一种MEMS结构的制作方法

一种mems结构
技术领域
1.本申请涉及mems(即micro-electro-mechanicalsystem，即微机电系统)技术领域，具体来说，涉及一种mems结构。


背景技术：

2.压电mems式麦克风相较于传统的电容式麦克风具有尺寸小、体积小、一致性好、不需要偏置电压、功耗低、工作温度范围大、防尘、防水等优点。在电子设备中有较好的使用前景，能够很好替代目前的传统麦克风，让电子设备能耗降低，更加小型化。但与电容式麦克风相比，压电mems麦克风最大缺点在于其较低的灵敏度。主要原因在于制造过程中薄膜应力得不到释放，在感应音频信号时不能进行很好的振动，导致压电麦克风的灵敏度较低。通常在压电复合振动膜上设置间隙来释放制造过程中的残余应力，提高其灵敏度，但这种方法使得低频信号和中频信号的泄漏非常严重，无法达到设计要求。


技术实现要素：

3.针对相关技术中的问题，本申请提出一种mems结构，在保证具有较高灵敏度的情形下，还能有效防止泄漏低频和中频信号。
4.本申请的技术方案是这样实现的：
5.根据本申请的一个方面，提供了一种mems结构，包括：
6.衬底，具有空腔；
7.压电复合振动层，形成在所述衬底上方并且所述压电复合振动层包括具有固定端和自由端的悬臂梁，所述固定端连接所述衬底，所述自由端悬置在所述空腔上方,至少两个相邻的所述悬臂梁之间具有间隙；
8.柔性膜，形成在所述压电复合振动层上方并且覆盖所述间隙。
9.其中，所述压电复合振动层包括：
10.第一电极层，形成在所述衬底上方；
11.第一压电层，形成在所述第一电极层上方；
12.第二电极层，形成在所述第一压电层上方。
13.其中，所述压电复合振动层还包括形成在第二电极层上方的第二压电层，以及形成在第二压电层上方的第三电极层。
14.其中，至少两个所述悬臂梁对称设置，并且至少两个所述悬臂梁的所述自由端之间具有所述间隙。
15.其中，所述间隙形成在所述空腔上方，并且所述柔性膜完全覆盖所述间隙，所述柔性膜的区域面积小于所述空腔的区域面积。
16.其中，所述间隙呈十字型、矩形、t型、米字型、弧形、或圆形，所述柔性膜的形状与所述间隙的形状相匹配。
17.其中，所述柔性膜的材料包括聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚氨酯。
18.其中，所述mems结构应用于传声器或扬声器。
19.综上，在本申请所提供的mems结构中，在具有间隙的压电复合振动层上覆盖柔性膜，从而在保证mems结构具有较高灵敏度的情形下，还能有效防止泄漏低频和中频信号。
附图说明
20.为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1示出了一些实施例的mems结构的截面图；
22.图2示出了一些实施例的mems结构的间隙的俯视图；
23.图3示出了一些实施例的mems结构的柔性膜的俯视图；
24.图4示出了另一些实施例的mems结构的间隙的俯视图；
25.图5示出了另一些实施例的mems结构的柔性膜的俯视图。
具体实施方式
26.下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
27.参见图1、图2和图3，根据本申请的实施例，提供了一种mems结构，在保证具有较高灵敏度的情形下，还能有效防止泄漏低频和中频信号。该mems结构包括衬底11、压电复合振动层和柔性膜40。并且该mems结构可以包括但不限应用于麦克风等的传感器，或扬声器之类的执行器。以下将详细介绍该mems结构。
28.衬底11具有空腔12。压电复合振动层形成在衬底11上方并且压电复合振动层包括具有固定端和自由端的悬臂梁，固定端连接衬底11，自由端悬置在空腔12上方,至少两个相邻的悬臂梁之间具有间隙30。柔性膜40形成在压电复合振动层上方并且覆盖间隙30。
29.本申请所提供的mems结构中的柔性膜40覆盖间隙30，使得该mems结构能够在获得较高灵敏度的同时，还能减少泄漏低频和中频声波信号。
30.在一些实施例中，至少两个悬臂梁对称设置，并且至少两个悬臂梁的自由端之间具有间隙30。如图2所示的mems结构中具有4个对称设置的悬臂梁，间隙30形成在悬臂梁的自由端之间。
31.在一些实施例中，间隙30形成在空腔12上方，并且柔性膜40完全覆盖间隙30，柔性膜40的区域面积小于空腔12的区域面积。如图3所示的柔性膜40覆盖间隙30。
32.在一些实施例中，间隙30呈十字型、矩形、t型、米字型、弧形、或圆形，柔性膜40的形状与间隙30的形状相匹配。如图2和图3所示，间隙30呈十字型，柔性膜40相应地呈十字型，该间隙30位于空腔12中，并且十字型中心与空腔12中心重合，从而提高压电复合振动层的灵敏度。如图4和图5所示，间隙30呈圆形，柔性膜40相应地呈圆形，并且该间隙30设置在空腔12的中心区域，从而提高压电复合振动层的中心区域的灵敏度。
33.在一些实施例中，柔性膜40的材料包括聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚氨酯。并且，该柔性膜40具有较低杨氏模量的高分子材料。
34.综上，在本申请所提供的mems结构中，首先，在具有间隙30的压电复合振动层上覆盖柔性膜40，从而在保证mems结构具有较高灵敏度的情形下，还能有效防止泄漏低频和中频信号。其次，该柔性膜40采用杨氏模量较低的高分子材料，从而尽量增大悬臂梁的自由端的最大振幅，尽量提高了mems结构的灵敏度。
35.另外，在一些实施例中，压电复合振动层包括依次层叠形成在衬底11上方的第一电极层21、第一压电层22、第二电极层23、第二压电层24和第三电极层25。第一压电层22、第二压电层24可将施加的压力转换成电压，并且第一电极层21、第二电极层23和第三电极层25可将所产生的电压传送至其他集成电路器件。
36.在一些实施例中，衬底11包括硅或任何合适的硅基化合物或衍生物(例如硅晶片、soi、sio2/si上的多晶硅)。
37.在一些实施例中，第一压电层22和第二压电层24包括氧化锌、氮化铝、有机压电膜、锆钛酸铅(pzt)、钙钛矿型压电膜或其他合适的材料。第一电极层21、第二电极层23和第三电极层25包括铝、金、铂、钼、钛、铬以及它们组成的复合膜或其他合适的材料。
38.以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。


技术特征：
1.一种mems结构，其特征在于，包括：衬底，具有空腔；压电复合振动层，形成在所述衬底上方并且所述压电复合振动层包括具有固定端和自由端的悬臂梁，所述固定端连接所述衬底，所述自由端悬置在所述空腔上方,至少两个相邻的所述悬臂梁之间具有间隙；柔性膜，形成在所述压电复合振动层上方并且覆盖所述间隙。2.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，所述压电复合振动层包括：第一电极层，形成在所述衬底上方；第一压电层，形成在所述第一电极层上方；第二电极层，形成在所述第一压电层上方。3.根据权利要求2所述的mems结构，其特征在于，所述压电复合振动层还包括形成在第二电极层上方的第二压电层，以及形成在第二压电层上方的第三电极层。4.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，至少两个所述悬臂梁对称设置，并且至少两个所述悬臂梁的所述自由端之间具有所述间隙。5.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，所述间隙形成在所述空腔上方，并且所述柔性膜完全覆盖所述间隙，所述柔性膜的区域面积小于所述空腔的区域面积。6.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，所述间隙呈十字型、矩形、t型、米字型、弧形、或圆形，所述柔性膜的形状与所述间隙的形状相匹配。7.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，所述柔性膜的材料包括聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚氨酯。8.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，所述mems结构应用于传声器或扬声器。

技术总结
本申请公开了一种MEMS结构，包括：衬底，具有空腔；压电复合振动层，形成在所述衬底上方并且所述压电复合振动层包括具有固定端和自由端的悬臂梁，所述固定端连接所述衬底，所述自由端悬置在所述空腔上方,至少两个相邻的所述悬臂梁之间具有间隙；柔性膜，形成在所述压电复合振动层上方并且覆盖所述间隙。本申请在具有间隙的压电复合振动层上覆盖柔性膜，从而在保证MEMS结构具有较高灵敏度的情形下，还能有效防止泄漏低频和中频信号。有效防止泄漏低频和中频信号。有效防止泄漏低频和中频信号。


技术研发人员：钱雪峰 刘端
受保护的技术使用者：安徽奥飞声学科技有限公司
技术研发日：2022.11.25
技术公布日：2023/7/23