[發明專利]靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT及其使用方法和制備方法

有效

• 申請號: 201811033280.0
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109092649B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 李支康;趙立波;李杰;趙一鶴;羅國希;徐廷中;郭帥帥;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B06B1/02
• 分類號: B06B1/02;B06B1/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT，其特征在于，包括上電極(1)、振動薄膜(2)、空腔(3)、壓電支柱(4)、絕緣層(5)和下電極(6)，壓電支柱(4)由壓電材料制成，空腔(3)沿壓電支柱(4)的厚度方向貫穿壓電支柱(4)，振動薄膜(2)、壓電支柱(4)和下電極(6)自上而下依次設置并一道將空腔(3)密封；絕緣層(5)設置于下電極(6)的上表面并處于空腔(3)對應的區域內，絕緣層(5)的外邊緣與壓電支柱(4)的內側面之間具有間隙。

2.根據權利要求1所述的靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT，其特征在于，壓電支柱(4)采用PZT壓電材料、AlN壓電材料、PVDF壓電材料或ZnO壓電材料。

3.根據權利要求1所述的靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT，其特征在于，絕緣層(5)的外邊緣與壓電支柱(4)內側面之間的間隙為壓電支柱(4)工作過程中最大橫向應變的至少一半。

4.根據權利要求1所述的靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT，其特征在于，下電極(6)為低阻導電材料，電阻率不大于0.001Ω·cm；絕緣層(5)采用SiO₂絕緣材料或Si₃N₄絕緣材料。

5.根據權利要求1-4任意一項所述的靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT，其特征在于，當振動薄膜(2)采用不導電材料制成時，上電極(1)覆蓋整個振動薄膜(2)區域，該區域包括空腔(3)上側懸空的振動薄膜區域以及固定于壓電支柱(4)上側的振動薄膜區域。

6.根據權利要求1-4任意一項所述的靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT，其特征在于，當振動薄膜(2)采用低阻導電材料制成時，振動薄膜(2)同時用作上電極。

7.根據權利要求1-4任意一項所述的靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT，其特征在于，下電極(6)覆蓋整個空腔(3)區域以及壓電支柱(4)區域。

8.權利要求1所述的靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT的使用方法，其特征在于：

所述靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT用作超聲波發射換能器，使用過程如下：

對靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT加載正向極性直流偏置電壓，此時壓電支柱(4)拉伸，空腔(3)的高度增大，空腔(3)的高度大于在無電壓作用下的初始空腔高度，再對靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT疊加交流電壓，振動薄膜(2)發生振動，發射超聲波；

所述靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT用作超聲波接收換能器，使用過程如下：

對靜電-壓電混合驅動收發一體化CMUT加載反向極性直流偏置電壓，此時壓電支柱(4)壓縮，空腔(3)高度減小，空腔(3)高度小于在無電壓作用下的初始空腔高度，在入射超聲波作用下，振動薄膜(2)發生振動，產生可探測的電信號，實現超聲波的接收。