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基于ScAlN薄膜的高频PMUT阵列的设计与制造 被引量:1
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作者 塔桂峰 刘建河 +5 位作者 李加东 姚术涛 刘浩杰 苗斌 商文玲 陶金燕 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第4期496-504,共9页
高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT... 高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT阵列。为了进一步得到阵列最佳的输出性能,降低栅瓣影响,设计了间距为波长的1/2(300μm)的并联六边形阵列,增大了填充因子,降低了阻抗,提高了输出电流。采用SOI晶片作为PMUT的基本结构,设计了微机电系统(MEMS)工艺流程,并完成了晶片制作。通过扫描电子显微镜和聚焦离子束切割确定PMUT的形貌和结构尺寸,并且测得在水中的谐振频率为2.36 MHz。仿真与测试结果表明,测试误差为9.2%,位移灵敏度较好,有望满足非侵入式血管成像应用需求。 展开更多
关键词 高频压电微机械超声换能器阵列(pmut) ScAlN薄膜 有限元仿真 器件制备 非侵入式血管成像
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一种基于动态pMUT的距离与方向双向检测方法
2
作者 陶金燕 李加东 +6 位作者 戴晔 商文玲 王丹芮 冯昌坤 胡益民 姚术涛 塔桂峰 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第5期722-728,共7页
超声波传感器是移动机器人广泛采用的空间感知手段。为了提高空间感知范围,现有移动机器人常采取多传感器组合的方式,导致感知系统体积大、功耗高、系统复杂。提出了一种基于动态压电微机械超声换能器(pMUT)的检测方法,实现了单颗器件... 超声波传感器是移动机器人广泛采用的空间感知手段。为了提高空间感知范围,现有移动机器人常采取多传感器组合的方式,导致感知系统体积大、功耗高、系统复杂。提出了一种基于动态压电微机械超声换能器(pMUT)的检测方法,实现了单颗器件的双向检测功能,使测量范围在小体积、低功耗情况下获得成倍的增加。该方法利用压电薄膜双向振动的特点得到超声波双向回波信号,从而获取两个方向的测量距离。测试表明,使用该方法后单向测量范围基本不变,能准确测量两个方向上障碍物的距离,并在动态情况下反映障碍物对应方向。该方法有助于简化感知系统,有望在微型机器避障等方面发挥重要作用。 展开更多
关键词 压电微机械超声换能器(pmut) 双向检测 移动机器人 空间感知 测距
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基于相对PMUT线阵的乳腺超声断层重建算法研究 被引量:3
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作者 刘畅 程义军 +1 位作者 薛晨阳 张斌珍 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1432-1437,共6页
依据已设计的乳腺超声CT系统中超声换能器配置方案的特征,提出了一种基于相对压电微机械超声换能器(PMUT)线阵的乳腺超声断层重建算法。以等距扇形束为基础,制定空间复合重建测试方案,在此基础上,详细推导沿直线轨迹运动的重建算法公式... 依据已设计的乳腺超声CT系统中超声换能器配置方案的特征,提出了一种基于相对压电微机械超声换能器(PMUT)线阵的乳腺超声断层重建算法。以等距扇形束为基础,制定空间复合重建测试方案,在此基础上,详细推导沿直线轨迹运动的重建算法公式。利用MATLAB建立数值乳腺模型,并对不同重建方案下的图像进行仿真及量化分析。结果表明,将B型超声图像作为先验信息的图像融合测试方案下的重建图像,能够较好的重建脂肪、腺体、肿块、纤维瘤、癌症和钙化点等组织类型的数量、位置、大小和形态,在ROI区域内的PSNR为144.89,RMSE为0.0608。有效地改善了在有限角度下超声断层成像受到沿深度方向的伪像困扰,提高了图像重建性能。 展开更多
关键词 超声断层成像算法 pmut线阵 直线轨迹 感兴趣区域 有限角度
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用于减小PMUT“盲区”的回波检测方法 被引量:1
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作者 王光华 张玉超 +5 位作者 胡益民 苗斌 张士钦 周红宇 赵祥永 李加东 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第3期363-367,共5页
收发一体式压电微机械超声波换能器(PMUT)的接收信号存在较长的拖尾,导致近场原始回波难以区分,造成测量盲区,对此提出了一种在拖尾段识别回波信号的方法。该方法利用解调对数放大器非线性压缩接收信号并进行包络处理,得到拖尾段具有明... 收发一体式压电微机械超声波换能器(PMUT)的接收信号存在较长的拖尾,导致近场原始回波难以区分,造成测量盲区,对此提出了一种在拖尾段识别回波信号的方法。该方法利用解调对数放大器非线性压缩接收信号并进行包络处理,得到拖尾段具有明显极值点特征的包络曲线,并通过包络曲线极值点识别回波峰值。选取8组谐振频率不一的PMUT器件对该方法进行测试验证。结果表明,在最远测距大于300 cm的情况下,测量盲区缩减至10 cm附近,该方法具有一定的有效性与普适性。 展开更多
关键词 pmut 收发一体式 拖尾 测量盲区 极值点 峰值
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Air-coupled PMUTs array with residual stresses:experimental tests in the linear and non-linear dynamic regime
5
作者 Gianluca Massimino Borka Lazarova +1 位作者 Fabio Quaglia Alberto Corigliano 《International Journal of Smart and Nano Materials》 SCIE EI 2020年第4期387-399,共13页
The mechanical characterization of a 4×4 air-coupled array of Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers(PMUTs)is pre-sented.The experimental campaign consists of three set of experi-mental tests,namely:t... The mechanical characterization of a 4×4 air-coupled array of Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers(PMUTs)is pre-sented.The experimental campaign consists of three set of experi-mental tests,namely:topography measurements,small signal dynamic measurements,and vibrometry in the non-linear dynamic regime.The behavior of three different kinds of PMUT are reported.They differ according to the thermo-electrical treatment that has been applied to the piezoelectric material.The presence of the fabrication induced residual stresses is investigated and the treat-ment effect is evaluated in terms of the initial deflected configura-tion.The results reported in this paper represent an experimental mechanical investigation useful for the design of PMUT structures with advanced functionalities in the linear and non-linear regime. 展开更多
关键词 acoustic-structure interaction ARRAY experimental characterization non-linear dynamics Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers(pmuts) ULTRASOUND
原文传递
用于管道入侵定位检测的MEMS声传感器
6
作者 刘涛 豆涵杰 +5 位作者 李军 李志浩 张继轩 杨嘉倩 张明洋 牟笑静 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第5期634-637,共4页
管道入侵破坏会造成环境严重污染以及财产的重大损失,基于声学技术的管道破坏定位技术已成为发展趋势。提出了一种基于PMUT的MEMS声传感器,通过氧化铝-环氧树脂填充的方式实现了声阻抗匹配与高可靠性封装。将两个微机电系统(MEMS)声传... 管道入侵破坏会造成环境严重污染以及财产的重大损失,基于声学技术的管道破坏定位技术已成为发展趋势。提出了一种基于PMUT的MEMS声传感器,通过氧化铝-环氧树脂填充的方式实现了声阻抗匹配与高可靠性封装。将两个微机电系统(MEMS)声传感器安装在管道入侵定位检测系统中,并敲击管道模拟入侵场景,然后采集管道中传播的声信号并对其进行分析。结果表明,声信号在管道中的传播速度为2449 m/s,基于声信号的管道入侵定位检测方法的定位相对误差小于2%,证明了MEMS声传感器用于管道入侵定位监测的可行性。 展开更多
关键词 MEMS声传感器 pmut 管道入侵定位 声探测 声谱
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压电AlN MEMS的新进展
7
作者 赵正平 《微纳电子技术》 CAS 2024年第4期1-25,共25页
Si基微电子机械系统(MEMS)经过三十余年的发展已进入智能微系统的发展阶段,已成为当今MEMS技术创新发展的主流。当今半导体材料技术的科研已进入超宽禁带半导体的探索开发阶段,超宽禁带半导体AlN不但在功率电子学有较好的前景,而且AlN... Si基微电子机械系统(MEMS)经过三十余年的发展已进入智能微系统的发展阶段,已成为当今MEMS技术创新发展的主流。当今半导体材料技术的科研已进入超宽禁带半导体的探索开发阶段,超宽禁带半导体AlN不但在功率电子学有较好的前景,而且AlN薄膜具有较好的压电性能,与CMOS工艺相兼容,压电AlN MEMS首先在手机应用的射频谐振器、滤波器方面取得突破,实现量产,近年来压电AlN MEMS已成为MEMS技术创新发展的热点。介绍了压电AlN MEMS在掺杂薄膜材料制备、新器件结构设计、新工艺、可靠性和应用创新等方面的最新进展,包含掺钪AlN薄膜研制、AlN薄膜多层结构、AlScN薄膜性能、AlN薄膜制备;体声波(BAW)谐振器与固体安装谐振器(SMR)、薄膜体声波谐振器(FBAR)和薄膜压电MEMS、轮廓模式谐振器(即兰姆波谐振器)、混合谐振器、AlN压电微机械超声换能器(PMUT)等结构创新;有利于CMOS集成,批量高可靠,压电AlN薄膜的晶圆量产,AlScN器件工艺优化;AlN MEMS热疲劳和抗辐照;谐振器与滤波器、能量收集器、物质和生物传感与检测、指纹传感器、图像器和麦克风、通信、微镜传感、柔性传感等方面研究成果。分析和评价了压电AlN MEMS关键技术进步和发展态势。 展开更多
关键词 微电子机械系统(MEMS) ALN 掺钪AlN薄膜 薄膜体声波谐振器(FBAR) 轮廓模式谐振器 压电微机械超声换能器(pmut)
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压电AlN MEMS的新进展(续)
8
作者 赵正平 《微纳电子技术》 CAS 2024年第5期1-31,共31页
Si基微电子机械系统(MEMS)经过三十余年的发展已进入智能微系统的发展阶段,已成为当今MEMS技术创新发展的主流。当今半导体材料技术的科研已进入超宽禁带半导体的探索开发阶段,超宽禁带半导体AlN不但在功率电子学有较好的前景,而且AlN... Si基微电子机械系统(MEMS)经过三十余年的发展已进入智能微系统的发展阶段,已成为当今MEMS技术创新发展的主流。当今半导体材料技术的科研已进入超宽禁带半导体的探索开发阶段,超宽禁带半导体AlN不但在功率电子学有较好的前景,而且AlN薄膜具有较好的压电性能,与CMOS工艺相兼容,压电AlN MEMS首先在手机应用的射频谐振器、滤波器方面取得突破,实现量产,近年来压电AlN MEMS已成为MEMS技术创新发展的热点。介绍了压电AlN MEMS在掺杂薄膜材料制备、新器件结构设计、新工艺、可靠性和应用创新等方面的最新进展,包含掺钪AlN薄膜研制、AlN薄膜多层结构、AlScN薄膜性能、AlN薄膜制备;体声波(BAW)谐振器与固体安装谐振器(SMR)、薄膜体声波谐振器(FBAR)和薄膜压电MEMS、轮廓模式谐振器(即兰姆波谐振器)、混合谐振器、AlN压电微机械超声换能器(PMUT)等结构创新;有利于CMOS集成,批量高可靠,压电AlN薄膜的晶圆量产,AlScN器件工艺优化;AlN MEMS热疲劳和抗辐照;谐振器与滤波器、能量收集器、物质和生物传感与检测、指纹传感器、图像器和麦克风、通信、微镜传感、柔性传感等方面研究成果。分析和评价了压电AlN MEMS关键技术进步和发展态势。 展开更多
关键词 微电子机械系统(MEMS) ALN 掺钪AlN薄膜 薄膜体声波谐振器(FBAR) 轮廓模式谐振器 压电微机械超声换能器(pmut)
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基于时间增益补偿的乳腺超声断层成像算法的研究 被引量:2
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作者 刘畅 薛晨阳 +1 位作者 张斌珍 张国军 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期391-395,共5页
针对超声波在人体软组织中传播衰减的问题,提出了一种新型的基于时间增益补偿(TGC)的乳腺超声断层成像算法。采用中心频率为3.5 MHz的1×128微机械加工压电超声换能器(PMUT)阵列,其工作面平行于Z轴,包围在乳腺周围,在电动旋转台的... 针对超声波在人体软组织中传播衰减的问题,提出了一种新型的基于时间增益补偿(TGC)的乳腺超声断层成像算法。采用中心频率为3.5 MHz的1×128微机械加工压电超声换能器(PMUT)阵列,其工作面平行于Z轴,包围在乳腺周围,在电动旋转台的控制下,间隔2度,执行圆周扫描,实现非接触式测量。利用MATLAB实现TGC算法和超声断层成像算法,完成对乳腺模型的水平切片成像。实验结果表明,有效的补偿了超声在乳腺软组织中的衰减问题,实现对乳腺肿块的大小、位置和轮廓的检测,验证了该算法的有效性和可行性,为实现精准医疗奠定了一定的基础。 展开更多
关键词 超声断层成像算法 pmut线阵 圆周扫描 TGC
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MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法 被引量:3
10
作者 富迪 陈豪 +2 位作者 杨轶 任天令 刘理天 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2011年第8期523-527,共5页
针对超声换能器阵列中阵元密度难以提升和工艺重复性差等问题,提出了一种基于硅-硅键合技术的MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法,并采用该方法制备了阵元间距小至150μm的密排二维换能器阵列。阵列中每个声学单元均为由上电极、压... 针对超声换能器阵列中阵元密度难以提升和工艺重复性差等问题,提出了一种基于硅-硅键合技术的MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法,并采用该方法制备了阵元间距小至150μm的密排二维换能器阵列。阵列中每个声学单元均为由上电极、压电材料(PZT)层、下电极和支撑层组成的多层膜结构,并通过其弯曲振动模式实现超声波的发射和接收。制备样品的测试结果表明,采用该方法制作MEMS压电超声换能器阵列,具有阵元间距小、工艺流程可靠、成品率高、一致性好、工作频率(2.45MHz)与设计值(2.5MHz)的吻合度高等优点,适用于医学成像等高频超声成像系统。 展开更多
关键词 硅-硅键合 微机电压电超声换能器(pmut) PZT膜 高频换能器阵列 医学超声成像
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高动态位移ScAlN基超声换能器的设计及制作 被引量:1
11
作者 彭火祥 苗斌 +5 位作者 徐瞻 刁莉娜 程晋荣 李加东 赵祥永 张巧珍 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第2期183-186,191,共5页
超声探测作为重要的感知技术,其探测性能一直是学术界研究的热点。针对薄膜超声换能器谐振位移低,导致输出声压较低,从而影响探测性能的问题,该文提出了一种高动态位移的薄膜ScAlN基超声换能器结构,该结构直径为360μm,中心处膜层由4... 超声探测作为重要的感知技术,其探测性能一直是学术界研究的热点。针对薄膜超声换能器谐振位移低,导致输出声压较低,从而影响探测性能的问题,该文提出了一种高动态位移的薄膜ScAlN基超声换能器结构,该结构直径为360μm,中心处膜层由4根悬梁支柱固支,通过微机电系统(MEMS)微纳加工技术制作了换能器阵列。测试结果表明,该器件谐振频率下,中心处动态位移可达2.16μm/V。此外,该结构使膜层振动模态转变为输出声压更高的活塞型模态,相关工作为空气介质中长距离超声测距传感器的研究奠定了基础。 展开更多
关键词 ScAlN薄膜 动态位移 新型pmut结构
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基于压电微机械超声换能器的扫描式手势识别传感器 被引量:1
12
作者 张士钦 胡益民 +2 位作者 苗斌 王光华 李加东 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2023年第11期1808-1816,共9页
超声手势识别是实现非接触交互的重要方式之一。基于压电微机械超声换能器(PMUT)的手势识别传感器具有功耗低、体积小、不受环境光影响等优点,当前主要是基于PMUT阵列的方式实现,提出了一种基于单振元PMUT的扫描式手势识别传感器。该传... 超声手势识别是实现非接触交互的重要方式之一。基于压电微机械超声换能器(PMUT)的手势识别传感器具有功耗低、体积小、不受环境光影响等优点,当前主要是基于PMUT阵列的方式实现,提出了一种基于单振元PMUT的扫描式手势识别传感器。该传感器由PMUT及电磁驱动单元组成,设计并制备了1.6 mm×1.6 mm的单振元PMUT,振膜半径为500μm,谐振频率为108 kHz,完成了PMUT与电磁驱动单元集成,电磁驱动单元驱动PMUT实现手势扫描,利用多层感知机(MLP)模型完成了手势识别测试。实验结果表明:该扫描式手势识别传感器可实现检测距离为150~600 mm、角度为180°范围内的6种手势识别,平均识别准确率最高为85.66%。 展开更多
关键词 压电微机械超声换能器(pmut) 手势识别传感器 电磁驱动 超声扫描 多层感知机(MLP)
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声压增强型压电微机械超声换能器 被引量:1
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作者 张玉超 王光华 +3 位作者 周红宇 张士钦 苗斌 李加东 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第4期619-623,共5页
压电微机械超声波换能器(PMUT)在医疗成像、测距、无损检测和流量感应等领域有着广阔的应用前景。针对传统结构PMUT输出声压较低的问题,该文提出了一种集成亥姆霍兹谐振腔的声压增强型PMUT。构建了声压增强型PMUT的等效电路模型,模拟并... 压电微机械超声波换能器(PMUT)在医疗成像、测距、无损检测和流量感应等领域有着广阔的应用前景。针对传统结构PMUT输出声压较低的问题,该文提出了一种集成亥姆霍兹谐振腔的声压增强型PMUT。构建了声压增强型PMUT的等效电路模型,模拟并对比分析了声压增强型PMUT和传统PMUT的轴上声压。结果表明在70 kHz谐振频率下,声压增强型PMUT沿z轴的输出声压比传统的PMUT沿z轴的输出声压高约42%。测距结果表明,集成了亥姆霍兹谐振腔的PMUT最远测距能力达到2.62 m,比传统结构的PMUT提升了27%。这种结构为PMUT在提升测距能力和拓宽应用场景方面提供了一种新思路。 展开更多
关键词 压电微机械超声波换能器(pmut) 输出声压 亥姆霍兹谐振腔 等效电路 测距
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压电微机械超声换能器仿真与结构优化 被引量:1
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作者 余卿 遆金铭 +1 位作者 樊青青 李俊红 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第3期403-406,共4页
压电微机械超声换能器(PMUT)在医疗阵列成像、手势识别、内窥成像、指纹识别等领域有着重要的应用,而灵敏度等性能是影响其成像质量的主要因素。该文对基于PMN-PT圆形压电复合振动膜的压电微机械超声换能器等效电路模型进行分析,并通过... 压电微机械超声换能器(PMUT)在医疗阵列成像、手势识别、内窥成像、指纹识别等领域有着重要的应用,而灵敏度等性能是影响其成像质量的主要因素。该文对基于PMN-PT圆形压电复合振动膜的压电微机械超声换能器等效电路模型进行分析,并通过有限元法研究了压电层PMN-PT厚度对PMUT的发射电压响应、接收灵敏度的影响。仿真结果表明,当压电层厚度为4.5μm(厚度为基底厚度的90%)时,换能器的发射电压响应级最大,达到191.6 dB,接收灵敏度级随厚度的增加基本呈线性上升趋势;当压电层厚度为5.1μm(厚度为基底厚度的102%)时,回路增益(损耗)最大,达到-64.50 dB。 展开更多
关键词 PMN-PT薄膜 pmut 回路增益(损耗) 接收灵敏度 发射电压响应
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面向乳腺癌诊断的压电式微机械超声换能器的设计
15
作者 刘畅 程义军 +1 位作者 薛晨阳 张斌珍 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1491-1496,共6页
面向乳腺癌早期微小病变组织难于精确诊断的问题,设计了一种基于AlN/Si薄膜的圆形双晶片压电式微机械超声换能器(PMUT)。作为乳腺超声CT系统关键检测部件,其性能优劣与诊断准确度密切相关。通过对换能器工作原理进行分析,建立了数学理... 面向乳腺癌早期微小病变组织难于精确诊断的问题,设计了一种基于AlN/Si薄膜的圆形双晶片压电式微机械超声换能器(PMUT)。作为乳腺超声CT系统关键检测部件,其性能优劣与诊断准确度密切相关。通过对换能器工作原理进行分析,建立了数学理论模型。利用有限元仿真软件COMSOL建立了基于AlN薄膜的PMUT有限元模型,给出了具体的结构设计参数,并分析了静态压力、静态位移、振动模态、谐振频率、灵敏度、声阻抗等性能参数。仿真结果显示,所设计的PMUT一阶谐振频率为7.61 MHz,灵敏度为-258 dB,品质因数为380.5,有效机电耦合系数为10.2%,能够满足对乳腺软组织检测的设计需求。 展开更多
关键词 pmut ALN薄膜 COMSOL 乳腺癌
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基于PZT薄膜的高频压电式微机械超声换能器的仿真与制备
16
作者 刘亚琦 陈明珠 +8 位作者 张巧珍 赵祥永 王巨杉 唐艳学 王飞飞 王书豪 汪尧进 苗斌 李加东 《上海师范大学学报(自然科学版)》 2023年第5期597-608,共12页
压电式微机械超声换能器(PMUT)是当前生物医学超声成像领域的研究热点.锆钛酸铅(PbZrO_(3)-PbTiO_(3),PZT)压电薄膜是近年来微机械超声换能器使用的核心压电材料.基于PZT压电薄膜,使用有限元软件COMSOL Multiphysics创建了三维有限元仿... 压电式微机械超声换能器(PMUT)是当前生物医学超声成像领域的研究热点.锆钛酸铅(PbZrO_(3)-PbTiO_(3),PZT)压电薄膜是近年来微机械超声换能器使用的核心压电材料.基于PZT压电薄膜,使用有限元软件COMSOL Multiphysics创建了三维有限元仿真模型,并在(0,1)模态下研究了压电薄膜结构的几何参数,其谐振频率达到222.12 MHz,有效机电耦合系数(keff)为5.13%.采用光刻和刻蚀方法制备了PZT压电薄膜的PMUT单元原型器件.该器件的空腔结构完整,谐振频率在(0,1)模态下为25.87 MHz,仿真与测试结果相似,振动模态较纯,振动位移性能较好.研究结果表明:采用PZT压电薄膜的PMUT在高分辨率、高频医学超声成像中具有较好的应用前景. 展开更多
关键词 压电式微机械超声换能器(pmut) 高频 锆钛酸铅(PbZrO_(3)-PbTiO_(3) PZT)薄膜 器件制备
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用于水下金属探测成像的压电式微机械超声波换能器 被引量:1
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作者 杨晋玲 《中国测试》 CAS 北大核心 2019年第9期84-88,共5页
为满足目前对水下金属、蛙人等检测的应用需要,设计一种用于水下金属探测成像的压电式微机械超声换能器。在该结构中,在顶部电极和下电级之间插入AlN层,用于发射和接收超声。当测试距离达到10 m以上就可以满足实际应用需求,而该换能器... 为满足目前对水下金属、蛙人等检测的应用需要,设计一种用于水下金属探测成像的压电式微机械超声换能器。在该结构中,在顶部电极和下电级之间插入AlN层,用于发射和接收超声。当测试距离达到10 m以上就可以满足实际应用需求,而该换能器经过实验得出最远的测试距离为12.8 m,且在12.8 m处测试值与理论值误差仅为0.67 cm,完全可以达到实际检测需要。在一个标准大气压下,利用微系统激光分析仪MSA400对该传感器进行膜位移测量,其测量值为0.28μm,与理论结果误差为1%。并且详细介绍该传感器的工艺实现过程。利用该传感器实现二维水下超声成像,证明水下存在金属矩形物体。该实验有利于水下超声成像系统的建立。 展开更多
关键词 pmut C-V测试 超声成像 远距离
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Nonlinearity analysis of piezoelectric micromachined ultrasonic transducers based on couple stress theory 被引量:4
18
作者 Xin Kang Fu-Jun Yang Xiao-Yuan He 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第1期104-111,共8页
This paper studies the static deformation behavior of a piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (PMUT) actuated by a strong external electric field. The transducer membrane consists of a piezoelectric laye... This paper studies the static deformation behavior of a piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (PMUT) actuated by a strong external electric field. The transducer membrane consists of a piezoelectric layer, a passive layer and two electrode layers. The nonlinearities of the piezoelectric layer caused by electrostriction under a strong electric field are analyzed. Because the thickness of the transducer membrane is on the microscale, the size dependence of the deformation behavior is evaluated using the couple stress theory. The results show that the optimal ratio of the top electrode diameter and the membrane diameter is around 0.674. It is also found that this optimal value does not depend on any other parameters if the thicknesses of the two electrodes are negligible compared with those of the piezo- electric and passive layers. In addition, the nonlinearities of the piezoelectric layer will become stronger along with the increase of the electric field, which means that softening of the membrane stiffness occurs when a strong external electric field is applied. Meanwhile, the optimal thickness ratio for the passive layer and the piezoelectric layer is not equal to 1.0 which is usually adopted by previous researchers. Because there exists size dependence of membrane deforma-tion, the optimal value of this thickness ratio needs to be greater than 1.0 on the microscale. 展开更多
关键词 Piezoelectric micromachined ultrasonic trans- ducer pmut Couple stress theory Static deformation - Nonlinearity analysis
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Air-coupled piezoelectric micromachined ultrasonic transducers for surface stain detection and imaging
19
作者 Sheng Sun Jianyuan Wang +1 位作者 Yuan Ning Menglun Zhang 《Nanotechnology and Precision Engineering》 CAS CSCD 2022年第1期35-42,共8页
This paper proposes an air-coupled piezoelectric micromachined ultrasonic transducer(PMUT)for detection and imaging of surface stains.A 508 kHz PMUT array is designed,fabricated,and characterized in terms of its elect... This paper proposes an air-coupled piezoelectric micromachined ultrasonic transducer(PMUT)for detection and imaging of surface stains.A 508 kHz PMUT array is designed,fabricated,and characterized in terms of its electrical and acoustic properties,and it is used in a pulse echo validation test.Imaging of stains on metal blocks is successfully demonstrated.Compared with existing optical methods for stain detection,the proposed approach can work in a dark environment without color requirements.This work provides a new and promising route for the development of miniaturized stain detection systems. 展开更多
关键词 pmut Air-coupled imaging Stain detection Time of flight
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基于ZnO压电薄膜的柔性MEMS超声波换能器 被引量:3
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作者 林荣辉 孙翠敏 +3 位作者 尤晖 张瑞 杨明鹏 李小军 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期851-854,860,共5页
该文提出一种柔性的微机电系统(MEMS)超声波器件。该器件由下电极、ZnO薄膜、上电极及聚酰亚胺柔性基底构成。其制作过程简单,采用直流磁控溅射制作上、下电极,反应射频磁控溅射制作氧化锌压电薄膜。薄膜间粘合牢固,可反复弯折。SEM和... 该文提出一种柔性的微机电系统(MEMS)超声波器件。该器件由下电极、ZnO薄膜、上电极及聚酰亚胺柔性基底构成。其制作过程简单,采用直流磁控溅射制作上、下电极,反应射频磁控溅射制作氧化锌压电薄膜。薄膜间粘合牢固,可反复弯折。SEM和XRD结果表明,氧化锌薄膜厚度可达4~8μm,具有高度(002)择优取向的柱状晶结构。根据XRD所得的结果计算了薄膜平均晶粒尺寸和内应力大小,结果表明,晶粒尺寸约为22nm,薄膜内压应力约为-1.248 4GPa。利用激光多普勒测得其共振频率约为5MHz。同时,研究发现,较厚的ZnO薄膜使振幅变大,导致振动品质因数(Q)值增加。 展开更多
关键词 压电式 射频磁控溅射 氧化锌薄膜 柔性超声波器件 压电薄膜表征
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