[发明专利]压电微机械超声换能器和换能器阵列

权利要求书

1.一种换能器设备，其包括：

分段压电微机械超声换能器PMUT元件，其包含：

衬底；

锚定结构，其安置在所述衬底上；

膜，其安置成接近于所述锚定结构，所述膜包含压电层叠层和机械层，其中：

所述锚定结构包含将所述分段PMUT元件划分成分段的边界部分，每个分段具有对应的分段空腔，其中所述边界部分对应于所述膜的节线；

所述膜包含安置成接近于每个分段空腔的膜分段；以及

所述膜经配置以当所述分段PMUT元件接收或发射超声波信号时进行挠曲运动和振动中的一或两者。

2.根据权利要求1所述的换能器设备，其中所述锚定结构包含至少一个二氧化硅层。

3.根据权利要求1所述的换能器设备，其中所述边界部分对应于所述膜的一级模式、二级模式或更高级模式的节线。

4.根据权利要求3所述的换能器设备，其中所述膜分段经配置以在与所述一级模式、二级模式或更高级模式对应的频率下谐振。

5.根据权利要求1所述的换能器设备，其中所述分段PMUT元件具有大体上圆形形状并且其中所述边界部分沿所述分段PMUT元件的一或多个直径延伸。

6.根据权利要求5所述的换能器设备，其进一步包含第一边界部分以及大体上与所述第一边界部分正交的第二边界部分。

7.根据权利要求1所述的换能器设备，其中所述分段是大体上半圆形或四分之一圆形。

8.根据权利要求1所述的换能器设备，其中所述压电层叠层包含压电层、安置在所述压电层的第一侧上的第一电极层以及安置在所述压电层的第二侧上的第二电极层。

9.根据权利要求8所述的换能器设备，其中所述第一电极层和所述第二电极层经配置使得所述分段PMUT元件的每个分段单独地可控制。

10.根据权利要求9所述的换能器设备，其进一步包括控制系统，所述控制系统经配置以用于提供电信号以经由所述分段PMUT元件的个体分段提供波束控制。

11.根据权利要求8所述的换能器设备，其进一步包括控制系统，所述控制系统经配置以用于将电信号提供到所述第一电极层和所述第二电极层使得所述分段PMUT元件的所有分段被同相驱动。

12.根据权利要求1所述的换能器设备，其中所述分段PMUT元件具有大体上六边形、正方形或矩形形状。

13.根据权利要求1所述的换能器设备，其进一步包括PMUT元件的阵列，所述PMUT元件的阵列包含所述分段PMUT元件的多个例子。

14.根据权利要求13所述的换能器设备，其中所述阵列包含至少一个非分段PMUT元件，所述非分段PMUT元件包含经配置以在与零级模式对应的基频下谐振的膜。

15.根据权利要求14所述的换能器设备，其中所述非分段PMUT元件的锚定结构不包含用于将所述非分段PMUT元件划分成分段的边界部分。

16.根据权利要求13所述的换能器设备，其中所述衬底包含曲面并且其中所述PMUT元件的阵列安置在所述曲面上。

17.根据权利要求13所述的换能器设备，其中所述衬底的至少一部分包含柔性材料。

18.根据权利要求13所述的换能器设备，其中所述设备包括超声成像装置，所述超声成像装置包含所述PMUT元件的阵列。