[发明专利]驻极体电容式超声传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域中的电容式超声传感器，具体是驻极体电容式 超声传感器及其制备方法。

背景技术

超声传感器在工业、国防和生物医学等方面都有广泛的应用。近年来， 一种电容式超声传感器逐渐成为超声换能器的主要研究方向之一。与压电 式超声换能器相比，电容式超声传感器具有灵敏度高、带宽大、机械阻抗 低等优势，并且采用大规模集成电路的制作方法，体积小，重量轻，易于 与电子电路集成，适合制造二维面阵结构，制造成本低，因此具有更加广 泛的应用范围。传统的电容式超声传感器工作时需要外界提供几十伏的直 流偏置电压，增加了外围集成电路的复杂度和难度，因此传统的CMUT器 件存在直流电压过高、功耗较大、驱动电路不易芯片集成等问题，不利于 传感器的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，提出一种驻极 体电容式超声传感器及其制备方法，其无需外加直流偏置电压，简化了外 围配制电路，实现器件的超低功耗工作，保证了超声传感器应用的安全性。

本发明提供一种驻极体电容式超声传感器，包括：

一玻璃衬底，该玻璃衬底的中间为下凹的空腔；

一金属下电极，其制作在玻璃衬底下凹的空腔的底部；

一二氧化硅层，其制作在玻璃衬底上，且覆盖在空腔上，该二氧化硅 层为驻极体振动膜；

一金属上电极，其制作在二氧化硅层的下表面，且位于空腔的上方， 与金属下电极对应；

一硅片，其分为两块，分别制作在二氧化硅层上的两侧。

本发明还提供一种驻极体电容式超声传感器的制备方法，包括如下步 骤：

步骤1：取一玻璃衬底；

步骤2：在玻璃衬底上的中间制作下凹的空腔；

步骤3：在下凹的空腔的底部沉积金属下电极；

步骤4：取一硅片；

步骤5：在硅片上沉积二氧化硅层，该二氧化硅层为驻极体振动膜；

步骤6：在二氧化硅层上沉积金属上电极，形成基片；

步骤7：将基片扣置在玻璃衬底上，并键合在一起，该金属上电极与 金属下电极对应；

步骤8：在硅片上的中间刻蚀制作窗口，刻蚀的深度到达二氧化硅层 的表面，完成制备。

基于上述技术方案可知，本发明的驻极体电容式超声传感器及其制造 方法具有以下有益效果：利用驻极体材料中存储的极化电荷提供CMUT正 常工作时需要的几十伏甚至上百伏的直流电场偏置电压，实现无需外加直 流偏置电压、超低功耗的新型电容式超声传感器结构，制备工艺以常规的 MEMS工艺为基础，采用二氧化硅无机驻极体材料作为振动膜，与MEMS工 艺兼容，而且无任何有机物污染，提高了器件的安全性和可靠性。

附图说明

为了进一步说明本发明的内容和特点，以下结合附图及实施例对本发 明做一详细描述，其中：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的驻极体振动膜的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1及图2所示，本发明提供一种MEMS电容式超声波传感器， 包括：

一玻璃衬底10，该玻璃衬底10的中间为下凹的空腔10’，该下凹的 空腔10’的深度为200nm-20μm，直径为20μm-200μm。

一金属下电极11，其制作在玻璃衬底10下凹的空腔10’的底部；

一二氧化硅层13，其制作在玻璃衬底10上，且覆盖在空腔10’上， 该二氧化硅层13为驻极体振动膜，其中驻极体振动膜的厚度为0.5-10μ m。

一金属上电极12，其制作在二氧化硅层13的下表面，且位于空腔10’ 的上方，与金属下电极11对应；

一硅片14，其分为两块，分别制作在二氧化硅层13上的两侧。

请再参阅图1与图2所示，本发明还提供一种驻极体电容式超声传感 器制备方法，包括如下步骤：

步骤1：取一玻璃衬底10；

步骤2：在玻璃衬底10上的中间制作下凹的空腔10’；

步骤3：在下凹的空腔10’的底部沉积金属下电极11；

步骤4：取一硅片14；