[发明专利]具有多层电极的微加工声换能器

说明书

技术领域

本发明涉及电容式膜超声换能器(CMUT)。尤其，为CMUT提供电极结构。

背景技术

典型的1D或者2D超声换能器包括数百个甚至数千个独立的换能器元件。对于CMUT(capacitive membrane ultrasonic transducer)，多个(例如数十个，数百个，数千个)单元可以被一起用于形成单个元件。

CMUT的单元典型地具有由膜(membrane)覆盖的空隙(void)(真空间隙)。电极被安置在膜上或者膜内并且另一个被安置在空隙基底处。所述电极暴露于空隙或者可以通过电绝缘体与空隙分离。为产生声能，DC偏压和电学上变化的信号被施加在电极两端，导致膜弯曲。为产生电能，声感应的膜弯曲在两个电极之间产生差分电信号。

为CMUT跨越真空间隙维持十分大的电场以便产生同等于压电换能器的传输压力。例如，需要每米12-13亿伏特以便在10MHz处获得1.5兆帕斯卡输出压力。当暴露于这些高电场时，绝缘体可能失去其绝缘特性并且开始泄漏电流。穿进绝缘体并且被俘获的或者从绝缘体表面发射并且冲击对面绝缘体的电子可以改变空隙中的电场。随着时间，改变的电场可能降低CMUT声学性能。

历史上，试图防止随时间推移的充电退化集中于一个或者两个绝缘体部分或者全部被移除或者未被提供的CMUT上。导电电极暴露于空穴(cavity)。只要所施加的电场低于所暴露的导电表面的场发射的阈值，随时间的推移，这些CMUT结构比被绝缘的CMUT经历较小的充电退化(charging degradation)。然而，电不对称性可能限制在双极应用中的使用。在顶部和底部电极之间可能有不断增加的短路，降低设备收益和增加患者的安全担忧。

发明内容

通过介绍，以下所描述的实施例包括用于在电能和声能之间转换并形成换能器的方法、换能器和系统。一个或者多个电极包括多层导电的或者半导电的材料。这些层在布置中可以与绝缘体或者空穴相邻以便减少电退化。例如，具有较低功函数和较小电阻率的导电层通过具有较高功函数和较大电阻率的导电层从绝缘体隔开。由于所使用的材料的类型和相对位置，随时间的推移，电极材料的不同层可能提供较少的电退化。

在第一方面中，膜超声换能器被提供用于在电能和声能之间转换。膜被支撑在衬底上。空穴将膜与衬底分离。与第二电极相比较，第一电极在空穴的相对侧。第一绝缘层将第一电极从空穴分离。第一电极具有彼此欧姆接触的至少两个导电的或者半导电的层。

在第二方面中，提供用于形成电容式膜超声换能器的方法。经由空隙形成柔性结构。在空隙的相对侧上形成电极。第一电极邻近柔性结构。为形成电极中的至少一个，至少两个不同的导体以邻近绝缘层的方式被分层。

在第三方面中，电容式膜超声换能器被提供用于在电能和声能之间转换。所述换能器具有空穴和第一电极，所述第一电极被第一绝缘体从空穴隔开。第一电极是两个或者多个导电的半导电的薄膜的堆栈，其中所述两个或者多个不同的薄膜中的仅仅一个与在CMUT设备的高场区内的绝缘体主要物理接触。

本发明由下列权利要求限定，并且在此部分中没有什么应该被看作对所述权利要求的限制。下面将结合优选的实施例讨论本发明其它方面和优点。在这或者下面所讨论的方面或者其它特征可以在后面独立地或者组合地被要求。

附图说明

部件和图并不必要按比例的，而重点是放在解说本发明的原理上。此外，在图中，同样的参考符号贯穿不同的图表示相应的部分。

图1是具有分层电极的CMUT单元的一个实施例的截面视图；

图2是用于形成具有多层电极的CMUT的方法的一个实施例的流程图；

图3A-D示出具有分层电极的CMUT单元的可替代的实施例。

具体实施方式