柔性微型压电超声换能器、阵列及其形成方法技术

本发明专利技术提出了具有柔性基底，柔韧性佳，应用范围广的柔性微型压电超声换能器和柔性微型压电超声换能器阵列以及它们的形成方法。本发明专利技术的柔性微型压电超声换能器包括：柔性基底和PMUT结构，其中：柔性基底的顶部具有第一空腔，第一空腔的深度小于或者等于柔性基底的厚度；PMUT结构位于柔性基底之上，PMUT结构至少包括下电极、压电层以及上电极。

【技术实现步骤摘要】
柔性微型压电超声换能器、阵列及其形成方法
本专利技术涉及半导体
，特别地涉及一种柔性微型压电超声换能器、阵列及其形成方法。
技术介绍
当前的微型压电超声换能器(PiezoelectricMicromachinedUltrasoundTransducer，简称PMUT)大多基于硅基底。刚性的硅基底虽然能很好的保护器件不受到环境损坏，但是基于刚性基底的PMUT一般不易弯曲，无法简单实现弯曲皮肤成像等应用领域的需求，限制了PMUT器件向可植入、可穿戴、非侵入等方向的潜在应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种柔性微型压电超声换能器、阵列及其形成方法，该器件或阵列具有柔性基底，柔韧性佳，应用范围广。本专利技术第一方面提出一种柔性微型压电超声换能器，包括：柔性基底和PMUT结构，其中：所述柔性基底的顶部具有第一空腔，所述第一空腔的深度小于或者等于所述柔性基底的厚度；所述PMUT结构位于所述柔性基底之上，所述PMUT结构至少包括下电极、压电层以及上电极。可选地，所述PMUT结构中包括自下而上依次排列的：机械层、下电极、压电层以及上电极；所述柔性基底与所述机械层互相接触。可选地，所述PMUT结构中包括自下而上依次排列的：下电极、压电层、上电极以及机械层；所述柔性基底与所述压电层互相接触，所述下电极位于所述第一空腔中。可选地，所述PMUT结构中包括自下而上依次排列的：下电极、压电层以及上电极；所述柔性基底与所述下电极互相接触。可选地，还包括顶部封装结构，其中，还包括顶部耦合结构，其中，所述顶部耦合结构位于所述PMUT结构之上，所述顶部耦合结构包括顶部固体耦合层，或者，所述顶部耦合结构包括顶部封装结构和耦合液。可选地，所述上电极、所述压电层以及所述第一空腔的水平截面的形状为多边形或者圆形，并且所述上电极的水平截面小于所述压电层的水平截面。可选地，所述柔性基底的材料包括：聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、涤纶树脂、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇或含氟聚合物。可选地，所述压电层的材料包括：氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、聚偏氟乙烯、铌酸锂、石英、铌酸钾或钽酸锂。本专利技术第二方面提出一种柔性微型压电超声换能器的形成方法，包括：提供牺牲基底；在所述牺牲基底之上形成PMUT结构，所述PMUT结构至少包括下电极、压电层以及上电极；去除牺牲基底；提供柔性基底，所述柔性基底的顶部具有第一空腔，所述第一空腔的深度小于或者等于所述柔性基底的厚度；通过印章转移工艺将所述PMUT结构转移到所述柔性基底之上。可选地，所述在所述牺牲基底之上形成PMUT结构的步骤包括：在所述牺牲基底之上自下而上依次形成机械层、下电极、压电层、上电极；所述通过印章转移工艺将所述PMUT结构转移到所述柔性基底之上的过程中，所述柔性基底与所述机械层互相接触。可选地，所述在所述牺牲基底之上形成PMUT结构的步骤包括：在所述牺牲基底之上自下而上依次形成下电极、压电层、上电极以及机械层；所述通过印章转移工艺将所述PMUT结构转移到所述柔性基底之上的过程中，所述柔性基底与所述压电层互相接触，所述下电极位于所述第一空腔中。可选地，所述在所述牺牲基底之上形成PMUT结构的步骤包括：在所述牺牲基底之上自下而上依次形成下电极、压电层以及上电极；所述通过印章转移工艺将所述PMUT结构转移到所述柔性基底之上的过程中，所述柔性基底与所述下电极互相接触。可选地，还包括形成顶部耦合结构，其中，所述顶部耦合结构位于所述PUMT结构之上；所述顶部耦合结构包括顶部固体耦合层，或者，所述顶部耦合结构包括顶部封装结构和耦合液。可选地，所述上电极、所述压电层以及所述第一空腔的水平截面的形状为多边形或者圆形，并且所述上电极的水平截面小于所述压电层的水平截面。可选地，所述柔性基底的材料包括：聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、涤纶树脂、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇或含氟聚合物。可选地，所述压电层的材料包括：氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、聚偏氟乙烯、铌酸锂、石英、铌酸钾或钽酸锂。本专利技术第三方面提出一种柔性微型压电超声换能器阵列，包括：柔性基底，所述柔性基底的顶部具有多个第一空腔，所述第一空腔的深度小于或等于所述柔性基底的厚度；多个PMUT结构，所述多个PMUT结构位于所述柔性基底之上并且覆盖所述多个第一空腔，所述PMUT结构由上至下包括：上电极、压电层、下电极以及机械层。可选地，所述多个PMUT结构中的机械层是连续共通的。可选地，所述多个PMUT结构中的下电极是连续共通的。可选地，所述多个PMUT结构彼此分立，相邻PMUT结构的间隙填充有柔性填充材料。可选地，所述多个PMUT结构中的上电极或下电极以曲线方式连接。本专利技术第四方面提出一种柔性微型压电超声换能器阵列的形成方法，包括：提供牺牲基底；在所述牺牲基底之上形成多个PMUT结构，所述PMUT结构由上至下包括：上电极、压电层、下电极以及机械层；去除牺牲基底；提供柔性基底，所述柔性基底的顶部具有多个第一空腔，所述第一空腔的深度小于或等于所述柔性基底的厚度；通过印章转移工艺将多个PMUT结构转移到所述柔性基底之上并且覆盖所述多个第一空腔。可选地，所述多个PMUT结构中的机械层是连续共通的。可选地，所述多个PMUT结构中的下电极是连续共通的。可选地，所述多个PMUT结构彼此分立，相邻PMUT结构的间隙填充有柔性填充材料。可选地，所述多个PMUT结构中的上电极或下电极以曲线方式连接。由上可知，本专利技术的一种柔性微型压电超声换能器、阵列及其形成方法，该器件或阵列具有柔性基底，柔韧性佳，应用范围广的优点，对应的形成方法具有简便易行，工艺成熟的优点。附图说明附图用于更好地理解本专利技术，不构成对本专利技术的不当限定。其中：图1是本专利技术第一实施例的柔性微型压电超声换能器结构示意图；图2是本专利技术第二实施例的柔性微型压电超声换能器结构示意图；图3是本专利技术第三实施例的柔性微型压电超声换能器结构示意图；图4是本专利技术第四实施例的柔性微型压电超声换能器结构示意图；图5是本专利技术第五实施例的柔性微型压电超声换能器结构示意图；图6是本专利技术第六实施例的柔性微型压电超声换能器结构示意图；图7a至图7d是本专利技术实施例的柔性微型压电超声换能器的电极层与压电层的俯视示意图；图8a至图8g是本专利技术实施例的柔性微型压电超声换能器的形成方法的流程示意图；图9为柔性微型压电超声换能器阵列的立体示意图；图10是本专利技术第一实施例的柔性微型压电超声换能器阵列的结构示意图；图11是本专利技术第二实施例的柔性微型压电超声换能器阵列的结构示意图；图12是本专利技术第三实施例的柔性微型压电超声换能器阵列的结构示意图；图13是本专利技术第四实施例的柔性微型压电超声换能器阵列的结构示意图；图14是本专利技术第五实施例的柔性微型压电超声换能器阵列的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性微型压电超声换能器，其特征在于，包括：柔性基底和微型压电超声换能器(PMUT)结构，其中：所述柔性基底的顶部具有第一空腔，所述第一空腔的深度小于或者等于所述柔性基底的厚度；所述PMUT结构位于所述柔性基底之上，所述PMUT结构至少包括下电极、压电层以及上电极。

【技术特征摘要】
1.一种柔性微型压电超声换能器，其特征在于，包括：柔性基底和微型压电超声换能器(PMUT)结构，其中：所述柔性基底的顶部具有第一空腔，所述第一空腔的深度小于或者等于所述柔性基底的厚度；所述PMUT结构位于所述柔性基底之上，所述PMUT结构至少包括下电极、压电层以及上电极。2.根据权利要求1所述的柔性微型压电超声换能器，其特征在于，所述PMUT结构中包括自下而上依次排列的：机械层、下电极、压电层以及上电极；所述柔性基底与所述机械层互相接触。3.根据权利要求1所述的柔性微型压电超声换能器，其特征在于，所述PMUT结构中包括自下而上依次排列的：下电极、压电层、上电极以及机械层；所述柔性基底与所述压电层互相接触，所述下电极位于所述第一空腔中。4.根据权利要求1所述的柔性微型压电超声换能器，其特征在于，所述PMUT结构中包括自下而上依次排列的：下电极、压电层以及上电极；所述柔性基底与所述下电极互相接触。5.根据权利要求2所述的柔性微型压电超声换能器，其特征在于，还包括顶部耦合结构，其中，所述顶部耦合结构位于所述PMUT结构之上，所述顶部耦合结构包括顶部固体耦合层，或者，所述顶部耦合结构包括顶部封装结构和耦合液。6.根据权利要求1所述的柔性微型压电超声换能器，其特征在于，所述上电极、所述压电层以及所述第一空腔的水平截面的形状为多边形或者圆形，并且所述上电极的水平截面小于所述压电层的水平截面。7.根据权利要求1所述的柔性微型压电超声换能器，其特征在于，所述柔性基底的材料包括：聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、涤纶树脂、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇或含氟聚合物。8.根据权利要求1所述的柔性微型压电超声换能器，其特征在于，所述压电层的材料包括：氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、聚偏氟乙烯、铌酸锂、石英、铌酸钾或钽酸锂。9.一种柔性微型压电超声换能器的形成方法，其特征在于，包括：提供牺牲基底；在所述牺牲基底之上形成PMUT结构，所述PMUT结构至少包括下电极、压电层以及上电极；去除牺牲基底；提供柔性基底，所述柔性基底的顶部具有第一空腔，所述第一空腔的深度小于或者等于所述柔性基底的厚度；通过印章转移工艺将所述PMUT结构转移到所述柔性基底之上。10.根据权利要求9所述的柔性微型压电超声换能器的形成方法，其特征在于，所述在所述牺牲基底之上形成PMUT结构的步骤包括：在所述牺牲基底之上自下而上依次形成机械层、下电极、压电层、上电极；所述通过印章转移工艺将所述PMUT结构转移到所述柔性基底之上的过程中，所述柔性基底与所述机械层互相接触。11.根据权利要求9所述的柔性微型压电超声换能器的形成方法，其特征在于，所述在所述牺牲基底之上形成PMUT结构的步骤包括：在所述牺牲基底之上自下而上依次形成下电极、压电层、上电极以及机械层；所述通过印章转移工艺将所述PMUT结构转移到所述柔性基底之上的过程中，所述柔性基底与所述压电层互相接触，所述下电极位于所述第一空腔中。12.根据权利要求9所述的柔性微型压电超声换能器的形成方法，其特征在于，所述在所述牺牲基底之上形成PMUT结构的步骤包括：在所述牺牲基底之上...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞慰，孙圣，张孟伦，高传海，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12