微机电系统（MEMS）技术在声学传感器领域产生了巨大的影响，使得智能、低成本和紧凑的音频系统得以快速发展，并广泛应用于各种热门应用中（消费设备、医疗设备、汽车系统等）。微型机械杂志（Micromachines）于2023年4月发表了一篇深度的行业回顾《Recent Trends in Structures and Interfaces of MEMS Transducers for Audio Applications: A Review》，综述了主要的集成声音转换原理，分析了当前的现状，并介绍了MEMS麦克风和扬声器的最新性能进展和趋势。
集成音频系统是当前技术市场的热门话题。精确的声音传感、处理和生成是逐渐成为我们生活一部分的多种尖端应用所需的。在此背景下，MEMS设备因其与标准CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺（通常用于信号处理链）兼容、低成本和紧凑性，被广泛用作传感器。MEMS制造技术的发展使得麦克风和扬声器方面取得了显著进展。
MEMS麦克风广泛应用于手机和可穿戴设备中，以捕捉高质量的通话和录音音频，而在汽车领域，它们用于免提通话、语音控制，甚至行人检测。此外，这些设备还用于医疗应用如智能听诊器、血压监测或检测异常心跳；它们也是物联网（IoT）的重要组成部分。当前，消费市场中最感兴趣的应用之一是语音活动检测（VAD），它利用语音作为人机界面的媒介；实际上，MEMS麦克风被用于智能语音助手，如Amazon Alexa和Google Home，它们根据用户的语音命令操作，嵌入智能电视的遥控器中，甚至可以安装在智能家居的房间里。此外，它们还用于增强现实（AR）和虚拟现实（VR）领域，以实现与最先进的头戴显示器（HMD）的通信，而在真正的无线立体声（TWS）框架中，它们被用来实现水晶般清晰的语音拾取。
虽然热声驱动、自旋电子学和光学传感具有有趣的特性，并在未来MEMS音频传感器的发展中显得有前途，但它们尚未成熟，仍处于研究的初始阶段。
MEMS麦克风现状
虽然可以通过利用电磁感应原理来实现MEMS麦克风，但由于需要集成磁性材料而增加的制造过程复杂性，使得研究人员几乎专注于MEMS静电（电容）或压电传感解决方案。
特别是电容设备，是最早被研究的MEMS麦克风，现在代表了大多数商业MEMS麦克风解决方案。实际上，它们需要与标准CMOS技术兼容的简单制造工艺，这使得大批量和低成本生产成为可能，例如基于单晶硅的工艺，仅需要两次光刻和两次湿法刻蚀步骤，用于整体制造完整的麦克风，以及一种无需任何额外处理或掩模的双锚MEMS麦克风。
电容设备如图所示，还使用了两层多晶硅微加工工艺，提供了优异的温度稳定性和焊接回流兼容性。为了进一步简化制造过程，通过在膜片上直接创建孔来避免实现背腔和穿孔背板所需的KOH（氢氧化钾）蚀刻技术也逐步成为了主流。为了减少残余应力对膜片的变形并提高电容麦克风的灵敏度和SNR，可以通过采用由弹簧支撑的刚性膜片实现两平行板的活塞式运动。此外，通过在背板上采用外围和中央突起，可以提高膜片的有效面积，从而提高SNR和灵敏度。
为了简化MEMS电容麦克风的制造，学术界还提出了不需要背板的解决方案，通过将参考感应电极固定到基板上，并使用平面互锁电极作为垂直梳状感应元件。由于背板的存在也是噪声的来源，因为它与膜片之间的空气缝隙在压力变化时会产生气流扰动。为了进一步减少背板噪声的影响，可以在膜片上增加分散的气孔。
尽管目前MEMS麦克风主要依赖于电容和压电原理，但其他新兴技术如自旋电子和光学传感也在不断研究中。自旋电子麦克风通过用自旋应变计传感器替换声学膜片上的电阻，从而实现磁阻转换机制，旨在解决压阻麦克风中发现的低灵敏度问题。光学或光纤麦克风则通过光强度调制来检测膜片因声波振动而引起的偏转：光源（通常是激光二极管）用于照射反射膜片，而光传感器（通常是光电二极管阵列）用于检测光的波长和强度；因此，当膜片根据声波振动时，记录原始光源和反射光源之间的差异并转换为电信号。光学麦克风不易受电子噪声的影响，因此具有高SNR，并且对电磁干扰具有较强的抗性。然而，由于检测系统的复杂性以及功耗大，它们非常昂贵；因此，它们更适合于对功耗和成本不敏感的高端应用。
