【摘 要】
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近年来,微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)快速发展,尤其是MEMS麦克风,随着智能交互设备的广泛普及,其市场需求出现井喷式增长。MEMS麦克风经过30多年的发展
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近年来,微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)快速发展,尤其是MEMS麦克风,随着智能交互设备的广泛普及,其市场需求出现井喷式增长。MEMS麦克风经过30多年的发展已经大规模商用了,且正逐步取代驻极体麦克风的地位。目前,虽然国内有很多关于MEMS麦克风的研究机构,但大部分厂家只是进行封装工作,并没有掌握MEMS芯片的核心技术。因此,对MEMS麦克风展开研究具有深远的意义。本文主要对电容式MEMS麦克风的特性展开研究,从仿真分析、工艺设计、工艺制作、封装测试等几个方面入手,详细的阐述了MEMS麦克风的实现过程。首先,本文通过COMSOL有限元仿真软件优化MEMS麦克风的基本结构和尺寸参数。在完成MEMS麦克风的仿真优化和模型建立之后,设计工艺流程并开展MEMS麦克风的工艺制作。在工艺实现过程中,通过实验解决了多晶硅薄膜制作的问题、非晶硅薄膜退火产生气泡的问题、薄膜应力控制的问题以及牺牲层释放的问题。在完成MEMS麦克风工艺制作之后,搭建测试平台,并对MEMS麦克风的电学特性和声学特性进行研究。本文的创新在于,对MEMS麦克风中多晶硅薄膜的制作工艺进行优化,又对腔体释放工艺进行了优化,还在气泡缺陷研究中提出气泡预测模型和局部微孔刻蚀法,有效的防止非晶硅薄膜在退火后产生气泡。本文所设计的MEMS麦克风芯片尺寸为1.2mm×1.2mm×0.3mm,实现MEMS麦克风成品灵敏度为-38dBV,频率响应曲线更平坦,且信噪比为61dBA,总谐波失真小于0.5%。本文所研发的MEMS麦克风提高了芯片制造水平,为进一步研发高性能MEMS麦克风奠定了基础。
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