[發(fā)明專利]柔性MEMS超聲波換能器及其制作方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201811605619.X | 申請(qǐng)日： | 2018-12-26 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN109622347A | 公開（公告）日： | 2019-04-16 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 馮雪;王志建;陳穎 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 浙江清華柔性電子技術(shù)研究院 |
| 主分類號(hào)： | B06B1/06 | 分類號(hào)： | B06B1/06 |
| 代理公司： | 上海波拓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31264 | 代理人： | 李萌 |
| 地址： | 314000 浙江省*** | 國(guó)省代碼： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 氮化鋁膜層 超聲波換能器 鋁基 超聲波換能單元 下電極 壓電層 氮化處理 電極形成 依次層疊 電極 結(jié)合力 膜層 制作 | ||
本發(fā)明提供了柔性MEMS超聲波換能器及其制作方法，該柔性MEMS超聲波換能器包括超聲波換能單元，所述超聲波換能單元包括下電極、壓電層及上電極，所述下電極包括鋁基底，所述壓電層包括第一氮化鋁膜層及第二氮化鋁膜層，所述鋁基底、所述第一氮化鋁膜層及所述第二氮化鋁膜層依次層疊設(shè)置，所述上電極形成于所述第二氮化鋁膜層上，所述第一氮化鋁膜層由所述鋁基底的表面經(jīng)過氮化處理而形成。該柔性MEMS超聲波換能器中各膜層之間的結(jié)合力較好。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及柔性技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種柔性MEMS超聲波換能器及其制作方法。
背景技術(shù)
基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的超聲波換能器與傳統(tǒng)宏觀的超聲波換能器相比，具有體積小，易陣列化，易集成，易與IC工藝兼容等特點(diǎn)。基于MEME技術(shù)的壓電式超聲波換能器因具有電阻小，驅(qū)動(dòng)電壓低，易與前端電路匹配，且制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。壓電式超聲波換能器的典型結(jié)構(gòu)是由下電極、壓電層、上電極組成的三明治結(jié)構(gòu)，當(dāng)上、下電極上加入正弦交變電場(chǎng)時(shí)，壓電薄膜交替振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波。
超聲波是指頻率高于20KHz的聲波，具有方向性好，穿透力強(qiáng)，能量集中，在水中傳輸距離遠(yuǎn)，可用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等方面，在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著非常多的應(yīng)用。
柔性MEMS超聲波換能器件在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以任意卷曲，與待測(cè)表面貼合，增加了超聲波與待測(cè)表面的能量傳輸，對(duì)于復(fù)雜表面的探傷或檢測(cè)有獨(dú)特的效果。柔性MEMS超聲波換能器在發(fā)動(dòng)機(jī)零件、渦輪機(jī)、反應(yīng)器彎管、鐵軌等復(fù)雜表面進(jìn)行超聲波成像，可以檢查機(jī)器部件和建筑構(gòu)件的深層缺陷和損壞。
傳統(tǒng)柔性MEMS超聲換能器是以聚酰亞胺薄膜作為襯底，在其表面添加掩膜版，磁控濺射依次沉積金屬底電極，壓電陶瓷薄膜和金屬上電極，形成柔性超聲換能器件。由于磁控濺射工藝沉積的各層薄膜之間的結(jié)合是靠范德華力，層與層之間的結(jié)合力差，器件多次彎曲后易分層開裂，降低可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種柔性MEMS超聲波換能器及其制作方法，該柔性MEMS超聲波換能器中各膜層之間的結(jié)合力較好。
本發(fā)明提供了一種柔性MEMS超聲波換能器，包括超聲波換能單元，所述超聲波換能單元包括下電極、壓電層及上電極，所述下電極包括鋁基底，所述壓電層包括第一氮化鋁膜層及第二氮化鋁膜層，所述鋁基底、所述第一氮化鋁膜層及所述第二氮化鋁膜層依次層疊設(shè)置，所述上電極形成于所述第二氮化鋁膜層上，所述第一氮化鋁膜層由所述鋁基底的表面經(jīng)過氮化處理而形成。
進(jìn)一步地，包括柔性基板，多個(gè)所述超聲波換能單元陣列布設(shè)于所述柔性基板上。
進(jìn)一步地，所述第二氮化鋁膜層為通過沉積工藝形成的第二氮化鋁膜層。
進(jìn)一步地，所述下電極還包括襯底層，所述鋁基底形成于所述襯底層上。
進(jìn)一步地，所述襯底層為鋁材質(zhì)金屬，所述襯底層與所述鋁基底形成于一體。
進(jìn)一步地，所述襯底層為鋁合金，所述鋁基底形成于所述襯底層上。
進(jìn)一步地，所述襯底層為非鋁金屬箔，所述下電極還包括第一過渡膜層及第二過渡膜層，所述第一過渡膜層設(shè)置于所述襯底層上，所述第二過渡膜層形成于所述第一過渡膜層上，所述鋁基底形成于所述第二過渡膜層上，所述第一過渡膜層為與襯底層同材質(zhì)金屬形成的膜層，所述第二過渡膜層為鋁與襯底層同材質(zhì)金屬的合金的膜層。
進(jìn)一步地，所述第一過渡膜層為由所述襯底層同材質(zhì)的金屬在所述襯底層上通過沉積工藝形成的膜層，所述第二過渡層為在所述第一過渡膜層上通過磁過濾多弧離子鍍方法沉積所述鋁基底的同時(shí)形成的合金膜層，所述第二過渡層位于所述第一過渡膜層和所述鋁基底之間。
進(jìn)一步地，所述柔性基板為由PI、PET及LCP材質(zhì)中的一種或多種制成的柔性高分子薄膜。
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