李一凡 刘玉荣
华南理工大学 微电子学院/集成电路学院,广东 广州 511442
LI Yifan LIU Yurong
School of Microelectronics/ School of Integrated Circuits,South China University of Technology,Guangzhou 511442,Guangdong,China
摘要:
相比于传统的体压电超声换能器,压电式微机械超声换能器(PMUT)因体积小、功耗低、频率调控灵活、易于CMOS集成等显著优势,正在诸多领域发挥日益重要的作用。随着应用需求的不断拓展,同样也对PMUT的带宽、灵敏度等关键性能指标提出了新的挑战。该文首先介绍了PMUT器件结构和工作机理,并以PMUT的空腔制备方法为分类依据,概述了刻蚀法、牺牲释放法、表面键合法、硅迁移法制备PMUT的工艺方案及其优缺点。从压电材料、器件结构、电极激励、声学匹配四个方面系统阐述了PMUT性能优化策略的研究现状。以高压电系数和低介电常数为压电材料的优化目标,通过掺杂、改性及工艺优化等技术手段改善压电材料的性能指标;基于振动模态转变、残余应力调控、声学结构集成及阵列布局等策略,改变PMUT结构实现性能指标优化;通过配置PMUT电极的静态布局及动态激励信号参数实现PMUT的谐振频率、带宽及灵敏度的调控;借助外部材料或结构对PMUT进行声学匹配与封装,改善PMUT的声学特性。最后讨论了当前PMUT的工艺及性能优化方案面临的主要挑战与发展趋势,为PMUT的未来研究与实际应用提供参考。