Technical Papers and Presentations

摘 要：随着超声波传感器产业的发展趋势向低成本、微小型化、高集成度、高性能转变，基于微机电系统（Microelectromechanical Systems）的超声换能器应运而生。其中,具有几何结构简单、低阻抗、易集成等优势的压电式微机械超声换能器（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer，PMUT）成为近年来研究的热点，具有更高分辨率的高频超声波换能器成为当下和未来的发展方向，这就需要PMUT 单元尺寸在微米尺度,具有良好的几何结构。为此本文提出一种基于PZT压电薄膜的PMUT器件。通过有限元仿真建立了三维模型，研究表明，PMUT器件在(0,1)模态下谐振频率达到16.092MHz，机电耦合系数达到3.15%。本文计算了PMUT结构对其静态传输灵敏度的影响，通过PMUT在介质中的频率响应，分析了顶电极半径、压电层厚度、空腔形状对PMUT谐振模式和性能参数的影响。除此之外还通过压力声学-频域物理场定义了空气域，空气域完美匹配层（PML），模拟了PMUT器件在空气域中的声场特性，并根据仿真结果进行优化。为PMUT器件在医疗领域，指纹识别和物体检测，医学成像等领域的应用提供了新的思路。 关键词：超声波换能器，PZT薄膜，机电耦合系数，传输灵敏度，声场特性