压电微机械超声换能器制备工艺及性能优化策略综述OA

相比于传统体压电超声换能器,压电微机械超声换能器(PMUT)因体积小、功耗低、频率调控灵活、易与CMOS工艺集成等显著优势,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,相关领域也对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的器件结构和工作机理,并以PMUT的空腔制备方法为分类依据,综述了刻蚀法、牺牲层释放法、表面键合法、硅迁移法等制备PMUT的工艺方案及其优缺点。从压电材料、器件结构、电极激励和声学匹配4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优化目标,通过掺杂、改性及工艺优化等技术手段提升压电材料的性能;基于振动模态调控、残余应力控制、声学结构集成及阵列布局优化等策略,改进PMUT结构以实现性能提升;通过设计PMUT电极的静态布局及动态调控激励信号参数,实现对其谐振频率、带宽及灵敏度的有效调控;借助外部材料或结构对PMUT进行声学匹配与封装,进一步改善其声学特性。最后,讨论了当前PMUT在工艺实现及性能优化方面面临的主要挑战与发展趋势,可为PMUT的后续研究与实际应用提供参考。