[发明专利]一种压电微型超声换能器及其制备方法

权利要求书

1.一种压电微型超声换能器，其特征在于，所述压电微型超声换能器包括单晶硅片和阵列排列在所述单晶硅片单面的多个超声换能器单元，所述超声换能器单元至少包括腔体结构以及悬空支撑在所述腔体结构上方的多层复合膜结构，各个所述超声换能器单元的腔体结构之间通过至少一条腐蚀通道连通，其中，所述多层复合膜结构自下而上依次包括弹性层、绝缘层以及压电敏感层；所述腐蚀通道的高度介于0.2μm～1μm之间，所述腐蚀通道的宽度介于5μm～15μm之间，所述腔体结构的高度介于0.5μm～5μm之间，所述空腔结构的直径介于30μm～200μm之间，所述弹性层的材料包括多晶硅及氮化硅中的一种，所述弹性层的厚度介于0.5μm～3μm之间；所述绝缘层的材料包括二氧化硅及氮化硅中的一种，所述绝缘层的厚度介于0.1μm～0.8μm之间。

2.根据权利要求1所述的压电微型超声换能器，其特征在于：所述压电敏感层自下而上依次包括下电极、压电层以及上电极。

3.一种如权利要求1～2任一项所述压电微型超声换能器的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：

1)提供单晶硅片，在所述单晶硅片的正面形成第一牺牲层和覆盖所述第一牺牲层及所述单晶硅片的第二牺牲层；

2)形成弹性层，所述弹性层覆盖所述第二牺牲层及所述单晶硅片；

3)在所述弹性层中刻蚀形成暴露所述第二牺牲层的释放孔，利用腐蚀液，通过所述释放孔腐蚀所述第二牺牲层形成各超声换能器单元之间的腐蚀通道，接着，所述腐蚀液通过所述腐蚀通道继续腐蚀所述第一牺牲层及所述第二牺牲层，形成各超声换能器单元的腔体结构；

4)填堵所述释放孔，并在所述弹性层表面形成绝缘层；

5)在所述绝缘层表面形成压电敏感层。

4.根据权利要求3所述的压电微型超声换能器的制备方法，其特征在于：步骤1)中，形成所述第一牺牲层的过程包括：在所述单晶硅片的正面沉积第一牺牲层材料，然后利用反应离子刻蚀技术刻蚀所述第一牺牲层材料形成所述第一牺牲层，所述第一牺牲层用来定义步骤3)中所述腔体结构的形貌和尺寸。

5.根据权利要求3所述的压电微型超声换能器的制备方法，其特征在于：步骤1)中，形成所述第二牺牲层的过程包括：在所述第一牺牲层及所述单晶硅片的正面沉积第二牺牲层材料，然后利用反应离子刻蚀技术刻蚀所述单晶硅片的正面的第二牺牲层材料形成所述第二牺牲层，所述第二牺牲层用来定义步骤3)中所述腔体结构及所述腐蚀通道的形貌和尺寸。

6.根据权利要求3所述的压电微型超声换能器的制备方法，其特征在于：所述第一牺牲层的材料包括低温氧化物及磷硅玻璃中的一种，所述第二牺牲层的材料包括低温氧化物及磷硅玻璃中的一种。

7.根据权利要求3所述的压电微型超声换能器的制备方法，其特征在于：步骤4)中，填堵所述释放孔的过程包括：在所述弹性层表面及所述释放孔中沉积填堵材料，然后利用反应离子刻蚀技术刻蚀去除所述弹性层表面的填堵材料，所述填堵材料包括二氧化硅。

8.根据权利要求3所述的压电微型超声换能器的制备方法，其特征在于：步骤4)中，采用热氧化工艺在所述弹性层表面形成所述绝缘层。

9.根据权利要求3所述的压电微型超声换能器的制备方法，其特征在于：步骤5)中，形成所述压电敏感层的过程包括：

5-1)在所述绝缘层表面形成下电极；

5-2)在所述绝缘层和所述下电极表面形成压电层；

5-3)在所述压电层表面形成上电极。

10.根据权利要求9所述的压电微型超声换能器的制备方法，其特征在于：步骤5-2)中，采用溅射工艺在所述绝缘层和所述下电极表面形成所述压电层，所述压电层的材料包括氮化铝及铌酸锂中的一种，所述压电层的厚度介于0.8μm～3μm之间。

11.根据权利要求9所述的压电微型超声换能器的制备方法，其特征在于：所述下电极和所述上电极的材料包括铂及金中的一种，所述下电极和所述上电极的厚度均介于0.1μm～0.8μm之间。