[发明专利]一种基于MEMS技术的压电式柔性超声换能器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于MEMS技术的压电式柔性超声换能器及制备方法，该压电式柔性超声换能器包含柔性基底，柔性基底上设置一层底电极，底电极上设置一层压电层，压电层上设置多个表电极，所述多个表电极被划分为两组，每组中的各表电极之间通过导电引线电性连接，且各组的表电极上分别电性连接一根信号输出线，每组的其中一个表电极上分别设置有声阻抗匹配层。本发明中超声换能器具有柔性基底，柔韧性好，应用范围广，采用溅射技术直接生成金属掺杂的ZnO压电薄膜作为压电层，工艺简单，各表电极制作在同一压电层上，制作工艺简单，并可大规模列阵集成化，提高压电换能器的应用能力。

技术领域

本发明涉及超声换能器领域，更具体地说，涉及一种基于MEMS技术的压电式柔性超声换能器及制备方法。

背景技术

基于微机电系统(MEMS)技术的超声换能器相比于传统宏观的超声换能器具有体积小、易阵列、集成化，易于IC工艺兼容等特点。近年来，在超声成像，指纹识别，传感，无损探测等领域MEMS超声换能器的应用日益广泛。

目前，基于MEMS技术的超声换能器(MUT)可分为电容式(CMUT)和压电式(PMUT)。CMUT电阻一般较大，不利于与前端电路匹配，且工作电压较高(约200V)，不利于器件稳定。由于空腔的存在，薄膜悬于空腔上方，制作工艺较复杂。相对于CMUT，PMUT具有电阻小、驱动电压低，易与前端电路匹配，且制造工艺相对简单，可靠性高等特点，所以应用潜力更大。当前PMUT大多基于硅基底，虽刚性基底能很好的保护器件不受环境损坏，但是不易弯曲，限制了在可穿戴、可植入等领域的应用。

发明内容

针对上述当前PMUT大多基于硅基底，虽刚性基底能很好的保护器件不受环境损坏，但是不易弯曲，限制了在可穿戴、可植入等领域的应用的技术缺陷，本发明提供了一种基于MEMS技术的压电式柔性超声换能器及制备方法。

根据本发明的其中一方面，本发明为解决其技术问题，提供了一种基于MEMS技术的压电式柔性超声换能器，包含柔性基底，柔性基底上设置一层底电极，底电极上设置一层压电层，压电层上设置多个表电极，所述多个表电极被划分为两组，每组中的各表电极之间通过导电引线电性连接，且各组的表电极上分别电性连接一根信号输出线，每组的其中一个表电极上分别设置有声阻抗匹配层。

进一步地，在本发明的基于MEMS技术的压电式柔性超声换能器中，所述柔性基底的制成材料包括聚醚砜、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷以及涤纶树脂。

进一步地，在本发明的基于MEMS技术的压电式柔性超声换能器中，其特征在于，所述压电层3为金属掺杂的ZnO压电薄膜。

进一步地，在本发明的基于MEMS技术的压电式柔性超声换能器中，所述ZnO压电薄膜掺杂的金属元素包括Al、Fe、Cu以及Ga，掺杂质量占比为1％～3％。

进一步地，在本发明的基于MEMS技术的压电式柔性超声换能器中，所述底电极上的ZnO压电薄膜采用溅射技术制作得到。

进一步地，在本发明的基于MEMS技术的压电式柔性超声换能器中，所述底电极和所述表电极的材料包括：铝、银、金以及多晶硅。

根据本发明的另一方面，本发明为解决其技术问题，还提供了一种基于MEMS技术的压电式柔性超声换能器的制作方法，包含如下步骤：

a、在柔性基底上沉积一层金属膜作为底电极；

b、在底电极上利用溅射技术制作一层金属掺杂的ZnO压电薄膜作为压电层；

c、在压电层上旋涂上光刻胶；

d、然后通过曝光将掩模版上的图案转移到压电层上的光刻胶上，通过显影技术溶解曝光区域的光刻胶，形成裸露区域；

e、在压电层上裸漏区域沉积上表电极；

f、在表电极上再次旋涂一层光刻胶；