Published November 1, 2022 | Version v1
Publication Open

Recent development and futuristic applications of MEMS based piezoelectric microphones

Creators

  • 1. Banasthali University
  • 2. Cardiff University
  • 3. Malaviya National Institute of Technology Jaipur
  • 4. Central Electronics Engineering Research Institute

Description

This paper presents a comprehensive literature survey of MEMS based piezoelectric microphones along with the fabrication processes involved, application domains, and methodologies used for experimentations. Advantages and limitations of existing microphones are presented with the impact of process parameters during the thin film growth. This review identifies the issues faced by the microphone technologies spanning from the invention of microphones to the most recent state-of-the-art solutions implemented to overcome or address them. A detailed comparison of performance in terms of sensitivity and dynamic range is presented here that can be used to decide the piezoelectric material and process to be used to develop sensors based on the bandwidth requirement. Electrical and mechanical properties of different piezoelectric materials such as AlN, ZnO, quartz, PZT, PVDF, and other polymers that has great potential to be used as the sensing membrane in development and deployment of these microphones are presented along with the complications faced during the fabrication. Insights on the future of these sensors and emerging application domains are also discussed.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تقدم هذه الورقة دراسة استقصائية شاملة للميكروفونات الكهربائية الإجهادية القائمة على MEMS جنبًا إلى جنب مع عمليات التصنيع المعنية ومجالات التطبيق والمنهجيات المستخدمة للتجارب. يتم عرض مزايا وقيود الميكروفونات الحالية مع تأثير معلمات العملية أثناء نمو الأغشية الرقيقة. تحدد هذه المراجعة المشكلات التي تواجهها تقنيات الميكروفون التي تمتد من اختراع الميكروفونات إلى أحدث الحلول الحديثة التي تم تنفيذها للتغلب عليها أو معالجتها. يتم تقديم مقارنة تفصيلية للأداء من حيث الحساسية والنطاق الديناميكي هنا والتي يمكن استخدامها لتحديد المادة الكهربائية الإجهادية والعملية التي سيتم استخدامها لتطوير أجهزة الاستشعار بناءً على متطلبات عرض النطاق الترددي. يتم تقديم الخصائص الكهربائية والميكانيكية للمواد الكهربائية الإجهادية المختلفة مثل AlN و ZnO و quartz و PZT و PVDF والبوليمرات الأخرى التي لديها إمكانات كبيرة لاستخدامها كغشاء استشعار في تطوير ونشر هذه الميكروفونات جنبًا إلى جنب مع المضاعفات التي تمت مواجهتها أثناء التصنيع. كما تتم مناقشة الرؤى حول مستقبل هذه المستشعرات ومجالات التطبيقات الناشئة.

Translated Description (French)

Cet article présente une étude complète de la littérature sur les microphones piézoélectriques à base de MEMS ainsi que les processus de fabrication impliqués, les domaines d'application et les méthodologies utilisées pour les expérimentations. Les avantages et les limites des microphones existants sont présentés avec l'impact des paramètres du processus pendant la croissance du film mince. Cette revue identifie les problèmes rencontrés par les technologies de microphone allant de l'invention des microphones aux solutions de pointe les plus récentes mises en œuvre pour les surmonter ou les résoudre. Une comparaison détaillée des performances en termes de sensibilité et de plage dynamique est présentée ici qui peut être utilisée pour décider du matériau piézoélectrique et du processus à utiliser pour développer des capteurs en fonction des besoins en bande passante. Les propriétés électriques et mécaniques de différents matériaux piézoélectriques tels que l'AlN, le ZnO, le quartz, le PZT, le PVDF et d'autres polymères qui ont un grand potentiel pour être utilisés comme membrane de détection dans le développement et le déploiement de ces microphones sont présentées ainsi que les complications rencontrées pendant la fabrication. Des informations sur l'avenir de ces capteurs et les domaines d'application émergents sont également discutées.

Translated Description (Spanish)

Este documento presenta una encuesta bibliográfica exhaustiva de micrófonos piezoeléctricos basados en MEMS junto con los procesos de fabricación involucrados, los dominios de aplicación y las metodologías utilizadas para las experimentaciones. Las ventajas y limitaciones de los micrófonos existentes se presentan con el impacto de los parámetros del proceso durante el crecimiento de la película delgada. Esta revisión identifica los problemas que enfrentan las tecnologías de micrófonos que abarcan desde la invención de los micrófonos hasta las soluciones más recientes implementadas para superarlos o abordarlos. Aquí se presenta una comparación detallada del rendimiento en términos de sensibilidad y rango dinámico que se puede utilizar para decidir el material piezoeléctrico y el proceso que se utilizará para desarrollar sensores en función del requisito de ancho de banda. Las propiedades eléctricas y mecánicas de diferentes materiales piezoeléctricos como AlN, ZnO, cuarzo, PZT, PVDF y otros polímeros que tienen un gran potencial para ser utilizados como membrana de detección en el desarrollo y despliegue de estos micrófonos se presentan junto con las complicaciones enfrentadas durante la fabricación. También se discuten los conocimientos sobre el futuro de estos sensores y los dominios de aplicaciones emergentes.

Files

1-s2.0-S0924424722005222-main.pdf.pdf

Files (2.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:0f571ff9319a32ef4ea536e7a6358dba
2.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التطورات الحديثة والتطبيقات المستقبلية للميكروفونات الكهربائية الإجهادية القائمة على MEMS
Translated title (French)
Développement récent et applications futuristes des microphones piézoélectriques à base de MEMS
Translated title (Spanish)
Desarrollo reciente y aplicaciones futuristas de micrófonos piezoeléctricos basados en MEMS

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4296887807
DOI
10.1016/j.sna.2022.113887

Is supplement to
https://openalex.org/W358558534 (Other)
https://openalex.org/W3139501164 (Other)
https://openalex.org/W2899084033 (Other)
https://openalex.org/W2359476263 (Other)
https://openalex.org/W2321300655 (Other)
https://openalex.org/W2317795641 (Other)
https://openalex.org/W2159445002 (Other)
https://openalex.org/W2150274394 (Other)
https://openalex.org/W2028132284 (Other)
https://openalex.org/W1990086497 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W127983321
  • https://openalex.org/W1504783196
  • https://openalex.org/W1893747875
  • https://openalex.org/W1963530642
  • https://openalex.org/W1964199441
  • https://openalex.org/W1972362419
  • https://openalex.org/W1973880537
  • https://openalex.org/W1980701768
  • https://openalex.org/W1981752087
  • https://openalex.org/W1981890625
  • https://openalex.org/W1982697698
  • https://openalex.org/W1993657109
  • https://openalex.org/W1993768239
  • https://openalex.org/W1995225353
  • https://openalex.org/W2002141302
  • https://openalex.org/W2003993402
  • https://openalex.org/W2005254914
  • https://openalex.org/W2009448454
  • https://openalex.org/W2015401073
  • https://openalex.org/W2015794221
  • https://openalex.org/W2016475729
  • https://openalex.org/W2022444226
  • https://openalex.org/W2023433979
  • https://openalex.org/W2034849964
  • https://openalex.org/W2037575409
  • https://openalex.org/W2038389102
  • https://openalex.org/W2039519879
  • https://openalex.org/W2053109387
  • https://openalex.org/W2054014643
  • https://openalex.org/W2067494064
  • https://openalex.org/W2068648046
  • https://openalex.org/W2079067560
  • https://openalex.org/W2081571822
  • https://openalex.org/W2086787982
  • https://openalex.org/W2088585322
  • https://openalex.org/W2092489828
  • https://openalex.org/W2105939478
  • https://openalex.org/W2107436850
  • https://openalex.org/W2122696840
  • https://openalex.org/W2133133233
  • https://openalex.org/W2135292549
  • https://openalex.org/W2140807890
  • https://openalex.org/W2145891305
  • https://openalex.org/W2146384840
  • https://openalex.org/W2152556462
  • https://openalex.org/W2152717583
  • https://openalex.org/W2156259175
  • https://openalex.org/W2156270368
  • https://openalex.org/W2165301692
  • https://openalex.org/W2168369249
  • https://openalex.org/W2171566425
  • https://openalex.org/W2270880383
  • https://openalex.org/W2279421970
  • https://openalex.org/W2282084040
  • https://openalex.org/W2324902131
  • https://openalex.org/W2462155121
  • https://openalex.org/W2462493931
  • https://openalex.org/W2516350119
  • https://openalex.org/W2560502948
  • https://openalex.org/W2562783270
  • https://openalex.org/W2575383127
  • https://openalex.org/W259039298
  • https://openalex.org/W2622807241
  • https://openalex.org/W2801364891
  • https://openalex.org/W2892663309
  • https://openalex.org/W2960215056
  • https://openalex.org/W2963796164
  • https://openalex.org/W3043255412
  • https://openalex.org/W3144507492
  • https://openalex.org/W3208928778
  • https://openalex.org/W4232983310
  • https://openalex.org/W4241775587
  • https://openalex.org/W4242107117
  • https://openalex.org/W4244374735
  • https://openalex.org/W4245150051
  • https://openalex.org/W4245762204
  • https://openalex.org/W4245935679
  • https://openalex.org/W4253723985
  • https://openalex.org/W4297973381
  • https://openalex.org/W4365800133
  • https://openalex.org/W799508798
  • https://openalex.org/W804785806