[发明专利]基于压电效应的MEMS三维同振型矢量水听器

权利要求书

1.基于压电效应的MEMS三维同振型矢量水听器，其特征在于，包括检测来自水平方向声信号的同振柱体振子模块以及检测来自竖直方向声信号的同振球形振子模块，同振柱体振子模块包括第一框型基座、横梁、柱形聚乙烯拾振单元、中心连接体、第一压电薄膜、上电极以及下电极；柱形聚乙烯拾振单元固定于中心连接体上，中心连接体通过横梁连接在第一框型基座的中心处，且横梁的内外两侧均生长有第一压电薄膜，同时在第一压电薄膜的上下两侧的对应位置均溅射有金属作为上电极和下电极；同振球形振子模块包括第二框型基座、横梁、环形连接体、球形聚乙烯拾振单元、第二压电薄膜以及上电极、下电极；球形聚乙烯拾振单元固定于环形连接体上，环形连接体通过横梁连接在第二框型基座的中心处，同时横梁的外侧生长第二压电薄膜，第二压电薄膜上下表面溅射有金属作为上电极和下电极，且每根横梁的上电极、下电极相互独立；所述第一框型基座和第二框型基座一体成型；同振柱体振子模块所连接的四根横梁的内外侧分别生长有第一压电薄膜，同一方向上两根梁上的4个第一压电薄膜通过金属上电极、下电极串联的方式组成一路输出，用于检测该方向上声信号分量，同时可抑制其他方向声信号对该方向信号的影响；球形振子模块所连接的四根横梁在外侧设有第二压电薄膜，用于检测竖直方向上的声信号分量，每根横梁上的输出信号完全相同，通过串联的方式将该方向的信号叠加，从而得到更大的输出；加工时，将溅射有下电极Pt/Ti的100晶向单晶硅通过溶胶-凝胶法生长1um厚的PZT压电薄膜，通过光刻显影后湿法刻蚀压电薄膜，再通过IBE刻蚀Pt/Ti作为下电极，使用剥离的方法制作Au/Ti上电极，接下来使用ICP正面刻蚀以及DRIE背面刻蚀释放横梁、中心连接体以及环形连接体，最后通过二次集成的方式将柱形聚乙烯拾振单元粘合至中心连接体以及将球形聚乙烯拾振单元粘合至环形连接体处。

2.如权利要求1所述的基于压电效应的MEMS三维同振型矢量水听器，其特征在于，所述柱形聚乙烯拾振单元采用与水密度相近的柱形聚乙烯拾振单元。

3.如权利要求1所述的基于压电效应的MEMS三维同振型矢量水听器，其特征在于，所述第一框型基座外框宽度5500μm，厚500μm；第一框型基座和第二框型基座有公用的部分，外框总长9900μm。

4.如权利要求1所述的基于压电效应的MEMS三维同振型矢量水听器，其特征在于，所述横梁长900μm，宽120μm，厚30μm。

5.如权利要求1所述的基于压电效应的MEMS三维同振型矢量水听器，其特征在于，所述柱形聚乙烯拾振单元采用聚乙烯材质，直径350μm，高4000μm；所述中心连接体长宽均为600μm，厚30μm。

6.如权利要求1所述的基于压电效应的MEMS三维同振型矢量水听器，其特征在于，所述压电薄膜采用PZT，外侧压电薄膜长350μm，宽120μm，内侧压电薄膜长250μm，宽120μm，厚度均为1μm；所述上电极为Au/Ti电极，所述下电极为Pt/Ti电极。

7.如权利要求1所述的基于压电效应的MEMS三维同振型矢量水听器，其特征在于，所述环形连接体外径1700μm，内径1500μm，厚30μm；所述球形聚乙烯拾振单元采用聚乙烯材质，直径1500μm；所述压电薄膜采用PZT，长度500μm，宽120μm，厚度1μm。