技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電容式膜超聲換能器(CMUT)。尤其，為CMUT提供電極結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

典型的1D或者2D超聲換能器包括數(shù)百個(gè)甚至數(shù)千個(gè)獨(dú)立的換能器元件。對(duì)于CMUT(capacitive?membrane?ultrasonic?transducer)，多個(gè)(例如數(shù)十個(gè)，數(shù)百個(gè)，數(shù)千個(gè))單元可以被一起用于形成單個(gè)元件。

CMUT的單元典型地具有由膜(membrane)覆蓋的空隙(void)(真空間隙)。電極被安置在膜上或者膜內(nèi)并且另一個(gè)被安置在空隙基底處。所述電極暴露于空隙或者可以通過(guò)電絕緣體與空隙分離。為產(chǎn)生聲能，DC偏壓和電學(xué)上變化的信號(hào)被施加在電極兩端，導(dǎo)致膜彎曲。為產(chǎn)生電能，聲感應(yīng)的膜彎曲在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生差分電信號(hào)。

為CMUT跨越真空間隙維持十分大的電場(chǎng)以便產(chǎn)生同等于壓電換能器的傳輸壓力。例如，需要每米12-13億伏特以便在10MHz處獲得1.5兆帕斯卡輸出壓力。當(dāng)暴露于這些高電場(chǎng)時(shí)，絕緣體可能失去其絕緣特性并且開(kāi)始泄漏電流。穿進(jìn)絕緣體并且被俘獲的或者從絕緣體表面發(fā)射并且沖擊對(duì)面絕緣體的電子可以改變空隙中的電場(chǎng)。隨著時(shí)間，改變的電場(chǎng)可能降低CMUT聲學(xué)性能。

歷史上，試圖防止隨時(shí)間推移的充電退化集中于一個(gè)或者兩個(gè)絕緣體部分或者全部被移除或者未被提供的CMUT上。導(dǎo)電電極暴露于空穴(cavity)。只要所施加的電場(chǎng)低于所暴露的導(dǎo)電表面的場(chǎng)發(fā)射的閾值，隨時(shí)間的推移，這些CMUT結(jié)構(gòu)比被絕緣的CMUT經(jīng)歷較小的充電退化(charging?degradation)。然而，電不對(duì)稱性可能限制在雙極應(yīng)用中的使用。在頂部和底部電極之間可能有不斷增加的短路，降低設(shè)備收益和增加患者的安全擔(dān)憂。

發(fā)明內(nèi)容

通過(guò)介紹，以下所描述的實(shí)施例包括用于在電能和聲能之間轉(zhuǎn)換并形成換能器的方法、換能器和系統(tǒng)。一個(gè)或者多個(gè)電極包括多層導(dǎo)電的或者半導(dǎo)電的材料。這些層在布置中可以與絕緣體或者空穴相鄰以便減少電退化。例如，具有較低功函數(shù)和較小電阻率的導(dǎo)電層通過(guò)具有較高功函數(shù)和較大電阻率的導(dǎo)電層從絕緣體隔開(kāi)。由于所使用的材料的類型和相對(duì)位置，隨時(shí)間的推移，電極材料的不同層可能提供較少的電退化。

在第一方面中，膜超聲換能器被提供用于在電能和聲能之間轉(zhuǎn)換。膜被支撐在襯底上。空穴將膜與襯底分離。與第二電極相比較，第一電極在空穴的相對(duì)側(cè)。第一絕緣層將第一電極從空穴分離。第一電極具有彼此歐姆接觸的至少兩個(gè)導(dǎo)電的或者半導(dǎo)電的層。

在第二方面中，提供用于形成電容式膜超聲換能器的方法。經(jīng)由空隙形成柔性結(jié)構(gòu)。在空隙的相對(duì)側(cè)上形成電極。第一電極鄰近柔性結(jié)構(gòu)。為形成電極中的至少一個(gè)，至少兩個(gè)不同的導(dǎo)體以鄰近絕緣層的方式被分層。

在第三方面中，電容式膜超聲換能器被提供用于在電能和聲能之間轉(zhuǎn)換。所述換能器具有空穴和第一電極，所述第一電極被第一絕緣體從空穴隔開(kāi)。第一電極是兩個(gè)或者多個(gè)導(dǎo)電的半導(dǎo)電的薄膜的堆棧，其中所述兩個(gè)或者多個(gè)不同的薄膜中的僅僅一個(gè)與在CMUT設(shè)備的高場(chǎng)區(qū)內(nèi)的絕緣體主要物理接觸。

本發(fā)明由下列權(quán)利要求限定，并且在此部分中沒(méi)有什么應(yīng)該被看作對(duì)所述權(quán)利要求的限制。下面將結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施例討論本發(fā)明其它方面和優(yōu)點(diǎn)。在這或者下面所討論的方面或者其它特征可以在后面獨(dú)立地或者組合地被要求。

附圖說(shuō)明

部件和圖并不必要按比例的，而重點(diǎn)是放在解說(shuō)本發(fā)明的原理上。此外，在圖中，同樣的參考符號(hào)貫穿不同的圖表示相應(yīng)的部分。

圖1是具有分層電極的CMUT單元的一個(gè)實(shí)施例的截面視圖；

圖2是用于形成具有多層電極的CMUT的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；

圖3A-D示出具有分層電極的CMUT單元的可替代的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式