[发明专利]一种组合式变刚度薄膜pMUTs及其制备方法

摘要

本发明提供了一种组合式变刚度薄膜pMUTs及其制备方法，组合式变刚度薄膜结构由圆形薄膜以及环绕在圆形薄膜周向，并与之同心的环形薄膜组成；根据不同的工况需求对圆形薄膜与环形薄膜的厚度分别进行调整实现组合式变刚度薄膜；其整体结构从上至下依次包括上电极、振动薄膜压电驱动层、下电极、振动薄膜结构层、薄膜支撑结构以及基底结构；用于超声波发射工作模式时，通过对圆形薄膜以及环形薄膜以一定的相位差进行激励，造成圆形薄膜‑流体介质‑环形薄膜之间的耦合作用，大幅提高单元超声发射功率；用于超声波接收时，通过圆形薄膜与环形薄膜结构在流体介质中的谐振频率偏差，实现超声宽带宽接收性能；本发明提出的组合式薄膜结构pMUTs，具有高发射功率和宽带宽接收性能。

主权项

1.一种组合式变刚度薄膜pMUTs，其特征在于：自上而下由多层复合薄膜(1)与基底结构(2)组成；所述多层复合薄膜(1)是由压电驱动层结构(1‑1)与非驱动层结构(1‑2)组合而成；所述压电驱动层结构(1‑1)在厚度方向从上至下由顶部电极(1‑1‑1)、电介质层(1‑1‑2)和底部电极(1‑1‑3)组成；所述电介质层(1‑1‑2)是由多层材料复合而成；所述非驱动层结构(1‑2)下表面刻蚀有圆形凹槽(3‑1)与环形凹槽(4‑1)，且环形凹槽(4‑1)与圆形凹槽(3‑1)处于同心位置；所述基底结构(2)上刻蚀有圆形空腔(3‑2)与环形空腔(4‑2)，且环形空腔(4‑2)与圆形空腔(3‑2)处于同心位置；圆形空腔(3‑2)和环形空腔(4‑2)与对应的圆形凹槽(3‑1)和环形凹槽(4‑1)形成pMUTs的真空腔体，与所述多层复合薄膜(1)形成可产生弯曲振动的圆形薄膜(5)以及与之同心的环形薄膜(6)；所述非驱动层结构(1‑2)下表面的圆形凹槽(3‑1)和环形凹槽(4‑1)分别用于对圆形薄膜(5)和环形薄膜(6)进行刚度调节；所述顶部电极(1‑1‑1)由覆盖在圆形薄膜(5)上表面的圆形薄膜驱动电极(1‑1‑1‑1)和覆盖在环形薄膜(6)上表面的环形薄膜驱动电极(1‑1‑1‑2)组成；对圆形薄膜驱动电极(1‑1‑1‑1)与环形薄膜驱动电极(1‑1‑1‑2)采用同频率但存在相位差的驱动信号进行激励，所述相位差的范围为0至2π；在圆形薄膜驱动电极(1‑1‑1‑1)与环形薄膜驱动电极(1‑1‑1‑2)覆盖区域下方的电介质层(1‑1‑2)中的压电材料层在逆压电效应作用下产生面内应力，造成圆形薄膜(5)、环形薄膜(6)翘曲产生弯曲振动。