[发明专利]一种包括声学窗口层的CMUT阵列

说明书

一种用于声波传输的超声阵列，其包括至少一个电容式微机械超声换能器(CMUT)单元(6)，其中，所述CMUT单元包括：基底(4)，其具有第一电极(7)；单元膜(5)，其具有第二电极(7’)，所述第二电极与第一电极和所述基底相对，在其之间具有腔体(8)，其中，所述膜被布置为在所述单元激活时进行振动；以及声学窗口层(13)，其叠加到所述单元膜并且具有外部表面以及与所述单元膜相对的内部表面；所述声学窗口层包括包含抗氧化剂分子和具有嵌入到其中的绝缘颗粒(41)的聚合物材料(47)的第一层，其中，所述聚合物材料含有氢原子和碳原子并且具有等于或小于0.95g/cm³的密度和等于或大于1.4MRayl的声阻抗。该声学窗口层在利用所述基于CMUT的阵列的应用中提供了经改进的声学性能，诸如宽带宽和低衰减。

技术领域

本发明涉及一种用于声波传输的超声阵列，其包括至少一个电容式微机械超声换能器(CMUT)单元，其中，所述CMUT单元包括：基底，其具有第一电极；单元膜，其具有第二电极，所述第二电极与第一电极相对，在其之间具有腔体，其中，所述膜被布置为在所述单元激活时进行振动；以及声学窗口层，其叠加在所述单元膜上并且具有外部表面和与所述单元膜相对的内部表面。

本发明还涉及一种这样的阵列的制造方法；以及一种包括这样的超声阵列的超声成像系统。

背景技术

任何超声(成像)阵列的中心是超声换能器，超声换能器将电能转换为声能以及将其转换回去。半导体技术的最新进展带来电容式微机械超声换能器(CMUT)的发展。这些换能器被认为是代替常规的基于压电的超声换能器(PZT)的潜在的候选。CMUT换能器单元包括具有可移动机械部分(也被称为膜)的腔体和由所述腔体所分离的一对电极。在接收超声波时，超声波令膜移动或振动并且改变电极之间的可以被检测到的电容。由此，超声波被变换为对应的电信号。相反地，应用到电极的电信号令膜移动或振动，从而发射超声波。

CMUT的优点在于，其可以使用半导体制作工艺制造，并且因此可以更容易与专用集成电路(ASIC)集成；CMUT换能器相比传统PZT提供低成本、扩展的频率范围和更精细的声节距。

固有地根据基于PZT的技术，具有CMUT的大多数常用的超声阵列具有选自被用于基于PZT的换能器的材料(诸如硅橡胶，例如RTV)的声学窗口或透镜材料。

然而，电声转换的CMUT过程不同于PZT机制，其中，CMUT膜与被用于声学窗口或透镜的声学材料之间的相互作用可以降低换能器的声学性能。

US 2013/0301394 A1提出使用CMUT与声学窗口之间的耦合介质。介质材料的所提出的范例包含要么基于固体的材料，诸如塑料、橡胶、室温硫化硅(RTV)、干膜光刻胶；要么基于液体的材料，诸如油、凝胶。耦合介质材料的缺点是该耦合介质的建议的列表包含具有宽范围的声学性质的不同的材料，其经常示出针对传播的声波的强的衰减。特定介质材料的选择还将要求其对被应用到超声阵列的声学窗口层的调节。

存在这样的需要：提供一种适于基于声波传输的基于CMUT的超声阵列的经改进的声学窗口层。

发明内容

本发明的目标是提供一种包括在开篇段落中所阐述的那种类型的至少一个电容式微机械超声换能器单元的超声阵列，其提供经改进的声波传播。

根据本发明该目标通过提供超声学窗口层来实现，所述超声学窗口层包括：第一层，其包括抗氧化剂的分子和具有嵌入于其中的颗粒的聚合物材料，其中，所述聚合物材料聚合物材料包含氢原子和碳原子并且具有等于或小于0.95g/cm³的密度和等于或大于1.45MRayl的声阻抗。