CN114269484B - 频率可调谐的超声设备 - Google Patents
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Abstract
一种超声设备，该超声设备包括超声换能器(400)，该超声换能器包括：膜(405)，该膜悬置在布置在基底(401)的上表面侧上的腔(403)上方；压电层(407)，该压电层附接到膜(405)的表面；第一电极(E1)，该第一电极布置在腔(403)的下表面侧上；以及第二电极(E3)，该第二电极布置在腔(403)的上表面侧上、与压电层(407)接触，该设备还包括连接到第一电极(E1)和第二(E3)电极并能够在第一电极(E1)上施加第一控制电压(VDC)和在第二电极(E3)上施加不同于第一电压的第二控制电压(VAC)的控制电路(CTRL)。
Description
技术领域
本公开涉及超声检查的领域。更特别地，本发明的目的在于一种机载超声检查设备，该机载超声检查设备包括超声换能器和用于控制换能器的电子电路。
背景技术
超声检查设备通常包括一个或多个超声换能器，例如，以阵列布置的多个超声换能器(线性的或非线性的)。在操作中，换能器组件被布置成与要分析的主体相对。该设备还包括电子控制电路，其能够向换能器施加电激励信号以引起由换能器朝向要分析的主体发射超声波。由换能器发射的超声波被要分析的主体(通过其内部和/或表面结构)反射，并且然后返回到换能器，这些换能器将它们转换回电信号。电响应信号由电子控制电路读取，并且可以被存储和分析以从中推导出与被研究主体相关的信息。
期望的是至少部分地改进已知超声检查设备的某些方面。
发明内容
为了实现这一点，实施例提供了一种包括超声换能器的超声设备，该超声换能器包括：
-膜，该膜悬置在布置在基底的上表面侧上的腔上方；
-压电层，该压电层附接到膜的表面；
-第一电极，该第一电极布置在腔的下表面侧上；以及
-第二电极，该第二电极布置在腔的上表面侧上、与压电层接触，该设备还包括连接到第一电极和第二电极并能够在第一电极上施加第一控制电压和在第二电极上施加不同于第一电压的第二控制电压的控制电路。
根据实施例，超声换能器还包括在腔的上表面侧上的第三电极，第一控制电压施加在第一电极和第三电极之间。
根据实施例，第二控制电压施加在第二电极和第三电极之间。
根据实施例，超声换能器还包括在腔的上表面侧上的与第三电极绝缘的第四电极，第二控制电压施加在第二电极和第四电极之间。
根据实施例，压电层布置在膜的上表面上，并且第二电极与压电层的上表面接触。
根据实施例，第三电极与压电层的下表面接触。
根据实施例，第四电极布置在第三电极上方，并且与压电层的下表面接触。
根据实施例，控制电路被配置为在超声波的发射阶段期间在第一电极上施加DC偏置电压，并且在第二电极上施加AC激励电压。
根据实施例，控制电路被配置为在超声波的接收阶段期间在第一电极上施加DC偏置电压，并且读取在接收到的超声波的作用下在第二电极上生成的AC电压。
根据实施例，控制电路能够改变施加到第一电极的DC偏置电压的水平，以改变超声换能器的谐振频率。
根据实施例，膜由半导体材料制成。
根据实施例，基底由半导体材料制成。
根据实施例，腔形成在覆盖基底的上表面的介电层中。
附图说明
前述特征和优点以及其他特征和优点将在以下通过说明而非限制的方式给出的具体实施例的描述中参照附图进行详细描述，在附图中：
图1是示意性示出超声换能器的示例的横截面图；
图2是示意性示出超声换能器的另一示例的截面图；
图3是示出了关于图1描述的类型的超声换能器的行为的示意图；
图4是示意性示出根据实施例的超声检查设备的示例的横截面图；
图5是示出关于图4描述的类型的超声检查设备的实施例的行为的图；
图6是示出关于图4描述的类型的超声检查设备的另一实施例的行为的图；
图7是示意性示出图4的设备的替代性实施例的横截面图；以及
图8是示意性示出图4的设备的另一替代性实施例的横截面图。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的特征由相同的附图标记表示。特别地，各种实施例中共同的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记，并且可以具有相同的结构、尺寸和材料属性。
为了清楚起见，仅详细示出和描述了对理解本文描述的实施例有用的步骤和元素。特别地，没有详细描述所描述的设备的各种可能的应用，所描述的实施例与超声检查设备的通常应用兼容，特别是对于机载超声应用。进一步，由控制电路施加到超声换能器的电激励信号的属性(频率、形状、幅值等)没有详细描述，所描述的实施例与当前在超声***中使用的激励信号兼容，其可以根据所考虑的应用，并且特别是根据要分析的主体的性质和根据期望采集的信息的类型进行选择。类似地，没有详细描述应用于由超声换能器递送并由控制电路读取的电信号以提取与要分析的主体相关的有用信息的各种处理，所描述的实施例与当前在超声检查***中使用的处理兼容。进一步，没有详细描述所描述的分析设备的超声换能器和控制电路的形成，基于本说明书中提供的功能指示，这些元件的详细实施方式在本领域技术人员的能力范围内。
除非另有说明，当对连接在一起的两个元件进行引用时，这表示除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，而当对耦合在一起的两个元件进行引用时，这表示这两个元件可以连接或者它们可以通过一个或多个其他元件耦合。
在以下公开内容中，除非另有说明，当提及绝对位置限定符(诸如术语“前部”、“后部”、“顶部”、“底部”、“左部”、“右部”等)或提及相对位置限定符(诸如术语“上方”、“下方”、“更高”、“更低”等)、或提及方向限定符(诸如“水平”、“竖直”等)，参考图中示出的取向。
除非另有说明，否则表述“约”、“近似”、“基本上”和“大约”表示在10％以内，优选地在5％以内。
图1是示意性示出超声换能器100的示例的横截面图。
换能器100是PMUT型(压电微机械超声换能器)压电换能器。其包括基底101、布置在基底101的上表面侧上的腔103、以及悬置在腔103上方的柔性膜105。在这个示例中，腔103在基底101中从基底的上表面竖直延伸。膜105在腔103上方延伸，并通过其下表面在腔103的***处附接到基底101的上表面。
换能器100还包括在膜105的上表面上的竖直堆叠，该竖直堆叠从膜105的上表面开始依次包括下电极E1、由压电材料制成的层107和上电极E2。
在所示的示例中，下电极E1由在膜105的整个上表面上连续延伸的导电层形成。进一步，在这个示例中，压电层107在电极E1的整个上表面上连续延伸。上电极E2由位于腔103的上表面的仅一部分上方的导电层形成。更特别地，在所示的示例中，在俯视图中，电极E2具有与腔103的***部分竖直对齐地(in line with)定位的环形带的形状。因此，腔103的中心部分没有覆盖有电极E2。
当在电极E1和E2之间施加电压时，在压电层107的被覆盖有电极E2的部分中生成竖直电场。在层107的材料的横向压电系数d31的作用下，这导致压电层107的所述部分在水平方向上膨胀或收缩。这产生了导致膜105的弯曲的机械应力。当在电极E1和E2之间施加适当的AC激励电压时，膜105在由压电层107施加的弯曲应力的变化的作用下开始振动，从而导致超声声波的发射。
相反，当换能器接收超声声波时，膜105在机械压力变化的作用下开始振动，从而导致换能器的电极E1和E2之间出现AC电压(由于压电层107的变形)。
换能器100可以耦合到电子控制电路(未示出)，该电子控制电路被配置为在发射阶段期间，在电极E1和E2之间施加能够导致由换能器发射超声声波的AC激励电压；并且在接收阶段期间，在电极E1和E2之间读取在接收到的超声声波的作用下生成的交流电压。
换能器的操作频率由其谐振频率确定，该谐振频率取决于各种参数并且特别地取决于膜和腔的几何和机械特性、以及取决于输出介质的性质(例如气体(诸如空气)、或液体介质、或固体介质)。
图2是示意性示出超声换能器200的示例的横截面图。
换能器200是CMUT型(电容式微机械超声换能器)电容式换能器。其包括基底201、布置在基底201的上表面侧上的腔203、以及悬置在腔203上方的柔性膜205。在这个示例中，腔203形成在覆盖在基底201的上表面的介电层202中。腔203在介电层202中从层202的上表面竖直延伸。膜205在腔203上方延伸，并通过其下表面在腔203的***附接到介电层202的上表面。
换能器200包括布置在腔203的底侧上的下电极E1。在所示的示例中，基底201由掺杂半导体材料制成，并形成换能器的下电极E1。
换能器200还包括布置在腔203上方并机械固定到膜205的上电极。在所示的示例中，上电极E2由在腔203上方的膜205的上表面上延伸的导电层形成。
在操作中，DC偏置电压被施加在换能器的下电极E1和上电极E2之间。当叠加到DC偏置电压上的适当的AC激励电压被施加在电极E1和E2之间时，膜205在施加在电极E1和E2之间的静电力的变化的作用下开始振动，从而导致超声声波的发射。相反，当换能器接收到超声声波时，柔性膜在机械压力变化的作用下开始振动，从而导致出现叠加到电极E1和E2之间的DC偏置电压上的AC电压(由于电极之间的电容变化)。
换能器200可以耦合到电子控制电路(未示出)，该电子控制电路被配置为在发射阶段期间，在电极E1和E2之间施加叠加到DC偏置电压的激励电压，以导致由换能器发射超声波；并且在接收阶段期间，在电极E1和E2之间施加DC偏置电压，并且在所述电极之间读取在接收到的超声波的作用下生成的AC电压。
在此同样，换能器的操作频率至少部分由其谐振频率确定，该谐振频率取决于各种参数，并且特别地取决于膜和腔的几何和机械特性。
PMUT换能器和CMUT换能器具有相似性和不同。根据Timoshenko的理论，两者具有薄板行为。进一步，两者具有与其尺寸和其刚度相关的本征频率。
PMUT换能器具有相对线性的行为，而由于与电压与电极之间距离之比的平方成比例的膜致动力的静电性质，CMUT换能器本质上是非线性的。
CMUT传感器具有与静电力的非线性特性有关的称为弹簧软化效应(springsoftening effect)的显著属性。本质上，当DC偏置电压施加在换能器的电极E1和E2之间，导致膜偏转时，围绕平衡位置的膜振荡的频率向下偏移。换句话说，换能器的谐振频率降低。这种现象如图3所示。
图3是在曲线f中示出了对于关于图2描述的类型的CMUT换能器，根据施加在电极E1和E2之间的、相对于膜的塌陷电压(collapse voltage)Vcol(即导致膜抵靠腔的底部的电压)归一化的DC偏置电压VDC(在从0到1的横坐标中)，相对于换能器的本征频率f0(在没有任何电偏置的情况下的谐振频率)归一化的换能器的谐振频率fres(在从0到1的纵坐标中)的变化的图。
可以有效地观察到频率fres根据电压VDC单调下降。在所示的示例中，这种下降是非线性的。更具体地，在本示例中，使得fres＝f(VDC)的函数f的导数(斜率切线的指向系数)(的绝对值)根据电压VDC单调增加。换句话说，当电压VDC增加时，换能器谐振频率fres的下降加速。
根据实施例的一方面，提供使用CMUT换能器的以上提及的弹簧软化效应以允许电设置PMUT换能器的谐振频率。为了这个目的，提供了一种混合换能器结构，其结合了PMUT换能器动态致动模式和CMUT换能器静态致动模式。这有利地使得能够在不同的超声频率下连续使用相同的换能器。
图4是示意性示出根据实施例的超声检查设备的示例的横截面图。
图4的设备包括换能器400和用于控制换能器400的电路CTRL。
换能器400包括基底401、布置在基底401的上表面侧上的腔403、以及悬置在腔403上方的柔性膜405。在这个示例中，腔403形成在覆盖在基底401的上表面的介电层402中。腔403在介电层402中从层402的上表面竖直延伸。膜405在腔403上方延伸，并通过其下表面在腔403的***附接到介电层402的上表面。
换能器400包括布置在腔403底侧上的下电极E1。在所示的示例中，基底401由掺杂半导体材料(例如硅)制成，并形成换能器的下电极E1。
电介质层402例如由氧化硅制成。例如，层402通过其下表面直接与基底401的上表面接触。在所示的示例中，腔403是非贯通的，也就是说，它不出现在层402的下表面侧上。换句话说，层402的厚度的下部部分在基底401的底部处覆盖电极403的上表面。然而，所描述的实施例不限于这种特定情况。
例如，腔403的深度在从10nm至5μm的范围内，例如大约500nm。腔403的侧向尺寸例如在5至500μm的范围内。
膜405例如由掺杂或非掺杂半导体材料(例如硅)制成。例如，膜405的厚度在从10nm至10μm的范围内。
换能器400还包括在膜405的上表面上的竖直堆叠，该竖直堆叠从膜405的上表面开始依次包括中间电极E2、由压电材料制成的层407和上电极E3。
在所示的示例中，中间电极E2由在膜405的整个上表面上连续延伸的导电层(例如金属层)形成。电极E2例如通过其下表面在膜405的整个上表面上与膜405的上表面直接接触。电极E2例如由铝、钛、铂和/或钼制成。电极E2的厚度例如在200nm至1μm的范围内。
压电层407例如在膜405的整个上表面上连续延伸。层407例如通过其下表面在电极E2的整个上表面上与电极E2的上表面直接接触。层407例如由PZT(锆钛酸铅)、由PMN-PT(铌镁酸铅-钛酸铅)、由LiNbO3(铌酸锂)、由AlN(氮化铝)或由任何其他压电材料制成。压电层407的厚度例如在从300nm至5μm的范围内。
在这个示例中，上电极E3由位于腔403的上表面的仅一部分上方的导电层(例如金属层)形成。更特别地，在所示的示例中，在俯视图中，电极E3具有与腔403的***部分竖直对齐地定位的环形带的形状。因此，腔403的中心部分没有覆盖有电极E3。作为变型(未示出)，上电极E3可以仅位于腔的中心部分上方。电极E3例如通过其下表面与压电层407的上表面直接接触。电极E3例如由铝、钛、铂和/或钼制成。电极E3的厚度例如在200nm至1μm的范围内。
控制电路CTRL连接到换能器的电极E1、E2和E3，并且被配置为在操作中在电极E1和E2之间施加第一控制电压，并且同时在电极E3和E2之间施加不同于第一电压的第二控制电压。
更具体地，根据有利的实施例，控制电路CTRL被配置为在发射阶段期间，在电极E1和E2之间施加DC偏置电压VDC，并且同时在电极E3和E2之间施加AC激励电压VAC。
DC偏置电压VDC在电极E1和E2之间生成静电引力，从而导致膜405的偏转。
AC激励电压VAC通过压电效应引起膜围绕由电压VDC限定的平衡位置的振荡，从而导致超声波的发射。
在接收模式下，DC偏置电压VDC可以保持处于例如与发射阶段期间施加的水平相同的水平。控制电路CTRL然后被配置为读取在接收到的超声波的作用下在电极E3和E2之间生成的AC电压。
施加在电极E1和E2之间的DC偏置电压VDC的水平决定了谐振频率，并且因此决定了换能器的主要操作频率。更特别地，由于以上提及的弹簧软化效应，增加DC偏置电压VDC导致使膜405的表观机械刚度降低，因此导致换能器的谐振频率方面的降低。
控制电路CTRL能够调整DC偏置电压VDC的水平，以例如根据要分析的主体的类型或希望获得的信息的类型来修改换能器的谐振频率。AC激励电压VAC的频率可以相应地调节，以对应于换能器的谐振频率。
应当注意的是，在本示例中，中间电极E2被用作控制电压VDC和VAC共用的电势参考。电极E2可以耦合(例如连接)到设备的固定参考电位的施加节点，例如接地。
图5是示出关于图4描述的类型的超声换能器的实施例的行为的图。
本示例考虑一种换能器，其中：
-腔403具有大约1.1mm的侧向尺寸(直径或宽度)和大约3μm的深度；
-膜405由硅制成，并且具有大约2μm的厚度；以及
-压电层407由PZT-5H制成并且具有大约2μm的厚度。
换能器的本征频率在真空中为大约40kHz、在空气中为大约33kHz，空气是换能器的目标使用介质。膜的塌陷频率，即由于将膜放置为与腔的底部接触而产生的电压阈值VDC约为32.5V。
图5的图包括六条曲线C0、C10、C20、C25、C29和C31，分别示出了对于施加在换能器的电极E1和E2之间的六个不同水平的DC偏置电压VDC，根据施加在换能器的电极E3和E2之间的AC激励电压VAC的频率(在横坐标中，以kHz为单位)，在发射阶段期间由膜发射的声压(在纵坐标中，以Pa为单位)的变化。在本示例中，对于具有1-V幅值的AC电压VAC在膜上方1mm测量发射的压力。曲线C0、C10、C20、C25、C29和C31是针对大约0V、10V、20V、25V、29V和31V的相应水平的DC偏置电压VDC测量出的。
如图5所示，当偏置电压VDC增加时，换能器的谐振频率非线性地降低，从对于零电压VDC的约33kHz到对于大约31V的电压VDC的约21kHz。图5中还可以示出，当电压VDC的水平变化时，换能器的谐振频率处的声压水平保持基本恒定。
图5的示例的换能器可以例如用于机动车辆停车雷达类型的距离测量设备中。以较低的测量精度为代价，向下偏移换能器的工作频率特别地能够增加最大障碍物检测距离。然而，当到障碍物的距离减小时可以通过降低偏置电压VDC来增加操作频率，以提高测量的精度。
图6是示出关于图4描述的类型的超声换能器的另一实施例的行为的图。
本示例考虑一种传感器，其中：
-腔403具有大约100μm的侧向尺寸(直径或宽度)和大约15nm的深度；
-膜405由硅制成，并且具有大约2μm的厚度；以及
-压电层407由PZT-5H制成并且具有大约2μm的厚度。
换能器的本征频率在真空中为大约3.5MHz、在水中为大约2.9MHz，水是换能器的目标使用介质。膜的塌陷电压约为59V。
图6的图包括六条曲线C0、C20、C35、C45、C53和C56，分别示出了对于施加在换能器的电极E1和E2之间的六个不同水平的DC偏置电压VDC，根据施加在换能器的电极E3和E2之间的AC激励电压VAC的频率(在横坐标中，以MHz为单位)，在发射阶段期间由膜发射的声压(在纵坐标中，以kPa为单位)的变化。在本示例中，对于具有1-V幅值的AC电压VAC在膜上方100μm测量发射的压力。曲线C0、C20、C35、C45、C53和C56是针对大约0V、20V、35V、45V、53V和56V的相应水平的DC偏置电压VDC测量出的。
如图6所示，当偏置电压VDC增加时，换能器的谐振频率非线性地降低，从对于零电压VDC的约2.9MHz到对于大约56V的电压VDC的约1.75MHz。图6中再次还可以观察到，当电压VDC的水平变化时，换能器的谐振频率处的声压水平保持基本恒定。
图6的示例的换能器可以例如用于医学成像应用。
因此，关于图4描述的设备能够通过调节DC偏置电压VDC的水平来精确地设置换能器的操作频率，而不会使其电声效率劣化。
图7是示意性示出关于图4描述的超声检查设备的替代性实施例的截面图。
图7的设备与图4的设备的不同之处主要在于，在图7的设备中，换能器包括附加中间电极E2’，该附加中间电极能够具有DC偏置电压VDC的和用于AC激励电压VAC的不同的参考电势。
更特别地，在图7的示例中，图4的换能器400以换能器700代替。换能器700与换能器400的不同之处主要在于，在换能器700中，例如由氧化硅制成的电绝缘层709在膜405和中间电极E2之间形成界面。层700例如在膜405的整个表面上连续延伸。在所示的示例中，层700通过其下表面与膜405的上表面接触，并且通过其上表面基本上在膜的整个表面上与电极E2的下表面接触。
在本示例中，膜405由导电材料或由掺杂半导体材料制成，例如由掺杂硅制成，并且限定换能器的附加中间电极E2’。作为变型(未示出)，电极E2’可以由导电层(例如金属层)形成，该导电层附接到膜并布置在腔403上方、在膜405的上表面和介电层709的下表面之间、或者也在膜405的下表面侧上。
控制电路CTRL连接到换能器的电极E1、E2、E2’和E3，并且被配置为在操作中在电极E1和E2之间施加第一控制电压，并且同时在电极E3和E2之间施加不同于第一电压的第二控制电压。
该设备的操作例如与关于图4所描述的相同或相似，不同之处在于，在图7的变型中，DC偏置电压VDC施加在换能器700的电极E1和E2’之间。
为电压VAC和VDC提供不同的电势参考特别地使得能够在控制电路CTRL内使用绝缘电路(未详细描述)来分别生成电压VAC和VDC。
图8是示意性示出关于图4描述的超声检查设备的另一替代性实施例的截面图。
在图8的示例中，图4的换能器400以换能器800代替。换能器800与换能器400的本质区别在于，在换能器800中，下电极E1不是由基底401形成，而是由覆盖腔403的底部的导电层(例如金属层)形成。在这个变型中，基底401可以由电绝缘材料制成。
至于其余部分，图8的设备及其操作类似于关于图4所描述的内容。
应当注意的是，图7和图8的变型可以组合。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些不同实施例和变型的某些特征可以组合，并且本领域技术人员将想到其他变型。具体而言，所描述的实施例不限于本公开中提提及的尺寸和材料的示例。
进一步，所描述的实施例不限于电极的布置的上述示例。特别地，在俯视图中，电极E1、E2、E3以及可能的E2’可以具有除了本公开中指示的那些图案的其他图案。
进一步，尽管在图4至图8的示例中已经示出并描述了单个超声换能器，但是所描述的实施例当然不限于这种特定情况。实际上，超声检查设备可以包括多个超声换能器，例如相同或相似的、例如以阵列的形式布置、线性或非线性的、单独可控的或共同可控的。应当特别注意的是，所描述的实施例可以适用于RCA型(行-列寻址)设备。
进一步，所描述的设备可以用于其他应用，换能器的操作频率的设置。换句话说，所描述的实施例不限于上文中描述的用途的示例，其中施加到电极E1的电压是用于设置换能器的谐振频率的DC偏置电压，并且施加到电极E3的电压是用于激励换能器的压电层的AC电压。作为变型，对于某些应用，可以提供在发射模式下使用换能器的CMUT部分(在这种情况下，AC激励电压VAC将被施加在端子E1和E2(在图4和图8的示例中)或E1和E2’(在图7的示例中)之间、叠加到可能的DC偏置电压VDC)并且在接收模式下使用PMUT，或者相反。
Claims (13)
1.一种超声设备，所述超声设备包括超声换能器(400；700；800)，所述超声换能器包括：
-膜(405)，所述膜悬置在腔(403)上方，所述腔(403)布置在基底(401)的上表面侧上；
-压电层(407)，所述压电层附接到所述膜(405)的表面；
-第一电极(E1)，所述第一电极布置在所述腔(403)的下表面侧上；以及
-第二电极(E3)，所述第二电极布置在所述腔(403)的上表面侧上、与所述压电层(407)接触，
所述设备还包括控制电路(CTRL)，所述控制电路(CTRL)连接到所述第一电极(E1)和第二(E3)电极并能够同时在所述第一电极(E1)上施加第一控制电压(VDC)和在所述第二电极(E3)上施加不同于所述第一控制电压的第二控制电压(VAC)。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述超声换能器(400；700；800)还包括在所述腔(403)的上表面侧上的第三电极(E2；E2’)，所述第一控制电压(VD)施加在所述第一电极(E1)和所述第三电极(E2；E2’)之间。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第二控制电压(VAC)施加在所述第二电极(E3)和所述第三电极(E2)之间。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述超声换能器(700)还包括在所述腔(403)的上表面侧上的与所述第三电极(E2’)绝缘的第四电极(E2)，所述第二控制电压(VAC)施加在所述第二电极(E3)和所述第四电极(E2)之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述压电层(407)布置在所述膜(405)的上表面上，并且所述第二电极(E3)与所述压电层(407)的上表面接触。
6.根据权利要求3所述的设备，其中所述第三电极(E2)与所述压电层(407)的下表面接触。
7.根据权利要求4所述的设备，其中所述第四电极(E2)布置在所述第三电极(E2’)上方，并且与所述压电层(407)的下表面接触。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述控制电路(CTRL)被配置为在超声波发射阶段期间，在所述第一电极(E1)上施加DC偏置电压(VDC)，并且在所述第二电极(E3)上施加AC激励电压。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述控制电路(CTRL)被配置为在超声波的接收阶段期间，在所述第一电极(E1)上施加DC偏置电压(VDC)，并且读取在接收到的超声波的作用下在所述第二电极(E3)上生成的AC电压。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述控制电路能够改变施加到所述第一电极(E1)的DC偏置电压(VDC)的水平，以改变所述超声换能器的谐振频率。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述膜(405)由半导体材料制成。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述基底(401)由半导体材料制成。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述腔(403)形成在覆盖所述基底(401)的上表面的介电层(402)中。
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