[發(fā)明專利]一種基于支撐柱的微機械超聲換能器

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• 申請日: 2022-07-10
• 公開（公告）號: CN115106275A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設計）人: 任俊彥;何勒銘;王言
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

1.一種基于支撐柱的微機械超聲換能器，其特征在于，由基本單元經拼接、延拓組成的平面陣列，包括：由基本單元全并聯(lián)拼接形成的陣列，或者由若干個基本單元并聯(lián)拼接形成的線陣陣元，再延拓形成的線陣列，或者由全并聯(lián)陣列延拓形成的二維陣列；所述基本單元的結構包括壓電疊層（1）、中性層（2）、支撐柱（3）和襯底（4）；壓電疊層自上而下包含一薄的上電極層（1-1）、壓電層（1-2）與底電極層（1-3）；中性層（2）在底電極層（1-3）下方，為壓電疊層（1）提供支撐作用，并且，使得壓電疊層（1）在受激產生應變時，壓電疊層（1）與中性層（2）構成的復合薄膜的應變中性面處于中性層（2）內；支撐柱（3）位于中性層（2）下方，為中性層提供支撐；襯底（4）位于支撐柱（3）下方，為整體結構提供固定支撐；

所述壓電疊層（1）的上電極層（1-1）與底電極層（1-3）構成電極對，用于壓電層（1-2）上的電場、電荷、電壓的施加與采集；其中，可以通過施加直流偏置電壓，對壓電疊層（1）進行靜態(tài)控制；通過施加交流耦合信號，對壓電疊層（1）進行動態(tài)激勵；

所述基本單元的結構的周邊外形為凸多邊形。

2.根據權利要求1所述的基于支撐柱的微機械超聲換能器，其特征在于，基本單元形狀為正三角形、正方形、正六邊形。

3.根據權利要求2所述的基于支撐柱的微機械超聲換能器，其特征在于，是由一種形狀的基本單元組合拼接形成的平面陣列結構；或者由不同形狀的基本單元組合拼接形成的平面陣列結構；不同形狀的基本單元的邊長相互匹配，使不同單元之間邊界緊密拼接。

4.根據權利要求3所述的基于支撐柱的微機械超聲換能器，其特征在于，是由單一形狀的基本單元進行延拓排布形成的線陣列；或者由不同形狀的基本單元進行組合拼接形成的線陣列，其中，邊長相互匹配，使不同單元之間邊界緊密拼接；或者再由這些線陣列進行周期延拓，形成的二維陣列結構。

5.根據權利要求1-4之一所述的基于支撐柱的微機械超聲換能器，其特征在于，所述支撐柱（3）為離散的柱狀結構，即在一個基本單元內，在襯底（4）和中性層（2）之間為離散的柱狀結構；或者所述支撐柱（3）在基本單元內部為離散的柱狀結構，在基本單元組合形成的陣列的邊界處為條形邊框結構，也稱邊墻。

6.根據權利要求5所述的基于支撐柱的微機械超聲換能器，其特征在于，所述襯底（4）作為具有支撐和電連接作用的結構，采用無電路功能的裸晶圓，或者采用有電路功能的晶圓；

當襯底（4）是無電路功能的裸晶圓時，上方支撐柱（3）由裸晶圓通過自上而下的圖案化工藝刻蝕形成，和襯底（4）形成一體化結構，或通過自下而上的淀積工藝，再刻蝕或剝離原有光刻膠圖案形成襯底（4）上方的柱狀微結構。

7.根據權利要求1-4之一或6所述的基于支撐柱的微機械超聲換能器，其特征在于，在襯底（4）的表面、支撐柱（3）未占用位置處，設置靜電電極層（5），靜電電極層（5）與底電極層（1-3）構成一對電極對；通過引入靜電力效應，與壓電效應共同工作，進一步加強所述微機械超聲換能器的靈敏度。