超声换能器基板及超声换能器的制作方法

本申请涉及但不限于超声换能器，具体涉及一种超声换能器基板及超声换能器。

背景技术：

1、超声波具有传播过程中方向集束性好和能量密度高的优点，同时又不会产生影响人生活和工作的噪音污染，更不像电磁波那样会产生电磁污染。因此，超声波在很多工业领域都有广泛的应用。同时超声波也可用于超声诊断，超声探伤，超声检测以及超声波抛光，超声波搅拌，超声波治疗，超声成像，超声解调可听声。

2、而在各种超声应用中，超声传感器都是其中最核心的器件。在各种超声传感器中，电容微机械超声换能器(cumt)有着广阔的应用前景。cmut采用微机械技术和电容式传感原理，能够实现高精度、高灵敏度的超声波检测和测量。cmut的基本结构是由一个振膜结构层和电极对组成的平行板电容器，加直流电压时产生静电力与振膜结构层张力相抵。在振膜结构层上加交流电压，振膜结构层共振推动周围介质做功产生大量超声波。当超声波作用于振膜结构层时，会改变电容器的电容值，从而产生电信号。

3、由于在cmut内存在空腔，且振膜结构层中存在无机膜层，存在一定应力，因此，在后续工艺及使用时容易发生振膜结构层塌陷，导致cmut失效。

技术实现思路

1、以下是对本申请详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

2、本申请实施例所要解决的技术问题是，提供一种超声换能器基板及超声换能器，以解决现有结构存在后续工艺及使用时容易发生振膜结构层塌陷，导致超声传感器失效的技术问题。

3、一方面，本申请实施例提供了一种超声换能器基板，包括设置在基底上的第一电极层、设置在所述第一电极层远离所述基底一侧的振膜结构层以及设置在所述振膜结构层远离所述基底一侧的第二电极层，所述第一电极层和所述振膜结构层之间设置有空腔，所述空腔内设置有至少一个支撑柱，所述空腔具有第一高度，所述支撑柱具有第二高度，所述第二高度小于所述第一高度，所述第一高度和所述第二高度是垂直于所述基底方向上的尺寸。

4、另一方面，本申请实施例还提供了一种超声换能器，包括如前述所述的超声换能器基板。

5、本申请示例性实施例提供了一种超声换能器基板及超声换能器，通过在位于第一电极层和振膜结构层之间的空腔内形成至少一个支撑柱，支撑柱可以对振膜结构层提供支撑，在后续工艺及使用时，降低振膜结构层向基底一侧移动空间，可以有效避免振膜结构层发生塌陷，同时，空腔具有第一高度，支撑柱具有第二高度，第二高度小于所述第一高度，第一高度和第二高度是垂直于基底方向上的尺寸，如此使得振膜结构层仍具有空间发生振动的能力，支撑柱的设置不会影响振膜结构层的正常工作，保证了超声换能器基板的振动性能。

6、在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。

技术特征：

1.一种超声换能器基板，其特征在于，包括设置在基底上的第一电极层、设置在所述第一电极层远离所述基底一侧的振膜结构层以及设置在所述振膜结构层远离所述基底一侧的第二电极层，所述第一电极层和所述振膜结构层之间设置有空腔，所述空腔内设置有至少一个支撑柱，所述空腔具有第一高度，所述支撑柱具有第二高度，所述第二高度小于所述第一高度，所述第一高度和所述第二高度是垂直于所述基底方向上的尺寸。

2.根据权利要求1所述的超声换能器基板，其特征在于，所述第一高度和所述第二高度的比值范围为1.05至1.1。

3.根据权利要求1所述的超声换能器基板，其特征在于，所述第一电极层包括至少一个第一电极，所述第二电极层包括至少一个第二电极，所述第二电极在所述基底上的正投影与所述第一电极在所述基底上的正投影至少部分交叠，所述支撑柱在所述基底上的正投影与所述第一电极在所述基底上的正投影至少部分交叠。

4.根据权利要求3所述的超声换能器基板，其特征在于，所述第一电极层还包括设置在所述第一电极远离所述基底一侧的第一绝缘层，所述支撑柱设置在所述第一绝缘层远离所述基底的一侧，且与所述第一绝缘层连接。

5.根据权利要求1所述的超声换能器基板，其特征在于，所述振膜结构层包括第一振膜层、设置在所述第一振膜层远离所述基底一侧的第二振膜层以及设置在所述第二振膜层远离所述基底一侧的第三振膜层；所述支撑柱远离所述基底一侧的表面与所述第一振膜层靠近所述基底一侧的表面之间形成间隙。

6.根据权利要求5所述的超声换能器基板，其特征在于，所述间隙的高度为至所述间隙的高度是垂直于所述基底方向上的尺寸。

7.根据权利要求5所述的超声换能器基板，其特征在于，所述支撑柱远离所述基底一侧表面的第一宽度可以小于或等于支撑柱靠近所述基底一侧表面的第二宽度，所述第一宽度和所述第二宽度是平行于所述基底方向的尺寸。

8.根据权利要求7所述的超声换能器基板，其特征在于，所述第一宽度和所述第二宽度的比值范围为0.5至0.8。

9.根据权利要求5所述的超声换能器基板，其特征在于，所述第一振膜层上设置有至少一个第一过孔，所述第一过孔在所述基底上的正投影与所述第一电极在所述基底上的正投影没有交叠，所述第一过孔在所述基底上的正投影与所述第二电极在所述基底上的正投影没有交叠。

10.根据权利要求9所述的超声换能器基板，其特征在于，所述第一过孔内填充有所述第二振膜层。

11.根据权利要求9所述的超声换能器基板，其特征在于，所述第一振膜层为透明层。

12.根据权利要求3所述的超声换能器基板，其特征在于，所述第二电极层还包括设置在所述第二电极远离所述基底一侧的第二绝缘层。

13.一种超声换能器，其特征在于，包括如权利要求1至12任一项所述的超声换能器基板。

技术总结
本申请示例性实施例公开一种超声换能器基板及超声换能器，涉及但不限于超声换能器技术领域。该超声换能器基板通过在位于第一电极层和振膜结构层之间的空腔内形成至少一个支撑柱，支撑柱可以对振膜结构层提供支撑，在后续工艺及使用时，降低振膜结构层向基底一侧移动空间，可以有效避免振膜结构层发生塌陷，同时，所述空腔具有第一高度，所述支撑柱具有第二高度，所述第二高度小于所述第一高度，所述第一高度和所述第二高度是垂直于所述基底方向上的尺寸，如此使得振膜结构层仍具有空间发生振动，支撑柱的设置不会影响振膜结构层的正常工作，保证了超声换能器基板的振动性能。

技术研发人员：刘鑫华,舒适,刘文渠,徐传祥,于勇,岳阳,李翔,李少辉,贾苗苗
受保护的技术使用者：京东方科技集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15