Projekte -> Piezo Microphone Array
Erfolgreich validiert auf dem Airbus‑BACCHUS‑aeroakustischen Prüfstand
Generation 1 (SAL): AlSc30%N‑Technologie (20–55 kHz), entwickelt bei Silicon Austria Labs
Generation 2 (25FAB): Hochleistungs‑AlSc40%N auf 8/12‑Zoll‑Wafern (10–100 kHz)
Doppelfrequenz‑Aluminium‑Scandium‑Nitrid‑Piezoelektrik‑Mikrofone mit breiter Bandbreite, großem Dynamikbereich und hoher Empfindlichkeit für Windkanaltests
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10516769
Weltweit leistungsstärkstes doppelfrequentes AlScN‑Piezoelektrik‑MEMS‑Mikrofon für aeroakustische Windkanaltests Silicon Austria Labs (SAL) + Universität Südost‑Norwegen Erstautor: Dr. Yanfen Zhai
Extreme Fertigungsherausforderung – Perfekt umgesetzt
Vollständiger 4‑Zoll‑SOI‑Wafer, komplexer Hochpräzisionsprozess mit 8 Masken, einschließlich tiefem Rückseitenhohlraum, Dampf‑HF‑Freisetzung sowie spannungskontrolliertem AlScN/Mo‑Mehrschichtstapel
Erstes jemals entwickeltes 30 %‑Scandium‑dotiertes AlScN (AlSc30%N) Dünnschicht‑MEMS‑Mikrofon
Doppel‑Kragarm‑Design (0,94 mm² + 0,36 mm²) auf einem einzelnen Chip, das zwei Frequenzdekaden abdeckt
Doppelfrequenz‑AlSc30%N‑Piezoelektrik‑Mikrofone mit breiter Bandbreite, großem Dynamikbereich und hoher Empfindlichkeit für Windkanaltests
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10516769
Weltweit leistungsstärkstes doppelfrequentes AlScN‑Piezoelektrik‑MEMS‑Mikrofon für aeroakustische Windkanaltests Silicon Austria Labs (SAL) + Universität Südost‑Norwegen
Autoren: Dr. Yanfen Zhai, Prof. Lixiang Wu
Extreme Fertigungsherausforderung – Perfekt geliefert
- Erstes jemals entwickeltes 30 %‑Scandium‑dotiertes AlScN (AlSc30%N) Dünnschicht‑MEMS‑Mikrofon
- Doppel‑Kragarm‑Design (0,94 mm² + 0,36 mm²) auf einem einzelnen Chip, das zwei Frequenzdekaden abdeckt
- Vollständiger 4‑Zoll‑SOI‑Wafer, komplexer Hochpräzisionsprozess mit 8 Masken, einschließlich tiefem Rückseitenhohlraum, Dampf‑HF‑Freisetzung sowie spannungskontrolliertem AlScN/Mo‑Mehrschichtstapel
Ergebnis – Erster Wafer, null Ausfälle
- Durchlaufzeit: nur 3 Wochen vom Layout bis zu vollständig verpackten, funktionsfähigen Bauteilen
- Ausbeute: 100 % über den gesamten Wafer
- Empfindlichkeit: 3,2 mV/Pa (100× höher als bisheriger AlN‑Stand der Technik)
- Bandbreite: 300 Hz – > 55 kHz (flache Antwort)
- Dynamikbereich: > 147,7 dB SPL (kein DC‑Bias erforderlich)
- Signal‑Rausch‑Verhältnis (SNR): 60,2 dB
- Validierung: erfolgreich getestet auf dem Airbus‑BACCHUS‑aeroakustischen Prüfstand
Derzeit das empfindlichste und breitbandigste piezoelektrische MEMS‑Mikrofon, das jemals für professionelle Windkanalanwendungen berichtet wurde.
| Metric | Target specification | State of the art | |
| Sensing element size | 600 µm×1000 µm (900 um×1450 um) | 828 µm diameter | 0.96 mm2 |
| Bandwidth | 100 Hz – 100 kHz (>50 kHz) | 69 Hz – 20 kHz | 100 Hz – 10 kHz |
| Sensitivity | 5-10 mV/Pa (5.35mV/pa) | 32-44 µV/Pa | 7.9 mV/Pa |
| Dynamic range | 30-170 dB SPL (>150 dB SPL) | 40-172 dB SPL | 127 dB AOP |
| Signal-to-Noise Ratio | 64 dB (ref. 94 dB SPL)* (65 dB) | N/A | 66-68 dB |
| Application | Aeroacoustic measurement | Aeroacoustic measurement | Consumer electronics |
| MEMS structure | Two couples of similar triangle cantilevers | Circular membrane | Uniformly sectored cantilevers |
| Piezoeelectric material | Multilayer AlScN | Bilayer AlN | Bilayer AlN |