27. April 2002 | 63

seine Leitfähigkeit oder seine Resistenz gegenüber der Einwirkung von Ätzmitteln,
beeinflussen kann. Eine dritte Gruppe von Verfahren sind die Schichterzeugungs-
techniken, welche es erlauben, Schichten z. B. durch Oxidation chemisch zu ver-
ändern oder neue Schichten auf der Siliziumoberfläche zu deponieren. Die letzte
Gruppe von Methoden, nämlich die Ätzprozesse, stellen die Schlüsseltechnologie für
die mechanische Bearbeitung der Siliziumscheiben dar. Diese Prozesse, welche man
in Trocken- und Naßätzverfahren einteilen kann, gestatten die Erzeugung von dün-
nen Membranen, Zungen, Löchern,Vertiefungen usw., sind also bei der Herstellung
von dreidimensionalen Strukturen wie z. B. Sensoren und Aktoren von entscheiden-
der Bedeutung.
Kombiniert man verschiedene mikromechanische Komponenten oder fügt
elektronische Schaltkreise hinzu, dann spricht man von mikrosystemtechnischen
Bauteilen. Derartige Bauteile werden schon seit vielen Jahren mit zunehmendem
Erfolg in fast allen Bereichen der Elektrotechnik eingesetzt.
Silizium-Mikrofone können mit diesen Methoden einerseits nach den eta-
blierten Mikrofon-Prinzipien hergestellt werden. Besonders gut eignen sich das
elektrostatische und das piezoelektrische Prinzip für die mikromechanische Verwirk-
lichung. Es sind jedoch auch neue Mikrofon-Prinzipien auf Silizium konzipiert und
verwirklicht worden, insbesondere piezoresistive, FET-basierte und optische Mikro-
fone (Sessler, 1966, 2001).
Die qualitativ besten Silizium-Mikrofone sind nach dem heutigen Stand die
elektrostatischen oder Kondensatormikrofone. Diese wurden zunächst als Zwei-
Chip-Wandler, bestehend aus einem Membranchip und einem Gegenelektroden-
chip mit dazwischen liegendem dünnem Luftspalt gebaut. Neuere Ausführungen
dieser Art bedienen sich korrugierter Membranen aus einer Oxid-Nitrid Doppel-
schicht, die wegen ihrer geringeren Rückstellkraft eine größere Auslenkung erzielen
sowie permanent aufgeladen werden können (Kreßmann, 2002); die damit vorhan-
dene Elektretschicht macht die normalerweise bei Kondensatormikrofonen benötig-
te Vorspannung überflüssig.
Kondensatormikrofone in Ein-Chip-Bauweise sind ebenfalls verwirklicht
worden (Sessler, 2001). Bei diesen wird der stets notwendige Luftspalt mit einer
Opferschicht-Technologie hergestellt: Auf der Siliziumscheibe wird eine Schicht-
folge von polykristallinem Silizium, Oxid und nochmals polykristallinem Silizium
aufgebaut und dann von unten das Bulk-Silizium und von oben durch Löcher in der
poly kristallin en Schicht das Oxid (die Opferschicht) weggeätzt. Die polykristallinen
Schichten dienen dann als Elektroden des Mikrofons. Derartige Ein-Chip-Mikro-
fone können ohne die nachteiligen Technologieschritte Justierung und Bonding her-
gestellt werden, was bei Zwei-Chip-Wandlern leider nicht möglich ist.
Mit Silizium-Kondensatormikrofonen wurden Empfindlichkeiten von eini-
gen mV/Pa bei Bandbreiten von 10 Hz bis 50 kHz erzielt. Die äquivalenten
Rauschpegel hegen bei etwa 24 dB(A) (Sessler, 2001). Damit entsprechen diese
Mikrofone hinsichtlich ihrer elektroakustischen Qualität annähernd den heutzutage
gebräuchlichen, herkömmlichen Elektretmikrofonen. Die Silizium-Mikrofone
haben aber aufgrund der dünneren Membranen (100 bis 200 nm dick) eine be-