一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于声学信号检测技术领域，具体公开了一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元及装置。其中，声学测量单元包括由下向上依次设置的SOI基座、下电极层、压电层以及上电极层；SOI基座、下电极层、压电层以及上电极层均为圆形；SOI基座包括由下向上依次设置的下硅层、二氧化硅层以及上硅层；SOI基座的底部设置空腔，该空腔在上下方向上贯穿下硅层；在由空腔位置向上正投影到上电极层的区域范围内形成有多个悬臂梁；其中，各个所述悬臂梁均为大小相等的扇形结构，且沿着同一个圆周方向顺序排布；任意相邻两个悬臂梁之间通过一条刻蚀沟槽隔开，且所有悬臂梁均与上电极层连接。本发明专利技术利于实现对超低频声音信号的感测，同时提高检测灵敏度。同时提高检测灵敏度。同时提高检测灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元及装置


[0001]本专利技术属于声学信号检测
，特别涉及一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元及装置。

技术介绍

[0002]由于海水介质的衰减作用，使得声波相较于光波和电磁波而言，更适合作为水下信息长距离传播的载体。现阶段对于水下声信号的探测，主要的实现方式为：通过声纳发射与接收声波信号，实现对水面船只、水下舰艇和鱼雷的探测。
[0003]此种探测方式需要将声纳搭载于测量船或潜艇上，运营成本较高，且无法满足特殊海况下长周期探测的目的。此外，声纳需要实现较大的阵列组合，布放的成本较高。
[0004]现阶段，使用压电工作原理的声信号检测装置，大多采用压电陶瓷材料，但此类声信号检测装置加工工艺过程复杂，且需求较高，且无法与COMS工艺兼容。
[0005]随着MEMS技术的发展，给声信号检测装置提供了新的方法和行业思路，为声音信号检测装置的小型化和制备过程简化提供了新的解决方案。
[0006]现有MEMS声音信号检测装置谐振频率较高，在超低频甚至低频信号的接收上性能较差。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提出一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元，以实现对超低频声音信号的感测，同时有效地提高水下声学信号的检测灵敏度。
[0008]本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元，包括由下向上依次设置的SOI基座、下电极层、压电层以及上电极层；其中，SOI基座、下电极层、压电层以及上电极层均为圆形；下电极层以及上电极层均采用Mo电极，压电层采用AIN；SOI基座包括由下向上依次设置的下硅层、二氧化硅层以及上硅层；SOI基座的底部设置空腔，该空腔在上下方向上贯穿整个下硅层；在由空腔位置向上正投影到上电极层的区域范围内形成有多个悬臂梁；其中，各个悬臂梁均为大小相等的扇形结构，且沿着同一个圆周方向顺序排布；任意相邻两个悬臂梁之间通过一条刻蚀沟槽隔开，且所有悬臂梁均与上电极层连接；其中，各个刻蚀沟槽均是利用刻蚀工艺由下向上依次刻蚀二氧化硅层、上硅层、下电极层以及压电层所形成的；各个悬臂梁的组成结构相同，且均是由处于该悬臂梁所在的两条刻蚀沟槽之间，且由下而上依次布置的二氧化硅层、上硅层、下电极层以及压电层的扇形区域组成。
[0009]优选地，悬臂梁以及刻蚀沟槽的数量均有四个，每个悬臂梁对应的圆心角为90度。
[0010]优选地，悬臂梁以及刻蚀沟槽的数量均有六个，每个悬臂梁对应的圆心角为60度。
[0011]优选地，悬臂梁以及刻蚀沟槽的数量均有八个，每个悬臂梁对应的圆心角为45度。
[0012]此外，本专利技术还提出了一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量芯片，其采用上面述及的声学测量单元，以实现对超低频声音信号的感测。
[0013]本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量芯片，包括声学测量单元、正电极输出端以及负电极输出端；声学测量单元有多个且采用阵列式排布。
[0014]其中，声学测量单元采用上面述及的用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元；各个声学测量单元的正电极层相连，且共同连接到正电极输出端上；各个声学测量单元的负电极层相连，且共同连接到负电极输出端上。
[0015]此外，本专利技术还提出了一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量装置，其采用上面述及的声学测量芯片，以实现对超低频声音信号的感测，且利于提高检测灵敏度。
[0016]本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量装置，包括声学测量芯片以及运算放大电路；声学测量芯片的正电极输出端和负电极输出端分别连接到运算放大电路上；其中，声学测量芯片采用上面述及的用于超低频水下声学信号检测的声学测量芯片。
[0017]本专利技术具有如下优点：如上所述，本专利技术述及了一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元及装置，其中，相较于传统的三明治谐振腔结构而言，本专利技术将谐振腔中间划分为四个悬臂梁结构而上电极层依旧连接，由于上电极层较整体的压电层薄，其谐振频率较低，因而使得本专利技术对于低频信号较为敏感，因此能够很好地感测低频声信号，并且由于悬臂梁结构较传统结构受力后形变更大，压电效应产生的电荷更多，提高了输出电压，因而提高了检测灵敏度。本专利技术述及的声学测量单元及装置能够实现对超低频信号的检测，同时利于提高了输出灵敏度。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例1中用于超低频水下声学信号检测的声学测量芯片的结构示意图；图2为图1中用于超低频水下声学信号检测的声学测量芯片的俯视图；图3为图1中用于超低频水下声学信号检测的声学测量芯片的俯视图（去除上电极层）；图4为图1中用于超低频水下声学信号检测的声学测量芯片的仰视图；图5为图1中用于超低频水下声学信号检测的声学测量芯片的内部剖视图；图6为本专利技术实施例1中单个悬臂梁的结构示意图；图7为本专利技术实施例2中用于超低频水下声学信号检测的声学测量芯片的结构示意图；图8为本专利技术实施例3中用于超低频水下声学信号检测的声学测量芯片的结构示
意图；其中，1
‑
SOI基座，2
‑
下电极层，3
‑
压电层，4
‑
上电极层，5
‑
下硅层，6
‑
二氧化硅层，7
‑
上硅层，8
‑
空腔，9
‑
悬臂梁，10
‑
刻蚀沟槽。
具体实施方式
[0019]下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：实施例1本实施例1述及了一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元。
[0020]如图1和图2所示，该声学测量单元包括由下向上依次设置的SOI基座1、下电极层2、压电层3以及上电极层4，SOI基座1、下电极层2、压电层3以及上电极层4均为圆形。
[0021]SOI基座1作为衬底，为声学测量单元的制备提供支撑。
[0022]SOI基座1包括由下向上依次设置的下硅层5、二氧化硅层6以及上硅层7。如图5所示，在SOI基座1底部设置空腔8，空腔8在上下方向上贯穿整个下硅层5。
[0023]本实施例1中空腔8是在SOI基座1的底部进行深硅刻蚀所形成的。
[0024]本实施例1中提出的空腔8结构，其作用在于增加下述悬臂梁9收到声压激励的形变量，进一步增加声学测量单元的感测效率，提高输出的灵敏度。
[0025]下电极层2以及上电极层4均采用Mo电极，压电层3采用AIN。
[0026]其中，压电层3在受到外力作用产生形变时，由于AlN材料的压电特性，会产生压电信号，从而实现对声压信号的有效感测，电极结构用于所产生的压电信号。
[0027]其中，上电极层4以及下电极层2分别用于采集压电层3所产生的正、负电荷信号。
[0028]此外，上电极层4还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元，其特征在于，包括由下向上依次设置的SOI基座、下电极层、压电层以及上电极层；其中，SOI基座、下电极层、压电层以及上电极层均为圆形；下电极层以及上电极层均采用Mo电极，压电层采用AIN；所述SOI基座包括由下向上依次设置的下硅层、二氧化硅层以及上硅层；所述SOI基座的底部设置空腔，该空腔在上下方向上贯穿整个所述下硅层；在由所述空腔位置向上正投影到上电极层的区域范围内形成有多个悬臂梁；其中，各个所述悬臂梁均为大小相等的扇形结构，且沿着同一个圆周方向顺序排布；任意相邻两个悬臂梁之间通过一条刻蚀沟槽隔开，且所有悬臂梁均与上电极层连接；其中，各个刻蚀沟槽均是利用刻蚀工艺由下向上依次刻蚀所述二氧化硅层、上硅层、下电极层以及压电层所形成的；各个悬臂梁的组成结构相同，且均是由处于该悬臂梁所在的两条刻蚀沟槽之间，且由下而上依次布置的二氧化硅层、上硅层、下电极层以及压电层的扇形区域组成。2.根据权利要求1所述的用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元，其特征在于，所述悬臂梁以及刻蚀沟槽的数量均有四个，每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨华，孙斐，陈杰，张浩，
申请(专利权)人：青岛国数信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：