[發(fā)明專利]一種基于硅基透鏡的鈧摻雜AlN高頻超聲換能器的制備方法

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• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108483391A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 費春龍;林鵬飛;劉志勇;李迪;楊銀堂
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué);陜西博縱電子科技有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 陳新勝

本發(fā)明公開了一種基于硅基透鏡的鈧摻雜AlN高頻超聲換能器的制備方法，該基于硅基透鏡的鈧摻雜AlN高頻超聲換能器的制備方法具體步驟如下：S1：硅基透鏡的制作，S2：底部電極的制作，S3：頂部電極的制作，S4：頂部電極、底部電極與SMA接口連線。本發(fā)明中，透鏡材料選用硅，相比于傳統(tǒng)藍寶石透鏡使用的傳統(tǒng)的研磨技術(shù)，硅基透鏡可以使用非機械的刻蝕技術(shù)，對于高級換能器結(jié)構(gòu)，使在硅基透鏡上制作多層透鏡成為可能，并且硅晶體比藍寶石晶體成本更低。透鏡制備過程使用了MEMS光刻和刻蝕技術(shù)，使制作的微小的聲透鏡具有高度球狀和較小的表面粗糙成為可能，并且可以制作一批一致性良好的透鏡。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲換能器的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于硅基透鏡的鈧摻雜AlN高頻超聲換能器的制備方法。

背景技術(shù)

高頻超聲在高分辨超聲顯微成像、細胞研究、生物組織工程等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。高頻超聲的應(yīng)用往往依賴于高的工作頻率和聚焦程度以期獲得窄的聲束寬度和空間分辨率。超聲換能器作為超聲波激發(fā)和接收的載體，高性能的高頻超聲換能器顯得尤為重要。聲學(xué)鑷子，是以聲音作為鑷子的系統(tǒng)，可以無接觸的對單個細胞或納米大小的顆粒進行操控，在生物組織工程、細胞研究和藥物篩選等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的前景。傳統(tǒng)的換能器制備工藝把壓電陶瓷或者單晶通過研磨工藝加工至微米量級以滿足頻率需求，該方法困難而耗費。為了解決這個問題，本發(fā)明采用了壓電薄膜技術(shù)，并相應(yīng)選用鈧摻雜氮化鋁作為壓電材料。傳統(tǒng)聲透鏡使用氧化鋁材料，使用機械研磨方法制作。隨著換能器的工作頻率提高，對透鏡的小半徑和高度球狀的要求更為嚴格。隨著透鏡半徑的減小，傳統(tǒng)研磨方法制作工藝變得非常困難。與氧化鋁透鏡相比，硅材料可以不使用機械方法，使用刻蝕的方法制作小尺寸透鏡，其優(yōu)點如下：1.用MEMS光刻和刻蝕技術(shù)制作的透鏡均一性好。2.對于復(fù)雜換能器結(jié)構(gòu)，使在硅基透鏡上制作多層透鏡成為可能。3.硅晶比氧化鋁晶體便宜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于硅基透鏡的鈧摻雜AlN高頻超聲換能器的制備方法，該基于硅基透鏡的鈧摻雜AlN高頻超聲換能器的制備方法具體步驟如下：

S1：硅基透鏡的制作，結(jié)合MEMS技術(shù)，干法和濕法腐蝕，制作過程包括硬質(zhì)掩膜的制備，光刻，離子反應(yīng)刻蝕，HNA刻蝕，掩膜層的移除完成硅基透鏡的制作；

S2：底部電極的制作，在透鏡底部濺射底部電極，在底部電極上用射頻濺射沉積理想厚度鈧摻雜氮化鋁作為壓電材料；

S3：頂部電極的制作，在壓電材料底部電極相反一側(cè)通過結(jié)合剝離工藝和濺射技術(shù)沉積一定形狀的頂部電極；

S4：頂部電極、底部電極與SMA接口連線，切割機切割陣元晶片至指定大小，用導(dǎo)線完成頂部電極、底部電極與SMA接口連線，最后將器件裝入提供射頻屏蔽的黃銅導(dǎo)管內(nèi)。

優(yōu)選的，所述透鏡材料選用硅。

優(yōu)選的，所述透鏡制備過程使用了MEMS光刻和刻蝕技術(shù)，聲透鏡具有高度球狀和較小的表面粗糙。

優(yōu)選的，所述濕法腐蝕刻蝕硅的溶劑為HNA溶液，其由體積濃度20％HF，體積濃度35％的HNO₃和體積濃度55％的CH₃COOH組成

優(yōu)選的，所述壓電材料為鈧摻雜的氮化鋁。

優(yōu)選的，所述壓電材料采用射頻濺射的方法，得到微米級厚度的壓電層。

優(yōu)選的，所述換能器底部電極偏向器件一側(cè)，沒有完全被壓電薄膜覆蓋。