[发明专利]超声换能器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种超声换能器及其制作方法，该超声换能器包括具有空腔的衬底、设置于衬底上的下电极层，以及依次形成于下电极层上的压电层和上电极层，所述空腔于开口位置的内径大于空腔靠近所述下电极层位置的内径。本发明通过MEMS工艺在超声换能器的衬底通过湿法腐蚀，加工出一个倒梯形号筒结构，这种结构可以使超声换能器发出的声波指向性更好，主瓣的声压级更高，束声效果更好，易于超声换能器器件与后续电路的集成化。而且空腔通过湿法腐蚀加工而成，选择性好，便于加工斜面，设备简单便宜，腐蚀速率高，可批量生产。

技术领域

本发明涉及MEMS(微机电系统)，特别是关于一种超声换能器及其制作方法。

背景技术

近几年来，随着MEMS技术的不断发展，MEMS超声换能器的制备性能正在不断改善，应用价值也越来越高。超声换能器(PMUT)的一大主要用途就是用来测距，而在收发一体式超声测距的工作模式下(即单阵元PMUT发射超声波后，还需要接收回波信号)需要同时考虑PMUT的发收性能。但由于单阵元PMUT器件的发射声波不是很集中，具有一定的扩散角，使得器件的声束定向性较差，PMUT器件运用在超声测距时，需要发射出的超声波能量越集中越好，这就需要一个束声结构来加强声束的定向性。

参图1所示，传统的超声换能器用于声束的空腔结构20内径相同，而且通过干法刻蚀加工而成。一方面，束声效果不佳，另一方面，采用干法刻蚀选择性一般，只能直上直下，无法加工有倾斜角度的坡面，而且设备成本高，批量生产能力差。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声换能器及其制作方法，其能够克服现有技术存在的束声效果差、制作成本高的问题。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种超声换能器，包括具有空腔的衬底、设置于衬底上的下电极层，以及依次形成于下电极层上的压电层和上电极层，所述空腔于开口位置的内径大于空腔靠近所述下电极层位置的内径。

优选的，在上述的超声换能器中，所述空腔的内径自开口位置向所述下电极层的方向渐性减小。

优选的，在上述的超声换能器中，所述空腔的截面为圆形或多边形。

优选的，在上述的超声换能器中，还包括形成于所述衬底和下电极层之间的支撑层。

优选的，在上述的超声换能器中，所述支撑层包括依次形成于衬底和下电极层之间的第一支撑层和第二支撑层，所述第一支撑层的材料采用氧化硅，所述第二支撑层的材料采用硅。

优选的，在上述的超声换能器中，所述压电层采用氮化铝、氧化锌或锆钛酸铅压电陶瓷；所述上电极层采用钼、铂、铝或锡；所述下电极层采用金、铂、铝或锡。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了超声换能器的制作方法，包括：

提供一衬底，该衬底具有相对的第一表面和第二表面；

在衬底的第一表面侧，依次制作下电极层和压电层；

刻蚀所述的压电层并暴露出所述下电极层，并对所述下电极层图案化；

在压电层上制作上电极层；

采用湿法腐蚀在衬底的第二表面形成空腔，所述空腔于开口位置的内径大于空腔靠近所述下电极层位置的内径。

优选的，在上述的超声换能器的制作方法中，所述空腔的内径自开口位置向所述下电极层的方向渐性减小。

优选的，在上述的超声换能器的制作方法中，制作下电极层和压电层的步骤之前还包括：在衬底的第一表面依次制作第一支撑层和第二支撑层，所述第一支撑层的材料采用氧化硅，所述第二支撑层的材料采用硅。