[发明专利]一种薄膜超声换能器及其制备方法

权利要求书

1.一种薄膜超声换能器，该薄膜超声换能器包含电容换能器单元，所述的电容换能器单元由下至上包含电容第二电极(126)、绝缘层(125)、微气隙(130)、支撑部件(128)及压电第一电极(123)，其特征在于，该薄膜超声换能器由下至上还依次包含：位于压电第一电极(123)之上的压电层(122)、以及位于压电层(122)之上的压电第二电极(121)；

所述支撑部件(128)为可弯曲的压电振动膜，其下方中心的内凹部位与所述绝缘层(125)一起形成一个封闭的微气隙空腔。

2.根据权利要求1所述的薄膜超声换能器，其特征在于，所述的电容第二电极(126)、绝缘层(125)、微气隙(130)、支撑部件(128)、压电第一电极(123)、压电层(122)、及压电第二电极(121)的所有部件重心在一条直线由下至上依次放置。

3.一种薄膜超声换能器的制备方法，该薄膜超声换能器包含电容换能器单元及位于该单元的压电第一电极之上的压电层(122)、位于该压电层之上的压电第二电极(121)，所述的制备方法包含如下步骤：

11)首先选取一个硅基片，在硅片的上表面制备电容第二电极；

12)在电容第二电极上制备绝缘层，再在绝缘层上制备牺牲层，并进行图形化，腐蚀形成微气隙的形状；

13)在牺牲层上制备支撑层，再在支撑层上刻蚀出牺牲层释放孔，并用光刻胶保护释放孔之外的区域，并通过湿法腐蚀或干法刻蚀的方法，将支撑层下方的牺牲层腐蚀，形成微气隙；

14)去除光刻胶，在支撑层上面制备压电第一电极，再在压电第一电极上面制备一层或几层压电层，最后在压电薄膜上制备压电第二电极。

4.根据权利要求3所述的薄膜超声换能器制备方法，其特征在于，所述电容第二电极采用铝膜、铬膜、金膜或铂金膜制作，或采用由以上金属材料构成的合金薄膜，或由以上金属薄膜构成的复合薄膜制作，厚度为0.01μm～1μm；或在硅片上表面浇注高浓度参杂的物质，形成电容第二电极，厚度为0.01μm～50μm。

5.一种薄膜超声换能器的制备方法，该薄膜超声换能器包含电容换能器单元及位于该单元的压电第一电极之上的压电层(122)、位于压电层之上的压电第二电极(121)，所述的制备方法包含如下步骤：

21)选取一个SOI硅基片，SOI硅基片包含基底硅层、位于基底硅层上方的二氧化硅层和位于二氧化硅层上方的第二硅层，腐蚀SOI硅片的第二硅层形成微气隙； 

22)选取第二SOI硅片，将第二SOI硅片倒置，使第二SOI硅片的第二硅层位于第一SOI硅片的第二硅层之上，并采用静电键合工艺将第一SOI硅片和第二SOI硅片键合，则完成了对微气隙的密封制作；

23)腐蚀并完全去除第二SOI硅片的基底硅层，并用氢氟酸溶液腐蚀去掉二氧化硅层，所剩下的第二SOI硅片的第二硅层即为换能器的支撑层；

24)在支撑层上面制备压电第一电极，再在压电第一电极上面制备一层或几层压电层，最后在压电薄膜上制备压电第二电极。

6.一种薄膜超声换能器的制造方法，该薄膜超声换能器包含电容换能器单元及于该单元的压电第一电极之上的压电层(122)、位于压电层之上的压电第二电极(121)，所述的制备方法包含如下步骤：

31)选取一个低阻的硅基片，并对低阻硅片进行氧化形成二氧化硅层，图形化并腐蚀二氧化硅层，形成临时微气隙；

32)对低阻硅片再次进行氧化，使临时微气隙下方的硅形成二氧化硅绝缘层；

33)选取SOI硅片，该SOI硅片包括基底硅层、位于基底硅层上方的二氧化硅层和位于二氧化硅层上方的第二硅层，将SOI硅片倒置，使SOI硅片的第二硅层位于低阻硅片之上的二氧化硅层之上，并采用静电键合工艺将SOI硅片和低阻硅片键合；

34)腐蚀并完全去除SOI硅片的基底硅层，并用氢氟酸溶液腐蚀去掉二氧化硅层，所剩下的SOI硅片的第二硅层即为换能器的支撑层；

35)在支撑层上面制备压电第一电极，再在压电第一电极上面制备一层或几层压电层，最后在压电薄膜上制备压电第二电极。

7.根据权利要求6所述的薄膜超声换能器的制备方法，其特征在于，所述的步骤31)进一步包含如下步骤从而改变微气息的高度：

31-1)腐蚀临时微气隙下方的硅，形成第二临时微气隙；

31-2)对硅片再次进行氧化，使第二临时微气隙下方的硅形成二氧化硅绝缘层，该二氧化硅绝缘层上方的空腔即为微气隙。