具有高灵敏度的压电微加工压力换能器及相关制造工艺的制作方法

本公开涉及一种具有高灵敏度的压电微加工压力换能器，以及相应的制造工艺。

背景技术：

1、众所周知，目前有许多压力换能器可用，例如所谓的压电微机械超声换能器(pmut)，它们是微机电系统(mems)类型的装置，其允许将压力信号(例如声信号)转换成电信号，反之亦然。此外，已知pmut换能器通常包括致动压电结构，该致动压电结构又包括压电材料区域；通常，这种压电材料是所谓的pzt。

2、关于pzt，已知的是，假设pzt区域具有平行六面体的形状和正交参考系xyz，所谓的参数d31的值将pzt区域沿x的缩短程度与沿z的电场的程度相关联。pzt的参数d31的值比其它可能的压电材料例如氮化铝aln的值高约十倍。为此，pzt特别适合于pmut换能器主要用作电信号到声信号的换能器的情况，即，它用作声源。然而，pzt的特征还在于介电常数张量的元素ε33的特别高的值；这意味着由pzt形成的每个致动结构具有高电容。因此，当pmut换能器用于接收时，即用于将声信号转换成电信号时，与在使用具有较低值的元件ε33的压电材料的情况下可能发生的电压相比，在由声信号引起相同的机械应力的情况下，致动结构产生较低的电压。

3、实际上，包括由pzt形成的致动结构的pmut换能器在用作例如压力传感器时不是非常敏感。更一般地，不管压电材料的类型如何，都需要具有在接收中具有良好灵敏度的压力换能器，而不损害传输步骤期间的有效性。

技术实现思路

1、因此，本公开提供了一种解决方案，其允许至少部分地满足该需要。

2、根据本公开，提供了一种如所附权利要求中限定的压力换能器和制造方法。

3、在本公开的压力换能器或装置的至少一个实施例中，压力换能器或装置包括半导体材料的主体；一个腔体，该腔体延伸到该主体中；与所述腔体叠置的所述半导体材料的可移动结构；半导体材料的支撑结构，其从所述主体延伸到所述可移动结构，且所述支撑结构将所述换能结构悬置在所述腔体上方；在该支撑结构内的一个副腔体；第一压电换能结构，所述第一压电换能结构位于所述支撑结构上并与所述副腔体叠置；以及在所述支撑结构上的第二压电换能结构，所述第二压电换能结构与所述第一压电换能结构间隔开，并且所述第二压电换能结构与所述第二叠置。

技术特征：

1.一种微机械压力换能器，包括：

2.根据权利要求1所述的换能器，其中，在静止条件下，所述第一梁和所述第二梁平行于参考平面延伸；并且其中所述平移方向垂直于所述参考平面。

3.根据权利要求2所述的换能器，其中所述可移动区域具有平行于所述参考平面的平面形状。

4.根据权利要求1所述的换能器，其中每个支撑结构的所述第一梁和所述第二梁分别在顶部和底部界定相应的副腔体，所述副腔体横向开口。

5.根据权利要求1所述的换能器，其中所述可变形结构的数目等于三；并且其中每个支撑结构的所述第一梁和所述第二梁平行于对应伸长方向伸长；并且其中所述可变形结构的所述第一梁和所述第二梁的伸长方向成角度地间隔120°。

6.根据权利要求1所述的换能器，其中每个可变形结构包括以下至少一项：

7.根据权利要求1所述的换能器，其中每个压电换能结构包括相应pzt压电区域。

8.根据权利要求1所述的换能器，其中所述压电换能结构还被配置为将由所述可移动区域的平移引起的相应的所述支撑结构的所述变形换能为电信号，所述可移动区域的所述平移由撞击在所述换能器上的声信号引起。

9.一种换能器阵列，包括半导体管芯和集成在所述半导体管芯中的多个根据权利要求1所述的换能器。

10.一种用于微机械压力换能器的制造方法，包括：

11.根据权利要求10所述的制造方法，其中所述半导体本体由前表面界定，所述方法进一步包括：

12.根据权利要求11所述的制造方法，还包括选择性地去除插置在所述前表面和所述主掩埋腔体之间的半导体本体的部分，以便形成横向界定所述可移动区域的沟槽。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述半导体本体进一步由后表面界定，所述方法进一步包括选择性地移除插置在所述后表面与所述主掩埋腔体之间的所述半导体本体的部分，以便形成所述主腔体。

14.一种装置，包括：

15.根据权利要求14所述的装置，进一步包括：

16.根据权利要求15所述的装置，进一步包括：

17.根据权利要求15所述的装置，其中：

18.根据权利要求14所述的装置，其中：

19.根据权利要求14所述的装置，其中：

20.根据权利要求14所述的装置，其中所述支撑结构包括：

技术总结
本公开涉及具有高灵敏度的压电微加工压力换能器及相关制造工艺。一种微机械压力换能器，包括：半导体材料的固定体，其横向界定主腔体；传导结构，其悬置在所述主腔体上并包括至少一对可变形结构和可移动区域，所述可移动区域由半导体材料形成并通过所述可变形结构机械耦合到所述固定体。每个可变形结构包括：半导体材料的支撑结构，其包括第一梁和第二梁，所述第一梁和所述第二梁各自具有分别固定到所述固定体和所述可移动区域的端部，所述第一梁以一定距离叠置在所述第二梁上；以及至少一个压电换能结构，机械地耦合到第一梁。压电换能结构是电可控的，使得它们引起相应支撑结构的相应变形和可移动区域沿平移方向的相应平移。

技术研发人员：D·朱斯蒂,F·夸利亚,M·费雷拉
受保护的技术使用者：意法半导体股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16