KR100836193B1 - 압전형 마이크로폰 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전형 마이크로폰에 관한 것으로, 본 발명에 따른 압전형 마이크로폰은 압전층과 상부전극 및 하부전극을 단위 구조로 하며, 이러한 다수의 단위 구조가 보호막의 상면에 다양한 형태로 배열되어 있다.
본 발명에 의하면, 상기 하부 전극과 압전층 및 상부 전극이 단일한 평행판 형상의 구조를 나타내는 종래의 압전형 마이크로폰과 비교해 볼 때, 단위 구조의 개수에 따라서 출력되는 압전기 신호의 전압 레벨을 원하는 특정 레벨 이상으로 용이하게 증가시킬 수 있으며, 그 결과 상기 압전형 마이크로폰 자체의 민감도(sensitivity)도 함께 증가시킬 수 있다.
마이크로폰, 압전물질, 음압, 평행판, 민감도

Description

압전형 마이크로폰{MICROPHONE OF A PIEZOELECTRIC TYPE}
도 1은 종래의 압전형 마이크로폰의 단면도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 종래의 압전형 마이크로폰의 제조 과정을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전형 마이크로폰의 단면도.
도 5는 도 3의 평면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전형 마이크로폰의 제조 과정을 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전형 마이크로폰의 단면도.
도 8은 도 7의 평면도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전형 마이크로폰의 제조 과정을 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 압전형 마이크로폰의 단위 구조가 다양한 형태로 배열되어 있는 상태를 나타낸 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10,10a,10b: 보호막
20,20a,20b: 하부 전극
30,30a,30b: 압전층
40,40a,40b: 상부 전극
50: 에어 브리지
S: 실리콘 기판
본 발명은 마이크로폰에 관한 것이며, 더욱 상세히는 압전형 마이크로폰에 관한 것이다.
마이크로폰은 음파 또는 초음파를 받아서 그 진동에 따른 전기신호를 발생하는 장치이다.
상기와 같은 마이크로폰은 탄소입자의 집합체가 압력에 의하여 전기저항이 변화하는 것을 이용하는 카본형, 압전기 효과를 이용하는 압전형, 진동판에 장치된 코일이 진동에 기인하여 발생하는 유도전류를 이용하는 가동코일형, 자기장 내에 장치된 박형 리본이 음파를 받아서 진동하여 발생하는 유도전류를 이용하는 진동박형, 얇은 진동막에 같은 모양의 고정전극을 근소한 간격으로 마주 보게 하고 콘덴서를 형성시킨 콘덴서형, 기계적인 힘에 따라서 전기저항이 변화하는 응력 반도체 를 사용하는 반도체형 등이 있다.
특히, 상기한 종래의 압전형 마이크로폰은 도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이, 실리콘 기판(S)의 상면에 증착된 보호막(10)의 상면에 하부 전극(20)과 AIN(질화알루미늄), 압전 세라믹스 등과 같은 압전물질로 된 압전층(30) 및 상부 전극(40)이 순차적으로 형성되어 있다.
상기와 같이 구성되는 종래의 압전형 마이크로폰은 도 3에 나타낸 바와 같은 제조 과정을 거쳐 제조된다.
도 3을 참조하면, 종래의 압전형 마이크로폰은 먼저 실리콘 기판(S)의 상면에 상기 보호막(10)을 증착 형성한 다음(S10), 상기 보호막(10) 위에 상기 하부 전극(20), 압전층(30), 및 상부 전극(40)을 순차적으로 증착 형성한 후(S12), 상기 실리콘 기판(S)의 가장자리를 제외한 나머지 부분을 상기 보호막(10)의 바닥면이 노출되도록 백-사이드(back-side) 식각하여 제거함으로써(S14) 제조한다.
상기와 같이 구성되는 종래의 압전형 마이크로폰은 상기 압전층(30)에 가해지는 음압에 비례하여 발생하는 압전기 신호를 상기 하부 전극(20)과 상부 전극(40)을 통하여 외부의 증폭기로 출력한다.
하지만, 도 1과 도 2에 나타낸 바와 같은 종래의 압전형 마이크로폰은 상기 하부 전극(20)과 압전층(30) 및 상부 전극(40)이 단일한 평행판 형상의 구조를 나타내므로 음압에 대응하여 발생하는 압전기 신호의 전압이 일정 레벨 이하로 제한 되는 단점이 있으며, 그 결과 상기 압전형 마이크로폰 자체의 민감도(sensitivity)를 증가시키는데 한계가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 압전층과 상부전극 및 하부전극을 단위 구조로 하며, 이러한 다수의 단위 구조가 다양한 형태로 배열되어 있는 압전형 마이크로폰을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 압전형 마이크로폰은, 압전층과 상부전극 및 하부전극을 단위 구조로 하며, 이러한 다수의 단위 구조가 보호막의 상면에 다양한 형태로 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 압전형 마이크로폰은 실리콘 기판(S)의 상면에 증착 형성된 보호막(10a,10b)의 상면에 다양한 형태로 배열되어 있는 다수의 단위 구조를 포함한다.
상기 각 단위 구조는 상기 보호막(10a,10b)의 상면에 순차적으로 형성되는 하부 전극(20a,20b)과 AIN(질화알루미늄), 압전 세라믹스 등과 같은 압전물질로 된 압전층(30a,30b) 및 상부 전극(40a,40b)을 포함하며, 서로 직렬로 연결된다.
상기와 같은 다수의 단위 구조를 포함하는 본 발명에 따른 압전형 마이크로폰은, 실리콘 기판(S)의 상면에 증착 형성된 상기 보호막(10a,10b) 위에 상기 하부 전극(20a,20b)과 압전층(30a,30b) 및 상부 전극(40a,40b)이 순차적으로 형성된 다수의 단위 구조를 다양한 형태로 배열한 다음, 상기 실리콘 기판(S)의 가장자리를 제외한 나머지 부분을 상기 보호막(10a,10b)의 바닥면이 노출되도록 백-사이드(back-side) 식각하여 제거함으로써 제조하며, 구체적인 실시예는 다음과 같다.
도 4와 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전형 마이크로폰의 단면도와 평면도로서, 2개의 단위 구조가 상기 보호막(10a)의 상면에 반원 형태로 배치된 압전형 마이크로폰을 나타낸다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 압전형 마이크로폰은 도 6에 나타낸 바와 같은 제조 과정을 거쳐 제조된다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전형 마이크로폰은 먼저 실리콘 기판(S)의 상면에 상기 보호막(10a)을 증착 형성한 다음(S20), 상기 보호막(10a) 위에 상기 하부 전극(20a)과 압전층(30a) 및 상부 전극(40a)이 순차적으로 형성된 2개의 단위 구조를 반원 형태로 배열한 후(S22), 상기 실리콘 기판(S)의 가장자리를 제외한 나머지 부분을 상기 보호막(10a)의 바닥면이 노출되도록 백-사이드(back-side) 식각하여 제거함으로써(S24) 제조한다.
도 7과 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전형 마이크로폰의 단면도와 평면도로서, 2개의 단위 구조가 상기 보호막(10b)의 상면에 2개의 동심원 형태로 배치된 압전형 마이크로폰을 나타낸다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 압전형 마이크로폰은 도 9에 나타낸 바와 같은 제조 과정을 거쳐 제조된다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전형 마이크로폰은 먼저 실리콘 기판(S)의 상면에 상기 보호막(10b)을 증착 형성한 다음(S30), 상기 보호막(10b) 위에 상기 하부 전극(20b)과 압전층(30b) 및 상부 전극(40b)이 순차적으로 형성된 2개의 단위 구조를 동심원 형태로 배열한 후 2개의 동신원을 형성하는 상부 전극(40b)을 에어 브리지(50)로 연결한 다음(S32), 상기 실리콘 기판(S)의 가장자리를 제외한 나머지 부분을 상기 보호막(10b)의 바닥면이 노출되도록 백-사이드(back-side) 식각하여 제거함으로써(S34) 제조한다.
도 10의 (a) 내지 (k)는 본 발명에 따른 압전형 마이크로폰의 단위 구조가 다양한 형태로 배열되어 있는 상태를 나타낸 평면도이다.
예컨대, 도 10의 (a)는 도 7과 도 8에 나타낸 바와 유사하게 2개의 단위 구조가 상기 보호막(10b)의 상면에 2개의 동심원 형태로 배열되어 있는 상태를 나타내며, 이 경우 내측 원의 면적과 외측 원의 면적에서 상기 내측 원의 면적을 뺀 나머지 면적이 서로 동일하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 압전형 마이크로폰은 다음과 같이 작동한다.
다수의 단위 구조가 다양한 형태로 배치된 본 발명에 따른 압전형 마이크로폰은 상기 각 단위 구조의 압전층(30a,30b)에 가해지는 음압에 비례하여 발생하는 압전기 신호를 상기 각 단위 구조의 상기 하부 전극(20a,20b)과 상부 전극(40a,40b)을 통하여 외부의 증폭기로 출력한다.
이때, 상기 각 단위 구조에서 발생하는 압전기 신호를 더해주면 상기 음압에 대응하여 발생하는 전체 압전기 신호를 증가시킬 수 있다.
실제로, 본 발명에 따른 압전형 마이크로폰에 음압이 가해질 때, 예컨대 n개의 단위 구조가 각각 음압에 대응하는 압전기 신호를 발생하면 상기 압전형 마이크로폰이 발생하는 압전기 신호의 총 전압의 크기는 n×(각 단위 구조에서 발생하는 압전기 신호의 전압)이 된다.
따라서, 본 발명에 따른 압전형 마이크로폰은 단위 구조의 개수에 따라서 출력되는 압전기 신호의 전압 레벨을 원하는 특정 레벨이상으로 용이하게 증가시킬 수 있으며, 그 결과 상기 압전형 마이크로폰 자체의 민감도(sensitivity)도 함께 증가시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 압전형 마이크로폰을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이 하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 압전형 마이크로폰은 압전층과 상부전극 및 하부전극을 단위 구조로 하며, 이러한 다수의 단위 구조가 보호막의 상면에 다양한 형태로 배열되어 있으므로, 상기 하부 전극과 압전층 및 상부 전극이 단일한 평행판 형상의 구조를 나타내는 종래의 압전형 마이크로폰과 비교해 볼 때, 단위 구조의 개수에 따라서 출력되는 압전기 신호의 전압 레벨을 원하는 특정 레벨 이상으로 용이하게 증가시킬 수 있으며, 그 결과 상기 압전형 마이크로폰 자체의 민감도(sensitivity)도 함께 증가시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 압전층과 상부전극 및 하부전극을 단위 구조로 하며, 이러한 단위 구조가 보호막의 상면에 반원 형태 혹은 N등분된 원 형태 혹은 M개의 동심원 형태로 복수 개로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전형 마이크로폰.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 단위 구조가 n개이면, 상기 n개의 단위 구조가 각각 음압에 대응하는 압전기 신호를 발생할 때 상기 압전형 마이크로폰이 발생하는 압전기 신호의 총 전압의 크기는 n×(각 단위 구조에서 발생하는 압전기 신호의 전압)인 것을 특징으로 하는 압전형 마이크로폰.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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