【技术实现步骤摘要】
本专利技术的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种基底同侧设置有双pmut(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer，pmut)的微机械超声换能器结构及其制造方法、一种具有该微机械超声换能器结构的电子设备。
技术介绍
1、超声换能器作为一种电声元件广泛应用于生产生活中。超声换能器通过发射超声波至外界环境，并通过超声换能器接收反射回来的超声波转换为电信号进行传感、成像以及对外界环境的作用。超声换能器的典型应用包括指纹识别、超声成像、超声雷达和测距、无损检测、流量测量、力觉反馈等，在人体成像、汽车倒车雷达、水下声纳探测、扫地机器人、超声烟雾报警器等场景都会用到。上述应用中，均涉及超声换能器的超声信号发射及超声信号回波的接收，因此超声换能器的发射灵敏度以及接收灵敏度在很大程度上决定了超声换能器的优劣，是上述应用场景下的关键指标。
2、利用传统机械切割方案制造超声换能器，在振动单元的尺寸微型化方面，以及生产成本、效率及产品一致性和良率等方面受限，不能满足超声成像仪进一步发展，特别是在低成本、便携化、高分辨率等方面的需求。
3、基于半导体工业的mems制造技术是高效、低成本、批量化生产小尺寸器件的非常有效的方式。利用mems技术开发的超声换能器主要基于电容式和压电式两种原理，分别对应于电容式微机械超声换能器(capacitive micromachined ultrasonic transducer，cmut)和压电式微机械超声换能器(pmut)，他们能够与互补
4、压电式微机械超声换能器pmut的发射灵敏度和接收灵敏度作为关键性能指标，对pmut应用于上述多种场景起到至关重要的作用，发射灵敏度和接收灵敏度过低将影响信号信噪比，最终导致系统无法工作或性能低下。
5、pmut通常呈弯曲振动模式。作为超声发射器时，在压电薄膜两侧的电极上施加交变电场，由于逆压电效应导致压电层中产生横向应力，进而产生一个弯曲力矩，迫使薄膜偏离平面，向周围介质中发射声压波。如公式(1)所示，弯曲振动的pmut的超声发射灵敏度st正比于压电薄膜的压电系数e31f：
6、st∝e31f (1)
7、当pmut作为超声接收器时，入射超声波使压电薄膜偏转产生横向应力，由于正压电效应，在压电薄膜两侧的电极上集聚电荷，形成电压信号，如公式(2)所示，其接收灵敏度sr正比于压电系数e31f与介电常数ε33的比值；
8、sr∝e31f/ε33 (2)
9、超声成像中，超声换能器探头既做发射器向外发射超声波，又作为接受器，接受从待成像对象处反射回来的超声波，工作模式通常是脉冲-回波模式，如公式(3)所示，pmut脉冲-回波灵敏度st·sr正比于压电系数e31的平方与介电常数ε33的比值。
10、
11、压电系数和介电常数是压电材料的基本特性，表1列举了常见压电材料中pzt和aln的压电系数和介电常数特性。
12、表1.常见压电材料中pzt和aln的性质
13、
14、比较pzt和aln两种压电材料可知，当仅作为发射超声波探头使用时，pzt的压电常数比aln的高10倍，基于公式(1)，pzt基pmut的发射灵敏度将是aln基pmut的10倍。
15、然而，仅仅作为接收超声波的探头使用时，pzt的介电常数是aln的约110倍，因此pzt基pmut的接收灵敏度将是aln基pmut的约十二分之一。在同时做发射和接收模式的超声探头时，利用pzt或者aln单一压电材料时，如表1所示，其所开发的pmut的脉冲-回波(发射-接收)信号的灵敏度相当。
16、因此，单一压电材料难以满足同时具有高压电系数和低介电常数的特性，基于单一压电材料的例如pmut-on-cmos器件不能实现同时具有超高超声波发射强度和超高超声接收灵敏度的应用需求。
17、此外，pmut制造流程包含多种薄膜(比如压电薄膜、电极薄膜等)在不同温度下的沉积以及相应薄膜在不同气氛、液体环境的刻蚀，这些加工流程可能对cmos电路造成破坏。另外不同压电材料的薄膜化、图案化工艺及在薄膜两侧沉积的电极材料也存在极大不同，因此在同一衬底上加工两种材质的pmut存在工艺不兼容问题。这导致在同一片晶圆上依次逐层制作不同压电薄膜基pmut存在很大的风险和难度，需要开发一种工艺兼容性强、便捷的含有不同类型压电材料的pmut-on-cmos集成方案。
技术实现思路
1、为缓解或解决现有技术中的上述问题的至少一个方面，提出本专利技术。
2、本专利技术的实施例涉及一种微机械超声换能器结构，包括：
3、pmut单元，包括pmut基底、第一pmut和第二pmut，每个pmut包括第一电极层、第二电极层与压电层，
4、其中：
5、第一pmut和第二pmut在横向上彼此间隔开设置在pmut基底的一侧；
6、第一pmut的压电层的压电系数高于第二pmut的压电层的压电系数，且第一pmut的压电层的介电常数低于第二pmut的压电层的介电常数。
7、本专利技术的实施例还涉及一种微机械超声换能器结构的制造方法，包括步骤：
8、提供晶体管单元，晶体管单元包括晶体管基底以及在横向方向上间隔开布置的第一晶体管和第二晶体管；以及
9、提供与晶体管单元的一侧的表面接合的pmut单元，pmut单元包括pmut基底、第一pmut和第二pmut，pmut基底与晶体管单元的一侧的表面以面接合的方式接合，每个pmut包括第一电极层、第二电极层与压电层，
10、其中：
11、第一pmut和第二pmut在横向上彼此间隔开设置在pmut基底的一侧，且分别与第一晶体管和第二晶体管在微机械超声换能器结构的厚度方向上对应；且
12、第一pmut的压电层的压电系数高于第二pmut的压电层的压电系数，第一pmut的压电层的介电常数低于第二pmut的压电层的介电常数。
13、本专利技术的实施例还涉及一种电子设备，包括上述的微机械超声换能器结构，或者上述制造方法制造的微机械超声换能器结构。
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1.一种微机械超声换能器结构，包括：
2.根据权利要求1所述的微机械超声换能器结构，其中：
3.根据权利要求1所述的微机械超声换能器结构，其中：
4.根据权利要求1-3中任一项所述的微机械超声换能器结构，还包括：
5.根据权利要求4所述的微机械超声换能器结构，其中：
6.根据权利要求5所述的微机械超声换能器结构，其中：
7.根据权利要求6所述的微机械超声换能器结构，其中：
8.根据权利要求6所述的微机械超声换能器结构，其中：
9.根据权利要求4所述的微机械超声换能器结构，其中：
10.根据权利要求9所述的微机械超声换能器结构，对于每一个PMUT和对应的晶体管，还包括：
11.根据权利要求4所述的微机械超声换能器结构，其中：
12.根据权利要求4所述的微机械超声换能器结构，其中：
13.根据权利要求1所述的微机械超声换能器结构，其中：
14.根据权利要求13所述的微机械超声换能器结构，其中：
15.一种微机械超声换能
16.根据权利要求15所述的方法，其中，提供PMUT单元的步骤包括：
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，提供PMUT单元的步骤包括：
18.根据权利要求15所述的方法，其中：
19.根据权利要求15所述的方法，其中：
20.根据权利要求19所述的方法，对于每一个PMUT和对应的晶体管，其中：
21.根据权利要求15-20中任一项所述的方法，其中：
22.根据权利要求15-21中任一项所述的方法，其中：
23.根据权利要求15-22中任一项所述的方法，其中：
24.根据权利要求15-23中任一项所述的方法，其中：
25.根据权利要求15所述的方法，其中：
26.根据权利要求25所述的方法，其中：
27.一种电子设备，包括根据权利要求1-14中任一项所述的微机械超声换能器结构，或者根据权利要求15-26中任一项所述的制造方法制造的微机械超声换能器结构。
28.根据权利要求27所述的电子设备，其中：
...【技术特征摘要】
1.一种微机械超声换能器结构，包括：
2.根据权利要求1所述的微机械超声换能器结构，其中：
3.根据权利要求1所述的微机械超声换能器结构，其中：
4.根据权利要求1-3中任一项所述的微机械超声换能器结构，还包括：
5.根据权利要求4所述的微机械超声换能器结构，其中：
6.根据权利要求5所述的微机械超声换能器结构，其中：
7.根据权利要求6所述的微机械超声换能器结构，其中：
8.根据权利要求6所述的微机械超声换能器结构，其中：
9.根据权利要求4所述的微机械超声换能器结构，其中：
10.根据权利要求9所述的微机械超声换能器结构，对于每一个pmut和对应的晶体管，还包括：
11.根据权利要求4所述的微机械超声换能器结构，其中：
12.根据权利要求4所述的微机械超声换能器结构，其中：
13.根据权利要求1所述的微机械超声换能器结构，其中：
14.根据权利要求13所述的微机械超声换能器结构，其中：
15.一种微机械超声换能器结...
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