Geavanceerde microfoons die gebruikmaken van micro-elektromechanische systemen (MEMS) kunnen nieuwe gebruikersinteracties met "slimme" apparaten ondersteunen, zoals chatten met Siri van Apple, of Alexa van Amazon. De sleutel tot het bereiken van de gewenste hoge gevoeligheid voor deze microfoons, je zult misschien verrast zijn om te leren, is gebonden aan de "toelating" of "naleving" van zijn membraancomponenten.

Polysilicium is tegenwoordig het materiaal dat het meest wordt gebruikt als membraan voor microfoonapparaten. Maar, in het algemeen, apparaten op basis van één kristal en polykristallijn silicium zijn broos en vatbaar voor breuken die interne defecten kunnen veroorzaken tijdens de fabricageprocessen. Dit heeft ertoe geleid dat onderzoekers op zoek zijn gegaan naar vervangend materiaal.

Tijdens het AVS 64th International Symposium &Exhibition, wordt gehouden van 29 oktober-november. 3, 2017, in Tampa, Florida, onderzoekers van WPI-Advanced Institute for Materials Research/Micro System Integration Center aan de Tohoku University, in Japan, zullen hun werk presenteren met een potentieel vervangend materiaal dat veelbelovend is voor MEMS-microfoons:amorf metaalglas.

"Een van de belangrijkste specificaties om deze apparaten te evalueren, is de signaal-ruisverhouding (SNR), " zei Mai Phuong Nguyen, assistent-professor aan de Tohuku University. "SNR is een goede indicator van het minimale geluidsniveau dat een microfoon kan detecteren in een stille omgeving."

Tot nu, de meeste onderzoeken waren gericht op het verbeteren van de SNR, volgens Nguyen, die evenredig is met de "conformiteit" van het membraan. "Maar er zijn geen significante resultaten geboekt, vanwege de beperkingen van polysilicium, ' zei Nguyen.

Metalen bril, echter, delen de eigenschappen van zowel metalen als glazen. Zoals een bril, ze hebben een "onderkoeld vloeistofgebied, " waarin de viscositeit kan worden gecontroleerd.

"[T] erfgenaam amorfe structuur betekent dat metalen glazen vrij zijn van kristallijne defecten - dislocatie, punt defecten, stapelfouten, enzovoort., "Zei Nguyen. "Dus metalen glazen hebben een hoge sterkte en een lage stijfheid, waardoor ze de mogelijkheid hebben om elastische spanningsenergie op te slaan en vrij te geven."

De MEMS-fabricageprocessen worden meestal uitgevoerd bij een temperatuur van 200 graden C of hoger, en de materialen moeten chemische corrosie ondergaan tijdens de stripprocessen in lithografische stappen, die ook etsen voor patroonvorming of structurering van het apparaat. "Thermische budgetten en chemische weerstand kunnen mogelijk een sterke invloed hebben op de prestaties van het apparaat en dit moet verder worden onderzocht, ' zei Nguyen.

De groep bereidde een kobalttantaalborium (CoTaB) amorf metaalglas met een sputtertechniek, een eenvoudige methode die vaak wordt gebruikt door de halfgeleiderindustrie. De uiteindelijke dikte varieert van 100 nanometer tot enkele micrometers, gecontroleerd door simpelweg de sputtercondities te veranderen. Ze konden de belangrijkste eigenschappen van metallisch glas bevestigen:een amorfe structuur met metallisch glasgedrag.

"We hebben ook de gemiddelde en gradiëntspanning onderzocht, die een sterke invloed lijken te hebben op de gevoeligheid van apparaten, " zei Nguyen. "En we bestudeerden verder druk- en trekspanning onder verschillende depositieomstandigheden, evenals hun compatibiliteit met MEMS-productieprocessen."

Microfoons zijn al goed ingeburgerd in een volledig assortiment consumentenproducten. "Maar er is duidelijk ruimte om hun bereik te vergroten binnen de audiotoeleverings- en waardeketen, die de audiomogelijkheden zouden verbeteren, ' zei Nguyen.