一种微型压电超声换能器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种微型压电超声换能器及其制作方法，在硅衬底上设置至少一个震膜结构，该震膜结构由凸出于硅衬底的中空结构和凸出于中空结构外表面的至少一个拖尾结构构成。通过将震膜结构从二维平面结构变更为三维立体的中空结构，使换能器无需设置支撑层，凭借震膜结构即可完成超声换能工作。并且，由于震膜结构具有三维立体的曲面，换能器工作时依靠震膜结构产生的应变方向从横向变为了与横向具有一定角度的倾斜方向，因此，震膜结构产生的应变可以直接贡献为垂直于硅衬底方向的形变和震动，无需经过横向应变到垂直方向应变的转换过程，这样可以提高微型压电超声换能器的机电耦合系数，从而提高换能器能量转换效率，降低工作能耗。

A micro piezoelectric ultrasonic transducer and its fabrication method

The invention discloses a miniature piezoelectric ultrasonic transducer and a manufacturing method thereof, and at least one diaphragm structure is set on the silicon substrate, which is composed of a hollow structure protruding from the silicon substrate and at least one trailing structure protruding from the outer surface of the hollow structure. By changing the structure of the diaphragm from a two-dimensional structure to a three-dimensional hollow structure, the transducer needs no supporting layer, and the ultrasonic energy transfer can be completed by the diaphragm structure. And, because the shock surface membrane structure with three-dimensional, transducer work rely on diaphragm structure strain direction from horizontal to inclined direction, has a certain angle with the horizontal strain so the shock generated membrane structure can directly contribute to the deformation and vibration direction perpendicular to the silicon substrate, without transverse strain to convert the vertical strain process, which can improve the electromechanical coupling coefficient of piezoelectric micromachined ultrasonic transducer, transducer to improve the energy conversion efficiency, reduce energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种微型压电超声换能器及其制作方法
本专利技术涉及换能器
，尤其涉及一种微型压电超声换能器及其制作方法。
技术介绍
目前，常见的微型压电超声换能器是采用二维平面的震膜结构，即如图1所示，换能器包括：设置在硅衬底1上的支撑层2，以及依次设置在支撑层2上的第一电极层3、压电层4和第二电极层5；其中，第一电极层3、压电层4和第二电极层5构成了二维平面的震膜结构，换能器通过震膜结构的震动将输入的电信号转换成超声能量输出。换能器工作时依靠压电层4产生横向应变，经过支撑层2的协助，横向应变再通过应力不平衡而围绕应力中性面产生垂直于硅衬底1方向的形变。此种换能方式经过了应变的横向-垂直转换过程，因此机电耦合系数低，换能器产生一定超声声压时消耗的电能高，电能转换成机械能(振动)的效率低。因此，如何提高微型压电超声换能器的机电耦合系数，以提高换能器能量转换效率且降低工作能耗，是本领域技术亟需解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种微型压电超声换能器及其制作方法，用以解决现有的换能器机电耦合系数较低的问题。因此，本专利技术实施例提供的一种微型压电超声换能器，包括：硅衬底，设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型压电超声换能器，其特征在于，包括：硅衬底，设置在所述硅衬底上的至少一个震膜结构，所述震膜结构由凸出于所述硅衬底的中空结构和凸出于所述中空结构外表面的至少一个拖尾结构构成。

【技术特征摘要】
1.一种微型压电超声换能器，其特征在于，包括：硅衬底，设置在所述硅衬底上的至少一个震膜结构，所述震膜结构由凸出于所述硅衬底的中空结构和凸出于所述中空结构外表面的至少一个拖尾结构构成。2.如权利要求1所述的微型压电超声换能器，其特征在于，所述拖尾结构中空且与所述中空结构的中空部位导通。3.如权利要求2所述的微型压电超声换能器，其特征在于，所述中空结构和所述拖尾结构为一体结构。4.如权利要求3所述的微型压电超声换能器，其特征在于，所述震膜结构具体包括：层叠设置的第一电极层、压电层和第二电极层。5.如权利要求2所述的微型压电超声换能器，其特征在于，所述拖尾结构远离所述中空结构的侧端面具有开孔或封闭。6.如权利要求1-5任一项所述的微型压电超声换能器，其特征在于，所述中空结构和所述拖尾结构在垂直于所述硅衬底方向上的截面为圆拱形。7.如权利要求6所述的微型压电超声换能器，其特征在于，所述中空结构为球拱型、椭球拱型或半圆柱型；所述拖尾结构为半圆柱型。8.如权利要求1-5任一项所述的微型压电超声换能器，其特征在于，所述中空结构为锥型或凸台型；所述拖尾结构为凸台型。9.如权利要求8所述的微型压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韬，
申请(专利权)人：深圳市诺维创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44