[发明专利]同频异构的压电超声波换能器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种同频异构的压电超声波换能器及其制备方法。所述同频异构的压电超声波换能器包括：形成于同一衬底上的用于发射超声波的第一PMUT单元及用于接收超声波的第二PMUT单元；其中，所述第一PMUT单元和所述第二PMUT单元的结构互不相同。本发明提供的同频异构的压电超声波换能器，通过在同一衬底上形成结构不同的第一PMUT单元和第二PMUT单元，第一PMUT单元和第二PMUT单元的具体结构可以根据实际所需的发射性能和接收性能进行设计，从而达到兼顾发射性能和接收性能的效果；而且第一PMUT单元和第二PMUT单元集成在同一芯片上，能够保证了两者的谐振频率相同。

技术领域

本发明是关于超声波换能器领域，特别是关于一种同频异构的压电超声波换能器及其制备方法。

背景技术

压电超声波换能器(PMUT)能够实现声信号与电信号相互转化，但是传统的压电超声波换能器采用机械加工方式制作，体积大、功耗高、不利于集成。随着微机械加工技术的发展，压电超声波换能器因其体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、频率控制灵活、频带宽、灵敏度高、以及易于与电路集成和实现智能化等特点，完美贴合了现代社会智能化、集成化的发展方向，能够广泛应用于智能家居、无人驾驶、无损检测、医学成像等领域。

压电超声换能器按照用途不同可分为发射型超声换能器和接收型超声换能器，不同用途的换能器对性能要求不一样。虽然现有技术中也实现了在单个芯片上的PMUT既发射超声波又接收超声波，但是发射超声波和接收超声波的PMUT单元结构相同，无法同时保证发射性能和接收性能都较好。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种同频异构的压电超声波换能器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同频异构的压电超声波换能器及其制备方法，该压电超声波换能器在单颗芯片上集成了两种不同结构的PMUT单元，能够在确保两种PMUT单元的谐振频率相同的情况下，大大提高压电超声波换能器的整体性能。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种同频异构的压电超声波换能器，其包括：形成于同一衬底上的用于发射超声波的第一PMUT单元及用于接收超声波的第二PMUT单元；其中，所述第一PMUT单元和所述第二PMUT单元的结构互不相同。

在一个或多个实施方式中，所述第一PMUT单元包括形成于所述衬底上的第一槽形空腔及覆盖于所述第一槽形空腔上方的第一振动膜；所述第一振动膜包括依次层叠设置的第一机械层、第一下电极、第一压电层和第一上电极，所述第一上电极包括内电极和围绕于所述内电极外周的外电极，并且所述内电极和所述外电极之间形成有间隙。

在一个或多个实施方式中，所述外电极上形成有开口部，所述开口部用于布置与所述内电极电连接的导电线路。

在一个或多个实施方式中，所述第一振动膜上形成有镂空结构，所述镂空结构在所述第一振动膜上界定形成至少一个位于所述外电极外周的悬梁部。

在一个或多个实施方式中，其特征在于，所述第二PMUT单元包括形成于所述衬底上的第二槽形空腔及覆盖于所述第二槽形空腔上方的第二振动膜；所述第二振动膜包括依次层叠设置的第二机械层、第二下电极、第二压电层和第二上电极。

在一个或多个实施方式中，所述第一上电极的所述外电极与所述第二上电极电连接，所述第一下电极和所述第二下电极被配置成连续共通，所述第一机械层和所述第二机械层被配置成连续共通。

在一个或多个实施方式中，所述衬底为SOI硅片，和/或所述第一压电层和所述第二压电层的材料为氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅压电陶瓷或掺钪的氮化铝。

在一个或多个实施方式中，所述第一下电极和所述第二下电极的材料为金、铂、铝或锡，和/或所述第一上电极和所述第二上电极的材料为钼、铂、铝或锡。