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公开(公告)号：CN115193673B
公开(公告)日：2024-05-10
申请号：CN202210658425.6
申请日：2022-06-10
Applicant: 复旦大学
Abstract: 本发明属于微机电技术领域，具体为一种侧边界自由的微机械超声换能器。换能器单元包括压电叠层、中性层、空腔和衬底；压电叠层包含中心圆电极层、外圈电极层、压电层与底电极层；空腔包含圆柱空腔与空心柱空腔；中性层通过圆柱空腔与空心柱空腔间的侧墙与衬底结合，其外侧无键合面或支撑结构，因而是侧边界自由的。本发明在加载了负载介质后，具有一种侧边界自由的谐振模态，该模态具有较大的有效面积，且可以通过在上电极层施加不同相位幅值的电压激励做进一步振形调制。通过对压电叠层进行交流信号激励或使用模拟前端电路进行电信号感知，可以实现高性能的超声波信号收发。
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公开(公告)号：CN115055356B
公开(公告)日：2024-05-10
申请号：CN202210658442.X
申请日：2022-06-10
Applicant: 复旦大学
Abstract: 本发明属于微机电技术领域，具体为一种具有环状压电层的微机械超声换能器。本发明换能器是由换能器单元延拓形成的二维阵列；换能器单元包括压电环、复合薄膜、电容腔体和衬底；压电环包含电极层与压电层；复合薄膜包括电极层和中性层；衬底中间部分为中空圆柱形腔体，底部为电极层，中空腔体和电极层形成电容腔体；复合薄膜中的电极层和压电环中的电极层构成电极对，通过施加直流偏置电压以及交流耦合信号，对压电层的形态进行静态和动态的控制与激励；复合薄膜中的电极层与电容腔体中的电极层构成静电力驱动所需的电极对，通过施加直流偏置电压以及交流耦合信号，对复合薄膜的形态进行静态和动态的控制与激励。本发明可实现高性能超声信号收发。
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公开(公告)号：CN115106275A
公开(公告)日：2022-09-27
申请号：CN202210809384.6
申请日：2022-07-10
Applicant: 复旦大学
IPC: B06B1/06
Abstract: 本发明属于微机电技术领域，具体为一种基于支撑柱的微机械超声换能器。本发明微机械超声换能器是由基本单元经拼接、延拓组成的平面阵列；基本单元包括压电叠层、中性层、支撑柱和衬底；压电叠层包含上电极层、压电层与底电极层；中性层为压电叠层提供支撑，并使压电叠层在受激产生应变时，复合薄膜的应变中性面处于中性层内；支撑柱为中性层提供支撑，为离散分布的柱状结构，形成高填充密度的换能器，提升薄膜振动的有效面积；上电极层与底电极层构成电极对，用于压电层上的电场、电荷、电压的施加与采集；通过施加直流偏置电压，对压电叠层进行静态控制；通过施加交流耦合信号，对压电叠层进行动态激励，实现高性能的超声波信号收发。
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公开(公告)号：CN115055357B
公开(公告)日：2024-07-12
申请号：CN202210726793.X
申请日：2022-06-23
Applicant: 复旦大学
Abstract: 本发明属于微机械技术领域，具体是一种柔性透明电容式微机械超声换能器及其制备方法。本发明是基于导电颗粒掺杂SU‑8光刻胶等柔性透明材料的，其单元结构包括自下而上设置的：PET衬底层、ITO电极层、空腔、SU‑8支撑层、SU‑8绝缘层、导电颗粒掺杂的SU‑8电极层和聚合物材料涂层。本发明采用PET‑ITO薄膜作为衬底和底电极，采用SU‑8光刻胶作为支撑、振动和顶电极层，最后用柔性聚合物材料作为密封和保护层。本发明实现的电容式微机械超声换能器同时具有柔性和透明性，可以与电子显示屏、可穿戴电子设备等集成在一起。本发明制备使用SU‑8灰度光刻工艺，既节省光刻掩模板，也不需要额外的牺牲层，简化了传统工艺流程。
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公开(公告)号：CN115156017B
公开(公告)日：2023-09-08
申请号：CN202210773141.1
申请日：2022-07-01
Applicant: 复旦大学
IPC: B06B1/06
Abstract: 本发明公开了一种半固定的微机械超声换能器。换能器单元包括压电叠层、中性层、空腔和衬底；压电叠层包含上电极层、压电层与底电极层；中性层为压电叠层提供支撑作用，其具有镂空，即呈长方形的主体支撑结构是半固定的，一对侧边是自由的；空腔是中性层下方的中空结构，为薄膜提供振动的空间；中性层通过空腔外的侧墙与衬底结合。本发明的振动薄膜是半固定的，具有多种半固定的、处于不同频段谐振模态，可以分别实现高品质因数、超窄带的谐振，及低品质因数、宽带的谐振。本发明通过对压电叠层进行交流信号激励或使用模拟前端电路进行电信号感知，可以实现高性能的超声波信号收发。
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Patent Agency Ranking
公开(公告)号：CN115156017A
公开(公告)日：2022-10-11
申请号：CN202210773141.1
申请日：2022-07-01
Applicant: 复旦大学
IPC: B06B1/06
Abstract: 本发明公开了一种半固定的微机械超声换能器。换能器单元包括压电叠层、中性层、空腔和衬底；压电叠层包含上电极层、压电层与底电极层；中性层为压电叠层提供支撑作用，其具有镂空，即呈长方形的主体支撑结构是半固定的，一对侧边是自由的；空腔是中性层下方的中空结构，为薄膜提供振动的空间；中性层通过空腔外的侧墙与衬底结合。本发明的振动薄膜是半固定的，具有多种半固定的、处于不同频段谐振模态，可以分别实现高品质因数、超窄带的谐振，及低品质因数、宽带的谐振。本发明通过对压电叠层进行交流信号激励或使用模拟前端电路进行电信号感知，可以实现高性能的超声波信号收发。
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公开(公告)号：CN115025959A
公开(公告)日：2022-09-09
申请号：CN202210732005.8
申请日：2022-06-26
Applicant: 复旦大学
IPC: B06B1/06
Abstract: 本发明属于微机电技术领域，具体为一种中心支撑的压电式微机械超声换能器。本发明超声换能器是由微机械超声换能器单元延拓形成的二维阵列组成；换能器单元结构包括：衬底、支撑柱、空腔、中性层和振动层；支撑柱和空腔位于同一高度，且支撑柱位于空腔中心；振动层包含弹性层、底电极层、压电层和顶电极层；弹性层通过支撑柱与衬底连接，其外沿不与支撑层或衬底硬接触或相连，可做大幅度振动。本发明在加载负载介质后，其振动特征为以中心支撑柱为支点，振动膜外沿具有较大振动自由度。本发明的振动模态具有更大的薄膜平均振幅和更高的机电耦合系数，进而实现高性能的超声波信号收发。通过设计不同支撑柱半径，改变换能器的谐振频率等特性。
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公开(公告)号：CN115432662A
公开(公告)日：2022-12-06
申请号：CN202210972097.7
申请日：2022-08-12
Applicant: 复旦大学
Abstract: 本发明属于微机械技术领域，具体是一种中心支撑底电极的微机械超声换能器。本发明的结构包括自下而上设置的：衬底、中心支撑、边缘支撑、空腔、可弯曲底电极、振动膜和顶电极。可弯曲底电极通过中心支撑柱或墙锚定在衬底上，而振动膜通过边缘支撑固定在衬底上，与可弯曲底电极之间存在空腔。在静电相互作用下，振动膜和可弯曲底电极均可产生显著形变。本发明的微机械超声换能器可以通过牺牲层释放工艺或晶圆键合工艺制备。相较于传统结构的电容式微机械换能器，本发明的微机械超声换能器可以实现更高的超声发射声压和接收灵敏度。同时，本发明结构表现出更显著的弹簧软化效应，可以适用于需要动态改变空腔高度或者中心频率的环境中。
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公开(公告)号：CN112871613A
公开(公告)日：2021-06-01
申请号：CN202011512511.3
申请日：2020-12-19
Applicant: 复旦大学
IPC: B06B1/06
Abstract: 本发明属于微机械技术领域，具体是一种具有支撑柱的压电式微机械超声换能器。本发明的结构包括自上而下设置的：振动平板、支撑柱、上电极、压电材料层、下电极、结构层、空腔和衬底；振动平板的位移和压电振动膜的形变通过支撑柱相关联。支撑柱可以是线弹性或者刚性的材料。压电式微机械超声换能器的一种变化为支撑柱采用压电材料，其上方引入第三电极，用于激励压电支撑柱。本发明解决了现有技术中压电式微机械超声换能器弯曲模式振动导致的发射和接收灵敏度低，超声发射方向性差的技术问题，从而拓展其高灵敏度探测和高效超声发射的应用前景，例如可应用于三维实时超声成像中。
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公开(公告)号：CN112871612A
公开(公告)日：2021-06-01
申请号：CN202011512503.9
申请日：2020-12-19
Applicant: 复旦大学
IPC: B06B1/06
Abstract: 本发明属于微机电技术领域，具体为一种具有多压电层的压电微机械超声换能器。本发明压电微机械超声换能器单元包括复合薄膜、支撑结构和衬底；支撑结构为中空薄层，对应其上方粘附的复合薄膜的自由边界，支撑结构与衬底形成键合；复合薄膜包含中性层、至少一层压电层及多层金属层；复合薄膜中压电层及金属层，经过压电层极化方向与电连接的配置，共同驱动薄膜结构上下振动。本发明可以利用压电效应，有效累加构件截面处的弯矩，提高传感器灵敏度。通过在复合薄膜下方形成刻蚀空腔、用深刻蚀方法制作通孔，或与芯片引脚焊接形成支撑点的方式，可以释放上述复合薄膜并提供支撑，从而通过负载介质（空气、水及油等）发射、接收声波。
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