【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件，更具体地说，涉及一种压电微机械超声换能器结构及其制备方法。
技术介绍
1、超声成像技术发展较为成熟且在医疗方面应用广泛。医用超声设备的重要器件是超声换能器(ultrasonic transducer，简称ut)，可以用来发射又可以用来接收超声波的换能原件。当ut在发射模式时，电势能通过静电力或者逆压电效应转化为换能器的振动从而产生辐射声压；在接收模式时，声压作用在换能器表面使其振动，换能器再将振动转换成电压。目前医用超声设备主要使用电容式mems(micro electromechanical system，微机电系统)超声波换能器中的电容式微机械超声换能器(capacitive micro-machinedultrasonic transducers，简称cmut)，致使超声检查探头体积大、检测精度低、灵敏度差、能量损耗大和受空气影响大等缺点。
2、近年来，压电微机械超声换能器(piezoelectric micro-machined ultrasonictransducers，简称pmut)作为一种新型的mems器件逐渐受到人们的关注。该技术可通过压电材料的压电效应使压电薄膜振动，从而可以自发自收超声波信号，具有发射效率高、灵敏度高、内阻小、无需高电压驱动等优点。此外，pmut具有器件结构简单、高度兼容标准的mems制造工艺、制造成本低、灵敏度高、信噪比高等优势，适合大规模应用。商用的pmut通常采用氮化铝(化学式为aln)和锆钛酸铅(化学式为pzt)作为压电材料；压电材料通常形成于硅或
3、但是，现有的pmut结构的灵敏度偏低，其核心原因在于aln和pzt压电材料的压电系数和机电耦合系数较低。因此，如何提升压电材料的压电系数和机电耦合系数是提升pmut结构的灵敏度的关键。
技术实现思路
1、有鉴于此，为解决上述问题，本专利技术提供一种压电微机械超声换能器结构及其制备方法，技术方案如下：
2、一种压电微机械超声换能器结构，所述压电微机械超声换能器结构包括：
3、衬底；
4、在第一方向上，依次位于所述衬底一侧的氧化物膜层、第一金属层、压电材料层和第二金属层，所述第一方向垂直于所述衬底所在平面，且由所述衬底指向所述压电材料层；
5、其中，所述压电材料层包括至少一层alscn层。
6、优选的，在上述压电微机械超声换能器结构中，所述压电材料层包括一层所述alscn层。
7、优选的，在上述压电微机械超声换能器结构中，所述压电材料层包括在所述第一方向上依次层叠设置的n组交替堆叠的压电膜层，n≥2，且n为正整数，所述交替堆叠的压电膜层包括在所述第一方向上依次层叠设置的aln层和所述alscn层。
8、优选的，在上述压电微机械超声换能器结构中，所述交替堆叠的压电膜层在所述第一方向上的厚度取值范围为8nm-40nm。
9、优选的，在上述压电微机械超声换能器结构中，所述aln层在所述第一方向上的厚度取值范围为3nm-20nm；
10、所述alscn层在所述第一方向上的厚度取值范围为5nm-20nm。
11、优选的，在上述压电微机械超声换能器结构中，所述压电材料层在所述第一方向上的总厚度取值范围为500nm-1000nm。
12、优选的，在上述压电微机械超声换能器结构中，所述氧化物膜层包括在第一方向上依次层叠设置的m层子氧化物膜层，m≥2，且m为正整数。
13、优选的，在上述压电微机械超声换能器结构中，所述压电微机械超声换能器结构还包括：
14、贯穿所述第二金属层和所述压电材料层的凹槽，所述凹槽暴露出部分所述第一金属层；
15、位于所述第一金属层上的第一电极；
16、位于所述第二金属层上的第二电极。
17、优选的，在上述压电微机械超声换能器结构中，所述衬底为射频soi衬底。
18、本申请还提供了一种压电微机械超声换能器结构的制备方法，所述压电微机械超声换能器结构的制备方法包括：
19、提供一衬底；
20、在第一方向上，依次在所述衬底的一侧形成氧化物膜层、第一金属层、压电材料层和第二金属层，所述第一方向垂直于所述衬底所在平面，且由所述衬底指向所述压电材料层；其中，所述压电材料层包括至少一层alscn层。
21、相较于现有技术，本专利技术实现的有益效果为：
22、本专利技术提供了一种压电微机械超声换能器结构及其制备方法，该压电微机械超声换能器结构包括：衬底；在第一方向上，依次位于所述衬底一侧的氧化物膜层、第一金属层、压电材料层和第二金属层，所述第一方向垂直于所述衬底所在平面，且由所述衬底指向所述压电材料层；其中，所述压电材料层包括至少一层alscn层。也就是说通过在传统的aln层中掺杂sc元素形成alscn层作为新型的压电材料层，用sc元素替代aln层中的al元素，可明显提升压电材料层的压电系数和机电耦合系数，能够克服aln层在各种压电应用中的局限性，同时仍然受益于母体材料系统的所有优点，例如高温稳定性、cmos兼容性和良好的机械性能，进而可提高压电微机械超声换能器结构的灵敏度。
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1.一种压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述压电微机械超声换能器结构包括：
2.根据权利要求1所述的压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述压电材料层包括一层所述AlScN层。
3.根据权利要求1所述的压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述压电材料层包括在所述第一方向上依次层叠设置的N组交替堆叠的压电膜层，N≥2，且N为正整数，所述交替堆叠的压电膜层包括在所述第一方向上依次层叠设置的AlN层和所述AlScN层。
4.根据权利要求3所述的压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述交替堆叠的压电膜层在所述第一方向上的厚度取值范围为8nm-40nm。
5.根据权利要求3所述的压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述AlN层在所述第一方向上的厚度取值范围为3nm-20nm；
6.根据权利要求1所述的压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述压电材料层在所述第一方向上的总厚度取值范围为500nm-1000nm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述氧化物膜层包括在第
8.根据权利要求1所述的压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述压电微机械超声换能器结构还包括：
9.根据权利要求1所述的压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述衬底为射频SOI衬底。
10.一种压电微机械超声换能器结构的制备方法，其特征在于，所述压电微机械超声换能器结构的制备方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述压电微机械超声换能器结构包括：
2.根据权利要求1所述的压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述压电材料层包括一层所述alscn层。
3.根据权利要求1所述的压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述压电材料层包括在所述第一方向上依次层叠设置的n组交替堆叠的压电膜层，n≥2，且n为正整数，所述交替堆叠的压电膜层包括在所述第一方向上依次层叠设置的aln层和所述alscn层。
4.根据权利要求3所述的压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述交替堆叠的压电膜层在所述第一方向上的厚度取值范围为8nm-40nm。
5.根据权利要求3所述的压电微机械超声换能器结构，其特征在于，所述aln层在所述第...
【专利技术属性】
技术研发人员：张雨康，何文，张巍，程令刚，
申请(专利权)人：首都医科大学附属北京天坛医院，
类型：发明
国别省市：
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