电容式微机械超声换能器及超声换能装置的制作方法

本文涉及但不限于超声换能器，尤指一种电容式微机械超声换能器及超声换能装置。

背景技术：

1、超声波成像技术是通过记录物体内的辐射或散射声场，在经过转换、重建或反演处理后，获得图像的技术，是获得不透光物体内部声学特性分布的最直观的方法之一。超声波成像技术已在医用超声诊断、医用超声治疗、无损检测、超声显微镜和海洋地貌探测等多个领域内得到了广泛的应用。

2、电容式微机械超声换能器(capacitive micro-machined ultrasonictransducer，cmut)作为超声成像技术中的重要构件，只需要提供交流或者直流电流便可激发薄膜振动产生超声波。cmut具有易于与电子产品集成、可大型阵列化、与人体组织阻抗匹配良好、机电转换效率高、灵敏度高、频带宽和成本低等传统压电换能器无法匹敌的优点，成为超声成像技术领域的新秀。

3、本申请发明人经过研究发现，cmut的下电极不平整导致工作性能不好。

技术实现思路

1、以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

2、本公开实施例提供了一种电容式微机械超声换能器和超声换能装置，以解决cmut的下电极不平整导致工作性能不好的问题。

3、一方面，本公开提供了一种电容式微机械超声换能器，包括：基底、设置在所述基底上的驱动结构层，以及设置在所述驱动结构层远离所述基底一侧的超声单元；所述驱动结构层包括多个驱动电路；所述超声单元包括沿远离所述基底方向依次设置的第一电极和振动膜层，在所述第一电极和所述振动膜层之间设置有空腔，所述空腔在所述基底上的正投影位于所述第一电极在所述基底上的正投影的范围内；其中，所述超声单元还包括与所述第一电极同层设置的延伸部和第一连接部，所述延伸部设置为连接所述第一电极和所述第一连接部；所述第一连接部通过过孔与所述驱动电路连接。

4、在示例性实施方式中，所述基底包括多个超声产生区域，单个所述超声产生区域包括多个超声产生子区；在一个所述超声产生子区内设置有一个所述驱动电路和至少一个所述超声单元，至少一个所述超声单元均与所述驱动电路连接。

5、在示例性实施方式中，所述单个所述超声产生区域包括多个超声产生子区，包括：单个所述超声产生区域包括四个阵列排布的所述超声产生子区。

6、在示例性实施方式中，在一个所述超声产生子区内设置有一个所述超声单元，所述超声单元位于所述超声产生子区的几何中心；所述延伸部的尺寸大于或等于0.9微米且小于或等于1.1微米，所述延伸部的尺寸为所述第一电极与所述第一连接部的相邻边之间的最小距离。

7、在示例性实施方式中，在一个所述超声产生子区内设置有四个均匀分布的所述超声单元，所述第一连接部位于所述超声产生子区的几何中心；四个所述超声单元均与所述第一连接部相连接。

8、在示例性实施方式中，所述超声产生子区在所述基底上的正投影呈正方形，所述正方形的边长大于或等于60微米且小于或等于90微米。

9、在示例性实施方式中，所述超声单元还包括刻蚀通道，所述刻蚀通道与所述空腔同层设置且相互连通；所述刻蚀通道在所述基底上的正投影位于所述第一电极在所述基底上的正投影的范围内，或者，所述刻蚀通道在所述基底上的正投影与所述第一电极在所述基底上的正投影相互交叠。

10、在示例性实施方式中，在垂直与所述基底的方向上，所述刻蚀通道的厚度小于或等于所述空腔的厚度。

11、在示例性实施方式中，在垂直与所述基底的方向上，所述振动膜层包括刻蚀孔，所述刻蚀孔与所述刻蚀通道连通且位于所述刻蚀通道远离所述空腔的一端；所述超声单元还包括填充部，所述填充部填充满所述刻蚀孔。

12、在示例性实施方式中，所述超声单元还包括第二电极和第二连接部，所述第二电极和所述第二连接部同层设置且位于所述振动膜层远离所述基底的一侧，所述第二电极在所述基底上的正投影位于所述空腔在所述基底上的正投影的范围内；相邻的所述第二电极通过所述第二连接部相互连接。

13、在示例性实施方式中，所述第一电极、所述空腔和所述第二电极在所述基底上的正投影呈同心的圆形；在沿同一方向上，所述第一电极的边缘超出所述空腔的边缘的尺寸大于或等于2微米且小于或等于3微米，所述空腔的边缘超出所述第二电极的边缘的尺寸大于或等于2微米且小于或等于3微米。

14、在示例性实施方式中，所述超声单元还包括第一钝化层，所述第一钝化层位于所述振动膜层和所述第二电极之间；所述超声单元还包括与所述第二电极同层设置的填充块；所述填充部包括所述填充块，或者，所述填充部包括所述第一钝化层的部分膜层和所述填充块。

15、在示例性实施方式中，所述超声单元还包括第一平坦层和第二钝化层，所述第一平坦层位于所述第二电极远离所述基底的一侧，所述第二钝化层位于所述第一平坦层远离所述基底的一侧。

16、在示例性实施方式中，所述驱动电路包括第一电容，所述第一电容包括三个电容极板，三个所述电容极板在沿远离所述基底的方向上依次排列且相互交叠。

17、另一方面，本公开提供了一种超声换能装置，包括前述的电容式微机械超声换能器。

18、本公开实施例提供的电容式微机械超声换能器，通过与超声单元的第一电极同层设置延伸部和第一连接部，第一连接部通过延伸部和第一电极连接，第一连接部通过过孔与对应的驱动电路连接，开设在第一连接部位置处的过孔避开了第一电极，不会对第一电极的平整度造成影响，而空腔在基底上的正投影位于第一电极在基底上的正投影的范围内，该过孔不会影响空腔的形貌，有助于保证超声单元及cmut具有良好的工作性能。解决了cmut的下电极不平整导致工作性能不好的问题。

19、在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。

技术特征：

1.一种电容式微机械超声换能器，其特征在于，包括：基底、设置在所述基底上的驱动结构层，以及设置在所述驱动结构层远离所述基底一侧的超声单元；所述驱动结构层包括多个驱动电路；所述超声单元包括沿远离所述基底方向依次设置的第一电极和振动膜层，在所述第一电极和所述振动膜层之间设置有空腔，所述空腔在所述基底上的正投影位于所述第一电极在所述基底上的正投影的范围内；

2.根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述基底包括多个超声产生区域，单个所述超声产生区域包括多个超声产生子区；在一个所述超声产生子区内设置有一个所述驱动电路和至少一个所述超声单元，至少一个所述超声单元均与所述驱动电路连接。

3.根据权利要求2所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述单个所述超声产生区域包括多个超声产生子区，包括：单个所述超声产生区域包括四个阵列排布的所述超声产生子区。

4.根据权利要求3所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，在一个所述超声产生子区内设置有一个所述超声单元，所述超声单元位于所述超声产生子区的几何中心；所述延伸部的尺寸大于或等于0.9微米且小于或等于1.1微米，所述延伸部的尺寸为所述第一电极与所述第一连接部的相邻边之间的最小距离。

5.根据权利要求3所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，在一个所述超声产生子区内设置有四个均匀分布的所述超声单元，所述第一连接部位于所述超声产生子区的几何中心；四个所述超声单元均与所述第一连接部相连接。

6.根据权利要求4或5所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述超声产生子区在所述基底上的正投影呈正方形，所述正方形的边长大于或等于60微米且小于或等于90微米。

7.根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述超声单元还包括刻蚀通道，所述刻蚀通道与所述空腔同层设置且相互连通；所述刻蚀通道在所述基底上的正投影位于所述第一电极在所述基底上的正投影的范围内，或者，所述刻蚀通道在所述基底上的正投影与所述第一电极在所述基底上的正投影相互交叠。

8.根据权利要求7所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，在垂直与所述基底的方向上，所述刻蚀通道的厚度小于或等于所述空腔的厚度。

9.根据权利要求7所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，在垂直与所述基底的方向上，所述振动膜层包括刻蚀孔，所述刻蚀孔与所述刻蚀通道连通且位于所述刻蚀通道远离所述空腔的一端；

10.根据权利要求9所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述超声单元还包括第二电极和第二连接部，所述第二电极和所述第二连接部同层设置且位于所述振动膜层远离所述基底的一侧，所述第二电极在所述基底上的正投影位于所述空腔在所述基底上的正投影的范围内；相邻的所述第二电极通过所述第二连接部相互连接。

11.根据权利要求10所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述第一电极、所述空腔和所述第二电极在所述基底上的正投影呈同心的圆形；在沿同一方向上，所述第一电极的边缘超出所述空腔的边缘的尺寸大于或等于2微米且小于或等于3微米，所述空腔的边缘超出所述第二电极的边缘的尺寸大于或等于2微米且小于或等于3微米。

12.根据权利要求10所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述超声单元还包括第一钝化层，所述第一钝化层位于所述振动膜层和所述第二电极之间；所述超声单元还包括与所述第二电极同层设置的填充块；所述填充部包括所述填充块，或者，所述填充部包括所述第一钝化层的部分膜层和所述填充块。

13.根据权利要求10或12所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述超声单元还包括第一平坦层和第二钝化层，所述第一平坦层位于所述第二电极远离所述基底的一侧，所述第二钝化层位于所述第一平坦层远离所述基底的一侧。

14.根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述驱动电路包括第一电容，所述第一电容包括三个电容极板，三个所述电容极板在沿远离所述基底的方向上依次排列且相互交叠。

15.一种超声换能装置，其特征在于，包括如权利要求1至14中任一项所述的电容式微机械超声换能器。

技术总结一种电容式微机械超声换能器及超声换能装置。电容式微机械超声换能器包括：基底、设置在基底上的驱动结构层，以及设置在驱动结构层远离基底一侧的超声单元；驱动结构层包括多个驱动电路；超声单元包括沿远离基底方向依次设置的第一电极和振动膜层，在第一电极和振动膜层之间设置有空腔，空腔在基底上的正投影位于第一电极在基底上的正投影的范围内；其中，超声单元还包括与第一电极同层设置的延伸部和第一连接部，延伸部设置为连接第一电极和第一连接部；第一连接部通过过孔与驱动电路连接。技术研发人员：闫家魁,玄明花,张粲,王灿,丛宁,牛晋飞,韩艳玲,刘文渠受保护的技术使用者：京东方科技集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/17