專利名稱：一種柔性集成化超聲換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。具體是一種柔性集成化超聲換能器。
背景技術(shù)：
超聲換能器是實(shí)現(xiàn)聲能與電能相互轉(zhuǎn)換的部件，既可以將超聲波轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)，也可將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲波。超聲換能器是超聲技術(shù)中的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用醫(yī)學(xué) 診斷、水下通信與探測(cè)、缺陷無(wú)損檢測(cè)、測(cè)距定位、遙感與遙控等領(lǐng)域。壓電式超聲換能器是超聲換能器的主流，特別是壓電薄膜超聲換能器因具有微 型化，脈沖響應(yīng)好，能有效提高換能器的頻率、帶寬和分辨率等優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用。 目前一種硅基集成化壓電薄膜超聲換能器通過(guò)內(nèi)部集成硅基場(chǎng)效應(yīng)晶體管在實(shí)現(xiàn)超聲波 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電信號(hào)的放大，該換能器具有微型化、靈敏度高、易實(shí)現(xiàn)二 維平面陣的優(yōu)點(diǎn)，但制備工藝更為復(fù)雜，成本相對(duì)較高，且不適于制備柔性陣列。柔性換能器能與探測(cè)對(duì)象表面更緊密接觸，尤其對(duì)表面不平整的探測(cè)對(duì)象，可 有效減小因耦合不好而造成的超聲波損耗?，F(xiàn)有的柔性超聲換能器是將超聲換能器單元 組裝在具有柔性的電路基板上或是在柔性襯底上沉積壓電薄膜而實(shí)現(xiàn)換能器的柔性化， 但其增益、信噪比較低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種柔性集成化超聲換能器，克服硅基壓電薄膜換 能器的缺陷。本實(shí)用新型的柔性集成化超聲換能器由有機(jī)薄膜晶體管和壓電傳感器集成而 成，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，依次由基底、防潮隔離層、源漏電極、半導(dǎo)體薄膜層、柵介質(zhì) 層、柵電極層、電信號(hào)耦合層、壓電薄膜層、電極層和超聲耦合層構(gòu)成?；撞捎镁蹖?duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)等柔性塑料材料；防潮隔離層為二氧化 硅或氮化硅；源漏電極為鋁或銀等金屬；半導(dǎo)體薄膜層為機(jī)半導(dǎo)體材料；柵介質(zhì)層為有 機(jī)絕緣材料；柵電極層為鋁或銀等金屬；電信號(hào)耦合層為環(huán)氧樹脂薄膜層；壓電薄膜層 為聚偏氟乙烯PVDF壓電薄膜；電極層為鋁或銀等金屬；超聲耦合層為環(huán)氧樹脂薄膜。本實(shí)用新型柔性集成化超聲換能器的制備方法依下列步驟進(jìn)行(1)采用磁控濺射在基底上沉積防潮隔離層；(2)在防潮隔離層上沉積金屬薄膜層形成薄膜晶體管的源、漏電極；(3)在具有源、漏電極的基片上沉積有機(jī)半導(dǎo)體薄膜層，以形成薄膜晶體管的半 導(dǎo)體活性層；(4)在半導(dǎo)體薄膜上沉積有機(jī)絕緣膜，形成薄膜晶體管的柵介質(zhì)層；(5)在絕緣膜上制備金屬膜形成薄膜晶體管的柵電極；(6)在柵電極上旋涂環(huán)氧樹脂膜，形成電信號(hào)耦合層；(7)在環(huán)氧樹脂膜上制備聚偏氟乙烯PVDF壓電薄膜；[0016](8)在壓電薄膜上制備金屬電極形成壓電傳感器的上電極；(9)在上電極上制備環(huán)氧樹脂膜，形成超聲耦合層；為了便于制備二維柔性超聲換能器陣列，采用柔性PET作為基底，PET基底上 沉積一層二氧化硅薄膜用于隔離濕汽。用PVDF薄膜作為超聲傳感器的壓電材料具有壓 電性能好、低聲阻抗、與水和有機(jī)體具有良好的聲阻抗匹配，從而使靈敏度提高、頻帶 變寬。另外，PVDF薄膜具有高柔順性，為壓電傳感器集成提供良好的技術(shù)基礎(chǔ)。通常 PVDF薄膜壓電傳感器因高輸出阻抗而易受外界電磁場(chǎng)的干擾，采用有機(jī)薄膜晶體管作為 內(nèi)置信號(hào)放大，提高增益和信噪比，改善抗干擾能力。本實(shí)用新型與現(xiàn)有的集成超聲換能器相比，由于采用了 PVDF薄膜作壓電材料 和內(nèi)置了有機(jī)薄膜晶體管作前置放大，因此具有如下優(yōu)點(diǎn)1、提高了頻帶寬度、增益、信噪比和抗干擾能力；2、減小硅基PVDF-MOS換能器中擴(kuò)展柵電極帶來(lái)的寄生電容，提高靈敏度；3、實(shí)現(xiàn)了超聲換能器的柔性化，適合于任意形狀的探測(cè)物體，擴(kuò)大了應(yīng)用范 圍；4、采用廉價(jià)基底材料和簡(jiǎn)單制備工藝，降低制造成本，便于推廣應(yīng)用。
圖1為本實(shí)用新型的柔性集成化超聲換能器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的柔性集成化超聲換能器在結(jié)構(gòu)上由有機(jī)薄膜晶體管和壓電傳感器 集成而成。依次由基底1、二氧化硅隔離層2、源漏電極3、有機(jī)半導(dǎo)體薄膜層4、柵介 質(zhì)層5、柵電極層601、環(huán)氧樹脂薄膜層701、聚偏氟乙烯PVDF壓電薄膜層8、上電極層 602和環(huán)氧樹脂薄膜層702構(gòu)成。本實(shí)用新型柔性集成化超聲換能器的制備方法依下列步驟進(jìn)行(1)防潮隔離層的制備可采用磁控濺射在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性 基底上沉積二氧化硅(Si02)薄膜；(2)有機(jī)薄膜晶體管制備，其步驟包括步驟1 在基底上沉積金屬薄膜層形成薄膜晶體管的源、漏電極；步驟2:在具有源、漏電極的基片上沉積有機(jī)半導(dǎo)體薄膜層形成薄膜晶體管的 半導(dǎo)體活性層；步驟3:在半導(dǎo)體薄膜上沉積有機(jī)絕緣膜，形成柵介質(zhì)層；步驟4 用真空蒸發(fā)法在絕緣膜上制備金屬膜形成柵電極；(3)壓電傳感器的制備，其步驟為步驟1 在薄膜晶體管的柵電極上旋涂環(huán)氧樹脂膜，用于信號(hào)耦合；步驟2 在環(huán)氧樹脂膜上制備聚偏氟乙烯PVDF壓電薄膜；步驟3 采用真空蒸發(fā)法在壓電薄膜上制備金屬電極，形成上電極；步驟4:在上電極上沉積環(huán)氧樹脂膜，用于超聲耦合；經(jīng)檢測(cè)，實(shí)施樣品的典型 參數(shù)達(dá)到[0039] 帶寬dOOKHz ；有源增益》5dB ；輸出信號(hào)的信噪比與沒(méi)有薄膜晶體管的比對(duì) 壓電薄膜超聲換能器相比提高了 40dB;靈敏度沖mVPa;具有柔性可彎曲45度。
權(quán)利要求1.一種柔性集成化超聲換能器，其特征在于由有機(jī)薄膜晶體管和壓電傳感器集成 而成，具體是依次由基底、防潮隔離層、源漏電極、半導(dǎo)體薄膜層、柵介質(zhì)層、柵電極 層、電信號(hào)耦合層、壓電薄膜層、電極層和超聲耦合層構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其特征在于所述基底采用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇 酯(PET)；防潮隔離層為二氧化硅或氮化硅；源漏電極為鋁或銀；半導(dǎo)體薄膜層為有機(jī) 半導(dǎo)體材料；柵介質(zhì)層為有機(jī)絕緣材料；柵電極層為鋁或銀；電信號(hào)耦合層為環(huán)氧樹脂 薄膜層；壓電薄膜層為聚偏氟乙烯PVDF壓電薄膜；電極層為鋁或銀；超聲耦合層為環(huán) 氧樹脂薄膜。
專利摘要一種柔性集成化超聲換能器，由有機(jī)薄膜晶體管和壓電傳感器集成而成，具體是依次由基底、防潮隔離層、源漏電極、半導(dǎo)體薄膜層、柵介質(zhì)層、柵電極層、電信號(hào)耦合層、壓電薄膜層、電極層和超聲耦合層構(gòu)成。本實(shí)用新型為了便于制備二維柔性超聲換能器陣列，采用柔性PET作為基底，PET基底上沉積一層二氧化硅薄膜用于隔離濕汽；用PVDF薄膜作為超聲傳感器的壓電材料具有壓電性能好、低聲阻抗、與水和有機(jī)體具有良好的聲阻抗匹配，從而使靈敏度提高、頻帶變寬；PVDF薄膜的高柔順性為壓電傳感器集成提供良好的技術(shù)基礎(chǔ)。采用有機(jī)薄膜晶體管作為內(nèi)置信號(hào)放大，提高增益和信噪比，改善抗干擾能力。
文檔編號(hào)G10K9/122GK201804553SQ201020231298
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者劉玉榮, 姚若河, 韋崗 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)