解决频率控制难题压电MEMS超声换能器性能再上新台阶

　　超声波传感技术被大范围的应用于工业、医疗等领域，如成像、测距、测流量等。与传统的压电陶瓷超声换能器相比，压电MEMS超声换能器（PMUT）具有体积小、功耗低、CMOS工艺兼容性等优点。众所周知，PMUT的发射/接收灵敏度与其谐振频率控制是相互制约的：更薄的振膜能大大的提升单位面积下的灵敏度，但同时会加剧残余应力和尺寸偏差对谐振频率的负面影响。因此，一般情况下高灵敏度的PMUT面临着严峻的频率控制难题；尤其对空气耦合型PMUT，其较低的带宽对频率控制能力提出更严格的要求和极大的挑战。

　　据论文通讯作者张孟伦和庞慰教授介绍，这项研究工作提出的TCCP（Tapered Cantilever Cluster PMUT）方案可以释放振膜的残余应力，同时精确定义振膜边界，以此来实现优越的频率控制水平。测试根据结果得出，TCCP方案的晶圆级频率一致性和目标频率偏差分别达到0.8%和1%，与传统的CCP（Circular Clamped PMUT）设计的具体方案相比，其频率控制能力提升了1个数量级。据了解，这是全球首次展示达标1%的频率控制水平。

　　此外，这种新方案不需要SOI硅片和trimming频率调整工艺，同时降低了应力控制工艺技术要求，因此易于实现大批量高良率制造，具有非常明显的成本效益。它提供了一种高性能、低成本的解决方案，将大幅度的提高压电MEMS超声换能器在超声波气体流量计、波束形成阵列等应用中的竞争力。

　　《微机械超声换能器专利态势分析-2023版》 《电容式微机械超声换能器（CMUT）期刊文献检索与分析-2022版》返回搜狐，查看更加多