I microfoni avanzati che utilizzano sistemi microelettromeccanici (MEMS) sono in grado di supportare nuove interazioni dell'utente con dispositivi "intelligenti", come chattare con Siri di Apple, o Alexa di Amazon. La chiave per ottenere l'elevata sensibilità desiderata per questi microfoni, potresti essere sorpreso di apprendere, è legato alla "ammissione" o "conformità" dei suoi componenti a membrana.

Il polisilicio è il materiale più comunemente usato oggi come membrana per i dispositivi microfonici. Ma, generalmente, i dispositivi a cristallo singolo ea base di silicio policristallino sono fragili e soggetti a fratture che possono causare difetti interni durante i processi di fabbricazione. Questo ha portato i ricercatori a cercare un materiale sostitutivo.

Durante l'AVS 64th International Symposium &Exhibition, che si terrà dal 29 ottobre al novembre. 3, 2017, a Tampa, Florida, ricercatori del WPI-Advanced Institute for Materials Research/Micro System Integration Center presso l'Università di Tohoku, in Giappone, presenteranno il loro lavoro con un potenziale materiale sostitutivo che promette bene per i microfoni MEMS:il vetro metallico amorfo.

"Una delle specifiche più importanti per valutare questi dispositivi è il rapporto segnale-rumore (SNR), " disse Mai Phuong Nguyen, professore assistente alla Tohuku University. "SNR è un buon indicatore del livello sonoro minimo che un microfono può rilevare in un ambiente silenzioso."

Fino ad ora, la maggior parte degli studi si è concentrata sul miglioramento del SNR, secondo Nguyen, che è proporzionale alla "compliance" della membrana. "Ma non sono stati raggiunti risultati significativi, a causa dei limiti del polisilicio, " Ha detto Nguyen.

vetri metallici, però, condividono le proprietà sia dei metalli che dei vetri. come gli occhiali, hanno una "regione liquida super raffreddata, " in cui la viscosità può essere controllata.

"[T] erede struttura amorfa significa che i vetri metallici sono privi di difetti cristallini-dislocazione, difetti puntuali, errori di impilamento, eccetera., " ha detto Nguyen. "Quindi gli occhiali metallici possiedono un'elevata resistenza e una bassa rigidità, che dà loro la capacità di immagazzinare energia di deformazione elastica e rilasciarla."

I processi di fabbricazione dei MEMS vengono generalmente eseguiti a una temperatura di 200 gradi C o superiore, e i materiali devono subire corrosione chimica durante i processi di strippaggio nelle fasi di litografia, che incidono anche per modellare o strutturare il dispositivo. "I budget termici e la resistenza chimica possono potenzialmente avere un forte impatto sulle prestazioni del dispositivo e questo deve essere esplorato ulteriormente, " Ha detto Nguyen.

Il gruppo ha preparato un vetro metallico amorfo al cobalto tantalio boro (CoTaB) mediante una tecnica di sputtering, un metodo semplice comunemente usato dall'industria dei semiconduttori. Lo spessore finale varia da 100 nanometri a diversi micrometri, controllato semplicemente cambiando le condizioni di sputtering. Sono stati in grado di confermare le proprietà più importanti del vetro metallico:una struttura amorfa con comportamento del vetro metallico.

"Abbiamo anche esplorato lo stress medio e gradiente, che sembrano avere un forte impatto sulla sensibilità dei dispositivi, " ha detto Nguyen. "E abbiamo ulteriormente studiato lo stress di compressione e trazione in diverse condizioni di deposizione, così come la loro compatibilità con i processi di produzione dei MEMS."

I microfoni sono già ben consolidati in una gamma completa di prodotti di consumo. "Ma c'è chiaramente spazio per aumentare la loro portata all'interno della fornitura audio e della catena del valore, che migliorerebbe le capacità audio, " Ha detto Nguyen.