Mems聲換能器、mems麥克風(fēng)、mems微型揚(yáng)聲器、揚(yáng)聲器陣列以及用于制造聲換能器的方法
【專利摘要】一種MEMS聲換能器，包括具有從中穿過的空腔，以及包括多個(gè)在襯底空腔上方進(jìn)行延伸的傳導(dǎo)穿孔背板部分的傳導(dǎo)背板單元。布置在相鄰的傳導(dǎo)穿孔背板部分之間的背板單元上的電介質(zhì)間隔體，以及由電介質(zhì)間隔體所支撐并且在傳導(dǎo)穿孔背板部分上進(jìn)行延伸的一個(gè)或多個(gè)石墨烯薄膜。
【專利說明】MEMS聲換能器、MEMS麥克風(fēng)、MEMS微型揚(yáng)聲器、揚(yáng)聲器陣列以及用于制造聲換能器的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及MEMS (MEMS=微電子機(jī)械系統(tǒng))聲換能器、MEMS麥克風(fēng)、MEMS微型揚(yáng)聲器、揚(yáng)聲器陣列以及用于制造聲換能器的方法，尤其涉及包括石墨烯薄膜的MEMS聲換能器、MEMS麥克風(fēng)和微型揚(yáng)聲器。

【背景技術(shù)】
[0002]使用MEMS技術(shù)實(shí)施的麥克風(fēng)和微型揚(yáng)聲器通常使用硅來實(shí)現(xiàn)。MEMS麥克風(fēng)/微型揚(yáng)聲器可以通過提供具有被硅質(zhì)薄膜所覆蓋的空腔的硅質(zhì)襯底來實(shí)現(xiàn)。在MEMS麥克風(fēng)中，小幅薄膜位移相對(duì)基準(zhǔn)電極而被電容地感應(yīng)，并且在MEMS微型揚(yáng)聲器中，該薄膜通過例如用于提供大行程位移的兩個(gè)定子之間的靜電驅(qū)動(dòng)而被靜電地驅(qū)動(dòng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種MEMS聲換能器，包括具有從中穿過的空腔的襯底，包括多個(gè)在襯底空腔上方進(jìn)行延伸的傳導(dǎo)穿孔背板部分的傳導(dǎo)背板單元，布置在相鄰的傳導(dǎo)穿孔背板部分之間的該背板單元上的電介質(zhì)間隔體，以及被該電介質(zhì)間隔體所支撐并且在該傳導(dǎo)穿孔背板部分上進(jìn)行延伸的一個(gè)或多個(gè)石墨烯薄膜。
[0004]—種MEMS微型揚(yáng)聲器,包括傳導(dǎo)襯底,其包括在該襯底前側(cè)形成的多個(gè)空腔，以及在該多個(gè)空腔上進(jìn)行延伸并且由該襯底以及該空腔周圍的襯底部分以電絕緣方式所支撐的一個(gè)或多個(gè)石墨烯薄膜。
[0005]一種揚(yáng)聲器陣列，包括襯底，該襯底包括在該襯底前側(cè)形成的多個(gè)空腔以及多個(gè)微型揚(yáng)聲器，其中每個(gè)微型揚(yáng)聲器包括在該多個(gè)空腔中的一個(gè)或多個(gè)上進(jìn)行延伸并且由該襯底以及該空腔周圍的襯底部分以電絕緣方式所支撐的一個(gè)或多個(gè)石墨烯薄膜。
[0006]一種用于制造聲換能器的方法，包括將石墨烯薄膜沉積在襯底上，并且構(gòu)造一個(gè)或多個(gè)MEMS結(jié)構(gòu)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1示出了指示石墨烯在與硅進(jìn)行比較時(shí)的機(jī)械屬性的表格；
[0008]圖2示出了在頂部包括石墨烯薄膜的麥克風(fēng)的實(shí)施例；
[0009]圖3不出了在底部具有石墨稀薄I旲的麥克風(fēng)的另一個(gè)實(shí)施例；
[0010]圖4示出了具有雙背板結(jié)構(gòu)的麥克風(fēng)的另一個(gè)實(shí)施例，該雙背板結(jié)構(gòu)包括具有被包夾在其間的薄膜的兩個(gè)背板；
[0011]圖5示出了在頂部包括多薄膜麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的MEMS麥克風(fēng)的另一個(gè)實(shí)施例；
[0012]圖6示出了在底部包括多薄膜麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的MEMS麥克風(fēng)；
[0013]圖7示出了包括多薄膜麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的MEMS麥克風(fēng)，該多薄膜麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)具有雙背板結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括具有被包夾在其間的薄膜的兩個(gè)背板；
[0014]圖8以頂部視圖示出了蜂巢結(jié)構(gòu)的背板的示例；
[0015]圖9示出了包括石墨烯薄膜的微型揚(yáng)聲器的實(shí)施例；
[0016]圖10，包括圖10 (a)和10 (b)，示出了具有不同形狀的空腔的示例，其中圖10(a)示出了具有階梯形橫截面的空腔，并且其中圖10 (b)示出了具有傾斜空腔壁的空腔的示例；
[0017]圖11示出了包括允許薄膜的對(duì)稱驅(qū)動(dòng)的石墨烯薄膜的微型揚(yáng)聲器的另一個(gè)實(shí)施例；
[0018]圖12不出了依據(jù)一個(gè)實(shí)施例的揚(yáng)聲器陣列的不意性表不形式；
[0019]圖13 (a)示出了如關(guān)于圖2所描述的實(shí)施例中的“多部分”薄膜的示例；
[0020]圖13 (b)示出了如關(guān)于圖9所描述的實(shí)施例中的“多部分”薄膜的示例；
[0021]圖14，包括圖14 (a)至14 (d)，示出了用于實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜的各種選擇，其中圖14 (a)示出了單層石墨烯材料，圖14 (b)示出了多層石墨烯材料，圖14 (c)示出了化學(xué)官能化的單層石墨烯，而圖14 Cd)示出了純石墨烯層和化學(xué)官能化的石墨烯層的合成物；
[0022]圖15示出了針對(duì)石墨烯薄膜指示薄膜順應(yīng)度對(duì)比薄膜厚度的表格；
[0023]圖16示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的表面微加工的壓力傳感器，其使用石墨烯薄膜和阱部電極作為壓力敏感元件；
[0024]圖17示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的表面微加工的壓力傳感器，其使用石墨烯薄膜作為壓力敏感元件并被集成到金屬疊層BEOL中；
[0025]圖18 (a)至18 (k)示出了用于制造與圖3相類似的在底部具有其石墨烯薄膜的聲換能器的實(shí)施例；
[0026]圖19 (a)和19 (b)示出了用于制造與圖18相類似(只是該過程開始于不同襯底)的聲換能器的實(shí)施例；
[0027]圖20 Ca)至20 Cf)示出了用于制造與圖9相類似的聲換能器的實(shí)施例；
[0028]圖21示出了用于獲得圖11所示的設(shè)備的第二晶片或襯底；和
[0029]圖22示出了用于制造與圖21相類似(只是使用了不同的襯底)的聲換能器的實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0030]在下文中，將以進(jìn)一步的細(xì)節(jié)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。相應(yīng)附圖中所示出的具有相同或相似功能的要素將具有與之相關(guān)聯(lián)的相同附圖標(biāo)記。
[0031]傳統(tǒng)上,MSMS麥克風(fēng)/微型揚(yáng)聲器以娃技術(shù)進(jìn)行制造。娃微加工的麥克風(fēng)是包括在聲場(chǎng)中移動(dòng)的柔性薄膜以及被稱作背板的靜態(tài)穿孔電極的電容換能器。在壓力過度的情況下，該薄膜會(huì)經(jīng)受到高達(dá)1bar的壓力差。在該情況下，通常的薄膜會(huì)由于其斷裂強(qiáng)度過低而失效。
[0032]反向換能器是需要被驅(qū)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)大行程位移的微型揚(yáng)聲器，例如通過電容驅(qū)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)大幅空氣位移并因此驅(qū)動(dòng)可接受的聲壓。
[0033]為了解決硅麥克風(fēng)薄膜中的壓力過度的問題，可能在麥克風(fēng)前部插入阻尼墊圈，然而這引入了額外的不期望出現(xiàn)的噪聲。這還可能增加麥克風(fēng)的前部體積，然而這增加了包括該麥克風(fēng)的應(yīng)用中所需的空間。解決壓力過度問題的另外的可能方式是經(jīng)由彈簧支撐的薄膜或者通過提供排氣通道來提供透氣，然而這需要特殊的設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)的低應(yīng)力梯度。用于實(shí)施透氣的另一種可能方式是通過薄膜中在壓力下打開的副翼實(shí)施透氣，然而這需要附加的設(shè)計(jì)面積并且應(yīng)力梯度也是關(guān)鍵所在。
[0034]在硅微型揚(yáng)聲器中，例如能夠通過提供曲折定子揚(yáng)聲器由包括吸合(pull-1n)結(jié)構(gòu)的多晶娃薄膜生成大的聲壓。
[0035]因此，需要提供一種有所改進(jìn)的MEMS麥克風(fēng)/微型揚(yáng)聲器。
[0036]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種包括由石墨烯所制成的薄膜(而不是硅薄膜或多晶硅薄膜)的MEMS麥克風(fēng)/MEMS揚(yáng)聲器。石墨烯的機(jī)械特性對(duì)于生產(chǎn)非常高柔度和大斷裂強(qiáng)度的麥克風(fēng)薄膜而言是有利的，由此允許設(shè)計(jì)相對(duì)任何大行程位移均具有魯棒性的高度敏感的麥克風(fēng)。另一方面，微型揚(yáng)聲器可以從高柔度所獲得的益處在于，可以減少用于獲得高行程的驅(qū)動(dòng)電壓，同時(shí)高的斷裂強(qiáng)度降低了故障風(fēng)險(xiǎn)并且實(shí)現(xiàn)了高耐久性。依據(jù)實(shí)施例，可以通過形成兩個(gè)或更多單層石墨烯膜或?qū)拥寞B層而增大石墨烯薄膜的強(qiáng)度。
[0037]石墨烯是表現(xiàn)出高疏水性的純碳化合物，其對(duì)于防止薄膜在包括潤(rùn)濕法工藝的制造過程期間被刺破是有利的，并且還避免了在完成設(shè)備中被刺破。疏水性可以例如通過氟化作用而對(duì)石墨烯進(jìn)行部分或完全的化學(xué)官能化而改變，其中完全氟化導(dǎo)致了所謂的疏水性有所增大的氟化石墨烯(flurographene)。而且,可以執(zhí)行氫化作用并且完全氫化導(dǎo)致了親水性適當(dāng)升高的石墨烯。此外，氧化是可能的，并且完全的氧化導(dǎo)致石墨烯氧化物具有大幅減小的疏水性。還可以依據(jù)實(shí)施例使用經(jīng)化學(xué)修改的單層石墨烯膜或者由被包夾在經(jīng)化學(xué)修改的石墨烯膜之間的石墨烯所構(gòu)成的復(fù)合膜。
[0038]圖1示出了指示石墨烯在與硅進(jìn)行比較時(shí)的機(jī)械屬性的表格?？梢钥闯?，在其楊氏模量、斷裂強(qiáng)度、泊松比(Poisson rat1)和密度的數(shù)值方面，石墨烯勝過硅。因此，出于以上所概述的原因，在以MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)麥克風(fēng)/微型揚(yáng)聲器時(shí)使用石墨烯作為薄膜材料是有利的。
[0039]圖2示出了在頂部具有薄膜的包括石墨烯薄膜的麥克風(fēng)的實(shí)施例。麥克風(fēng)100包括例如硅襯底的襯底102，其具有形成于其中的空腔104?？涨?04從襯底102上的第一表面106延伸至襯底上與第一表面相對(duì)的第二表面108。第一表面106也被稱作襯底102的前側(cè)，而第二表面108也被稱作襯底102的背側(cè)。在襯底的前側(cè)106上布置有電介質(zhì)間隔體層110。電介質(zhì)間隔體層110被布置在襯底102的前側(cè)106上以便包圍空腔104并且從空腔向襯底102的外圍112進(jìn)行延伸。電介質(zhì)間隔體層110可以始終向外圍112延伸，或者如圖2右手部分所示出的，可以被布置為使得其在襯底的具體部分從外圍112凹進(jìn)。麥克風(fēng)100進(jìn)一步包括傳導(dǎo)穿孔背板114，其包括外圍區(qū)114a和穿孔區(qū)114b。背板114可以由多晶硅形成，并且穿孔區(qū)114b包括多個(gè)通過背板114延伸的空腔114c。背板114被布置為使得其穿孔區(qū)114b被布置為在襯底102的空腔104上延伸或者跨過其進(jìn)行延伸，并且背板114的外圍區(qū)114a被布置在電介質(zhì)間隔體層110上。麥克風(fēng)100包括形成在背板114的外圍區(qū)114a上的另外的電介質(zhì)間隔體層116。依據(jù)實(shí)施例，電介質(zhì)間隔體層116并不延伸到空腔104上方的區(qū)域中并且至少部分覆蓋背板114的外圍區(qū)114a。該麥克風(fēng)包括在背板上方被間隔體116所支撐的石墨烯薄膜120。石墨烯薄膜120以在空腔104上方延伸并且還在傳導(dǎo)穿孔背板114上方延伸的方式被布置在襯底102上。該麥克風(fēng)包括與背板114的外圍區(qū)114a相接觸的第一電極122。此外，第二電極與石墨烯薄膜120相接觸。在圖2的實(shí)施例中，第二電極124被布置在與石墨烯薄膜120相接觸的電介質(zhì)間隔體上。如箭頭126所描繪的，石墨烯薄膜120可根據(jù)壓力變化而在垂直方向偏離。利用可以由相應(yīng)金屬墊所形成的電極122和124，可以檢測(cè)薄膜的垂直位移。
[0040]此外，可以通過提供從背板縮進(jìn)在背板114和薄膜120之間的空隙128的防刺穿凸塊或者通過為背板設(shè)置如SAMS涂層或OTS涂層的防刺穿涂層而對(duì)圖2中所描繪的MEMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)以防止刺穿。
[0041]在下文中，將給出用于制造圖2所描繪的麥克風(fēng)100的示例。該工藝流程以在其上沉積例如500nm厚度的阻止氧化層的襯底102作為開始。厚度大約為I μ m的多晶硅層連同例如具有10nm厚度的SiN層一起被沉積在氧化層上。這種層結(jié)構(gòu)定義了背板114。在沉積了用于背板114的材料之后，執(zhí)行背板構(gòu)建工藝以便在背板114的穿孔區(qū)114b中打開空腔114c。在背板構(gòu)建之后，具有大約I至5μπι厚度的電介質(zhì)材料被沉積在背板上并且被構(gòu)建形成圖2中所描繪的另外的電介質(zhì)間隔體116。在構(gòu)建間隔體116之后，形成了金屬焊盤122、124。在此之后，對(duì)襯底102執(zhí)行背側(cè)空腔蝕刻，即從襯底的背側(cè)108向其前側(cè)蝕刻出空腔104而使得空腔104到達(dá)提供在前側(cè)上的阻止氧化層。通過進(jìn)一步的蝕刻工藝去除空腔區(qū)域中的阻止氧化層。在此之后，通過將石墨烯材料傳輸至間隔體116和焊盤124而提供石墨烯薄膜120。依據(jù)實(shí)施例，石墨烯在輸送晶片上進(jìn)行構(gòu)建并且在與包括麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的其余元件的目標(biāo)晶片對(duì)準(zhǔn)時(shí)完成傳輸。
[0042]依據(jù)可替換的工藝，襯底102、背板114、間隔體116和金屬焊盤122、124如以上所描述地形成，然而并不構(gòu)建間隔體116。在此之后，執(zhí)行背板空腔蝕刻以便從襯底102的背側(cè)108形成空腔104而并不從前側(cè)去除阻止氧化層。隨后，執(zhí)行石墨烯傳輸處理以及使用常規(guī)的照相平板印刷工藝構(gòu)建出石墨烯層。在此之后，從襯底背側(cè)通過阻止氧化層和穿孔開孔114c執(zhí)行犧牲氧化蝕刻，由此去除穿孔區(qū)114b和石墨烯薄膜120之間的區(qū)域中的電介質(zhì)間隔體116而因此定義出空氣間隙128。
[0043]圖3示出了具有石墨烯薄膜的麥克風(fēng)的另一個(gè)實(shí)施例，其與圖2的不同之處在于示出了在底部具有薄膜的麥克風(fēng)。如可以從圖3所看到的，該結(jié)構(gòu)基本上對(duì)應(yīng)于圖2的結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于薄膜120現(xiàn)在由在襯底102上所形成的電介質(zhì)間隔體110所支撐，并且具有在背板114和薄膜120之間布置的附加間隔體116的背板114被接合到薄膜120上，更具體地是接合到包圍空腔104的襯底區(qū)域所支撐的薄膜的外圍部分120a。石墨烯薄膜120進(jìn)一步具有在空腔104上方延伸的中心區(qū)120b。該中心區(qū)120b進(jìn)一步利用在薄膜120和背板114之間的空氣間隙128與穿孔區(qū)114b相對(duì)布置。因此，在圖3中，薄膜120被包夾在襯底和背板之間。當(dāng)提供非傳導(dǎo)性襯底102時(shí)，薄膜120可以被直接安裝到襯底，即可以省略層110。
[0044]圖3中所描繪的麥克風(fēng)可以通過提供襯底102被制造，該襯底102可以設(shè)置有定義出層110的阻止氧化層。然而，如以上所提到的，在其它情況下這并非是必需的，而且對(duì)于處理步驟而言，由于硅襯底102的蝕刻將在石墨烯層120上停止，所以這也并非是必須的。石墨烯被沉積到襯底102上或者被傳輸?shù)桨ㄒ恢圃斓亩鄠€(gè)麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的整個(gè)晶片上，隨后進(jìn)行石墨烯構(gòu)建步驟，除非石墨烯已經(jīng)在傳輸層上進(jìn)行過構(gòu)建。在此之后，如以上所描述的，沉積間隔體116并且在間隔體116上沉積背板114并對(duì)其進(jìn)行構(gòu)建。隨后形成焊盤122和124。在此之后，依據(jù)第一種可能性，從背側(cè)蝕刻出空腔104并且通過用于形成空氣間隙128的犧牲氧化蝕刻工藝去除部分電介質(zhì)間隔體116。此外，可以將防刺穿涂層應(yīng)用于背板。可替換地，該蝕刻工藝可以以用于去除部分層116以便定義空氣間隙128的犧牲氧化蝕刻作為開始，隨后進(jìn)行用于定義空腔104的背側(cè)蝕刻，其可以包括附加的阻止氧化蝕刻，假設(shè)這樣的附加氧化層110已經(jīng)被布置在襯底表面上。隨后，可以將防刺穿涂層應(yīng)用于背板。
[0045]圖4示出了作為圖2和3中所描繪的實(shí)施例的組合的麥克風(fēng)100的另一個(gè)實(shí)施例，其中提供了包括具有被包夾在其間的薄膜的兩個(gè)背板的雙背板結(jié)構(gòu)。已經(jīng)關(guān)于圖2和3進(jìn)行了描述的要素已經(jīng)在圖4中被指定以相同的附圖標(biāo)記并且省略對(duì)其新的描述。當(dāng)與圖2相比較時(shí)，圖4中所描繪的麥克風(fēng)100包括布置在薄膜120的外圍120a上的附加電介質(zhì)間隔體130。間隔體130支撐與背板114相類似的另外的背板132，其中其包括包圍穿孔區(qū)132b的外圍區(qū)132a，該穿孔區(qū)132b包括多個(gè)空腔或開口 132c。以以上所描述的方式布置背板132在薄膜120的中心區(qū)120b中在石墨烯薄膜120的上表面與背板132之間導(dǎo)致了空氣間隙134。另外的背板132以外圍區(qū)132a和穿孔區(qū)132與背板114的相應(yīng)分區(qū)相對(duì)準(zhǔn)并且開口 /空腔132c也與開口 114c相對(duì)準(zhǔn)的方式進(jìn)行布置和構(gòu)建。此外，另外的背板132在其外圍區(qū)132a上設(shè)置有另外的電極136。
[0046]圖4所描繪的麥克風(fēng)100可以通過將以上關(guān)于圖2和3所定義的工藝步驟進(jìn)行合并來制造。
[0047]圖5示出了包括多薄膜麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的MEMS麥克風(fēng)的另一個(gè)實(shí)施例。當(dāng)與關(guān)于圖2至4所描述的實(shí)施例相比較時(shí)，背板114和電介質(zhì)間隔體116有所修改。更具體地，背板114包括多個(gè)穿孔區(qū)IHb1UHb2和 114b3，其中每個(gè)穿孔區(qū)包括相應(yīng)的開口 /空腔114Cl、11如2和114c3。最外側(cè)的穿孔區(qū)IHb1和114b3與背板114的外圍區(qū)114a相鄰并且通過分別布置在第一和第二穿孔區(qū)IHb1和114b2之間以及第二和第三穿孔區(qū)114b2和114b3之間的中間區(qū)IHd1和114d2而彼此分離。
[0048]電介質(zhì)層116被構(gòu)建為使得其包括布置在背板114的外圍區(qū)114a上的外圍區(qū)116a。另外,層116被構(gòu)建為使得形成第一柱體I^b1和第二柱體116b2,其中第一柱體I^b1形成在背板114的第一中間區(qū)IHd1上，并且第二柱體116b2形成在第二中間區(qū)114d2上。
[0049]石墨烯薄膜120由電介質(zhì)間隔體116所支撐，更具體地，其被形成為使得其外圍部分120a由間隔體116的外圍部分116b所支撐。薄膜120包括在襯底102的空腔104上方延伸的可偏轉(zhuǎn)區(qū)域UOb1至120b3。薄膜120進(jìn)一步被柱體IWb1和116b2所支撐，由此定義了利用設(shè)置于其間的相應(yīng)空氣間隙US1至1283而與背板114的相應(yīng)穿孔區(qū)IHb1至IHb3相對(duì)布置的相應(yīng)可偏轉(zhuǎn)薄膜部分UOb1至120b3。因此，當(dāng)與圖2至4的實(shí)施例相比較時(shí)，在圖5的實(shí)施例中，薄膜120被分為多個(gè)薄膜，也就是均利用間隔體116的外圍區(qū)116a和/或柱體Iieb1Uieb2所單獨(dú)懸浮的薄膜部分UOb1至i20b3。
[0050]圖5的配置是有利的，因?yàn)橥ㄟ^提供多薄膜麥克風(fēng)，由于石墨烯材料的順應(yīng)性非常高，所以使用多個(gè)懸浮薄膜由于允許獲得整體MEMS設(shè)備高的總體順應(yīng)性而會(huì)是有益的。由小薄膜1201^至120b3所獲得的信號(hào)被線性相加，從而例如當(dāng)提供9個(gè)薄膜時(shí)，敏感度相對(duì)于單個(gè)薄膜增大9倍。另外，噪聲如下相加IsumO1isei2)1/2,由此在與單個(gè)薄膜相比時(shí)產(chǎn)生了 1/3的噪聲(例如，-9.5dB)。
[0051]圖5的實(shí)施例示出了如圖2那樣在頂部具有多個(gè)薄膜的多薄膜麥克風(fēng)，然而以與以上關(guān)于圖3所描述的相類似的方式，背板114可以被提供在頂部，由此提供如圖6中進(jìn)一步詳細(xì)示出的使得其薄膜處于底部的多薄膜麥克風(fēng)。而且，還可以在圖5的實(shí)施例中提供如關(guān)于圖4所描述的附加背板，由此提供如圖7中進(jìn)一步詳細(xì)示出的具有被包夾在相應(yīng)背板之間的多薄膜的雙背板多薄膜麥克風(fēng)。當(dāng)與圖5相比時(shí)，圖7所描繪的麥克風(fēng)100包括附加的電介質(zhì)間隔體130，其外圍區(qū)130a處于薄膜120的外圍120a上。間隔體130包括柱體1301^130?并且支撐與背板114相類似的另外的背板132,其包括外圍區(qū)132a和穿孔區(qū)1321^至132b3，其中每個(gè)穿孔區(qū)包括多個(gè)空腔或開口 132(^至132c3。背板132還包括支撐柱體1301^130?的中間區(qū)132(^1324。以以上所描述的方式布置背板132導(dǎo)致在薄膜120的中心區(qū)UOb1至120b3中在石墨烯薄膜120的上表面和背板132之間形成了空氣間隙131至1343。另外的背板132以其外圍區(qū)和其穿孔區(qū)與背板114的相應(yīng)分區(qū)相對(duì)準(zhǔn)并且開口 /空腔也互相對(duì)準(zhǔn)的方式進(jìn)行布置和構(gòu)建。此外，另外的背板132在其外圍區(qū)132a上設(shè)置有另外的電極136。
[0052]依據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖5中所描繪的多薄膜麥克風(fēng)可以由布置在蜂巢結(jié)構(gòu)中的直徑50 μ m的子單元所構(gòu)成，該蜂巢結(jié)構(gòu)建立了具有直徑大約為1mm的活動(dòng)區(qū)域的MEMS。
[0053]圖8以頂部視圖示出了蜂巢結(jié)構(gòu)的背板示例。背板114包括多個(gè)單元US1至1387。單元US1至1387中的每一個(gè)具有相同結(jié)構(gòu)并且每個(gè)單元包括穿孔背板部分/分區(qū)，其在圖8中作為示例性部件指示出了單元1383的穿孔區(qū)114b3。在圖8中，背板的穿孔區(qū)114a和中間區(qū)114d并不可見，因?yàn)閳D8中的這些區(qū)域被電介質(zhì)間隔體116所覆蓋。在圖8中，示出了電介質(zhì)間隔體的外圍區(qū)域116a以及布置在相應(yīng)穿孔區(qū)114b之間的柱體IWb1和116b2。
[0054]在圖8所示的實(shí)施例中，每個(gè)腔室具有大約50 μ m的直徑。每個(gè)腔室具有六邊形形狀，并且穿孔區(qū)中的背板以每個(gè)腔室包括六邊形形狀的外邊框140和內(nèi)邊框142的方式進(jìn)行構(gòu)建，這兩個(gè)邊框關(guān)于彼此同中心地進(jìn)行布置。兩個(gè)邊框140、142通過在腔室的中心區(qū)146連接至彼此并且從中心146延伸至外邊框140的相應(yīng)角同時(shí)還在內(nèi)邊框142的角部上方進(jìn)行延伸的相應(yīng)桿體144所連接。利用這種配置，在外邊框140和內(nèi)邊框142和桿體144之間以及內(nèi)邊框142和中心146和桿體144之間的區(qū)域中形成了相應(yīng)的開口 /空腔114c。在圖8所描繪的實(shí)施例中，外邊框具有大于內(nèi)邊框142的水平厚度的水平厚度，并且桿體144逐漸變細(xì)而使得其水平厚度在從外邊框140的角向中心146的方向有所減小。
[0055]在圖8所示的實(shí)施例中，已經(jīng)描述了具有蜂巢結(jié)構(gòu)的背板單元，該蜂巢結(jié)構(gòu)具有多個(gè)六邊形腔室。然而，要注意的是，本發(fā)明可以以不同方式來實(shí)施。背板單元可以包括任意形狀的腔室，例如，傳導(dǎo)背板單元的腔室可以包括圓形周界或彎曲形狀(例如，圓形)或者多邊形形狀(例如，方形或三角形)。
[0056]以上對(duì)圖2至8的描述涉及麥克風(fēng)100，然而相同的結(jié)構(gòu)可以被實(shí)現(xiàn)為微型揚(yáng)聲器。當(dāng)實(shí)現(xiàn)微型揚(yáng)聲器時(shí)，信號(hào)生成器被連接在相應(yīng)電極122、124和136之間以便以所期望的方式施加用于使得薄膜120發(fā)生偏轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0057]圖9示出了包括石墨烯薄膜的微型揚(yáng)聲器的實(shí)施例。已經(jīng)關(guān)于之前附圖進(jìn)行了描述的部件具有與之相關(guān)聯(lián)的相同附圖標(biāo)記并且省略了對(duì)其的附加描述。
[0058]如能夠從圖9看到的，與其它實(shí)施例不同，襯底102包括從襯底102的前側(cè)406延伸至襯底102的背側(cè)108的多個(gè)空腔/開口 KM1至1043。襯底102包括外圍區(qū)102a以及相應(yīng)的中間區(qū)K^b1至102b2?？涨籏M1至1043通過中間區(qū)K^b1至102b2而彼此分離。更具體地，第一空腔KM1布置在外圍區(qū)102a和第一中間區(qū)102bi之間，而第三空腔1043則布置在外圍區(qū)102a和第二中間區(qū)102b2之間。第二空腔1042布置在兩個(gè)中間區(qū)K^b1和102b2之間。在襯底102的前側(cè)106提供有電介質(zhì)間隔體層110，其被構(gòu)建為包括布置在襯底102的外圍區(qū)102a上的外圍區(qū)110a。另外，電介質(zhì)間隔體層110包括布置在襯底102的中間區(qū)1021^102?上的多個(gè)柱體IlOb1和110b2。由石墨烯材料所形成的薄膜120由電介質(zhì)間隔體層110所支撐，更具體地，它由其外圍區(qū)IlOa以及相應(yīng)柱體IlObJP 110132所支撐。通過這種配置，薄膜120包括外圍的固定區(qū)120a以及三個(gè)可偏轉(zhuǎn)區(qū)UOb1至120b3，它們能夠如箭頭1263所示垂直偏轉(zhuǎn)而導(dǎo)致可移動(dòng)部分如在120b/至120b/所指示的形變。在圖8中，作為示例，相應(yīng)空腔KM1至1043的橫向尺寸為200 μ m,并且還描繪了當(dāng)薄膜部分偏轉(zhuǎn)時(shí)的電場(chǎng)線。
[0059]在圖9中，襯底120是傳導(dǎo)襯底并且在其外圍區(qū)布置了電極150。另外，如之前所描述的實(shí)施例中，該薄膜具有與之相接合的電極124。在兩個(gè)電極124和128之間，連接了包括AC信號(hào)源152a和DC信號(hào)源152b的信號(hào)生成器152以便對(duì)薄膜進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而造成如圖9中所描繪的偏轉(zhuǎn)。
[0060]由于石墨烯薄膜120的高度順應(yīng)性，依據(jù)圖9的實(shí)施例，該薄膜可以相對(duì)其襯底的空腔被驅(qū)動(dòng)而無需提供所構(gòu)建并穿孔的背板。雖然圖9示出了排成一行的3個(gè)空腔，但是所要注意的是，該結(jié)構(gòu)可以包括例如以陣列排列的多個(gè)空腔。
[0061]在圖9中，空腔KM1至1043被示為“垂直”空腔，即空腔壁垂直于襯底的前側(cè)和后側(cè)延伸。然而，其它形狀的空腔也是可能的。圖10示出了具有不同形狀的空腔的示例。在圖10 (a)中，空腔KM1至1043具有階梯形狀的橫截面，其中襯底102的前側(cè)106的直徑較大而背側(cè)108的直徑較小。例如，空腔較大直徑的部分可以為如圖9所示的200 μ m,然而較小直徑的部分則僅具有50 μ m的直徑。該結(jié)構(gòu)允許場(chǎng)強(qiáng)度有所增加。圖10 (a)中所示的結(jié)構(gòu)可以通過氧化物間隔體而使用前側(cè)設(shè)計(jì)的空腔的處理獲得，或者通過相結(jié)合的前側(cè)和背側(cè)凹槽蝕刻以及后續(xù)石墨烯沉積而獲得。
[0062]圖10 (b)示出了具有傾斜空腔壁的空腔的示例，其中空腔被形成為使得空腔直徑在從前表面106向后表面108的方向中有所減小。可以通過例如使用KOH或TMAH對(duì)空腔進(jìn)行非均質(zhì)蝕刻而獲得具有傾斜凹槽壁的凹槽KM1至1043。
[0063]圖11示出了允許薄膜的對(duì)稱驅(qū)動(dòng)的包括石墨烯薄膜的微型揚(yáng)聲器的另一個(gè)實(shí)施例。從關(guān)于圖9所描述的微型揚(yáng)聲器開始，圖11的微型揚(yáng)聲器包括附加的襯底或板202,其包括通過襯底202從其前側(cè)206向其背側(cè)208延伸的多個(gè)空腔20七至2043。與第一襯底102 —樣，第二襯底202也包括外圍區(qū)202a以及分開相應(yīng)空腔的中間區(qū)2021^和202b2。如能夠從圖11所看到的，第二襯底202的外圍區(qū)202a關(guān)于第一襯底102的外圍區(qū)102a凹進(jìn)以便露出電極124和150。襯底202被布置為使得空腔2041至2043以及中間區(qū)2021^至202b2與襯底102的相對(duì)應(yīng)開口和中間部分對(duì)準(zhǔn)。另外的襯底202利用布置在薄膜120和襯底202之間的附加電介質(zhì)間隔體層210而被布置在石墨烯薄膜120上。更具體地，另外的電介質(zhì)間隔體層210包括被包夾在薄膜的外圍區(qū)120a和另外襯底202的外圍區(qū)202a之間的外圍區(qū)210a。此外，電介質(zhì)層210包括處于襯底202的相應(yīng)中間部分2021^和202b2上的柱體210bi和210b2。襯底202在其背側(cè)206上包括另外的電極220。在電極150和220之間連接有AC信號(hào)生成器150a，并且DC信號(hào)生成器150b連接在電極124和AC信號(hào)生成器150a之間ο
[0064]圖11的配置允許石墨烯薄膜如偏轉(zhuǎn)部分UOb1’至120b/以及120b/’至120b2’’所描繪的向上和向下對(duì)稱偏轉(zhuǎn)。
[0065]依據(jù)實(shí)施例，可以以以上所描述的方式在襯底上形成多個(gè)微型揚(yáng)聲器而形成例如要在數(shù)字聲音重構(gòu)裝置中使用的具有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)薄膜的揚(yáng)聲器陣列。
[0066]圖12示出了依據(jù)一個(gè)實(shí)施例的揚(yáng)聲器陣列的示意性表示形式。陣列200包括襯底102，其包括在襯底102的前側(cè)中形成的多個(gè)空腔(例如，參見亦在以上所描述的空腔KM1至1043)。為了定義陣列的相應(yīng)微型麥克風(fēng)202，提供多個(gè)石墨烯薄膜120而以如以上所描述的方式在多個(gè)空腔104中的一個(gè)或多個(gè)上進(jìn)行延伸。每個(gè)薄膜120具有其電極124從而相應(yīng)微型揚(yáng)聲器202的石墨烯薄膜120能夠被獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。
[0067]要注意的是，雖然圖12明確涉及微型揚(yáng)聲器的陣列，但是依據(jù)實(shí)施例，也可以以上述方式在襯底上形成多個(gè)麥克風(fēng)而形成具有獨(dú)立薄膜的麥克風(fēng)陣列。
[0068]在以上所描述的實(shí)施例中，石墨烯薄膜120已經(jīng)被描述并描繪為在襯底的外圍區(qū)之間進(jìn)行延伸的單個(gè)薄膜，然而要注意的是，其它實(shí)施例可以使用兩個(gè)或更多的石墨烯薄膜來實(shí)現(xiàn)。圖13(a)示出了用于在如關(guān)于圖2所描述的實(shí)施例中提供“多部分'multipart)薄膜的示例。如所能夠看到的，示意性示出的薄膜120由在第一穿孔背板區(qū)IHb1上方延伸的第一薄膜UO1所形成，并且其包括在第二和第三穿孔背板的部分IHb2和IHb3上方延伸的第二薄膜1202。如在160所示出的，兩個(gè)薄膜UO1和1202互相連接。
[0069]圖13 (b)示出了與圖9相類似的微型揚(yáng)聲器的示例，其中不同于單個(gè)石墨烯薄膜而提供了三個(gè)薄膜UO1至1203。第一薄膜UO1在第一空腔KM1的上方從襯底102的外圍區(qū)102a延伸至第一中間區(qū)102blt)第二薄膜1202在第二空腔1042上方延伸并且第三薄膜1203在第三和第四空腔1043和1044上方延伸。如在WO1和1602所描繪的，薄膜互相連接。
[0070]圖14示出了以上關(guān)于優(yōu)選實(shí)施例所描繪的用于實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜120的各種選項(xiàng)。圖14 (a)示出了包括單層石墨烯材料的石墨烯薄膜120。圖14 (b)示出了包括多層石墨烯材料的石墨烯薄膜120，在圖14 (b)中為三層1、ii和iii。圖14 (c)示出了包括例如氟化石墨烯的化學(xué)官能化的單層石墨烯的石墨烯薄膜120。圖14(d)示出了作為純石墨烯層和化學(xué)官能化石墨烯層的化合物的石墨烯薄膜120，例如處于兩個(gè)如圖14 (c)所描述的化學(xué)官能化單層石墨烯之間的圖14 Ca)中所描繪的單層石墨烯的組合形式。
[0071]圖15示出了針對(duì)石墨烯薄膜指示薄膜順應(yīng)度對(duì)比薄膜厚度的表格。如所能夠看到的，使用石墨烯薄膜是有利的，因?yàn)楸M管薄膜厚度小但實(shí)現(xiàn)了高的順應(yīng)度由此避免了常規(guī)的硅質(zhì)薄膜中如以上所討論的問題。
[0072]圖16和17示出了使用石墨烯薄膜作為壓力敏感部件的依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的表面微加工壓力傳感器，其具有阱電極(圖16)或者被集成到金屬疊層BEOL (無半導(dǎo)體效應(yīng))中。
[0073]圖16示出了具有阱電極的壓力換能器300的實(shí)施例。壓力換能器300包括例如娃襯底的襯底302,其具有第一表面306 (前側(cè))和與第一表面相對(duì)的第二表面308 (背側(cè))。在前側(cè)306中形成阱電極309，例如通過在阱中引入摻雜物以便獲得所期望的傳導(dǎo)性。在襯底302的前側(cè)306上布置有電介質(zhì)間隔體層310。電介質(zhì)間隔體層310包括在阱電極309之外布置在襯底102的前側(cè)106上的第一或外圍部分310a，以及與第一部分310a橫向間隔開來并且布置在阱電極309上的第二部分310b?？商鎿Q地，電介質(zhì)間隔體層310的第二部分也可以布置在電極309之外。該傳感器包括石墨烯薄膜320，該石墨烯薄膜320由襯底302上方的間隔體310的相應(yīng)部分310a、310b利用其相應(yīng)外圍區(qū)320a進(jìn)行支撐而使得其中心的可偏轉(zhuǎn)部分320b利用其間的間隙328與阱電極309相對(duì)布置。該傳感器包括與阱電極309相接觸的第一電極322，以及與石墨烯薄膜320相接觸的第二電極324。利用可以由相應(yīng)金屬焊盤或線路所形成的電極322和324，可以檢測(cè)到由于所施加的壓力而導(dǎo)致的薄膜320的垂直位移。
[0074]圖17示出了被集成到金屬疊層BEOL (無半導(dǎo)體效應(yīng))中的壓力換能器300的實(shí)施例。與圖16的傳感器類似，圖17的壓力換能器300也包括襯底302。與圖16中不同，在圖17中，在襯底302的前側(cè)上形成電介質(zhì)層330。在層330背離襯底302的表面上形成例如金屬電極的電極332。在層330上布置電介質(zhì)間隔體層310。在圖17中，電介質(zhì)間隔體層310包括(定義間隔328的)空腔，并且第一或外圍部分310a被布置在層330上并且部分覆蓋電極332。石墨烯薄膜320由電極332上方的間隔體310的外圍部分31a利用其外圍區(qū)320a進(jìn)行支撐而使得其中心的可偏轉(zhuǎn)部分320b利用其間的間隙328與電極332的暴露區(qū)域相對(duì)布置。該傳感器包括形成于層310上并且經(jīng)由通路334與電極332相接觸的第一電極322，以及與石墨烯薄膜320相接觸的第二電極324。利用可以由相應(yīng)金屬焊盤或線路所形成的電極322和324，能夠檢測(cè)到由于所施加的壓力而導(dǎo)致的薄膜320的垂直位移。
[0075]在下文中，將對(duì)本發(fā)明對(duì)用于制造聲換能器的實(shí)施例進(jìn)行描述。
[0076]在迄今為止所使用的常規(guī)處理中，石墨烯被沉積在具有不同種子層(例如，金屬)的晶片上。MEMS設(shè)備使用單獨(dú)晶片進(jìn)行構(gòu)造。在該處理中的某點(diǎn)，石墨烯層將被傳輸至MEMS晶片。這樣的常規(guī)方法是不利的，因?yàn)槠浔仨毺峁└郊泳蛞r底以便沉積及構(gòu)建石墨烯層。例如由于可能向?qū)又幸霃埩Φ膫鬏攩栴}，石墨烯的機(jī)械參數(shù)在被傳輸至MEMS晶片之后并未被妥善定義。此外，需要適當(dāng)定義與石墨烯層的電接觸。
[0077]依據(jù)實(shí)施例，這樣的缺陷和問題得以被避免。依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過將石墨烯材料沉積在襯底上并且通過使用已經(jīng)具有提供于其上的石墨烯材料的襯底構(gòu)造一個(gè)或多個(gè)MEMS結(jié)構(gòu)來制造聲換能器。換句話說，石墨烯被沉積于其上的晶片或襯底是MEMS晶片或襯底。該方法由于不需要附加晶片或襯底而是有利的，石墨烯的機(jī)械參數(shù)通過沉積而被妥善定義，任何傳輸問題都得以被避免，并且與石墨烯層的電接觸也已經(jīng)完善。
[0078]依據(jù)一個(gè)實(shí)施例，石墨烯層可以被沉積在襯底上所形成的金屬表面上(例如，金屬層)。這可以通過例如碳?xì)浠衔锏奶荚吹拇呋纸饣蛘咴诮饘賹訅K中分解的碳被隔離到金屬表面來執(zhí)行。依據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，石墨烯層可以被沉積在由襯底上的金屬層和電介質(zhì)層所形成的金屬電介質(zhì)界面。這可以通過經(jīng)金屬膜散播到金屬層和電介質(zhì)層之間的界面的例如碳?xì)浠衔锏奶荚吹拇呋纸饣蛘咴诮饘賹訅K中分解的碳被隔離到金屬層和電介質(zhì)層之間的界面來執(zhí)行。在兩個(gè)實(shí)施例中，在石墨烯層沉積之后都形成了附加的MEMS組件。
[0079]在下文中，將參考圖18對(duì)用于制造與圖3相類似的使得其石墨烯薄膜處于底部的聲換能器的實(shí)施例進(jìn)行描述。將使用與圖3中相同的附圖標(biāo)記。
[0080]圖18 Ca)示出了襯底102。在襯底102的前側(cè)106，形成例如S12層的絕緣層110。在絕緣層110背離襯底102的表面上形成例如Cu層或Ni層的金屬層111。在金屬層111背離絕緣層110的表面上沉積石墨烯材料120。
[0081]在石墨烯材料120的沉積之后，如圖18 (b)所示，在石墨烯層120上形成電介質(zhì)間隔體或犧牲層116，并且在犧牲層116上形成傳導(dǎo)層114。
[0082]傳導(dǎo)層114隨后被形成圖案而形成外圍區(qū)114a、穿孔區(qū)114b以及通過層114延伸的多個(gè)空腔114c。圖18 (c)中示出了所產(chǎn)生的包括傳導(dǎo)穿孔背板114的結(jié)構(gòu)。
[0083]隨后，如圖18 (d)所示，犧牲層116被形成圖案以便從襯底102的外圍112凹進(jìn)。在對(duì)犧牲層116進(jìn)行構(gòu)建之后，如圖18 (e)所示，石墨烯層120被形成圖案以便也從襯底102的外圍112凹進(jìn)。如所能夠看到的，石墨烯層120被形成圖案而使得其一部分在犧牲層116以外延伸從而得以被暴露(并不被犧牲層116所覆蓋)。
[0084]隨后，如圖18 (f)所示，金屬層111被形成圖案以便從襯底102的外圍112凹進(jìn)。金屬層111被形成圖案而使得第一部分Illa比第二部分Illb更接近于襯底外圍112。此夕卜，金屬層111被形成圖案而使得第一部分僅部分被石墨烯層120所覆蓋，而第二部分11 Ib則完全被石墨烯層120所覆蓋。
[0085]在下一個(gè)步驟，如圖18 (g)所示，絕緣層110被形成圖案而使得其外圍區(qū)IlOa的至少一部分從襯底102的外圍112凹進(jìn)，由此暴露出襯底102的前側(cè)106的一部分106a。
[0086]如圖18 (h)所示，形成例如金屬焊盤的觸點(diǎn)。觸點(diǎn)122形成在背板114的外圍區(qū)114a上。觸點(diǎn)124形成在金屬層111的第一部分Illa上。附加觸點(diǎn)125形成在襯底102的暴露部分106a上。
[0087]如圖18 (i)所示，襯底102在襯底102的中心區(qū)102c從其背側(cè)106進(jìn)行蝕刻以便定義出從背側(cè)106向絕緣層110延伸的空腔104。
[0088]在圖18 (j)中，示出了進(jìn)一步蝕刻處理的結(jié)果，其從襯底的背側(cè)108完成并且去除了絕緣層110的中心部分I1c以及金屬層111的中心部分111c。該蝕刻處理在石墨烯層120停止，由此暴露出石墨烯薄膜120中心的可偏轉(zhuǎn)部分120b的下表面。因此，空腔104從襯底的背側(cè)108延伸至石墨烯層120。
[0089]在從背側(cè)進(jìn)行蝕刻之后，進(jìn)行從襯底前側(cè)的蝕刻。蝕刻通過背板114的空腔114c進(jìn)行，由此去除了犧牲層116的中心部分116c以便定義出間隙128，由此完成了具有如圖18 (k)所示結(jié)構(gòu)的設(shè)備。
[0090]在下文中，參考圖19中與圖18相類似的用于制造聲換能器的實(shí)施例。該處理基本上與以上所描述的相同，其區(qū)別在于該處理以圖19 (a)所示的在其前側(cè)106上形成有例如S12層的絕緣層110的襯底102開始。在絕緣層110背離襯底102的表面上，使用例如Cu層或Ni層的金屬層111沉積石墨烯材料120。
[0091]在實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng)于關(guān)于圖18所描述的處理之后，獲得了如圖19 (b)所示的完成設(shè)備。當(dāng)與圖18 (k)比較時(shí)，其差異在于已經(jīng)構(gòu)建了金屬層111而使得其僅在石墨烯層120的一部分上得以保留并且?guī)в斜∧び|點(diǎn)124。
[0092]在下文中，將參考圖20對(duì)用于制造與圖9相類似的聲換能器的實(shí)施例進(jìn)行描述。將使用與圖9中相同的附圖標(biāo)記。
[0093]圖20 Ca)示出了襯底102。在襯底102的前側(cè)106上形成例如S12層的絕緣層110。在絕緣層110背離襯底102的表面上，形成例如Cu層或Ni層的金屬層111。在金屬層111背離絕緣層110的表面上沉積石墨烯材料120。
[0094]如圖20 (b)所示，石墨烯層120被形成圖案從而也從襯底102的外圍112凹進(jìn)。
[0095]在下一個(gè)步驟，如圖20 (C)所示，金屬層111被形成圖案而使得其外圍區(qū)Illc的至少一部分從襯底102的外圍112凹進(jìn)，由此暴露出絕緣層110的一部分110a。
[0096]隨后，如圖20 (d)所示，絕緣層110被形成圖案而使得其外圍區(qū)IlOa的至少一部分從襯底102的外圍112凹進(jìn)，由此暴露出襯底102的前側(cè)106的一部分106a。還形成例如金屬焊盤的觸點(diǎn)。觸點(diǎn)124形成在金屬層111的第一部分Illa上,而觸點(diǎn)152形成在襯底102的暴露部分106a上。
[0097]如圖20 Ce)所示，襯底102在襯底102的中心區(qū)102c從其背側(cè)106進(jìn)行蝕刻以便定義出從后側(cè)106延伸至絕緣層110的空腔KM1至1043以及中間區(qū)K^b1和102b2。
[0098]從襯底的后側(cè)108進(jìn)行進(jìn)一步的蝕刻處理，其去除了絕緣層110和金屬層111的中心部分。該蝕刻處理在石墨烯層120停止，由此暴露出石墨烯薄膜120的中心可偏轉(zhuǎn)部分102bi至102b3的下表面。因此，空腔現(xiàn)從襯底的背側(cè)108延伸至石墨烯層120，由此完成了具有如圖20 (f)所示結(jié)構(gòu)的設(shè)備。
[0099]為了獲得如圖11所示的設(shè)備，提供如圖21所示的第二晶片或襯底，其例如通過晶片鍵合而被設(shè)置在圖20 (f)的結(jié)構(gòu)上。圖21的襯底通過在襯底202的前側(cè)206上設(shè)置絕緣層210并且在后側(cè)208上設(shè)置金屬層220而獲得。對(duì)襯底202進(jìn)行蝕刻以形成空腔20+至2043而使得當(dāng)將襯底202布置在石墨烯層120上時(shí)，襯底中的空腔互相對(duì)準(zhǔn)。
[0100]圖22示出了用于制造與圖20相類似的聲換能器的實(shí)施例。該處理基本上與以上所描述的相同，其區(qū)別在于該處理以圖19 (a)所示的在其前側(cè)106上形成有例如S12層的絕緣層110的襯底102開始。在絕緣層110背離襯底102的表面上沉積石墨烯材料120。在石墨烯材料的表面上形成例如 Cu層或Ni層的金屬層111。
[0101]在實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng)于關(guān)于圖20所描述的處理之后，獲得了如圖22所示的完成設(shè)備。當(dāng)與圖20 (f)比較時(shí)，其差異在于已經(jīng)構(gòu)建了金屬層111而使得其僅在石墨烯層120的一部分上得以保留并且?guī)в斜∧び|點(diǎn)122。
[0102]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，可以將如圖21所示的附加襯底布置在圖22的設(shè)備上。
[0103]雖然已經(jīng)以裝置為背景對(duì)一些方面進(jìn)行了描述，但是這些方面顯然還表示對(duì)相對(duì)應(yīng)方法的描述，其中模塊或設(shè)備對(duì)應(yīng)于方法步驟或方法步驟的特征。同樣，以方法步驟為背景所描述的方面也表示對(duì)于相對(duì)應(yīng)模塊或事項(xiàng)或者相對(duì)應(yīng)裝置的特征的描述。
[0104]以上所描述的實(shí)施例僅是為了說明本發(fā)明的原理。所要理解的是，這里所描述的布置形式和細(xì)節(jié)的修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，其意在僅由所附專利權(quán)利要求的范圍所限制而并不被通過對(duì)本文的實(shí)施例的描述和解釋所給出的具體細(xì)節(jié)所限制。
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS聲換能器，包括: 襯底，具有從中穿過的空腔； 傳導(dǎo)背板單元，包括在所述襯底的空腔之上延伸的多個(gè)傳導(dǎo)穿孔背板部分； 電介質(zhì)間隔體，被布置在相鄰的傳導(dǎo)穿孔背板部分之間的所述背板單元上；以及一個(gè)或多個(gè)石墨烯薄膜，由所述電介質(zhì)間隔體所支撐并且在所述傳導(dǎo)穿孔背板部分之上延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS聲換能器，其中所述背板單元包括陣列結(jié)構(gòu)，所述陣列結(jié)構(gòu)包括多個(gè)相鄰腔室，每個(gè)腔室包括傳導(dǎo)穿孔背板部分，并且其中所述電介質(zhì)間隔體包括在所述陣列結(jié)構(gòu)的所述相鄰腔室之間并且在所述陣列結(jié)構(gòu)周圍排列的離散柱體或連續(xù)肋部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS聲換能器，其中所述陣列結(jié)構(gòu)包括蜂巢結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS聲換能器，其中所述蜂巢結(jié)構(gòu)的腔室包括大約50μ m的直徑，并且其中對(duì)腔室數(shù)量進(jìn)行選擇以便獲得具有大約Imm的直徑的所述蜂巢結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS聲換能器，其中所述石墨烯薄膜被布置在所述襯底和所述傳導(dǎo)背板單元之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS聲換能器，其中所述傳導(dǎo)背板單元被布置在所述襯底和所述石墨烯薄膜之間 。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MEMS聲換能器，包括另外的傳導(dǎo)背板單元，所述另外的傳導(dǎo)背板單元包括多個(gè)傳導(dǎo)穿孔背板部分并且被布置為使得所述石墨烯薄膜被包夾在所述傳導(dǎo)背板單元之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MEMS聲換能器，其中所述背板單元被布置為使得相應(yīng)的穿孔背板部分互相對(duì)準(zhǔn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MEMS聲換能器，包括被布置在所述另外的背板單元和所述石墨烯薄膜之間的另外的電介質(zhì)間隔體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS聲換能器，包括被布置為與所述傳導(dǎo)背板單元相接觸的第一電極，以及被布置為與所述石墨烯薄膜相接觸的第二電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS聲換能器，其中所述石墨烯薄膜包括單層石墨烯、多層石墨烯、經(jīng)化學(xué)官能化的單層石墨烯或者其組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS聲換能器，包括: 單個(gè)石墨烯薄膜，或 多個(gè)石墨烯薄膜，其中石墨烯薄膜在一個(gè)或多個(gè)所述傳導(dǎo)穿孔背板部分之上延伸，并且其中所述多個(gè)石墨烯薄膜互相連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS聲換能器，其中所述聲換能器被配置為麥克風(fēng)或微型揚(yáng)聲器。
14.一種MEMS麥克風(fēng)，包括: 襯底，具有空腔； 傳導(dǎo)背板單元，包括多個(gè)相鄰腔室，每個(gè)腔室包括穿孔背板； 電介質(zhì)間隔體，在所述相鄰腔室之間被布置在所述背板單元上； 石墨烯薄膜，由所述電介質(zhì)間隔體所支撐并且在所述背板單元的所述腔室之上延伸；第一電極，被布置為與所述傳導(dǎo)背板單元相接觸；以及 第二電極，被布置為與所述石墨烯薄膜相接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MEMS麥克風(fēng)，其中所述傳導(dǎo)背板單元的所述腔室包括圓形周界或多邊形形狀。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MEMS麥克風(fēng)，其中所述背板單元的每個(gè)所述腔室包括六邊形背板，其中所述背板包括六邊形外邊框和六邊形內(nèi)邊框，并且其中所述外邊框和所述內(nèi)邊框通過在所述背板的中心處互相連接的多個(gè)桿體進(jìn)行連接，每個(gè)桿體從所述中心經(jīng)由所述內(nèi)邊框的一個(gè)角延伸至所述外邊框的一個(gè)角。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的MEMS麥克風(fēng)，其中所述外邊框具有大于所述內(nèi)邊框的水平厚度的水平厚度，并且其中相應(yīng)桿體在從所述外邊框向所述中心的方向上變細(xì)。
18.—種MEMS微型揚(yáng)聲器,包括: 傳導(dǎo)襯底，包括在所述襯底的前側(cè)形成的多個(gè)空腔；以及 一個(gè)或多個(gè)石墨烯薄膜，在所述多個(gè)空腔之上延伸并且由所述襯底以及所述空腔周圍的襯底部分以電隔離方式所支撐。
19.根據(jù)權(quán)利 要求18所述的MEMS微型揚(yáng)聲器，其中所述空腔從所述襯底的所述前側(cè)延伸至所述襯底的后側(cè)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的MEMS微型揚(yáng)聲器，其中所述空腔包括空腔壁，所述空腔壁通過所述襯底者關(guān)于所述襯底的所述前側(cè)和后側(cè)垂直或傾斜延伸。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的MEMS微型揚(yáng)聲器，其中所述空腔在所述前側(cè)的開口具有與在后側(cè)的開口的尺寸不同的尺寸。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的MEMS微型揚(yáng)聲器，其中所述空腔包括階梯形或V形截面。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的MEMS微型揚(yáng)聲器，包括: 第一電極，被布置為與所述襯底相接觸；以及 第二電極，被布置為與所述石墨烯薄膜相接觸。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的MEMS微型揚(yáng)聲器，包括被耦合在所述第一電極和所述第二電極之間的信號(hào)生成器。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的MEMS微型揚(yáng)聲器，包括薄板，所述薄板包括多個(gè)開口并且被布置為與所述石墨烯薄膜電絕緣，以使得所述石墨烯薄膜被包夾在所述襯底和所述薄板之間。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的MEMS微型揚(yáng)聲器,包括: 第一電極，被布置為與所述石墨烯薄膜相接觸； 第二電極，被布置為與所述襯底相接觸； 第三電極，被布置為與所述薄板相接觸； AC信號(hào)生成器，被耦合在所述第二電極和所述第三電極之間；以及 DC信號(hào)生成器,被稱合在所述第一電極和所述AC信號(hào)生成器之間。
27.根據(jù)權(quán)利要求18所述的MEMS微型揚(yáng)聲器，包括: 單個(gè)石墨烯薄膜，或 多個(gè)石墨烯薄膜，其中石墨烯薄膜在所述空腔的一個(gè)或多個(gè)空腔之上延伸，并且其中所述多個(gè)石墨烯薄膜互相連接。
28.—種MEMS微型揚(yáng)聲器,包括: 襯底，具有從所述襯底的前側(cè)延伸至所述襯底的后側(cè)的多個(gè)空腔； 多個(gè)電介質(zhì)間隔體，被布置在所述襯底的所述前側(cè)上； 石墨烯薄膜，在所述空腔之上延伸，其中所述石墨烯薄膜由被布置在所述空腔周圍的襯底部分上的所述電介質(zhì)間隔體所支撐； 第一電極，被布置為與所述襯底相接觸； 第二電極，被布置為與所述石墨烯薄膜相接觸；以及 信號(hào)生成器，被耦合在所述第一電極和所述第二電極之間。
29.—種揚(yáng)聲器陣列,包括: 襯底，包括在所述襯底的前側(cè)形成的多個(gè)空腔；以及 多個(gè)微型揚(yáng)聲器，每個(gè)微型揚(yáng)聲器包括在所述多個(gè)空腔中的一個(gè)或多個(gè)空腔之上延伸并且由所述襯底以及所述空腔周圍的襯底部分以電隔離方式所支撐的一個(gè)或多個(gè)石墨烯薄膜。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的陣列，其中相應(yīng)麥克風(fēng)的所述石墨烯薄膜是獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的薄膜。
31.一種用于制造聲換能器的方法，所述方法包括: 將石墨烯薄膜沉積在襯底上；并且 制作一個(gè)或多個(gè)MEMS結(jié)構(gòu)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中將所述石墨烯薄膜沉積在所述襯底上包括將所述石墨烯薄膜沉積在所述襯底的表面上所形成的金屬層上，或者將所述石墨烯薄膜沉積在由所述襯底的所述表面上的金屬層和電介質(zhì)層所形成的金屬-電介質(zhì)界面。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中 將所述石墨烯薄膜沉積在所述襯底上包括: 在所述襯底上形成石墨烯層，并且 制作一個(gè)或多個(gè)MEMS結(jié)構(gòu)包括: 在所述石墨烯層上形成犧牲層， 在所述犧牲層上形成傳導(dǎo)層， 圖案化所述傳導(dǎo)層，以用于定義出具有穿孔背板部分的背板單元， 圖案化所述犧牲層、所述石墨烯層和所述金屬層， 從襯底后側(cè)對(duì)襯底進(jìn)行蝕刻以用于去除所述襯底和所述金屬層的一部分，以用于暴露出所述石墨烯層的一部分的第一表面，并且 通過所述背板單元的所述穿孔背板部分進(jìn)行蝕刻以便去除所述犧牲層的一部分，以用于暴露出所述石墨烯層的所述部分的第二表面。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中 將所述石墨烯薄膜沉積在所述襯底上包括: 在所述襯底上形成石墨烯層，并且 制作一個(gè)或多個(gè)MEMS結(jié)構(gòu)包括: 圖案化所述石墨烯層和所述金屬層，并且 從襯底后側(cè)對(duì)所述襯底進(jìn)行蝕刻以用于去除所述襯底和所述金屬層的一部分，以用于形成暴露出所述石墨烯層的相應(yīng)部分的第一表面的多個(gè)空腔。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供另外的襯底，所述另外的襯底具有在其第一表面上形成的絕緣層以及從通過所述襯底并且通過所述絕緣層而從所述襯底的第二表面延伸的多個(gè)空腔，并且 利用所述石墨烯層和所述另外的襯底之間的所述絕緣層將所述另外的襯底布置在所述石墨烯層上，其中所述襯底中的所述空腔以及所述另外的襯底中的所述空腔互相對(duì)準(zhǔn)。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述聲換能器包括一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)或者一個(gè)或多個(gè)微型揚(yáng) 聲器。
【文檔編號(hào)】H04R9/06GK104053100SQ201410090491
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
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