Avancerade mikrofoner som använder mikroelektromekaniska system (MEMS) kan stödja nya användarinteraktioner med "smarta" enheter, som att chatta med Apples Siri, eller Amazons Alexa. Nyckeln till att uppnå den höga känslighet som önskas för dessa mikrofoner, du kan bli förvånad över att lära dig, är knuten till "tillträde" eller "överensstämmelse" för dess membrankomponenter.

Polykisel är det material som oftast används som membran för mikrofonenheter idag. Men, i allmänhet, enkristall- och polykristallin-kiselbaserade enheter är spröda och benägna att spricka som kan orsaka inre defekter under tillverkningsprocesserna. Detta har fått forskare att söka efter ett ersättningsmaterial.

Under AVS 64th International Symposium &Exhibition, hålls 29 oktober-nov. 3, 2017, i Tampa, Florida, forskare från WPI-Advanced Institute for Materials Research/Micro System Integration Center vid Tohoku University, i Japan, kommer att presentera sitt arbete med ett potentiellt ersättningsmaterial som visar lovande för MEMS -mikrofoner:amorft metalliskt glas.

"En av de viktigaste specifikationerna för att utvärdera dessa enheter är signal-brus-förhållande (SNR), "sade Mai Phuong Nguyen, biträdande professor vid Tohuku University. "SNR är en bra indikator på den lägsta ljudnivån som en mikrofon kan upptäcka i en tyst miljö."

Tills nu, de flesta studier fokuserade på att förbättra SNR, enligt Nguyen, som är proportionell mot membranets "överensstämmelse". "Men inga betydande resultat har uppnåtts, på grund av begränsningarna av polysilikon, "Sa Nguyen.

Metallglasögon, dock, dela egenskaperna hos både metaller och glasögon. Som glasögon, de har en "underkyld flytande region, "där viskositeten kan kontrolleras.

"[Den] amorfa strukturen betyder att metallglas är fria från kristallina defekter - dislokation, punktfel, stapelfel, etc., "Nguyen sa." Så metalliska glasögon har hög hållfasthet och låg styvhet, vilket ger dem förmågan att lagra elastisk spänningsenergi och frigöra den."

MEMS -tillverkningsprocesserna utförs vanligtvis vid en temperatur på 200 grader C eller högre, och materialen måste genomgå kemisk korrosion under strippningsprocesserna i litografisteg, som också etsar för mönstring eller strukturering av anordningen. "Termiska budgetar och kemikalieresistens kan potentiellt ha stor inverkan på enhetens prestanda och detta måste undersökas ytterligare, " sa Nguyen.

Gruppen framställde ett kobolt tantalbor (CoTaB) amorft metallglas med en sputsteknik, en enkel metod som vanligen används av halvledarindustrin. Den slutliga tjockleken sträcker sig från 100 nanometer till flera mikrometer, styrs av helt enkelt förändrade sputterförhållanden. De kunde bekräfta de viktigaste egenskaperna hos metallglas:en amorf struktur med metalliskt glasbeteende.

"Vi undersökte också medelvärdet och gradientstressen, som verkar ha en stark inverkan på känsligheten hos enheter, "Nguyen sa." Och vi studerade vidare tryck- och dragspänning under olika avsättningsförhållanden, såväl som deras kompatibilitet med MEMS tillverkningsprocesser."

Mikrofoner är redan väletablerade i ett komplett utbud av konsumentprodukter. "Men det finns helt klart utrymme att öka sin räckvidd inom ljudförsörjnings- och värdekedjan, vilket skulle förbättra ljudfunktionerna, "Sa Nguyen.