一种超声换能器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种超声换能器，其中，所述超声换能器包括以层叠的方式依序设置的基底

【技术实现步骤摘要】
一种超声换能器


[0001]本技术涉及
MEMS(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System)
微机电
，更为具体的说涉及一种超声换能器
。

技术介绍

[0002]近几年来，随着
MEMS
技术的不断发展，
MEMS
超声换能器的制备性能正在不断改善，应用价值也越来越高
。
超声换能器的一大主要用途就是用来测距，而在收发一体式超声测距的工作模式下
(
即单阵元超声换能器发射超声波后，还需要接收回波信号
)
需要同时考虑超声换能器的发收性能
。
[0003]目前超声换能器主要有电容式超声换能器
(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer
，
CMUT)
和压电式超声换能器
(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer
，
PMUT)
两大类
。
与
CMUT
相比，
PMUT
不需要直流偏置和很小的电容间隙来提高换能器的灵敏度，并且电学阻抗低，是目前超声换能器发展的主要方向之一
。
[0004]传统的
PMUT
器件是由同一个三明治结构的压电感测单元来实现压电层的驱动和检测信号，利用分时的方式通过压电效应和反压电效应产生膜片的振动和将超声波振动收集为电压的输出，使得驱动和检测的时序需要错开，这样就存在一个最小时间差，也就是对应最小检测距离
。
也即现有技术的最小检测距离会受限
。
[0005]因此，需要对现有技术进行改进
。

技术实现思路

[0006]本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种超声换能器
。
[0007]本技术的目的采用以下技术方案实现：
[0008]根据本技术的一方面，提供一种超声换能器，所述超声换能器包括以层叠的方式依序设置的基底
、
结构层
、
以及压电薄膜结构；
[0009]所述基底具有在其厚度方向上贯通的背腔，所述结构层覆盖所述背腔，所述压电薄膜结构包括依次层叠设置的上电极片
、
压电材料层
、
下电极片，在所述基底的厚度方向上，所述上电极片位于所述压电材料层的远离所述结构层的一侧，所述下电极片位于所述压电材料层的靠近所述结构层的一侧；
[0010]所述上电极片包括相互隔离的第一电极和第二电极，所述压电材料层包括相互隔离的第一压电层和第二压电层，所述下电极片构成第三电极；
[0011]其中，在所述基底的厚度方向上，所述第一电极
、
所述第一压电层以及所述第三电极三者的投影交叠，以构成超声换能驱动单元，所述第二电极
、
所述第二压电层以及所述第三电极三者的投影交叠，以构成超声换能检测单元；
[0012]所述第一电极和所述第二电极被配置为独立施加电位，以允许所述超声换能驱动单元和所述超声换能检测单元彼此独立的发射和接收信号
。
[0013]进一步地，所述第二电极环绕所述第一电极设置，且所述第二压电层环绕所述第一压电层设置
。
[0014]进一步地，在所述基底的厚度方向上，所述第一压电层在所述结构层的投影位于所述背腔在所述结构层上的投影的中部，所述第二压电层在所述结构层的投影位于所述结构层的固定边界的附近
。
[0015]进一步地，在所述基底靠近所述结构层的一侧上设置有用于支撑所述结构层的第一支撑体，所述第一支撑体位于所述基底的边缘，使得所述结构层悬空于所述背腔的上方
。
[0016]可选地，所述第一压电层和所述第二压电层为相同的压电材料
。
[0017]进一步地，所述第一压电层的压电系数大于所述第二压电层的压电系数
。
[0018]可选地，所述第一压电层为锆钛酸铅，所述第二压电层为氮化铝
。
[0019]可选地，所述下电极片包括相互隔离的第三子电极和第四子电极；其中，在所述基底的厚度方向上，所述第一电极
、
所述第一压电层以及所述第三子电极三者的投影交叠，以构成所述超声换能驱动单元，所述第二电极
、
所述第二压电层以及所述第四子电极三者的投影交叠，以构成所述超声换能检测单元
。
[0020]进一步地，所述结构层是
SOI
结构的顶层硅
。
[0021]进一步地，所述压电薄膜结构还包括第一电极引出结构
、
第二电极引出结构，所述第一电极引出结构
、
所述第二电极引出结构均位于所述结构层的边缘；所述第一电极引出结构包括第一焊盘，所述第二电极引出结构包括第二焊盘；其中，所述第一焊盘与所述第一电极电连接，所述第二焊盘与所述第二电极电连接
。
[0022]本技术所提供的超声传感器，旨在通过分别构建用于驱动的超声换能驱动单元和用于接收的超声换能检测单元，在不改变工艺条件下，解决了最小检测距离受限的问题，从而提升超声传感器发射和接收性能
。
并且所述第一电极和所述第二电极被配置为独立施加电位，以允许超声换能驱动单元和超声换能检测单元彼此独立的发射和接收信号
。
有利于提高了超声换能器的接收
/
发射信号的灵敏度，提升了最小检测距离
。
[0023]进一步地，在所述基底的厚度方向上，所述第一压电层在所述结构层的投影位于所述背腔在所述结构层上的投影的中部，所述第二压电层在所述结构层的投影位于所述结构层的固定边界的附近
。
有利于进一步增强超声换能器的发射和接收性能
。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施方式
。
[0025]图1是本技术实施例提供的一种超声换能器的立体结构示意图；
[0026]图2是本技术实施例提供的一个典型的绝缘体上半导体的结构示意图；
[0027]图3是本技术实施例提供的一种超声换能器的结构示意图；
[0028]图4是本技术实施例提供的又一种超声换能器的结构示意图；
[0029]图5是对应图3的俯视结构示意图
。
具体实施方式
[0030]上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超声换能器，其特征在于，包括以层叠的方式依序设置的基底
、
结构层以及压电薄膜结构；所述基底具有在其厚度方向上贯通的背腔，所述结构层覆盖所述背腔，所述压电薄膜结构包括依次层叠设置的下电极片
、
压电材料层
、
上电极片，在所述基底的厚度方向上，所述上电极片位于所述压电材料层的远离所述结构层的一侧，所述下电极片位于所述压电材料层的靠近所述结构层的一侧；所述上电极片包括相互隔离的第一电极和第二电极，所述压电材料层包括相互隔离的第一压电层和第二压电层，所述下电极片构成第三电极；其中，在所述基底的厚度方向上，所述第一电极
、
所述第一压电层以及所述第三电极三者的投影交叠，以构成超声换能驱动单元，所述第二电极
、
所述第二压电层以及所述第三电极三者的投影交叠，以构成超声换能检测单元；所述第一电极和所述第二电极被配置为独立施加电位，以允许所述超声换能驱动单元和所述超声换能检测单元彼此独立的发射和接收信号
。2.
如权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述第二电极环绕所述第一电极设置，且所述第二压电层环绕所述第一压电层设置
。3.
如权利要求2所述的超声换能器，其特征在于，在所述基底的厚度方向上，所述第一压电层在所述结构层的投影位于所述背腔在所述结构层上的投影的中部，所述第二压电层在所述结构层的投影位于所述结构层的固定边界的附...

【专利技术属性】
技术研发人员：许森，
申请(专利权)人：苏州敏芯微电子技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：