[发明专利]一种基于支撑柱的微机械超声换能器

权利要求书

1.一种基于支撑柱的微机械超声换能器，其特征在于，由基本单元经拼接、延拓组成的平面阵列，包括：由基本单元全并联拼接形成的阵列，或者由若干个基本单元并联拼接形成的线阵阵元，再延拓形成的线阵列，或者由全并联阵列延拓形成的二维阵列；所述基本单元的结构包括压电叠层（1）、中性层（2）、支撑柱（3）和衬底（4）；压电叠层自上而下包含一薄的上电极层（1-1）、压电层（1-2）与底电极层（1-3）；中性层（2）在底电极层（1-3）下方，为压电叠层（1）提供支撑作用，并且，使得压电叠层（1）在受激产生应变时，压电叠层（1）与中性层（2）构成的复合薄膜的应变中性面处于中性层（2）内；支撑柱（3）位于中性层（2）下方，为中性层提供支撑；衬底（4）位于支撑柱（3）下方，为整体结构提供固定支撑；

所述压电叠层（1）的上电极层（1-1）与底电极层（1-3）构成电极对，用于压电层（1-2）上的电场、电荷、电压的施加与采集；其中，可以通过施加直流偏置电压，对压电叠层（1）进行静态控制；通过施加交流耦合信号，对压电叠层（1）进行动态激励；

所述基本单元的结构的周边外形为凸多边形。

2.根据权利要求1所述的基于支撑柱的微机械超声换能器，其特征在于，基本单元形状为正三角形、正方形、正六边形。

3.根据权利要求2所述的基于支撑柱的微机械超声换能器，其特征在于，是由一种形状的基本单元组合拼接形成的平面阵列结构；或者由不同形状的基本单元组合拼接形成的平面阵列结构；不同形状的基本单元的边长相互匹配，使不同单元之间边界紧密拼接。

4.根据权利要求3所述的基于支撑柱的微机械超声换能器，其特征在于，是由单一形状的基本单元进行延拓排布形成的线阵列；或者由不同形状的基本单元进行组合拼接形成的线阵列，其中，边长相互匹配，使不同单元之间边界紧密拼接；或者再由这些线阵列进行周期延拓，形成的二维阵列结构。

5.根据权利要求1-4之一所述的基于支撑柱的微机械超声换能器，其特征在于，所述支撑柱（3）为离散的柱状结构，即在一个基本单元内，在衬底（4）和中性层（2）之间为离散的柱状结构；或者所述支撑柱（3）在基本单元内部为离散的柱状结构，在基本单元组合形成的阵列的边界处为条形边框结构，也称边墙。

6.根据权利要求5所述的基于支撑柱的微机械超声换能器，其特征在于，所述衬底（4）作为具有支撑和电连接作用的结构，采用无电路功能的裸晶圆，或者采用有电路功能的晶圆；

当衬底（4）是无电路功能的裸晶圆时，上方支撑柱（3）由裸晶圆通过自上而下的图案化工艺刻蚀形成，和衬底（4）形成一体化结构，或通过自下而上的淀积工艺，再刻蚀或剥离原有光刻胶图案形成衬底（4）上方的柱状微结构。

7.根据权利要求1-4之一或6所述的基于支撑柱的微机械超声换能器，其特征在于，在衬底（4）的表面、支撑柱（3）未占用位置处，设置静电电极层（5），静电电极层（5）与底电极层（1-3）构成一对电极对；通过引入静电力效应，与压电效应共同工作，进一步加强所述微机械超声换能器的灵敏度。