[发明专利]一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元及装置

说明书

本发明属于声学信号检测技术领域，具体公开了一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元及装置。其中，声学测量单元包括由下向上依次设置的SOI基座、下电极层、压电层以及上电极层；SOI基座、下电极层、压电层以及上电极层均为圆形；SOI基座包括由下向上依次设置的下硅层、二氧化硅层以及上硅层；SOI基座的底部设置空腔，该空腔在上下方向上贯穿下硅层；在由空腔位置向上正投影到上电极层的区域范围内形成有多个悬臂梁；其中，各个所述悬臂梁均为大小相等的扇形结构，且沿着同一个圆周方向顺序排布；任意相邻两个悬臂梁之间通过一条刻蚀沟槽隔开，且所有悬臂梁均与上电极层连接。本发明利于实现对超低频声音信号的感测，同时提高检测灵敏度。

技术领域

本发明属于声学信号检测技术领域，特别涉及一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元及装置。

背景技术

由于海水介质的衰减作用，使得声波相较于光波和电磁波而言，更适合作为水下信息长距离传播的载体。现阶段对于水下声信号的探测，主要的实现方式为：

通过声纳发射与接收声波信号，实现对水面船只、水下舰艇和鱼雷的探测。

此种探测方式需要将声纳搭载于测量船或潜艇上，运营成本较高，且无法满足特殊海况下长周期探测的目的。此外，声纳需要实现较大的阵列组合，布放的成本较高。

现阶段，使用压电工作原理的声信号检测装置，大多采用压电陶瓷材料，但此类声信号检测装置加工工艺过程复杂，且需求较高，且无法与COMS工艺兼容。

随着MEMS技术的发展，给声信号检测装置提供了新的方法和行业思路，为声音信号检测装置的小型化和制备过程简化提供了新的解决方案。

现有MEMS声音信号检测装置谐振频率较高，在超低频甚至低频信号的接收上性能较差。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元，以实现对超低频声音信号的感测，同时有效地提高水下声学信号的检测灵敏度。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量单元，包括由下向上依次设置的SOI基座、下电极层、压电层以及上电极层；

其中，SOI基座、下电极层、压电层以及上电极层均为圆形；

下电极层以及上电极层均采用Mo电极，压电层采用AIN；

SOI基座包括由下向上依次设置的下硅层、二氧化硅层以及上硅层；SOI基座的底部设置空腔，该空腔在上下方向上贯穿整个下硅层；

在由空腔位置向上正投影到上电极层的区域范围内形成有多个悬臂梁；其中，各个悬臂梁均为大小相等的扇形结构，且沿着同一个圆周方向顺序排布；

任意相邻两个悬臂梁之间通过一条刻蚀沟槽隔开，且所有悬臂梁均与上电极层连接；

其中，各个刻蚀沟槽均是利用刻蚀工艺由下向上依次刻蚀二氧化硅层、上硅层、下电极层以及压电层所形成的；

各个悬臂梁的组成结构相同，且均是由处于该悬臂梁所在的两条刻蚀沟槽之间，且由下而上依次布置的二氧化硅层、上硅层、下电极层以及压电层的扇形区域组成。

优选地，悬臂梁以及刻蚀沟槽的数量均有四个，每个悬臂梁对应的圆心角为90度。

优选地，悬臂梁以及刻蚀沟槽的数量均有六个，每个悬臂梁对应的圆心角为60度。

优选地，悬臂梁以及刻蚀沟槽的数量均有八个，每个悬臂梁对应的圆心角为45度。

此外，本发明还提出了一种用于超低频水下声学信号检测的声学测量芯片，其采用上面述及的声学测量单元，以实现对超低频声音信号的感测。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：