发布日期：2024-12-09 06:36 点击次数：166
超声换能器已被粗豪运用于物体检测、无损检测（NDT）、生物医学成像和诊疗等。与块体型超声换能器比拟，占位面积小的压电式微机械超声换能器（PMUT）具有低功耗和宽带宽的上风，可用于糜费电子产物和物联网（IoT）等多种范围，举例ToF测距、手势识别、指纹传感和3D成像。联系词，这些微型PMUT传感器的输出声压相对较低，这收尾了其在各式运用中的信号传输。若是要扩大PMUT在隔空触觉、扬声器和声镊等范围中的使用，主要挑战在于罢了大声压级（SPL）输出。
PMUT的辐射特点主要由其机械结构经营和有源压电材料决定，对更高性能的追求促使对新材料的需求不断增多。
据麦姆斯讨论报说念，近日，好意思国加州大学伯克利分校（University of California，Berkeley）、东南大学、西安交通大学等机构的讨论东说念主员组成的团队建议了一种基于溅射铌酸钾钠K0.34Na0.66NbO3（KNN）薄膜的空气耦合PMUT，其在低运转电压下具有大声压级输出。测试收尾标明，单个KNN PMUT原型在4 Vp-p运转下的谐振频率为106.3 kHz，并弘扬出以下优异特点：（1）3.74 μm/V电压下的大振幅；（2）在10 cm处达到105.5 dB/V的大声学RMS声压级，比雷同频率下基于氮化铝（AlN）的PMUT高5-10倍。为了隆起这种大声压级KNN PMUT的上风，讨论东说念主员展示了其在触觉、扬声器和测距仪中的潜在运用。具体而言，（1）使用15 × 15 KNN PMUT阵列通过脉宽调制（PWM）以东说念主类感知范围内的频率产生触觉刺激；（2）使用振幅调制（AM）决议将谐振频率接近可听范围的单个PMUT行动扬声器进行测试；（3）基于脉冲回波测量，将单个PMUT行动机载测距仪，阐明其具有精采的收发能力。因此，这种新式大声压级和低运转电压的PMUT可进一步膨胀到其它需要大声压和微型化经营的运用中。上述讨论恶果以“High sound pressure piezoelectric micromachined ultrasonic transducers using sputtered potassium sodium niobate”为题发表于Microsystems & Nanoengineering期刊。
PMUT通过“电-机械-声”耦合将电激发信号泛动为声波。如图1a所示，使命振膜频繁由压电层和弹性层组成，称为单压电晶片振膜（unimorph diaphragm）。当外部电场施加到振膜上时，压电层通过逆压电效应产生面内应变。弹性层将整个这个词层叠的中性面偏离压电层的中面，产生弯矩，从而导致振膜发生离面位移。当施加疏通电压（AC）时，振膜沿横向周期性振动，即所谓的挠曲形状。这种机械振动鞭策周围介质粒子振动，最终向环境辐射声波。
然而，从最初的 Ryzen 7 5800X3D到最新的Ryzen 7 9800X3D，大部分都是桌面版系列，当然，AMD 3D V-Cache系列处理器也有移动版型号。
图1 KNN PMUT结构及制造工艺
KNN PMUT的制造工艺经由如图1c所示：（i）在绝缘体上硅（SOI）晶圆上千里积底部电极和KNN薄膜；（ii）千里积顶部电极并进行图案化；（iii）蚀刻KNN薄膜以酿成通孔；（iv）酿成氧化物硬掩模并进行承载晶圆（handle wafer）键合；（v）后面蚀刻Si，以埋入的氧化物行动蚀刻阻隔点；（vi）去除承载晶圆和氧化物层。
讨论东说念主员对制造的KNN PMUT进行了表征，收尾如图2所示。图2a走漏了使用X射线衍射（XRD）对溅射KNN薄膜的晶体结构进行的检测。图2b走漏了具有不同孔径的PMUT器件的后面图像，展示了经营和制造不同谐振频率器件的纯真性。图2c中的光学鸟瞰图隆起了PMUT的精采名义描摹。图2d-f中的横截面扫描电子显微镜（SEM）图像走漏了显然的后面硅腔、紧密堆叠的Pt/RuO2/KNN/Pt/ZnO/SiO2/Si多层振膜结构以及各层的厚度（1.9 μm厚的KNN和5.2 μm厚的Si器件层）。
图2 KNN PMUT表征收尾
接着，讨论东说念主员对制造的KNN PMUT进行了电气、机械和声学特点讨论，收尾如图3所示。
图3 KNN PMUT电气、机械和声学特点
触觉界面不错通过刺激位于皮肤下的机械感受器来提供触觉反映，从而丰富东说念主机交互。连年来，隔空触觉刺激因其快速致动、紧密的时空分辨率和不受皮肤名义变化影响等方面的上风而备受关心。联系词，基于块体型超声换能器的非斗争式触觉系统具有相当大的外形尺寸（宽度达数十厘米），使其不适捏持式或一稔式运用。
讨论东说念主员建议了一种由15 × 15 KNN PMUT阵列组成的隔空触觉界面安设。如图4a所示，PMUT阵列产生的超声波在空气中传播，到达空气-皮肤界面时会在机械感受器上引起振动，从而产生触觉感知。该PMUT阵列原型隐敝总面积为2 cm × 2 cm，声压场评估走漏，阵列在莫得波束聚焦的情况下，其当然焦点距离振膜名义约为15 mm（如图4b所示）。辐射的超声波通过脉宽调制决议被调制为低频信号，因为机械感受器无法感知超声频率信号。图4c走漏了激发信号，其载波频率为92.4 kHz，与PMUT阵列的谐振频率相符。该信号被调制为200 Hz，这是机械感受器更明锐的频率范围内的信号。KNN PMUT的辐射性能在不同电压下进行了分析，收尾汇总于图4d中。
图4 KNN PMUT阵列行动触觉奉行器的性能评估
此外，在仅12 Vp-p的运转电压下，KNN PMUT的辐射机灵度为120.8 Pa/cm²/V，至少是相通频率下AlN PMUT的两倍。由于达到的压力超越1 kPa的最小感知阈值，90%的志愿者在测试中皆罢了了即时的非斗争触觉刺激，感受到了雷同风感的触觉体验。
终末，讨论东说念主员还进行了单个KNN PMUT区别行动扬声器和机载测距仪的性能评估。
要而论之，这项讨论建议了一种基于溅射的KNN的PMUT，其中KNN薄膜在001取进取弘扬出精采的晶体质地，具有较高的压电总共。使用单个KNN PMUT（在4 Vp-p下谐振频率为106.3 kHz）来评估辐射性能，得到了高达3.74 μm/V的大振幅和2.52 m/s/V的速率。获利于高名义速率，在轴向距离1 cm处可得到132.3 dB SPL的输出声压，在轴向距离10 cm处达到111.6 dB SPL。相应的辐射机灵度比滥觞进的基于AlN的PMUT跳跃5-10倍。其潜在运用包括声学冷却、便携式和一稔式超声成像、心血管和水肿监测、血管内超声成像（IVUS）、体外和间质高强度聚焦超声（HIFU）、无损检测、流量计、水下成像、粒子主管和声镊。
以前的讨论标的可能包括：通过结构经营增强多域耦合效应并膨胀带宽，优化封装经营以改善与环境的声耦合，开荒定制电子竖立以晋升运转着力香港六合彩资料历史记录，以及针对内容运用开展环境明锐性和弥远可靠性讨论。