Les microphones avancés utilisant des systèmes microélectromécaniques (MEMS) sont capables de prendre en charge de nouvelles interactions utilisateur avec des appareils « intelligents », comme discuter avec Siri d'Apple, ou Alexa d'Amazon. La clé pour atteindre la haute sensibilité souhaitée pour ces microphones, vous pourriez être surpris d'apprendre, est liée à l'« admission » ou à la « conformité » de ses composants membranaires.

Le polysilicium est le matériau le plus couramment utilisé comme membrane pour les dispositifs de microphone aujourd'hui. Mais, en général, Les dispositifs à base de silicium monocristallin et polycristallin sont cassants et sujets aux fractures qui peuvent provoquer des défauts intérieurs au cours des processus de fabrication. Cela a conduit les chercheurs à rechercher un matériau de remplacement.

Lors du 64ème Symposium International &Exposition AVS, qui se tiendra du 29 octobre au nov. 3, 2017, à Tampa, Floride, chercheurs du WPI-Advanced Institute for Materials Research/Micro System Integration Center de l'Université de Tohoku, au Japon, présenteront leur travail avec un matériau de remplacement potentiel prometteur pour les microphones MEMS :le verre métallique amorphe.

"L'une des spécifications les plus importantes pour évaluer ces appareils est le rapport signal sur bruit (SNR), " a déclaré Mai Phuong Nguyen, professeur assistant à l'université de Tohuku. "Le SNR est un bon indicateur du niveau sonore minimum qu'un microphone peut détecter dans un environnement calme."

Jusqu'à maintenant, la plupart des études se sont concentrées sur l'amélioration du SNR, selon Nguyen, ce qui est proportionnel à la « compliance » de la membrane. "Mais aucun résultat significatif n'a été obtenu, en raison des limites du polysilicium, " a déclaré Nguyen.

Verres métalliques, cependant, partagent les propriétés des métaux et des verres. Comme des lunettes, ils ont une "région de liquide surfondu, " dans lequel la viscosité peut être contrôlée.

"[L]a structure amorphe signifie que les verres métalliques sont exempts de défauts cristallins - dislocation, défauts ponctuels, défauts d'empilement, etc., " a déclaré Nguyen. " Ainsi, les verres métalliques possèdent une résistance élevée et une faible rigidité, ce qui leur donne la capacité de stocker l'énergie de déformation élastique et de la libérer."

Les processus de fabrication des MEMS sont généralement effectués à une température de 200 degrés C ou plus, et les matériaux doivent subir une corrosion chimique pendant les processus de décapage dans les étapes de lithographie, qui gravent également pour modeler ou structurer le dispositif. « Les budgets thermiques et la résistance chimique peuvent potentiellement avoir un impact important sur les performances de l'appareil et cela doit être exploré plus avant, " a déclaré Nguyen.

Le groupe a préparé un verre métallique amorphe au cobalt tantale et au bore (CoTaB) par une technique de pulvérisation cathodique, une méthode simple couramment utilisée par l'industrie des semi-conducteurs. L'épaisseur finale varie de 100 nanomètres à plusieurs micromètres, contrôlé en changeant simplement les conditions de pulvérisation. Ils ont pu confirmer les propriétés les plus importantes du verre métallique :une structure amorphe avec un comportement de verre métallique.

"Nous avons également exploré la contrainte moyenne et de gradient, qui semblent avoir un fort impact sur la sensibilité des appareils, " a déclaré Nguyen. " Et nous avons étudié plus avant les contraintes de compression et de traction dans différentes conditions de dépôt, ainsi que leur compatibilité avec les procédés de fabrication MEMS."

Les microphones sont déjà bien implantés dans une gamme complète de produits de consommation. "Mais il est clairement possible d'augmenter leur portée au sein de la chaîne d'approvisionnement et de valeur audio, ce qui améliorerait les capacités audio, " a déclaré Nguyen.