于媛媛,王浩然,张代化*,谢会开

(1.天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072;2.佛罗里达大学电气与计算机工程系,美国 32611)

近几年,微扬声器在个人通信系统PCSs(Personal Communication System)中得到越来越广泛的关注,比如耳机、智能手机、可穿戴设备及物联网IoT(Internet of Things)等方面。据市场分析公司Yole Développement预测,2021年时全球微扬声器市场值可达～151.6亿美元,具有很大的市场应用前景。根据个人通信系统的发展需求,微扬声器趋于厚度薄、重量轻、功耗低和输出声压高等方向发展。目前来说,应用在个人通信系统上的微扬声器类型主要是电动式(electrodynamic-type),电动式微扬声器带有电镀线圈和永久磁铁,基于电动原理实现电声转换。其尺寸较大,直径一般需要大于10 mm,厚度高于2 mm才能满足输出性能的要求[1-2],难以实现微型化。为了满足个人通信系统的发展需求,得到体积更小、功耗更低的器件,基于微机电系统MEMS(Microelectromechanical Systems)制造技术的电容式和压电式微扬声器提供了可选择的解决方案[3-6]。此外,MEMS制造技术的可批量生产满足了微扬声器生产成本低和量产的需求。

MEMS电容式微扬声器基于静电效应实现电声转换,其机电耦合系数一般高于压电式微扬声器,相对更受欢迎。但电容式微扬声器一般需要很高的直流偏置电压和极小的器件内部空气间隙(一般为亚微米级)来满足性能要求,存在功耗高、制造工艺复杂等不足[7-8]。MEMS压电式微扬声器基于压电薄膜材料的压电效应实现声压输出,与电容式相比,其制造加工简单,不需要外界极化电压且具有响应动态范围广等优点[9-11]。……