[發明專利]單片壓電換能器及其制作方法

有效

• 申請號: 201310020999.1
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103943772A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 董蜀湘;陳建國
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L41/047
• 分類號: H01L41/047;H01L41/08;H01L41/29;H01L41/257
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 劉芳

技術領域

本發明涉及壓電器件技術，尤其涉及一種工作在縱壓電、彎運動模式的單片壓電換能器及其制作方法。

背景技術

壓電換能器是利用壓電材料的正、逆壓電效應制作的智能器件，具有尺寸小、線性好、控制方便、位移分辨率高、頻率響應好、能耗低、無噪聲等特點，在精密光學、微型機械、微電子技術等高新技術領域得到了廣泛應用。

在現有技術中，作為壓電換能器中常見的剛性位移驅動器，主要包括多層式驅動器、彩虹式（Rainbow）驅動器、月牙式（Moonie）驅動器、鈸式（Cymbals）驅動器以及單（雙）晶片驅動器等；并且，可通過將壓電換能器設計工作在彎-張運動模式，以獲得較大的位移量，將壓電體產生的微小位移放大成一個彈性片大的彎曲位移，例如常見的Rainbow驅動器、Moonie驅動器和Cymbals驅動器等。

但是，彎-張運動模式換能器結構相對較為復雜；傳統單（雙）晶片驅動器是將一個或兩個壓電片與一個金屬彈性片復合成懸臂梁結構，通過壓電片沿縱軸方向的不對稱伸縮，直接獲得較大的彎曲位移。這種換能器具有結構簡單、位移量大等優點，但它們的制作需要用到有機粘結劑將不同片狀材料復合在一起，不適宜于極端苛刻環境，例如高、低溫環境下使用，另外，由于現有換能器均利用的是橫向低壓電系數d31模式工作，壓電驅動性能較差。

綜上，現有壓電驅動器通常采用層狀結構，壓電器件的結構復雜，制作工藝復雜，制作成本高；同時，因層狀結構的結合部分限制，導致壓電驅動器環境的適應性較差，特別是高溫或低溫環境下使用受到限制。

發明內容

本發明提供一種單片壓電換能器及其制作方法，以有效克服現有層狀結構壓電器件存在的結構復雜以及環境適應性較差的缺陷，簡化壓電換能器的結構和制作工藝，提高壓電換能器的環境適應性。

本發明提供一種單片壓電換能器，包括：

呈圓形或正多邊形的壓電片，所述壓電片的上表面和下表面分別設置有第一叉指電極和第三叉指電極，所述第一叉指電極和第三叉指電極上下對稱設置，所述第一叉指電極具有至少兩個第一分電極，第三叉指電極具有至少兩個第三分電極；

所述壓電片的上表面和下表面還分別設置有上下對稱設置的第二叉指電極和第四叉指電極，所述第二叉指電極和第四叉指電極分別具有至少兩個第二分電極和第四分電極，每個第一分電極、每個第二分電極、每個第三分電極和每個第四分電極均關于所述壓電片的中心軸呈中心對稱，且所述至少兩個第二分電極和第四分電極在所述壓電片的上表面和下表面分別與所述至少兩個第一分電極和第三分電極交錯設置；

所述壓電片分別通過施加在所述第一叉指電極和第二叉指電極之間，以及第三叉指電極和第四叉指電極之間的直流電壓作用下，在所述壓電片的上表面壓電層和下表面壓電層分別形成交叉極化區域。

本發明還提供一種單片壓電換能器的制作方法，包括：

在壓電片的上表面設置第一叉指電極和第二叉指電極，在所述壓電片的下表面設置第三叉指電極和第四叉指電極，其中，所述第一叉指電極和第三叉指電極上下對稱設置，所述第二叉指電極和第四叉指電極上下對稱設置，所述第一叉指電極、第二叉指電極、第三叉指電極和第四叉指電極分別具有至少兩個第一分電極、第二分電極、第三分電極和第四分電極，所述第一分電極、第二分電極、第三分電極和第四分電極均關于所述壓電片的中心軸呈中心對稱，且所述至少兩個第二分電極和第四分電極在所述壓電片的上表面和下表面分別與所述至少兩個第一分電極和第三分電極交錯設置；

在所述第一叉指電極和第二叉指電極之間、以及第三叉指電極和第四叉指電極之間施加直流電壓，對所述壓電片的上表面壓電層和下表面壓電層進行交叉極化，使所述壓電片的上表面壓電層和下表面壓電層分別形成至少兩個交叉極化區域。