[發(fā)明專利]一種約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片及其工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010987173.2
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112076973B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牟笑靜;周雪梅;易擁潔;蔡貴祥;黃河
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;G10K9/122;G01H11/08
• 代理公司: 重慶強大凱創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50217
• 代理人: 隋金艷

1.一種約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片，其特征在于：由下至上依次包括支撐層、底電極、壓電層和頂電極，所述壓電層對應(yīng)頂電極外邊緣外部的位置處向下設(shè)有環(huán)形隔離槽；

還包括若干機械槽組，每組機械槽組包括若干機械槽，所述機械槽的開槽面為頂電極的頂面、壓電層的頂面或其他機械槽的槽底面；

所述頂電極包括頂部內(nèi)電極以及環(huán)繞在頂部內(nèi)電極周圍的頂部外電極，所述機械槽組設(shè)置在頂部外電極外邊緣；所述支撐層包括基底層，基底層上設(shè)有停止層，停止層上設(shè)有彈性層，所述基底層的底部向上開設(shè)有空腔；

環(huán)形隔離槽位于空腔以外區(qū)域的基底層的上方；所述環(huán)形隔離槽深度小于等于壓電層和底電極的高度和。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片，其特征在于：所述空腔貫穿或不貫穿基底層。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片，其特征在于：每組機械槽組的機械槽繞頂部內(nèi)電極周向均勻分布。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片，其特征在于：所述機械槽組包括第一機械槽組和第二機械槽組，所述第一機械槽組的機械槽的長大于等于第二機械槽組的機械槽的長，所述第一機械槽組的機械槽的寬大于等于第二機械槽組的機械槽的寬，所述第二機械槽組的機械槽的開槽面為第一機械槽組的機械槽的槽底面。

5.一種約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片工作方法，其特征在于：所述約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片為權(quán)利要求3或4所述的約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片，所述約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片工作模式包括發(fā)射模式，所述發(fā)射模式包括單極發(fā)射模式和差分發(fā)射模式；

所述約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片工作在差分發(fā)射模式時，對頂部內(nèi)電極和頂部外電極分別施加頻率相同且相位相差180度的正弦信號，將底電極接地，利用壓電層的壓電效應(yīng)的d₃₁模式可以激發(fā)壓電層發(fā)生彎曲振動，并帶動整個約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片的自由活動部分發(fā)生振動，進(jìn)而產(chǎn)生超聲聲波信號；

所述約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片工作在單極發(fā)射模式時，對頂部內(nèi)電極和頂部外電極中的一個電極施加正弦信號，另一個接地或不接任何電路。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片工作方法，其特征在于：所述約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片工作模式包括接收模式，所述接收模式包括單極接收模式和差分接收模式；

所述約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片工作在差分接收模式時，壓電層受外部聲壓變化發(fā)生形變，通過壓電效應(yīng)將聲波信號變化轉(zhuǎn)化為電信號，頂部內(nèi)電極和頂部外電極均作為信號輸出電極將電信號進(jìn)行輸出；

所述約束釋放型差分式壓電超聲換能器芯片工作在單極接收模式時，頂部內(nèi)電極和頂部外電極中的一個電極作為信號輸出電極，另一個接地或不接任何電路。