一种压电微型超声换能器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种压电微型超声换能器及其制备方法，所述超声换能器包括单晶硅片和阵列排列在所述单晶硅片单面的多个超声换能器单元，所述超声换能器单元至少包括腔体结构以及悬空支撑在所述腔体结构上方的多层复合膜结构，各个超声换能器单元的腔体结构之间通过至少一条腐蚀通道连通，所述多层复合膜结构自下而上依次包括弹性层、绝缘层以及压电敏感层，所述腐蚀通道可以加快芯片的结构释放速率，提高器件敏感结构的占空比。本发明专利技术的超声换能器是通过在一块单晶硅片的同一面进行表面硅微机械工艺制作而成，另一面并不参与工艺制作，避免了传统双面对准/曝光和键合工艺，大大降低芯片尺寸，减少制作成本，且与IC工艺兼容，可实现大批量制作。

【技术实现步骤摘要】
一种压电微型超声换能器及其制备方法
本专利技术属于硅微机械传感器领域，涉及一种超声换能器及其制备方法，特别是涉及一种压电微型超声换能器及其制备方法。
技术介绍
超声换能器已经在许多领域取得了广泛的应用，例如：无损检测、目标识别、医学成像等等。传统的超声换能器大多基于体压电陶瓷制作，与空气或液体的声学耦合较差，同时，在三维成像领域，将体压电材料加工成二维传感器阵列的成本高昂，这些都限制了传统超声换能器的应用。随着微机电系统(Micro-ElectroMechanicalSystem，MEMS)技术的不断进步，MEMS传感器以其芯片结构尺寸更小、制作成本更低、性能更出众和后续安装应用成本更低的等优势在各行各业得到了广泛应用，利用MEMS技术开发的微型超声换能器也获得了越来越多研究人员的关注。微型超声换能器往往具有一声学阻抗较低的柔性膜结构，能够实现与空气和液体更好的声学耦合。此外，利用MEMS技术制作的微型超声换能器还具备尺寸小、功耗低、带宽更宽、成本更低、易于实现大规模阵列化和紧凑的设计以及易于与电路集成等优点。>微型超声换能器现在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电微型超声换能器，其特征在于，所述压电微型超声换能器包括单晶硅片和阵列排列在所述单晶硅片单面的多个超声换能器单元，所述超声换能器单元至少包括腔体结构以及悬空支撑在所述腔体结构上方的多层复合膜结构，各个所述超声换能器单元的腔体结构之间通过至少一条腐蚀通道连通，其中，所述多层复合膜结构自下而上依次包括弹性层、绝缘层以及压电敏感层。/n

【技术特征摘要】
1.一种压电微型超声换能器，其特征在于，所述压电微型超声换能器包括单晶硅片和阵列排列在所述单晶硅片单面的多个超声换能器单元，所述超声换能器单元至少包括腔体结构以及悬空支撑在所述腔体结构上方的多层复合膜结构，各个所述超声换能器单元的腔体结构之间通过至少一条腐蚀通道连通，其中，所述多层复合膜结构自下而上依次包括弹性层、绝缘层以及压电敏感层。


2.根据权利要求1所述的压电微型超声换能器，其特征在于：所述腐蚀通道的高度介于0.2μm～1μm之间，所述腐蚀通道的宽度介于5μm～15μm之间，所述空腔结构的高度介于0.5μm～5μm之间，所述空腔结构的直径介于30μm～200μm之间。


3.根据权利要求1所述的压电微型超声换能器，其特征在于：所述弹性层的材料包括多晶硅及氮化硅中的一种，所述弹性层的厚度介于0.5μm～3μm之间；所述绝缘层的材料包括二氧化硅及氮化硅中的一种，所述绝缘层的厚度介于0.1μm～0.8μm之间。


4.根据权利要求1所述的压电微型超声换能器，其特征在于：所述压电敏感层自下而上依次包括下电极、压电层以及上电极。


5.一种如权利要求1～4任一项所述压电微型超声换能器的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：
1)提供单晶硅片，在所述单晶硅片的正面形成第一牺牲层和覆盖所述第一牺牲层及所述单晶硅片的第二牺牲层；
2)形成弹性层，所述弹性层覆盖所述第二牺牲层及所述单晶硅片；
3)在所述弹性层中刻蚀形成暴露所述第二牺牲层的释放孔，利用腐蚀液，通过所述释放孔腐蚀所述第二牺牲层形成各超声换能器单元之间的腐蚀通道，接着，所述腐蚀液通过所述腐蚀通道继续腐蚀所述第一牺牲层及所述第二牺牲层，形成各超声换能器单元的腔体结构；
4)填堵所述释放孔，并在所述弹性层表面形成绝缘层；
5)在所述绝缘层表面形成压电敏感层。


6.根据权利要求5所述的压电微型超声换能器的制备方法，其特征在于：步骤1)中，形成所述第一牺牲层的过程包括：在所述单晶硅片的正面沉积第一牺牲层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昕欣，焦鼎，倪藻，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31