針對目前壓阻式水聽器在工作時需要外加電源、對溫度敏感以及制造過程復雜的問題,提出了一種以AlN為壓電材料的壓電薄膜式水聽器。該水聽器由帶有上下電極的壓電薄膜以及絕緣體上硅（SOI）襯底組成。根據理論計算和有限元仿真分析對水聽器的結構參數進行了優(yōu)化以滿足其對水下低頻聲信號的探測需求,并對所設計的水聽器進行了微納尺度下的一體化加工。對所制造的水聽器進行了形貌測試,并用激光多普勒測振儀測試了水聽器的諧振頻率,實驗測得的諧振頻率為0.516 MHz,與理論計算值0.531 MHz非常接近,驗證了理論分析的正確性,為壓電水聽器的研究與應用提供了一定的參考價值。 

【文章來源】：微納電子技術. 2020,57(10)北大核心

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【部分圖文】：

壓電薄膜式水聽器結構圖

式（4）表明壓電薄膜式水聽器的諧振頻率與振動薄膜半徑的平方呈反比，圖2為水聽器諧振頻率與振動薄膜半徑的關系圖，當振動薄膜半徑為200μm時，水聽器諧振頻率為0.531 MHz，可以滿足水聽器的帶寬要求。2.2 SOI器件硅層厚度的優(yōu)化

圖3為在振動薄膜施加100 Pa聲壓時的薄膜表面應力分布云圖，可以看出應力主要集中于振動薄膜的中心處，壓電效應所感應出的電荷也主要分布在壓電層的中心處，如果上電極覆蓋整個振動薄膜，水聽器的輸出電荷就會減少。從應力云圖中可以看出優(yōu)化的上電極的半徑應為振動薄膜半徑的65%。2.4 AlN壓電層厚度的優(yōu)化

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種壓電式MEMS矢量水聽器設計[J]. 劉林仙,王朝陽,馬奎.  測試技術學報. 2019(06)



本文編號：3367329