基于PZT薄膜的微压电超声换能器研究

微超声换能器（MUT）的研究是当今MEMS和超声学交叉的一个重要研究热点,由于它使用了微细加工技术，因此可小型化、性能稳定一致、可批量制造，特别是可集成化。它的发展将给医用超声成像技术，微型机器人以及其他军用和民用微声学探测带来革命性的变化。MUT有压电式（PMUT）和电容式（CMUT）两种。PMUT相对于CMUT具有不需要作偏置电压的DC-DC变换器、制备工艺简单、具有较高的发射效率等突出的优点。主要缺点是目前灵敏度比较低。本项目提出一种柔性支撑新型PMUT结构，寻求提高其灵敏度的途径。研究内容包括在微尺度下的声力电相互作用、PZT基复合板振动特性、等效电路模型、辐射声场等。在此基础上研究微换能器结构参数对换能器性能的影响，对超声换能器进行优化设计，解决PMUT关键制备技术，最终研制出PZT基PMUT的实验性器件。通过本项目研究，能对未来用于微超声成像的PMUT提供物理和技术基础。

压电微超声换能器在医用超声成像技术，微型机器人以及其他军用和民用微声学探测方面具有重要的应用。本项目针对基于PZT膜的压电复合薄板弯曲振动换能器开展相关研究。研究压电复合薄板在微尺度下的声力电相互作用、PZT基复合板振动特性、等效电路模型，确定换能器性能的主要影响因素。在压电材料方面，通过改进浆料配制等工艺，制备出厚度达10微米以上的、平坦的PZT膜。提出一种高温剥离技术，应用在PZT厚膜的图形化中，避免了PZT厚膜图形化中存在的侧向腐蚀、粉体残留等问题。解决了体刻蚀掩膜选择、压电复合薄板应力控制、狭缝刻蚀等工艺问题，研制出方形振动膜压电微超声换能器和新型软支撑桥式振动膜压电微超声换能器，并进行了测试分析。本项目研究成果对微压电超声换能器的应用研究，在理论、材料、工艺技术等方面都具有一定参考价值。