[发明专利]包括经成型衬底的可以塌陷模式工作的CMUT

说明书

本发明涉及用于生成医疗诊断图像的系统和方法，并且更具体地，涉及超声换能器。

如在Bayram，B.等人在IEEE Trans UFFC，Vol.50，No.9(2003)上的ANew Regime for Operating Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers中所讨论的，对于将要以塌陷模式工作的常规电容式微机械超声换能器(cMUT)，典型地以这样的电压激励cMUT的柔性隔膜，该电压导致部分隔膜塌陷在相应cMUT衬底上。施加到隔膜的电压随后减少到通常标记为cMUT的‘阶跃恢复(snapback)电压’的某个阈值电压，这将典型地导致隔膜从衬底向上升起并且返回平衡位置。相反，达到施加于之前塌陷隔膜的电压保持在阶跃恢复电压之上的程度，可以典型实现设备完全线性和有效的输出。

图1中示出了常规cMUT结构。更具体地说，图1以示意性横截面示出了cMUT 100，其包括衬底102和柔性隔膜106，在衬底102中形成囊104，并且柔性隔膜106横跨囊104安装在衬底102上。在偏置电压施加在柔性隔膜106上并且将衬底102设置在相对低电压或者零伏特的情况下，cMUT100将典型地在柔性隔膜106和衬底102之间的囊104内显示出间隙108。

现在参考图2，在操作中，一旦施加到柔性隔膜106和衬底102上的电压偏置从与图1中所示的cMUT 100的构造相关联的相对低或零电平增大足够量，该柔性隔膜106将趋向于向下并且朝向衬底102塌陷到囊104内。柔性隔膜106的这种塌陷可以基本上消除柔性隔膜106和衬底102之间的间隙108(图1)，使得柔性隔膜106的朝下表面200至少临时与衬底102相应的朝上表面202物理接触。一旦实现柔性隔膜106相对于衬底102的这种塌陷状况，就可以通过在柔性隔膜106和衬底102上连续施加超过某个最小电平(一般称为“阶跃恢复”电压)的偏置电压来维持这种塌陷状况。

可以在塌陷模式中使用cMUT 100发射或者接收压力波。对于以相对衬底102塌陷的柔性隔膜106发射压力波的cMUT 100，施加在柔性隔膜106和衬底102上的电压可以在相对高电压和相对低电压之间循环。这两个电压各自的幅度典型地都比与cMUT 100相关联的阶跃恢复电压更高。在该相对高电压和该相对低电压中，该相对高电压与柔性隔膜106的朝下表面200和衬底102的朝上表面202之间相应的更大接触面积相关联。随着通过循环偏置电压诱使、驱动或者导致柔性隔膜106在这种与衬底102的较大和较小物理接触面积之间交替，通过囊104内衬底102某些部分的垂直往复，该柔性隔膜106的相应部分跃迁入和跃迁出与衬底102接触的面积(例如，入和出该柔性隔膜106的“塌陷区域”)。该柔性隔膜106跃迁部分的这种往复垂直运动产生了所期望的压力波。如本领域的技术人员所意识到的，这种cMUT 100还典型可用于图2中所示的塌陷模式中，用于作为柔性隔膜106受到由cMUT 100所接收的外部产生的压力波的响应而产生和发送相应的电信号。

根据对诸如图1和图2的cMUT 100的cMUT效率的至少一次普通测量，充分积极参与压力波发射(例如，作为响应于电输入的输出)和/或对到来的压力波的接收和响应(例如，作为输入、作为产生电输出过程的部分)的那部分柔性隔膜106的大小或面积值为比较提供了至少一个基础。例如，在两个至少有些不同配置变化的cMUT 100趋向于对相同的输入电信号或者相同的输入压力波作出至少有些不同响应的情况下，一般认为显示出柔性隔膜106塌陷区域更多运动的cMUT变体是更有效的设备。

尽管目前为止所进行的努力，但是对使用其有效率和有效果的cMUT装置和方法的需求仍保持不变。如从下列说明中显而易见的，通过所公开的装置、系统和方法满足这些和其它需求。