[发明专利]一种高灵敏度MEMS压电式麦克风

说明书

一种高灵敏度MEMS压电式麦克风，包括具有空腔的晶圆衬底和多个具有压电叠层结构的悬臂梁，所述悬臂梁包括固定端和悬置于空腔上方的自由端，所述悬臂梁为一端窄另一端宽的结构，较窄的一端为固定端；所述空腔的底面中心设置有固定柱，多个所述悬臂梁的固定端均连接在所述固定柱的顶面，相邻的所述悬臂梁之间均设置有间隙，且相邻悬臂梁的自由端均连接有能使悬臂梁同步振动的柔性弹性件，其中一个所述间隙内设置有用于引出所述悬臂梁电信号的连接段。本发明通过改变MEMS压电式麦克风内悬臂梁的结构形式，提高了麦克风的灵敏度和信噪比。

技术领域

本发明涉及一种麦克风技术领域，尤其涉及一种高灵敏度MEMS压电式麦克风。

背景技术

麦克风是一种将声音信号转化为电信号的器件，广泛用于话筒、手机、PC和车载语音识别等设备中。历经长期发展，目前在麦克风的性能指标上，更注重于智能化、数字化以及小型化。如今MEMS压电式麦克风技术与航空航天、生物医学、消费电子、信息通信以及军工等领域结合得愈发紧密，对麦克风的可靠性和灵敏度提出了更高的要求。当前，电容式麦克风占据着主要市场份额，但压电式麦克风由于耐用、高灵敏度、低噪声和无需外接电源驱动等优点，在未来的气动声学领域将会有广泛应用。

传统的梁式压电麦克风的结构，梁的固定端设置在振动区域的外围，且在设计时没有充分考虑空气阻尼对器件性能的影响，因而会降低麦克风的灵敏度以及信噪比。专利CN201811650376公开了一种麦克风，但此公开技术中悬臂梁振膜的自由端未能把声波能量有效地最大化吸收，能量损耗较大，从而导致此类麦克风灵敏度欠缺；专利CN201821645803公开了一种麦克风，此公开技术利用悬臂梁自由端共同连接的覆盖膜来保持各个悬臂梁的同步振动，以确保麦克风信号输出的稳定性，但会使悬臂梁的振幅无法最大化，使麦克风的灵敏度降低。因此，需采取改进悬臂梁的结构来改善麦克风的性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种高灵敏度MEMS压电式麦克风，具体技术方案为：

一种高灵敏度MEMS压电式麦克风，包括具有空腔的晶圆衬底和多个具有压电叠层结构的悬臂梁，所述悬臂梁包括固定端和悬置于空腔上方的自由端，所述悬臂梁为一端窄另一端宽的结构，其中，较窄的一端为固定端；所述空腔的底面中心设置有固定柱，多个所述悬臂梁的固定端均连接在所述固定柱的顶面，相邻的所述悬臂梁之间均设置有间隙，且相邻悬臂梁的自由端均连接有能使悬臂梁同步振动的柔性弹性件，其中一个所述间隙内设置有用于引出所述悬臂梁电信号的连接段。

进一步地，所述悬臂梁呈梯形结构，其数量为四个，四个所述悬臂梁围成矩形结构。

进一步地，所述悬臂梁呈梯形结构，其数量为六个，六个所述悬臂梁围成六边形结构。

进一步地，所述晶圆衬底为SOI晶圆衬底，其顶面、固定柱的顶面和悬臂梁均制成单晶片的压电叠层结构，所述压电叠层结构从下至上依次为底电极、压电薄膜和顶电极。

进一步地，所述连接段连接固定柱上的压电叠层结构与晶圆衬底上的压电叠层结构，所述晶圆衬底顶面的外侧分别设置有用于引出底电极电信号的底引出电极和用于引出顶电极电信号的顶引出电极。

进一步地，所述底引出电极与所述顶电极之间设置有绝缘层。

进一步地，多个所述悬臂梁的底电极和顶电极均采用并联连接。

进一步地，所述柔性弹性件为具有弹性的波形结构。

进一步地，所述晶圆衬底为Si晶圆衬底，其顶面、固定柱的顶面和悬臂梁均制成双晶片的压电叠层结构，所述压电叠层结构从下至上依次为下电极、第一压电薄膜、中间电极、第二压电薄膜和上电极。

有益效果：

本发明通过改变MEMS压电式麦克风内悬臂梁的结构形式，提高了麦克风的灵敏度；同时，减小了悬臂梁振动时空气阻尼的影响，提高了麦克风的信噪比。