[发明专利]静电电容式微机械超声换能器

说明书

本发明涉及静电电容式微机械超声换能器(CMUT)，其包括：基板；上部电极，与所述基板隔开配置；绝缘性的支撑部，结合于所述基板与所述上部电极的边缘部之间，以便固定并支撑所述上部电极的边缘部，并且在所述基板与所述上部电极之间限定出空隙；多个纳米柱，其两端固定并结合于所述空隙内的所述基板及所述上部电极上，当对所述上部电极施加电源时，所述多个纳米柱能够沿长度方向压缩及拉伸，以使所述上部电极至少进行上下移动。

技术领域

本发明涉及超声装置，尤其是涉及静电电容式微机械超声换能器(CapacitiveMicromachined Ultrasonic Transducer，CMUT)。

背景技术

超声换能器(或超声波换能器)是将电信号转换为超声信号或将超声信号转换为电信号的装置。以往较多地使用利用压电材料处理超声信号的压电型微机械超声换能器(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer，PMUT)，但最近正在对能够扩大动作频率范围和换能器的带宽并能够通过半导体工艺集成化的静电电容式微机械超声换能器(CMUT)进行研究。

然而，在静电电容式微机械超声换能器(CMUT)中，因其在电极之间受限的空隙高度和受限的电压，导致能够发生的平均位移小，因此难以具备高收发灵敏度。即，在现有的静电电容式微机械超声换能器的结构中，移动单元的密度低，但是由于移动单元的边缘被固定，所以仅在中心部具有较大位移，并且在周边部的位移小，因此平均位移小。当为了提高这种平均位移而提高空隙时，需要提供较高电压，但这也存在困难。进一步地，为了提高这种静电电容式微机械超声换能器的应用性，还需要多重频率动作。

在先技术文献

专利文献

(专利文献0001)韩国公开专利公报10-2017-0029497(2017.03.15)

(专利文献0002)韩国公开专利公报10-2018-0030777(2018.03.26)

发明内容

技术问题

本发明用于解决包括如上所述的问题的多种问题，其目的在于提供一种静电电容式微机械超声换能器(CMUT)，其能够通过提高平均位移来提高收发灵敏度。另外，本发明的目的在于提供能够使用多重频率的静电电容式微机械超声换能器。但这种技术问题为示例性的，本发明的范围不限于此。

技术方案

本发明的一方面的静电电容式微机械超声换能器包括：基板；上部电极，与所述基板隔开配置；绝缘性的支撑部，结合于所述基板与所述上部电极的边缘部之间，以便固定并支撑所述上部电极的边缘部，并且在所述基板与所述上部电极之间限定出空隙；以及多个纳米柱，其两端固定并结合于所述空隙内的所述基板及所述上部电极上，当对所述上部电极施加电源时，所述多个纳米柱能够沿长度方向压缩及拉伸，以使所述上部电极至少进行上下移动。

在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述多个纳米柱可分别包括位于与所述基板接触的下部的下部加强部，所述下部加强部的截面积大于躯体部的截面积，以提高与所述基板的结合力。

在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述多个纳米柱可分别包括位于与所述基板接触的上部的上部加强部，所述上部加强部的截面积大于躯体部的截面积，以提高与所述上部电极的结合力。

在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述多个纳米柱可分别包括：纳米尺寸的躯体部，在所述基板与所述上部电极之间沿长度方向延伸；上部加强部，位于与所述基板接触的上部，其截面积大于所述躯体部的截面积，以提高与所述上部电极的结合力；以及下部加强部，位于与所述基板接触的下部，其截面积大于所述躯体部的截面积，以提高与所述基板的结合力。