[发明专利]一种三棱柱衬底及压电振膜部分悬浮设置的压电麦克风

说明书

本发明公开一种三棱柱衬底及压电振膜部分悬浮设置的压电麦克风，包括置于衬底上表面的绝缘支撑层、分别置于绝缘支撑层两侧的第一、第二压电振膜。衬底采用长方体或者相距一定距离且两底面上有两边相等的三棱柱体形状相同的立体结构。所述两个结构相同的衬底均为每个压电振膜以极少部分设置在绝缘支撑层上，其余部分悬浮设置。本发明解决了现有技术中存在空腔大小不足、麦克风灵敏度不高、实现声源识别能力需采用大面积压电振膜但声源识别能力不高的问题，使得本发明具有更小的面积与更好的声源识别能力的优点。本发明在实际应用于系统芯片中时，不仅占用面积小同时具有更高的灵敏度。

技术领域

本发明属于电子技术领域，更进一步涉及声电转换技术领域中的一种三棱柱衬底及压电振膜部分悬浮设置的压电麦克风。本发明可用于人耳能听见的声波频段，在满足声电转换的情况下，实现对声波甚至微弱声波信号的感知与采集，同时具有一定的方向识别性，适用于各类电子设备对各种可听声音信号的采集。

背景技术

压电麦克风主要与声信号的收集密切相关，其所需的驱动电压、在芯片上的占用面积、受外界环境因素的干扰、信噪比等方面都具良好的可靠性与兼容性而特别适合于目前电子产品高度集成、低功耗发展趋势。然而，由于压电式麦克风本身的结构特点，使得灵敏度这个重要的参数并不理想。所以在实际的应用中会因为灵敏度不高的问题导致对某些微弱声波采集时存在漏声的情况而影响它所在设备的可靠性；同时为了实现声源方向识别，通常会采用多个麦克风而使得在集成到专用芯片上时，其占用面积大而不利于提高集成度。

中国科学院声学研究所在其申请的专利文献“一种压电传感器及麦克风”(申请号：202110031170.6，申请公布号：CN 112885955 A)中提出了一种同心圆环电极的压电麦克风。该麦克风的组成包括衬底支撑层、绝缘层、底部电极、单层锆钛酸铅压电薄膜材料、同心圆顶部电极。在压电薄膜底部采用全表面电极，其顶部电极采用同心圆环的电极，并将各电极相互串联，这样做的目的是有利于增大输出电压，使得在较小的声压下就会有更高的电压产生。虽然这种改进方法有利于提高灵敏度，但是，该麦克风仍然存在的不足之处是，其压电薄膜与底部电极两端被固定，中间为空腔，这种结构不利于压电薄膜的振动，使得声电转换效率没有充分发挥，而进一步阻碍了灵敏度的提升。

成都纤声科技有限公司在其申请的专利文献“压电式麦克风、耳机和电子设备”(申请号：202110768523.0，申请公布号：CN 113490121 A)中提出了一种采用狭槽的压电麦克风结构。该结构的麦克风所用到材料主要有衬底层、绝缘层、压电薄膜材料、电极材料。该结构独特点是将压电材料、电极以及下方的支撑层被沟槽隔断，并且其顶部电极并不完全覆盖压电材料，位于隔离槽两侧的电极由互连组件引出，这样不仅可提高灵敏度、还可以解决器件输出故障问题，但是，该麦克风仍然存在的不足之处是，该麦克风采用沟槽会有一定的漏声风险，而且其空腔的底部电极下的支撑层结构会使得压电薄膜材料在感知声波时的振幅减弱，而在压电薄膜表面产生的极化电荷不多而影响压电麦克风的灵敏度。

中北大学在其申请的专利文献“新型压电式MEMS麦克风的结构及装置”(申请号：202110927935.4，申请公布号：CN 113596690 A)中提出了一种增加中心及边缘孔隙结构的压电麦克风。该压电麦克风采用圆形衬底、电极材料、压电材料，其特点在于除了由四分之一压电单元重复构成的整个圆形压电麦克风的中心部分底部有空腔外，在圆形的压电结构与衬底交接部分有一部分是空的。而且未使用绝缘支撑层，采用这种以空腔最大化且无绝缘支撑层来提高压电麦克风的灵敏度，虽然能够很大程度的提高麦克风的灵敏度，但是，该麦克风仍然存在的不足之处是，这种不采用绝缘层结构的麦克风在目前的工艺中不仅很难实现，而且其空腔位于振膜下阻碍了空腔进一步增大，特别是当声波从振膜的顶部或者侧部传入时，由于结构特点，进而会影响声波传入的质量而影响整个麦克风的灵敏度。