[实用新型]一种双谐振模式耦合的微机械压电超声波换能器

权利要求书

1.一种双谐振模式耦合的微机械压电超声波换能器，其特征在于：包括基底(4)、底电极(3)、压电层(2)和上电极(1)，基底(4)背面中间部分开设槽形空腔，使基底(4)正面形成弹性结构层(41)，槽形空腔周边的基底(4)作为弹性结构层(41)的固定端；弹性结构层(41)的正面依次堆叠底电极(3)、压电层(2)和上电极(1)，与弹性结构层(41)共同构成振动薄膜(00)；底电极(3)覆盖基底(4)正面；在弹性结构层(41)上以振膜应力正负交界线为边界划分为内外两个区域，其中外部区域(B)的弹性结构层(41)通过镂空形成若干成对的锚端和悬臂梁，内部区域(A)四周通过锚端悬空固定于基底(4)上，形成边界固支的薄膜振动形式；所述的外部区域(B)中，悬臂梁一一对应固定在锚端上，形成单端固支的悬臂梁振动模式，每条悬臂梁末端通过连接梁与内部区域(A)中的薄膜耦合。

2.根据权利要求1所述的双谐振模式耦合的微机械压电超声波换能器，其特征在于：所述的弹性结构层(41)和内部区域(A)均呈圆形，外部区域(B)呈圆环形，每个所述的锚端呈矩形，若干锚端均匀分布在内部区域(A)的圆周方向，所述的悬臂梁呈圆弧形，一端固定在锚端上。

3.根据权利要求2所述的双谐振模式耦合的微机械压电超声波换能器，其特征在于：所述的振膜应力正负交界线为以弹性结构层(41)中心为圆心，以弹性结构层(41)半径的0.65倍为半径的圆。

4.根据权利要求1所述的双谐振模式耦合的微机械压电超声波换能器，其特征在于：所述的基底(4)的厚度为200μm～1mm。

5.根据权利要求1所述的双谐振模式耦合的微机械压电超声波换能器，其特征在于：所述的振动薄膜(00)的厚度为5～10μm，半径为100μm～1mm。

6.根据权利要求1所述的双谐振模式耦合的微机械压电超声波换能器，其特征在于：所述的基底(4)和弹性结构层(41)为半导体材料硅。

7.根据权利要求1所述的双谐振模式耦合的微机械压电超声波换能器，其特征在于：所述的槽形空腔通过在基底(4)背面选择性刻蚀形成；所述的锚端和悬臂梁通过在弹性结构层(41)上进一步刻蚀而成。

8.根据权利要求1所述的双谐振模式耦合的微机械压电超声波换能器，其特征在于：所述的压电层(2)中的压电材料为氮化铝、氧化锌或锆钛酸铅压电陶瓷。

9.根据权利要求1所述的双谐振模式耦合的微机械压电超声波换能器，其特征在于：所述的底电极(3)为硼掺杂的硅，或金属材料金、铂、铝或锡。

10.根据权利要求1所述的双谐振模式耦合的微机械压电超声波换能器，其特征在于：所述的上电极(1)为金属材料金、铂、铝或锡。