压电传感器及制备方法、进行指纹识别的方法及电子设备技术

本发明专利技术公开了压电传感器及制备方法、进行指纹识别的方法及电子设备。具体的，本发明专利技术提出了一种压电传感器，包括相对设置的衬底、接触层，和位于衬底和接触层之间的压电结构，压电结构包括：位于衬底朝向接触层一侧的第一电极层；位于第一电极层远离衬底一侧的压电层，压电层包括多个间隔设置的压电单元，和位于相邻的压电单元之间的绝缘层；和位于压电层远离衬底一侧的第二电极层，第一电极层和/或第二电极层包括至少一个与压电单元对应的子电极。由此，多个间隔设置的压电单元可以独立地发射/接收信号，有利于对压电结构发出的超声波信号进行聚焦和方向控制等，可以增大监测区域的面积，减小压电传感器的占用面积，并能提高信号强度和分辨率。

Piezoelectric sensor and its preparation method, fingerprint identification method and electronic equipment

【技术实现步骤摘要】
压电传感器及制备方法、进行指纹识别的方法及电子设备
本专利技术涉及传感
，具体地，涉及压电传感器及制备方法、进行指纹识别的方法及电子设备。
技术介绍
压电传感器的工作原理是利用压电材料(如充当发射器)的逆压电效应(在特定方向施加交变电压使压电材料振动)发射出特定频率的超声波，超声波在传播过程中由于接触待测物体而发生能量衰减或相位变化，到达充当接收器的压电材料时发生正压电效应(在超声波的压力作用下产生电荷)，从而确定超声波的能量或相位变化以实现传感检测。具体地，可以借助压电传感器对超声波传播路径中的物理环境做出判断，比如进行指纹识别、触摸开关、压力传感器、人体内脏器官成像、金属制品探伤等。在生物特征识别领域(例如指纹识别)，压电传感器相比其他技术手段(电容式、光学式等)具有抗干扰、多维成像、便于集成等优点。然而，目前的压电式传感器及制备方法、进行指纹识别的方法及电子设备仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少一定程度上缓解甚至解决上述问题的至少之一。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种压电传感器。根据本专利技术的实施例，该压电传感器包括相对设置的衬底、接触层，以及位于所述衬底和所述接触层之间的压电结构，所述压电结构包括：位于所述衬底朝向所述接触层一侧的第一电极层；位于所述第一电极层远离所述衬底一侧的压电层，所述压电层包括多个间隔设置的压电单元，以及位于相邻的所述压电单元之间的绝缘层；以及位于所述压电层远离所述衬底一侧的第二电极层，所述第一电极层和/或所述第二电极层包括至少一个与所述压电单元对应的子电极。由此，多个间隔设置的压电单元可以独立地发射/接收信号，通过独立地调节每个压电单元的信号发射情况等，可以对整个压电结构发出的超声波信号进行聚焦和方向控制等，可以增大监测区域的面积，减小压电传感器的占用面积，并且多个压电单元可通过诸如形成具有最大振幅的发射信号等方式，能提高信号强度和分辨率。根据本专利技术的实施例，所述压电层包括多个阵列排布的所述压电单元，所述子电极与所述压电单元一一对应。由此，可进一步提高该压电传感器的性能。根据本专利技术的实施例，构成所述绝缘层的材料的杨氏模量，小于构成所述压电单元的材料的杨氏模量。由此，可令作用于压电层以发生正压电效应的压力集中与压电单元上，并且可以减少相邻的压电单元之间的机械振动以及电信号串扰，提高传感和检测的灵敏度。根据本专利技术的实施例，构成所述绝缘层的材料的杨氏模量不大于2GPa。由此，可进一步提高该压电传感器的性能。根据本专利技术的实施例，该压电传感器进一步包括以下结构的至少之一：辅助层，所述辅助层位于所述第一电极层以及所述压电层之间；激励源，所述激励源与所述压电结构电连接，以激励多个所述压电单元产生超声波；相位控制器，所述相位控制器与所述压电结构电连接，且被配置为可单独调制用以激励每个所述压电单元产生超声波的信号的相位。由此，该辅助层可以增强第一电极层和压电层之间的粘附性，并且可以防止第一电极层中的金属原子扩散到压电单元，影响压电单元的性能；通过该相位控制器可以对每个压电单元发射的信号进行单独调控，有利于对整个压电结构发射的信号进行聚焦以及方向控制等，进一步提高了该压电传感器的使用性能。根据本专利技术的实施例，所述接触层上具有压电传感电路，所述压电传感电路位于所述接触层朝向所述压电结构的一侧，且与所述压电结构电连接。由此，可进一步提高该压电传感器的性能。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种进行指纹识别的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：利用激励源激励压电传感器产生超声波，所述压电传感器包括相对设置的衬底、接触层，以及位于所述衬底和所述接触层之间的压电结构，所述压电结构具有多个间隔设置的压电单元，所述超声波可由所述接触层一侧传出并作用于手指，所述压电结构接收经所述手指反射的超声波并转换为压电信号，从而实现指纹识别。由此，该方法可利用多个间隔设置的压电单元独立地发射/接收信号，通过独立地调节每个压电单元的信号发射情况等，可以对整个压电结构发出的超声波信号进行聚焦和方向控制等，可以增大监测区域的面积，减小压电传感器的占用面积，并且多个压电单元可通过诸如形成具有最大振幅的发射信号等方式，能提高信号强度和分辨率。根据本专利技术的实施例，多个所述压电单元之间设置有绝缘层，所述压电结构还包括分别位于所述压电单元两侧的第一电极层和第二电极层，所述第一电极层和/或所述第二电极层，包括至少一个与所述压电单元对应的子电极，所述压电传感器还包括相位控制器，所述相位控制器和所述压电结构电连接，所述利用激励源激励压电传感器产生超声波进一步包括：利用所述相位控制器单独调制用以激励每个所述压电单元产生超声波的信号的相位。由此，通过该相位控制器可以对每个压电单元发射的信号进行单独调控，有利于对整个压电结构发射的信号进行聚焦以及方向控制等，进一步提高了利用该方法进行指纹识别的分辨率。根据本专利技术的实施例，所述单独调制用以激励每个所述压电单元产生超声波的信号的相位包括：调整施加在多个所述压电单元上的信号的相位，以令多个所述压电单元产生的所述超声波的信号可在传播途中叠加，合成的超声信号具有最大振幅。由此，可进一步提高该方法进行指纹识别的灵敏度以及分辨率。根据本专利技术的实施例，该方法进一步包括：通过调整施加在多个所述压电单元上的信号的相位，改变形成的所述最大振幅的方向，以令所述最大振幅的方向可沿着预定的路线进行改变。由此，可以对该压电结构发射的声波按预定的路线进行聚焦，从而可以在较小的压电传感器面积下，实现较大面积区域的指纹监测，提高了人机交互效率。根据本专利技术的实施例，该方法进一步包括：利用所述压电传感器中的压电传感电路，将多个所述压电单元转换的压电信号由交流信号转换为直流信号，分别存储在所述压电传感电路的存储电容中，并在信号读出阶段依次输出至外围信号处理器。由此，可以简便地将压电结构的信号传递至外围信号处理器，以便对压电结构反馈的信号进行处理，得到指纹识别信息。在本专利技术的又一方面，本专利技术提出了一种制备前面所述的压电传感器的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：在接触层上形成压电结构，形成所述压电结构包括：形成第二电极层，并在所述第二电极层远离所述接触层的一侧形成多个间隔设置的压电单元，以及位于相邻的所述压电单元之间的绝缘层，在所述压电单元远离所述第二电极层的一侧形成第一电极层，所述第一电极层和/或所述第二电极层，包括至少一个与所述压电单元对应的子电极；在所述压电结构远离所述接触层的一侧设置衬底。由此，该方法可以简便地制备压电传感器，且制备的压电传感器通过多个间隔设置的压电单元可以独立地发射/接收信号，可以提高信号强度以及分辨率。根据本专利技术的实施例，该方法进一步包括：在玻璃基板的一侧形成压电传感电路以及所述第二电极层，所述第二电极层包括多个子电极，所述多个子电极之间具有绝缘结构；在所述多个子电极远离所述玻璃基板的一侧旋涂聚偏氟乙烯薄膜，并利用所述聚偏氟乙烯薄膜形成多个阵列排布的所述压电单元，在相邻的所述压电单元的间隙处形成所述绝缘层；在所述压电单元远离所述第二电极层的一侧形成所述第一电极层，并在所述第一电极层远离所述压电单元的一侧形成所述衬底。由此，可以进一步提高所制备的压电传感器的使用性能。在本专利技术的又一方面，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电传感器，其特征在于，包括相对设置的衬底、接触层，以及位于所述衬底和所述接触层之间的压电结构，所述压电结构包括：位于所述衬底朝向所述接触层一侧的第一电极层；位于所述第一电极层远离所述衬底一侧的压电层，所述压电层包括多个间隔设置的压电单元，以及位于相邻的所述压电单元之间的绝缘层；以及位于所述压电层远离所述衬底一侧的第二电极层，所述第一电极层和/或所述第二电极层包括至少一个与所述压电单元对应的子电极。

【技术特征摘要】
1.一种压电传感器，其特征在于，包括相对设置的衬底、接触层，以及位于所述衬底和所述接触层之间的压电结构，所述压电结构包括：位于所述衬底朝向所述接触层一侧的第一电极层；位于所述第一电极层远离所述衬底一侧的压电层，所述压电层包括多个间隔设置的压电单元，以及位于相邻的所述压电单元之间的绝缘层；以及位于所述压电层远离所述衬底一侧的第二电极层，所述第一电极层和/或所述第二电极层包括至少一个与所述压电单元对应的子电极。2.根据权利要求1所述的压电传感器，其特征在于，所述压电层包括多个阵列排布的所述压电单元，所述子电极与所述压电单元一一对应。3.根据权利要求1所述的压电传感器，其特征在于，构成所述绝缘层的材料的杨氏模量，小于构成所述压电单元的材料的杨氏模量。4.根据权利要求3所述的压电传感器，其特征在于，构成所述绝缘层的材料的杨氏模量不大于2GPa。5.根据权利要求1所述的压电传感器，其特征在于，进一步包括以下结构的至少之一：辅助层，所述辅助层位于所述第一电极层以及所述压电层之间；激励源，所述激励源与所述压电结构电连接，以激励多个所述压电单元产生超声波；相位控制器，所述相位控制器与所述压电结构电连接，且被配置为可单独调制用以激励每个所述压电单元产生超声波的信号的相位。6.根据权利要求1所述的压电传感器，其特征在于，所述接触层上具有压电传感电路，所述压电传感电路位于所述接触层朝向所述压电结构的一侧，且与所述压电结构电连接。7.一种进行指纹识别的方法，其特征在于，包括：利用激励源激励压电传感器产生超声波，所述压电传感器包括相对设置的衬底、接触层，以及位于所述衬底和所述接触层之间的压电结构，所述压电结构具有多个间隔设置的压电单元，所述超声波可由所述接触层一侧传出并作用于手指，所述压电结构接收经所述手指反射的超声波并转换为压电信号，从而实现指纹识别。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，多个所述压电单元之间设置有绝缘层，所述压电结构还包括分别位于所述压电单元两侧的第一电极层和第二电极层，所述第一电极层和/或所述第二电极层，包括至少一个与所述压电单元对应的子电极，所述压电传感器还包括相位控制器，所述相位控制器和所述压电结构电连接，所述利用激励...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秀锋，刘英明，郭玉珍，张晨阳，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11