在过去的几十年中,微型机电麦克风在很大程度上占据了便携式设备的市场,每年的产量达到数十亿。由于当前设备的性能接近物理极限,移动设备麦克风的进一步小型化和改进提出了一项重大挑战,需要突破设备概念、几何形状和材料。石墨烯因其柔韧性、强度、纳米厚度和高导电性而成为实现这些突破的有吸引力的材料。
在这里,我们证明了直径范围为 85-155 到 300 μm 的无转移 7 nm 厚多层石墨烯 (MLGr) 膜可用于检测声音并显示出高达 92 nm Pa-1 的机械顺应性,优于市售的950 μm 的 MEMS 麦克风,柔度约为 3 nm Pa–1。展示了实现直径为 300 μm 甚至更高顺应性的更大膜的可行性,尽管这些膜的产率较低。我们提出了一种在硅晶片上局部生长石墨烯的工艺,并通过体微加工和牺牲层蚀刻实现跨硅孔的图案化石墨烯悬浮膜,这样就不需要转移。这种无转移方法可在 132 个制造的鼓上实现直径高达 155 μm 的膜的 100% 产量。在可听范围(20-20000 Hz)内,机械顺应性的设备间变化明显小于转移膜中的机械顺应性变化。
通过这项工作,我们展示了一种实现与大批量制造兼容的晶圆级多层石墨烯膜的无转移方法。因此,在很大程度上规避了基于转移的石墨烯麦克风制造方法的局限性,例如聚合物污染、裂纹形成、起皱、折叠、分层和低张力再现性,为石墨烯麦克风的大批量生产迈出了重要一步.
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