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TW202304021A - 具有殘餘應力補償及聲阻之回饋控制的聲學裝置 - Google Patents

具有殘餘應力補償及聲阻之回饋控制的聲學裝置 Download PDF

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TW202304021A TW111121256A TW111121256A TW202304021A TW 202304021 A TW202304021 A TW 202304021A TW 111121256 A TW111121256 A TW 111121256A TW 111121256 A TW111121256 A TW 111121256A TW 202304021 A TW202304021 A TW 202304021A
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Abstract

本發明揭示一種聲學感測器(例如用於一壓電MEMS麥克風中)，其包含一基板及經附接至該基板之一懸臂樑。該懸臂樑具有經附接至該基板之一近端部分，並於其之一自由端處延伸至一遠端末梢。該懸臂樑具有含複數個壓電層及複數個金屬電極層之一多層結構，該等壓電層之一者的至少一部分插入於兩個金屬電極層之間。一或多個直流電壓源經電連接至該複數個金屬電極層中之一或多者，且經組態以在該複數個金屬電極層中之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以使該懸臂樑偏轉以至少部分抵消歸因於該懸臂樑中之一殘餘應力之該懸臂樑之一偏轉。一回饋控制電路經電連接至該等金屬電極層中之一或多者，且在該等金屬電極層中之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以主動控制該壓電感測器之一聲阻。

Description

具有殘餘應力補償及聲阻之回饋控制的聲學裝置
本發明係針對諸如壓電微機電系統(MEMS)麥克風之聲學裝置，且特定言之，本發明係針對具有殘餘應力補償及聲阻之回饋控制的聲學裝置。
一MEMS麥克風係用於將聲壓(例如語音聲音)轉換為一電信號(例如電壓)之一微加工機電裝置。MEMS麥克風廣泛用於行動裝置、頭戴式耳機、智慧型揚聲器及其他語音介面裝置或系統中。習知電容式MEMS麥克風遭遇高電力消耗(例如大偏壓電壓)及可靠性，例如當用於一惡劣環境中時(例如當曝露於灰塵及/或水時)。
壓電MEMS麥克風已用於解決電容式MEMS麥克風之不足。壓電MEMS麥克風在幾乎不消耗電力時提供一恆定監聽能力、穩健且不受水及灰塵污染影響。既有壓電MEMS麥克風包含懸臂MEMS結構，且大多數基於濺鍍沈積之薄膜壓電結構。此壓電薄膜在沈積之後遭遇跨膜厚度之大殘餘應力及應力梯度，其導致敏感度降級及變動。懸臂MEMS結構遭遇不良低頻滾降控制，因為懸臂之間的間隙歸因於由壓電膜或堆疊在一起之多個膜之殘餘應力及應力梯度誘發之懸臂偏轉而變動。
因此，需要一種具有殘餘應力補償之聲學裝置，例如具有懸臂式壓電感測器之一壓電MEMS麥克風，其中控制及/或補償壓電感測器之殘餘應力。
根據本發明之一個態樣，一種聲學裝置(例如具有懸臂式壓電感測器之一壓電MEMS麥克風)具有用於控制聲學裝置之聲阻之回饋控制。在一個實例中，可基於外部聲學聲壓及/或懸臂式壓電感測器之一參數來控制聲學裝置(例如壓電MEMS麥克風)之聲阻。
根據本發明之一個態樣，提供一種壓電微機電系統麥克風。該麥克風包括一基板及可移動地耦合至該基板且包含一多層懸臂樑之一或多個壓電感測器，該多層懸臂樑自附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢。該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層之一者之至少一部分插入於兩個金屬電極層之間。該麥克風亦包括電連接至該複數個金屬電極層之一或多者之一或多個直流電壓源。該(等)直流電壓源經組態以在該複數個金屬電極層之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以使該懸臂樑偏轉以至少部分抵消歸因於該懸臂樑中之一殘餘應力之該懸臂樑之一偏轉。
根據本發明之另一態樣，提供一種音訊子系統。該音訊子系統包括一音訊編解碼器及與該音訊編解碼器通信之一或多個壓電微機電系統麥克風。各麥克風包含一基板及可移動地耦合至該基板之複數個壓電感測器，該等壓電感測器之各者與一相鄰壓電感測器隔開一間隙。各壓電感測器包含一多層懸臂樑，其自附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢，該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層之一者之至少一部分插入於兩個金屬電極層之間。該麥克風亦包括一或多個直流電壓源，其等電連接至該複數個金屬電極層之一或多者且經組態以在該複數個金屬電極層之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以使該懸臂樑偏轉以至少部分抵消歸因於該懸臂樑中之一殘餘應力之該懸臂樑之一偏轉。
根據本發明之另一態樣，提供一種電子裝置。該電子裝置包括一處理器及與該處理器通信之一音訊子系統。該音訊子系統包括安裝於一基板層上之一或多個壓電微機電系統麥克風。各麥克風包含一基板及可移動地耦合至該基板之複數個壓電感測器，該等壓電感測器之各者與一相鄰壓電感測器隔開一間隙且包含一多層懸臂樑，該多層懸臂樑自附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢。該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層之一者之至少一部分插入於兩個金屬電極層之間。一或多個直流電壓源電連接至該複數個金屬電極層之一或多者且經組態以在該複數個金屬電極層之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以使該懸臂樑偏轉以至少部分抵消歸因於該懸臂樑中之一殘餘應力之該懸臂樑之一偏轉。
根據本發明之另一態樣，提供一種操作一壓電微機電系統麥克風之方法。該方法包括形成或提供可移動地耦合至一基板之一或多個壓電感測器，該等壓電感測器之各者與一相鄰壓電感測器隔開一間隙且包含一多層懸臂樑，該多層懸臂樑自附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢。該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層之一者之至少一部分插入於兩個金屬電極層之間。該方法亦包括在該複數個金屬電極層之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以使該懸臂樑偏轉以至少部分抵消歸因於該懸臂樑中之一殘餘應力之該懸臂樑之一偏轉。
根據本發明之另一態樣，提供一種壓電微機電系統麥克風。該麥克風包括一基板及可移動地耦合至該基板且包含一多層懸臂樑之一或多個壓電感測器，該多層懸臂樑自附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢。該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層之一者之至少一部分插入於兩個金屬電極層之間。該麥克風亦包括電連接至該複數個金屬電極層之一或多者之一回饋控制電路。該回饋控制電路經組態以在該一或多個壓電感測器之該複數個金屬電極層之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以主動控制該一或多個壓電感測器之一聲阻。
根據本發明之另一態樣，提供一種音訊子系統。該音訊子系統包括一音訊編解碼器及與該音訊編解碼器通信之一或多個壓電微機電系統麥克風。各麥克風包含一基板及可移動地耦合至該基板之複數個壓電感測器，該等壓電感測器之各者與一相鄰壓電感測器隔開一間隙且包含一多層懸臂樑，該多層懸臂樑自附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢。該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層之一者之至少一部分插入於兩個金屬電極層之間。一回饋控制電路電連接至該複數個金屬電極層之一或多者，該回饋控制電路經組態以在該一或多個壓電感測器之該複數個金屬電極層之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以主動控制該一或多個壓電感測器之一聲阻。
根據本發明之另一態樣，提供一種電子裝置。該電子裝置包括一處理器及與該處理器通信之一音訊子系統。該音訊子系統包括安裝於一基板層上之一或多個壓電微機電系統麥克風。各麥克風包含一基板及可移動地耦合至該基板之複數個壓電感測器，該等壓電感測器之各者與一相鄰壓電感測器隔開一間隙且包含一多層懸臂樑，該多層懸臂樑自附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢。該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層之一者之至少一部分插入於兩個金屬電極層之間。一回饋控制電路電連接至該複數個金屬電極層之一或多者，該回饋控制電路經組態以在該一或多個壓電感測器之該複數個金屬電極層之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以主動控制該一或多個壓電感測器之一聲阻。
根據本發明之另一態樣，提供一種操作一壓電微機電系統麥克風之方法。該方法包括形成或提供可移動地耦合至一基板之一或多個壓電感測器，該等壓電感測器之各者與一相鄰壓電感測器隔開一間隙且包含一多層懸臂樑，該多層懸臂樑自附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢。該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層之一者之至少一部分插入於兩個金屬電極層之間。該方法亦包括使用一回饋控制電路在該一或多個壓電感測器之該複數個金屬電極層之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以主動控制該一或多個壓電感測器之一聲阻。
某些實施例之以下詳細描述呈現特定實施例之各種描述。然而，本文所描述之創新可以各種不同方式體現，例如由申請專利範圍所界定及涵蓋。在本描述中，參考圖式，其中相同元件符號可指示相同或功能類似元件。應理解，圖中所繪示之元件未必按比例繪製。再者，應理解，某些實施例可包含比一圖式中所繪示之元件更多的元件及/或一圖式中所繪示之元件的一子集。此外，一些實施例可併入來自兩個或更多個圖式之特徵的任何適合組合。 壓電MEMS麥克風
圖1A至圖1B展示一習知壓電微機電系統(MEMS)麥克風10 (下文簡稱「麥克風」)。麥克風10具有一基板12。基板12係視情況由矽製成且可視情況具有經沈積於其上之額外介電、金屬或半導體膜。麥克風10可具有以懸臂形式被錨定至基板12之一或多個壓電感測器14 (下文簡稱「感測器」)，相鄰感測器14之間具有一間隙16。當一聲波振動感測器14時，麥克風10將一聲信號轉換為一電信號。感測器14可由一或多層材料製成。感測器14可視情況至少部分由氮化鋁(AlN)製成。在另一實施方案中，感測器14可視情況至少部分由氮化鈧鋁(ScAlN)製成。在一些實施方案中，感測器14可包含一電極，其可視情況由鉬(Mo)、氮化鈦(TiN)、鉑(Pt)或釕(Ru)製成。感測器14之間的間隙16允許感測器14自由移動以使氣流F (歸因於聲壓)通過且平衡感測器14之兩側之間的壓力。間隙16可為約100 nm至約500 nm寬。感測器14較佳地呈平面(例如，平坦)，但歸因於感測器14中之一材料內部應力梯度，一般不完全平坦。
圖2A至圖2B展示一壓電MEMS麥克風10' (下文簡稱「麥克風」)。麥克風10'類似於圖1A至圖1B中之麥克風10。因此，用於標示麥克風10'之各種組件的元件符號相同於用於識別圖1A至圖1B中之麥克風10之對應組件的元件符號，只是「'」已被添加至元件符號。因此，除下文將描述之外，圖1A至圖1B中之麥克風10的各種特徵的結構及描述應被理解為亦適用於圖2A至圖2B中之麥克風10'的對應特徵。
麥克風10'與麥克風10之不同之處在於：懸臂式感測器14'係包含多個(例如兩個)壓電層17'及多個(例如三個、六個)金屬電極層15'之雙晶片壓電MEMS感測器，在一些實施方案中，金屬電極層15'可視情況由鉬(Mo)、氮化鈦(TiN)、鉑(Pt)或釕(Ru)製成。壓電層17'之一者之至少一部分(例如所有之至少一部分)可插入於兩個金屬電極層15'之間。懸臂式感測器14'自附接(例如錨定)至基板12'之一近端延伸至其遠端末梢或無支撐自由端。感測器14'可由一間隙16'分離，間隙16'允許感測器14'彼此獨立撓曲(例如當經受聲壓P0時)。
圖2B示意性展示處於一偏轉狀態D中(例如相對於一水平位置向上或向下偏轉)以導致懸臂式感測器14'之遠端末梢之一位移(+DZ或-DZ)之麥克風10'之感測器14'。此偏轉可歸因於懸臂式感測器14'之材料中之殘餘應力或應力梯度(例如歸因於層之間的不同材料參數，諸如楊氏模數及厚度)。偏轉之方向及幅度取決於懸臂式感測器14'中之應力分佈。此偏轉導致感測器14'之間的間隙16'之一增大寬度，其導致麥克風10'之效能降級(例如降低敏感度)。 具有殘餘應力補償之聲學裝置
參考圖3至圖8，發明者已識別，一壓電MEMS麥克風(例如麥克風10')中之(若干)壓電感測器(例如(若干)感測器14')之偏轉可藉由將一電壓偏壓(例如直流電壓偏壓)施加於(若干)壓電感測器來至少部分控制、抵消、減少或否則補償。此補償有利地提高(若干)壓電感測器之敏感度及/或減少歸因於其殘餘應力對(若干)壓電感測器之負面影響。
圖3示意性展示電連接至一壓電感測器14'之三個金屬層15A'、15B'、15C'之一雙極性偏壓電壓源20。一第一壓電層17A'插入於第一金屬層15A'與第二金屬層15B'之間且一第二壓電層17B'插入於第二金屬層15B'與第三金屬層15C'之間。雙極性電壓源20可在第一金屬層15A'與第二金屬層15B'之間施加一第一極性之一電壓V0且可在第一金屬層15A'與第三金屬層15C'之間提供一第二(相反)極性之一電壓V0。電壓源20可將一直流(DC)偏壓電壓施加於金屬層15A'、15B'、15C'，其可使壓電感測器14'之至少一部分偏轉，如下文進一步討論。金屬層15A'、15B'、15C'可為壓電感測器14'之主動區域中量測歸因於聲學聲壓之偏轉之相同金屬層。在另一實施方案中，金屬層15A'、15B'、15C'可為與量測歸因於聲學聲壓之偏轉之電極隔開之單獨金屬層。
圖4示意性展示電連接至三個金屬層15A'、15B'、15C'之一電壓源30。電壓源30包含電連接至一壓電感測器14'之第一金屬層15A'及第二金屬層15B'之一第一偏壓電壓源32及電連接至第二金屬層15B'及第三金屬層15C'之一第二偏壓電壓源34。第一偏壓電壓源32及第二偏壓電壓源34可為單極性源。第一偏壓電壓源32可將一第一電壓V1施加於第一金屬層15A'及第二金屬層15B'，且第二偏壓電壓源34可將一第二電壓V2施加於第二金屬層15B'及第三金屬層15C'。在一個實施方案中，第一電壓V1及第二電壓V2可具有相同量值。在另一實施方案中，第一電壓V1及第二電壓V2可具有不同量值。一第一壓電層17A'插入於第一金屬層15A'與第二金屬層15B'之間且一第二壓電層17B'插入於第二金屬層15B'與第三金屬層15C'之間。
圖5展示+5伏特之一偏壓電壓已施加於其以引起感測器14''向上偏轉之一壓電感測器14''，且展示-5伏特之一偏壓電壓已施加於其以引起感測器14''向下偏轉之一壓電感測器14''。壓電感測器14A'、14B'在結構上可類似於上文結合圖3至圖4所描述之感測器14'，且電壓可由一雙極性電壓源(例如雙極性電壓源20)或一或多個單極性源(例如單極性源32、34)施加。在圖5中，壓電感測器14''、14''不具有任何殘餘應力。
圖6展示一壓電感測器(諸如壓電感測器14'')在經受各種不同電壓時在Z方向上相對於懸臂長度之位移之一曲線圖，其中壓電感測器不具有殘餘應力。懸臂長度自壓電感測器之遠端末梢或無支撐自由端朝向壓電感測器之約束或錨定端量測。在曲線圖中，所施加之+電壓越大(例如一雙極性電壓源(諸如雙極性電壓源20)或一或多個單極性源(諸如單極性源32、34))，遠端末梢向上偏轉越大。例如，當施加+5V之一偏壓DC電壓時，遠端末梢向上位移約12 um。相反地，所施加之-電壓越大(例如一雙極性電壓源(諸如雙極性電壓源20)或一或多個單極性源(諸如單極性源32、34))，遠端末梢向下偏轉越大。例如，當施加-5V之一偏壓DC電壓時，遠端末梢向下位移約12 um (例如，在圖6上展示為-12 um)。
圖7A示意性展示具有在附接或錨定至一基板12A之一近端與一遠端末梢或無支撐自由端之間延伸之懸臂壓電感測器14A之一壓電MEMS麥克風10A。麥克風10A類似於圖2A至圖2B中之麥克風10'。因此，用於標示麥克風10A之各種組件之元件符號相同於用於識別圖2A至圖2B中之麥克風10'之對應組件之元件符號，只是「A」已添加至元件符號。因此，除下文所描述之外，圖2A至圖2B中之麥克風10'之各種特徵之結構及描述應被理解為亦適用於圖7A至圖7B中之麥克風10A之對應特徵。
壓電感測器14A可具有相同於壓電感測器14'、14''之結構(例如具有多個壓電層及多個金屬電極層之多層結構)。如圖7A中所展示，壓電感測器14A具有引起其遠端末梢向下位移(例如垂直位移)一距離d1之殘餘應力(例如100 MPa之應力梯度)。壓電感測器14A由一間隙16A分離，且感測器14A歸因於其殘餘應力之偏轉引起間隙16A之大小增大(例如相對於其中間隙較小之無殘餘應力之一感測器)，藉此降低壓電感測器14A在經受聲壓時之敏感度且導致具有低聲阻抗之壓電感測器14A。
圖7B示意性展示具有施加於懸臂式壓電感測器14A之一偏壓電壓(例如偏壓DC電壓)(例如使用一雙極性電壓源或一或多個單極性電壓源)之圖7A之壓電MEMS麥克風10A。所施加之偏壓電壓(例如DC偏壓電壓)可控制、抵消、減少或否則補償歸因於壓電感測器14A中之殘餘應力之偏轉，例如使得壓電感測器14A之遠端末梢之間不存在間隙以導致壓電感測器14A具有高聲阻。所施加之電壓導致壓電感測器14A之一偏轉，其補償歸因於殘餘應力之偏轉以導致壓電感測器14A之遠端末梢或無支撐自由端無垂直位移。如圖7B中所展示，壓電感測器14A中之殘餘應力可導致壓電感測器14A之懸臂體之至少一部分之一位移d2 (其中d2＜d1)。
圖8展示一壓電感測器(諸如壓電感測器14A)在經受各種不同電壓時在Z方向上相對於懸臂長度之位移之一曲線圖，其中壓電感測器具有殘餘應力(例如100 MPa之應力梯度)。懸臂長度自壓電感測器之遠端末梢或無支撐自由端朝向壓電感測器之約束或錨定端量測。在曲線圖中，所施加之電壓越大(例如施加0伏特至20伏特之間的一電壓之一雙極性電壓源)，遠端末梢向上偏轉越大。例如，當施加+18V之一偏壓DC電壓時，遠端末梢向上位移至大致對應於遠端末梢通常在壓電感測器14A不具有殘餘應力(例如，其中感測器14A之間的間隙最小)時所在之位置之一位置，且懸臂式壓電感測器14A將具有所展示之一彎曲輪廓(例如歸因於殘餘應力之效應)。替代地，當未施加電壓(例如0伏特)時，懸臂式壓電感測器14A歸因於其殘餘應力而位移。所施加之電壓可根據在實際感測器14A中誘發之殘餘應力來選擇。
儘管圖7A至圖7B展示殘餘應力引起壓電感測器14A向下偏轉使得施加一正電壓至少部分抵消或補償此偏轉，但熟習技術者將認識到，若殘餘應力引起壓電感測器14A向上偏轉，則施加一負電壓可至少部分抵消或補償此偏轉且圖中曲線圖上之線將反轉。 具有聲阻之回饋控制之聲學裝置
圖9展示一壓電MEMS麥克風10B。麥克風10B類似於圖7A至圖7B中之麥克風10A。因此，用於標示麥克風10B之各種組件之元件符號相同於用於識別圖7A至圖7B中之麥克風10A之對應組件之元件符號，只是「B」已添加至元件符號。因此，除下文所描述之外，圖7A至圖7B中之麥克風10A之各種特徵之結構及描述應被理解為亦適用於圖9中之麥克風10B之對應特徵。
麥克風10B具有自附接至或錨定至基板12B之近端部分延伸至彼此間隔一間隙16B之遠端末梢或無支撐自由端之懸臂式壓電感測器14B。懸臂式壓電感測器14B可由聲壓偏轉，且間隙16B之大小隨感測器14B之偏轉增加而增大。間隙16B之大小越大，感測器14B之敏感度及-3dB滾降低頻受負面影響越大(例如，敏感度降低)。麥克風10B可具有含一固定容積及恆定柔順性之一後腔13B。如先前所討論，當將一偏壓電壓(例如DC偏壓電壓)施加於壓電感測器14B時，其導致感測器14B偏轉。當感測器14B不具有殘餘應力時，此偏壓電壓可使感測器14B偏轉以增大間隙16B之大小。當感測器14B具有殘餘應力時，此偏壓電壓可使感測器14B偏轉以至少部分補償歸因於殘餘應力之偏轉(例如減小間隙16B之大小)。發明者已發現，可藉由將一偏壓電壓(例如DC偏壓電壓)施加於壓電感測器14B來達成感測器參數之主動控制及最佳化，諸如聲阻控制。
圖10係用於控制一壓電感測器14B之一回饋電路100之一示意圖。壓電感測器14B將一輸出信號提供至可具有數位及/或類比組件之一專用積體電路(ASIC) 50。(若干)壓電感測器14B、ASIC 50及回饋電路100可為一壓電MEMS麥克風封裝10C之部分。ASIC 50可將一偏壓電壓(例如DC偏壓電壓)控制信號提供至壓電感測器14B以控制(若干)感測器14B之偏轉，且可提供壓電麥克風之一輸出信號。在一個實施方案中，回饋電路100可基於施加於(若干)感測器14B之外部聲學聲壓或其他感測器參數來控制(若干)壓電感測器14B之偏轉。例如，當外部聲學聲壓超過一臨限位準時，ASIC 50可將一DC偏壓電壓控制信號提供至(若干)感測器14B以控制(若干)感測器14B之聲阻抗及/或(若干)感測器14B之間的間隙16B之大小，其可有利地抑制(若干)感測器14B受損。另外或替代地，回饋電路100可控制(若干)感測器14B之聲阻抗以達成壓電MEMS麥克風10B之一所要聲阻抗(例如滿足客戶規格)及/或補償壓電感測器14B在製造期間之變動性(例如歸因於不同感測器14B中之不同殘餘應力)，使得感測器14B展現實質上相同聲阻抗或敏感度，不管感測器14B之殘餘應力或其他參數(例如製造參數)之差如何。有利地，回饋電路100允許(若干)感測器14B之自動控制(例如DC偏壓電壓控制)，其導致可調諧至一所要聲阻抗或敏感度之一智慧型感測器14B。
圖11係一音訊子系統300之一示意圖。音訊子系統300可包含一或多個麥克風10A、10B。在一個實施方案中，(若干)麥克風10A、10B之至少一者係一壓電MEMS麥克風。(若干)麥克風10A、10B可與可控制(若干)麥克風10A、10B之操作之一音訊編解碼器301通信。音訊編解碼器301亦可與一揚聲器302通信且控制揚聲器302之操作。
圖12A係包含音訊子系統300之一電子裝置200之一示意圖。電子裝置200可視情況具有一處理器210、一記憶體220、一使用者介面230、一電池240 (例如直流(DC)電池)及一電源管理模組250中之一或多者。其他額外組件(諸如一顯示器及鍵盤)可視情況被連接至處理器210。電池240可將電力提供至電子裝置200。
應注意，為簡單起見，本文僅繪示電子裝置200之某些組件。由處理器210提供之控制信號控制電子裝置200內之各種組件。
處理器210與使用者介面220通信以促進處理各種使用者輸入及輸出(I/O)，諸如語音及資料。如圖12A中所展示，處理器210與記憶體220通信以促進電子裝置200之操作。
記憶體220可用於各種目的，諸如儲存資料及/或指令以促進電子裝置200之操作及/或提供使用者資訊之儲存。
電源管理系統或模組250提供電子裝置200之若干電源管理功能。在某些實施方案中，電源管理系統250包含控制功率放大器之供應電壓之一PA供應控制電路。例如，電源管理系統250可改變經提供至一或多個功率放大器之(若干)供應電壓以提高效率。
如圖12A中所展示，電源管理系統250自電池240接收一電池電壓。電池240可為用於電子裝置200中之任何適合電池，包含(例如)一鋰離子電池。
圖12B係一無線電子裝置200'之一示意圖。無線電子裝置200'類似於圖12A中之電子裝置200。因此，用於標示無線電子裝置200'之各種組件的元件符號相同於用於識別圖12A中電子裝置200之對應組件的元件符號。因此，除下文所描述之外，上文針對圖12A中之電子裝置200的各種特徵的結構及描述應被理解為亦適用於圖12B中之無線電子裝置200'的對應特徵。
無線電子裝置200'與電子裝置200之不同之處在於：其亦包含與處理器210通信(例如雙向通信)之一收發器260。由收發器260 (例如自一遠端電子裝置，諸如智慧型電話、平板電腦等)接收(例如，無線地)之信號、資料及/或資訊傳送至處理器210，且由處理器提供之信號、資料及/或資訊由收發器260 (例如，無線地)傳送(例如至一遠端電子裝置)。此外，收發器260之功能可整合至單獨傳輸器及接收器組件中。
無線電子裝置200'可用於使用各種通信技術通信，包含(但不限於) 2G、3G、4G (包含LTE、LTE進階及LTE進階Pro)、5G NR、WLAN (例如Wi-Fi)、WPAN (例如Bluetooth及ZigBee)、WMAN (例如WiMax)及/或GPS技術。
收發器260產生用於傳輸之RF信號且處理自天線接收之傳入RF信號。應理解，與RF信號之傳輸及接收相關聯之各種功能可由圖12B中集體表示為收發器260之一或多個組件達成。在一個實例中，可提供單獨組件(例如單獨電路或晶粒)來處置某些類型之RF信號。
處理器210向收發器260提供傳輸信號之數位表示，收發器260處理傳輸信號之數位表示以產生用於傳輸之RF信號。處理器210亦處理由收發器260提供之接收信號之數位表示。
儘管已描述本發明之某些實施例，但此等實施例僅供例示且不意欲限制本發明之範疇。實際上，本文所描述之新穎方法及系統可以各種其他形式體現。此外，可在不背離本發明之精神之情況下對本文所描述之系統及方法進行各種省略、取代及改變。隨附申請專利範圍及其等效物意欲涵蓋落入本發明之範疇及精神內之此等形式或修改。因此，本發明之範疇僅藉由參考隨附申請專利範圍來界定。
結合一特定態樣、實施例或實例描述之特徵、材料、特性或群組應被理解為適用於本節或本說明書之其他位置中所描述之任何其他態樣、實施例或實例，除非與之不相容。本說明書(包含任何隨附請求項、摘要及圖式)中所揭示之所有特徵及/或所揭示之任何方法或程序之所有步驟可以任何組合來組合，其中至少一些此等特徵及/或步驟相互排斥之組合除外。保護不受限於任何前述實施例之細節。保護擴展至本說明書(包含任何隨附請求項、摘要及圖式)中所揭示之特徵之任何新穎者或任何新穎組合或所揭示之任何方法或程序之步驟之任何新穎者或任何新穎組合。
此外，本發明中在單獨實施方案之上下文中描述之某些特徵亦可在一單一實施方案中組合實施。相反地，在一單一實施方案之上下文中描述之各種特徵亦可在多個實施方案中單獨或以任何適合子組合實施。再者，儘管上文可將特徵描述為在某些組合中起作用，但在一些情況中，來自一主張組合之一或多個特徵可自組合去除，且組合可主張為一子組合或一子組合之變體。
再者，儘管操作可以一特定順序在圖式中描繪或在說明書中描述，但此等操作無需以所展示之特定順序或以循序順序執行或無需執行所有操作來達成所要結果。未描繪或描述之其他操作可併入實例方法及程序中。例如，可在所描述操作之任何者之前、在所描述操作之任何者之後、與所描述操作之任何者同時或在所描述操作之任何者之間執行一或多個額外操作。此外，可在其他實施方案中重新配置或重新排序操作。熟習技術者應瞭解，在一些實施例中，在所繪示及/或揭示之程序中採取之實際步驟可不同於圖中所展示之步驟。取決於實施例，可移除上述某些步驟，可添加其他步驟。此外，可以不同方式組合上述特定實施例之特徵及屬性以形成額外實施例，所有實施例落入本發明之範疇內。另外，上述實施方案中之各種系統組件之分離不應被理解為在所有實施方案中需要此分離，且應理解，所描述之組件及系統一般可一起整合於一單一產品中或封裝至多個產品中。
為了本發明，本文描述某些態樣、優點及新穎特徵。未必根據任何特定實施例達成所有此等優點。因此，例如，熟習技術者將認識到，本發明可以達成本文所教示之一個優點或一優點群組之一方式體現或實施且未必達成本文可教示或建議之其他優點。
除非另有明確說明或在所使用之上下文內另有理解，否則諸如「可」之條件語言一般意欲傳達某些實施例包含而其他實施例不包含某些特徵、元件及/或步驟。因此，此條件語言一般不意欲隱含一或多個實施例無論如何需要特徵、元件及/或步驟或一或多個實施例必然包含用於在具有或不具有使用者輸入或提示之情況下決定任何特定實施例中是否包含或執行此等特徵、元件及/或步驟之邏輯。
除非另有明確說明，否則諸如片語「X、Y及Z之至少一者」之合取語言被理解為一般結合上下文用於傳達一項、術語等等可為X、Y或Z。因此，此合取語言一般不意欲隱含某些實施例需要存在至少一個X、至少一個Y及至少一個Z。
本文所使用之程度語言(諸如本文所使用之術語「約」、「大約」、「大體上」及「實質上」)表示仍執行一所要功能或達成一所要結果之接近所述值、量或特性之一值、量或特性。例如，術語「約」、「大約」、「大體上」及「實質上」可係指在所述量之小於10%內、小於5%內、小於1%內、小於0.1%內及小於0.01%內之量。作為另一實例，在某些實施例中，術語「大體上平行」及「實質平行」係指自完全平行偏離小於或等於15度、10度、5度、3度、1度或0.1度之值、量或特性。
本發明之範疇不意欲由本節或本說明書中之其他位置中之較佳實施例之具體揭示內容限制，而是可由本節或本說明書中之其他位置中呈現或未來呈現之請求項界定。請求項之語言將基於請求項中採用之語言來廣義解譯且不受限於本說明書中或申請案之案控期間所描述之實例，其實例被解釋為非排他的。
當然，前述描述係本發明之某些特徵、態樣及優點之描述，可在不背離本發明之精神及範疇之情況下對其進行各種改變及修改。再者，本文所描述之裝置無需具有上文所討論之所有目的、優點、特徵及態樣。因此，例如，熟習技術者將認識到，本發明可以達成或最佳化本文所教示之一個優點或一優點群組之一方式體現或實施且未必達成本文可教示或建議之其他目的或優點。另外，儘管已詳細展示及描述本發明之若干變體，但熟習技術者將易於基於本發明來明白本發明之範疇內之其他修改及使用方法。預期可進行實施例之此等特定特徵及態樣之各種組合或子組合且仍落入本發明之範疇內。因此，應理解，所揭示實施例之各種特徵及態樣可彼此組合或取代以形成所討論裝置之各種模式。
10:壓電微機電系統(MEMS)麥克風 10':壓電MEMS麥克風 10A:壓電MEMS麥克風 10B:壓電MEMS麥克風 10C:壓電MEMS麥克風封裝 12:基板 12':基板 12A:基板 12B:基板 13B:後腔 14:壓電感測器 14':懸臂式感測器/壓電感測器 14'':壓電感測器 14A:壓電感測器 14B:壓電感測器 15':金屬電極層 15A':第一金屬層 15B':第二金屬層 15C':第三金屬層 16:間隙 16A:間隙 16B:間隙 16':間隙 17':壓電層 17A':第一壓電層 17B':第二壓電層 20:雙極性電壓源 30:電壓源 32:第一偏壓電壓源 34:第二偏壓電壓源 50:專用積體電路(ASIC) 100:回饋電路 200:電子裝置 200':無線電子裝置 210:處理器 220:記憶體 230:使用者介面 240:電池 250:電源管理模組/電源管理系統 260:收發器 300:音訊子系統 301:音訊編解碼器 302:揚聲器 d1:距離 d2:距離 D:偏轉狀態 F:氣流 P0:聲壓 V0:電壓 V1:第一電壓 V2:第二電壓
圖1A係一習知壓電MEMS麥克風之一基板及感測器之一示意性俯視圖。
圖1B係圖1A之壓電MEMS麥克風之基板及感測器之一示意性橫截面側視圖。
圖2A係一壓電MEMS麥克風之懸臂式感測器之一示意性橫截面側視圖。
圖2B係一壓電MEMS麥克風之懸臂式感測器之一示意性橫截面側視圖。
圖3係用於具有直流(DC)偏壓之一壓電MEMS麥克風中之一懸臂式感測器之一個實施例之一部分示意性側視圖。
圖4係用於具有直流(DC)偏壓之一壓電MEMS麥克風中之一懸臂式感測器之一個實施例之一部分示意性側視圖。
圖5係展示一壓電MEMS麥克風之一懸臂式感測器在DC偏壓下之偏轉的一示意圖。
圖6係一壓電MEMS麥克風之一懸臂式感測器在經受各種DC偏壓電壓時之位移對長度之一曲線圖。
圖7A係歸因於懸臂式結構中之殘餘應力而偏轉且在未施加一DC偏壓時之一壓電MEMS麥克風之一對懸臂式感測器之一示意性側視圖。
圖7B係在施加一DC偏壓時圖7A之一對懸臂式感測器之一示意性側視圖。
圖8係一壓電MEMS麥克風之一懸臂式感測器在經受各種DC偏壓電壓時之位移對長度之一曲線圖。
圖9係一壓電MEMS麥克風之懸臂式感測器之一示意性橫截面側視圖。
圖10係具有一DC控制回饋電路之一壓電MEMS麥克風之一智慧懸臂式感測器之一示意圖。
圖11係一音訊子系統之一示意圖。
圖12A係一電子裝置之一示意圖。
圖12B係一無線電子裝置之一示意圖。
14':懸臂式感測器/壓電感測器
15A':第一金屬層
15B':第二金屬層
15C':第三金屬層
17A':第一壓電層
17B':第二壓電層
20:雙極性電壓源
V0:電壓

Claims (52)

  1. 一種壓電微機電系統麥克風，其包括： 一基板； 一或多個壓電感測器，其等經可移動地耦合至該基板且包含一多層懸臂樑，該多層懸臂樑自經附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處的一遠端末梢，該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層中之一者的至少一部分插入於兩個金屬電極層之間；及 一或多個直流電壓源，其等經電連接至該複數個金屬電極層中之一或多者，且經組態以在該複數個金屬電極層中之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以使該懸臂樑偏轉，以至少部分抵消歸因於該懸臂樑中之一殘餘應力之該懸臂樑的一偏轉。
  2. 如請求項1之麥克風，其中該一或多個直流電壓源包含一雙極性電壓源，該雙極性電壓源經組態以在一第一金屬電極層與一第二金屬電極層之間提供一第一極性之一電壓，且在該第二金屬電極層與一第三金屬電極層之間提供一第二相反極性之一電壓。
  3. 如請求項1之麥克風，其中該一或多個直流電壓源包含兩個單極性直流電壓源，該兩個單極性直流電壓源之一第一者經組態以在一第一金屬電極層與一第二金屬電極層之間提供一第一極性之一第一電壓，且該兩個單極性直流電壓源之一第二者經組態以在該第二金屬電極層與一第三金屬電極層之間提供一第二相反極性之一第二電壓。
  4. 如請求項3之麥克風，其中該第一電壓之一量值等於該第二電壓之一量值。
  5. 如請求項1之麥克風，其中該複數個金屬電極層接近該懸臂樑之該近端部分。
  6. 如請求項1之麥克風，其中該複數個金屬電極層包含接近該懸臂樑之該近端部分之第一複數個金屬電極層及與該第一複數個金屬電極層隔開之第二複數個金屬電極層，該一或多個直流電壓源經電連接至該第二複數個金屬電極層中之一或多者。
  7. 一種音訊子系統，其包括： 一音訊編解碼器； 一或多個壓電微機電系統麥克風，其等與該音訊編解碼器通信，各麥克風包含：一基板及經可移動地耦合至該基板之複數個壓電感測器，該等壓電感測器之各者係與一相鄰壓電感測器隔開一間隙且包含一多層懸臂樑，該多層懸臂樑自經附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢，該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層中之一者的至少一部分插入於兩個金屬電極層之間，且一或多個直流電壓源經電連接至該複數個金屬電極層中之一或多者且經組態以在該複數個金屬電極層中之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以使該懸臂樑偏轉，以至少部分抵消歸因於該懸臂樑中之一殘餘應力之該懸臂樑的一偏轉。
  8. 如請求項7之音訊子系統，其中該一或多個直流電壓源包含一雙極性電壓源，該雙極性電壓源經組態以在一第一金屬電極層與一第二金屬電極層之間提供一第一極性之一電壓且在該第二金屬電極層與一第三金屬電極層之間提供一第二相反極性之一電壓。
  9. 如請求項7之音訊子系統，其中該一或多個直流電壓源包含兩個單極性直流電壓源，該兩個單極性直流電壓源之一第一者經組態以在一第一金屬電極層與一第二金屬電極層之間提供一第一極性之一第一電壓，且該兩個單極性直流電壓源之一第二者經組態以在該第二金屬電極層與一第三金屬電極層之間提供一第二相反極性之一第二電壓。
  10. 如請求項9之音訊子系統，其中該第一電壓之一量值等於該第二電壓之一量值。
  11. 如請求項7之音訊子系統，其中該複數個金屬電極層接近該懸臂樑之該近端部分。
  12. 如請求項7之音訊子系統，其中該複數個金屬電極層包含接近該懸臂樑之該近端部分之第一複數個金屬電極層及與該第一複數個金屬電極層隔開之第二複數個金屬電極層，該一或多個直流電壓源經電連接至該第二複數個金屬電極層中之一或多者。
  13. 一種電子裝置，其包括： 一處理器；及 一音訊子系統，其與該處理器通信，該音訊子系統包括經安裝於一基板層上之一或多個壓電微機電系統麥克風，各麥克風包含：一基板及經可移動地耦合至該基板之複數個壓電感測器，該等壓電感測器之各者與一相鄰壓電感測器隔開一間隙且包含一多層懸臂樑，該多層懸臂樑自經附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢，該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層中之一者之至少一部分插入於兩個金屬電極層之間，且一或多個直流電壓源經電連接至該複數個金屬電極層之一或多者，且經組態以在該複數個金屬電極層中之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以使該懸臂樑偏轉，以至少部分抵消歸因於該懸臂樑中之一殘餘應力之該懸臂樑的一偏轉。
  14. 如請求項13之電子裝置，其中該一或多個直流電壓源包含一雙極性電壓源，該雙極性電壓源經組態以在一第一金屬電極層與一第二金屬電極層之間提供一第一極性之一電壓，且在該第二金屬電極層與一第三金屬電極層之間提供一第二相反極性之一電壓。
  15. 如請求項13之電子裝置，其中該一或多個直流電壓源包含兩個單極性直流電壓源，該兩個單極性直流電壓源之一第一者經組態以在一第一金屬電極層與一第二金屬電極層之間提供一第一極性之一第一電壓，且該兩個單極性直流電壓源之一第二者經組態以在該第二金屬電極層與一第三金屬電極層之間提供一第二相反極性之一第二電壓。
  16. 如請求項15之電子裝置，其中該第一電壓之一量值等於該第二電壓之一量值。
  17. 如請求項13之電子裝置，其中該複數個金屬電極層接近該懸臂樑之該近端部分。
  18. 如請求項13之電子裝置，其中該複數個金屬電極層包含接近該懸臂樑之該近端部分之第一複數個金屬電極層及與該第一複數個金屬電極層隔開之第二複數個金屬電極層，該一或多個直流電壓源經電連接至該第二複數個金屬電極層中之一或多者。
  19. 一種操作一壓電微機電系統麥克風之方法，其包括： 形成或提供經可移動地耦合至一基板之一或多個壓電感測器，該等壓電感測器之各者與一相鄰壓電感測器隔開一間隙且包含一多層懸臂樑，該層懸臂樑自經附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢，該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層中之一者的至少一部分插入於兩個金屬電極層之間；及 在該複數個金屬電極層中之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以使該懸臂樑偏轉，以至少部分抵消歸因於該懸臂樑中之一殘餘應力之該懸臂樑的一偏轉。
  20. 如請求項19之方法，其中該直流偏壓電壓係由一雙極性電壓源施加，該雙極性電壓源在一第一金屬電極層與一第二金屬電極層之間提供一第一極性之一電壓且在該第二金屬電極層與一第三金屬電極層之間提供一第二相反極性之一電壓。
  21. 如請求項19之方法，其中該直流偏壓電壓係由兩個單極性直流電壓源施加，該兩個單極性直流電壓源之一第一者在一第一金屬電極層與一第二金屬電極層之間提供一第一極性之一第一電壓，且該兩個單極性直流電壓源之一第二者在該第二金屬電極層與一第三金屬電極層之間提供一第二相反極性之一第二電壓。
  22. 如請求項21之方法，其中該第一電壓之一量值等於該第二電壓之一量值。
  23. 如請求項19之方法，其中該複數個金屬電極層接近該懸臂樑之該近端部分。
  24. 如請求項19之方法，其中該複數個金屬電極層包含接近該懸臂樑之該近端部分之第一複數個金屬電極層及與該第一複數個金屬電極層隔開之第二複數個金屬電極層，該一或多個直流電壓源經電連接至該第二複數個金屬電極層中之一或多者。
  25. 一種壓電微機電系統麥克風，其包括： 一基板；及 一或多個壓電感測器，其等經可移動地耦合至該基板，該等壓電感測器之各者與一相鄰壓電感測器隔開一間隙且包含一多層懸臂樑，該多層懸臂樑自經附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢，該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層中之一者的至少一部分插入於兩個金屬電極層之間；及 一回饋控制電路，其經電連接至該複數個金屬電極層中之一或多者，該回饋控制電路經組態以自該一或多個壓電感測器接收一輸出信號且經組態以在該一或多個壓電感測器之該複數個金屬電極層之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以主動控制該一或多個壓電感測器之一聲阻。
  26. 如請求項25之麥克風，其中該回饋控制電路包含自該一或多個壓電感測器接收該輸出信號之一專用積體電路(ASIC)。
  27. 如請求項26之麥克風，其中該專用積體電路將該直流偏壓電壓施加於該一或多個壓電感測器之該複數個金屬電極層中之該至少兩者。
  28. 如請求項25之麥克風，其中該直流偏壓電壓係由一雙極性電壓源施加。
  29. 如請求項25之麥克風，其中該直流偏壓電壓係由一或多個單極性電壓源施加。
  30. 如請求項25之麥克風，其中該回饋控制電路基於一或多個感測器參數來控制該一或多個壓電感測器之該聲阻。
  31. 如請求項30之麥克風，其中該回饋控制電路基於外部聲學聲壓來控制該一或多個壓電感測器之該聲阻。
  32. 一種音訊子系統，其包括： 一音訊編解碼器；及 一或多個壓電微機電系統麥克風，其等與該音訊編解碼器通信，各麥克風包含：一基板及經可移動地耦合至該基板之複數個壓電感測器，該等壓電感測器之各者與一相鄰壓電感測器隔開一間隙且包含一多層懸臂樑，該多層懸臂樑自經附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢，該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層中之一者的至少一部分插入於兩個金屬電極層之間，且一回饋控制電路經電連接至該複數個金屬電極層中之一或多者，該回饋控制電路經組態以自該一或多個壓電感測器接收一輸出信號且經組態以在該一或多個壓電感測器之該複數個金屬電極層中之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以主動控制該一或多個壓電感測器之一聲阻。
  33. 如請求項32之音訊子系統，其中該回饋控制電路包含自該一或多個壓電感測器接收該輸出信號之一專用積體電路(ASIC)。
  34. 如請求項33之音訊子系統，其中該專用積體電路將該直流偏壓電壓施加於該一或多個壓電感測器之該複數個金屬電極層中之該至少兩者。
  35. 如請求項32之音訊子系統，其中該直流偏壓電壓係由一雙極性電壓源施加。
  36. 如請求項32之音訊子系統，其中該直流偏壓電壓係由一或多個單極性電壓源施加。
  37. 如請求項32之音訊子系統，其中該回饋控制電路基於一或多個感測器參數來控制該一或多個壓電感測器之該聲阻。
  38. 如請求項32之音訊子系統，其中該回饋控制電路基於外部聲學聲壓來控制該一或多個壓電感測器之該聲阻。
  39. 一種電子裝置，其包括： 一處理器；及 一音訊子系統，其與該處理器通信，該音訊子系統包括經安裝於一基板層上之一或多個壓電微機電系統麥克風，各麥克風包含：一基板及經可移動地耦合至該基板之複數個壓電感測器，該等壓電感測器之各者與一相鄰壓電感測器隔開一間隙且包含一多層懸臂樑，該多層懸臂樑自經附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢，該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層中之一者的至少一部分插入於兩個金屬電極層之間，且一回饋控制電路經電連接至該複數個金屬電極層中之一或多者，該回饋控制電路經組態以自該一或多個壓電感測器接收一輸出信號且經組態以在該一或多個壓電感測器之該複數個金屬電極層中之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以主動控制該一或多個壓電感測器之一聲阻。
  40. 如請求項39之電子裝置，其中該回饋控制電路包含自該一或多個壓電感測器接收該輸出信號之一專用積體電路(ASIC)。
  41. 如請求項40之電子裝置，其中該專用積體電路將該直流偏壓電壓施加於該一或多個壓電感測器之該複數個金屬電極層中之該至少兩者。
  42. 如請求項39之電子裝置，其中該直流偏壓電壓係由一雙極性電壓源施加。
  43. 如請求項39之電子裝置，其中該直流偏壓電壓係由一或多個單極性電壓源施加。
  44. 如請求項39之電子裝置，其中該回饋控制電路基於一或多個感測器參數來控制該一或多個壓電感測器之該聲阻。
  45. 如請求項39之電子裝置，其中該回饋控制電路基於外部聲學聲壓來控制該一或多個壓電感測器之該聲阻。
  46. 一種操作一壓電微機電系統麥克風之方法，其包括： 形成或提供經可移動地耦合至一基板之一或多個壓電感測器，該等壓電感測器之各者與一相鄰壓電感測器隔開一間隙且包含一多層懸臂樑，該多層懸臂樑自經附接至該基板之一近端部分延伸至該懸臂樑之一自由端處之一遠端末梢，該懸臂樑具有複數個壓電層及複數個金屬電極層，該等壓電層中之一者的至少一部分插入於兩個金屬電極層之間；及 使用一回饋控制電路在該一或多個壓電感測器之該複數個金屬電極層中之至少兩者之間施加一直流偏壓電壓以主動控制該一或多個壓電感測器之一聲阻。
  47. 如請求項46之方法，其中該回饋控制電路包含自該一或多個壓電感測器接收輸出信號之一專用積體電路(ASIC)。
  48. 如請求項47之方法，其中該專用積體電路將該直流偏壓電壓施加於該一或多個壓電感測器之該複數個金屬電極層中之該至少兩者。
  49. 如請求項46之方法，其中該直流偏壓電壓係由一雙極性電壓源施加。
  50. 如請求項46之方法，其中該直流偏壓電壓係由一或多個單極性電壓源施加。
  51. 如請求項46之方法，其中該回饋控制電路基於一或多個感測器參數來控制該一或多個壓電感測器之該聲阻。
  52. 如請求項46之方法，其中該回饋控制電路基於外部聲學聲壓來控制該一或多個壓電感測器之該聲阻。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7251618B2 (ja) * 2019-05-16 2023-04-04 株式会社村田製作所 圧電デバイスおよび超音波トランスデューサ
US12549891B1 (en) 2021-01-07 2026-02-10 Skyworks Global Pte. Ltd. Acoustic devices with directional reinforcement
US12328559B2 (en) 2021-06-17 2025-06-10 Skyworks Solutions, Inc. Acoustic devices with improved sensitivity
US12335687B2 (en) 2021-09-20 2025-06-17 Skyworks Solutions, Inc. Piezoelectric MEMS microphone with cantilevered separation
US20230094674A1 (en) 2021-09-28 2023-03-30 Skyworks Global Pte. Ltd. Piezoelectric mems device with thermal compensation from one or more compensation layers
US20230130082A1 (en) 2021-10-21 2023-04-27 Skyworks Solutions, Inc. Method of making a piezoelectric sensor with increased sensitivity and devices having the same
US12525494B2 (en) 2022-03-30 2026-01-13 Skyworks Solutions, Inc. Composited carrier for microphone package
US20230312334A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-05 Skyworks Solutions, Inc. Mems sensor with a thin region
US12538080B2 (en) 2022-09-20 2026-01-27 Skyworks Solutions, Inc. Piezoelectric microelectromechanical system microphone
CN116828377B (zh) * 2023-08-08 2025-10-31 安徽奥飞声学科技有限公司 Mems结构的制备方法

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6795374B2 (en) 2001-09-07 2004-09-21 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Bias control of electrostatic transducers
US6965189B2 (en) * 2002-09-20 2005-11-15 Monodrive Inc. Bending actuators and sensors constructed from shaped active materials and methods for making the same
JP4579778B2 (ja) 2004-08-17 2010-11-10 ルネサスエレクトロニクス株式会社 センサ用電源回路およびそれを用いたマイクロホンユニット
JP2006078435A (ja) 2004-09-13 2006-03-23 Okutekku:Kk 微小構造体の検査装置および微小構造体の検査方法
US7726190B2 (en) 2005-03-03 2010-06-01 Tokyo Electron Limited Device, method and program for inspecting microstructure
US7493821B2 (en) * 2005-04-16 2009-02-24 Yunlong Wang Micromachined acoustic transducer and method of operating the same
ATE550886T1 (de) 2006-09-26 2012-04-15 Epcos Pte Ltd Kalibriertes mikroelektromechanisches mikrofon
US7538477B2 (en) * 2006-11-27 2009-05-26 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Multi-layer transducers with annular contacts
US7639105B2 (en) * 2007-01-19 2009-12-29 Georgia Tech Research Corporation Lithographically-defined multi-standard multi-frequency high-Q tunable micromechanical resonators
WO2009126378A2 (en) * 2008-03-11 2009-10-15 Drexel University Enhanced detection sensitivity with piezoelectric microcantilever sensors
US8141427B2 (en) * 2008-06-04 2012-03-27 Georgia Tech Research Corporation Piezoelectric and piezoresistive cantilever sensors
US10170685B2 (en) * 2008-06-30 2019-01-01 The Regents Of The University Of Michigan Piezoelectric MEMS microphone
CN102138338B (zh) * 2008-06-30 2015-01-14 密执安大学评议会 压电mems麦克风
WO2010060892A1 (en) 2008-11-25 2010-06-03 Audioasics A/S Dynamically biased amplifier
JP5325630B2 (ja) * 2009-03-27 2013-10-23 株式会社東芝 マイクロホン装置並びにその調整装置及び調整方法
IT1396063B1 (it) 2009-03-31 2012-11-09 St Microelectronics Rousset Circuito di polarizzazione per un trasduttore acustico microelettromeccanico e relativo metodo di polarizzazione
US8625809B2 (en) 2009-05-20 2014-01-07 Invensense, Inc. Switchable attenuation circuit for MEMS microphone systems
US8831246B2 (en) 2009-12-14 2014-09-09 Invensense, Inc. MEMS microphone with programmable sensitivity
EP2681928A1 (en) * 2011-03-04 2014-01-08 Sony Mobile Communications AB Method for driving a condenser microphone
US9148729B2 (en) 2012-09-25 2015-09-29 Invensence, Inc. Microphone with programmable frequency response
US9466430B2 (en) * 2012-11-02 2016-10-11 Qorvo Us, Inc. Variable capacitor and switch structures in single crystal piezoelectric MEMS devices using bimorphs
US9712128B2 (en) * 2014-02-09 2017-07-18 Sitime Corporation Microelectromechanical resonator
US9479875B2 (en) 2015-01-23 2016-10-25 Silicon Audio Directional, Llc Multi-mode microphones
US9866938B2 (en) * 2015-02-19 2018-01-09 Knowles Electronics, Llc Interface for microphone-to-microphone communications
US10045121B2 (en) * 2016-04-29 2018-08-07 Invensense, Inc. Microelectromechanical systems (MEMS) microphone bias voltage
DE102016210008A1 (de) * 2016-06-07 2017-12-07 Robert Bosch Gmbh Sensor- und/oder Wandlervorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Sensor- und/oder Wandlervorrichtung mit zumindest einer mindestens eine piezoelektrische Schicht umfassenden Biegestruktur
US10063978B2 (en) * 2016-09-13 2018-08-28 Akustica, Inc. Cantilevered shear resonance microphone
US11254559B2 (en) * 2017-03-05 2022-02-22 Kris Vossough FET based sensory systems
DE102017208911A1 (de) 2017-05-26 2018-11-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromechanischer Schallwandler
US10917727B2 (en) * 2018-03-16 2021-02-09 Vesper Technologies, Inc. Transducer system with configurable acoustic overload point
IT201800004758A1 (it) 2018-04-20 2019-10-20 Trasduttore acustico mems piezoelettrico e relativo procedimento di fabbricazione
US11350219B2 (en) * 2019-08-13 2022-05-31 Skyworks Solutions, Inc. Piezoelectric MEMS microphone
CN110545514B (zh) 2019-08-16 2021-01-08 瑞声声学科技(深圳)有限公司 压电式mems麦克风
IT201900019058A1 (it) 2019-10-16 2021-04-16 St Microelectronics Srl Trasduttore con disposizione piezoelettrica migliorata, dispositivo mems comprendente il trasduttore, e metodi di fabbricazione del trasduttore
CN112839276B (zh) 2019-11-22 2022-09-09 华为技术有限公司 麦克风与喇叭组合模组、耳机及终端设备
US11527700B2 (en) * 2019-12-20 2022-12-13 Vanguard International Semiconductor Singapore Pte. Ltd. Microphone device with single crystal piezoelectric film and method of forming the same
US11323797B2 (en) 2020-07-11 2022-05-03 xMEMS Labs, Inc. Acoustic transducer, wearable sound device and manufacturing method of acoustic transducer
US11399228B2 (en) 2020-07-11 2022-07-26 xMEMS Labs, Inc. Acoustic transducer, wearable sound device and manufacturing method of acoustic transducer
CN114157960B (zh) 2020-09-08 2024-08-06 阿比特电子科技股份有限公司 微机电系统声学传感器、微机电系统封装结构及其制造方法
US11818540B1 (en) * 2021-01-07 2023-11-14 Skyworks Global Pte. Ltd. Acoustic devices with edge corrugation
US20230135200A1 (en) * 2021-11-01 2023-05-04 Skyworks Solutions, Inc. Cantilever sensor with modified resonance frequency

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Publication number Publication date
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