[发明专利]带有电压反馈的电容式微机械超声换能器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年12月3日递交的第60/992,027号美国临时专利申请的利益，其全部公开通过引用并入本文。

背景

电容式微机械超声换能器(CMUT)是静电致动器/换能器，其广泛用在各种应用中。超声换能器可在各种介质包括液体、固体和气体中操作。超声换能器通常用于针对诊断和治疗的医学成像、生化成像、材料的非破坏性评估、声纳、通信、接近传感器、气体流量测量、现场过程监控、声学显微镜、水下感测和成像、以及很多其他的实际应用。CMUT的典型结构是带有刚性底部电极和位于柔性膜上或柔性膜内的可移动顶部电极的平行板电容器，其用于传输(TX)或接收/检测(RX)在邻近介质中的声波。直流(DC)偏压可被施加在电极之间以将膜偏转到对CMUT操作的最佳位置，通常目的是最大化灵敏度和带宽。在传输期间，交流(AC)信号施加到换能器。顶部电极和底部电极之间的交变静电力驱动膜，以便将声能传递到CMUT周围的介质中。在接收期间撞击声波使得膜振动，从而改变两个电极之间的电容。

因为CMUT中的静电力是非线性的，于是当两个电极之间的分离间隔在驱动期间减小时，电极之间的静电力一般以大于膜的恢复力的速度增加。因此，当可移动电极移动到某个位置，例如一般电极间隙的三分之一时，膜的恢复力不能平衡静电力。任何进一步的电压增加都可导致“拉入”效应，其可导致CMUT的不稳定或故障。因此，为了对某些应用获得足够的位移，两个电极之间的分离间隙必须被设计为远大于实际需要的位移，这可基本上限制CMUT在常规操作中的性能。

附图简述

附图结合描述用于示出和解释目前设想的最好方式的原理。在图中，参考标号的最左侧数字标识了参考标号第一次出现的图。在附图中，相似的数字描述所有的几个视图中实质上类似的特征和部件。

图1A-1B示出了包括理论CMUT的系统的示例性图解模型。

图2A-2B示出了包括带有反馈电容器的CMUT的系统的示例性实施方式。

图3示出了包括带有反馈电容器的CMUT的系统的另一个示例性实施方式。

图4示出了包括带有反馈电容器的CMUT的系统的另一个示例性实施方式。

图5A-5C示出了包括带有反馈部件的CMUT的系统的示例性实施方式。

图6示出了用于带有反馈电容器的CMUT的示例性方法的流程图。

图7示出了包括带有反馈电容器的CMUT的系统的另一个示例性实施方式。

图8示出了包括带有反馈电容器的CMUT的系统的另一个示例性实施方式。

图9示出了包括带有反馈电容器的CMUT的系统的另一个示例性实施方式。

图10示出了包括带有反馈电容器的CMUT的系统的另一个示例性实施方式。

图11示出了包括带有反馈电容器的CMUT的系统的另一个示例性实施方式。

图12示出了包括带有反馈电容器的CMUT的系统的另一个示例性实施方式。

图13示出了包括带有反馈电容器的CMUT的系统的另一个示例性实施方式。

图14示出了包括探针的系统的示例性实施方式，所述探针包括带有反馈电容器的CMUT。

图15示出了包括探针的系统的另一个示例性实施方式，所述探针包括带有反馈电容器的CMUT。

详细描述

在以下的详细描述中，参考形成了本公开的一部分的附图，且在附图中作为例子而不是限制示出了示例性的实施方式。另外，应注意到，虽然本描述提供了如以下描述和如在附图中所示出的各种示例性的实施方式，但本公开不限于此处所描述和所示出的实施方式，而是可扩展到本领域技术人员已知的或将变成已知的其他实施方式。在本说明书中对“一个实施方式”、“这个实施方式”或“这些实施方式”的提及意指结合实施方式描述的被包括在至少一个实施方式中的特定的特点、结构或特征，且这些词组在本说明书中的不同位置的出现不一定都指同一实施方式。另外，在本描述中，许多具体的细节被阐述以便提供彻底的公开。但是，对本领域普通技术人员来说很明显，可能不是在所有的实施方式中都需要这些具体细节。在其他情况中，公知的结构、材料、电路、过程和接口未被详细描述，和/或可以方框图的形式示出，以便不使本公开不必要地难以理解。