械超声换能器（MUT）取得了长足的前进。比较于传统的块体型超声换能器，MUT展现出了许多优势，如...。
械超声换能器（MUT）取得了长足的前进。比较于传统的块体型超声换能器，MUT展现出了许多优势，如体积小、功耗低、可批量制作和共同性好等。其间，系数，可是也需求较小的空气距离和较大的偏置电压，制作难度较大。压电式微机械超声换能器（PMUT）则不需求偏置电压也能够作业。现在大范围的使用的压电资料主要是锆钛酸铅（PZT）和氮化铝（AlN）。尽管AlN的压电系数比PZT低，可是AlN的介电常数更小，这使得用AlN能够到达比PZT更高的功能。
据麦姆斯咨询报导，为了取得高功能的PMUT阵列，中北大学的研讨人员规划了一种以AlN为压电资料的PMUT阵列，并通过有限元剖析和理论推导对其进行了动态功能剖析。此外，研讨人员使用安捷伦精细阻抗剖析仪Aglient 4284丈量了所加工的PMUT的阻抗曲线，推导出其机电耦合系数为1.6%。相关研讨成果以“根据AlN的压电MEMS超声换能器阵列”为题宣布在《传感器与微体系》期刊上。
图1为根据AlN压电资料的PMUT的结构示意图，其由钼（Mo）/AlN/Mo压电层和刻蚀有空腔的绝缘体上硅（SOI）衬底组成。当外加电场沿着z方向时，压电层在z方向拉伸，在x、y两个方向缩短。当电场为交变电场时，压电层将呈现周期性地拉伸与缩短，然后向环境宣布超声信号。
模态剖析可用于确认PMUT作业时的振荡特性。PMUT作业在谐振频率下时会向周围介质发送超声波。图2为根据AlN压电资料的PMUT的前四阶谐振频率的模态图。从图中能够精确的看出，在一阶模态下，根据AlN压电资料的PMUT有着最大的振幅和最大的外表平均速度，因而能轻松完成更高的声耦合。
一般状况下，能够终究靠改动空腔的半径和振荡薄膜的厚度来改动PMUT的谐振频率，因为谐振频率与空腔半径的平方成反比，空腔半径的改动对谐振频率的影响更大，因而，一般能通过改动空腔的半径来使PMUT作业在所希望的频率。
图4是在COMSOL中对PMUT施加幅值为1 V、频率为0.2 MHz的鼓励电源时的声场传达示意图。
图5是在COMSOL中对PMUT施加幅值为1 V、频率为0.2 MHz的鼓励电源时压电层中的应力云图。从图中能够精确的看出，在空腔半径的70%处应力的符号呈现了回转，与理论核算结果共同。
通过MEMS规范工艺加工后取得的PMUT阵列在共聚集显微镜下的观测状况如图6所示，其为4 × 4阵列，空腔半径为50 μm，比较于单个PMUT阵元，阵列式的PMUT机电耦合系数会有效地添加。
研讨人员用安捷伦精细阻抗剖析仪Aglient 4284测验所加工的PMUT，取得其阻抗-频率曲线 根据AlN压电资料的PMUT阻抗曲线
综上所述，该研讨通过有限元仿真软件COMSOL Multiphysics结合理论推导，对所规划的根据AlN压电资料的PMUT做了模态剖析、谐振频率剖析和应力剖析，并优化了上电极的半径。此外，通过丈量所加工的PMUT的阻抗曲线并核算出其机电耦合系数为1.6%，为后续PMUT的规划与使用供给了必定的参考价值。
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微机械超声换能器（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer，
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