Конструктивно-технологический базис микроэлектромеханических систем для диафрагменных электроакустических преобразователей

• Автор: Ильков, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Оглавление
Введение
ГЛАВА 1 Основные характеристики электроакустических преобразователей на примере микрофона

1.1 Основные характеристики акустического поля

1.2 Основные характеристики микрофонов

1.3 Электроакустическая система микрофона

ГЛАВА 2 Совместимость технологии микросистемной техники с технологией микроэлектроники

ГЛАВА 3 Анализ электромеханического чувствительного элемента МЭМСмикрофона

ГЛАВА 4 Влияние полости под диафрагмой на характеристики микрофона ГЛАВА 5 Моделирование и проектирование диафрагм МЭМС микрофонов

5.1. Моделирование упругих стальных диафрагм микрофонов

5.2. Методы моделирования и проектирования МЭМС

ГЛАВА 6 Разработка технологии производства диафрагменных элементов МЭМСэлектроакустических преобразователей
6.1 МОЭМС для ЭАП
6.2 Разработка конструкции и технологии изготовления кристалла
кремниевого чувствительного элемента для ЭАП
6.2.1 Исследование влияния технологического процесса осаждения
нитрида кремния на характеристики диэлектрической мембраны
6.2.2 Исследование влияния структуры диэлектрической мембраны на
ее параметры
6.3 Разработка и исследование конструктивнотехнологических
особенностей создания чувствительного элемента ЭАП с
профилированной мембраной
6.4 Анализ результатов технологических исследований
Основные результаты работы
Литература


С повышением частоты К растет по-разному для разных форм корпуса микрофона. X-0,1 и достигает дБ при d/X = 1,0. Затем следует чередование минимумов при четных К и максимумов при нечетных К. Вторым источником изменения давления на диафрагму может быть резонирующее действие углубление перед диафрагмой. Эту зависимость от размеров, например, цилиндрического углубления глубиной / и диаметром 2г выражают через параметры а-г И и Кт - 2лг/Д. При а-1 и Кт~ 0,9 ? Для микрофона градиента давления, когда звуковое давление воздействует симметрично на обе стороны диафрагмы, сила воздействующая на нее будет зависеть от разности хода А звука между сторонами диафрагмы и угла падения волны. При нижних частотах О) для микрофона, малого по сравнению с длиной волны, и осевом падении волны F = PQS А й)1 С. Таким образом, для микрофонов градиента давления сила линейно зависит от О) при низких частотах. При высоких частотах зависимость от со приблизительно синусоидальна. При близком расположении микрофона от источника звука звуковые волны следует рассматривать как сферические. В этом случае при низких частотах F = P0S dir, где г - расстояние от источника, т. Зависимость от Мг обеспечивает помехозащитность от удаленных источников. В общем сила, действующая на диафрагму микрофона градиента давления всегда меньше чем для соответствующего микрофона давления. Сравнение двух типов конденсаторных микрофонов приведено в таблице 1. Таблица 1. Таким образом, для микрофонов давления управляющим параметром является упругость и необходимо, чтобы резонансная частота собственных колебаний была выше частот основного диапазона. Электроакустическая система состоит из электрических, механических и акустических элементов. Они характеризуются механическими или акустическими величинами: масса, жесткость (податливость), сопротивление (потери на трение и др. Эти элементы объединяются в цепочки и узлы. Механические и акустические системы элементов характеризуются сосредоточенными или распределенными параметрами. На низких частотах все механические системы и часть акустических систем характеризуются сосредоточенными параметрами. При высоких частотах обе группы систем следует рассматривать как системы с распределенными параметрами. Главной задачей конструирования микрофона/телефона чаще всего является разработка механоакустического преобразователя, основой которого служит механическая колебательная система: стержни, пластины, оболочки и т. Чаще всего механическое устройство называют мембраной или диафрагмой. На самом деле мембрана - это материальная поверхность, не имеющая упругости формы и находящаяся в состоянии натяжения. Этим она отличается от упругой пластины, которая выполняет те же функции преобразования и поэтому тоже часто называется мембраной, хотя методы их расчета различны. В микрофоне могут быть использованы и мембраны и пластины, в телефоне только пластины. Как общее название этих объектов будем пользоваться термином -диафрагма. Цель расчета колебаний механической системы - установление связи между скоростями колебаний их частей и приложенными внешними силами. Для этого находится распределение деформаций под воздействием сил распределенных по объему. Для систем с сосредоточенными параметрами основными параметрами служит масса т, податливость с или жесткость к = 1/с и активное сопротивление г. С их использованием можно определить кинетическую, потенциальную энергию и энергию механических потерь. При расчете реальных систем стремятся перейти к системе с сосредоточенными параметрами за счет введения эквивалентных /и, с, г. В электростатических ЭАП эти преобразования не зависят от распределения динамических напряжений в механической системе. Идеальная диафрагма колеблется как целое и может рассматриваться как система с сосредоточенными параметрами. Практически диафрагма колеблется с прогибом от краев к центру. Для уменьшения прогиба используются пластины с жестким центром и мембраны с гофрированием на краях. Реальная диафрагма (пластина или мембрана) должна рассматриваться как система с распределенными параметрами.