[实用新型]超声类型的MEMS声换能器和MEMS声换能器

说明书

本公开涉及超声类型的MEMS声换能器和MEMS声换能器。一种超声MEMS声换能器形成在半导体材料的本体中，该本体具有彼此相对的第一表面和第二表面。第一腔在本体中延伸，并在底部界定敏感部分，该敏感部分在第一腔与本体的第一表面之间延伸。敏感部分容纳第二腔并形成膜，该膜在第二腔和本体的第一表面之间延伸。弹性支撑结构在敏感部分和本体之间延伸，并悬置在第一腔上方。

技术领域

本公开涉及一种具有减小的应力敏感度的MEMS(微机电系统)类型的超声声换能器。

背景技术

使用半导体技术获得的声换能器是已知的，该声换能器根据电容或压电原理操作以用于超声声波的换能。特别地，这些换能器被称为MUT(微加工超声换能器)，并且可以是电容类型(CMUT，电容微加工超声换能器)或压电类型(PMUT，压电微加工超声换能器)的。在下文中，将参照PMUT声换能器，但是这绝不意味着失去一般性。

图1示意性地示出了PMUT声换能器1(在下文中，称为换能器1)。

特别地，换能器1包括半导体材料(例如，硅)的本体3，本体3具有第一表面3A和第二表面3B。

本体3具有腔5，该腔5从第二表面3B在本体3中延伸；特别地，腔5在侧面由壁5A界定，并且在顶部由底表面5B界定。被界定在底表面5B和本体3的第一表面3A之间的本体3的部分形成膜7，因此，该膜与本体3是单片式的。

压电致动器10在本体3的第一表面3A上延伸；特别地，压电致动器10由层的堆叠形成。更具体地，层的堆叠包括第一电极12、压电层13和第二电极14，压电层13例如是PZT(锆钛酸铅，Pb[Zr_xTi_1-x]O₃)或氮化铝(AlN)，在第一电极12上延伸，第二电极14在压电层13上延伸。

在本体3的第二表面3B处，换能器1通过结合层16(例如，胶或氧化物)耦合至板19(例如，PCB，印刷电路板)。

在使用中，换能器1可以根据各种操作模式操作，例如作为发射器或接收器操作。

当换能器1用作发射器时，在压电致动器10的第一电极12和第二电极14之间施加周期性电势差，以便在平行于笛卡尔参考系统XYZ的轴线Z的方向上生成膜7的周期性偏转，并生成超声声波。

当换能器1用作接收器时，入射的超声声波使换能器1的膜7偏转，并且膜7在压电层13中生成周期性的机械应力。因此，在压电致动器10的第一电极12和第二电极14之间创建周期性电势差，该周期性电势差可以由耦合至换能器1的读取电路(未图示)读取。

图1所示类型的一个或多个换能器可用于各种应用领域。

例如，图2示出了感测系统20，该感测系统20能够通过以本身已知的方式测量飞行时间(ToF)来确定物体的距离，该物体是至少部分地反射性的。在实践中，感测系统20使用两个换能器1(在图2中分别称为第一换能器21和第二换能器23)，这两个换能器1分别作为发射器和接收器操作，并测量在第一超声声波的发出和第二声波的接收之间流逝的时间，该第一超声声波由第一换能器21生成，该第二声波由第二换能器23接收，通过第一声波被待测物体反射而被生成，该待测物体由附图标记22标出。