声学液滴喷射方法、装置及其制造方法

本技术涉及电子，特别涉及一种声学液滴喷射方法、装置及其制造方法。

背景技术：

1、传统的液滴生成技术主要包括微流控技术、光学聚焦喷射技术和挤压法。微流控技术采用被动式结构，生成的液滴直径不可控；光学聚焦喷射技术由于能量高，对于液滴的生成有很大的损伤，尤其是在生物应用中损伤较大；挤压法是目前喷墨打印的主要应用技术，包括热发泡法和压电法。

2、热发泡法主要通过加热部件瞬间产生高温激发并产生气泡，气泡在膨胀过程中挤压液体形成液滴，因此有较高的能量密度，喷射效率高，此外发热器件的控制和小型化较为方便。但是，热发泡法在工作中产生的较高温度，会导致液体的快速蒸发，并且对于液滴的直径无法调控。压电法利用压电陶瓷等压电材料驱动变形，进而挤压液体喷出腔体而形成液滴，同样面临着液滴直径不可控的问题。

3、另一方面，基于声波的液滴喷射技术由于具有生物兼容好，无喷嘴结构而被广泛应用。目前已经提出基于声表面波的液滴喷射装置，由于声表面波沿着物体表面传播，导致该结构在与液体无接触的情况下完成喷射。

4、但是，发明人发现：目前的各类声学液滴喷射装置和方法存在如下问题：液滴喷射时能量不集中，导致所需功率大；无法做到液滴竖直向上喷射；液滴直径不可精确控制；喷射液滴的通量较低；器件尺寸较大，等等。

技术实现思路

1、为了解决上述问题中的至少之一或其他类似问题，本技术实施例提供了一种声学液滴喷射方法、装置及其制造方法。

2、根据本技术实施例的第一方面，提供一种声学液滴喷射装置，包括：

3、衬底；以及

4、体声波驱动器，其位于所述衬底的上侧并具有振动区域；

5、其中，所述体声波驱动器包括：

6、声反射层，其位于所述衬底的上侧；

7、第一电极，其位于所述声反射层的上侧；

8、压电层，其至少部分位于所述第一电极的上侧；

9、第二电极，其位于所述压电层的上侧；其中所述第一电极、所述压电层和所述第二电极在垂直于所述衬底的方向上至少部分重叠以形成所述振动区域。

10、根据本技术实施例的第二方面，所述装置还包括：

11、液体层，其至少部分位于所述体声波驱动器的所述振动区域的上侧。

12、由此，通过第一电极、压电层和第二电极在垂直于衬底的方向上至少部分重叠以形成振动区域，体声波沿着垂直方向传播，并且通过声反射层对至少部分声波进行反射，与液体层接触时，高频的声波耦合到液体层中产生体积力，从而液体喷射时的能量更加集中，所需要的喷射功率较低。这种结构的体声波驱动器尺寸较小，并且无喷嘴而不存在喷嘴被堵塞的情况。此外，液滴的出射方向竖直向上，液滴直径可精确控制，喷射液滴的通量高。

13、根据本技术实施例的第三方面，所述装置还包括：

14、钝化层，其位于所述第二电极的上侧。

15、由此，能够隔绝体声波驱动器和液体，对体声波驱动器起到保护作用，从而提高器件的质量和使用寿命。

16、根据本技术实施例的第四方面，所述钝化层的厚度在200纳米以内。

17、由此，钝化层的厚度较小，能够减小对体声波驱动器性能的影响。

18、根据本技术实施例的第五方面，所述声反射层包括布拉层结构和/或空气腔结构。

19、根据本技术实施例的第六方面，所述体声波驱动器的所述振动区域的面积为10平方微米至20000平方微米。

20、根据本技术实施例的第七方面，所述液体层的厚度为1微米至1毫米。

21、根据本技术实施例的第八方面，所述体声波驱动器的振动频率为0.1ghz至5ghz。

22、由此，驱动器的尺寸较小，在单位面积上能够阵列出更多的结构；并且驱动器施加的脉冲信号周期较短，每秒可以喷射出数千甚至上万个液滴，从而通量较高。

23、根据本技术实施例的第九方面，在所述衬底上包括一个或多个所述体声波驱动器。

24、根据本技术实施例的第十方面，多个体声波驱动器分别位于所述衬底的上侧，并且相邻的两个体声波驱动器之间间隔预定距离。

25、由此，能够形成阵列布置的体声波驱动器的液滴喷射结构，有利于产品小型化。

26、根据本技术实施例的第十一方面，在所述第一电极和所述第二电极被施加脉冲信号的情况下，所述压电层在振动区域产生振动并形成声波，至少部分所述声波被所述声反射层反射后传输到液体层，并且所述声波耦合到所述液体层中产生体积力，使得所述液体层喷射出液滴。

27、根据本技术实施例的第十二方面，所述声波传输到所述液体层时推动液体并产生衰减，所述衰减引起所述体积力并使得所述液体突破表面张力而形成所述液滴。

28、根据本技术实施例的第十三方面，在施加到所述第一电极和所述第二电极的所述脉冲信号的持续时间被改变的情况下，所述体积力作用的时间被改变，从而控制从所述液体层喷射出的所述液滴的直径。

29、根据本技术实施例的第十四方面，在施加到所述第一电极和所述第二电极的所述脉冲信号的功率被改变的情况下，所述体积力被改变，从而控制从所述液体层喷射出的所述液滴的出射速度。

30、根据本技术实施例的第十五方面，根据所述液体层中液体的粘度，施加到所述第一电极和所述第二电极的所述脉冲信号的功率被确定。

31、根据本技术实施例的第十六方面，提供一种声学液滴喷射方法，所述方法使用上述的声学液滴喷射装置，所述方法包括：

32、对所述声学液滴喷射装置的第一电极和第二电极施加脉冲信号；以及

33、从所述声学液滴喷射装置的液体层喷射出液滴；

34、其中，在所述第一电极和所述第二电极被施加所述脉冲信号的情况下，所述声学液滴喷射装置的压电层在振动区域产生振动并形成声波，至少部分所述声波被所述声学液滴喷射装置的声反射层反射后传输到液体层，并且所述声波耦合到所述液体层中产生体积力，使得所述液体层喷射出所述液滴。

35、由此，通过第一电极、压电层和第二电极在垂直于衬底的方向上至少部分重叠以形成振动区域，体声波沿着垂直方向传播，并且通过声反射层对至少部分声波进行反射，与液体层接触时，高频的声波耦合到液体层中产生体积力，从而液体喷射时的能量更加集中，所需要的喷射功率较低。此外，液滴直径可精确控制，液滴的出射方向竖直向上，喷射液滴的通量高。

36、根据本技术实施例的第十七方面，所述声波传输到所述液体层时推动液体并产生衰减，所述衰减引起体积力并使得所述液体突破表面张力而形成所述液滴。

37、由此，基于液体环境下衰减产生的体积力来驱动液滴喷射。

38、根据本技术实施例的第十八方面，通过改变施加到所述第一电极和所述第二电极的所述脉冲信号的持续时间，所述体积力作用的时间被改变，从而控制从所述液体层喷射出的所述液滴的直径。

39、由此，液滴直径可以进一步被精确控制。

40、根据本技术实施例的第十九方面，通过改变施加到所述第一电极和所述第二电极的所述脉冲信号的功率，所述体积力被改变，从而控制从所述液体层喷射出的所述液滴的出射速度。

41、根据本技术实施例的第二十方面，所述脉冲信号通过控制电路发生，所述控制电路通过引线与所述第一电极和第二电极连接。

42、由此，喷射出的液滴的出射速度可以进一步被精确控制。

43、根据本技术实施例的第二十一方面，所述脉冲信号的持续时间为1微秒至10毫秒；所述脉冲信号的周期为10微秒以上；

44、并且所述脉冲信号的周期为所述持续时间的2倍以上。

45、由此，通过施加高频的脉冲信号，压电层由于逆压电效应能够产生高频的机械振动，从而产生高频声波。

46、根据本技术实施例的第二十二方面，所述方法还包括：

47、根据所述液体层中液体的粘度，确定施加到所述第一电极和所述第二电极的所述脉冲信号的功率。

48、根据本技术实施例的第二十三方面，提供一种声学液滴喷射装置的制造方法，包括：

49、形成衬底；以及

50、形成体声波驱动器，所述体声波驱动器位于所述衬底的一侧并具有振动区域；

51、其中，所述形成体声波驱动器包括：

52、在所述衬底的上侧形成声反射层；

53、在所述声反射层的上侧形成第一电极；

54、在所述第一电极的上侧形成压电层；以及

55、在所述压电层的上侧形成第二电极；其中所述第一电极、所述压电层和所述第二电极在垂直于所述衬底的方向上至少部分重叠以形成所述振动区域。

56、由此，能够通过微机电系统(mems)工艺制备体声波驱动器，并且能够方便地与互补金属氧化物半导体(cmos)工艺集成。

57、根据本技术实施例的第二十四方面，所述方法还包括：

58、形成液体层，所述液体层的至少部分位于所述体声波驱动器的所述振动区域的上侧。

59、根据本技术实施例的第二十五方面，所述方法还包括：

60、在所述第二电极的上侧形成钝化层。

61、根据本技术实施例的第二十六方面，在所述衬底上形成一个或多个所述体声波驱动器。

62、根据本技术实施例的第二十七方面，多个体声波驱动器分别位于所述衬底的上侧，并且相邻的两个体声波驱动器之间间隔预定距离。

63、根据本技术实施例的第二十八方面，提供一种电气产品，所述电气产品具有如上所述的声学液滴喷射装置。

64、本技术实施例的有益效果之一在于：通过第一电极、压电层和第二电极在垂直于衬底的方向上至少部分重叠以形成振动区域，体声波沿着垂直方向传播，并且通过声反射层对至少部分声波进行反射，与液体层接触时，高频的声波耦合到液体层中产生体积力，从而液体喷射时的能量更加集中，所需要的喷射功率较低。这种结构的体声波驱动器尺寸较小，并且无喷嘴而不存在喷嘴被堵塞的情况。此外，液滴直径可精确控制，液滴的出射方向竖直向上，喷射液滴的通量高。

65、参照后文的说明和附图，详细公开了本技术的实施方式。应该理解，本技术的实施方式在范围上并不因此而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本技术的实施方式包括许多改变、修改和等同。

66、针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其他实施方式中使用，与其他实施方式中的特征相组合，或替代其他实施方式中的特征。

67、应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、整件、或组件的存在，但并不排除一个或更多个其他特征、整件或组件的存在或附加。