6月5日上午10时，由北京大学集成电路学院、集成电路高精尖创新中心、北京大学国家集成电路产教融合创新平台、集成电路科学与未来技术北京实验室、后摩尔时代微纳电子学科创新引智基地、北京大学校友会半导体分会联合主办的“未名·芯”论坛系列讲座第二十六期在线下成功举办。本期邀请到北京理工大学教授谢会开为大家带来主题为“压电MEMS扬声器研究进展”的报告。讲座由集成电路学院卢奕鹏副教授主持。共计30余人参加。

      讲座伊始，谢教授从市场数据入手，以扬声器领域的两个代表厂商歌尔声学和瑞声声学为例，通过占比扇形图和份额柱状图介绍了MEMS扬声器巨大的发展潜力，以及相较于传统扬声器，MEMS扬声器在微型化、低功耗、大规模生产等方面的优势，列举了MEMS扬声器的两个重要指标：最大可输出声压级（SPL）和总谐波失真（THD）。目前MEMS扬声器的设计要求是在小于1kHz时能到达90dB的声压输出，总谐波失真小于10%。

接着，谢教授从薄膜位移和频率方面对如何提高MEMS扬声器的最大可输出声压级进行原理性介绍，并对压电、电磁、静电、热声等四种不同原理的MEMS扬声器从集总参数模型角度进行了电学建模，对关键指标进行了理论分析，着重介绍了压电扬声器在最大可输出声压级方面的优势，通过列表对比了不同原理扬声器的优缺点，指出如何在在低失真下产生高声压级输出这一共同挑战。

然后，谢教授从压电材料选取及扬声器结构设计两个角度谈及提高扬声器输出声压级的方法。在材料角度上，按照时间及工艺发展顺序分别介绍了氧化锌、氮化铝、锆钛酸铅（PZT）等压电材料，其中PZT因较大的压电系数（相比其他材料高两个数量级）而有独特优势，适于高声压级应用；在结构角度上，简浅要分析了台湾清华大学的几种有代表性的MEMS压电扬声器结构，包括薄膜设计，插指电极设计，以及阵列设计等。

另外，谢教授提到压电扬声器在工艺上存在两个难点：一是如何对PZT层进行精确减薄，尤其是在厚度小于4μm时，需考虑减薄一致性和应力释放等问题；二是如何对PZT薄层进行腐蚀，目前采用HBF4溶液的腐蚀方案具有较高的选择比和较快的腐蚀速率。此外，谢会开提到弹簧连接型和应力分散型这两种薄膜设计方案能有效提高扬声器的最大可输出声压级。

报告的最后，现场与会者从非线性失真、定向性实现、封装对性能影响等角度进行了提问，谢教授逐一进行了解答，同时也对如何进一步提高扬声器的性能做出汇总，对MEMS扬声器的发展前景做出展望。

个人简介：

谢会开，北京理工大学集成电路与电子学院教授，北京理工大学重庆微电子研究院院长，集成声光电微纳系统教育部工程研究中心主任。在美国佛罗里达大学电气与计算机工程系任教18年，分别于2007年和2011年晋升为副教授/终身教授和正教授。2020年全职回到母校北京理工大学。主要研究方向包括MEMS/NEMS、光学/声学/惯性MEMS传感器、微纳光学、生物光子学、光学显微内窥影像、微型光谱仪和激光雷达，发表论文350余篇，获得授权美国专利19项、授权中国发明专利50余项。担任国际期刊IEEE Sensors Letters和Sensors and Actuators A的副主编，2018年入选IEEE Fellow和SPIE Fellow。

技术文字：尤志伟