[實用新型]多頻率的壓電超聲發生器

有效

• 申請號: 201720717544.9
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN206997020U
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 王德波;李江南;張煥卿
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 劉莎

技術領域

本實用新型涉及一種多頻率的壓電超聲發生器及其制備方法，屬于超聲、微電子機械系統技術領域。

背景技術

超聲波是一種頻率高于20000 赫茲的聲波，超聲波因其頻率下限大約等于人的聽覺上限而得名。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性，因而通過超聲波產生、傳播及接收的過程從而完成一種超聲技術。

近20多年來，隨著MEMS技術的飛速發展，對MEMS懸臂梁結構進行深入的研究，使得MEMS技術應用于超聲發生器成為可能。超聲技術在生物醫學、能量收集等領域中有著廣泛的應用。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種多頻率的壓電超聲發生器，通過采用MEMS懸臂梁技術設計了不同長度的MEMS懸臂梁，從而實現超聲發生器的頻率性選擇。該超聲發生器具有結構小型化，操作簡單，易集成等特點。

本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案：

本實用新型提供一種多頻率的壓電超聲發生器，該壓電超聲發生器以硅為襯底，在硅襯底上設有MEMS懸臂梁下拉電極和MEMS懸臂梁橋墩；所述MEMS懸臂梁橋墩上設有MEMS懸臂梁陣列，所述MEMS懸臂梁陣列中的每個MEMS懸臂梁的一端固定在MEMS懸臂梁橋墩上，另一端為自由端；每個MEMS懸臂梁下方分別設置一個MEMS懸臂梁下拉電極，每個MEMS懸臂梁下拉電極上設置有壓電材料層。

作為本實用新型的進一步優化方案，MEMS懸臂梁陣列中的每個MEMS懸臂梁長度均不相同。

作為本實用新型的進一步優化方案，MEMS懸臂梁陣列中的MEMS懸臂梁數目為5。

作為本實用新型的進一步優化方案，所述硅襯底為高阻硅SOI襯底。

作為本實用新型的進一步優化方案，壓電材料為ZnO。

本實用新型采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

1、該壓電超聲發生器具有不同長度的MEMS懸臂梁陣列結構，因此可以產生不同頻率的超聲信號，可以是一系列頻率離散的超聲信號，也可以是頻率連續的超聲信號；

2、該壓電超聲發生器具有不同長度的MEMS懸臂梁陣列結構，因此可以提高系統的超聲產生的效率，而且可以改善系統頻率的容錯誤差；

3、該壓電超聲發生器采用的是MEMS懸臂梁結構,因此該結構具有體積小、重量輕，易于其它器件集成，如植入式生物芯片。

附圖說明

圖1是不同長度MEMS懸臂梁陣列結構的壓電超聲發生器的俯視圖。

圖2是單頻率的壓電超聲發生器的截面圖。

圖中：1為硅襯底，2為MEMS懸臂梁下拉電極，3為MEMS懸臂梁，4為MEMS懸臂梁橋墩，5為壓電材料ZnO層，6為MEMS懸臂梁固定端，7為MEMS懸臂梁自由端。

圖3是上下極板之間加上電壓激勵后單頻率的壓電超聲發生器的截面圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明：

本實用新型提供一種多頻率的壓電超聲發生器，以高阻硅為襯底1，在襯底上設計有MEMS懸臂梁下拉電極2、不同長度的MEMS懸臂梁3陣列、壓電材料ZnO層5。如圖1所示，將不同長度的MEMS懸臂梁陣列與MEMS懸臂梁下拉電極作為電容器的兩個平行導電板，中間有一定間隔。不同長度的MEMS懸臂梁一端作為固定端固定在橋墩4上，另一端作為自由端可以上下移動。

如果在MEMS懸臂梁下拉電極2和MEMS懸臂梁3之間施加電壓，由于MEMS懸臂梁固定端6不可移動而MEMS懸臂梁自由端7可上下移動，當施加電壓后MEMS懸臂梁3在靜電力作用下會彎曲。當彎曲足夠大時，MEMS懸臂梁自由端7會接觸到壓電材料ZnO 5上，此時MEMS懸臂梁下拉電極2與MEMS懸臂梁3之間的電勢差減小，靜電力減小，在MEMS懸臂梁3的彈性回復力作用下，MEMS懸臂梁3恢復到初始位置。然后，靜電力又再次將MEMS懸臂梁向下拉動，反復此過程。由于MEMS懸臂梁3具有不同的長度，特征頻率也不同，從而此結構可以產生多頻率的超聲波。