一种换能器及其制备方法技术

本公开实施例提供一种换能器及其制备方法。换能器包括至少一个换能器元件，换能器元件包括依次层叠设置在基底一侧的第一电极层、振膜层和第二电极层，第一电极层和第二电极层相互绝缘，振膜层与第一电极层之间设置有空腔，第一电极层、空腔和第二电极层在基底上的正投影存在重叠区域；其中，至少一个换能器元件还包括减能结构，减能结构设置于振膜层，减能结构围绕重叠区域设置，减能结构被配置为抑制换能器元件产生的振动波沿平行于基底的方向传播。本公开的技术方案，可以减弱或消除换能器元件之间在平行于基底的方向上的相互串扰，提高换能器的性能。提高换能器的性能。提高换能器的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种换能器及其制备方法


[0001]本公开涉及换能器
，尤其涉及一种换能器及其制备方法。

技术介绍

[0002]超声波传感器是将超声波信号转换成其它能量信号(通常是电信号)的传感器。超声波是振动频率高于20kHz的机械波，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面，消费领域的指纹识别和医疗领域的新应用进一步加快了超声波传感器的发展速度。
[0003]常规的超声波传感器件基本为体压电换能器，随着技术的发展，出现了以MEMS(Microelectro Mechanical Systems，微机电系统)技术为基础的电容式微机械换能器(Microelectro Micro
‑
machined Ultrasonic Transducer，CMUT)。现有的CMUT容易出现互相串扰，影响了CMUT的性能。

技术实现思路

[0004]本公开实施例提供一种换能器及其制备方法，以解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。
[0005]作为本公开实施例的第一个方面，本公开实施例提供一种换能器，包括至少一个换能器元件，换能器元件包括依次层叠设置在基底一侧的第一电极层、振膜层和第二电极层，第一电极层和第二电极层相互绝缘，振膜层与第一电极层之间设置有空腔，第一电极层、空腔和第二电极层在基底上的正投影存在重叠区域；
[0006]其中，至少一个换能器元件还包括减能结构，减能结构设置于振膜层，减能结构围绕重叠区域设置，减能结构被配置为抑制换能器元件产生的振动波沿平行于基底的方向传播。
[0007]在一些可能的实现方式中，减能结构包括开设于振膜层的减能槽，减能槽的形状与重叠区域的形状相对应。
[0008]在一些可能的实现方式中，第二电极层在基底上的正投影位于空腔在基底上的正投影的范围内，减能槽在基底上的正投影位于空腔在基底上的正投影的范围内，减能槽与空腔连通。
[0009]在一些可能的实现方式中，减能槽的深度与振膜层的厚度的比值小于或等于0.8。
[0010]在一些可能的实现方式中，换能器元件的数量为多个，相邻两个换能器元件之间的距离的范围为0.075μm～0.5μm。
[0011]在一些可能的实现方式中，空腔的侧壁与基底所在平面之间的角度的范围为45
°
～90
°
。
[0012]在一些可能的实现方式中，振膜层包括层叠设置的第一子振膜层和第二子振膜
层，第一子振膜层开设有过孔，过孔与空腔连通，第二子振膜层包括填充于过孔的填充部，第二子振膜层的材质包括有机材料。
[0013]在一些可能的实现方式中，第二子振膜层还包括位于空腔所在区域的振动部，第一子振膜层的材质包括无机材料。
[0014]在一些可能的实现方式中，第一子振膜层的厚度的范围为0.3μm～1μm，第二子振膜层的厚度的范围为1μm～4μm。
[0015]在一些可能的实现方式中，还包括保护层，保护层位于第一电极层和振膜层之间，第一电极层在基底上的正投影位于保护层在基底上的正投影的范围内。
[0016]作为本公开实施例的第二方面，本公开实施例提供一种换能器的制备方法，包括：
[0017]在基底上形成第一电极层；
[0018]在第一电极层背离基底的一侧形成牺牲层，牺牲层包括多个牺牲凸起，多个牺牲凸起中的至少一个牺牲凸起上设置有牺牲凸出部；
[0019]在牺牲层的背离基底的一侧依次形成振膜层和第二电极层，第二电极层、牺牲凸起和第一电极层在基底上的正投影存在重叠区域，牺牲凸出部围绕重叠区域；
[0020]其中，方法还包括去除牺牲层的步骤，以去除振膜层和第一电极层之间的牺牲层，牺牲凸起位置对应形成空腔，牺牲凸出部位置对应形成减能结构，减能结构被配置为防止位于重叠区域的振膜层振动产生的声波沿平行于基底的方向传播。
[0021]在一些可能的实现方式中，在牺牲层的背离基底的一侧依次形成振膜层和第二电极层，包括：
[0022]在牺牲层的背离基底的一侧形成第一子振膜层，第一子振膜层开设有用于暴露牺牲层的过孔，牺牲层还包括用于连通多个牺牲凸起的牺牲通道；
[0023]采用刻蚀工艺通过过孔去除牺牲层，在牺牲凸起位置对应形成空腔，在牺牲凸出部位置对应形成减能结构，在牺牲通道位置对应形成连接通道；
[0024]在第一子振膜层的背离基底的一侧形成第二子振膜层，第二子振膜层包括填充于过孔的填充部；
[0025]在第二子振膜层的背离基底的一侧形成第二电极层。
[0026]在一些可能的实现方式中，去除牺牲层的步骤包括：
[0027]在第二电极层的背离基底的一侧形成绝缘层，绝缘层开设有过孔，过孔贯穿绝缘层和振膜层，并暴露出牺牲层，牺牲层还包括用于连通多个牺牲凸起的牺牲通道；
[0028]采用刻蚀工艺通过过孔去除牺牲层，在牺牲凸起位置对应形成空腔，在牺牲凸出部位置对应形成减能结构，在牺牲通道位置对应形成连接通道；
[0029]在绝缘层的背离基底的一侧形成填充层，填充层填充于过孔。
[0030]本公开实施例的技术方案，可以减弱或消除换能器元件产生的振动波在平行于基底方向上的传播，进而减弱或消除换能器元件之间在平行于基底的方向上的相互串扰，提高换能器元件的性能，进而提高换能器的性能。
[0031]上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本公开进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
[0032]在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本公开范围的限制。
[0033]图1为本公开一实施例中换能器的俯视结构示意图；
[0034]图2为图1中的A
‑
A截面结构示意图；
[0035]图3为图1中的B
‑
B截面结构示意图；
[0036]图4为本公开另一实施例换能器中换能器元件的俯视结构示意图；
[0037]图5为本公开另一实施例换能器中换能器元件的截面结构示意图；
[0038]图6a为本公开一实施例换能器中形成牺牲层后的截面结构示意图；
[0039]图6b为本公开一实施例换能器中形成第一子振膜层后的截面结构示意图；
[0040]图7为本公开另一实施例换能器中形成绝缘层后的截面结构示意图。
[0041]附图标记说明：
[0042]01、换能器元件；10、基底；11、第一电极层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种换能器，其特征在于，包括至少一个换能器元件，所述换能器元件包括依次层叠设置在基底一侧的第一电极层、振膜层和第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层相互绝缘，所述振膜层与所述第一电极层之间设置有空腔，所述第一电极层、所述空腔和所述第二电极层在所述基底上的正投影存在重叠区域；其中，至少一个所述换能器元件还包括减能结构，所述减能结构设置于所述振膜层，所述减能结构围绕所述重叠区域设置，所述减能结构被配置为抑制所述换能器元件产生的振动波沿平行于所述基底的方向传播。2.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述减能结构包括开设于所述振膜层的减能槽，所述减能槽的形状与所述重叠区域的形状相对应。3.根据权利要求2所述的换能器，其特征在于，所述第二电极层在所述基底上的正投影位于所述空腔在所述基底上的正投影的范围内，所述减能槽在所述基底上的正投影位于所述空腔在所述基底上的正投影的范围内，所述减能槽与所述空腔连通。4.根据权利要求2所述的换能器，其特征在于，所述减能槽的深度与所述振膜层的厚度的比值小于或等于0.8。5.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述换能器元件的数量为多个，相邻两个所述换能器元件之间的距离的范围为0.075μm～0.5μm。6.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述空腔的侧壁与所述基底所在平面之间的角度的范围为45
°
～90
°
。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的换能器，其特征在于，所述振膜层包括层叠设置的第一子振膜层和第二子振膜层，所述第一子振膜层开设有过孔，所述过孔与所述空腔连通，所述第二子振膜层包括填充于所述过孔的填充部，所述第二子振膜层的材质包括有机材料。8.根据权利要求7所述的换能器，其特征在于，所述第二子振膜层还包括位于所述空腔所在区域的振动部，所述第一子振膜层的材质包括无机材料。9.根据权利要求8所述的换能器，其特征在于，所述第一子振膜层的厚度的范围为0.3μm～1μm，所述第二子振膜层的厚度的范围为1μm～4μm。10.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚琪，潘小杰，王利波，
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：