[發(fā)明專利]一種壓電微機械聲波換能器陣列耦合隔離方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010809712.3 | 申請日： | 2020-08-13 |
| 公開（公告）號： | CN111884647B | 公開（公告）日： | 2023-09-29 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 劉利芳;杜亦佳;計煒梁;孫翔宇;邢占強 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國工程物理研究院電子工程研究所 |
| 主分類號： | H03K19/14 | 分類號： | H03K19/14 |
| 代理公司： | 北京高沃律師事務(wù)所 11569 | 代理人： | 張夢澤 |
| 地址： | 621054 四*** | 國省代碼： | 四川;51 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 壓電 微機 聲波 換能器 陣列 耦合 隔離 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種壓電微機械聲波換能器陣列耦合隔離方法。所述壓電微機械聲波換能器陣列耦合隔離方法包括：在加工壓電微機械聲波換能器陣列時，在底硅上刻蝕多個隔離槽，從而將底硅劃分為多個換能區(qū)域；在各換能區(qū)域內(nèi)刻蝕至少一個空腔。本發(fā)明采用在底硅上刻蝕出隔離槽的方法來阻斷聲波的傳播，從而達到隔離換能器間耦合的目的，能夠提高換能器陣列的性能。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及換能器領(lǐng)域，特別是涉及一種壓電微機械聲波換能器陣列耦合隔離方法。
背景技術(shù)
壓電微機械聲波換能器是一種可利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換為聲能，或利用壓電效應(yīng)將聲能轉(zhuǎn)換為電能的換能器，分別對應(yīng)其發(fā)射和接收狀態(tài)，可用于揚聲器、麥克風或超聲傳感器。在實際應(yīng)用中，常使用換能器陣列，傳統(tǒng)壓電微機械聲波換能器陣列存在耦合現(xiàn)象，改善陣列中陣元的耦合可以提高陣列的性能。
目前常見的壓電微機械聲波換能器結(jié)構(gòu)如圖1所示，從上至下主要由頂電極、壓電薄膜、底電極、頂硅、二氧化硅及底硅組成，通過在底硅刻蝕形成空腔，在換能器的頂電極和底電極施加脈沖激勵后，壓電材料由于逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生形變，從而形成周期性振蕩，發(fā)出聲波。
在常見的壓電微機械聲波換能器陣列工藝中，通常直接在底硅上刻蝕多個背腔從而形成換能器陣列，如圖2所示。
在對陣列中某一換能器單元或某些換能器單元進行激勵后，該(部分)換能器單元產(chǎn)生周期振蕩發(fā)出聲波。但由于聲波傳播方向是朝著各個方向的，通過頂硅及底硅橫向傳播的聲波會引起其他換能器振蕩并發(fā)出聲波，即陣元間互相耦合。圖3為激勵左側(cè)列，右側(cè)兩列產(chǎn)生的耦合振動。進一步的，其他換能器振蕩產(chǎn)生的聲波會反過來干擾初始激勵陣元產(chǎn)生的聲波，導致陣列性能變差。
因此，亟待一種壓電微機械聲波換能器陣列耦合隔離方法出現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種壓電微機械聲波換能器陣列耦合隔離方法，采用在底硅上刻蝕出隔離槽的方法來阻斷聲波的傳播，從而達到隔離換能器間耦合的目的，提高換能器陣列的性能。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：
一種壓電微機械聲波換能器陣列耦合隔離方法，包括：
在加工壓電微機械聲波換能器陣列時，在底硅上刻蝕多個隔離槽，從而將所述底硅劃分為多個換能區(qū)域；
在各所述換能區(qū)域內(nèi)刻蝕至少一個空腔。
可選的，在所述底硅上由下到上依次設(shè)置二氧化硅層、頂硅層和多個壓電結(jié)構(gòu)；所述壓電結(jié)構(gòu)的位置與所述空腔的位置相對應(yīng)；所述壓電結(jié)構(gòu)的尺寸與所述空腔的尺寸相匹配。
可選的，所述壓電結(jié)構(gòu)由下到上依次為底電極、壓電薄膜和頂電極，當在所述底電極和所述頂電極施加脈沖激勵后，所述壓電薄膜產(chǎn)生形變，從而形成周期性振蕩，發(fā)出聲波。
可選的，所述空腔的尺寸由設(shè)定的諧振頻率確定。
可選的，所述底硅上的多個所述換能區(qū)域呈陣列式排列。
可選的，所述換能區(qū)域內(nèi)刻蝕的多個所述空腔呈陣列式排列，且多個所述空腔的尺寸均相同。
可選的，所述換能區(qū)域內(nèi)刻蝕第一空腔列和第二空腔列；所述第一空腔列包括多個第一尺寸的空腔；所述第二空腔列包括多個第二尺寸的空腔。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明提出了一種壓電微機械聲波換能器陣列耦合隔離方法，在加工壓電微機械聲波換能器陣列時，在底硅上刻蝕多個隔離槽，從而將底硅劃分為多個換能區(qū)域；在各換能區(qū)域內(nèi)刻蝕至少一個空腔。本發(fā)明在底硅上刻蝕出隔離槽，由于隔離槽中間為空氣，可以阻斷激勵換能器產(chǎn)生的聲波向四周其他換能器單元傳播，減少激勵聲波對其他換能器的影響，從而解決陣元間耦合嚴重的問題，提高換能器陣列的性能。
附圖說明
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