【技術實現步驟摘要】
本專利技術特別涉及一種具有曲面結構的pmut器件及其制作方法，屬于半導體器件。
技術介紹
1、利用超聲波在介質中的傳播、反射原理可以進行距離、速度和厚度等物理量的測量。相比于傳統射頻雷達、視覺、紅外光等測量手段，超聲波測量具有功耗小、成本低、受外界影響小等優勢。壓電微機械超聲換能器(piezoelectric?micro-machined?ultrasonictransducer，pmut)利用壓電薄膜的壓電效應和逆壓電效應，實現超聲波信號與電能信號之間轉換，是超聲波測量領域的關鍵元器件，具有尺寸小、功耗低、性能優異等特點，近年來被廣泛應用于指紋識別、手勢檢測、醫療成像、工業測距等領域。
2、近年來在指紋識別、醫療成像等高端使用場景的強勁需求推動下，pmut器件朝著高工作頻率(mhz，幾十mhz)、高靈敏度的趨勢發展。傳統pmut器件為平面多層薄膜結構，由上下電極、壓電層和頂硅層組成，如圖1所示。采用平面多層薄膜結構的pmut器件諧振頻率主要由壓電薄膜的固有材料屬性、薄膜厚度尺寸和諧振腔幾何尺寸共同決定；而pmut器件的靈敏度主要由壓電薄膜的振動位移所決定，理論上薄膜振幅越大，換能器的輸出聲壓越大，其輸出功率和發射靈敏度越大。
3、壓電材料作為pmut器件的核心功能材料，其材料屬性直接對器件性能產生影響。壓電器件的工作頻率首先與材料的聲速大小有關，越高的材料聲速能夠實現越高的工作頻率，而材料聲速通常取決于其彈性模量、密度和泊松比；其次還與材料的介電常數有關，介電常數越小，器件能達到的工作頻率越高。然而，現
4、針對上述問題，研究人員提出了縫式結構對pmut器件進行改進，如圖3a、圖3b所示。相較于圖1所示的傳統結構，縫式結構在器件的壓電層增加了機械縫，機械縫呈圓弧狀，分列于上下電極之間，且機械縫與諧振腔圓心重合。根據仿真和測試結果可以獲悉，機械縫可以提高壓電薄膜的振動位移，進而增加pmut器件的輸出，這得益于機械縫結構對壓電薄膜約束形式的優化。但機械縫也帶來了應力集中問題，機械縫位置處也更容易發生機械疲勞斷裂，造成器件失效。
5、除了從優化器件結構，研究人員還采用穿孔刻蝕釋放應力、真空結構平衡電極殘余應力、多模態融合、陣列隔離槽等方法嘗試提高pmut器件的工作性能，并取得了一些效果。但這些方法均會導致pmut器件的結構更為復雜，對加工工藝和設備條件提出了更高的要求。
技術實現思路
1、本專利技術的主要目的在于提供一種具有曲面結構的pmut器件及其制作方法，對器件結構進行創新設計，滿足高性能pmut器件對高工作頻率和高振動位移要求，同時該器件的加工工藝流程更加簡單，以實現高性能pmut器件的高精度制造且適宜批量化生產，從而克服現有技術中的不足。
2、為實現前述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案包括：
3、本專利技術一方面提供了一種具有曲面結構的pmut器件，包括：基片和壓電薄膜，所述基片具有開口朝向所述壓電薄膜的諧振腔，所述壓電薄膜的選定部分沿選定方向覆蓋在所述諧振腔的開口上方，其中，所述選定部分為曲面結構，所述選定方向與所述諧振腔的中軸線平行。
4、本專利技術另一方面還提供了所述的具有曲面結構的pmut器件的制作方法，包括：
5、提供基片，并在所述基片的第一表面加工形成第一曲面結構；
6、在所述基片的第一表面形成壓電薄膜，且使所述壓電薄膜的選定部分覆蓋所述第一曲面結構，并使所述選定部分形成與所述第一曲面結構仿形的第二曲面結構；
7、自所述基片的第二表面除去所述基片的一部分，直至暴露所述選定部分，從而在所述基片內形成諧振腔，其中，所述第一表面和所述第二表面沿所述選定方向背對設置。
8、與現有技術相比，本專利技術的優點包括：
9、本專利技術提供的一種曲面pmut器件將壓電薄膜的一部分橫向形變轉化為縱向變形，從而提高壓電薄膜的振幅，諧振頻率更高、振動位移更大，進而提升了pmut器件的性能。
10、本專利技術提供的一種曲面pmut器件在性能調控上也存在優勢，可從曲面結構的凹凸性、曲率半徑和諧振腔半徑等多個維度對器件的性能進行調控，調控范圍更廣，具有更高的靈活性。
11、本專利技術提供的一種曲面pmut器件在制備工藝上還存在優勢，曲面pmut器件省去了頂硅層，簡化了器件的制備工藝，且可選用常規硅片作為襯底，因此具有更好的經濟效益。
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1.一種具有曲面結構的PMUT器件，其特征在于，包括：基片和壓電薄膜，所述基片具有開口朝向所述壓電薄膜的諧振腔，所述壓電薄膜的選定部分沿選定方向覆蓋在所述諧振腔的開口上方，其中，所述選定部分為曲面結構，所述選定方向與所述諧振腔的中軸線平行。
2.根據權利要求1所述的具有曲面結構的PMUT器件，其特征在于：所述曲面結構是沿所述選定方向趨向所述諧振腔凹陷的凹曲面或遠離所述諧振腔凸起的凸曲面。
3.根據權利要求1或2所述的具有曲面結構的PMUT器件，其特征在于：所述曲面結構為球面結構、拋物面結構或橢球面結構；
4.根據權利要求3所述的具有曲面結構的PMUT器件，其特征在于：所述曲面結構為球面結構，所述球面結構滿足：
5.根據權利要求3所述的具有曲面結構的PMUT器件，其特征在于：所述曲面結構為橢球面結構，所述橢球面結構滿足：
6.根據權利要求3所述的具有曲面結構的PMUT器件，其特征在于：所述曲面結構為拋物面結構，所述拋物面結構滿足：
7.根據權利要求1或2所述的具有曲面結構的PMUT器件，其特征在于：所述選定部分
8.根據權利要求1所述的具有曲面結構的PMUT器件，其特征在于：所述諧振腔為沿所述選定方向貫穿所述基片的圓柱形的腔體；
9.如權利要求1-8中任一項所述的具有曲面結構的PMUT器件的制作方法，其特征在于，包括：
10.根據權利要求9所述的制作方法，其特征在于，還包括：對所述壓電薄膜進行圖形化加工的步驟。
...【技術特征摘要】
1.一種具有曲面結構的pmut器件，其特征在于，包括：基片和壓電薄膜，所述基片具有開口朝向所述壓電薄膜的諧振腔，所述壓電薄膜的選定部分沿選定方向覆蓋在所述諧振腔的開口上方，其中，所述選定部分為曲面結構，所述選定方向與所述諧振腔的中軸線平行。
2.根據權利要求1所述的具有曲面結構的pmut器件，其特征在于：所述曲面結構是沿所述選定方向趨向所述諧振腔凹陷的凹曲面或遠離所述諧振腔凸起的凸曲面。
3.根據權利要求1或2所述的具有曲面結構的pmut器件，其特征在于：所述曲面結構為球面結構、拋物面結構或橢球面結構；
4.根據權利要求3所述的具有曲面結構的pmut器件，其特征在于：所述曲面結構為球面結構，所述球面結構滿足：
5.根據權利要求3所述的具有曲面結構的pmut器件，其特征在于：所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周佳，林文魁，時文華，石豪，張學敏，張寶順，曾中明，
申請(專利權)人：中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所，
類型：發明
國別省市：
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