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English 随着 MEMS 麦克风不断发展以满足下一代音频应用日益增长的需求，对更高信噪比 (SNR)、扩展带宽和增强灵敏度的需求比以往任何时候都更加迫切。为满足这些需求，本研究探讨了如何开发和实施一种新型 MEMS 麦克风。 两极差分 MEMS 麦克风 利用 硅基元件微机械加工（MOSBE） 过程。
差分 MEMS 麦克风架构
这一进步的核心是一种新颖的 差分微机电系统设计，特点是
- 顶部/底部隔膜和顶部/底部背板使用 两层多晶硅从而实现真正的差分电容读数，并增强抗噪能力。
- A 对称机械结构这自然会消除共模噪声，提高测量线性度。
这种架构可以 平行板间隙闭合电容式传感该系统对声压引起的微小膜片偏移高度敏感，这是以下应用的基本要求 远场语音捕捉, 可穿戴设备和 辅助听力设备.
主要设计创新
- 无释放孔的 Mesa 隔离膜片
传统的 MEMS 麦克风通常存在以下问题 低频声损耗 由于释放孔会导致空气泄漏。这种设计消除了这些孔，而是采用了一个 中网格结构隔膜在关键的低频范围（50 赫兹-1 千赫兹）内，最大限度地减少声学阻尼并提高性能。 - U 形弹簧悬挂装置，具有顺应性和刚度
隔膜由以下部件支撑 柔性 U 型硅弹簧，将结构刚性与局部灵活性相结合。这种混合方法在增加有效传感面积的同时，还能保持 机械坚固性这对恶劣的环境条件至关重要。 - 单牺牲层工艺
通过 单层牺牲脱模工艺从而最大限度地减少由制造引起的传感间隙厚度变化--这是产量和电容灵敏度一致性的关键因素。
性能基准
该麦克风原型基于一个 800 μm 直径隔膜测量结果如下
- 🎧 差分灵敏度:-40.5 dB @ 1 kHz（参考：1V/Pa）
- 🔊 带宽：50 赫兹至 20 千赫兹 ±3 分贝
- 📈 信噪比:57.8 dB（与商用级 MEMS 麦克风相当）
- 🧩 外形紧凑:适合集成到多麦克风阵列中
应用与集成潜力
由于扩展了带宽并提高了信噪比，这种麦克风设计非常适合用于：
- 远场语音识别系统
- 智能扬声器阵列和会议麦克风
- 汽车语音命令模块
- 医学听诊或生物声学监测
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为何重要
差分微机电系统麦克风设计代表着声学传感技术的未来将 MEMS 的低功耗和微型化与专业级麦克风的保真度和范围相结合.通过消除释放孔和引入对称双聚合物结构，这款麦克风在以下方面迈出了关键一步 缩小微型化与性能之间的差距.
