[发明专利]压电超声换能器及工艺

说明书

压电微机械超声换能器PMUT包含被安置在衬底上的多层堆叠。所述多层堆叠可包含被安置在所述衬底上面的锚定结构、被安置在所述锚定结构上面的压电层堆叠和被安置成接近所述压电层堆叠的机械层。所述压电层堆叠可被安置在空腔上面。所述机械层可密封所述空腔，并且连同所述压电层堆叠受所述锚定结构支撑并在所述空腔上面形成膜片，所述膜片被配置成在所述PMUT接收或发射超声波信号时，进行挠曲运动和振动中的一或两者。

相关申请的交叉参考

本公开要求在2014年7月8日提交的题为“压电超声换能器及工艺(PIEZOELECTRICULTRASONIC TRANSDUCER AND PROCESS)”的美国临时专利申请号62/022,140(代理人案号QUALP264PUS/145636P1)、题为“压电超声换能器及工艺(PIEZOELECTRIC ULTRASONICTRANSDUCER AND PROCESS)”的美国实用专利申请14/569,256，以及在2013年12月12日提交的标题为“微机械超声换能器和显示器(MICROMECHANICAL ULTRASONIC TRANSDUCERS ANDDISPLAY)”的临时专利申请号61/915,361，的优先权，以上申请通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及压电换能器并且涉及用于制造压电换能器的技术，并且更具体地说，涉及适合在用于生物识别感测、成像和触控或手势识别的电子传感器阵列或交互式显示器中使用的压电超声换能器。

背景技术

薄膜压电超声换能器对于包含生物识别传感器例如指纹传感器、手势检测、麦克风和扬声器、超声波成像以及化学传感器的众多应用是有吸引力的理想候选者。所述换能器通常包含悬置在空腔上面的压电堆叠。所述压电堆叠可包含压电材料层和在所述压电层的每个侧面上的经图案化或未经图案化电极层。

图1为压电超声换能器的正视图。如图1所示，已知配置压电超声换能器100，使得其包含被安置在机械层130上面的压电层堆叠110和例如可在绝缘体上硅(SOI)晶片中形成的空腔120。压电层堆叠110包含压电层115，其具有被分别安置在所述压电层115下面和上面的相关联下部电极112和上部电极114。所述空腔120可在半导体衬底160例如硅晶片(或在一些实施方案中，例如绝缘体上硅(SOI)晶片)中形成。所述机械层130可由所述SOI晶片的有源硅层形成。

本公开的部分涉及微机械超声换能器，其方面已在2013年12月12日提交的并题为“微机械超声换能器和显示器(MICROMECHANICAL ULTRASONIC TRANSDUCERS ANDDISPLAY)”的美国临时专利申请号61/915,361中，以及与本申请同时提交的代理人案号为QUALP228US/141202并题为“微机械超声换能器和显示器(MICROMECHANICAL ULTRASONICTRANSDUCERS AND DISPLAY)”的美国专利申请中描述，上述专利申请被转让给本发明的受让人并且由此通过引用将其全部内容并入到本申请中以用于所有目的。

发明内容

本公开的系统、方法及装置各自具有若干创新方面，其中没有单个方面单独负责本文所揭示的合乎需要的属性。

在本公开中描述的主题的一个创新方面涉及包含被安置在衬底上的多层堆叠的压电微机械超声换能器(PMUT)。所述多层堆叠包含被安置在所述衬底上面的锚定结构、被安置在所述锚定结构上面的压电层堆叠和被安置成接近于所述压电层堆叠的机械层。所述压电层堆叠被安置在空腔上面。所述机械层密封所述空腔，并且连同所述压电层堆叠受所述锚定结构支撑并在所述空腔上面形成膜片，所述膜片被配置成在所述PMUT接收或发射声波或超声波信号时，进行挠曲运动和振动中的一或两者。在一些实例中，所述机械层的厚度可为使得所述多层堆叠的中性轴线相对于所述压电层堆叠的中性轴线向所述机械层位移以允许平面外弯曲模式。在一些实例中，所述机械层可基本上比所述压电层堆叠更厚。在一些实例中，所述中性轴线可穿过所述机械层。