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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。
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
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。
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。
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。
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该芯片通过引线键合到 PCB 上，并放置在温控室 (Espec SH-241) 中。使用信号发生器 (Keysight 33500B)，以 140kHz 的频率用 20 伏峰峰值 (Vpp) 15 周期方波脉冲驱动 pMUT，并使用示波器 (Keysight DSOX4024A) 捕获回声。使用高压配电盘在 TX 和 RX 模式之间切换 pMUT。值得注意的是，阵列中的所有 16 个膜都作为发射器 (TX) 脉冲，然后切换为接收 (RX) 回声信号。芯片被限制在 30 厘米长的有机玻璃管内，以最大限度地减少在没有放大电子器件的情况下由于扩散而造成的信号损失。室的温度以 10°C 为增量，从 30 到 90°C 不等。每次温度增加时，在测量之前都要观察 2 分钟的稳定时间
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
基于 AlScN 压电微机械超声波换能器的无线功率传输能量收集装置
摘要：超声波无线能量传输技术（UWPT）是植入式医疗设备（IMD）供电的关键技术。近年来，氮化铝（AlN）由于其生物相容性和与互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的兼容性而备受关注。同时，钪掺杂氮化铝（Al 90.4％Sc 9.6％N）的集成是解决AlN材料在接收和传输能力方面的灵敏度限制的有效解决方案。本研究重点开发基于AlScN压电微机电换能器（PMUT）的微型化UWPT接收器装置。所提出的接收器具有2.8×2.8 mm 2的PMUT阵列，由13×13个方形元件组成。采用声学匹配凝胶，解决液体环境下声阻抗不匹配问题。在去离子水中的实验评估表明，电能传输效率（PTE）高达2.33%。后端信号处理电路包括倍压整流、储能、稳压转换部分，可有效将产生的交流信号转换为稳定的3.3V直流电压输出，成功点亮商用LED。这项研究扩展了无线充电应用的范围，为未来实现将所有系统组件集成到单个芯片中，进一步实现设备小型化铺平了道路。
背衬压电微机械超声换能器（B-PMUT）二维阵列的开发
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