CN111377389A - 超声换能器件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声换能器件及制备方法。超声换能器件包括基底和设置于基底上的换能结构层，换能结构层包括设置于基底上的第一电极层和位于第一电极层背离基底一侧的振膜层，第一电极层和振膜层之间形成空腔，空腔在所述基底上的正投影包括多边形区域以及位于多边形区域各条边线外侧的扇形区域。本发明实施例通过将空腔在基底上的正投影设置为包括多边形区域以及位于多边形区域各条边线外侧的扇形区域，减少了牺牲层的刻蚀时间，增强了刻蚀时间的可控性。
Description
技术领域
本发明涉及微电子机械领域，更具体地，涉及一种超声换能器件及制备方法。
背景技术
电容式微机械超声换能器(Capacitive Micromachined UltrasonicTransducer，简称CMUT)是一种静电式换能器，由微电子机械***(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)技术中的微加工工艺制造完成，它的膜片依靠静电吸引力推动发声。CMUT不仅仅成为压电换能器的替代品，而且能够给超声成像技术带来革命性变化。
CMUT包括振膜和为振膜提供振动空间的空腔，空腔需要通过牺牲层经侧向释放工艺来完成。随着超声换能器件的中心频率降低，振膜的尺寸逐渐增大，牺牲层需要刻蚀的的深度增加，进而刻蚀时间增加，时间可控性降低，并且牺牲层未刻蚀完全会导致器件无法工作，长时间的药液浸泡也会增大振膜破裂的风险。
发明内容
本发明实施例提供了一种超声换能器件及制备方法，用以解决牺牲层刻蚀时间增加和时间可控性降低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种超声换能器件，包括基底和设置于基底上的换能结构层，换能结构层包括设置于基底上的第一电极层和位于第一电极层背离基底一侧的振膜层，第一电极层和振膜层之间形成空腔，空腔在基底上的正投影包括多边形区域以及位于多边形区域各条边线外侧的扇形区域。
可选的，换能结构层还包括填充层，振膜层开设有贯穿振膜层的释放孔，释放孔在基底上的正投影位于空腔在基底上正投影的边缘上，填充层填充在释放孔内。
可选的，释放孔在基底上的正投影至少位于空腔在基底上正投影的扇形区域的边缘中点位置。
可选的，多边形区域为正n边形区域，扇形区域的圆心角<360°/n，其中，n≥3
可选的，正n边形区域为正三角形区域，扇形区域的圆心角为45°～90°。
可选的，多边形区域为矩形区域，扇形区域与矩形区域围成椭圆形区域，椭圆形区域的短轴与长轴的长度比为8：10～9：10。
可选的，振膜层包括支撑部和振动部，支撑部的内侧限制为空腔区域，支撑部、振动部和第一电极层围成空腔。
可选的，换能结构层还包括支撑层，支撑层设置于第一电极层和振膜层之间，支撑层围设在空腔的***。
可选的，换能结构层还包括钝化层和第二电极层，第二电极层设置于振膜层背离基底的一侧，钝化层覆盖第二电极层和振膜层。
本发明实施例还提供了一种超声换能器件的制备方法，包括：
提供基底；
在基底的一侧形成第一电极层；
在第一电极层背离基底的一侧形成振膜层，振膜层和第一电极层之间形成有空腔，空腔在基底上的正投影包括多边形区域以及位于多边形区域各条边线外侧的扇形区域。
可选的，在第一电极层背离基底的一侧形成振膜层，包括：
在第一电极层背离基底的一侧形成牺牲层，牺牲层在基底上的正投影包括多边形区域以及位于多边形区域各条边线外侧的扇形区域；
在牺牲层背离基底的一侧形成振膜层，振膜层开设有释放孔，释放孔在基底上的正投影位于牺牲层在基底上正投影的边缘上；
向释放孔内注入刻蚀液，对牺牲层进行刻蚀以去除牺牲层，形成空腔；
在释放孔内形成填充层。
可选的，在第一电极层背离基底的一侧形成振膜层，包括：
在第一电极层背离基底的一侧形成牺牲层，牺牲层在基底上的正投影包括多边形区域以及位于多边形区域各条边线外侧的扇形区域；
在牺牲层***形成支撑层；
在牺牲层背离基底的一侧形成覆盖牺牲层和支撑层的振膜层，振膜层开设有释放孔，释放孔在基底上的正投影位于牺牲层在基底上正投影的边缘上；
向释放孔内注入刻蚀液，对牺牲层进行刻蚀以去除牺牲层，形成空腔；
在释放孔内形成填充层。
可选的，释放孔在基底上的正投影至少位于牺牲层在基底上正投影的扇形区域边缘中点位置。
可选的，牺牲层的多边形区域为正三角形区域，牺牲层的扇形区域的圆心角为45°～90°。
可选的，牺牲层的多边形区域为矩形区域，牺牲层的扇形区域与矩形区域形成椭圆形区域，椭圆形区域的短轴与长轴的长度比为8：10～9：10。
本发明实施例通过将空腔在基底上的正投影设置为包括多边形区域以及位于所述多边形区域各条边线外侧的扇形区域，减少了牺牲层的刻蚀时间，增强了刻蚀时间的可控性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为相关技术中圆形振膜超声换能器件释放工艺的示意图；
图2为本发明实施例一种超声换能器件的俯视图；
图3为本发明实施例一种超声换能器件的结构图；
图4为本发明实施例空腔在基板上正投影示意图；
图5为本发明实施例在基底上形成第一电极层图案的结构图；
图6A为本发明实施例在基底上形成牺牲层图案的俯视图；
图6B为本发明实施例在基底上形成牺牲层图案的结构图；
图7A为本发明实施例在基底上形成振膜层图案的俯视图；
图7B为本发明实施例在基底上形成振膜层图案的结构图；
图8A为本发明实施例在基底上形成空腔后的结构图；
图8B为本发明实施例在牺牲层侧向刻蚀的示意图；
图9为本发明实施例填充释放孔之后的结构图；
图10为本发明实施例在基底上形成第二电极层图案的结构图；
图11为本发明实施例超声换能器件的发射声场强度仿真结果图；
图12为本发明实施例超声换能器件的远场声场强度仿真结果图；
图13为本发明实施例另一种超声换能器件的俯视图；
图14为本发明实施例另一种超声换能器件的发射声场强度仿真结果图；
图15为本发明实施例另一种超声换能器件的远场声场强度仿真结果图；
图16为本发明实施例另一种超声换能器件的结构图。
附图标记说明
10-超声换能器件；11-基底；12-第一电极层；13-振膜层；131-支撑部；132-振动部；132a-振膜功能区；132b-连接区；133-释放孔；14-空腔；141-正n边形区域；142-扇形区域；15-第二电极层；16-钝化层；17-牺牲层；18-支撑层，19-填充层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
超声换能器件包括振膜和为振膜提供振动空间的空腔，空腔需要通过牺牲层释放工艺来完成。图1为相关技术中圆形振膜超声换能器件释放工艺的示意图。如图1所示，圆形振膜超声换能器件包括基底11和设置于基底11上的牺牲层17和覆盖牺牲层17的振膜层13，振膜层13上开设释放孔133，释放孔133位于牺牲层17的边缘位置，刻蚀液从释放孔133进入并以释放孔133为圆心向牺牲层17中心扩散，如图1箭头所示，对牺牲层17进行侧向刻蚀，形成空腔，其中最大刻蚀深度为牺牲层17的半径，其中最大刻蚀深度为刻蚀液自释放孔在平行于基底的表面上的最大刻蚀尺寸。随着超声换能器件的中心频率降低，振膜的尺寸逐渐增大，牺牲层需要刻蚀的深度增加，进而刻蚀时间增加，时间可控性降低。牺牲层未刻蚀完全还会导致器件无法工作，并且长时间的药液浸泡也会增大振膜破裂的风险。
为了解决牺牲层刻蚀时间增加和时间可控性降低的问题，本发明实施例提供了一种超声换能器件，包括基底和设置于基底上的换能结构层，换能结构层包括设置于基底上的第一电极层和位于第一电极层背离基底一侧的振膜层，第一电极层和振膜层之间形成空腔，空腔在基底上的正投影包括多边形区域以及位于所述多边形区域各条边线外侧的扇形区域。
本发明实施例通过将空腔在基底上的正投影设置为多边形区域以及位于多边形区域各条边线外侧的扇形区域，减少了牺牲层刻蚀时间，增强了刻蚀时间的可控性，进而降低了牺牲层未刻蚀完全和振膜破裂的风险。
在一示例性实施例中，本发明实施例提供了一种超声换能器件，包括基底和设置于基底上的换能结构层，换能结构层包括设置于基底上的第一电极层和位于第一电极层背离基底一侧的振膜层，第一电极层和振膜层之间形成空腔，空腔在基底上的正投影包括正n边形区域和位于正n边形区域各条边线外侧的的n个扇形区域，扇形区域的圆心角＜360°/n，其中，n≥3。
下面结合附图具体说明本发明实施例超声换能器件的技术方案。
图2为本发明实施例一种超声换能器件的俯视图，图3为本发明实施例一种超声换能器件的结构图，图4为本发明实施例空腔在基板上正投影示意图。如图2-4所示，超声换能器件10包括：
基底11；
设置于基底11上的第一电极层12；
位于第一电极层12背离基底11一侧的振膜层13，第一电极层12和振膜层13之间形成空腔14，空腔14用于为振膜层13提供振动空间，振膜层13在基底11上的正投影与空腔14在基底11上正投影的形状相同；
以及设置于振膜层13背离基底11一侧的第二电极层15；
其中，空腔在基底11上的正投影包括正n边形区域141和位于正n边形区域的各条边的外侧的n个扇形区域142，扇形区域142以正n边形区域的边为弦，扇形区域142的圆心角＜360°/n，n≥3。
上述的第一电极层、振膜层和第二电极层构成换能结构层。
在一些实施例中，正n边形区域可以为正三角形区域、正方形区域或正五边形区域等。在一示例中，如图4所示，正n边形区域141为正三角形区域，扇形区域142的圆心在该扇形区域对应弦的高或高的延长线上，扇形区域142的圆心角O1为45°～90°，可选的，扇形区域142的圆心角O1为60°。在本实施例中，正三角形区的角部位置形成圆倒角，便于在空腔形成过程中刻蚀液浸入角部位置，提升可加工性。
在一些实施例中，如图3所示，换能结构层还包括填充层19，振膜层13开设有贯穿振膜层13的释放孔，释放孔在基底上的正投影位于空腔14在基底11上正投影的边缘上，填充层19填充在释放孔内。在一示例中，释放孔在基底11上的正投影至少位于空腔14在基底11上正投影的扇形区域的边缘中点位置。
在一些实施例中，如图3所示，振膜层13可以包括支撑部131和振动部132，支撑部131的内侧限制为空腔区域14，支撑部131、振动部132和第一电极层12围成空腔14。第二电极层15设置于振动部132背离基底11的一侧。振动部132包括振膜功能区132a和与支撑部131连接的连接区132b，振膜功能区132a在基底11上的正投影位于空腔14在基底11上的正投影内(包括重合)，振膜功能区132a为超声换能器件工作时产生振动的位置。
在一些实施例中，如图3所示，换能结构层还可以包括覆盖振膜层13和第二电极层15的钝化层16。钝化层16在第一电极层12引出位置开设第一连接孔(附图未示出)，钝化层16在第二电极层15的引出位置开设第二连接孔(附图未示出)，以使第一电极层和第二电极层与外电路连接，其中第一连接孔贯通钝化层和振膜层，第二连接孔贯通钝化层。
下面通过空腔在基底上投影包括正三角形区的超声换能器件制备过程进一步说明本实施例的技术方案。本实施例中所说的“构图工艺”包括沉积膜层、涂覆光刻胶、掩模曝光、显影、刻蚀、剥离光刻胶等处理，是相关技术中成熟的制备工艺。本实施例中所说的“释放工艺”，是微电子机械技术中成熟的制备工艺。沉积可采用溅射、蒸镀、化学气相沉积等已知工艺，涂覆可采用已知的涂覆工艺，刻蚀可采用已知的方法，在此不做具体的限定。在本实施例的描述中，需要理解的是，“薄膜”是指将某一种材料在基底上利用沉积或涂覆工艺制作出的一层薄膜。若在整个制作过程当中该“薄膜”无需构图工艺或光刻工艺，则该“薄膜”还可以称为“层”。若在整个制作过程当中该“薄膜”还需构图工艺或光刻工艺，则在构图工艺前称为“薄膜”，构图工艺后称为“层”。经过构图工艺或光刻工艺后的“层”中包含至少一个“图案”。本发明实施例超声换能器件制备过程包括：
(1)形成第一电极层图案。形成第一电极层图案包括：在基底11上沉积第一电极层薄膜，通过构图工艺对第一电极层薄膜进行构图，如图5所示，形成第一电极层11图案，第一电极层12在基底11上的正投影与下文牺牲层在基底上的正投影的形状可以相同，也可以不同，只要牺牲层在基底上正投影位于第一电极层在基底上正投影都可以满足需求。图5为本发明实施例在基底上形成第一电极层图案的结构图。
(2)形成牺牲层图案。形成牺牲层图案包括：在形成前述图案的基底11上沉积牺牲层薄膜，通过构图工艺对牺牲层薄膜进行构图，形成牺牲层17图案。如图6A和6B所示，牺牲层17图案在基底11上的正投影包括正三角形区域和以正三角形区域的边为弦的三个扇形区域。牺牲层的的材料可以为非晶硅a-Si或多晶硅p-Si，牺牲层17的厚度根据振膜层的尺寸设置，可以为0.1μm～1um，在此不做限定。图6A为本发明实施例在基底上形成牺牲层图案的俯视图，图6B为本发明实施例在基底上形成牺牲层图案的结构图。
(3)形成振膜层图案。形成振膜层图案包括：在形成前述图案的基底11上沉积振膜层薄膜，通过构图工艺对振膜层薄膜进行构图，形成振膜层13图案，其中，如图7A和图7B所示，振膜层13上开设有暴露牺牲层17的多个释放孔133，释放孔133在基底上的正投影与牺牲层17在基底上的正投影的边缘相交，在一示例中，释放孔133的数量为6个，分别位于牺牲层17扇形区域边缘的端点和中点上，释放孔133的直径可以为1μm-5μm。图7A为本发明实施例在基底上形成振膜层图案的俯视图，图7B为本发明实施例在基底上形成振膜层图案的结构图。
(4)形成空腔。形成空腔包括：将形成前述图案的基底11通过释放工艺，刻蚀掉牺牲层，形成空腔14。释放工艺可以采用湿法或干法刻蚀，干法刻蚀可以采用无水氢氟酸和四氟化碳CF4刻蚀气体进行刻蚀，具体的刻蚀气体根据牺牲层的材料选择。下面以相关技术中的四甲基氢氧化铵(TMAH)湿法刻蚀为例说明本实施例空腔的形成过程，如图8A和图8B所示，将基板浸入到质量分数为10％的TMAH刻蚀液中浸泡并加热60℃～70℃，刻蚀速率大于500nm/min，刻蚀液以释放孔133为圆心，向牺牲层a-Si的中心位置进行侧向刻蚀，刻蚀范围覆盖整个牺牲层区域。图8A为本发明实施例在基底上形成空腔后的结构图，图8B为本发明实施例在牺牲层侧向刻蚀的示意图。
(5)填充释放孔。填充释放孔包括：在形成前述图案的基底11上沉积填充层19，填充层19填充释放孔，如图9所示，以密封空腔，在本实施例中填充薄膜采用与振膜层相同的材料，填充过程中，可以采用等离子增强化学气相沉积，通过工艺控制，填充层可以仅填充释放孔，当然填充层也可以填充到空腔14内，由于释放孔在基底上的正投影位于空腔在基底上正投影的边缘位置，所以填充层填充到空腔内，也不会对超声换能器件的性能产生影响。图9为本发明实施例填充释放孔之后的结构图。
(6)形成第二电极层图案。形成第二电极层图案包括：在形成前述图案的基底11上沉积第二电极层薄膜，通过构图工艺对第二电极层薄膜进行构图，形成第二电极层15图案，第二电极层15在基底11上的正投影位于空腔14在基底11上的正投影的范围内，如图10所示。图10为本发明实施例在基底上形成第二电极层图案的结构图。
(7)形成钝化层图案。形成钝化层图案包括：在形成前述图案的基底上沉积钝化层薄膜，通过构图工艺对钝化层薄膜进行构图，形成钝化层16图案，并形成如图3所示的超声换能器件结构。
在一些实施例中，基底可以选择玻璃、石英或硅等刚性基底，也可以选择聚酰亚胺等柔性基底。第一电极层和第二电极层的材料可以采用铜Cu、铝Al、钼Mo和镍Ni等金属中的一种或多种，可以是单层、多层或复合层，采用物理气相沉积的方法制成，厚度可以在0.1μm至1μm之间。第一电极层和第二电极层的材料可以相同，也可以不同。可选的，第一电极层材料和第二电极层材料均为Al。振膜层可以采用氮化硅SiNx和氧化硅SiOx中的一种或两种，可以是单层、多层或复合层，通过化学气相沉积方法制成，振膜层的厚度在0.2μm至1μm之间。钝化层可以采用氧化铝AlOx、氧化铪HfOx、氧化钽TaOx等，可以是单层、多层或复合层，采用化学气相沉积方式或等离子体增强化学气相沉积方式沉积。牺牲层的材料可以选择非晶硅材a-Si或多晶硅p-Si材料，采用化学气相沉积方式或等离子体增强化学气相沉积方式沉积，要求在去除牺牲层时，不对振膜层的结构造成损害。
通过本发明实施例超声换能器件的制备过程可以看出，如图8B所示，刻蚀液以释放孔133为圆心向牺牲层17的中心扩散，最大刻蚀深度d为扇形区域边缘中点与牺牲层中心点连线，即扇形区域中点与正三角形区域的中心点连线，正三角形区域中心点与扇形区域边缘中点的连线长度小于正三角形区域中心点与扇形区域边缘其他点的连线的长度，扇形区域边缘的中点也是扇形区域边缘与该扇形区域对称轴的交点，其中最大刻蚀深度为刻蚀液自释放孔在平行于基底的表面上的最大刻蚀尺寸。下面以空腔半径为17μm的圆形振膜换能器件与本实施例超声换能器件进行比较具体说明本实施例，为了达到与17μm圆形振膜超声换能器件相同的中心频率，本实施例将空腔正三角形区的外接圆尺寸设置为20μm，扇形区域的圆心角设置为60°，扇形区域边缘中点到正三角形中心的距离为14.6μm，即此时牺牲层的最大刻蚀深度为14.6μm，与17μm的圆形振膜换能器相比，牺牲层的刻蚀深度降低了约14％。并且，如图11和图12所示，A代表本实施例超声换能器件，B代表17μm的圆形振膜换能器件，与17μm的圆形振膜超声换能器件相比，本发明实施例的超声换能器件的发射声压级增强约6dB，远场声压级也整体超过圆形振膜超声换能器件，因此，本实施例不仅减小了牺牲层的刻蚀深度，而且增强了刻蚀时间的可控性，还达到或超越相关技术中圆形振膜超声换能器件的性能。其中，图11为本发明实施例超声换能器件的发射声场强度仿真结果图，图12为本发明实施例超声换能器件的远场声场强度仿真结果图。
本发明实施例提供的超声换能器件，通过将空腔在基底上正投影设置为包括正n边形区域和以正n边形区域的边为弦的n个扇形区域，扇形区域的圆心角＜360°/n，减小了牺牲层的刻蚀深度，增加了刻蚀时间可控性，降低了牺牲层刻蚀不完全和振膜层破裂的风险。
在一示例性实施例中，本发明实施例还提供了一种超声换能器件，区别于上述实施例中的超声换能器件在于：空腔在基底上的正投影为椭圆形。
图13为本发明实施例另一种超声换能器件的俯视图。如图13所示，空腔在基底上的正投影包括矩形区域和位于矩形区域的边外侧的扇形区域，矩形区域和扇形区域形成椭圆形区域，椭圆形区域的短轴a长度与长轴b长度比为7：10～9：10，振膜层13在基底11上的正投影的形状与空腔14在基底11上的正投影的形状相同。可选的，椭圆形的短轴a与长轴b的长度比为8：10～8.5：10。在本实施例中，椭圆形包括两条对称轴，分别为短轴a和长轴b，椭圆的中心点(短轴a和长轴b的交点)与扇形区域边缘线上的点的连线中，短轴a最短。在制备过程中，释放孔133的在基底11上的正投影位于牺牲层在基底上正投影的边缘，释放孔133可以设置在短轴a和长轴b与扇形区域边缘的交点上，即位于扇形区域边缘的中点上，以及短轴a和长轴b与扇形区域边缘的交点之间的边缘位置，最大刻蚀深度为椭圆形区域短轴a的一半。
图14为本发明实施例另一种超声换能器件的发射声场强度仿真结果图，图15为本发明实施例另一种超声换能器件的远场声场强度仿真结果图。如图14和图15所示，C代表本实施例椭圆形振膜超声换能器件，B代表与中心频率相同的圆形振膜的超声换能器件，其中椭圆形振膜超声换能器件空腔在基底上正投影的的短轴长度与长轴长度比为8.5:10，与圆形振膜的超声换能器件相比，本实施例的超声换能器件的发射声压级和远场声压级与圆形振膜的超声换能器件性能相近，但本实施例超声换能器件在制备过程中，牺牲层的最大刻蚀深度约为圆形振膜的超声换能器件的85％，即在达到与圆形振膜超声换能器件相同性能的情况下，刻蚀深度降低了约15％。
本发明实施例提供的超声换能器件，通过将空腔在基底上正投影设置为椭圆形，减少了在超声换能器件制备过程中牺牲层的刻蚀深度，增加了刻蚀时间可控性，降低了牺牲层未完全刻蚀和振膜层的破裂的风险。
在一示例性实施例中，本发明实施例还提供能一种超声换能器件，区别于上述实施例在于：换能结构层还包括设置于第一电极层和振膜层之间的支撑层，支撑层内侧限定空腔区域，振膜层覆盖支撑层形成空腔。
图16为本发明实施例另一种超声换能器件的结构图。如16所示，超声换能器件10包括：
基底11；
设置于基底11上的第一电极层12；
设置于第一电极层11背离基底11一侧的支撑层18，支撑层18内侧限定空腔区域；
覆盖支撑层18的振膜层13，第一电极层12、振膜层13和支撑层18围成空腔14；
设置于振膜层13背离基底11一侧的第二电极层15；
覆盖第二电极层15和振膜层13的钝化层16。
在本实施例中，通过支撑层内侧限定空腔区域，与振膜层自身形成支撑部的情况相比，振膜层的厚度可以适当减薄。
下面以本实施例超声换能器件的制备过程具体说明本发明实施例技术方案。本发明实施例超声换能器件的制备过程包括：
(1)形成第一电极层图案。第一电极层的制备过程已经在前面内容中详细说明，在此不再赘述.
(2)形成牺牲层图案。牺牲层的制备过程已经在前面内容中详细说明，在此不再赘述。
(3)形成支撑层图案。形成支撑层图案包括：在形成牺牲层图案的基底上沉积支撑层薄膜，通过构图工艺对支撑层薄膜进行构图，形成支撑层图案，其中支撑层围设于牺牲层的***，支撑层的材料可以为氮化硅SiNx或氧化硅SiOx，在此不做限定。
(4)形成振膜层图案。振膜层覆盖支撑层和牺牲层，振膜层的制备过程已经在前面内容中详细说明，在此不再赘述。
(5)形成空腔。空腔的制备过程已经在前面内容中详细说明，在此不再赘述。
(6)填充释放孔。填充释放孔的制备过程已经在前面内容中详细说明，在此不再赘述。
(7)形成第二电极层图案。第二电极层的制备过程已经在前面内容中详细说明，在此不再赘述。
(8)形成钝化层图案。钝化层的制备过程已经在前面内容中详细说明，在此不再赘述。
在一示例性实施例中，本发明实施例提供了一种超声换能器件的制备方法，包括：提供基底；在基底的一侧形成第一电极层；在第一电极层背离基底的一侧形成振膜层，振膜层和第一电极层之间形成有空腔，空腔在基底上的正投影包括多边形区域以及位于多边形区域各条边线外侧的扇形区域。
在一些实施例中，在第一电极层背离基底的一侧形成振膜层，包括：
在第一电极层背离基底的一侧形成牺牲层，牺牲层在基底上的正投影包括多边形区域以及位于多边形区域各条边线外侧的扇形区域；
在牺牲层背离基底的一侧形成振膜层，振膜层开设有释放孔，释放孔在基底上的正投影位于牺牲层在基底上正投影的边缘上；
向释放孔内注入刻蚀液，对牺牲层进行刻蚀以去除牺牲层，形成空腔；
在释放孔内形成填充层。
在一些实施例中，在第一电极层背离基底的一侧形成振膜层，包括：
在第一电极层背离基底的一侧形成牺牲层，牺牲层在基底上的正投影包括多边形区域以及位于多边形区域各条边线外侧的扇形区域；
在牺牲层***形成支撑层；
在牺牲层背离基底的一侧形成覆盖牺牲层和支撑层的振膜层，振膜层开设有释放孔，释放孔在基底上的正投影位于牺牲层在基底上正投影的边缘上；
向释放孔内注入刻蚀液，对牺牲层进行刻蚀以去除牺牲层，形成空腔；
在释放孔内形成填充层。
在一些实施例中，释放孔在基底上的正投影至少位于牺牲层在基底上正投影的扇形区域边缘中点位置。
在一些实施例中，牺牲层的多边形区域为正三角形区域，牺牲层的扇形区域的圆心角为45°～90°。
在一些实施例中，牺牲层的多边形区域为矩形区域，牺牲层的扇形区域与矩形区域形成椭圆形区域，椭圆形区域的短轴与长轴的长度比为8：10～9：10。
本发明实施例提供了一种超声换能器件的制备方法，通过将牺牲层在基底上的正投影设置为包括多边形区域以及位于多边形区域各条边线外侧的扇形区域，减少了牺牲层的刻蚀深度，增加了刻蚀时间可控性，降低了牺牲层未完全刻蚀和振膜层的破裂的风险。
在本发明实施例中，扇形区域可以包括绝对的扇形结构，也包括近似的扇形结构，只要不背离本发明的技术构思，均落入本发明的保护范围。
在本发明中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、““口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。
Claims (15)
1.一种超声换能器件，其特征在于，包括基底和设置于所述基底上的换能结构层，所述换能结构层包括设置于所述基底上的第一电极层和位于所述第一电极层背离基底一侧的振膜层，所述第一电极层和振膜层之间形成空腔，所述空腔在所述基底上的正投影包括多边形区域以及位于所述多边形区域各条边线外侧的扇形区域。
2.根据权利要求1所述的超声换能器件，其特征在于：所述换能结构层还包括填充层，所述振膜层开设有贯穿所述振膜层的释放孔，所述释放孔在所述基底上的正投影位于所述空腔在所述基底上正投影的边缘上，所述填充层填充在所述释放孔内。
3.根据权利要求2所述的超声换能器件，其特征在于：所述释放孔在所述基底上的正投影至少位于所述空腔在所述基底上正投影的扇形区域的边缘中点位置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的超声换能器件，其特征在于：所述多边形区域为正n边形区域，所述扇形区域的圆心角<360°/n，其中，n≥3。
5.根据权利要求4所述的超声换能器件，其特征在于：所述正n边形区域为正三角形区域，所述扇形区域的圆心角为45°～90°。
6.根据权利要求1-3任一项所述的超声换能器件，其特征在于：所述多边形区域为矩形区域，所述扇形区域与所述矩形区域形成椭圆形区域，所述椭圆形区域的短轴与长轴的长度比为8：10～9：10。
7.根据权利要求1-3任一项所述的超声换能器件，其特征在于：所述振膜层包括支撑部和振动部，所述支撑部的内侧限制为空腔区域，所述支撑部、振动部和第一电极层围成空腔。
8.根据权利要求1-3任一项所述的超声换能器件，其特征在于：所述换能结构层还包括支撑层，所述支撑层设置于所述第一电极层和所述振膜层之间，所述支撑层围设在所述空腔的***。
9.根据权利要求1-3任一项所述的超声换能器件，其特征在于：所述换能结构层还包括钝化层和第二电极层，所述第二电极层设置于所述振膜层背离基底的一侧，所述钝化层覆盖所述第二电极层和振膜层。
10.一种超声换能器件的制备方法，其特征在于，包括：
提供基底；
在所述基底的一侧形成第一电极层；
在所述第一电极层背离所述基底的一侧形成振膜层，所述振膜层和所述第一电极层之间形成有空腔，所述空腔在所述基底上的正投影包括多边形区域以及位于所述多边形区域各条边线外侧的扇形区域。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于：在所述第一电极层背离所述基底的一侧形成振膜层，包括：
在所述第一电极层背离所述基底的一侧形成牺牲层，所述牺牲层在所述基底上的正投影包括多边形区域以及位于所述多边形区域各条边线外侧的扇形区域；
在所述牺牲层背离所述基底的一侧形成振膜层，所述振膜层开设有释放孔，所述释放孔在所述基底上的正投影位于所述牺牲层在所述基底上正投影的边缘上；
向所述释放孔内注入刻蚀液，对所述牺牲层进行刻蚀以去除牺牲层，形成所述空腔；
在所述释放孔内形成填充层。
12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于：在所述第一电极层背离所述基底的一侧形成振膜层，包括：
在所述第一电极层背离所述基底的一侧形成牺牲层，所述牺牲层在所述基底上的正投影包括多边形区域以及位于所述多边形区域各条边线外侧的扇形区域；
在所述牺牲层***形成支撑层；
在所述牺牲层背离所述基底的一侧形成覆盖牺牲层和支撑层的振膜层，所述振膜层开设有释放孔，所述释放孔在所述基底上的正投影位于所述牺牲层在所述基底上正投影的边缘上；
向所述释放孔内注入刻蚀液，对所述牺牲层进行刻蚀以去除牺牲层，形成所述空腔；
在所述释放孔内形成填充层。
13.根据权利要求11或12所述的制备方法，其特征在于：所述释放孔在所述基底上的正投影至少位于所述牺牲层在所述基底上正投影的扇形区域边缘的中点位置。
14.根据权利要求11或12所述的制备方法，其特征在于：所述牺牲层的多边形区域为正三角形区域，所述牺牲层的扇形区域的圆心角为45°～90°。
15.根据权利要求11或12所述的制备方法，其特征在于：所述牺牲层的多边形区域为矩形区域，所述牺牲层的扇形区域与所述矩形区域形成椭圆形区域，所述椭圆形区域的短轴与长轴的长度比为8：10～9：10。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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