[发明专利]一种具有T形空腔结构的空气耦合CMUT及其制备方法

权利要求书

1.一种具有T形空腔结构的空气耦合CMUT，其特征在于，包括振动薄膜(1)、支柱(2)、下电极(3)、T形空腔(4)、绝缘层(5)以及上电极(7)，绝缘层(5)处于振动薄膜(1)与下电极(3)之间；T形空腔(4)的上半部分沿支柱(2)的厚度方向贯穿支柱(2)；绝缘层(5)或者下电极(3)上表面中心区域开设有凹槽，所述凹槽作为T形空腔(4)的下半部分；振动薄膜(1)、支柱(2)和下电极(3)自上而下依次设置并一道将T形空腔(4)密封；

振动薄膜(1)的上表面位于支柱(2)上方的区域设有应力释放凹槽(6)；

应力释放凹槽(6)为环形凹槽，环绕于T形空腔(4)的外侧，其中心轴与T形空腔(4)的几何中心线重合；应力释放凹槽(6)的深度小于振动薄膜(1)的厚度，其宽度小于支柱区域最小宽度。

2.根据权利要求1所述的一种具有T形空腔结构的空气耦合CMUT，其特征在于，当下电极(3)上表面中心区域开设凹槽时，绝缘层(5)设置于下电极(3)裸露于T形空腔(4)对应区域的表面；或者绝缘层(5)设置于振动薄膜(1)的下表面。

3.根据权利要求1所述的一种具有T形空腔结构的空气耦合CMUT，其特征在于，当绝缘层(5)上表面中心区域开设凹槽时，下电极(3)上表面为平面。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种具有T形空腔结构的空气耦合CMUT，其特征在于，当振动薄膜(1)绝缘时，振动薄膜(1)的上表面设有上电极(7)，上电极(7)设置在振动薄膜(1)上与T形空腔(4)上半部分对应的区域；当振动薄膜(1)能够导电时，振动薄膜(1)同时用作上电极。

5.根据权利要求4所述的一种具有T形空腔结构的空气耦合CMUT，其特征在于，当振动薄膜(1)绝缘时，上电极(7)的形状与T形空腔(4)上半部分形状一致；上电极(7)的横向尺寸不大于T形空腔(4)上半部分的横向尺寸，且上电极(7)的横向尺寸不小于T形空腔(4)上半部分横向尺寸的一半。

6.根据权利要求1所述的一种具有T形空腔结构的空气耦合CMUT，其特征在于，T形空腔(4)上半部分的形状和下半部分的形状一致，上半部分和下半部分中心线重合；其中上半部分的横向尺寸大于下半部分的横向尺寸。

7.一种具有T形空腔结构的空气耦合CMUT的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)取一低阻双面抛光单晶硅片(9)，采用湿法氧化技术或干法氧化技术在单晶硅片(9)上表面氧化生成二氧化硅层(8)，未被氧化单晶硅片(9)用作下电极(3)；

(2)光刻二氧化硅层(8)，图形化T形空腔(4)上半部分形状，采用湿法刻蚀技术或干法刻蚀技术刻蚀二氧化硅层(8)，刻蚀停止于单晶硅片(9)上表面，此时初步形成T形空腔(4)的上半部分，剩余二氧化硅层(10)通过后续工艺处理后形成CMUT支柱；

(3)光刻单晶硅片(9)上表面，图形化T形空腔(4)下半部分形状，采用湿法刻蚀单晶硅片(9)上表面，通过刻蚀时间控制刻蚀深度，刻蚀完成后初步形成T形空腔(4)下半部分形状及单晶硅基底(11)；

(4)采用干法氧化技术二次氧化，在单晶硅基底(11)表面生成二氧化硅绝缘层(5)，同时形成T形空腔(4)、支柱(2)和下电极(3)；

(5)另取一SOI片，对SOI片顶层硅表面和支柱(2)表面做活化处理，将SOI片顶层硅与支柱(2)表面进行真空熔融键合，此时T形空腔(4)被真空密封；

(6)采用化学机械抛光法减薄SOI片80％的基底硅，再采用湿法刻蚀掉剩余基底硅，并进一步湿法刻蚀SOI片埋层二氧化硅，释放SOI片顶层硅，初步形成振动薄膜(1)；

(7)光刻SOI片顶层硅，图形化凹槽形状，湿法刻蚀顶层硅形成应力释放凹槽(6)，同时形成最终振动薄膜(1)；

(8)在振动薄膜(1)上溅射金属层，光刻金属层，刻蚀形成上电极(7)。