基于PZT厚膜的MEMS超聲換能器.pdf

1、超聲換能器是一種在超聲系統(tǒng)中進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換的聲學(xué)器件，其性能對(duì)超聲系統(tǒng)至關(guān)重要。基于MEMS技術(shù)制備的壓電超聲換能器(PiezoelectricMicromachinedUltrasonicTransducer，pMUT)，相比于傳統(tǒng)的超聲換能器，具有易陣列化，集成度高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且在實(shí)現(xiàn)高精度以及與IC工藝集成上有明顯的優(yōu)勢(shì)。 本文以MEMS壓電換能器為研究對(duì)象，對(duì)MEMS壓電換能器的材料及結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制備及測(cè)試進(jìn)行了

2、系統(tǒng)的研究。 在壓電換能器的材料選擇上，使用了一種PZT體材料減薄所得到的壓電厚膜，該材料壓電性能優(yōu)異(d31可達(dá)-280pm/v)，因而，采用這種厚膜作為驅(qū)動(dòng)材料，所制備的MEMS超聲換能器不僅可以具備壓電厚膜型pMUT本身所具有的驅(qū)動(dòng)力大，共振頻率高等優(yōu)點(diǎn)，而且有望獲得較高的有效機(jī)電耦合系數(shù)和發(fā)射聲壓。 在壓電換能器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化上，以有效機(jī)電耦合系數(shù)為目標(biāo)，依靠有限元方法(Ansys10.0)分析了換能器結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響

3、并得出最終的優(yōu)化參數(shù)。優(yōu)化后其有效機(jī)電耦合系數(shù)最大可達(dá)7.2％，共振頻率約為170KHz，靜態(tài)位移1.2μm@100v，器件性能優(yōu)異。 在制備方面，根據(jù)現(xiàn)有工藝條件，制備了壓電換能器，測(cè)試表明，其有效機(jī)電耦合系數(shù)最大可達(dá)6.39％，為同類(lèi)產(chǎn)品中最高，共振頻率約為120KHz，共振時(shí)中心的振幅為4.8μm@50V，發(fā)射聲壓高，可作為發(fā)射器來(lái)使用。 基于以上研究，本論文提出了一種新型的基于PZT厚膜驅(qū)動(dòng)的MEMS超聲換能器。