【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声传感，具体为一种双压电薄膜pmut及其制备方法。
技术介绍
1、mems(micro electromechanical system)即微机电系统，自1960年以来得到了广泛且迅速的发展，如今已经成为在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。mems系统通过使用电容、压电、谐振等敏感元件来感受外界的物理信号并将物理信号转换为可量化和处理的电信号，该系统包括压力、加速度和超声等各种传感器件。为了实现这些传感器产品商业化的目标，更小的尺寸、更低的成本和更好的器件性能越来越重要。
2、压电超声换能器(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer，pmut)属于mems器件的一种，它由悬空在空腔上方的薄膜叠层和衬底组成，该叠层包括上电极/压电层/下电极组成，上下电极施加电压激励，被电极覆盖区域的压电层由于逆压电效应将电能转化为机械能，机械力与到固支边界的力臂相互作用产生沿垂直方向的位移，从而促使薄膜以一定的频率振动向周边介质辐射超声波。器件的频率主要由结构层和压电层的厚度和半径决定，因此可以通过设计这两层的尺寸来得到需求的谐振频率。同时，pmut也可以作为接收端来接收超声波，声波促使薄膜产生变形，由于压电效应在压电层内会产生一定大小的电信号，可以对该电信号做利用和处理来开发应用，如超声测距、手势识别和超声成像等。器件的性能越好越稳定，产品的开发越容易，如对于超声测距，距离越远回波信号衰减越大，如果能够提高单个pmut器件的声压级(spl)，
3、公告号为cn107511318的中国专利技术专利，公开了一种“压电超声换能器及其制备方法”，采用弹性结构层减小了器件刚度，使得器件对应力更加更敏感，减小了受激励电压的频率线性范围，但器件工作时频率容易发生偏移，器件工作稳定性差，且单层压电层使器件产生的振幅和声压也不够高。
4、公告号为cn114890372的中国专利技术专利，公开了“一种带隔离沟槽的pmut的设计及制备方法”，采用圆环状隔离沟槽结构，四端设有连接桥，且连接桥将隔离沟槽均分为四段，实现阵列中单个器件相互独立。该设计存在的缺陷是连接桥线宽小，当承受较大激励电压，器件振动时，容易崩断连接桥，损坏器件，物理性能差。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种双压电薄膜pmut及其制备方法，采用双层紧密接触的压电薄膜结构，底层压电薄膜保证了上层压电薄膜生长的高c轴取向，提高了薄膜质量，此外，双压电薄膜可以产生比传统单层压电薄膜器件更高的压电响应。同时，通过工艺过程中通过调节工艺参数使器件内部应力控制在一定的大小，优化器件性能。
2、本专利技术的技术解决方案如下：
3、
4、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
5、1)用双层紧密接触的压电薄膜结构，底层压电薄膜保证了上层压电薄膜生长的高c轴取向，提高了薄膜质量。
6、2)通过双层压电结构和工艺制备结合，在器件内部形成一定大小的应力来优化器件机电耦合系数，有效提升器件性能。
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1.一种双压电薄膜压电超声换能器，包括自下而上依次层叠的衬底、种子层、底部电极层、顶部电极层、绝缘层和引线层，其特征在于，所述衬底自下而上包括底硅层、埋氧层和结构硅层，该衬底的中心开设有空腔，该空腔由所述底硅层截止到埋氧层，并在所述结构硅层呈圆弧状；在所述底部电极层和顶部电极层之间自下而上设有第一压电层和第二压电层，所述第一压电层可确保第二压电层生长的高c轴取向，从而使在相同激励电压下，双层压电层具备更高动态振幅。
2.根据权利要求1所述的双压电薄膜压电超声换能器，其特征在于，所述第一压电层和第二压电层的材料相同，且直径为空腔直径60％～80％的圆形。
3.根据权利要求2所述的双压电薄膜压电超声换能器，其特征在于，所述第一压电层和第二压电层的材料选用1μmSc0.2AlN0.8+0.2μmSc0.096AlN0.904，其中所述第一压电层的厚度比所述所述第二压电层的厚度厚。
4.根据权利要求3所述的双压电薄膜压电超声换能器，其特征在于，通过在工艺过程中调节薄膜应力优化机电耦合系数，包括沉积薄膜将所用气流比设置为1：5；沉积双压电层时温度设置在3
5.根据权利要求1所述的双压电薄膜压电超声换能器，其特征在于，所述种子层的材料为掺钪氮化铝(Sc0.096AlN0.904)，且与所述第一压电层的材料一致。
6.根据权利要求1所述的双压电薄膜压电超声换能器，其特征在于，所述底部电极层的材料为钼(Mo)，形状为圆形，且直径小于所述空腔的直径。
7.根据权利要求1所述的双压电薄膜压电超声换能器，其特征在于，所述顶部电极层的材料为钼(Mo)，且覆盖于所述第二压电层上。
8.根据权利要求1所述的双压电薄膜压电超声换能器，其特征在于，所述绝缘层的材料为二氧化硅，且覆盖于整个单元表面，该绝缘层的中心与两侧均开设有用于引线连接的孔，且中心孔的直径稍小于所述顶部电极层的直径，两侧孔的位置正对所述底部电极层相对于压电层多余的边缘部分。
9.根据权利要求1所述的双压电薄膜压电超声换能器，其特征在于，所述引线层的材质为Al/Cu，且引线层其中一部分沉积并接触底部电极层引出，另一部分沉积并接触顶部电极层引出。
10.一种权利要求1-9任一所述双压电薄膜压电超声换能器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种双压电薄膜压电超声换能器，包括自下而上依次层叠的衬底、种子层、底部电极层、顶部电极层、绝缘层和引线层，其特征在于，所述衬底自下而上包括底硅层、埋氧层和结构硅层，该衬底的中心开设有空腔，该空腔由所述底硅层截止到埋氧层，并在所述结构硅层呈圆弧状；在所述底部电极层和顶部电极层之间自下而上设有第一压电层和第二压电层，所述第一压电层可确保第二压电层生长的高c轴取向，从而使在相同激励电压下，双层压电层具备更高动态振幅。
2.根据权利要求1所述的双压电薄膜压电超声换能器，其特征在于，所述第一压电层和第二压电层的材料相同，且直径为空腔直径60％～80％的圆形。
3.根据权利要求2所述的双压电薄膜压电超声换能器，其特征在于，所述第一压电层和第二压电层的材料选用1μmsc0.2aln0.8+0.2μmsc0.096aln0.904，其中所述第一压电层的厚度比所述所述第二压电层的厚度厚。
4.根据权利要求3所述的双压电薄膜压电超声换能器，其特征在于，通过在工艺过程中调节薄膜应力优化机电耦合系数，包括沉积薄膜将所用气流比设置为1：5；沉积双压电层时温度设置在300℃，沉积上下电极时温度设在200℃；沉积前将晶圆先放在...
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