ميكروفن خازني با اندازه كوچك و حساسيت بالا با به كار گيري ديافراگم دايروي با مركز ثابت

Condenser microphone with small size and high sensitivity Using a circular diaphragm with fixed center

در اين مقاله، يك ميكروفن خازنيMEMS جديد تك تراشه بر روي ويفر سيليكوني با كمينه كردن اندازه و كاهش استحكام مكانيكي با استفاده از ديافراگم دايروي با مركز ثابت پيشنهاد شده است. در ميكروفن پيشنهادي ديافراگم شامل تعدادي حفره مي‌باشد كه موجب عبور هوا در شكاف مابين صفحه پشتي و ديافراگم مي‌شود و به اين ترتيب ميرائي مربوط به صدا را در ميكروفن كاهش مي‌دهد. ‌تازگي اين روش، ايجاد ميكروفن دايروي با مركز ثابت مي‌باشد كه قطر ديافراگم كمتر از ميكروفن خازني مرسوم به دست مي‌آيد. ابتدا تحليل مكانيكي روي ديافراگم ميكروفن انجام مي‌گيرد تا ولتاژ كششي به دست آيد. ولتاژ كششي ميكروفن دايروي پيشنهادي 14 ولت مي‌باشد. با توجه به ولتاژ كششي بدست آمده٬ ولتاژ باياس به ميكروفن اعمال شده و پارامترهاي مختلف مانند ظرفيت خازني و حساسيت اندازه‌گيري شد. با توجه به نتايج شبيه‌سازي كامسول (COMSOL)، ميكروفن پيشنهادي با ديافراگم به قطر 400 ميكرومتر و ضخامت 1/5 ميكرومتر، حساسيت‌ 23- دسي‌بل را نشان داد. در مقايسه با كارهاي قبلي، ميكروفن پيشنهادي با ولتاژ تغذيه كمتر عملكرد فركانسي بهتر و حساسيت بيشتري را براي سنس نمودن صدا عرضه مي‌كند.

In this paper, a new single-chip MEMS capacitor microphone on a silicon wafer by minimizing the size and the reduction of mechanical strength using a circular diaphragm with a fixed center is proposed. In the proposed microphone, the diaphragm includes a number of holes to pass the air through the gap between the back plate and diaphragm, and thus reduces the damping of the sound from the microphone. Novelty of this method, creating a circular microphone with fixed center, which the diameter of diaphragm is less than the conventional condenser microphone. At first, the mechanical analysis was conducted on microphone diaphragm in order to achieve the pull-in voltage. The pull-in voltage of the proposed circular microphone is 14 volts. According to the obtained pull-in voltage, the bias voltage were applied to the microphone, and various parameters such as capacitance and sensitivity were measured. Based on the simulation results of COMSOL, the proposed microphone with diaphragm diameter of 400 μm and a thickness of 1.5 μm, the sensitivity of -23 dB is shown. In comparison with previous works, the proposed microphone with lower supply voltage is provided the better frequency performance, and higher sensitivity, in order to sense the sound.