[发明专利]基于弛豫铁电单晶薄膜的压电微机械超声换能器及其制备

权利要求书

1.一种基于弛豫铁电单晶薄膜的压电微机械超声换能器，为一悬膜式结构，其特征在于，由顶部电极层（1），压电薄膜层（2），底部电极层（3），粘附层（4），衬底（5）以及底部空腔（6）组成；

其中，所述顶部电极层（1）为圆形，厚度：0.1 μm≤h_e1≤3μm，半径：1 μm≤r_e≤24μm；和底部电极层（3）均为铂（Pt）；

所述压电薄膜层（2）为弛豫铁电单晶薄膜；

所述粘附层（4）为二氧化钛（TiO₂）；

所述衬底（5）为硅晶片（SOI）；

所述底部空腔（6）形状为正方形，其尺寸与压电薄膜层（2）一致。

2.根据权利要求1所述的基于弛豫铁电单晶薄膜的压电微机械超声换能器，其特征在于，所述弛豫铁电单晶薄膜的材料为一沿[011]方向极化的铌镁酸铅-钛酸铅Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-30％PbTiO₃，厚度：0.1 μm≤h_p≤4.5 μm，尺寸为40μm×40μm至70μm×70μm。

3.根据权利要求1所述的基于弛豫铁电单晶薄膜的压电微机械超声换能器，其特征在于，所述底部电极层（3）厚度h_e2：0.1 μm≤h_e2≤1μm，尺寸为50μm×50μm至80μm×80μm。

4.根据权利要求1所述的基于弛豫铁电单晶薄膜的压电微机械超声换能器，其特征在于，所述粘附层（4）厚度h_t：0.01 μm≤h_t≤0.05μm。

5.根据权利要求1所述的基于弛豫铁电单晶薄膜的压电微机械超声换能器，其特征在于，所述硅晶片结构为顶层硅-二氧化硅-背衬硅，其中，顶层硅厚度h_s：2 μm≤h_s≤10μm，二氧化硅厚度h_o：0.1 μm≤h_o≤0.5μm。

6.根据权利要求1所述的一种基于弛豫铁电单晶薄膜的压电微机械超声换能器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.在衬底（5）上制备粘附层（4）；

B. 在粘附层（4）上溅射底部电极层（3）；

C. 在底部电极层（3）上制备Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-30％PbTiO₃压电薄膜层（2）；

D. 通过湿法刻蚀将压电薄膜层（2）进行图案化；

E. 在压电薄膜层（2）上溅射顶部电极层（1）；

F.采用剥离工艺对顶部电极层（1）进行图案化；

G. 采用深反应离子刻蚀法对衬底（5）进行背面刻蚀。

7.根据权利要求6所述的基于弛豫铁电单晶薄膜的压电微机械超声换能器的制备方法，其特征在于，所述步骤A制备粘附层（4）包括：

首先在衬底上溅射钛层，然后将钛层经高温氧化为二氧化钛层。

8.根据权利要求6所述的基于弛豫铁电单晶薄膜的压电微机械超声换能器的制备方法，其特征在于，所述步骤G背面刻蚀至衬底（5）二氧化硅处止。