[发明专利]基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，包括声压探测和磁场探测两部分，所述磁场探测包括两个磁声表面波谐振器单元(100)，声压探测包括2×N个阵列排列的压电超声换能器单元(200)，N≥2；

所述磁声表面波谐振器单元包括自下而上依次设置的磁致伸缩衬底(1)、金属缓冲层(2)、温度补偿层(3)、压电薄膜(4)、叉指换能器(5)和保护层(12)；

所述压电超声换能器单元包括自下而上依次设置的磁致伸缩衬底(1)、金属缓冲层(2)、氮化硅层(6)、二氧化硅层(7)、超声换能器下电极(8)、压电薄膜(4)、超声换能器上电极(10)和保护层(12)，其中，所述压电超声换能器单元的磁致伸缩衬底中设置超声共振腔(11)；

所述磁声表面波谐振器单元和压电超声换能器单元中的磁致伸缩衬底(1)、金属缓冲层(2)、压电薄膜(4)和保护层(12)共用，两个磁声表面波谐振器单元中的压电薄膜层的厚度不相同。

2.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，其特征在于，所述磁声表面波谐振器单元与压电超声换能器单元之间设置深度为30～50μm的沟道隔离；两个磁声表面波谐振器单元之间设置深度为30～50μm的沟道隔离；相邻压电超声换能器单元之间设置深度为30～50μm的沟道隔离。

3.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，其特征在于，所述磁致伸缩衬底为具有巨杨氏模量效应的磁致伸缩材料，其厚度大于2倍的声表面波波长。

4.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，其特征在于，所述磁致伸缩衬底为FeB、FeSiB、FeSiBC、FeCoSiB非晶磁致伸缩带材，或同时具有负泊松比和拉胀效应的Fe_1-xGa_x、Fe_1-yAl_y、Ni_1-zAl_z磁致伸缩合金块材，其中，x＝0.12～0.33，y＝0.12～0.4，z＝0.041～0.125。

5.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，其特征在于，所述磁致伸缩衬底的表面粗糙度小于5nm。

6.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，其特征在于，所述金属缓冲层为Ti或Cr，所述温度补偿层为SiO₂，所述压电薄膜为ScAlN、AlN、ZnO或GaN。

7.一种基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将具有巨杨氏模量效应的磁致伸缩材料作为磁致伸缩衬底，厚度大于2倍的声表面波波长，并对磁致伸缩衬底进行表面抛光、清洗及预处理；

步骤2、在步骤1处理后的磁致伸缩衬底上采用溅射法沉积金属缓冲层；

步骤3、在金属缓冲层表面利用第一层掩膜通过化学气相沉积法沉积氮化硅层，去掉掩膜，采用溅射法沉积SiO₂温度补偿层和二氧化硅层；

步骤4、在二氧化硅层表面利用第二层掩膜通过溅射法沉积超声换能器下电极；

步骤5、去掉掩膜，在SiO₂温度补偿层和超声换能器下电极的上表面采用射频反应磁控溅射法沉积压电薄膜；

步骤6、在步骤5得到的压电薄膜上利用第三层掩膜，通过湿法刻蚀压电薄膜使超声换能器下电极露出；

步骤7、在压电薄膜表面利用第四层掩膜通过溅射法沉积叉指换能器电极、超声换能器上电极和超声换能器下电极引线；

步骤8、利用第五层掩膜在叉指换能器、超声换能器上电极和超声换能器下电极引线上通过溅射法沉积保护层；

步骤9、在磁致伸缩衬底的背面采用第七层掩膜光刻共振腔图形，利用电感耦合等离子体源技术形成超声共振腔，最后将电极引线上的SiO₂保护层剥离，露出电极引线。