[发明专利]一种压电发射电容感知高性能MUT单元及其制备方法

权利要求书

1.一种压电发射电容感知高性能MUT单元，其特征在于，包括电容感知模块(1)与压电发射模块(2)，所述电容感知模块(1)包括电容上极板(1-1)和设置在电容上极板(1-1)下方的电容下极板(1-2)，所述电容上极板(1-1)和电容下极板(1-2)之间具有电容感知空腔(4)，所述电容下极板(1-2)覆盖在压电发射模块(2)上表面；所述压电发射模块(2)包括自上至下依次设置的驱动膜结构层(2-1)，驱动膜压电层(2-2)，薄膜键合层(2-3)，支柱(2-5)和基底(2-6)，所述基底(2-6)上端面设置有支柱(2-5)和凸起(2-7)，所述支柱(2-5)和凸起(2-7)上覆盖有薄膜键合层(2-3)，所述薄膜键合层(2-3)中嵌设有压电膜下电极(2-2-3)；

支柱(2-5)、基底(2-6)、凸起(2-7)以及薄膜键合层(2-3)围合形成压电发射空腔(5)，所述压电发射空腔(5)上方的驱动膜结构层(2-1)与驱动膜压电层(2-2)的悬空部分组成环形振动薄膜(6)；

所述电容上极板(1-1)的直径大于环形振动薄膜(6)的内径，且小于环形振动薄膜(6)的外径。

2.根据权利要求1所述的一种压电发射电容感知高性能MUT单元，其特征在于，所述薄膜键合层(2-3)下端开设有环形凹槽，所述环形凹槽的内径小于凸起(2-7)的直径，所述环形凹槽的外径大于支柱(2-5)的内径。

3.根据权利要求1所述的一种压电发射电容感知高性能MUT单元，其特征在于，所述压电膜下电极(2-2-3)包括自外向内依次同心设置的外层圆环电极(9)、中心圆环电极(8)、内层圆环电极(7)；中心圆环电极(8)与内层圆环电极(7)之间的间隙，以及中心圆环电极(8)与外层圆环电极(9)之间的间隙始终处于环形振动薄膜(6)的平面投影范围内。

4.根据权利要求1所述的一种压电发射电容感知高性能MUT单元，其特征在于，所述驱动膜结构层(2-1)包括从上至下依次设置的压电薄膜结构层(2-1-1)和压电绝缘层(2-1-2)。

5.根据权利要求1所述的一种压电发射电容感知高性能MUT单元，其特征在于，所述驱动膜结构层(2-1)包括压电薄膜结构层(2-1-1)，所述压电薄膜结构层(2-1-1)电阻率大于100Ω·cm。

6.根据权利要求1所述的一种压电发射电容感知高性能MUT单元，其特征在于，所述支柱(2-5)和凸起(2-7)上表面均覆盖有支柱键合层(2-4)。

7.根据权利要求1所述的一种压电发射电容感知高性能MUT单元，其特征在于，所述电容上极板(1-1)为圆形薄膜，所述电容上极板(1-1)堆叠在电容下极板(1-2)上方，并与环形振动薄膜(6)的平面投影同心。

8.根据权利要求1所述的一种压电发射电容感知高性能MUT单元，其特征在于，所述电容上极板(1-1)包括电容薄膜结构层(1-1-1)和设置在电容薄膜结构层(1-1-1)下方的电容上电极(1-1-2)；所述电容下极板(1-2)包括电容复合绝缘层(1-2-1)和设置在电容复合绝缘层(1-2-1)下方的电容下电极(1-2-2)。

9.根据权利要求1所述的一种压电发射电容感知高性能MUT单元，其特征在于，所述驱动膜压电层(2-2)包括上至下依次设置的压电层上电极(2-2-1)，压电层(2-2-2)和压电膜下电极(2-2-3)，所述压电层(2-2-2)采用PZT压电材料、AlN压电材料、ZnO压电材料或PVDF压电材料。

10.一种权利要求1所述的压电发射电容感知高性能MUT单元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在SOI片的顶层硅(10)上表面生成驱动膜结构层(2-1)；

步骤二、在驱动膜结构层(2-1)上制备驱动膜压电层(2-2)；

步骤三、在步骤二得到的产品上表面形成薄膜键合层(2-3)；

步骤四，在单晶硅(13)上刻蚀出环形的压电发射空腔(5)，发射空腔(5)外侧为支柱(2-5)，发射空腔(5)的内部为凸起(2-7)，压电发射空腔(5)下部为基底(2-6)；

步骤五、将步骤三和步骤四得到的产品键合，压电发射空腔(5)上方的驱动膜结构层(2-1)与驱动膜压电层(2-2)的悬空部分组成环形振动薄膜(6)；

步骤六、在驱动膜结构层(2-1)上方形成电容下极板(1-2)，在电容下极板(1-2)上方制作电容上极板(1-1)，所述电容上极板(1-1)和电容下极板(1-2)之间具有电容感知空腔(4)。