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Microphones MEMS moins chers
Les microprocesseurs et les puces mémoire ont diminué au fur et à mesure que leurs performances augmentaient. Mais, pour la plupart, la technologie des microphones a pris du retard. Maintenant une entreprise basée à Pittsburgh, Acoustique , contribue également à mettre ces appareils à niveau en intégrant des microphones directement dans des circuits intégrés, en utilisant un processus presque identique à la façon dont les fabricants de puces produisent en masse des microprocesseurs.
La fabrication d'un microphone dans une puce conduira à des microphones plus petits et moins chers qui pourraient offrir des enregistreurs audio de meilleure qualité pour les téléphones portables, les appareils photo et les appels voix sur protocole Internet (VoIP), a déclaré Ken Gabriel, cofondateur et chef d'Akustica. agent de technologie.
Pendant des années, les chercheurs ont construit de petits microphones et autres appareils avec des composants mécaniques et électriques – gyroscopes, accéléromètres, capteurs de pression – en utilisant des matériaux semi-conducteurs. Ces dispositifs sont connus sous le nom de MEMS (pour systèmes microélectriques-mécaniques). Les fabricants de microphones MEMS fabriquent les appareils en déposant des couches de silicium. Ensuite, la plupart d'entre eux effectuent une étape distincte : lier le microphone à une puce qui contient des circuits pour manipuler le son une fois qu'il est collecté.
Gabriel pense que l'approche de son entreprise simplifie le processus en fabriquant le microphone et les circuits sur la même puce, en même temps, et en utilisant les mêmes matériaux.
Le marché des microphones MEMS est en croissance, en particulier pour les ordinateurs portables, car un nombre croissant de personnes utilisent les services VoIP sur leurs ordinateurs portables, explique Gabriel. Et, soutient-il, le microphone traditionnel non-MEMS de la plupart des ordinateurs portables n'est pas idéal pour la VoIP.
Ces systèmes conventionnels sont constitués de microphones à condensateur à électret, ou ECM, ainsi que de câblages et de circuits qui transportent le signal audio et le traitent. Un ECM capture le son sous sa forme analogique. Ce signal analogique est envoyé à un circuit qui le convertit en information numérique. En cours de route, cependant, le signal analogique est soumis aux interférences des champs électriques produits par le moniteur d'un ordinateur et l'antenne Wi-Fi. Afin d'éviter une qualité sonore dégradée, un ECM doit être isolé de ces champs. Cette isolation rend le système encombrant et limite son placement dans un ordinateur portable ; Les ECM se trouvent souvent près du clavier, un endroit difficile pour diriger une conversation lors de l'utilisation de la VoIP ou de la vidéoconférence.
Le système d'Akustica est plus compact que les systèmes de microphone traditionnels car il capture le son et le convertit en un signal numérique sur la même puce. Lorsque les ondes sonores frappent la membrane du microphone - une fine maille métallique au milieu de la puce - elle vibre, produisant une tension qui contient des informations sur le signal sonore analogique. Mais comme le signal analogique est produit et converti en un signal numérique sur la même puce, il n'a jamais à subir l'environnement électromagnétique difficile à l'extérieur du circuit. Et, comme les interférences sont moins un problème, l'isolation n'est pas nécessaire. Cela permet aux ingénieurs de placer le microphone partout où une puce peut s'insérer dans un ordinateur portable ; plusieurs microphones Akustica peuvent même tenir dans la lunette entourant le moniteur d'un ordinateur portable, dit Gabriel.
Pour fabriquer ses microphones, la société s'est associée à des installations qui fabriquent d'autres types de puces. Comme pour les autres puces, celles d'Akustica sont constituées de couches de matériaux semi-conducteurs, de matériaux isolants et de métaux. Pour ajouter un microphone, les ingénieurs ont modifié la conception de quelques couches pour fabriquer une membrane à partir du même métal que celui utilisé dans les circuits. Après cela, dit Gabriel, la puce est post-traitée, ce qui comprend des étapes pour enlever une partie du silicium sur la puce pour révéler la membrane métallique enterrée. Ce traitement final, ajoute-t-il, peut être effectué à peu de frais et rapidement.
Parce qu'il est relativement peu coûteux de produire des semi-conducteurs en série, la technique Akustica pourrait devenir la méthode la moins coûteuse pour construire un microphone, déclare Jonathan Bernstein, chercheur à Cambridge, MA. Laboratoire Draper , qui fonctionne avec de petits systèmes de microphones. Cependant, ajoute-t-il, il y a un compromis à faire lors de l'utilisation d'un procédé à semi-conducteur pour fabriquer un appareil comme un microphone. Un système acoustique potentiellement de meilleure qualité pourrait être fabriqué, dit-il, si la conception n'était pas limitée aux mêmes matériaux que ceux utilisés dans le circuit.
Et bien que l'intégration d'un microphone dans un circuit puisse être avantageuse pour certaines applications, cela peut ne pas être nécessaire pour d'autres, explique Levent Degertekin , professeur de génie mécanique au Georgia Institute of Technology à Atlanta. Les fabricants d'appareils auditifs ne veulent pas que ces capacités soient intégrées, dit-il, car ils ont leurs propres circuits numériques qui fonctionnent bien. Au lieu de cela, dit-il, la meilleure application en ce moment pour les microphones à puce unique est le marché des ordinateurs portables.
Akustica, qui est né d'un projet de recherche de l'Université Carnegie Mellon en 2001, a commencé à expédier son premier microphone plus tôt cette année. L'appareil est actuellement utilisé dans certains ordinateurs portables Fujitsu, et le mois dernier, la société a annoncé un deuxième produit combinant deux microphones sur un fil pour capturer plus de son. Il devrait apparaître dans les produits d'ici la fin de l'année.