Капсюль конденсаторного микрофона

 

Изобретение относится к емкостным электроакустическим преобразователям, в частности к конденсаторным микрофонам и позволяет получить миниатюрный микрофон с равномерной частотной характеристикой в заданном диапазоне звуковых частот. Целью изобретения является улучшение качества характеристик капсюля путем увеличения термостабильности и равномерности его частотной характеристики. Капсюль изготавливается методами полупроводниковой интегральной технологии и состоит из двух электродов (подвижного и базового), разделенных воздушным промежутком. Базовый электрод 2 представляет собой пластину кремния, легированную со стороны подвижного электрода 1, и нанесенный на легированную поверхность электрет 8. Подвижный электрод 1 также выполнен из пластины кремния, легированной со стороны базового электрода, с нанесенным на легированную поверхность композитным диэлектриком, содержащим два слоя двуокиси и нитрида кремния, причем в подвижном электроде выполнен ряд выемок, а в базовом электроде выполнены акустические отверстия 9. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 ()9) (ll) (51) 4 H 04 R 19/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ б

В

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4251380/24-10 (22) 29.05.87 (46) 23.04.89. Бюл. У 15 (71) Институт полупроводников AH УССР ,(72) Г.Г.Бабичев, Н.П.Бедусенко, Ю.П.Верхацкий, И.П.Жадько, С.И.Козловский, В.:А.Романов и В.П.Шаповалов (53) 621.395.616.2 (088.8) (56) Патент Великобритании

Ф 1316652, кл.,Н 4 J, 1975 (54) КАПСЮЛЬ КОНДЕНСАТОРНОГО МИКРОФОНА (57) Изобретение относится к емкостным электроакустическим преобразователям, в частностик конденсаторным микрофонам, и позволяет получить миниатюрный микрофон с равномерной частотной характеристикой в заданном диапазоне звуковых частот. Целью изобретения является улучшение качества характеристик капсюля путем

1474869

10 где f

С о

r о

f е увеличения термостабильности и равномерности его частотной характерис-, тики. Капсюль изготавливается метода- ми полупроводниковой интегральной технологии и состоит из двух электродов (подвижного и базового), разделенных воздушным промежутком. Базовый электрод 2 представляет собой пластину кремния, легированную со стороны подвижного электрода 1, и нанесенный на легированную поверхИзобретение относится к емкостным, электроакустическим преобразователям, к .конденсаторным микрофонам.

Целью изобретения является повышение стабильности характеристик капсюля путем увеличения термоатабильности и равномерности его частотной характеристики.

На фиг.1 изображен капсюль микро" фона; на фиг.2 — базовый электрод; на фиг.3 — эквивалентная электрическая схема капсюля.

Капсюль состоит из подвижного 1

15 и неподвижного 2 кремниевых электродов, разделенных воздушным промежутком 3, ширина которого задается высотой упоров 4 из кремния на электроде 1. Звукочувствительными элемента20 ми служат пластины 5 кремния в местах выемок на электроде 1. Для электри-. ческой изоляции подвижного электрода

1 относительно базового (неподвижного электрода) 2 и уменьшения механических напряжений в пластинах 5 на нижнюю поверхность электрода 1 нанесен композитный диэлектрик, состоящий из двух слоев: двуокиси кремния 6 и

30 нитрида кремния 7. На поверхность базового электрода 2, обращенную к подвижному электроду 1, нанесен электрет 8. Электроды 1 и 3 легированы со.стороны воздушного промежутка. В базовом электроде 2 выпол- 35 иены акустические отверстия 9 ° По периметру внешних поверхностей электродов 1 и 2 нанесены контактные дорожки 1О.. ность электрет 8. Подвижный электрод .1 также выполнен из пластины кремния, легированной со стороны базового электрода, с нанесенным на легированную поверхность композитным диэлектриком, содержащим два слоя двуокиси ,и нитрида кремния, причем в подвижном электроде выполнен ряд выемок, а в базовом электроде выполнены акусти- ческие отверстия 9. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Геометрические размеры выемок, толщина пластины 5 кремния в местах выемок, количество выемок, ширина воздушного зазора между электродами, площадь. акустических отверстий определяются исходя из заданных величин чувствительности иуровня шумов, равномерности частотнойхарактеристики в заданном диапазоне звуковых частот. Неравномерность частотнойхарактеристики микрофона со стороны высоких частот, вблизи резонанса, определяется соотношением максимальная частота рабочего диапазона; эквивалентная податливость воздуха в капсюле; эквивалентное сопротивление потерь в капсюле, обусловленное вязкостью воздуха; резонансная частота капсюля, определяемая из соотношения (фиг.3) f =047h о rç где Е - модуль упругости пластины подвижного электрода;

- ее коэффициент Пуассона; — плотность пластины;

h - -толщина пластины;

r - -радиус пластины.

Эквивалентное сопротивление по-. терь вычисляется через вязкость воздуха, площадь базового электрода

1474869 2

+0,25- (— --1/

i2Sp

S)

2 2

1 я=-

S с где S

3

С о (l3

f о

8о, площадь отверстия S, толщину воздушного промежутка 3 посредством соотношения

6Р (1 S», S< г = — - - 1п- + 0 25 — (---—

О 0 3 2 $28

«1>,) 8 2

i N2

Капсюль микрофона раоотает следующим образом.

Звуковые колебания воздушной среды воздействуют на кремниевые пластины

5. Пластины под их действием прогибаются, изменяя емкость капсюля. Поляризующее напряжение создает электрет 8, который может быть выполнен из слоя окиси кремния. При изменении емкости заряженного конденсатора воз-"5 никает электродвижущая сила, пропор-циональная звуковому давлению.

Формула из обретения

Капсюль конденсаторного микрофона, состоящий из подвижного электрода и отделенного от него воздушным промежутком неподвижного злектрода, выполплощадь пластины в месте 40 выемки; площадь отверстия; ширина воздушного промежутка; эквивалентная податливость 45 воздуха в капсюле; вязкость воздуха; максимальная частота рабочего диапазона; неравномерность частотной 50 характеристики, дБ, при высоких частотах; резонансная частота капсюля, определяемая из соотношения

55 о = 047

1" где Š— модуль упругости материала йодвижного электрода; где И вЂ” число отверстий в базовом электроде.

Подставляя последнее соотношение для сопротивления потерь в формулу для неравномерности чувствительности, получают соотношение для числа отверстий .! ненно1о в виде высокоомной полупроводниковой пластины, легированной со стороны подвижного электрода и содер" жащей слой электрета, нанесенного на легированную поверхность, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности работы капсюля за счет увеличения термостабильности и равномерности частотной характеристики, подвижный электрод выполнен в виде пластины из того же. материала, что и неподвижный электрод, причем пластина легирована со стороны неподвижного электрода, на легированную поверхность подвижного электрода нанесен слой диэлектрика, а в неподвижном электроде выполнены отверстия, число которых N определяется из соотношения — коэффициент Пуассона материала подвижного электрода ;

P - -плотность этого материала;

h — - толщина подвижного электрода;

r — - радиус пластины - подвижного электрода.

2. Капсюль по п.1, о т л и ч а и— шийся тем, что в качестве высокоомного полупроводникового материала использован кремний, а диэлектрик выполнен.из двух слоев: двуокиси и нитрида кремния.

3. Капсюль по пп.1 и 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что подвижный электрод легирован со стороны непод вижного электрода на глубину, равную толщине пластины кремния в месте выемки.

>474869

Составитель Д.Расторгуев

Техред М.Ходанич

Корректор В.Гирняк

Редактор И.1цмакова

Заказ 1913/58 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101