[發明專利]一種超聲換能器及其參數配置方法

有效

• 申請號: 201910907186.1
• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN112620057B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 彭本賢;劉嘉俊;于峰崎
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: B06B1/02
• 分類號: B06B1/02
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

本申請公開了一種超聲換能器及其參數配置方法，其中，所述超聲換能器參數配置方法包括：提供一個超聲換能器，所述超聲換能器包括：上電極、振膜、絕緣層、襯底；在所述襯底施加預設電壓，所述襯底的電荷在所述預設電壓的作用下隧穿至所述絕緣層，使得所述絕緣層存儲有預設數量的電荷，所述預設數量的電荷用于配置所述超聲換能器的帶寬分數增大為預設帶寬分數，和配置所述超聲換能器的共振頻率為預設頻率。本申請超聲換能器通過電學方法對共振頻率進行調控，運用電荷隧穿提高帶寬分數。

技術領域

本申請涉及超聲技術領域，具體涉及一種超聲換能器及其參數配置方法。

背景技術

隨著科技的不斷發展，超聲換能器逐漸在多個領域中得到了運用，超聲換能器技術是醫學成像領域的核心技術。

超聲換能器的帶寬是影響發射效率和接收分辨率的重要因素，低帶寬問題使得換能器在超聲應用中受到了限制，目前，匹配層技術是拓寬換能器帶寬的一種行之有效的方法，但是工藝復雜，電容式超聲換能器(CMUT)具有較高的帶寬，但是在低頻應用中遇到難題，需變薄變長來降低剛度獲得低的共振頻率。超聲換能器設計依賴物理結構尺寸，在低頻應用中，需通過改變物理結構尺寸來降低頻率，在高頻應用中，需通過改變物理結構尺寸，采用小尺寸提高中心頻率，帶來了來剛度過大靈敏度低的問題。

發明內容

本申請提供一種超聲換能器及其參數配置方法，所述超聲換能器通過電學方法對共振頻率進行調控，運用電荷隧穿獲得大的帶寬分數。

本申請第一方面提供了一種超聲換能器，包括：上電極、振膜、絕緣層、襯底，所述襯底摻雜預設物質形成具有導電特性的下電極，所述絕緣層由具有電荷存儲能力的預設材料制成；

所述上電極設置于所述振膜的外表面，所述絕緣層相對于所述振膜的內表面進行設置，且所述振膜與所述絕緣層之間形成空腔，所述絕緣層設置于所述襯底的第一表面，所述第一表面為所述襯底的靠近所述振膜的表面；

所述襯底用于在預設電壓的作用下將所述襯底的電荷隧穿至所述絕緣層，使得所述絕緣層存儲有預設數量的電荷；所述預設數量的電荷用于配置所述超聲換能器的帶寬分數增大為預設帶寬分數，和配置所述超聲換能器的頻率為預設頻率。

結合本申請第一方面，在本申請第一方面的一種可能的實施方式中，所述絕緣層結構包括以下任意一種：

單層絕緣層；

疊層設置的第一子絕緣層和第二子絕緣層。

在一種可能的實施方式中，所述絕緣層的結構包括疊層設置的第一子絕緣層和第二子絕緣層；所述疊層設置的第一子絕緣層和第二子絕緣層中，所述第一子絕緣層為電荷俘獲層，所述第二子絕緣層為電荷隧穿層，所述第二子絕緣層設置在所述第一子絕緣層和所述襯底之間。

在一種可能的實施方式中，所述絕緣層厚度為16-55nm。

在一種可能的實施方式中，所述預設材料包括以下任意一種：氮氧化硅、多晶硅。

在一種可能的實施方式中，所述預設物質包括：鋁。

在一種可能的實施方式中，所述預設數量的電荷與所述超聲換能器的帶寬分數之間的關系為正比例關系，所述絕緣層存儲的電荷的數量與所述超聲換能器的共振頻率之間的關系為反比例關系。

本申請第二方面提供超聲換能器的參數配置方法，所述方法包括：

提供一個超聲換能器，所述超聲換能器包括：上電極、振膜、絕緣層、襯底，所述襯底摻雜預設物質形成具有導電特性的下電極，所述絕緣層由具有電荷存儲能力的預設材料制成；

所述上電極設置于所述振膜的外表面，所述絕緣層相對于所述振膜的內表面進行設置，且所述振膜與所述絕緣層之間形成空腔，所述絕緣層設置于所述襯底的第一表面，所述第一表面為所述襯底的靠近所述振膜的表面；