振膜带孔式硅微电容麦克风的仿真与优化

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1、浙江工业大学硕士学位论文振膜带孔式硅微电容麦克风的仿真与优化作者姓名：方麒指导教师：张端副教授浙江工业大学信息工程学院2014年4月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterSimulationandOptimizationofaMicro··machinedSiliconCondenserMicrophoneUsingaPerforatedDiaphragmCandidate：QiFangAdvisor：A．Prof．DuanZhangCollegeofI

2、nformationEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyApr2014浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：氐砸日期：扫l甲年厂月夕厂日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留

3、、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密留。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：铂刷醛轹及日期：N譬年1月z厂日日期：年月日浙江工业大学硕士学位论文振膜带孔式硅微电容麦克风的仿真与优化摘要微机电系统是一个多学科高度交叉的前沿学科领域，在近二十年来得到了飞速的发展，它是当前科学研究的一个热点。硅微麦克风作为

4、微机电系统中一个重要的分支，在近几年也得到了人们的重点关注。它应用在手机、笔记本电脑、mp3、助听器等多个领域，正在逐渐取代传统麦克风的地位。因此，研究MEMS麦克风技术具有深远的意义。查阅中英文文献，对MEMS麦克风的研究现状和发展趋势进行了分析和总结，了解不同类型的MEMS麦克风的工作原理、性能指标和仿真方法等内容，比较它们的优缺点。在此基础上，本文主要针对硅微电容式麦克风进行了分析、仿真和优化，因为这种麦克风具有灵敏度高、频率响应平坦和温度稳定性好等优点，是当前MEMS麦克风市场的主流。本文的主要工作内容和成果如下：1．针对已有麦克风结构和仿真方法的优缺

5、点，本文设计了一款振膜带孔式硅微电容麦克风。不同于背孔式麦克风，这种麦克风避免了背极板声学孔的制作和后腔室的刻蚀。针对这种结构，提出一种新的建模方法，将有限元分析和等效电路类比方法相结合，建立准确的麦克风等效电路模型，并利用Pspice软件对其进行仿真。2．从麦克风振膜半径、声学孔分布和空气间隙三方面分别分析了它们对麦克风性能的影响，为下文麦克风结构的优化提供理论基础。3．提出了一种算法来优化该麦克风结构。该算法的基本思想来自于最速下降法，然而由于本文优化的目标函数未知，优化的具体计算过程需要结合该麦克风仿真的结果，因此称它为拟最速下降仿真。通过拟最速下降仿真

6、对该麦克风进行优化，可以得到一组最优的参数值，使得该麦克风在满足频率宽度的情况下，具有较好的灵敏度。4．初步设计了该麦克风的加工工艺和封装工艺。加工工艺采用表面微加工工艺，便于和CMOS工艺集成。关键词：硅微电容麦克风，带孔薄膜，等效电路类比，有限元分析，拟最速下降仿真浙江工业大学硕士学位论文SIMULATIoNANDoPTIMIZATIoNoFAMICRo．MACHINEDSILICoNCONDENSERMICRoPHoNEUSINGAPERFOR．f鲴【’EDDIAPHRAGMABSTRACTMicroelectromechanicalsystem(MEM

7、S)isanadvancedscientificfieldofmultiplehighlyinteractivesubjects．It’Sdevelopingveryfastinrecenttwentyyears，anditisahotspotofscientificresearch．AsanimportantbranchinMEMS，micro-machinedsiliconmicrophonehasbeenthefocusofpeople’Sattentioninrecentyears．Themicrophonesarewidelyusedinmobile

8、phones，laptops，mp3，