Amorft metalliskt glas för högkänsliga MEMS-mikrofoner

Thermomechanical Analysis (TMA) – online training course (Maj 2019).

Anonim

Avancerade mikrofoner med mikroelektromekaniska system (MEMS) kan stödja nya användargränssnitt med "smarta" enheter, som chattar med Apples Siri eller Amazonas Alexa. Nyckeln till att uppnå den höga känsligheten som önskas för dessa mikrofoner, kan vara förvånad att lära sig, är knutet till "admittance" eller "compliance" av dess membrankomponenter.

Polysilikon är det material som oftast används som membran för mikrofonanordningar idag. Men i allmänhet är enkelkristall och polykristallin-kiselbaserade anordningar spröda och benägna att spricka som kan orsaka inre defekter under tillverkningsprocesserna. Detta har lett forskare att söka efter ett nytt material.

Under AVS 64: e internationella symposium och utställning hålls den 29 oktober-november. 3, 2017, i Tampa, Florida, kommer forskare från WPI-Advanced Institute for Materials Research / Micro System Integration Center på Tohoku University i Japan att presentera sitt arbete med ett potentiellt ersättningsmaterial som visar löftet för MEMS-mikrofoner: amorft metallglas.

"En av de viktigaste specifikationerna för att utvärdera dessa enheter är signal-brusförhållande (SNR)", säger Mai Phuong Nguyen, biträdande professor vid Tohuku University. "SNR är en bra indikator på den minsta ljudnivån som en mikrofon kan upptäcka i en lugn miljö."

Hittills har de flesta studier fokuserat på att förbättra SNR, enligt Nguyen, vilket är proportionellt mot membranets "överensstämmelse". "Men inga signifikanta resultat har uppnåtts på grund av begränsningarna av polysilikon", sade Nguyen.

Metallglasögon delar emellertid egenskaperna hos både metaller och glasögon. Liksom glasögon har de en "superkyld vätskegrupp", där viskositeten kan styras.

"(T) arvamorf struktur betyder att metallglasögon är fria från kristallina defekter-dislokation, punktfel, stapelfel etc.", sade Nguyen. "Så metalliska glasögon har hög styrka och låg styvhet, vilket ger dem möjlighet att lagra elastisk belastningsenergi och släppa den."

MEMS-tillverkningsförfarandena görs vanligen vid en temperatur av 200 grader C eller högre, och materialen måste genomgå kemisk korrosion under avlägsnande processer i litografisteg, vilka också etsas för patrering eller strukturering av anordningen. "Termiska budgetar och kemikalieresistens kan potentiellt ha en stark inverkan på enhetens prestanda och detta behöver undersökas ytterligare, " sa Nguyen.

Gruppen förberedde ett kobolttantalbor (CoTaB) amorft metallglas med en sputterteknik, en enkel metod som vanligen används av halvledarindustrin. Den slutliga tjockleken varierar från 100 nanometer till flera mikrometer, styrd genom att helt enkelt ändra sputterförhållanden. De kunde bekräfta de viktigaste egenskaperna hos metallglas: en amorf struktur med metalliskt glasbeteende.

"Vi undersökte också den genomsnittliga och gradientspänningen som verkar ha en stark inverkan på enheternas känslighet", sa Nguyen. "Och vi studerade vidare tryck- och dragspänning under olika avsättningsförhållanden, liksom deras kompatibilitet med MEMS-tillverkningsprocesser."

Mikrofoner är redan väl etablerade i ett komplett utbud av konsumentprodukter. "Men det finns tydligt utrymme för att öka sin räckvidd inom ljudförsörjning och värdekedjan, vilket skulle förbättra ljudkapaciteten", sa Nguyen.

menu
menu