Componente de semiconductores con una estructura de micrófono micromecánico.

Componente de semiconductores (10) con una estructura de micrófono micromecánico, que comprende al menos:

- una membrana

(11) activa acústicamente, que funciona como electrodo pivotable de un condensador de micrófono,

- un contra elemento (12) fijo estacionario permeable acústicamente, que funciona como contra electrodo del condensador de micrófono, y

- medios para la aplicación de una tensión de carga entre el electrodo pivotable (11) y el contra electrodo (12) del condensador de micrófono;

caracterizado porque el electrodo pivotable (11) y el contra electrodo (12) del condensador de micrófono están dotados opuestos al menos por secciones, de manera que forman en el caso de contacto un diodo y porque la tensión de carga entre el electrodo pivotable (11) y el contra electrodo (12) está polarizada de tal forma que este diodo está conectado en la dirección de bloqueo.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/054519.

Solicitante: ROBERT BOSCH GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: POSTFACH 30 02 20 70442 STUTTGART ALEMANIA.

Inventor/es: BUCK, THOMAS, REICHENBACH,FRANK, HOECHST,ARNIM.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TECNOLOGIA DE LAS MICROESTRUCTURAS > DISPOSITIVOS O SISTEMAS DE MICROESTRUCTURA, p. ej.... > B81B3/00 (Dispositivos que tienen elementos flexibles o deformables, p.ej. que tienen membranas o láminas elásticas (B81B 5/00 tiene prioridad))

PDF original: ES-2540806_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Componente de semiconductores con una estructura de micrófono micromecánico

Estado de la técnica

La invención se refiere a un componente de semiconductores con una estructura de micrófono micromecánico. Ésta comprende al menos una membrana activa acústicamente, que funciona como electrodo pivotable de un condensador de micrófono, un contra elemento fijo estacionario permeable acústicamente, que funciona como contra electrodo del condensador de micrófono, y medios para la aplicación de una tensión de carga entre el electrodo pivotable y el contra electrodo del condensador de micrófono.

Los micrófonos capacitivos MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System) adquieren cada vez más importancia en los más diferentes campos de aplicación. Esto se puede atribuir esencialmente a la forma de construcción miniaturizada de tales componentes y a la posibilidad de la integración de otras funcionalidades con costes de fabricación reducidos. Especialmente ventajosa es la integración de componentes de procesamiento de señales, como filtros y componentes para la supresión de ruidos así como componentes para la generación de una señal de micrófono digital. Otra ventaja de los micrófonos MEMS es su estabilidad a alta temperatura.

La membrana de la estructura de micrófono es pivotada a través de la presión acústica. De esta manera se modifica la distancia entre la membrana y el contra elemento fijo estacionario, lo que conduce a una modificación de la capacidad del condensador de micrófono. Estas modificaciones muy pequeñas de la capacidad en el orden de magnitud de aF deben convertirse en una señal eléctrica evaluable. En este caso, la magnitud de la señal de medición depende esencialmente de la altura de la tensión de carga del condensador de micrófono. Una tensión de carga alta tiene como consecuencia, sin embargo, también fuerzas de atracción fuertes entre la membrana móvil y el contra electrodo rígido, que favorecen una adherencia electrostática de la membrana en el contra electrodo. En el caso de electrodos no aislados, el contacto de la membrana y el contra electrodo conduce a un cortocircuito del condensador de micrófono, en el que se puede producir incluso una fusión de la membrana y el contra electrodo. Pero aunque los electrodos estén provistos con una capa de aislamiento dieléctrico, hay que evitar un contacto de superficie grande, puesto que la fuerza de atracción que actúa entre los electrodos y, por lo tanto, también la fuerza, que es necesaria para desprender los electrodos de nuevo uno del otro se incrementa con la magnitud de la superficie de contacto.

Se conocen por la práctica diferentes medidas para evitar una adherencia de la membrana en el contra electrodo. Una posibilidad consiste en configurar la suspensión de la membrana especialmente rígida y/o elevar la distancia entre la membrana y el contra electrodo, con lo que debe impedirse ya un contacto de los dos electrodos. Ambas medidas repercuten de manera desfavorable sobre la sensibilidad del micrófono.

Por lo demás, se conoce configurar sobre la membrana y/o sobre el contra elemento unos topes de superficie pequeña de un material aislante, de manera que la fuerza necesaria para el desprendimiento es relativamente pequeña. Esta medida de protección está unidad, sin embargo, con un gasto de fabricación elevada.

Un ejemplo de una estructura de micrófono MWMS se conoce a partir del documento WO 2007/107736 A2.

Publicación de la invención Con la presente invención se propone una forma de realización sencilla y económica para un componente de semiconductores del tipo mencionado al principio, cuya capacidad funcional no es perjudicada tampoco a través de situaciones de sobre carga, en las que tiene lugar un contacto entre la membrana y el contra electrodo.

De acuerdo con la invención, esto se consigue porque el electrodo pivotable y el contra electrodo del condensador de micrófono están dotados en sentido opuesto, al menos por secciones, de manera que forman en el caso de contacto un diodo. Además, la tensión de carga entre el electrodo pivotable y el contra electrodo está polarizada de tal forma que este diodo está conectada en dirección de bloqueo.

También sin recubrimiento dieléctrico de los electrodos se evita de esta manera un cortocircuito del condensador de micrófono en situaciones de sobrecarga. La estructura del condensador no se perjudica, especialmente no se produce un desgaste de los dos electrodos, puesto que tampoco en el caso de un contacto de la membrana y el contra electrodo puede fluir ninguna corriente sobre el condensador de micrófono. Esto contribuye a una estabilidad elevada de larga duración del componente de acuerdo con la invención.

Las medidas de acuerdo con la invención se han revelado, además, como ventajosas porque las relaciones de carga, que se configuran en el caso de contacto entre los dos electrodos del condensador de micrófono, contrarrestan una adherencia duradera de la membrana pivotable en el contra electrodo fijo estacionario.

La dotación de los dos electrodos del condensador de micrófono se puede diseñar más sencilla porque la transiciónpn de los diodos se encuentra en la superficie límite entre los dos electrodos. Pero de manera alternativa a ello, la 2 5

transición-pn de los diodos se puede realizar también dentro de uno de los dos electrodos.

En un desarrollo ventajoso del componente de semiconductores de acuerdo con la invención, en el electrodo móvil y/o en el contra electrodo están configuradas unas motas de tope. Con la ayuda de tales motas de tope se puede limitar, por una parte, la desviación de la membrana en situaciones de sobrecarga. Por otra parte, facilitan en el caso de contacto un desprendimiento de la membrana móvil desde el contra electrodo.

Pero tales motas de tope se han revelado como ventajosas también durante la realización de la dotación de acuerdo con la invención, puesto que definen los puntos de contacto entre los dos electrodos del condensador de micrófono y de esta manera las zonas a dotar de estos electrodos. Como ya se ha mencionado, estas zonas o bien se pueden dotar de tal manera que la transición-pn del diodo que aparece en el caso de contacto en la superficie límite se encuentra entre los electrodos del condensador de micrófono o dentro de uno de los dos electrodos del condensador de micrófono.

En el caso de electrodos dotados del mismo tipo se puede realizar una transición-pn de diodos en la superficie límite entre los electrodos de una manera sencilla a través de la redotación de las motas de conexión o a través de una redotación de las zonas de los electrodos opuestas a las motas de conexión.

Cuando los dos electrodos del condensador de micrófono presentan una dotación básica opuesta, se puede realizar a transición-pn de los diodos de manera sencilla dentro de uno de los dos electrodos, redotando de nuevo o bien las motas de conexión o las zonas de los electrodos opuestas a las motas de conexión, de manera que presentan la misma dotación que el electrodo opuesto.

Breve descripción de los dibujos Como ya se ha mencionado anteriormente, existen diferentes posibilidades para configurar y desarrollar las enseñanzas de la presente invención. A tal fin se remite, por una parte, a las reivindicaciones de la patente subordinadas a las reivindicación independiente 1 y, por otra parte, a la descripción siguiente de varios ejemplos de realización con la ayuda de las figuras.

La figura 1 muestra una representación esquemática en sección de un componente de semiconductores de acuerdo con la invención, y Las figuras 2 a 4 muestran, respectivamente, una representación esquemática en sección a través de un condensador de micrófono en una situación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Componente de semiconductores (10) con una estructura de micrófono micromecánico, que comprende al menos:

- una membrana (11) activa acústicamente, que funciona como electrodo pivotable de un condensador de micrófono, -un contra elemento (12) fijo estacionario permeable acústicamente, que funciona como contra electrodo del condensador de micrófono, y -medios para la aplicación de una tensión de carga entre el electrodo pivotable (11) y el contra electrodo (12) del condensador de micrófono;

caracterizado porque el electrodo pivotable (11) y el contra electrodo (12) del condensador de micrófono están dotados opuestos al menos por secciones, de manera que forman en el caso de contacto un diodo y porque la tensión de carga entre el electrodo pivotable (11) y el contra electrodo (12) está polarizada de tal forma que este diodo está conectado en la dirección de bloqueo.

2. Componente de semiconductores (10) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la transición-pn del diodo se encuentra en la superficie límite entre los dos electrodos (11, 12) del condensador de micrófono.

3. Componente de semiconductores (10) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la transición-pn el diodo se encuentra dentro de uno de los dos electrodos (42) del condensador de micrófono.

4. Componente de semiconductores (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en el electrodo móvil y/o en el contra electrodo (22) están configuradas unas motas de tope (23) .

5. Componente de semiconductores (10) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque los dos electrodos (31, 32) del condensador de micrófono presentan una dotación básica del mismo tipo y porque las motas de tope (33) o las zonas de electrodos opuestas a las motas de tope están dotadas opuestas.

6. Componente de semiconductores (10) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque los dos electrodos (41, 42) del condensador de micrófono presentan una dotación básica opuesta y porque las motas de tope (43) o las zonas de los electrodos opuestas a las motas de tope están redotadas, de manera que presentan la misma dotación que el electrodo opuesto (41) .