电容式微机械超声换能单元及其制作方法和电容式微机械超声换能器技术

本发明专利技术提供了电容式微机械超声换能单元及其制作方法和电容式微机械超声换能器，该电容式微机械超声换能单元包括：衬底，设置在所述衬底上的底电极，设置在所述底电极远离所述衬底一侧的顶电极，所述顶电极与所述底电极之间设置有空腔，所述顶电极中设置有释放孔，所述释放孔中设置有有机填充部。该电容式微机械超声换能单元中，通过以顶电极作为振膜支撑层，并通过设置有机填充部进行空腔密封和振膜形成，可通过低温工艺实现，不需要在振膜外围设置释放孔，进而含有该电容式微机械超声换能单元的电容式微机械超声换能器(CMUT)的占空比较高，发射强度和接收灵敏度更好。

【技术实现步骤摘要】
电容式微机械超声换能单元及其制作方法和电容式微机械超声换能器
本专利技术涉及超声换能器
，具体的，涉及电容式微机械超声换能单元及其制作方法和电容式微机械超声换能器。
技术介绍
超声换能器在医学成像、治疗，工业流量计，汽车雷达，室内定位等多方面有应用。特别是在医学成像方面与X-ray，核磁成像并称为三大医学成像技术。但目前的超声换能器的发射强度和接收灵敏度仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种可通过低温工艺实现、发射强度和接收灵敏度较高的电容式微机械超声换能单元及其制作方法和电容式微机械超声换能器。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种电容式微机械超声换能单元。根据本专利技术的实施例，该电容式微机械超声换能单元包括：衬底，设置在所述衬底上的底电极，设置在所述底电极远离所述衬底一侧的顶电极，所述顶电极与所述底电极之间设置有空腔，所述顶电极中设置有释放孔，所述释放孔中设置有有机填充部。该电容式微机械超声换能单元中，通过以顶电极作为振膜支撑层，并通过设置有机填充部进行空腔密封和振膜形成，可通过低温工艺实现，不需要在振膜外围设置释放孔，进而含有该电容式微机械超声换能单元的电容式微机械超声换能器(CMUT)的占空比较高，发射强度和接收灵敏度更好。根据本专利技术的实施例，该电容式微机械超声换能单元还包括设置在所述空腔和所述底电极之间的绝缘层，所述绝缘层和所述顶电极共同限定出所述空腔，所述顶电极和所述空腔直接接触。根据本专利技术的实施例，所述空腔在所述衬底上的正投影覆盖所述释放孔在所述衬底上的正投影。根据本专利技术的实施例，所述释放孔满足以下条件的至少之一：所述释放孔的最小径向尺寸为2～3微米；所述释放孔包括多个间隔设置的子孔，每个所述子孔的形状包括圆形、多边形和不规则形状中的至少一种；所述释放孔包括一连续的长孔，所述长孔的形状呈螺旋形。根据本专利技术的实施例，该电容式微机械超声换能单元还包括设置在所述顶电极远离所述空腔一侧的有机层，所述有机层和所述有机填充部为一体结构。根据本专利技术的实施例，所述有机填充部的材料包括聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯和光刻胶中的至少之一。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种电容式微机械超声换能器。根据本专利技术的实施例，该电容式微机械超声换能器包括多个前面所述的电容式微机械超声换能单元，其中，任意相邻的两个所述电容式微机械超声换能单元之间设有连接部，所述连接部用于连接两个所述电容式微机械超声换能单元中的所述顶电极；多个所述电容式微机械超声换能单元中的所述底电极电连接。该电容式微机械超声换能器占空比较高，发射器强度和接收灵敏度也更好。根据本专利技术的实施例，该电容式微机械超声换能器满足以下条件的至少之一：所述连接部和所述顶电极为一体结构；多个所述电容式微机械超声换能单元中的所述底电极为一体结构。根据本专利技术的实施例，所述电容式微机械超声换能单元中的有机层中设置有贯穿其中的第一过孔，所述顶电极通过所述第一过孔和第一引线电连接，所述第一过孔在所述衬底上的正投影与所述空腔在所述衬底上的正投影不重叠。根据本专利技术的实施例，该电容式微机械超声换能器还包括设置在所述底电极和所述有机层之间的绝缘层，以及贯穿所述有机层和所述绝缘层的第二过孔，第二引线通过所述第二过孔和所述底电极电连接，所述第二过孔在所述衬底上的正投影和所述空腔在所述衬底上的正投影不重叠。在本专利技术的又一方面，本专利技术提供了一种电容式微机械超声换能单元的制作方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成底电极；在所述底电极远离所述衬底的一侧形成顶电极，所述顶电极与所述底电极之间形成有空腔，所述顶电极中形成有释放孔；在所述释放孔中形成有机填充部。该方法过程中不需要高温步骤，且通过在顶电极中设置释放孔形成空腔，能够显著提高占空比，进而提高含有该电容式微机械超声换能单元的CMUT的发射强度和接收灵敏度。根据本专利技术的实施例，该方法包括：在形成所述电极之后，且在形成所述顶电极之前，在所述底电极远离所述衬底的一侧形成牺牲层，所述牺牲层与所述顶电极直接接触；在形成所述顶电极之后，通过所述释放孔对所述牺牲层进行干法蚀刻，以形成所述空腔。根据本专利技术的实施例，该方法包括：将有机浆料旋涂在所述顶电极远离所述衬底的一侧，形成有机浆料层；在80～200摄氏度的温度范围内，使所述有机浆料层固化，得到所述有机填充部和有机层。附图说明图1是本专利技术一个实施例的电容式微机械超声换能单元的剖面结构示意图。图2是本专利技术一个实施例的电容式微机械超声换能单元中的顶电极的平面结构示意图。图3是本专利技术另一个实施例的电容式微机械超声换能单元中的顶电极的平面结构示意图。图4是本专利技术另一个实施例的电容式微机械超声换能单元的剖面结构示意图。图5是本专利技术一个实施例的电容式微机械超声换能器的平面结构示意图。图6是图5中的电容式微机械超声换能器中的顶电极的平面结构示意图。图7是图5中A-A线的剖面结构示意图。图8是本专利技术另一个实施例的电容式微机械超声换能器中的顶电极的平面结构示意图。图9是本专利技术一个实施例的制备电容式微机械超声换能单元的方法的流程示意图。图10是本专利技术一个实施例的电容式微机械超声换能单元中的顶电极、空腔和释放孔在衬底上的正投影的平面结构示意图。附图标记：1：衬底2：底电极3：绝缘层4：顶电极41：释放孔411：子孔412：长孔51：有机填充部52：有机层53：第一过孔54：第二过孔6：空腔7：连接部8：牺牲层100：电容式微机械超声换能单元具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种电容式微机械超声换能单元。根据本专利技术的实施例，参照图1，该电容式微机械超声换能单元包括：衬底1，设置在所述衬底上的底电极2，设置在所述底电极2远离所述衬底一侧的顶电极4，所述顶电极4与所述底电极2之间设置有空腔6，所述顶电极4中设置有释放孔41，所述释放孔41中设置有有机填充部51。该电容式微机械超声换能单元中，通过以顶电极作为振膜支撑层，并通过设置有机填充部进行空腔密封和振膜形成，可通过低温工艺实现，不需要在振膜外围设置释放孔，进而含有该电容式微机械超声换能单元的电容式微机械超声换能器(CMUT)的占空比较高，发射强度和接收灵敏度更好。根据本专利技术的实施例，该衬底的具体种类没有特别限制，可以为任何可以用于电容式微机械超声换能器的衬底，一些具体实施例中，可以为玻璃衬底等。由此，材料来源广泛，成本较低。根据本专利技术的实施例，底电极和顶电极的材质可以为导电性较好的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式微机械超声换能单元，其特征在于，包括衬底，设置在所述衬底上的底电极，设置在所述底电极远离所述衬底一侧的顶电极，所述顶电极与所述底电极之间设置有空腔，所述顶电极中设置有释放孔，所述释放孔中设置有有机填充部。/n

【技术特征摘要】
1.一种电容式微机械超声换能单元，其特征在于，包括衬底，设置在所述衬底上的底电极，设置在所述底电极远离所述衬底一侧的顶电极，所述顶电极与所述底电极之间设置有空腔，所述顶电极中设置有释放孔，所述释放孔中设置有有机填充部。


2.根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能单元，其特征在于，还包括设置在所述空腔和所述底电极之间的绝缘层，所述绝缘层和所述顶电极共同限定出所述空腔，所述顶电极和所述空腔直接接触。


3.根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能单元，其特征在于，所述空腔在所述衬底上的正投影覆盖所述释放孔在所述衬底上的正投影。


4.根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能单元，其特征在于，所述释放孔满足以下条件的至少之一：
所述释放孔的最小径向尺寸为2～3微米；
所述释放孔包括多个间隔设置的子孔，每个所述子孔的形状包括圆形、多边形和不规则形状中的至少一种；
所述释放孔包括一连续的长孔，所述长孔的形状呈螺旋形。


5.根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能单元，其特征在于，还包括设置在所述顶电极远离所述空腔一侧的有机层，所述有机层和所述有机填充部为一体结构。


6.根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能单元，其特征在于，所述有机填充部的材料包括聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯和光刻胶中的至少之一。


7.一种电容式微机械超声换能器，其特征在于，包括多个权利要求1～6中任一项所述的电容式微机械超声换能单元，其中，任意相邻的两个所述电容式微机械超声换能单元之间设有连接部，所述连接部用于连接两个所述电容式微机械超声换能单元中的所述顶电极；多个所述电容式微机械超声换能单元中的所述底电极电连接。


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【专利技术属性】
技术研发人员：陶永春，张宜驰，
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