[发明专利]超声换能器单元、超声换能器阵列及其制备方法

说明书

本发明公开一种超声换能器单元、超声换能器阵列及其制备方法，涉及电容式微机械超声换能技术领域，该超声换能器阵列中的超声换能器单元包括：相互键合的上基板和下基板，上基板由下至上依次包括第一器件层、第一绝缘层和至少一个图案化的上电极；下基板为SOI基板，由下至上依次包括下电极、第二绝缘层、第二衬底、第三绝缘层和孤立的岛形第二器件层；岛形第二器件层上表面形成有至少一个凹槽，凹槽及岛形第二器件层的上表面覆盖有第四绝缘层；岛形第二器件层下方的第三绝缘层和第二衬底中形成有通孔，第二绝缘层覆盖第二衬底下表面及通孔的侧壁，下电极覆盖通孔。本发明可有效提高超声换能器阵列的灵敏度。

技术领域

本发明涉及电容式微机械超声换能技术领域，尤其涉及一种超声换能器单元、超声换能器阵列及其制备方法。

背景技术

电容式微机械超声换能器(Capacitive Micromachined UltrasonicTransducer，CMUT)是一个平行板电容器，主要由上极板、下极板、两个极板之间的绝缘层和绝缘层中的空腔构成。上极板为可动膜片，主要是在硅上淀积铝膜制作而成；下极板固定不可动，通常是在高掺杂硅衬底上淀积铝膜制作而成。

在发射超声波的模式下，需要通过铝膜在上极板和下极板之间加直流偏置电压和交流激励，使上极板发生振动产生并发射超声波。在接收超声波的模式下，也需要通过铝膜在上极板和下极板之间加直流偏置电压，接收到的超声波使上极板发生振动，从而使得两极板间空腔的大小发生变化，引起电容的变化，进而在两极板间产生交流信号。

多个CMUT按照行列对齐的方式形成平面的二维阵列，接收到的超声波经过信号处理可以形成三维图像，因此获得广泛的应用。现有的超声换能器阵列中所有超声换能器单元共用一整块下极板，在工作过程中，各个超声换能器单元之间会产生相互影响，一旦某个局部区域出现了问题或缺陷，将影响其它超声换能器单元的正常工作。

发明内容

本发明提供一种超声换能器单元、超声换能器阵列及其制备方法，用以克服上述现有技术中存在的技术问题，以使各个超声换能器单元能独立工作，互不干扰，提高了整个超声换能器阵列的灵敏度。

本发明提供的一种超声换能器单元，包括：相互键合的上基板和下基板，所述上基板由下至上依次包括第一器件层、第一绝缘层和至少一个图案化的上电极；所述下基板为SOI基板，由下至上依次包括下电极、第二绝缘层、第二衬底、第三绝缘层和孤立的岛形第二器件层；所述岛形第二器件层上表面形成有至少一个凹槽，所述凹槽及所述岛形第二器件层的上表面覆盖有第四绝缘层；所述岛形第二器件层下方的所述第三绝缘层和所述第二衬底中形成有通孔，所述第二绝缘层覆盖所述第二衬底下表面及所述通孔的侧壁，所述下电极覆盖所述通孔。

进一步地，所述第一器件层为SOI基板去除衬底和绝缘层后形成。

可选地，所述凹槽与所述上电极一一对应。

可选地，所述上电极的面积小于或等于对应的所述凹槽的面积。

可选地，所述上电极的中心位置与对应的所述凹槽的中心位置一致，所述通孔的中心位置与所述岛形第二器件层的中心位置一致。

进一步地，所述下电极在所述第二衬底下表面的所述第二绝缘层上延伸形成倒装工艺连接点。

进一步地，所述下基板还包括包围所述岛形第二器件层的隔离槽，所述隔离槽的底部露出所述第三绝缘层，所述隔离槽用于将所述岛形第二器件层与相邻的岛形第二器件层电绝缘。

本发明提供的一种超声换能器阵列，包括阵列排布的多个上述的超声换能器单元，所有的所述超声换能器单元共用所述第一器件层、所述氧化绝缘层、所述第二绝缘层、所述第二衬底和所述第三绝缘层；所有的所述隔离槽连通形成网状；相邻的所述超声换能器单元的所述岛形第二器件层之间通过所述隔离槽电绝缘。