Microfones avançados que usam sistemas microeletromecânicos (MEMS) são capazes de suportar novas interações do usuário com dispositivos "inteligentes", como conversar com o Siri da Apple, ou Alexa, da Amazon. A chave para alcançar a alta sensibilidade desejada para esses microfones, você pode se surpreender ao aprender, está ligada à "admissão" ou "conformidade" de seus componentes de membrana.

Polissilício é o material mais comumente usado como uma membrana para dispositivos de microfone hoje. Mas, em geral, Os dispositivos de cristal único e à base de silício policristalino são quebradiços e sujeitos a fraturas que podem causar defeitos internos durante os processos de fabricação. Isso tem levado pesquisadores a buscar um material de reposição.

Durante o AVS 64º Simpósio e Exposição Internacional, sendo realizada de 29 de outubro a novembro. 3, 2017, em Tampa, Flórida, pesquisadores do WPI-Advanced Institute for Materials Research / Micro System Integration Center na Tohoku University, no Japão, irá apresentar seu trabalho com um potencial material de substituição que se mostra promissor para microfones MEMS:vidro metálico amorfo.

"Uma das especificações mais importantes para avaliar esses dispositivos é a relação sinal-ruído (SNR), "disse Mai Phuong Nguyen, professor assistente na Tohuku University. "SNR é um bom indicador do nível mínimo de som que um microfone pode detectar em um ambiente silencioso."

Até agora, a maioria dos estudos focou em melhorar o SNR, de acordo com Nguyen, que é proporcional à "complacência" da membrana. "Mas nenhum resultado significativo foi alcançado, devido às limitações do polissilício, "Nguyen disse.

Vidros metálicos, Contudo, compartilham as propriedades dos metais e dos vidros. Como óculos, eles têm uma "região de líquido super-resfriado, "em que a viscosidade pode ser controlada.

"[T] sua estrutura amorfa significa que os vidros metálicos estão livres de defeitos cristalinos - deslocamento, defeitos pontuais, empilhamento de falhas, etc, "Nguyen disse." Então, os vidros metálicos possuem alta resistência e baixa rigidez, o que lhes dá a capacidade de armazenar energia de tensão elástica e liberá-la. "

Os processos de fabricação de MEMS são normalmente realizados a uma temperatura de 200 graus C ou superior, e os materiais devem sofrer corrosão química durante os processos de decapagem nas etapas de litografia, que também gravam para padronizar ou estruturar o dispositivo. "Os orçamentos térmicos e a resistência química podem ter um forte impacto no desempenho do dispositivo e isso precisa ser explorado mais a fundo, "Nguyen disse.

O grupo preparou um vidro metálico amorfo de cobalto tântalo boro (CoTaB) por uma técnica de sputter, um método simples comumente usado pela indústria de semicondutores. A espessura final varia de 100 nanômetros a vários micrômetros, controlado simplesmente mudando as condições de pulverização catódica. Eles foram capazes de confirmar as propriedades mais importantes do vidro metálico:uma estrutura amorfa com comportamento de vidro metálico.

"Também exploramos a tensão média e gradiente, que parecem ter um forte impacto na sensibilidade dos dispositivos, "Nguyen disse." E estudamos ainda mais as tensões de compressão e tração sob diferentes condições de deposição, bem como sua compatibilidade com os processos de fabricação de MEMS. "

Os microfones já estão bem estabelecidos em uma ampla gama de produtos de consumo. "Mas há claramente espaço para aumentar seu alcance no fornecimento de áudio e na cadeia de valor, o que aumentaria as capacidades de áudio, "Nguyen disse.