[发明专利]具有特定模态振型的微机电压电超声波换能器

说明书

本发明公开了一种具有特定模态振型的微机电压电超声波换能器。换能器设有基底、结构层、底电极、压电层、上电极。换能器工作原理是利用正、逆压电效应实现机械能到电能或电能到机械能的转换。本发明在结构层上通过实现特定振动结构达到特定模态振型，该振型具有更大的发射声压以及更高的空间利用效率。

技术领域

本发明属于微机电系统(MEMS)技术领域中的换能器领域，特别是涉及一种特定模态 振型的高效率压电超声波换能器。

背景技术

压电超声波换能器是一种既可以将电能转换为机械能，又可以将机械能转化为电能的集 收发超声波为一体的器件。传统的超声波换能器采用机械加工的方式，其体积大、功耗高、 不利于集成化，且由于其声阻抗与传统声传递介质(空气、水)不匹配，其声发射效率较低。 结合微机电系统技术采用的微制造工艺加工出的微机电超声波换能器则有效的克服了上述缺 点。微机电超声波换能器按其工作原理可主要分为微机电电容式超声波换能器和微机电压电 式超声波换能器：电容式超声波换能器的灵敏度和带宽较于压电式超声波换能器有一定优势， 但其需要很高的直流偏置电压和极窄的电容间隙来实现，同时限于有限的振幅，其发射的声 压也很有限[1]；本发明所设计的具有特定模态振型的微机电压电超声波换能器可以有效的提 高发射声压和空间利用效率，在日常的应用场合如：指纹识别[2]、距离检测[3]和能量采集[4] 等具有更大的优势。

引用文献：

[1]Jung J,Kim S,Lee W and Choi H 2013 Fabrication of a two-dimensional piezoelectric micromachined ultrasonic transducer array using atop-crossover-to-bottom structure and metal bridge connections,J.Micromechanics Microengineering 23 125037.

[2]Przybyla R J,Tang H Y,Shelton S E,Horsley D A and Boser B E 201412.1 3D ultrasonic gesture recognition Dig.Tech.Pap.-IEEE Int.Solid-StateCircuits Conf.57 210–1.

[3]Przybyla R J,Tang H,Member S,Guedes A,Shelton S E,Horsley D A andBoser B E 2015 3D Ultrasonic Range finder on a Chip IEEE J.Solid-StateCircuits 50 320–34

[4]He Q,Liu J,Yang B,Wang X,Chen X and Yang C 2014 MEMS-basedultrasonic transducer as the receiver for wireless power supply of theimplantable microdevices Sensors Actuators,A Phys.219 65–72

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的声压不高，空间利用率低的问题，并提供一种 具有特定模态振型的微机电压电超声波换能器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：