测系统需要的输出幅值和信噪比.实验证明,实现的检测系统对角度输入有较好的线性响应,角度分辨率达到0.1°,即可检测到的电容变化约为1fF.     

微传声器的发展􀀂 与光纤传声器

根据目前国际上传声器的生产情况和发展趋势,结合ECM讨论硅基微型传声器的结构特性,并分析国内生产现状以及它们在生产上的优势和欠缺.联系豪恩公司的生产特色和产品结构,介绍其在进行的技术改革和开展的产品,生产技术,市场开拓,发展远景等方向的科学研究而进行的战略性投资的情况.文中具体介绍驻极体话筒,数字话筒,光纤话筒等传声器的原理,结构性能和与高校合作,开发具有竟争力有高技术含量的硅基驻极体话筒、光纤话筒和数字传声器.这也表明豪恩公司在短期内为把自己建设成为电声,光声生产技术基地和开发成为有特色、有竟争力、有高科技含量的传声器生产研究中心而做的努力.     

基于硅膜的电容式高灵敏度低频传声器研究

在电容式传声器相关理论以及方形膜研究的基础上,采用圆形硅膜作为振动膜,研制了电容式低频传声器,该传声器直接采用音频传声器结构,不同于以往的电容式低频传声器结构.首先进行了等效结构参数的仿真,为实验提供了理论支持;然后,制备了直径为0.08 m,厚度约60μm的圆形硅膜,并以此硅膜为振动膜研发了一种高灵敏度的低频传声器,其中,两极板间的气隙厚度约为100 μm.测试表明,当偏置电压为4.5 V时,该传声器具有较高的灵敏度,100 Hz处的灵敏度约为-27dB,通频带(20～300 Hz)平坦,低频响应部分(0～20 Hz)需要改进方法进一步测试.     

微机械陀螺的仿真与优化

微机械陀螺依靠振动模态频率来测量旋转角速度,通常微机械结构的振动模态相当复杂。虽然已有很多文章研究了如何调节驱动模态和敏感模态以获得最大的敏感度,却很少有人分析微机械陀螺的振动模态。振动模态与陀螺结构的设计参数有极大的关系,这些参数包括陀螺检测质量的尺寸、支撑系统的类型和尺寸,以及用以制造陀螺主体的多晶硅的残余应力。研究了一个静电驱动、电容检测、敏感垂直轴角速度的陀螺(也称平面陀螺)。同时,用有限元法分析法对微机械陀螺的结构进行了分析。     

硅微振动陀螺仪驱动器自激驱动研究

为了提高硅微机械陀螺仪的检测精度,稳定驱动振动速度的幅度和频率,采用了硅微机械陀螺仪自激驱动方式.该方式能够使驱动振动自动稳定在陀螺仪驱动模态的谐振频率上.同时,采用自动增益控制(AGC)保持恒定的驱动振动幅度.根据自激驱动电路原理和现有的陀螺样品,建立了陀螺仪驱动动力学方程的等效电路模型.设计、制作了自激驱动电路,仿真和实验结果表明该方法切实可行.     

壳体加速度对硅微角振动陀螺仪性能的影响

分析了壳体加速度对硅微角振动陀螺仪性能的影响,导出并分析了不平衡摆性误差和正交不平衡误差。     

工业化硅微机械电容式麦克风的设计与性能计算

给出了一种单芯片硅微机械电容式麦克风的结构设计,并针对此结构对其进行了动态特性分析计算。硅微机械电容式麦克风的两个电极由一个复合敏感膜和一个金属铜底板构成。复合敏感膜包括三层,中间一层是掺杂硼的多晶硅,上下两层是氮化硅,三层复合膜的厚度设计和制作工艺使复合膜处于轻微的拉应力状态。底板采用低温电镀铜技术制作,底板上分布有许多圆形通气孔来调节敏感膜与底板间的空气压膜阻尼。在复合敏感膜和金属铜底板之间采用牺牲层技术制作了一空气间隙,使复合敏感膜和一个金属铜底板之间构成一工作电容。在硅基体的背面采用湿法腐蚀出声音进口腔。针对这一结构我们对其动态特性进行了分析计算,计算出麦克风在9V偏置电压下开环灵敏度为4.99mV/Pa,麦克风最大偏置电压为32.83V,麦克风工作时的频率带宽为0~134kHz。分析结果表明该硅微机械电容式麦克风能满足工业界的使用要求。     

具有自由悬浮敏感膜的硅微机械电容式麦克风的设计与仿真计算

提出了一种具有自由悬浮敏感膜和带孔铜底板的硅微机械电容式麦克风.采用低压化学汽相淀积工艺制作而成的复合敏感膜一端固定于硅基,其余部分处于自由悬浮状态,可以释放敏感膜的内应力.底板采用铜电镀技术制作,底板上呈蜂窝状分布的圆形通气孔用来调节敏感膜与底板间的空气压膜阻尼.仿真计算表明在5 V偏置电压下麦克风灵敏度为10.62 mV/Pa,工作稳定最大电压为9.7 V,工作频率带宽为0～10.57 kHz.分析结果表明该微机械麦克风能满足市场需求.     

Silicon condenser microphones with corrugated silicon oxide/nitride electret membranes

Corrugated electret membranes are used in a micromachined silicon microphone. The membranes consist of a permanently corona-charged double layer of silicon dioxide and silicon nitride, known to have excellent charge-storing properties. This electret can replace the external bias needed for condenser microphones. The well-known LOCOS technique—also combined with dry etching—is used for the first time to fabricate membranes with corrugation depths of several microns. The membrane thickness amounts to 600 nm.

The interferometrically measured center deflection is up to 40 nm/Pa for diaphragms with four corrugations of up to 3.3 μm depth and a size of A_M=1 mm². This high mechanical sensitivity limits the dynamic range to sound pressures below 50 Pa. The obtained mechanical sensitivities are in excellent agreement with the theory.

The most compliant corrugated diaphragms result in a microphone sensitivity of 2.9 mV/Pa, an equivalent noise level of 39 dB(A) and a total harmonic distortion below 1.7% at 28 Pa (123 dB SPL). The corrugation depth in the sensors has been only 1.3 μm. All sensors cover the whole audio and low ultrasonic range. The temperature coefficient is between 0.05 and 0.1 dB/K.     

“中国微米纳米”一种低温制备的高灵敏度MEMS电容传声器

MEMS传声器是将声音信号转换成电信号的传感器.目前,MEMS传声器的研究主要涉及 MEMS电容传声器和MEMS压电传声器压阻传感器2种.与其它类型的MEMS传声器相比,MEMS电容传声器具有高灵敏度、高信噪比、频率响应平坦、低温度系数等突出的优点,被广泛使用在便携式设备、多媒体系统、助听器、信息采集等方面.设计和制备了一种高灵敏度的MEMS电容传声器,而且制备器件的工艺温度最高为300 ℃,可以兼容IC工艺.在本文,利用牺牲层的方法实现圆形振动薄膜,避免了方形薄膜存在的应力集中问题,并克服了干法制备圆形薄膜成本高的问题.基于聚酰亚胺材料,优化成膜工艺参数,实现低应力的圆形振动薄膜.通过设计防粘连结构,避免器件释放干燥过程中出现的薄膜粘连问题.根据振动膜应力为5 MPa,半径为2.5 mm,厚度为1 μm,电极半径为380 μm,间隙为1 μm的设计参数进行理论计算,该器件的电容在1 Pa 声压下的变化量为千分之一.与市场流通的MEMS传声器相比,高出约一个数量级,可被用于远场拾音,从信噪比极低的环境中拾取关键的声音信息.     

采用MEMS技术制造硅磁敏三极管

阐述了采用MEMS技术与反外延技术相结合在硅片表面制造具有矩形板状立体结构的硅磁敏三极管的设计原理、结构和工艺。结果表明 ,设计的硅磁敏三极管制造技术不但能与IC工艺相兼容 ,而且便于集成化 ,将有广泛的应用领域。     

硅基微带天线损耗机理分析

硅基微带天线存在损耗大、效率低、增益不足等问题。其成因在于以下五种损耗:1.金属贴片及匹配微带线的导体损耗。2.介质的介电损耗。3.表面波损耗。4.半导体基底的电阻性损耗。5.由基底与绝缘层交界面上的载流子运动导致的界面损耗。在深入分析各种损耗的形成机理的基础上,研究了相应损耗的计算模型及其在总损耗中所占的地位,并提出了降低损耗的有效途径。实验结果显示,采用微机械(MEMS)工艺,在高阻硅与低介电常数介质的混合衬底上,生长一层多晶硅薄膜的方法,可有效降低损耗,使硅基微带天线单元的效率达到87%,增益达到8dB。     

麦克风阵列下互相关函数分类的声源定位

传统的基于麦克风阵列的声源定位方法,往往容易受到低信噪比或高混响等不利的声学条件的影响。近年来,基于模式识别和机器学习技术的方法被用来在恶劣环境下进行声源定位。引入了一种基于Fisher判别理论的加权方法,实现了基于Fisher加权朴素贝叶斯分类器(Fisher Weighted Naive Bayes Classifier,FWNBC)的声源定位。通过基于相位变换(Phase Transformation,PHAT)加权的互相关函数来计算每个位置的特征向量,利用Fisher加权朴素贝叶斯分类器估计声源位置。在实际的定位系统中进行实验,验证改进算法的性能。实验结果表明,与使用朴素贝叶斯分类器(Naive Bayes Classifier,NBC)相比,FWNBC算法有效提高了声源定位的精度。     

多孔硅相对湿度传感器的设计

基于对三明治型与平铺型两种多孔硅湿度传感器结构的灵敏度分析与比较,结合两种结构的优点,设计出新的传感器的结构。通过对该结构湿度传感器的性能测试,得出该传感器的灵敏度为1.1 pF/RH%,响应时间为73 s,温度湿度系数为0.5%RH/℃,该湿度传感器适用于在中低湿环境中测量,在每隔20 d的时间对传感器跟踪测试,证明该传感具有较好的稳定性。此外为了传感器可以自解吸附,该传感器采用多晶硅为传感器加热除湿,在金属电极上溅射一层钝化层以防止电极被水汽腐蚀。