[发明专利]超声换能器及其形成方法、控制方法

说明书

本申请公开一种超声换能器及其形成方法和控制方法，所述超声换能器包括：形成于基底上的超声换能单元，所述超声换能单元包括：位于所述基底上的支撑层，所述支撑层内具有空腔；位于所述支撑层表面，且悬空于所述空腔上的压电振膜；位于所述压电振膜与所述基底之间的支撑层内的电容结构，所述电容结构包括：相对的上极板和下极板，至少部分空腔位于所述上极板和下极板之间。上述超声换能器的制备工艺简单，性能较高。

技术领域

本申请涉及MEMS技术领域，具体涉及一种超声换能器及其形成方法、控制方法。

背景技术

基于微加工技术的超声换能器(MUT)可以进行电学与声学信号的转化，这种设备可以广泛应用于包括麦克风和扬声器、手势识别、超声波成像、指纹识别等领域。根据超声换能器的工作原理，现有的超声换能器一般具有两种类型：一种是基于压电驱动的压电超声换能器(PMUT)，另一种是基于电场力驱动的电容式压电超声换能器(CMUT)。

PMUT在结构上一般包括工作于弯张模式的振动膜层，振动膜层一般由多层材料堆积而成，其中一般包括电极层和压电材料层。图1a为一种PMUT的结构示意图，PMUT包括支撑层10内具有背腔11，支撑层上形成有振动膜层，包括依次堆叠的下电极12、压电层13以及上电极14。

CMUT在结构上同样包括一块工作于弯张模式的振动膜层，该振动膜层一般较薄，主要由电极层和绝缘层堆叠而成。请参考图1b，为基于电场力驱动的CMUT结构示意图，CMUT包括衬底20，所述衬底上具有下电极，通过支撑层悬空于所述衬底20上的振动膜层，所述振动膜层包括绝缘层22和位于所述绝缘层22表面的上电极；所述振动膜层和所述衬底20之间具有空腔21。

现有技术的超声换能器无论是PMUT还是CMUT的性能都存在一定的缺陷，性能都有待进一步的提高。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种超声换能器及其形成方法、控制方法，以提高现有技术的超声换能器的性能。

本申请提供的一种超声换能器，包括：形成于基底上的超声换能单元，所述超声换能单元包括：位于所述基底上的支撑层，所述支撑层内具有空腔；位于所述支撑层表面，且悬空于所述空腔上的压电振膜；位于所述压电振膜与所述基底之间的支撑层内的电容结构，所述电容结构包括：相对的上极板和下极板，至少部分空腔位于所述上极板和下极板之间。

可选的，所述电容结构还包括：位于所述上极板朝向所述压电振膜的一侧表面的电连接结构，所述电连接结构包括：连接柱和连接电极，所述连接电极与所述上极板平行设置，所述连接柱连接于所述连接电极和所述上极板之间。

可选的，部分空腔位于所述连接电极和所述上极板之间。

可选的，还包括：贯穿部分厚度的支撑层的若干释放孔，所述释放孔与所述空腔连通；所述释放孔顶部填充有密封塞；所述空腔由释放牺牲层而形成。

可选的，所述压电振膜包括底电极、位于所述底电极表面的压电层，位于所述压电层表面的顶电极，所述压电层，位于所述空腔的平面投影区域内。

可选的，所述压电振膜与所述电容结构之间电学隔离。

可选的，包括：所述基底内形成有专用集成电路，所述专用集成电路电连接至所述压电振膜的底电极和顶电极，以及电连接至所述电容结构的上极板、下极板，用于驱动所述压电振膜振动发射声波，以及接收所述电容结构产生的传感信号。

可选的，所述支撑层内还形成有互连结构，用于电连接所述压电振膜和所述基底，和/或电连接所述电容结构和所述基底；所述互连结构包括互连柱。

可选的，所述空腔所在平面内形成有互连线。

可选的，包括若干阵列分布的所述超声换能单元，各个超声换能单元均电连接至基底内的专用集成电路，受所述专用集成电路控制。