[发明专利]高频压电晶体复合材料、用于制造其的装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年10月13日递交的美国临时申请序号61/344,801的优先权，该申请通过引用合并于本文中。

技术领域

本发明涉及在高频(＞20MHz)下工作的压电晶体和压电晶体复合材料的领域。更特别地，本发明提供了优选地用于工业和医疗超声应用的用于高分辨率成像的高频压电晶体复合材料，并且甚至更特别地提供了制造所述高频压电晶体复合材料的方法。

背景技术

通常，基于PMN-PT的压电单晶体与传统的PZT陶瓷相比具有优越的介电和压电特性。为了更加全面地利用单晶体的优良特性，已经制造出晶体复合材料以提高电磁耦合系数以及因此提供换能器性能特性。

对于超声换能器，工作频率与压电材料的厚度成反比相关。因此，随着目标工作频率增加，压电材料的厚度相应地减小，这造成了操作上和机电上的难题。另一方面，为了保持压电复合材料的高的机电耦合系数，对于压电晶体柱已经尝试了最优的纵横比。为了适应厚度和纵横比的要求，在高频复合材料中压电材料的特征尺寸需要减小以满足最优的比率。

已经提供了用于大概由美国专利7,622,853(Rehrig等人，转让给SciMed Life Systems有限公司)获知的微加工成像换能器的这种医疗应用的一种尝试，该专利的全部内容通过引用合并于本文中。

如美国专利7,622,853中提到的，医疗装置设置有换能器组件，换能器组件包括使用光刻微加工法形成的压电合成板。其中提到了在’853专利中的特定步骤。’853专利另外提到了微加工电极的PZT陶瓷的常规难题，但是未能调整至下文提及的所理解到的难题并且另外包括了对电场的有害影响以及对应变的夹紧效应。现在理解到了对在不能达到的深度内的进一步成像分辨率和灵敏度的需要。

最后，进一步认识到，通常在与低频换能器相比较高的电场中驱动高频换能器。

因此，对于改进的高频压电晶体复合材料、用于制造所述高频压电晶体复合材料的任选的相关装置和进一步任选的方法存在需求。

相关公开包括下列公开，各公开的全部内容通过引用完全合并于本文中：

1.P.Han，W.Yan，J.Tian，X，huang，H.Pan，“Cut directions for the optimization of piezoelectric coefficients of PMN-PT ferroelectric crystals”，Applied Physics Letters，86卷，第5号(2005).

2.S.Wang等人，“Deep Reactive Ion Etching of Lead Zirconate Titanate Using Sulfur hexafluoride Gas”，J.Am.Ceram.Soc.，82(5)1339-1341，1999.

3.A.M.Efremov等人，“Etching Mechanism of Pb(Zr，Ti)O₃Thin Films in Cl_2/Ar Plasma”，Plasma Chemistry and Plasma Processing2(1)，pp.13-29，2004年3月.

4.S.Subasinghe，A.Goyal，S.Tadigadapa，“High aspect ratio plasma etching of bulk Lead Zirconate Titanate”，in Proc.SPIE-Int.Soc.Opt.Engr，由Mary-Ann Maher，Harold D.Stewart和Jung-Chih Chiao编辑(San Jose，CA，2006)，pp.61090D1-9.

发明概述

作为回应，现在认识到改进基于PMN-PT的压电晶体复合材料的本发明以及用于制造所需的复合晶体元件的方法并且在此处提供。

本发明一般涉及高频压电晶体复合材料，以及用于制造高频压电晶体复合材料的方法。在适应性的实施方案中，包括成像换能器组件的用于高频(＞20MHz)应用的改进的成像装置、尤其是医学成像装置或距离成像装置与信号图像处理器耦合。另外，改进的发明提供了用于基于光刻法的微加工压电晶体复合材料的系统及其使得性能参数提高的应用。

本发明另外涉及成像装置，尤其是医疗装置，并且特别地涉及用于所提出的晶体复合材料的新颖结构和复合晶体元件的改进的医学成像装置和系统。