一种MEMS麦克风芯片及其制备方法、MEMS麦克风与流程

一种mems麦克风芯片及其制备方法、mems麦克风
技术领域
1.本发明实施例涉及麦克风技术领域，尤其涉及一种mems麦克风芯片及其制备方法、mems麦克风。


背景技术：

2.麦克风是一种将声音信号转化为电信号的器件，mems麦克风是指基于mems（micro-electro-mechanical systems，微机电系统）技术制造的麦克风，mems麦克风具有尺寸小质量轻、安装简单、易形成阵列、成本低以及批量制造等特点，广泛应用于消费电子领域的手机和笔记本电脑、汽车领域的免提电话以及医学领域的助听器等产品中。
3.mems麦克风包括电容式mems麦克风和压电式mems麦克风。其中，压电式mems麦克风使用压电膜片作为拾音换能器，其工作原理是：入射声压在压电薄膜内产生平面内的应力，由于压电效应使得薄膜的两面产生输出电压，将声音信号转化为电信号，实现声音信号的读取。
4.相比于传统的电容式mems麦克风，压电式mems麦克风消除了电容式mems麦克风中双膜和三膜结构中振膜与背极板之间的气隙，因而具有很多优势，包括防尘性、防水性、高保真输出特性以及超低启动电流和零功率快速唤醒等，获得了业界的广泛关注。但是，压电式mems麦克风的灵敏度与接收声压的压电薄膜的面积呈正相关，如何使mems麦克风同时具备小型化和高灵敏度的优势，是亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种mems麦克风芯片及其制备方法、mems麦克风，以在不增大mems麦克风芯片的尺寸的情况下，提高mems麦克风的灵敏度和频率响应范围，有利于mems麦克风芯片的小型化设计。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种mems麦克风芯片，包括：具有背腔的基底；位于基底一侧的压电振膜，压电振膜在基底上的正投影覆盖背腔；压电振膜包括主振膜和至少两个辅振膜，沿平行于基底的方向，主振膜与辅振膜之间具有间隙；主振膜包括主体部和至少两个第一固定端，第一固定端位于相邻两个辅振膜之间，主体部连接各个第一固定端，且悬置于背腔上；至少主振膜用于将入射声压转化为电压信号。
7.可选的，压电振膜包括沿第一方向依次层叠设置的第一电极层、第一压电层、第二电极层、第二压电层和第三电极层；第一方向垂直于基底所在平面；第一电极层包括位于第一固定端的第一主端部电极，第二电极层包括位于第一固定端的第二主端部电极，第三电极层包括位于第一固定端的第三主端部电极，第一主端部电极与第三主端部电极电连接；沿第一方向，第一主端部电极和第三主端部电极分别与第二主端部电极至少部分交叠，形成第一电容；
各第一固定端对应的第一电容串联。
8.可选的，第一电极层还包括位于主体部的第一主体部电极，第一主体部电极与第一主端部电极分立设置；第二电极层还包括位于主体部的第二主体部电极，第二主体部电极与第二主端部电极分立设置；第三电极层还包括位于主体部的第三主体部电极，第三主体部电极与第三主端部电极分立设置；第一主体部电极与第三主体部电极电连接；沿第一方向，第一主体部电极和第三主体部电极分别与第二主体部电极至少部分交叠，形成第二电容。
9.可选的，第二电容与各第一电容串联。
10.可选的，第二主体部电极与串联后的第一电容中位于端部的第一电容的第二主端部电极电连接。
11.可选的，辅振膜包括第二固定端和自由端，自由端位于第二固定端靠近主体部的一侧，且悬置于背腔上；第一电极层还包括位于第二固定端的第一辅端部电极，第二电极层还包括位于第二固定端的第二辅端部电极，第三电极层还包括位于第二固定端的第三辅端部电极，第一辅端部电极与第三辅端部电极电连接；沿第一方向，第一辅端部电极和第三辅端部电极分别与第二辅端部电极至少部分交叠，形成第三电容；各第二固定端对应的第三电容串联。
12.可选的，第三电容与第一电容串联。
13.可选的，第一辅端部电极与第二主端部电极电连接，和/或，第二辅端部电极与第一主端部电极电连接。
14.第二方面，本发明实施例还提供了一种mems麦克风芯片的制备方法，用于制备第一方面提供的mems麦克风芯片，制备方法包括：提供基底；在基底的一侧形成压电振膜；压电振膜包括主振膜和至少两个辅振膜，沿平行于基底的方向，主振膜与辅振膜之间具有间隙；主振膜包括主体部和至少两个第一固定端，第一固定端位于相邻两个辅振膜之间，主体部连接各个第一固定端；在基底上形成背腔；压电振膜在基底上的正投影覆盖背腔，主体部悬置于背腔上。
15.第三方面，本发明实施例还提供了一种mems麦克风，包括asic芯片以及第一方面提供的mems麦克风芯片，asic芯片与mems麦克风芯片电连接，用于放大mems麦克风芯片输出的电压信号。
16.本发明实施例提供的mems麦克风芯片，通过将压电振膜划分为主振膜和至少两个辅振膜，并设置主振膜与辅振膜之间具有间隙，使主振膜与辅振膜分离，从而可以降低主振膜的刚度，提高主振膜对入射声压的灵敏度，进而可以在不增大mems麦克风芯片的尺寸的情况下，提高mems麦克风的灵敏度和频率响应范围，有利于mems麦克风芯片的小型化设计。
附图说明
17.图1是本发明实施例提供的一种mems麦克风芯片的俯视结构示意图；图2是沿图1中aa’截取的一种mems麦克风芯片的剖面结构示意图；图3是沿图1中bb’截取的一种mems麦克风芯片的剖面结构示意图；
图4是mems麦克风芯片中第一电容的等效结构示意图；图5是沿图1中aa’截取的另一种mems麦克风芯片的剖面结构示意图；图6是沿图1中bb’截取的另一种mems麦克风芯片的剖面结构示意图；图7是mems麦克风芯片中第二电容的等效结构示意图；图8是沿图1中bb’截取的又一种mems麦克风芯片的剖面结构示意图；图9是mems麦克风芯片中第三电容的等效结构示意图；图10是沿图1中bb’截取的再一种mems麦克风芯片的剖面结构示意图；图11是主振膜中第一固定端在1pa声压下的输出电压与声频的关系曲线；图12是辅振膜在1pa声压下的输出电压与声频的关系曲线；图13是主振膜中第一固定端和主体部在1pa声压下的总输出电压与声频的关系曲线；图14是本发明实施例提供的一种mems麦克风芯片的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构，且附图中各元件的形状和大小不反映其真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
19.在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在本技术中能进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因而，本技术意在覆盖落入所对应权利要求（要求保护的技术方案）及其等同范围内的本技术的修改和变化。需要说明的是，本技术实施例所提供的实施方式，在不矛盾的情况下可以相互组合。
20.本发明实施例提供了一种mems麦克风芯片，包括：具有背腔的基底和位于基底一侧的压电振膜，压电振膜在基底上的正投影覆盖背腔；压电振膜包括主振膜和至少两个辅振膜，沿平行于基底的方向，主振膜与辅振膜之间具有间隙；主振膜包括主体部和至少两个第一固定端，第一固定端位于相邻两个辅振膜之间，主体部连接各个第一固定端，且悬置于背腔上；至少主振膜用于将入射声压转化为电压信号。
21.采用以上技术方案，可使主振膜与辅振膜分离，从而可以降低主振膜的刚度，提高主振膜对入射声压的灵敏度，进而可以在不增大mems麦克风芯片的尺寸的情况下，提高mems麦克风的灵敏度和频率响应范围，有利于mems麦克风芯片的小型化设计。
22.以上是本技术的核心思想，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。以下将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
23.图1是本发明实施例提供的一种mems麦克风芯片的俯视结构示意图，图2是沿图1中aa’截取的一种mems麦克风芯片的剖面结构示意图，图3是沿图1中bb’截取的一种mems麦克风芯片的剖面结构示意图。参见图1-图3，本发明实施例提供的mems麦克风芯片包括：具有背腔110的基底10以及位于基底10一侧的压电振膜20，压电振膜20在基底10上的正投影覆盖背腔110；压电振膜20包括主振膜21和至少两个辅振膜22（图1示出了6个辅振膜22），沿平行于基底10的方向，主振膜21与辅振膜22之间具有间隙23（气隙）；主振膜21包括主体部
211和至少两个第一固定端212，第一固定端212位于相邻两个辅振膜22之间，主体部211连接各个第一固定端212，且悬置于背腔110上；至少主振膜21用于将入射声压转化为电压信号。
24.mems麦克风通常包括相互电连接的mems麦克风芯片以及asic（application specific integrated circuit，专用集成电路）芯片。其中，压电振膜20为压电式mems麦克风芯片的核心拾音结构，背腔110用于为压电振膜20提供振动空间。当入射声压进入mems麦克风芯片后，压电振膜20基于压电效应将入射声压转化为电压信号，实现对声音信号的读取。进一步地，asic芯片用于对mems麦克风芯片输出的电压信号做进一步处理，例如放大处理。
25.本实施例中，压电振膜20包括彼此分离的主振膜21和至少两个辅振膜22，图1以压电振膜20包括六个辅振膜22为例进行示意，相应的，第一固定端212位于相邻两个辅振膜22之间，因此，第一固定端212的数量也是六个。辅振膜22的数量可以根据实际需求进行设置，本发明实施例对此不作限定。示例性的，间隙23的宽度可以小于或等于2μm。
26.结合图1-图3可以看出，本发明实施例通过设置压电振膜20包括主振膜21和辅振膜22，主振膜21和辅振膜22之间具有间隙23，主振膜21的第一固定端212位于相邻两个辅振膜22之间，主体部211连接各个第一固定端212，使得主振膜21的根部由多个对称的悬臂（即第一固定端212）固定于基底10上，并将主体部211悬置于背腔110上，从而可以利用辅振膜22的设计降低主振膜21的刚度，提高主振膜21对入射声压的灵敏度。如此，在相同器件尺寸以及相同入射声压下，本发明实施例提供的mems麦克风芯片相比于现有产品而言具有更大的输出电压，从而可以提高mems麦克风的灵敏度。而在相同灵敏度需求下，采用本发明实施例的技术方案可以缩小mems麦克风芯片的尺寸，有利于产品的小型化设计。
27.进一步的，本实施例中，至少主振膜21用于将入射声压转化为电压信号。换而言之，辅振膜22可以仅用于降低主振膜21的刚度，此时，辅振膜22的面积可以适当缩小，以增加主振膜21的面积占比，提高输出电压进而提高灵敏度。在其他实施例中，辅振膜22也可以作为拾音结构，响应入射声压并输出电压信号，实现提高总输出电压以及增加频谱带宽等效果，后续对此做详细说明。
28.可选的，压电振膜20可以是由压电薄膜构成的压电双晶片(bimorph)或者压电单晶片(monomorph)，以将入射声压转换为电压信号，本发明实施例对此不作限定，本领域技术人员可根据需求进行设置。
29.可选的，基底10的材料可以是硅。如图2所示，基底10与压电振膜20之间可以设置绝缘层80，例如二氧化硅。
30.综上，本发明实施例通过将压电振膜划分为主振膜和至少两个辅振膜，并设置主振膜与辅振膜之间具有间隙，使主振膜与辅振膜分离，从而可以降低主振膜的刚度，提高主振膜对入射声压的灵敏度，进而可以在不增大mems麦克风芯片的尺寸的情况下，提高mems麦克风的灵敏度和频率响应范围，有利于mems麦克风芯片的小型化设计。
31.在上述实施例的基础上，下面对压电振膜20的结构做进一步详细说明。
32.参见图2，可选的，压电振膜20包括沿第一方向x依次层叠设置的第一电极层（如第一主端部电极301所在膜层）、第一压电层40、第二电极层（如第二主端部电极501所在膜层）、第二压电层60和第三电极层（如第三主端部电极701所在膜层）；第一方向x垂直于基底
10所在平面。示例性的，第一电极层的材料可以为aln/mo，第二电极层和第三电极层的材料可以为mo，第一电极层、第二电极层和第三电极层的厚度可以为50nm~200nm。第一压电层40和第二压电层60的材料可以为aln，厚度可以为300nm~800nm。
33.如此设置，可形成压电双晶片结构的压电振膜，当入射声压造成压电振膜20弯曲时，由压电效应引起的相同位置处的第一电极层和第三电极层的电荷极性相同，与第二电极层构成输出电压。进一步的，通过对第一电极层、第二电极层以及第三电极层做不同的图案化设计，可使不同位置处的压电振膜响应入射声压并输出电压信号，更进一步的，各不同位置处的压电振膜输出的电压信号可以相互叠加，实现输出电压的调节，下面提供几种可选方案。
34.作为第一种可行的实施方式，参见图2和图3，可选第一电极层包括位于第一固定端212的第一主端部电极301，第二电极层包括位于第一固定端212的第二主端部电极501，第三电极层包括位于第一固定端212的第三主端部电极701，第一主端部电极301与第三主端部电极701电连接（未示出）；沿第一方向x，第一主端部电极301和第三主端部电极701分别与第二主端部电极501至少部分交叠，形成第一电容；各第一固定端212对应的第一电容串联。
35.图4是mems麦克风芯片中第一电容的等效结构示意图，参见图2和图4，第一主端部电极301、第一压电层40以及第二主端部电极501构成一个电容器，第三主端部电极701、第二压电层60以及第二主端部电极501构成另一个电容器，第一电容c1等效于两个电容并联。当入射声压造成主振膜21弯曲时，第一主端部电极301与第三主端部电极701的电荷极性相同，并与第二主端部电极501构成输出电压，该输出电压即第一电容c1两端的电压，进而可以根据第一电容c1的输出电压读取声音信号。本实施例中，由于主振膜21的刚度小，且主振膜21的中间部分受压面积大，使得相同声压下麦克风芯片的输出电压更大，灵敏度更高。而且，主振膜21的中间部分不存在间隙，因而低频响应好。
36.需要说明的是，第一主端部电极301、第二主端部电极501和第三主端部电极701的面积和相对位置可以根据实际需求进行设置，图2仅为示意，并非限定。示例性的，第一主端部电极301、第二主端部电极501和第三主端部电极701的面积分别占第一固定端212的面积的50%~90%。
37.进一步的，相比于根据每个第一电容c1的输出电压读取声音信号，本实施通过将各个第一固定端212对应的第一电容c1串联，可以提高mems麦克风芯片的输出电压，进而提高灵敏度。示例性的，参照图1和图4，六个第一固定端212对应的六个第一电容c1按照如下方式串联：第一个第一电容c1的第一极p与第二个第一电容c1的第二极n电连接，第二个第一电容c1的第一极p与第三个第一电容c1的第二极n电连接
……
第五个第一电容c1的第一极p与第六个第一电容c1的第二极n电连接，第一个第一电容c1的第二极n以及第六个第一电容c1的第一极p则分别作为mems麦克风芯片的两个输出电极端，用于与asic芯片电连接。
38.示例性的，第一主端部电极301和第三主端部电极701可以通过通孔或引线电连接，各个第一电容c1对应的第一主端部电极301和第三主端部电极701可以引出至第一焊盘或通过通孔连接，第二主端部电极501可以引出至第二焊盘或通过通孔与相邻电容的第一主端部电极301连接，不同电容的第一焊盘和第二焊盘可以通过引线电连接，以实现各个第一电容c1的串联。后续实施例中第二电容c2和第三电容c3的连接方式与此相同，不再赘述。
39.作为第二种可行的实施方式，图5是沿图1中aa’截取的另一种mems麦克风芯片的剖面结构示意图，图6是沿图1中bb’截取的另一种mems麦克风芯片的剖面结构示意图。参见图5和图6，可选的，第一电极层还包括位于主体部211的第一主体部电极302，第一主体部电极302与第一主端部电极301分立设置；第二电极层还包括位于主体部211的第二主体部电极502，第二主体部电极502与第二主端部电极501分立设置；第三电极层还包括位于主体部211的第三主体部电极702，第三主体部电极702与第三主端部电极701分立设置；第一主体部电极302与第三主体部电极702电连接（未示出）；沿第一方向x，第一主体部电极302和第三主体部电极702分别与第二主体部电极502至少部分交叠，形成第二电容。
40.图7是mems麦克风芯片中第二电容的等效结构示意图，参见图5和图7，第一主体部电极302、第一压电层40以及第二主体部电极502构成一个电容器，第三主体部电极702、第二压电层60以及第二主体部电极502构成另一个电容器，第二电容c2等效于两个电容并联。当入射声压造成主振膜21弯曲时，第一主体部电极302与第三主体部电极702的电荷极性相同，并与第二主体部电极502构成输出电压，该输出电压即第二电容c2两端的电压。由于主体部211的面积较大，对入射声压的灵敏度较高，因此，可以在主体部211保留部分第一电极层、第二电极层以及第三电极层，形成第一主体部电极302、第二主体部电极502以及第三主体部电极702，得到第二电容c2，并根据第二电容c2的输出电压读取声音信号，提高mems麦克风芯片的灵敏度。
41.需要说明的是，第一主体部电极302、第二主体部电极502和第三主体部电极702的面积和相对位置可以根据实际需求进行设置，图5仅为示意，并非限定。示例性的，第一主体部电极302、第二主体部电极502和第三主体部电极702的面积分别占主体部211的面积的50%~90%。
42.进一步的，可选第二电容c2与各第一电容c1串联，即第二电容c2与各个第一电容c1之间均为串联关系。如此，可以提高mems麦克风芯片的总输出电压，提高灵敏度。
43.需要说明的是，当入射声压造成主振膜21弯曲时，由于主体部211和第一固定端212所受应力的方向不同，使得第一主体部电极302（第三主体部电极702）与第一主端部电极301（第三主端部电极701）的极性相反，因此，第二电容c2和第一电容c1需要按照如下方式串联：第二主体部电极502与串联后的第一电容c1中位于端部的第一电容c1的第二主端部电极501电连接。如此，可以避免正负电荷抵消而降低输出电压。
44.具体的，参照图1、图4和图7，六个第一电容c1串联后，使得其中一个端部的第一电容c1的第一极p（即第一主端部电极301、第三主端部电极701）处于悬浮状态，另一个端部的第一电容c1的第二极n（即第二主端部电极501）处于悬浮状态，通过将第二主体部电极502与该悬浮的第二主端部电极501电连接，可使第二电容c2的第一极p与串联后的第一电容c1中悬浮的第二极n电连接，实现第二电容c2与各个第一电容c1串联。串联后的第一电容c1中悬浮的第一极p（即第一主端部电极301、第三主端部电极701）以及第二电容c2中悬浮的第二极n（即第一主体部电极302、第三主体部电极702）则分别作为mems麦克风芯片的两个输出电极端，用于与asic芯片电连接。
45.示例性的，参照图4和图7，承接上述各个第一电容串联的实施例，六个第一电容c1串联后，第一个第一电容c1的第二极n（即第二主端部电极501）悬浮，因此可将第二电容c2的第一极p（即第二主体部电极502）与第一个第一电容c1的第二主端部电极501电连接，第
二电容c2的第二极n（即第一主体部电极302、第三主体部电极702）以及最后一个第一电容c1的第一极p（即第一主端部电极301、第三主端部电极701）则分别作为mems麦克风芯片的两个输出电极端，用于与asic芯片电连接。
46.作为第三种可行的实施方式，图8是沿图1中bb’截取的又一种mems麦克风芯片的剖面结构示意图。参见图1和图8，可选的，辅振膜22包括第二固定端221和自由端222，自由端222位于第二固定端221靠近主体部211的一侧，且悬置于背腔110上；第一电极层还包括位于第二固定端221的第一辅端部电极303，第二电极层还包括位于第二固定端221的第二辅端部电极503，第三电极层还包括位于第二固定端221的第三辅端部电极703，第一辅端部电极303与第三辅端部电极703电连接（未示出）；沿第一方向x，第一辅端部电极303和第三辅端部电极703分别与第二辅端部电极503至少部分交叠，形成第三电容；各第二固定端221对应的第三电容c3串联。
47.图9是mems麦克风芯片中第三电容的等效结构示意图，参见图8和图9，第一辅端部电极303、第一压电层40以及第二辅端部电极503构成一个电容器，第三辅端部电极703、第二压电层60以及第二辅端部电极503构成另一个电容器，第三电容c3等效于两个电容并联。当入射声压造成辅振膜22的自由端222弯曲时，第一辅端部电极303与第三辅端部电极703的电荷极性相同，并与第二辅端部电极503构成输出电压，该输出电压即第三电容c3两端的电压。通过在第二固定端221保留部分第一电极层、第二电极层以及第三电极层，形成第一辅端部电极303、第二辅端部电极503以及第三辅端部电极703，得到第三电容c3，可以根据第三电容c3的输出电压读取声音信号。
48.由于辅振膜22的受压面积较小，对高频声压的灵敏度更高，因而可以增强高频输出，增大mems麦克风的频谱的带宽（大约可以实现20hz~20khz的带宽），提高mems麦克风的频率响应范围。另外，主振膜21和辅振膜22响应声压移动的方向相同，且间隙23靠近主振膜21根部，当主振膜21和辅振膜22同步振动时，不会造成间隙23增宽，可保证麦克风的低频性能。
49.此外，对比图8和图3，当辅振膜22用于响应入射声压输出电压信号时，辅振膜22的面积可以适当增大，以使辅振膜22的自由端222悬置于背腔110上，利用背腔110为辅振膜22提供振动空间。
50.需要说明的是，第一辅端部电极303、第二辅端部电极503和第三辅端部电极703的面积和相对位置可以根据实际需求进行设置，图8仅为示意，并非限定。示例性的，第一辅端部电极303、第二辅端部电极503和第三辅端部电极703的面积分别占辅振膜22的面积的30%~60%。
51.进一步的，相比于根据每个第三电容c3的输出电压读取声音信号，本实施通过将各个第二固定端221对应的第三电容c3串联，可以提高辅振膜22的输出电压，进而提高mems麦克风对高频声音信号的灵敏度。示例性的，参照图1和图9，六个第二固定端221对应的六个第三电容c3按照如下方式串联：第一个第三电容c3的第一极p与第二个第三电容c3的第二极n电连接，第二个第三电容c3的第一极p与第三个第三电容c3的第二极n电连接
……
第五个第三电容c3的第一极p与第六个第三电容c3的第二极n电连接，第一个第三电容c3的第二极n以及第六个第三电容c3的第一极p则分别用于与asic芯片电连接。
52.更进一步的，可选第三电容c3与第一电容c1串联，如此可以提高mems麦克风芯片
的总输出电压，进而提高灵敏度。
53.具体的，当入射声压造成主振膜21和辅振膜22弯曲时，由于第一固定端212和第二固定端221所受应力的方向相同，使得第一辅端部电极303（第三辅端部电极703）与第一主端部电极301（第三主端部电极701）的极性相同，因此，第三电容c3和第一电容c1可以按照如下方式串联：第一辅端部电极303与第二主端部电极501电连接，和/或，第二辅端部电极503与第一主端部电极301电连接。
54.结合图9和图4，其中，第一辅端部电极303与第二主端部电极501电连接，即第三电容c3的第一极p与第一电容c1的第二极n电连接；第二辅端部电极503与第一主端部电极301电连接，即第三电容c3的第二极n与第一电容c1的第一极p电连接，具体可以根据第三电容c3所在的串联位置，设置第一辅端部电极303与第二主端部电极501电连接，和/或，第二辅端部电极503与第一主端部电极301电连接。
55.示例性的，当第三电容c3串联于相邻两个第一电容c1之间时，则需要第三电容c3的第一极p与前一个第一电容c1的第二极n电连接，即第一辅端部电极303与第二主端部电极501电连接，还需要该第三电容c3的第二极n与后一个第一电容c1的第一极p电连接，即第二辅端部电极503与第一主端部电极301电连接。当串联后的第三电容c3与串联后的第一电容c1串联时，则需要串联后的第三电容c3中悬浮的第一极p（即第一辅端部电极303、第三辅端部电极703）与串联后的第一电容c1中悬浮的第二极n（即第二主端部电极501）电连接，或者，串联后的第三电容c3中悬浮的第二极n（即第二辅端部电极503）与串联后的第一电容c1中悬浮的第一极p（即第一主端部电极301、第三主端部电极703）电连接。总而言之，当第一电容c1与第三电容c3串联时，只要遵循电容（第一电容c1或第三电容c3）的第一极p与前一个电容的第二极n电连接，该电容的第二极n与后一个电容的第一极p电连接即可。第一个电容的第一极p（第二极n）与最后一个电容的第二极n（第一极p）则分别作为mems麦克风芯片的两个输出电极端，用于与asic芯片电连接。
56.需要说明的是，图8与图2所示结构相对应，仅示出了主体部211未设置电极的剖面结构。该结构并非限定，作为第四种可行的实施方式，图10是沿图1中bb’截取的再一种mems麦克风芯片的剖面结构示意图，结合图5和图10，可选第一电极层包括第一主端部电极301、第一主体部电极302以及第一辅端部电极303，第二电极层包括第二主端部电极501、第二主体部电极502以及第二辅端部电极503，第三电极层包括第三主端部电极701、第三主体部电极702以及第三辅端部电极703，此时，可以在第一固定端212构成第一电容c1，在主体部211构成第二电容c2，并在第二固定端221构成第三电容c3，通过将第一电容c1、第二电容c2以及第三电容c3串联，可以更大程度地提高mems芯片的总输出电压，提高灵敏度。具体串联方式可参照上述实施例的描述，在此不再赘述。
57.综上，本发明实施例示例性地提供了四种可行的压电振膜20的结构，分别可以参见图1、图2与图3，图1、图2与图8，图1、图5与图6，以及图1、图5与图10的相关描述，当然，本发明实施例的技术方案并不限于以上4种实施例，还可以有其他的组合方式，在此不再一一赘述，具体可以根据需求形成第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3中的至少一个，并选择由各个第一电容c1、第二电容c2以及各个第三电容c3独自输出电压信号或者相互串联后再输出电压信号，本发明实施例对此不作限定。
58.目前典型尺寸的mems麦克风芯片的输出电压小于mv/pa的量级，需要由高性能的
asic芯片对输出电压作进一步放大。在相同的芯片尺寸下，图11是主振膜中第一固定端在1pa声压下的输出电压与声频的关系曲线，图12是辅振膜在1pa声压下的输出电压与声频的关系曲线，从图11和图12可以看出，本发明实施例提供的mems麦克风芯片，其主振膜与辅振膜在单位声压下的输出电压均能达到1mv/pa的量级，从而可以提高mems麦克风的灵敏度。进一步的，图13是主振膜中第一固定端和主体部在1pa声压下的总输出电压与声频的关系曲线，以图1所示结构为例，示出了6个第一固定端对应的6个第一电容c1与主体部对应的第二电容c2串联后，主振膜的总输出电压与声频的关系曲线，对比图13和图11可以得到，通过将第二电容c2与六个第一电容c1串联，可使总输出电压比单一第一电容c1的输出电压增大近7倍，显著提高mems麦克风的灵敏度。当主振膜与辅振膜上的电容串联，共同用于响应声压输出电压信号时，总输出电压将更大，从而可以显著提高mems麦克风的灵敏度，降低对asic芯片的性能要求，降低成本。
59.基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种mems麦克风芯片的制备方法，用于制备上述任一实施例提供的mems麦克风芯片。图14是本发明实施例提供的一种mems麦克风芯片的制备方法的流程示意图，参见图14，制备方法包括如下步骤：s101、提供基底。
60.示例性的，基底10的材料可以为硅。硅基底10的厚度可以根据实际需求自行设置。此外，参见图2，在制备压电振膜20之前，可以先在硅基底10上形成绝缘层80，示例性的，绝缘层80可以为二氧化硅，厚度可以为1μm~2μm。
61.s102、在基底的一侧形成压电振膜；压电振膜包括主振膜和至少两个辅振膜，沿平行于基底的方向，主振膜与辅振膜之间具有间隙；主振膜包括主体部和至少两个第一固定端，第一固定端位于相邻两个辅振膜之间，主体部连接各个第一固定端。
62.如图1所示，压电振膜20包括主振膜21和至少两个辅振膜22（图1示出了6个辅振膜22），沿平行于基底10的方向，主振膜21与辅振膜22之间具有间隙23（气隙）；主振膜21包括主体部211和至少两个第一固定端212，第一固定端212位于相邻两个辅振膜22之间，主体部211连接各个第一固定端212。
63.具体的，参见图2，压电振膜20包括层叠沉积的第一电极层、第一压电层40、第二电极层、第二压电层60和第三电极层。在制备各个电极层时，通过对第一电极层、第二电极层以及第三电极层进行图案化处理（如刻蚀）可以得到不同的电极结构，以形成第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3中的至少一个，本领域技术人员可以根据实际需求进行设计，本发明实施例对此不作限定，具体结构可以参照上述mems麦克风芯片实施例的描述，在此不再赘述。通过在第一压电层40和第二压电层60形成贯穿孔可以得到间隙23，形成彼此分离的主振膜21与辅振膜22，利用辅振膜22的设计降低主振膜21的刚度，提升主振膜21对入射声压的灵敏度，提高mems麦克风芯片的输出电压，进而提高mems麦克风的灵敏度。
64.示例性的，第一电极层的材料可以为aln/mo，pt，ru和w，第二电极层和第三电极层的材料可以为mo，w，ru，pt，au和al，第一电极层、第二电极层和第三电极层的厚度可以为50nm~200nm。第一压电层40和第二压电层60的材料可以为任意压电材料，如aln和pzt等，厚度可以为300nm~800nm。
65.s103、在基底上形成背腔；压电振膜在基底上的正投影覆盖背腔，主体部悬置于背腔上。
66.如图2所示，压电振膜20在基底10上的正投影覆盖背腔110，至少主振膜21的主体部211悬置于背腔110上，在其他实施例中，辅振膜22的自由端222也可以悬置于背腔110上（如图8）。背腔110可以为压电振膜20提供振动的空间，从而可使压电振膜20响应入射声压输出电压信号，实现声音信号的读取。
67.本发明实施例提供的mems麦克风芯片的制备方法，通过在基底的一侧形成压电振膜，使压电振膜包括彼此分离的主振膜和辅振膜，可以降低主振膜的刚度，提高主振膜对入射声压的灵敏度，进而可以在不增大mems麦克风芯片的尺寸的情况下，提高mems麦克风的灵敏度和频率响应范围，有利于mems麦克风芯片的小型化设计。
68.基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种mems麦克风，包括asic芯片以及上述任一实施例提供的mems麦克风芯片，因而具备与mems麦克风芯片相同的有益效果，相同之处可以参照上述mems麦克风芯片的实施例进行理解，在此不再赘述。mems麦克风中，asic芯片与mems麦克风芯片电连接，具体可以与mems麦克风芯片上的焊盘电连接，用于放大mems麦克风芯片输出的电压信号。由于本发明实施例提供的mems麦克风芯片具有较大的输出电压，因而可以降低对asic芯片的性能需求，降低器件的成本。
69.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。