[發明專利]多方向的壓電超聲發生器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710468911.0
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107138380B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 王德波;辛濟昊;白雪婧
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

1.多方向的壓電超聲發生器，其特征在于，該壓電超聲發生器以硅為襯底，在硅襯底上設有三角形橋墩，在所述三角形橋墩的三個側面分別設有一個MEMS懸臂梁；每個所述MEMS懸臂梁的一端固定在三角形橋墩上，另一端為自由端；每個所述MEMS懸臂梁的下方的硅襯底上分別設有一個MEMS懸臂梁下拉電極；每個MEMS懸臂梁下拉電極上設有壓電材料層；

在MEMS懸臂梁和其下方的MEMS懸臂梁下拉電極之間施加電壓，產生的靜電力使得MEMS懸臂梁發生彎曲，當彎曲達到一定程度時，MEMS懸臂梁的自由端與其下方的MEMS懸臂梁下拉電極上的壓電材料接觸，此時MEMS懸臂梁與其下方的MEMS懸臂梁下拉電極之間的電勢差為零，靜電力消失，在MEMS懸臂梁的彈性回復力作用下，MEMS懸臂梁恢復到初始位置；然后，靜電力又再次使得MEMS懸臂梁發生彎曲，反復此過程，MEMS懸臂梁發生諧振運動，從而產生與MEMS懸臂梁特征頻率相同的超聲波；

通過在每個MEMS懸臂梁和其下方的MEMS懸臂梁下拉電極之間分別單獨施加電壓，或在三個在MEMS懸臂梁和其下方的MEMS懸臂梁下拉電極之間以不同組合方式施加相同電壓，或在三個MEMS懸臂梁和其下方的MEMS懸臂梁下拉電極之間同時施加大小相同的電壓，實現壓電超聲發生器的方向性選擇。

2.根據權利要求1所述的多方向的壓電超聲發生器，其特征在于，相鄰兩個所述MEMS懸臂梁之間呈120°角。

3.根據權利要求1所述的多方向的壓電超聲發生器，其特征在于，所述壓電材料為ZnO。

4.根據權利要求1所述的多方向的壓電超聲發生器，其特征在于，所述硅襯底為高阻硅SOI襯底。

5.多方向的壓電超聲發生器的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下具體步驟：

(1)準備硅襯底；

(2)去除在MEMS懸臂梁下拉電極、三角形MEMS懸臂梁橋墩處的光刻膠；

(3)濺射金，形成MEMS懸臂梁下拉電極和三角形MEMS懸臂梁橋墩；

(4)用等離子體增強化學氣相淀積法工藝在MEMS懸臂梁下拉電極上生長壓電材料層；

(5)在硅襯底上涂覆聚酰亞胺犧牲層，并光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留MEMS懸臂梁下的犧牲層；

(6)電鍍金，形成MEMS懸臂梁；

(7)用顯影液釋放MEMS懸臂梁下方的聚酰亞胺犧牲層，并用無水乙醇脫水，形成懸浮的MEMS懸臂梁結構。

6.根據權利要求5所述的多方向的壓電超聲發生器的制備方法，其特征在于，步驟(1)中硅襯底為高阻硅SOI襯底。

7.根據權利要求5所述的多方向的壓電超聲發生器的制備方法，其特征在于，步驟(3)中濺射金的厚度為0.5μm，步驟(4)中壓電材料層的厚度為1μm，步驟(5)中聚酰亞胺犧牲層的厚度為1μm，步驟(6)中電鍍金的厚度為1μm。

8.根據權利要求5所述的多方向的壓電超聲發生器的制備方法，其特征在于，步驟(4)中壓電材料為ZnO。

9.根據權利要求5所述的多方向的壓電超聲發生器的制備方法，其特征在于，步驟(6)中形成的MEMS懸臂梁中相鄰兩個之間呈120°角。