一种电容式超声换能器及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种电容式超声换能器及其制造方法。其中，所述超声换能器包括：从下到上依次设置的衬底、绝缘隔离层和石墨烯层，在所述衬底上与所述石墨烯层对应的位置设置下电极，所述石墨烯层和所述下电极之间设置空腔，所述石墨烯层、所述下电极和所述空腔形成平板式电容结构。所述方法用于制造上述超声换能器。本发明专利技术提供的电容式超声换能器及其制造方法，提高了超声换能器的灵敏度。

A capacitive ultrasonic transducer and its manufacturing method

The invention discloses a capacitive ultrasonic transducer and a manufacturing method thereof. The ultrasonic transducer comprises a substrate, an insulating isolation layer and a graphene layer arranged sequentially from the bottom to the top, a lower electrode arranged at the position corresponding to the graphene layer on the substrate, a cavity arranged between the graphene layer and the lower electrode, and a plane formed between the graphene layer, the lower electrode and the cavity. Plate capacitor structure. The method is used for manufacturing the ultrasonic transducer. The capacitive ultrasonic transducer provided by the invention and the manufacturing method thereof improve the sensitivity of the ultrasonic transducer.

【技术实现步骤摘要】
一种电容式超声换能器及其制造方法
本专利技术涉及电子
，具体涉及一种电容式超声换能器及其制造方法。
技术介绍
光声成像作为一种近年来新型的医疗成像手段，具有对人体安全、体积小、成本较低、成像深度可调节、分辨率更高等特点，在医学诊断与治疗、遥感与遥控等
有着广泛的应用前景。超声换能器是实现声能与电能互换的部件，是实现光声成像最关键的传感单元。现有技术中，传统压电陶瓷超声换能器因具有机电转换效率高、易与电路匹配、性能稳定、易加工和成本低等优点得到广泛的应用。但是由于压电陶瓷材料存在声阻抗高，不易与人体软组织及水的声阻抗匹配，并且具有机械品质因数高，带宽窄，脆性大、抗张强度低、高密度阵元及超薄高频换能器不易加工等缺陷。因此，如何提出一种超声换能器，能够提高超声换能器的灵敏度成为业界亟待解决的重要课题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种电容式超声换能器及其制造方法。一方面，本专利技术提出一种电容式超声换能器，包括从下到上依次设置的衬底、绝缘隔离层和石墨烯层，在所述衬底上与所述石墨烯层对应的位置设置下电极，所述石墨烯层和所述下电极之间设置空腔，所述石墨烯层、所述下电极和所述空腔形成平板式电容结构。其中，所述石墨烯层为1～10层石墨烯薄膜。其中，所述空腔为圆孔，所述圆孔的半径为0.5～200μm。其中，所述空腔的厚度为0.1～10μm。其中，所述衬底采用二氧化硅或者柔性有机材料。其中，所述下电极采用锗和金复合金属电极、多晶硅电极或者透明的导电玻璃。其中，所述绝缘隔离层采用二氧化硅或者柔性有机绝缘材料。其中，还包括上电极触点，所述上电极触点设置在所述绝缘隔离层上，并与所述石墨烯层相连。另一方面，本专利技术提供一种电容式超声换能器制造方法，包括：在衬底上形成下电极；在所述衬底上形成绝缘隔离层，所述绝缘隔离层覆盖所述下电极；在所述下电极上方的绝缘隔离层制作出贯通所述绝缘隔离层的空腔；将石墨烯层转移到所述绝缘隔离层上，并覆盖所述空腔。其中，在所述将石墨烯层转移到所述绝缘隔离层上，并覆盖所述空腔之前还包括：在所述绝缘隔离层上形成上电极触点；相应地，将石墨烯层转移到所述绝缘隔离层上，并覆盖所述腔体包括：将所述石墨烯层转移到所述绝缘隔离层上，并至少覆盖所述上电极触点的一部分，以实现所述石墨烯层与所述上电极触点的电连接。本专利技术提供的电容式超声换能器及其制造方法，由于从下到上依次设置衬底、绝缘隔离层和石墨烯层，在衬底上与石墨烯层对应的位置设置下电极，在石墨烯层和下电极之间设置空腔，石墨烯层、下电极和空腔形成平板式电容结构，提高了超声换能器的灵敏度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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附图。图1为本专利技术一实施例电容式超声换能器的结构示意图；图2为本专利技术另一实施例电容式超声换能器的结构示意图；图3为本专利技术一实施例电容式超声换能器的制造方法的流程示意图；图4a为本专利技术另一实施例下电极的形成示意图；图4b为本专利技术另一实施例绝缘隔离层的形成示意图；图4c为本专利技术另一实施例上电极触点的形成示意图；图4d为本专利技术另一实施例圆孔的形成示意图；图4e为本专利技术另一实施例石墨烯层的形成示意图；附图标记说明：1-衬底；2-绝缘隔离层；3-下电极；4-空腔；5-石墨烯层；6-上电极触点；41-衬底；42-绝缘隔离层；43-下电极；44-圆孔；45-石墨烯薄膜；46-上电极触点。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供的电容式超声换能器采用石墨烯制作，石墨烯可以制作成石墨烯薄膜，由于石墨烯薄膜振动质量很小，对于外力作用灵敏度高，很适合用于高精度传感；石墨烯具有高杨氏模量的特点，通过设计悬空结构，可以实现宽频谱响应。石墨烯也可与柔性衬底相结合，可制作成柔性器件，以适应光声成像的不同应用场景；石墨烯本身可作为良好的导电材料，用于构成电容的极板结构。所以，基于石墨烯的上述特点，本专利技术提出一种电容式超声换能器，将石墨烯应用在符合光声成像的电容式超声换能器中，采用上述电容式超声换能器的仪器可探测1～20MHz的生物组织信号。图1为本专利技术一实施例电容式超声换能器的结构示意图，如图1所示，本专利技术提供的电容式超声换能器，包括从下到上依次设置的衬底1、绝缘隔离层2和石墨烯层5，在衬底1上与石墨烯层5对应的位置设置下电极3，石墨烯层5和下电极3之间设置空腔4，石墨烯层5、下电极3和空腔4形成平板式电容结构。具体地，衬底1用于承载所述电容式超声换能器的整个器件的结构，可以采用二氧化硅或柔性有机材料；绝缘隔离层2设置在衬底1上，用于支撑石墨烯层5和起到绝缘作用，可以采用二氧化硅或柔性有机绝缘材料；石墨烯层5设置在绝缘隔离层2上，作为超声波传感器和所述平板式电容结构的上电极板；下电极3设置在衬底1上，并与石墨烯层5相对设置，作为所述平板式电容结构的下电极板；石墨烯层5和下电极3之间设置空腔4，石墨烯层5、下电极3和空腔4形成所述平板式电容结构。在接收到超声波时，悬空的石墨烯层5可在超声波的作用下，发生振动，从而改变所述平板式电容结构的电容，通过检测所述电容的变化最终可以实现对超声波的检测。本专利技术提供的电容式超声换能器及其制造方法，由于从下到上依次设置衬底、绝缘隔离层和石墨烯层，在衬底上与石墨烯层对应的位置设置下电极，在石墨烯层和下电极之间设置空腔，石墨烯层、下电极和空腔形成平板式电容结构，提高了超声换能器的灵敏度，从而提高了对超声波探测的精度。在上述各实施例的基础上，进一步地，石墨烯层5为1～10层石墨烯薄膜。在上述各实施例的基础上，进一步地，空腔4为圆孔，所述圆孔的半径为0.5～200μm。通过更改所述圆孔的半径可以实现对特定频带范围超声波的强度、频率等信息的探测。在上述各实施例的基础上，进一步地，所述空腔的厚度为0.1～10μm。在上述各实施例的基础上，进一步地，衬底1采用二氧化硅或者柔性有机材料。其中，二氧化硅为透明材料，可以提高所述超声换能器的透明度，便于光线穿过。采用柔性有机材料有利于提高所述超声换能器整体的柔性，便于实际应用。在上述各实施例的基础上，进一步地，下电极3采用锗和金复合金属电极、多晶硅电极或者透明的导电玻璃。其中，当采用锗和金复合金属电极时，所述锗和金复合金属电极的下层为锗，上层为金，锗的厚度可以为50nm，金的厚度为50～200nm。在上述各实施例的基础上，进一步地，绝缘隔离层2采用二氧化硅或者柔性有机绝缘材料。图2为本专利技术另一实施例电容式超声换能器的结构示意图，如图2所示，本专利技术提供的电容式超声换能器还包括上电极触点6，上电极触点6设置在绝缘隔离层3上，并与石墨烯层5相连，例如，石墨烯层5覆盖设置在绝缘隔离层3上的上电极触点6的一部分。电极触点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式超声换能器，其特征在于，包括从下到上依次设置的衬底、绝缘隔离层和石墨烯层，在所述衬底上与所述石墨烯层对应的位置设置下电极，所述石墨烯层和所述下电极之间设置空腔，所述石墨烯层、所述下电极和所述空腔形成平板式电容结构。

【技术特征摘要】
1.一种电容式超声换能器，其特征在于，包括从下到上依次设置的衬底、绝缘隔离层和石墨烯层，在所述衬底上与所述石墨烯层对应的位置设置下电极，所述石墨烯层和所述下电极之间设置空腔，所述石墨烯层、所述下电极和所述空腔形成平板式电容结构。2.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述石墨烯层为1～10层石墨烯薄膜。3.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述空腔为圆孔，所述圆孔的半径为0.5～200μm。4.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述空腔的厚度为0.1～10μm。5.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述衬底采用二氧化硅或者柔性有机材料。6.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述下电极采用锗和金复合金属电极、多晶硅电极或者透明的导电玻璃。7.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔开宇，朱鸿博，蔡旭升，黄翊东，刘仿，冯雪，张巍，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11