[发明专利]一种压电微机械声波换能器阵列耦合隔离方法

说明书

本发明公开了一种压电微机械声波换能器阵列耦合隔离方法。所述压电微机械声波换能器阵列耦合隔离方法包括：在加工压电微机械声波换能器阵列时，在底硅上刻蚀多个隔离槽，从而将底硅划分为多个换能区域；在各换能区域内刻蚀至少一个空腔。本发明采用在底硅上刻蚀出隔离槽的方法来阻断声波的传播，从而达到隔离换能器间耦合的目的，能够提高换能器阵列的性能。

技术领域

本发明涉及换能器领域，特别是涉及一种压电微机械声波换能器阵列耦合隔离方法。

背景技术

压电微机械声波换能器是一种可利用压电材料的逆压电效应将电能转换为声能，或利用压电效应将声能转换为电能的换能器，分别对应其发射和接收状态，可用于扬声器、麦克风或超声传感器。在实际应用中，常使用换能器阵列，传统压电微机械声波换能器阵列存在耦合现象，改善阵列中阵元的耦合可以提高阵列的性能。

目前常见的压电微机械声波换能器结构如图1所示，从上至下主要由顶电极、压电薄膜、底电极、顶硅、二氧化硅及底硅组成，通过在底硅刻蚀形成空腔，在换能器的顶电极和底电极施加脉冲激励后，压电材料由于逆压电效应产生形变，从而形成周期性振荡，发出声波。

在常见的压电微机械声波换能器阵列工艺中，通常直接在底硅上刻蚀多个背腔从而形成换能器阵列，如图2所示。

在对阵列中某一换能器单元或某些换能器单元进行激励后，该(部分)换能器单元产生周期振荡发出声波。但由于声波传播方向是朝着各个方向的，通过顶硅及底硅横向传播的声波会引起其他换能器振荡并发出声波，即阵元间互相耦合。图3为激励左侧列，右侧两列产生的耦合振动。进一步的，其他换能器振荡产生的声波会反过来干扰初始激励阵元产生的声波，导致阵列性能变差。

因此，亟待一种压电微机械声波换能器阵列耦合隔离方法出现。

发明内容

基于此，有必要提供一种压电微机械声波换能器阵列耦合隔离方法，采用在底硅上刻蚀出隔离槽的方法来阻断声波的传播，从而达到隔离换能器间耦合的目的，提高换能器阵列的性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种压电微机械声波换能器阵列耦合隔离方法，包括：

在加工压电微机械声波换能器阵列时，在底硅上刻蚀多个隔离槽，从而将所述底硅划分为多个换能区域；

在各所述换能区域内刻蚀至少一个空腔。

可选的，在所述底硅上由下到上依次设置二氧化硅层、顶硅层和多个压电结构；所述压电结构的位置与所述空腔的位置相对应；所述压电结构的尺寸与所述空腔的尺寸相匹配。

可选的，所述压电结构由下到上依次为底电极、压电薄膜和顶电极，当在所述底电极和所述顶电极施加脉冲激励后，所述压电薄膜产生形变，从而形成周期性振荡，发出声波。

可选的，所述空腔的尺寸由设定的谐振频率确定。

可选的，所述底硅上的多个所述换能区域呈阵列式排列。

可选的，所述换能区域内刻蚀的多个所述空腔呈阵列式排列，且多个所述空腔的尺寸均相同。

可选的，所述换能区域内刻蚀第一空腔列和第二空腔列；所述第一空腔列包括多个第一尺寸的空腔；所述第二空腔列包括多个第二尺寸的空腔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种压电微机械声波换能器阵列耦合隔离方法，在加工压电微机械声波换能器阵列时，在底硅上刻蚀多个隔离槽，从而将底硅划分为多个换能区域；在各换能区域内刻蚀至少一个空腔。本发明在底硅上刻蚀出隔离槽，由于隔离槽中间为空气，可以阻断激励换能器产生的声波向四周其他换能器单元传播，减少激励声波对其他换能器的影响，从而解决阵元间耦合严重的问题，提高换能器阵列的性能。

附图说明