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TECH FOCUS MEMS La tecnologia dei microfoni MEMS Fulvio De Santis Questo articolo riporta una panoramica sui microfoni microelettromeccanici (MEMS) con l’obiettivo di individuare e descrivere le criticità tecnologiche dei microfoni MEMS e le soluzioni tecniche all’avanguardia da adottare tra le varie proposte e suggerimenti presentati dai ricercatori per migliorare le prestazioni Microfono piezoresistivo Un microfono in cui si verifica una variazione della re- sistenza elettrica interna a causa delle onde sonore che agiscono sul materiale semiconduttore è considerato un microfono piezoresistivo. Microfono ottico Nel caso di un microfono ottico, il meccanismo di trasdu- zione per convertire le onde sonore in segnali elettrici viene prodotto rilevando le variazioni nell’intensità della luce. I microfoni ottici vengono utilizzati in applicazioni in cui è richiesta la cancellazione del rumore, ad esempio nei microfoni direzionali. Microfono capacitivo Nei microfoni capacitivi si verifica una variazione di ca- pacità tra la piastra posteriore statica e il diaframma mo- bile, variazione che viene poi convertita in segnali elet- trici attraverso circuiti elettronici. A causa della loro elevata sensibilità, risposta in frequen- za piatta e bassi livelli di rumore, i microfoni capacitivi sono al centro dell’attenzione dei ricercatori. I microfoni capacitivi sono ulteriormente divisi in due ti- pologie: 1. Microfono a condensatore semplice Un microfono capacitivo polarizzato esternamente è semplicemente noto come microfono a condensa- tore. 2. Microfono a condensatore elettrete Il microfono polarizzato internamente utilizzando un elettrete è chiamato microfono a condensatore elettrete (ECM). L’elettrete è un materiale dielettrico che deve essere polarizzato permanentemente per creare cariche sulle piastre capacitive. I microfoni a elettrete possono anche essere sensibili all’accelerazione. La tecnologia MEMS ha rivoluzionato questo settore svi- luppando dispositivi ultra-piccoli, leggeri, a basso con- sumo, a basso costo e compatti. Una vibrazione che si propaga come un’onda di pressio- ne nell’aria o in qualsiasi altro mezzo elastico è chiama- ta suono. Gli esseri umani possono sentire il suono nella gamma di frequenze compresa tra 20Hz e 20kHz, mentre quello sopra i 20kHz è ultrasuono e quello sotto i 20Hz è chiamato infrasuono. L’Acustica è la scienza che tratta tutto ciò che riguarda il suono. Lo strumento utilizzato per convertire queste onde di pressione sonora in segnali elettrici è noto come microfono. La conversione delle onde di pressione sonora in segnali elettrici viene eseguita mediante diversi mec- canismi di trasduzione: piezoelettrico, piezoresistivo, ottico e capacitivo. Microfono piezoelettrico Questo tipo di microfono funziona secondo il principio dell’effetto piezoelettrico. L’effetto piezoelettrico può essere diretto o inverso. Nell’effetto piezoelettrico diret- to, le cariche vengono generate sulle piastre superiore e inferiore del materiale piezoelettrico inserito per mezzo dello stress applicato. Al contrario, l’applicazione di un campo elettrico provoca la generazione di stress nell’ef- fetto piezoelettrico inverso. Nel caso di un microfono, si verifica un effetto piezoelettrico diretto in cui viene ap- plicata una sollecitazione in termini di onde sonore che si traduce nella creazione di cariche disposte sulle piastre. Questo fenomeno viene ulteriormente convertito in ten- sione come segnale di uscita. ELETTRONICA OGGI 515 - GENNAIO/FEBBRAIO 2024 39