[发明专利]压电微机械超声换能器和换能器阵列

说明书

一种设备可包含一或多个分段压电微机械超声换能器PMUT元件。每个分段PMUT元件可包含衬底、安置在所述衬底上的锚定结构以及安置成接近于所述锚定结构的膜。所述膜可包含压电层叠层和机械层。所述锚定结构可包含将所述分段PMUT元件划分成分段的边界部分。每个分段可具有对应的分段空腔。所述边界部分可对应于整个膜的节线。所述膜可包含安置成接近于每个分段空腔的膜分段。所述膜可经配置以当所述分段PMUT元件接收或发射信号时进行挠曲运动和振动中的一或两者。

优先权主张

本申请主张标题为“压电微机械超声换能器谐波阵列(PIEZOELECTRICMICROMECHANICAL ULTRASONIC TRANSDUCER HARMONIC ARRAYS)”且在2016年2月29日递交的第62/301,532号美国临时申请的优先权，所述申请以引用的方式并入本文中。本申请还主张标题为“压电微机械超声换能器和谐振阵列(PIEZOELECTRIC MICROMECHANICALULTRASONIC TRANSDUCERS AND TRANSDUCER ARRAYS)”且在2017年2月23日递交的第15/441,128号美国申请的优先权，所述申请以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及超声换能器且更具体地说涉及压电超声换能器。

背景技术

薄膜压电微机械超声换能器(PMUT)对于许多应用是有吸引力的候选，这些应用例如生物计量传感器系统(包含但不限于指纹传感器系统)、手势检测系统、麦克风和扬声器、超声成像系统以及化学传感器系统。PMUT通常包含悬置在空腔上方的压电叠层。压电叠层可包含压电材料的层和在压电层的每一侧上的经图案化或未经图案化的电极的层。虽然一些PMUT和基于PMUT的装置可提供令人满意的结果，但是改进的PMUT和基于PMUT的装置会是所期望的。

发明内容

本发明的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，其中没有单个方面单独负责本文中所公开的所期望的属性。

本发明中所描述的标的物的至少一个创新方面涉及包含分段压电微机械超声换能器(PMUT)元件的设备。分段PMUT元件可包含衬底、安置在衬底上的锚定结构以及安置成接近于锚定结构的膜。所述膜可包含压电层叠层和机械层。

在一些实例中，锚定结构可包含将分段PMUT元件划分成分段的边界部分。每个分段可具有对应的分段空腔。在一些实施方案中，边界部分可对应于整个膜的节线。膜可包含安置成接近于每个分段空腔的膜分段。所述膜可经配置以当分段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。

在一些实施方案中，边界部分可对应于整个膜的一级谐波、二级谐波或更高级谐波的节线。在此文档中，术语“谐波”与术语“振荡模式”或简单地“模式”同义。根据一些此类实施方案，膜分段可经配置以在可与一级模式、二级模式或更高级模式对应的频率下谐振。

根据一些实例，分段PMUT元件可具有大体上圆形形状。边界部分可沿分段PMUT元件的一或多个直径延伸。根据一些此类实例，第一边界部分可以大体上与第二边界部分正交。根据一些此类实施方案，分段可以大体上是半圆形或四分之一圆形。然而，在替代实施方案中，分段PMUT元件可具有另一形状，例如，大体上六边形、正方形或矩形形状。