本文關(guān)鍵詞：振膜帶孔式硅微電容麥克風(fēng)的仿真與優(yōu)化

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【摘要】：微機(jī)電系統(tǒng)是一個(gè)多學(xué)科高度交叉的前沿學(xué)科領(lǐng)域,在近二十年來得到了飛速的發(fā)展,它是當(dāng)前科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。硅微麥克風(fēng)作為微機(jī)電系統(tǒng)中一個(gè)重要的分支,在近幾年也得到了人們的重點(diǎn)關(guān)注。它應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦、mp3、助聽器等多個(gè)領(lǐng)域,正在逐漸取代傳統(tǒng)麥克風(fēng)的地位。因此,研究MEMS麥克風(fēng)技術(shù)具有深遠(yuǎn)的意義。 查閱中英文文獻(xiàn),對(duì)MEMS麥克風(fēng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析和總結(jié),了解不同類型的MEMS麥克風(fēng)的工作原理、性能指標(biāo)和仿真方法等內(nèi)容,比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,本文主要針對(duì)硅微電容式麥克風(fēng)進(jìn)行了分析、仿真和優(yōu)化,因?yàn)檫@種麥克風(fēng)具有靈敏度高、頻率響應(yīng)平坦和溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)前MEMS麥克風(fēng)市場(chǎng)的主流。本文的主要工作內(nèi)容和成果如下： 1.針對(duì)已有麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)和仿真方法的優(yōu)缺點(diǎn),本文設(shè)計(jì)了一款振膜帶孔式硅微電容麥克風(fēng)。不同于背孔式麥克風(fēng),這種麥克風(fēng)避免了背極板聲學(xué)孔的制作和后腔室的刻蝕。針對(duì)這種結(jié)構(gòu),提出一種新的建模方法,將有限元分析和等效電路類比方法相結(jié)合,建立準(zhǔn)確的麥克風(fēng)等效電路模型,并利用Pspice軟件對(duì)其進(jìn)行仿真。 2.從麥克風(fēng)振膜半徑、聲學(xué)孔分布和空氣間隙三方面分別分析了它們對(duì)麥克風(fēng)性能的影響,為下文麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。 3.提出了一種算法來優(yōu)化該麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)。該算法的基本思想來自于最速下降法,然而由于本文優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)未知,優(yōu)化的具體計(jì)算過程需要結(jié)合該麥克風(fēng)仿真的結(jié)果,因此稱它為擬最速下降仿真。通過擬最速下降仿真對(duì)該麥克風(fēng)進(jìn)行優(yōu)化,可以得到一組最優(yōu)的參數(shù)值,使得該麥克風(fēng)在滿足頻率寬度的情況下,具有較好的靈敏度。 4.初步設(shè)計(jì)了該麥克風(fēng)的加工工藝和封裝工藝。加工工藝采用表面微加工工藝,便于和CMOS工藝集成。
【關(guān)鍵詞】：硅微電容麥克風(fēng) 帶孔薄膜 等效電路類比 有限元分析 擬最速下降仿真
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN643;TH-39
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 MEMS簡(jiǎn)介10-13
• 1.2 MEMS麥克風(fēng)發(fā)展歷史13-16
• 1.3 MEMS電容式麥克風(fēng)的研究意義和研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 MEMS電容式麥克風(fēng)的研究意義16
• 1.3.2 MEMS電容式麥克風(fēng)的研究現(xiàn)狀16-20
• 1.4 本文工作內(nèi)容及章節(jié)安排20-22
• 第2章 麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 電容式麥克風(fēng)的工作原理以及性能指標(biāo)22-25
• 2.2.1 電容式麥克風(fēng)的工作原理22-23
• 2.2.2 電容式麥克風(fēng)的性能指標(biāo)23-25
• 2.3 麥克風(fēng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-26
• 2.4 麥克風(fēng)模型的分析26-30
• 2.4.1 聲學(xué)部分27-28
• 2.4.2 力學(xué)部分28-29
• 2.4.3 電學(xué)部分29-30
• 2.5 麥克風(fēng)的等效電路30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第3章 麥克風(fēng)的仿真及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響32-51
• 3.1 引言32
• 3.2 有限元仿真軟件和電路仿真軟件概述32-35
• 3.2.1 有限元仿真軟件簡(jiǎn)介32-33
• 3.2.2 電路仿真軟件簡(jiǎn)介33-35
• 3.3 圓形振膜半徑對(duì)麥克風(fēng)性能的影響35-43
• 3.3.1 振膜的有限元仿真35-40
• 3.3.2 等效電路的仿真40-43
• 3.4 聲學(xué)孔分布及數(shù)量對(duì)麥克風(fēng)性能的影響43-47
• 3.4.1 不同聲學(xué)孔分布的振膜有限元仿真43-45
• 3.4.2 等效電路的仿真45-47
• 3.5 兩極板之間的距離對(duì)麥克風(fēng)性能的影響47-49
• 3.6 本章小結(jié)49-51
• 第4章 擬最速下降仿真對(duì)麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化51-62
• 4.1 引言51
• 4.2 最速下降法簡(jiǎn)介51-54
• 4.3 利用擬最速下降仿真對(duì)麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化54-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第5章 麥克風(fēng)的加工工藝和封裝工藝62-70
• 5.1 引言62
• 5.2 工藝流程設(shè)計(jì)62-67
• 5.2.1 MEMS加工技術(shù)簡(jiǎn)介62-64
• 5.2.2 麥克風(fēng)加工工藝流程設(shè)計(jì)64-67
• 5.3 封裝技術(shù)67-69
• 5.3.1 MEMS封裝技術(shù)簡(jiǎn)介67-68
• 5.3.2 麥克風(fēng)封裝技術(shù)68-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 第6章 結(jié)論與展望70-72
• 6.1 結(jié)論70-71
• 6.2 展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 致謝76-77
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和成果77

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 寧瑾,劉忠立;電容式微傳聲器的性能模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2003年08期

2 田靜;汪承灝;徐聯(lián);喬?hào)|海;馬軍;郝震宏;魏建輝;;圓形振動(dòng)膜硅微電容傳聲器[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2006年05期

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本文編號(hào)：721948