發(fā)布時間：2023-05-20 01:24

　　壓電微機械超聲換能器(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer,簡稱PMUT)是基于微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System,簡稱MEMS)技術(shù)制造而成的超聲換能器。相比傳統(tǒng)超聲換能器,其具有頻率高、阻抗匹配優(yōu)良、容易形成陣列等優(yōu)點,因此被廣泛應(yīng)用于超聲成像領(lǐng)域,如動作捕捉、指紋傳感等方面。用于超聲成像的PMUT及其陣列,其成像清晰度與其發(fā)射性能和接收性能直接相關(guān)。而現(xiàn)有的研究中,PMUT的成像清晰度仍有待提高。因此,本文針對提高PMUT及其陣列的發(fā)射性能和接收性能展開研究,根據(jù)薄板振動理論詳細推導(dǎo)了PMUT張力或剛度主導(dǎo)下不同模態(tài)的本征頻率。并進行了基于鋯鈦酸鉛(PZT)壓電薄膜的PMUT單元的仿真和制造,驗證了換能器的四種模態(tài)。為進一步提高PMUT的發(fā)射性能和接收性能,采用Sc摻雜的AlN薄膜作為PMUT的壓電材料,從AlN薄膜Sc摻雜濃度、薄膜厚度、頂部電極半徑方面對PMUT單元的發(fā)射靈敏度和接收靈敏度進行了優(yōu)化。接著,從輸出功率、軸向聲強、聲指向性方面對PMUT單元的動態(tài)發(fā)射性能進行了分...

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 微機械超聲換能器(MUT)
        1.1.1 CMUT
        1.1.2 PMUT
    1.2 用于超聲成像的PMUT基本原理
        1.2.1 超聲脈沖回波法
        1.2.2 超聲掃描方式
    1.3 用于超聲成像的PMUT及其陣列研究現(xiàn)狀
        1.3.1 壓電材料選擇
        1.3.2 結(jié)構(gòu)及驅(qū)動方式優(yōu)化
        1.3.3 用于超聲成像的PMUT存在的問題
    1.4 超聲換能器發(fā)射性能與模態(tài)
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
第二章 PMUT諧振模態(tài)分析與驗證
    2.1 薄板振動理論
    2.2 基于PZT薄膜的PMUT仿真及驗證
        2.2.1 基于PZT薄膜的PMUT模型
        2.2.2 基于PZT薄膜的PMUT工藝流程
        2.2.3 實驗結(jié)果
    2.3 本章小結(jié)
第三章 PMUT單元建模及分析
    3.1 總體設(shè)計及優(yōu)化參數(shù)選擇
        3.1.1 PMUT模型建立
        3.1.2 優(yōu)化參數(shù)選擇
    3.2 PMUT單元優(yōu)化
        3.2.1 薄膜Sc摻雜濃度選擇
        3.2.2 Sc摻雜AlN薄膜厚度優(yōu)化
        3.2.3 頂部電極尺寸優(yōu)化
    3.3 PMUT頻域發(fā)射性能分析
        3.3.1 總輸出功率
        3.3.2 聲強指向性指數(shù)
        3.3.3 軸向聲強
        3.3.4 旁瓣指數(shù)
    3.4 同頻下兩種模態(tài)驅(qū)動的PMUT發(fā)射性能對比
    3.5 本章小結(jié)
第四章 PMUT陣列建模及優(yōu)化
    4.1 換能器單元的局限性
    4.2 陣列指向性分析
        4.2.1 相控陣指向性函數(shù)
        4.2.2 單元數(shù)目
        4.2.3 單元間距
    4.3 陣列聲場分析
        4.3.1 軸向聲壓
        4.3.2 陣列指向性
        4.3.3 陣列夾持方式影響
    4.4 基于ScAlN薄膜的PMUT初步制造及ScAlN薄膜性能表征
        4.4.1 基于ScAlN薄膜的PMUT工藝流程
        4.4.2 ScAlN薄膜性能表征
    4.5 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文



本文編號：3820268