據(jù)麥姆斯咨詢報道,石墨烯材料領(lǐng)先供應(yīng)商Graphenea公司與英飛凌(Infineon Technologies)、WITec、亞琛工業(yè)大學(xué)(RWTH Aachen University)和Simune Atomistics等工業(yè)和學(xué)術(shù)界伙伴合作,宣布成功完成了NanoGraM項目,該項目專注于基于石墨烯的NEMS / MEMS(納米/微機電)器件研究。NanoGraM項目為未來的潛在應(yīng)用重點關(guān)注的三類特定器件包括:石墨烯麥克風(fēng)、石墨烯膜壓力傳感器和石墨烯膜霍爾傳感器。
這些石墨烯器件的目標市場包括便攜式電子產(chǎn)品(智能手機、筆記本電腦)、汽車、工業(yè)以及智能家居等
MEMS麥克風(fēng)芯片全球主要供應(yīng)商英飛凌,在其申請的一篇專利中介紹了這種應(yīng)用石墨烯膜的MEMS麥克風(fēng)/揚聲器。
頂部包括石墨烯薄膜的MEMS麥克風(fēng)設(shè)計
傳統(tǒng)MSMS麥克風(fēng)/微型揚聲器通常以硅技術(shù)進行制造。硅微加工的麥克風(fēng)包括在聲場中移動的柔性薄膜以及被稱作背板的靜態(tài)穿孔電極的電容換能器。在壓力過度的情況下,該薄膜會經(jīng)受到高達10bar的壓力差。在該情況下,通常的薄膜會由于其斷裂強度過低而失效。為了解決硅麥克風(fēng)薄膜中的壓力過度的問題,可在麥克風(fēng)前部插入阻尼墊圈,然而這會引入額外的不期望出現(xiàn)的噪聲,此外,還可能增加麥克風(fēng)的前部體積。解決壓力過度問題的另外的可能方式是經(jīng)由彈簧支撐的薄膜或者通過提供排氣通道來提供透氣,不過,這需要特殊的設(shè)計以及結(jié)構(gòu)的低應(yīng)力梯度。石墨烯的機械特性對于生產(chǎn)非常高柔度和大斷裂強度的麥克風(fēng)薄膜而言是有利的,由此允許設(shè)計相對任何大行程位移均具有魯棒性的高靈敏度麥克風(fēng)。另一方面,微型揚聲器可以從高柔度所獲得的益處在于,可以減少用于獲得高行程的驅(qū)動電壓,同時高的斷裂強度降低了故 障風(fēng)險并且實現(xiàn)了高耐久性??梢酝ㄟ^形成兩個或更多單層石墨烯膜的疊層,而增大石墨烯薄膜的強度。從下表石墨烯與硅進行比較時的機械屬性的表格可以看出,在楊氏模量、斷裂強度、泊松比(Poisson ratio)和密度方面,石墨烯勝過硅。因此,出于以上原因,在以MEMS技術(shù)實現(xiàn)麥克風(fēng)/微型揚聲器時使用石墨烯作為薄膜材料是有利的。
石墨烯麥克風(fēng)展現(xiàn)出了超高的靈敏度,以及覆蓋從音頻到超聲波頻段的運行頻譜,這可以帶來很多新穎的功能。對于壓力傳感器和霍爾傳感器,應(yīng)用石墨烯材料的預(yù)期優(yōu)勢包括更高的靈敏度(高達100倍)、堅固性(高達5倍)、增強的信噪比以及避免工藝中的有害材料等。石墨烯NEMS/MEMS傳感器結(jié)合硅技術(shù)將實現(xiàn)新的智能系統(tǒng),增強人類的福祉、食品安全、交通安全、污染監(jiān)控以及國土安全。這項研究作為NanoGraM項目的一部分,為工業(yè)NEMS/MEMS制造商和參與的中小企業(yè)帶來了決定性的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。Graphenea作為石墨烯供應(yīng)商,通過開發(fā)在NEMS/MEMS器件的空腔和開孔上懸浮CVD單層和多層石墨烯的半干(semi-dry)轉(zhuǎn)移工藝來支持該項目的研究。Graphenea的工藝可使石墨烯層成功地懸浮在直徑達500微米的開孔上。這一系列研究幫助Graphenea推出了一類新產(chǎn)品:在腔體上懸浮的單層石墨烯。
懸浮在腔體上的單層石墨烯
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原文標題:傳統(tǒng)MEMS器件尋突破,石墨烯助力性能大幅提升
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