[發明專利]具有多層電極的微加工聲換能器

無效

• 申請號: 200810215255.4
• 申請日: 2008-09-22
• 公開（公告）號: CN101394685A
• 公開（公告）日: 2009-03-25
• 發明（設計）人: P·A·沃納;I·拉達鮑姆;K·J·杰克遜
• 申請（專利權）人: 美國西門子醫療解決公司
• 主分類號: H04R19/00
• 分類號: H04R19/00;H04R31/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 盧 江;劉春元

技術領域

本發明涉及電容式膜超聲換能器(CMUT)。尤其，為CMUT提供電極結構。

背景技術

典型的1D或者2D超聲換能器包括數百個甚至數千個獨立的換能器元件。對于CMUT(capacitive?membrane?ultrasonic?transducer)，多個(例如數十個，數百個，數千個)單元可以被一起用于形成單個元件。

CMUT的單元典型地具有由膜(membrane)覆蓋的空隙(void)(真空間隙)。電極被安置在膜上或者膜內并且另一個被安置在空隙基底處。所述電極暴露于空隙或者可以通過電絕緣體與空隙分離。為產生聲能，DC偏壓和電學上變化的信號被施加在電極兩端，導致膜彎曲。為產生電能，聲感應的膜彎曲在兩個電極之間產生差分電信號。

為CMUT跨越真空間隙維持十分大的電場以便產生同等于壓電換能器的傳輸壓力。例如，需要每米12-13億伏特以便在10MHz處獲得1.5兆帕斯卡輸出壓力。當暴露于這些高電場時，絕緣體可能失去其絕緣特性并且開始泄漏電流。穿進絕緣體并且被俘獲的或者從絕緣體表面發射并且沖擊對面絕緣體的電子可以改變空隙中的電場。隨著時間，改變的電場可能降低CMUT聲學性能。

歷史上，試圖防止隨時間推移的充電退化集中于一個或者兩個絕緣體部分或者全部被移除或者未被提供的CMUT上。導電電極暴露于空穴(cavity)。只要所施加的電場低于所暴露的導電表面的場發射的閾值，隨時間的推移，這些CMUT結構比被絕緣的CMUT經歷較小的充電退化(charging?degradation)。然而，電不對稱性可能限制在雙極應用中的使用。在頂部和底部電極之間可能有不斷增加的短路，降低設備收益和增加患者的安全擔憂。

發明內容

通過介紹，以下所描述的實施例包括用于在電能和聲能之間轉換并形成換能器的方法、換能器和系統。一個或者多個電極包括多層導電的或者半導電的材料。這些層在布置中可以與絕緣體或者空穴相鄰以便減少電退化。例如，具有較低功函數和較小電阻率的導電層通過具有較高功函數和較大電阻率的導電層從絕緣體隔開。由于所使用的材料的類型和相對位置，隨時間的推移，電極材料的不同層可能提供較少的電退化。

在第一方面中，膜超聲換能器被提供用于在電能和聲能之間轉換。膜被支撐在襯底上。空穴將膜與襯底分離。與第二電極相比較，第一電極在空穴的相對側。第一絕緣層將第一電極從空穴分離。第一電極具有彼此歐姆接觸的至少兩個導電的或者半導電的層。

在第二方面中，提供用于形成電容式膜超聲換能器的方法。經由空隙形成柔性結構。在空隙的相對側上形成電極。第一電極鄰近柔性結構。為形成電極中的至少一個，至少兩個不同的導體以鄰近絕緣層的方式被分層。

在第三方面中，電容式膜超聲換能器被提供用于在電能和聲能之間轉換。所述換能器具有空穴和第一電極，所述第一電極被第一絕緣體從空穴隔開。第一電極是兩個或者多個導電的半導電的薄膜的堆棧，其中所述兩個或者多個不同的薄膜中的僅僅一個與在CMUT設備的高場區內的絕緣體主要物理接觸。

本發明由下列權利要求限定，并且在此部分中沒有什么應該被看作對所述權利要求的限制。下面將結合優選的實施例討論本發明其它方面和優點。在這或者下面所討論的方面或者其它特征可以在后面獨立地或者組合地被要求。

附圖說明

部件和圖并不必要按比例的，而重點是放在解說本發明的原理上。此外，在圖中，同樣的參考符號貫穿不同的圖表示相應的部分。

圖1是具有分層電極的CMUT單元的一個實施例的截面視圖；

圖2是用于形成具有多層電極的CMUT的方法的一個實施例的流程圖；

圖3A-D示出具有分層電極的CMUT單元的可替代的實施例。

具體實施方式