[發明專利]一種壓電發射電容感知高性能MUT單元及其制備方法

有效

• 申請號: 201910702669.8
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110523607B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 趙立波;郭帥帥;徐廷中;李支康;楊萍;李杰;趙一鶴;劉子晨;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;G01H11/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 郭瑤

1.一種壓電發射電容感知高性能MUT單元，其特征在于，包括電容感知模塊(1)與壓電發射模塊(2)，所述電容感知模塊(1)包括電容上極板(1-1)和設置在電容上極板(1-1)下方的電容下極板(1-2)，所述電容上極板(1-1)和電容下極板(1-2)之間具有電容感知空腔(4)，所述電容下極板(1-2)覆蓋在壓電發射模塊(2)上表面；所述壓電發射模塊(2)包括自上至下依次設置的驅動膜結構層(2-1)，驅動膜壓電層(2-2)，薄膜鍵合層(2-3)，支柱(2-5)和基底(2-6)，所述基底(2-6)上端面設置有支柱(2-5)和凸起(2-7)，所述支柱(2-5)和凸起(2-7)上覆蓋有薄膜鍵合層(2-3)，所述薄膜鍵合層(2-3)中嵌設有壓電膜下電極(2-2-3)；

支柱(2-5)、基底(2-6)、凸起(2-7)以及薄膜鍵合層(2-3)圍合形成壓電發射空腔(5)，所述壓電發射空腔(5)上方的驅動膜結構層(2-1)與驅動膜壓電層(2-2)的懸空部分組成環形振動薄膜(6)；

所述電容上極板(1-1)的直徑大于環形振動薄膜(6)的內徑，且小于環形振動薄膜(6)的外徑。

2.根據權利要求1所述的一種壓電發射電容感知高性能MUT單元，其特征在于，所述薄膜鍵合層(2-3)下端開設有環形凹槽，所述環形凹槽的內徑小于凸起(2-7)的直徑，所述環形凹槽的外徑大于支柱(2-5)的內徑。

3.根據權利要求1所述的一種壓電發射電容感知高性能MUT單元，其特征在于，所述壓電膜下電極(2-2-3)包括自外向內依次同心設置的外層圓環電極(9)、中心圓環電極(8)、內層圓環電極(7)；中心圓環電極(8)與內層圓環電極(7)之間的間隙，以及中心圓環電極(8)與外層圓環電極(9)之間的間隙始終處于環形振動薄膜(6)的平面投影范圍內。

4.根據權利要求1所述的一種壓電發射電容感知高性能MUT單元，其特征在于，所述驅動膜結構層(2-1)包括從上至下依次設置的壓電薄膜結構層(2-1-1)和壓電絕緣層(2-1-2)。

5.根據權利要求1所述的一種壓電發射電容感知高性能MUT單元，其特征在于，所述驅動膜結構層(2-1)包括壓電薄膜結構層(2-1-1)，所述壓電薄膜結構層(2-1-1)電阻率大于100Ω·cm。

6.根據權利要求1所述的一種壓電發射電容感知高性能MUT單元，其特征在于，所述支柱(2-5)和凸起(2-7)上表面均覆蓋有支柱鍵合層(2-4)。

7.根據權利要求1所述的一種壓電發射電容感知高性能MUT單元，其特征在于，所述電容上極板(1-1)為圓形薄膜，所述電容上極板(1-1)堆疊在電容下極板(1-2)上方，并與環形振動薄膜(6)的平面投影同心。

8.根據權利要求1所述的一種壓電發射電容感知高性能MUT單元，其特征在于，所述電容上極板(1-1)包括電容薄膜結構層(1-1-1)和設置在電容薄膜結構層(1-1-1)下方的電容上電極(1-1-2)；所述電容下極板(1-2)包括電容復合絕緣層(1-2-1)和設置在電容復合絕緣層(1-2-1)下方的電容下電極(1-2-2)。

9.根據權利要求1所述的一種壓電發射電容感知高性能MUT單元，其特征在于，所述驅動膜壓電層(2-2)包括上至下依次設置的壓電層上電極(2-2-1)，壓電層(2-2-2)和壓電膜下電極(2-2-3)，所述壓電層(2-2-2)采用PZT壓電材料、AlN壓電材料、ZnO壓電材料或PVDF壓電材料。

10.一種權利要求1所述的壓電發射電容感知高性能MUT單元的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、在SOI片的頂層硅(10)上表面生成驅動膜結構層(2-1)；

步驟二、在驅動膜結構層(2-1)上制備驅動膜壓電層(2-2)；

步驟三、在步驟二得到的產品上表面形成薄膜鍵合層(2-3)；

步驟四，在單晶硅(13)上刻蝕出環形的壓電發射空腔(5)，發射空腔(5)外側為支柱(2-5)，發射空腔(5)的內部為凸起(2-7)，壓電發射空腔(5)下部為基底(2-6)；

步驟五、將步驟三和步驟四得到的產品鍵合，壓電發射空腔(5)上方的驅動膜結構層(2-1)與驅動膜壓電層(2-2)的懸空部分組成環形振動薄膜(6)；

步驟六、在驅動膜結構層(2-1)上方形成電容下極板(1-2)，在電容下極板(1-2)上方制作電容上極板(1-1)，所述電容上極板(1-1)和電容下極板(1-2)之間具有電容感知空腔(4)。