[发明专利]一种基于悬空结构的压电微机械超声传感器

说明书

一种基于悬空结构的压电微机械超声传感器，其主要包括基座和压电晶片，其中压电晶片通过一个或多个连接件悬空设置在所述基座上，所述压电晶片用于产生或接收超声波。一方面，由于压电晶片和基座之间采用连接件进行连接，使得压电晶片处于悬空状态，利于减小基座对压电晶片的拉应力束缚，从而减少残余应力的影响；另一方面，由于压电晶片的悬浮结构设计，使得传感器自身能够实现更好的谐振运动，对于边缘的束缚应力更小，压电晶片或压电薄膜的振动位移更大，利于产生高声压的超声波，实现更为准确的识别和探测。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种基于悬空结构的压电微机械超声传感器。

背景技术

随着电子计算机、现代信息、交通、遥感、机器智能等科学技术的发展，对超声波传感器的需求量与日俱增，其应用的领域已渗入到国民经济的各个部门以及人们的日常文化生活之中，特别是将超声传感器应用在各类民用电子设备之中，为广大民众带来了使用便利。

信息技术的发展促使电子设备的使用越来越频繁，用户的私密文件更多地储存在电子设备中，指纹识别是一种访问电子设备或范围用户文件的生物验证技术，可以很好地保证用户信息的安全性。鉴于电容式和光学指纹识别受到识别物体清洁度干燥度以及环境明亮度的影响，而超声波指纹识别方法具有较低的识别错误率，并且应用环境不受限制，空气和液体环境中都能进行很好的识别，因此成为手机、电脑等电子设备指纹解锁的应用热点。

随着手机全面屏的推广应用，电容式的指纹解锁方式只能在手机背面开孔，当用户想要解锁时，只能拿起手机才能进行操作，存在操作不便的问题。于是，屏下指纹识别的技术方案成了手机行业追捧的热点，超声波可以穿透玻璃、塑料、液体等物质，能够到达待检测物体表面，同时由于超声波的较强穿透性能，可以达到人的真皮层，如此则极大地提升了指纹识别的防伪性和正确率。

超声波指纹识别方案主要是利用回波强度识别指纹，具备防油防水、穿透性强等优点。这种方案有赖于压电微机械超声传感器，通过其发出的特定频率超声波来扫描手指，由于超声波到达不同材质表面时被吸收、穿透和反射的程度不同，因而可以利用皮肤和空气或不同皮肤层对于声波阻抗的差异，对指纹的脊、谷的位置进行识别，特别是能够进行深层的皮下指纹识别且能够辨别活体。此外，这种方案不易受到油渍和水渍以及强光的干扰，使得指纹识别过程更加稳定、可靠。

目前，对于压电微机械超声传感器(PMUT)来说，国内的研究还处于起步阶段，常见的成品PMUT均是全夹紧膜结构、全固定堆叠膜结构或者是边缘部分刻蚀结构，这种结构使得PMUT所受的应力较大、易造成升压较弱的问题。由于现有制造工艺流程中均有热处理步骤，因此淀积的压电薄膜中会有较大的残余应力存在，完全夹膜设计或全堆叠膜设计对于残余应力十分敏感，会导致其工作频率产生较大的偏移，进而导致PMUT的动态工作范围缩小；同时，边缘部分蚀刻设计对于偏转薄膜会有很大的拉伸应力，从而会造成动态偏转位移的减少，进而影响声压的输出。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何克服现有压电微机械超声传感器存在的所受应力大、声压输出弱的问题。为解决上述技术问题，本申请提供一种悬空结构的压电微机械超声传感器，其包括：

基座；

压电晶片，通过一个或多个连接件悬空设置在所述基座上，所述压电晶片用于产生或接收超声波。

所述基座和所述压电晶片之间形成有镂空区域，所述压电晶片通过一个或多个所述连接件固定在所述基座的内侧面上。

多个所述连接件均匀地分布在所述基座的内侧面上，以对所述压电晶片形成稳定的拉应力。

所述压电晶片包括第一钝化层，所述连接件固定连接在所述第一钝化层上，所述第一钝化层上依次沉积形成有下电极、压电材料和上电极。

所述第一钝化层的下表面设有基底层，所述上电极的表面沉积形成有第二钝化层。