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和用于光声成像的多频PMUT阵列
具有多个频率的抽象微型超声传感器阵列是内窥镜光声成像（PAI）系统中的关键组件，可实现高空间分辨率和生物医学应用的大型成像深度。在本文中，我们报告了基于陶瓷薄膜PZT的开发，基于PZT的双重和多频压电微机械超声传感器（PMUT）阵列以及其PAI应用的演示。的长度为3.5毫米或直径10 mm，正方形和环形PMUT阵列，含有多达2520 pm的元素，并且用于内窥镜PAI应用，开发了从1 MHz到8 MHz的多个频率。通过晶片键和化学机械抛光（CMP）技术获得厚度为9μm的薄陶瓷PZT，并用作PMUT阵列的压电层，其压电常数D 31的测量高达140 pm/v。从这个高的压电常数中获得的好处，制造的PMUT阵列表现出高机电耦合系数和较大的振动位移。除了电气，机械和声学表征外，还使用嵌入到琼脂幻像中的铅笔导线进行了PAI实验。通过具有不同频率的PMUT元素成功检测到光声信号，并用于重建单一和融合的光声图像，这清楚地证明了使用双频和多频PMUT阵列的优势，以提供具有高空间分辨率的全面光声图像，并同时使用高空间分辨率和较大的信号和较大的信号比率。
通过... 将 pMUT 性能与 30% Sc 掺杂的 AlN 耦合
摘要 — 如果不是因为其有限的 e 31,f 压电系数，氮化铝 (AlN) 为压电微机械超声换能器 (pMUT) 提供了一种与 CMOS 兼容、稳定且无铅的解决方案。尽管已知增加 ScAlN 中的钪 (Sc) 掺杂含量可以提高机电耦合因子 (K t 2 ) 和整体声学性能，但结果在很大程度上取决于 ScAlN 薄膜的应力，尤其是对于空气耦合 pMUT。本研究旨在比较由于 Sc 含量从 20% 增加到 30% 而导致的 pMUT 性能（以 K t 2 为单位）与应力的关系，并考虑其对频率和膜静态变形的影响。结果表明，30% Sc 器件在 -50 MPa 时实现了平均 K t 2 >6%，与基于 PZT 的 pMUT 相当。与 20% Sc 相比，30% Sc 掺杂的 pMUT 传输压力灵敏度提高了 50%，双向灵敏度总体提高了 6 dB。
用于空中触觉接口的高声压级 PMUT 阵列
本文介绍了一种由压电微机械超声换能器 (pMUT) 阵列实现的空中触觉接口设备，该设备首次在 15 mm 距离处实现了前所未有的 2900 Pa 的高传输压力。该结构基于溅射铌酸钾钠 (K,Na)NbO 3 (KNN) 薄膜，具有高压电系数 (𝑒𝑒 31 ~ 8-10 C/m 2 )。由 15×15 双电极圆形隔膜组成的原型 KNN pMUT 阵列的谐振频率约为 92.4 kHz。测试结果显示，在 15 mm 外的自然焦点处，仅在 12 V pp 激励下，传输灵敏度就达到每伏 120.8 Pa/cm 2，这至少是之前报道的类似频率的 AlN pMUT 的 3 倍。此外，还实现了在人手掌上产生类似风的感觉的即时非接触式触觉刺激。因此，这项研究为人机界面应用（如消费电子产品和 AR/VR 系统）开发出一种具有高声输出压力的新型 pMUT 阵列提供了启示。关键词
在各种环境中的PMUT阵列的有效建模和模拟
摘要：本文介绍了一种数值降低阶建模（ROM）方法，用于对压电微机械超声传感器（PMUTS）的复杂多层阵列（PMUTS）。采用的数值建模技术是为了生成由大量传感器组成的一系列PMUT，可以大大降低计算成本而不会降低准确性。建模想法基于将壳元素应用于PMUT结构层，其3D-固定元素应用于压电层。介绍了一组特征频率和频域分析。提出并测试了228 pmuts的独特布置，并测试了其传输和接收声波的能力。估计了阵列的工作频带以及近乎近距离的不同PMUT之间的干扰和串扰水平。最后，进行了初步实验测试的结果，以分析8×8 PMUT阵列的声学能力。创建了相应的数值模型，并且获得的结果与实验数据匹配，从而验证了本工作中提出的建模技术。
用于神经调节的 32 元件压电微机械超声换能器 (PMUT) 相控阵
摘要 人们对利用超声 (US) 换能器进行非侵入性神经调节治疗，包括低强度经颅聚焦超声刺激 (tFUS) 的兴趣迅速增长。用于 tFUS 的最广泛展示的超声换能器是体压电换能器或电容式微机械换能器 (CMUT)，它们需要高压激励才能工作。为了推动超声换能器向小型便携式设备的发展，以便大规模安全地进行 tFUS，人们对具有光束聚焦和控制能力的低压超声换能器阵列很感兴趣。这项工作介绍了使用 1.5 µ m 厚的 Pb(Zr 0.52 Ti 0.48)O3 薄膜（掺杂 2 mol% Nb）的 32 元件相控阵压电微机械超声换能器 (PMUT) 的设计方法、制造和特性。电极/压电/电极堆栈沉积在绝缘体上硅 (SOI) 晶片上，硅器件层厚度为 2 µ m，用作弯曲模式振动的被动弹性层。制造的 32 元件 PMUT 的中心频率为 1.4 MHz。演示了超声波束聚焦和控制（通过波束成形），其中阵列由 14.6 V 方波单极脉冲驱动。PMUT 在焦距为 20 mm 时产生的最大峰峰值聚焦声压输出为 0.44 MPa，轴向和横向分辨率分别为 9.2 mm 和 1 mm。最大压力相当于 1.29 W/cm 2 的空间峰值脉冲平均强度，适用于 tFUS 应用。
无硅 ScAlN pMUT - A*OAR
摘要 — 本研究介绍了一种有前途的微加工技术，该技术采用无硅 (SON) 工艺在深度为 1 μ m 的真空腔上形成厚度为 2 μ m 的连续单晶硅膜。利用 SON 工艺，已在 8 英寸硅晶片上展示了高填充因子压电微机械超声换能器 (pMUT) 阵列，腔体宽度范围从 170 μ m 到 38 μ m。器件采用 15% 钪掺杂氮化铝作为 pMUT 的压电层，适用于空气耦合和水耦合应用。空气耦合 pMUT 的峰值位移频率为 0.8 至 1.6 MHz，Q 因子在 120 至 194 之间。水耦合 pMUT 阵列显示，在距离 20 毫米的 DI 水中，针式水听器测量的传输压力范围为 0.4 至 6.9 kPa/V，峰值频率在 5 至 13.4 MHz 之间，分数带宽为 56% 至 36%。本文提出的压电 SON 工艺有可能在低成本、高产量 pMUT 制造中获得关注。
用于螺栓连接结构健康监测的 PMUT 阵列……
摘要：微机电系统 (MEMS) 为适用于结构健康监测 (SHM) 应用的传感器微型化提供了新技术。在本研究中，基于 MEMS 的传感器，特别是压电微机械超声波换能器 (PMUT)，用于评估和监测螺栓连接结构系统的预紧力。为了使螺栓连接正常工作，必须保持适当的预紧力水平。在本研究中，连接到螺栓头部和末端的 PMUT 阵列分别用作一发一收超声波检测 (UT) 场景中的发射器和接收器。主要目标是检测由 PMUT 阵列产生的声波的飞行时间变化 (CTOF)，该声波沿螺栓轴在无负载螺栓和使用中的螺栓之间传播。为了模拟螺栓接头的预紧力以及声波通过螺栓传输到一组 PMUT 和从一组 PMUT 传输的声波，我们创建了一组数值模型。我们发现 CTOF 与预紧力的大小呈线性关系。通过与初步实验结果进行比较，验证了数值模型的有效性。
使用Aln薄膜的压电微机械超声传感器的非线性
摘要我们介绍了利用激光多普勒振动仪（LDV）技术的基于氮化铝（ALN）的压电微压超声传感器（PMUT）的非线性。在谐振频率上工作的PMUT将压电层激发到了强非线性区域。观察到非线性现象，例如频移和非平面外位移幅度。使用压电非线性的数学模型用于分析非线性行为，并随后获得了二阶压电系数。在PMUT非线性产生的大约120个谐波下，在相对较高的电压的单色AC信号下实验获得。此外，可以精心控制谐波的数量。开发了三种不同的应用程序来利用声学混合微型系统和射频（RF）领域中的谐波世代。ALN压电非线性的观察和分析可能有益于基于Aln薄片的PMUT的进一步理解。我们认为，生成的谐波可以在信号处理和调制中的多种应用中使用。
通过溅射钾钠钠
This work presents an air-coupled piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pMUT) with high transmitting acoustic pressure by using sputtered potassium sodium niobate (K,Na)NbO 3 (KNN) thin film with a high piezoelectric coefficient (e 31 ~ 8-10 C/m 2 ) and low dielectric constant ( r ~ 260-300) for the first time.已经测试了以104.5 kHz为谐振频率的制造的KNN PMUT，已测试以表现出前所未有的结果：（1）在10 cm的距离为109 db/v的高声压水平（SPL）为10 cm，比基于ALN的PMUT的频率高8倍； （2）仅4伏峰峰幅度的低压操作（V P-P）； （3）良好接收灵敏度。因此，这项工作介绍了一类新的高SPL和低驾驶电压PMUT，用于在包括但不限于触觉反馈，扬声器和AR/VR系统在内的各个领域的潜在应用中。关键字
生物医学应用中的薄膜压电微机械超声传感器：评论
摘要 - 薄膜压电微机械超声传感器（PMUTS）是一个越来越相关且经过充分研究的领域，随着技术的继续成熟，它们的生物医学重要性一直在增长。本评论论文简要地讨论了他们在生物医学使用中的历史，简单地说明了他们的原理，并阐明了这些设备的材料选择。主要是讨论了PMUT在生物医学行业中的重要应用，并展示了在每个应用程序中取得的最新进展。涵盖的生物医学应用包括超声检查，例如超声成像，超声疗法和流体感应的常见历史用途，但还具有新的和即将到来的应用，例如药物输送，光声成像，热声学成像，生物透镜和内置通信。通过在不同应用程序中包括设备比较图表，该评论旨在通过为最近的研究工作提供基准来帮助与PMUTS合作的MEMS设计师。此外，它还讨论了生物医学领域的PMUT所面临的当前挑战，当前的，可能的未来研究趋势以及PMUT开发领域的机会，以及分享作者在整个技术状态下的意见和预测。该评论的目的是对这些主题进行全面介绍，而不会深入研究现有文献。