【技术实现步骤摘要】
本文所公开的主题的实施方案涉及微机电系统(mems)设备，并且更具体地，涉及微机械加工的超声换能器。
技术介绍
1、微机电系统(mems)超声设备(在下文中，mems设备)可用于对目标诸如人体中的器官和软组织以及非人目标进行成像和/或治疗。例如，除了人类、动物等的超声成像之外，mems设备还可用于诸如超声/声学感测、无损评估(nde)、超声治疗(例如，高强度聚焦超声(hifu))等的应用。mems设备可依赖于具有第一电极的膜的振动来接收和发射信号。
2、mems设备可使用实时的、非侵入性高频(例如，在100khz至数十mhz的范围内)声波来产生一系列二维(2d)图像和/或三维(3d)图像。声波可由发射换能器发射，并且所发射的声波的反射可由接收换能器接收。然后可处理所接收的声波以显示目标的图像。对于用作发射换能器和/或接收换能器的一些类型的mems设备诸如电容式微机械加工的超声换能器(cmut)，cmut可包括顶部电极和底部电极。顶部电极可在接收电信号时移动以生成声波，或可在接收声波时移动以生成可被处理的电信号。
3、对于主要在较高频率下工作的cmut，需要非常薄的膜以匹配目标应用的分数带宽要求。尽管在通过表面微机械加工、晶圆键合技术和平行制造工艺制造具有亚微米膜厚度的mut方面已经取得了学术突破，但致力于mut工业化的工业铸造厂普遍面临亚微米膜能力的缺乏。该缺点与微机电系统(mems)的结构可靠性以及传感器和致动器工业的晶圆级设备可扩展性目标密切相关。特别是对于cmut，该约束影响用于较高频率应用的设备的
4、解决增加用于高频应用的cmut的分数带宽而不减小膜厚度的问题的方法包括使用具有多个膜的cmut。例如，caronti的美国专利申请20070059858a1提出了混用不同的换能器元件和/或元件几何形状以解决带宽约束。然而，caronti的cmut受到几何形状相关约束，其中特定几何配置可用于解决第一目标分数带宽，第二几何配置可用于解决第二目标分数带宽，第三几何配置可用于解决第三目标分数带宽，以此类推。
技术实现思路
1、在一个实施方案中，一种用于超声系统的方法包括：在患者的超声扫描期间，以及在超声系统的超声探头的换能器阵列的换能器元件的发射模式期间，向换能器元件的电容式微机械加工的超声换能器(cmut)的第一部分施加第一dc偏置电压；向换能器元件的cmut的第二部分施加第二dc偏置电压，该第二dc偏置电压不同于第一dc偏置电压；向cmut的第一部分施加ac驱动信号以基于第一dc偏置电压和ac驱动信号的第一组合来生成第一声信号，从而致使cmut的第一部分的膜在由第一dc偏置电压限定的第一谐振频率下振动；向cmut的第二部分施加ac驱动信号以基于第二dc偏置电压和ac驱动信号的第二组合来生成第二声信号，该第二组合致使cmut的第二部分的膜在由第二dc偏置电压限定的第二谐振频率下振动，该第二谐振频率与第一谐振频率相差阈值差；以及组合第一声信号和第二声信号以生成较高带宽信号，该较高带宽信号基于cmut的第一部分的第一发射传递函数与cmut的第二部分的第二发射传递函数之间的相长干涉。类似地，在换能器元件的接收模式期间，可生成较高带宽输入电信号，其中该较高带宽输入电信号具有通过将基于第一dc偏置电压的第一接收传递函数应用于第一谐振频率而产生的第一分量，和通过将基于第二dc偏置电压的第二接收传递函数应用于第二谐振频率而产生的第二分量，并且较高带宽输入电信号基于第一接收传递函数与第二接收传递函数之间的相长干涉。
2、与诸如caronti的方法相比，本文所公开的方法可与各种水平的混频一起使用，方法是向不同cmut的电极施加不同的dc偏置电压，并且因此引起用于从电信号生成声学输出信号并且从接收到的声波生成输入电信号的不同发射和接收传递函数的相长耦合。本文所公开的系统和方法的优点在于，单个超声设备可被配置用于由可能需要不同操作频率(包括较低频率和较高频率两者)的多个应用使用。单个超声设备将有利于不同应用的使用，这将降低超声系统的成本。另外，对于较高频率应用，与不利用两个谐振之间的干涉来产生较宽的分数带宽信号的其他另选超声设备不同，本文所述的超声设备的带宽可不受被包括在超声设备中的cmut的直径和/或cmut的膜的厚度约束。此外，本文所公开的系统和方法可允许两个或更多个相邻cmut被配置为使得第一组cmut在崩溃操作模式下操作，而第二组cmut在非崩溃操作模式下操作，其中第一组和第二组中的一者被配置为进行发射，并且第一组和第二组中的另一者被配置为进行接收。在这种配置中，可附加地扩展发射和接收操作频带。
3、应当理解，提供上面的简要描述来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征，该主题的范围由具体实施方式后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的具体实施。
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1.一种用于超声系统的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
4.根据权利要求3所述的方法，其中cMUT的所述第一部分和cMUT的所述第二部分穿过所述换能器阵列的晶圆的背侧与穿晶圆过孔连接件捆绑。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述换能器阵列包括单个换能器元件。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述换能器阵列包括多个换能器元件，所述多个换能器元件中的每个换能器元件包括至少所述第一偏置电压焊盘和所述第二偏置电压焊盘。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括向所述多个换能器元件的第一多个第一偏置电压焊盘施加所述第一DC偏置电压，并且向所述多个换能器元件的第二多个第二偏置电压焊盘施加所述第二DC偏置电压。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括向每个换能器元件的附加偏置电压焊盘施加附加偏置电压，所述附加偏置电压焊盘电耦合到相应换能器元件的CMUT的附加的不同部分。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述换能
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括经由覆盖cMUT的所述第一部分和cMUT的所述第二部分的耦合层衰减所述较高带宽信号中的频率转变，所述频率转变源自基于所述第一DC偏置电压的第一传递函数与基于所述第二DC偏置电压的第二传递函数之间的相消干涉。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述较高带宽信号的分数带宽基于所述第一DC偏置电压与所述第二DC偏置电压的优化比率，所述优化比率最大化所述较高带宽信号的所述相长干涉，同时保持所述相消干涉足够小以被所述耦合层衰减。
12.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述超声探头用于低频和高频超声应用两者。
13.一种超声系统(100)，所述超声系统包括：
14.根据权利要求13所述的超声系统(100)，其中将另外的指令存储在所述非暂态存储器中，所述另外的指令在被执行时致使所述处理器：
15.根据权利要求13所述的超声系统(100)，其中所述换能器阵列(300)包括多个换能器元件(310,314,352,106,304,302)，并且将另外的指令存储在所述非暂态存储器中，所述另外的指令在被执行时致使所述处理器：向所述多个换能器元件(310,314,352,106,304,302)中的每个换能器元件(310,352,106,304,312)的每个第一偏置电压焊盘(340,324)施加所述第一DC偏置电压，并且向所述多个换能器元件(310,314,352,106,304,302)中的每个换能器元件(310,352,106,304,312)的每个第二偏置电压焊盘(326,341)施加所述第二DC偏置电压。
...【技术特征摘要】
1.一种用于超声系统的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
4.根据权利要求3所述的方法，其中cmut的所述第一部分和cmut的所述第二部分穿过所述换能器阵列的晶圆的背侧与穿晶圆过孔连接件捆绑。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述换能器阵列包括单个换能器元件。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述换能器阵列包括多个换能器元件，所述多个换能器元件中的每个换能器元件包括至少所述第一偏置电压焊盘和所述第二偏置电压焊盘。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括向所述多个换能器元件的第一多个第一偏置电压焊盘施加所述第一dc偏置电压，并且向所述多个换能器元件的第二多个第二偏置电压焊盘施加所述第二dc偏置电压。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括向每个换能器元件的附加偏置电压焊盘施加附加偏置电压，所述附加偏置电压焊盘电耦合到相应换能器元件的cmut的附加的不同部分。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述换能器阵列是包括换能器元件的行的一维(1d)换能器阵列和包括换能器元件的二维(2d)矩阵的2d换能器阵列中的一者。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括经由覆盖cmut的所述第一部分和cmut的所述第二部分的耦合层衰减所述较高带宽信号中的频率转变，所述频率转变源...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·B·罗伊，O·法哈尼耶，亚历山德罗·斯图尔特·萨沃亚，
申请(专利权)人：通用电气精准医疗有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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