CN108235203A - 一种自适应跟踪偏置电压的方法及麦克风装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应跟踪偏置电压的方法及麦克风装置，其中包括一声学感测器，声学感测器包括一背极板及形成于背极板上的声学振膜，其中，自适应跟踪偏置电压方法包括下述步骤：步骤S1、给声学振膜加一个不断升高的偏置电压，当偏置电压达到一第一设定电压时，硅基微机电麦克风的灵敏度下降，记录第一设定电压为第一电压；步骤S2、对声学振膜下电复位；步骤S3、重新设定一偏置电压，偏置电压的大小为第一电压的60％至80％。本发明的技术方案有益效果在于：公开了一种自适应跟踪偏置电压的方法及麦克风装置，可以精确控制器件的结构尺寸，实现操作简单，能够自适应动态地改变偏置电压，提升灵敏度，降低信噪比，提高性能的一致性。

Description

一种自适应跟踪偏置电压的方法及麦克风装置

技术领域

本发明涉及硅基微机电技术领域，尤其涉及一种自适应跟踪偏置电压的方法及麦克风装置。

背景技术

声学感测器可将声波信号转换为电子信号以供各种应用。声学感测器已广泛应用于多种电子产品，例如手机、相机、笔记本电脑以及麦克风等。在现有技术中，根据不同的工作原理，声学感测器可分为压电式、压阻式和电容式。

目前，声学感测器由声学振膜与背极板组成一平行板电容器，在声压的作用下，声学振膜将向背极板移动，两极板之间的电容值发生改变，实现声信号向电信号的转换。然而，在量产时，背极板结构的高度、厚度及侧向应力都会影响结构的灵敏度，且湿法刻蚀时氢氟酸的浓度无法控制，传统的校准只能改变增益，而这以损失性能为代价，影响信噪比，即现有技术中腐蚀声学振膜的氢氟酸的浓度不好控制，无法得到一致性好的声学感测器。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种旨在实现操作简单，自适应动态地改变偏置电压，提升灵敏度，提高性能一致性的一种自适应跟踪偏置电压的方法及麦克风装置。

具体技术方案如下：

一种自适应跟踪偏置电压方法，应用于硅基微机电麦克风，所述硅基微机电麦克风包括一声学感测器，所述声学感测器包括一背极板及形成于所述背极板上的声学振膜，其中包括下述步骤：

步骤S1、给所述声学振膜加一个不断升高的偏置电压，当所述偏置电压达到一第一设定电压时，所述硅基微机电麦克风的灵敏度下降，记录所述第一设定电压为第一电压；

步骤S2、对所述声学振膜下电复位；

步骤S3、重新设定一偏置电压，所述偏置电压的大小为所述第一电压的 60％至80％。

优选的，所述步骤S3中的所述偏置电压为所述第一电压的75％。

一种自适应跟踪偏置电压的麦克风装置，其中包括：

声学感测器，所述声学感测器包括一背极板及形成于所述背极板上的声学振膜；

电路芯片，所述电路芯片包括：

控制单元，用于调节所述偏置电压的大小；

存储单元，用于存储所述第一设定电压、所述第一电压。

优选的，所述背极板的结构为一三明治结构，所述三明治结构自上而下为氮化硅、二氧化硅、多晶硅。

优选的，所述声学振膜是由氢氟酸腐蚀形成。

优选的，制备所述硅基微机电麦克风单体的基板为一6寸晶圆或者8寸晶圆。

优选的，所述背极板的厚度是所述声学振膜的厚度的1.4-2.5倍。

本发明的技术方案有益效果在于：公开了一种自适应跟踪偏置电压的方法及麦克风装置，可以精确控制器件的结构尺寸，实现操作简单，能够自适应动态地改变偏置电压，提升灵敏度，降低信噪比，提高性能的一致性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。需要注意的是，附图中并未按照比例绘制相关部件，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明一种自适应跟踪偏置电压方法实施例的流程图；

图2是本发明的实施例中，关于声学感测器的结构示意图；

图3是本发明的实施例中，关于自适应跟踪偏置电压的麦克风装置图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1、2所示，一种自适应跟踪偏置电压方法，用于硅基微机电麦克风，硅基微机电麦克风包括一声学感测器1，声学感测器1包括一背极板2及形成于背极板2上的声学振膜3，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、给声学振膜3加一个不断升高的偏置电压Vbias，当偏置电压 Vbias达到一第一设定电压时，硅基微机电麦克风的灵敏度下降，记录第一设定电压为第一电压；

步骤S2、对声学振膜3下电复位；

步骤S3、重新设定一偏置电压Vbias，偏置电压Vbias为第一电压的60％至80％。

在一种较优的实施方式中，偏置电压Vbias为第一电压的75％。

通过上述自适应跟踪偏置电压Vbias方法的技术方案，首先给声学振膜 3加一个不断升高的偏置电压Vbias，当偏置电压Vbias达到一第一设定电压时，硅基微机电麦克风的灵敏度下降，记录第一设定电压为第一电压，然后对声学振膜3下电复位，接着重新设定一偏置电压Vbias，偏置电压Vbias 为第一电压的75％；

进一步地，重复上述的步骤S1、S2、S3，使得最后得到的第一电压最接近灵敏度刚好下降的电压，能够自适应动态地改变偏置电压Vbias，提升灵敏度，降低信噪比，提高性能的一致性。

如图3所示，一种自适应跟踪偏置电压Vbias的麦克风装置，其中包括：

声学感测器1，声学感测器1包括一背极板2及形成于背极板2上的声学振膜3；

电路芯片4，电路芯片4包括：

控制单元，用于调节偏置电压Vbias的大小；

存储单元，用于存储第一设定电压、第一电压。

在一种较优的实施方式中，背极板2的结构为一三明治结构，三明治结构自上而下为氮化硅20、二氧化硅21、多晶硅22。

在一种较优的实施方式中，声学振膜3是由氢氟酸腐蚀形成。

在一种较优的实施方式中，制备硅基微机电麦克风单体的基板为一6寸晶圆或8寸晶圆。

在一种较优的实施方式中，背极板2的厚度是声学振膜3的厚度的1.4-2.5 倍。

具体地，在一种较优的实施例中，一种自适应跟踪偏置电压的麦克风装置，其中包括一声学感测器1，声学感测器1为一平行板电容器结构，包括一背极板2及形成于背极板上的声学振膜3；

进一步地，如图3所示，自适应跟踪偏置电压的麦克风装置，利用声音的变化产生压力梯度，使得声学振膜3受升压干扰而产生形变，进而改变背极板2与声学振膜3之间的电容值，电容值经过电路芯片进行处理转换为电压信号；

进一步地，电路芯片4的控制单元调节偏置电压Vbias的大小，给声学振膜3加一个不断升高的偏置电压Vbias，当偏置电压Vbias达到一第一设定电压时，自适应跟踪偏置电压Vbias的麦克风装置的灵敏度下降，记录第一设定电压为第一电压，并且通过电路芯片4的存储单元进行存储第一设定电压与第一电压；

进一步地，声学振膜3与刚性有关，刚性越大，形变越大，进而气隙越低，则输出电压与灵敏度越优，重新对声学振膜3下电复位，接着重新设定一偏置电压Vbias，偏置电压Vbias的大小为第一电压的75％，使得到灵敏度刚好下降的电压为第一电压，进而能够自适应动态地改变偏置电压Vbias，提升灵敏度，降低信噪比，提高性能的一致性。

具体地，在一种较优的实施例中，如图2所示，声学感测器1包括一背极板2及形成于背极板上的声学振膜3，背极板2与声学振膜3之间设置一空气隙23，背极板2的底部设置一声学孔24，空气隙23与声学孔24相通。背极板2的厚度在声学振膜3的1.4-2.5倍的厚度，声学振膜3是由氟化氢 HF的腐蚀形成，背极板2为一三明治结构，三明治结构自上而下的顺序为氮化硅20、二氧化硅21和多晶硅22，其中，氮化硅20很硬但是做不厚，只能做成一薄膜，置于背极板2的表层，用于保证二氧化硅21不被氢氟酸腐蚀，二氧化硅21易于被氢氟酸腐蚀，置于中间部分，多晶硅22用于导电，置于背极板2的底层。对于狭窄气隙中空气流阻抗的存在，引起高频灵敏度的降低，这一点可以通过背极板2底部设置大量的声学孔24以降低空气流阻抗的方法解决这个问题；

进一步地，自适应跟踪偏置电压的麦克风装置，可以精确控制器件的结构尺寸，容易实现批量生产，而且便于与IC兼容集成，形成复杂的微***。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种自适应跟踪偏置电压方法，应用于硅基微机电麦克风，所述硅基微机电麦克风包括一声学感测器，所述声学感测器包括一背极板及形成于所述背极板上的声学振膜，其特征在于，包括下述步骤：

步骤S1、给所述声学振膜加一个不断升高的偏置电压，当所述偏置电压达到一第一设定电压时，所述硅基微机电麦克风的灵敏度下降，记录所述第一设定电压为第一电压；

步骤S2、对所述声学振膜下电复位；

步骤S3、重新设定一偏置电压，所述偏置电压的大小为所述第一电压的60％至80％。

2.根据权利要求1所述的自适应跟踪偏置电压方法，其特征在于，所述步骤S3中的所述偏置电压为所述第一电压的75％。

3.一种自适应跟踪偏置电压的麦克风装置，其特征在于，包括：

声学感测器，所述声学感测器包括一背极板及形成于所述背极板上的声学振膜；

电路芯片，所述电路芯片包括：

控制单元，用于调节所述偏置电压的大小；

存储单元，用于存储所述第一设定电压、所述第一电压。

4.根据权利要求3所述的自适应跟踪偏置电压的麦克风装置，其特征在于，所述背极板的结构为一三明治结构，所述三明治结构自上而下为氮化硅、二氧化硅、多晶硅。

5.根据权利要求3所述的自适应跟踪偏置电压的麦克风装置，其特征在于，所述声学振膜是由氢氟酸腐蚀形成。

6.根据权利要求3所述的自适应跟踪偏置电压的麦克风装置，其特征在于，制备所述自适应跟踪偏置电压的麦克风装置的基板为一6寸晶圆或者8寸晶圆。

7.根据权利要求3所述的自适应跟踪偏置电压的麦克风装置，其特征在于，所述背极板的厚度是所述声学振膜的厚度的1.4-2.5倍。