Amorft metallisk glas til højfølsomheds-MEMS-mikrofoner

Avancerede mikrofoner ved hjælp af mikroelektromekaniske systemer (MEMS) er i stand til at understøtte nye brugerinteraktioner med "smarte" enheder, som at chatte med Apples Siri, eller Amazons Alexa. Nøglen til at opnå den høje følsomhed, der ønskes for disse mikrofoner, du bliver måske overrasket over at lære, er knyttet til "adgang" eller "overholdelse" af dets membrankomponenter.

Polysilicon er det materiale, der oftest bruges som en membran til mikrofonenheder i dag. Men, generelt, enkeltkrystal- og polykrystallinsk-silicium-baserede enheder er sprøde og tilbøjelige til brud, der kan forårsage indre defekter under fremstillingsprocesserne. Dette har fået forskere til at søge efter et udskiftningsmateriale.

Under AVS 64th International Symposium &Exhibition, afholdes 29. oktober-nov. 3, 2017, i Tampa, Florida, forskere fra WPI-Advanced Institute for Materials Research/Micro System Integration Center på Tohoku University, i Japan, vil præsentere deres arbejde med et potentielt udskiftningsmateriale, der viser løfte om MEMS -mikrofoner:amorft metallisk glas.

"En af de vigtigste specifikationer for at evaluere disse enheder er signal-til-støj-forhold (SNR), "sagde Mai Phuong Nguyen, adjunkt ved Tohuku University. "SNR er en god indikator for det mindste lydniveau, som en mikrofon kan registrere i rolige omgivelser."

Indtil nu, de fleste undersøgelser fokuserede på at forbedre SNR, ifølge Nguyen, som er proportional med membranens "overensstemmelse". "Men der er ikke opnået væsentlige resultater, på grund af begrænsningerne ved polysilicium, "Sagde Nguyen.

Metalliske briller, imidlertid, dele egenskaberne ved både metaller og glas. Som briller, de har en "afkølet flydende region, "hvor viskositeten kan kontrolleres.

"[T] arving amorf struktur betyder, at metalliske glas er fri for krystallinske defekter - forskydning, punktfejl, stablingsfejl, etc., "Nguyen sagde." Så metalliske briller har høj styrke og lav stivhed, hvilket giver dem mulighed for at lagre elastisk belastningsenergi og frigive den. "

MEMS -fremstillingsprocesserne udføres typisk ved en temperatur på 200 grader C eller højere, og materialerne skal undergå kemisk korrosion under strippeprocesserne i litografitrin, som også ætser til mønster eller strukturering af enheden. "Termiske budgetter og kemisk resistens kan potentielt have en stærk indflydelse på enhedens ydeevne, og dette skal undersøges nærmere, "Sagde Nguyen.

Gruppen fremstillede et kobolt tantalbor (CoTaB) amorft metallisk glas ved en sputterteknik, en simpel metode, der almindeligvis bruges af halvlederindustrien. Den endelige tykkelse spænder fra 100 nanometer til flere mikrometer, styres ved simpelthen at ændre sputterforhold. De var i stand til at bekræfte de vigtigste egenskaber ved metallisk glas:en amorf struktur med metallisk glasadfærd.

"Vi undersøgte også middelværdi og gradientstress, der ser ud til at have en stærk indvirkning på følsomheden af ​​enheder, "Nguyen sagde." Og vi studerede yderligere tryk- og trækstress under forskellige aflejringsbetingelser, såvel som deres kompatibilitet med MEMS -fremstillingsprocesser. "

Mikrofoner er allerede veletablerede i en bred vifte af forbrugerprodukter. "Men der er klart plads til at øge deres rækkevidde inden for lydforsynings- og værdikæden, hvilket ville forbedre lydfunktionerne, "Sagde Nguyen.