[实用新型]微机械超声换能器以及电子系统

说明书

本公开的实施例涉及微机械超声换能器以及电子系统。一种微机械超声换能器，包括：膜元件，配置为发射或接收超声波，在超声波的发射或接收期间，膜元件以谐振频率关于平衡位置振荡，膜元件的平衡位置根据施加到膜元件的偏置电信号而可变化；以及帽结构，覆盖膜元件，帽结构在帽结构与膜元件之间形成腔体，腔体的体积根据膜元件的平衡位置而可变化，帽结构包括开口，开口被配置为将超声波输入腔体中或从腔体输出超声波，帽结构和膜元件用作可调谐的亥姆霍兹谐振器，在可调谐的亥姆霍兹谐振器中，谐振频率根据腔体的体积而可变化。利用本公开的实施例，微机械超声换能器的谐振频率可以补偿由于不可避免的工艺公差而导致的预定谐振频率的变化。

技术领域

本公开总体上涉及微机电设备的领域，在下文中称为MEMS(“微机电系统”)设备。更具体地，本公开涉及微机械超声换能器，在下文中被称为MUT(“微机械超声换能器”)换能器。

背景技术

MEMS设备包括通过微加工技术(例如，光刻、沉积和蚀刻)以高度小型化形式集成在半导体材料(例如，硅)中的相同基底上的机械部件、电气部件和/或电子部件。

MUT换能器是适合用于超声波的发射/接收的MEMS设备的示例。

常规MUT换能器包括以柔性方式(通常借助于合适的弹簧元件) 悬置在基底上方的膜或隔膜元件。

在MUT换能器作为发射器的操作中，膜元件响应于在交流电(AC) 中的电信号的施加而关于膜元件的平衡位置振荡(或振动)，从而生成超声波。

在MUT换能器作为接收器的操作中，由于超声波入射到其上，膜元件关于其平衡位置振荡(或振动)，生成对应的电信号(例如，电流信号和/或电压电信号)。

在超声波的生成/接收期间，膜元件以其相应的谐振频率关于其平衡位置振荡。

可以在设计阶段期间根据诸如膜元件的大小和材料的参数来限定谐振频率。

实用新型内容

本公开的目的是提供微机械超声换能器以及电子系统，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。

本公开的一方面提供了一种微机械超声换能器，包括：膜元件，被配置为发射或接收超声波，其中在超声波的发射或接收期间，膜元件以谐振频率关于平衡位置振荡，其中膜元件的平衡位置根据施加到膜元件的偏置电信号而可变化；以及帽结构，覆盖膜元件，其中帽结构在帽结构与膜元件之间形成腔体，其中腔体的体积根据膜元件的平衡位置而可变化，其中帽结构包括开口，开口被配置为将超声波输入到腔体中或从腔体输出超声波，其中帽结构和膜元件用作可调谐的亥姆霍兹谐振器，在可调谐的亥姆霍兹谐振器中，谐振频率根据腔体的体积而可变化。

根据一个或多个实施例，微机械超声换能器进一步包括：至少一个第一电极，被配置为发送或接收适于引起或检测膜元件的振荡的交流电信号；以及至少一个第二电极，被配置为接收适于在平衡位置中偏置膜元件的直流偏置电信号。

根据一个或多个实施例，其中至少一个第一电极与至少一个第二电极不同。

根据一个或多个实施例，微机械超声换能器进一步包括：半导体材料的基底，其中膜元件以柔性方式被悬置在基底之上。

根据一个或多个实施例，其中帽结构由半导体材料制成。

根据一个或多个实施例，其中微机械超声换能器是压电微机械超声换能器。

根据一个或多个实施例，其中微机械超声换能器是电容性微机械超声换能器。