[發明專利]一種內嵌拱形薄膜驅動的PMUT單元及其制備方法

有效

• 申請號: 202010537206.3
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111644362B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 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;B81C3/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

1.一種內嵌拱形薄膜驅動的PMUT單元，其特征在于，包括由上至下依次設置的振動薄膜(1)、驅動層(2)和襯底(3)，所述驅動層(2)包括驅動結構(2-2)和位于薄膜(1)與驅動結構(2-2)之間的支撐結構(2-1)，所述支撐結構(2-1)包括犧牲停止層(2-1-1)和位于犧牲停止層(2-1-1)外側的犧牲層(2-1-2)，所述驅動結構(2-2)包括自上至下依次設置的底電極(2-2-1)、壓電層(2-2-2)、頂電極(2-2-3)和支撐層(2-2-4)；

所述襯底(3)包括背腔(3-1)和基底(3-2)，所述背腔(3-1)由驅動層(2)和基底(3-2)圍合形成；

所述驅動結構(2-2)具有水平部分和多個拱形部分，所述拱形部分記為內嵌拱形驅動膜(5)，所述內嵌拱形驅動膜(5)位于背腔(3-1)正上方，所述水平部分下端面和基底(3-2)上端面相接。

2.根據權利要求1所述的一種內嵌拱形薄膜驅動的PMUT單元，其特征在于，所述振動薄膜(1)上開設有多個釋放孔(4)。

3.根據權利要求2所述的一種內嵌拱形薄膜驅動的PMUT單元，其特征在于，所述釋放孔(4)為V形。

4.根據權利要求3所述的一種內嵌拱形薄膜驅動的PMUT單元，其特征在于，所述釋放孔(4)的角度為100°-160°。

5.根據權利要求1所述的一種內嵌拱形薄膜驅動的PMUT單元，其特征在于，所述頂電極(2-2-3)與壓電層(2-2-2)之間設置絕緣層。

6.根據權利要求1所述的一種內嵌拱形薄膜驅動的PMUT單元，其特征在于，兩個相鄰內嵌拱形驅動膜(5)間隔大于8um。

7.根據權利要求1所述的一種內嵌拱形薄膜驅動的PMUT單元，其特征在于，所述振動薄膜(1)的厚度大于2um且小于15um。

8.一種權利要求1所述的一種內嵌拱形薄膜驅動的PMUT單元的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：在SOI硅片上端面沉積一層單晶硅(6)；

步驟2、將步驟1沉積的單晶硅(6)圖形化，得到犧牲停止層(2-1-1)；

步驟3、在步驟2得到的產品表面沉積一層SiO₂作為犧牲層(2-1-2)；

步驟4、在犧牲層(2-1-2)表面沉積一層硬掩模材料(12)，并對硬掩模材料(12)上刻蝕出刻蝕孔(13)；

步驟5、利用濕法腐蝕方法對犧牲層(2-1-2)進行腐蝕，腐蝕出拱形腔(14)；

步驟6、去除步驟5得到的產品的硬掩模材料(12)后，在其表面淀積一層金屬作為底電極(2-2-1)；

步驟7、通過薄膜淀積在底電極(2-2-1)上淀積壓電層(2-2-2)；

步驟8、在壓電層(2-2-2)上淀積一層金屬作為頂電極(2-2-3)；

步驟9、在頂電極(2-2-3)上淀積一層SiO₂作為支撐層(2-2-4)，并對支撐層(2-2-4)表面進行研磨拋光，使支撐層(2-2-4)表面平整；

步驟10、另取一個單拋硅片(19)，在單拋硅片(19)通過刻蝕得到背腔(3-1)；

步驟11、將步驟9得到的產品倒置與步驟10得到的產品鍵合，單拋硅片(19)作為基底(3-2)；

步驟12、對鍵合后產品進行機械研磨拋光，去除SOI硅片的襯底硅(9)；

步驟13、去除SOI硅片的埋層；

步驟14、對步驟13得到的產品進行圖形化，形成釋放孔(4)；

步驟15、通過濕法腐蝕對犧牲層(2-1-2)進行腐蝕，使SOI硅片的頂層硅(7)懸空，得到振動薄膜(1)。

9.根據權利要求8所述的一種內嵌拱形薄膜驅動的PMUT單元的制備方法，其特征在于，所述步驟7中，通過磁控濺射工藝在底電極(2-2-1)上表面淀積壓電層(2-2-2)。