本技術(shu)屬(shu)于(yu)mems傳感(gan)芯片，尤其涉(she)及(ji)一種mems超聲傳感(gan)器件(jian)、制(zhi)備方法及(ji)傳感(gan)設備。

背景技術：

1、mems超聲(sheng)傳感(gan)芯片工作(zuo)原理分為(wei)彎曲振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)模式和(he)(he)厚度(du)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)模式，其中(zhong)彎曲振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)模式是(shi)基于(yu)橫向壓(ya)電(dian)(dian)系數d31使得薄(bo)膜(mo)發生(sheng)平面外向上/下(xia)彎曲，帶動(dong)周(zhou)圍介質發生(sheng)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)，振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)透過周(zhou)圍介質粒子傳播，形成聲(sheng)波。在彎曲振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)模式下(xia)，器(qi)(qi)件(jian)工作(zuo)頻率(lv)較低，處于(yu)音頻和(he)(he)超聲(sheng)頻域，振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)幅度(du)較大。通(tong)常(chang)在音頻域被用(yong)作(zuo)為(wei)智(zhi)能(neng)手機(ji)和(he)(he)可(ke)穿戴設(she)備中(zhong)的微(wei)(wei)型麥克風和(he)(he)揚聲(sheng)器(qi)(qi)等(deng)。工作(zuo)在超聲(sheng)域的彎曲振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)模式器(qi)(qi)件(jian)被稱為(wei)微(wei)(wei)型壓(ya)電(dian)(dian)超聲(sheng)換能(neng)器(qi)(qi)(piezoelectricmicromachined?ultrasonic?transducers，pmuts)。鑒于(yu)超聲(sheng)波具有(you)方(fang)向性強，穿透能(neng)力高等(deng)優(you)點，被廣(guang)泛應(ying)用(yong)到短(duan)距離(li)傳感(gan)、無(wu)損(sun)測試(shi)、人機(ji)交互、流(liu)速傳感(gan)、目(mu)標識(shi)別及指紋識(shi)別等(deng)領域。目(mu)前pmut常(chang)用(yong)的薄(bo)膜(mo)壓(ya)電(dian)(dian)材料有(you)氧化鋅(zno)，鋯(gao)鈦(tai)酸鉛壓(ya)電(dian)(dian)陶瓷(pzt)和(he)(he)氮化鋁(aln)。

2、縱(zong)(zong)向振動模式壓電(dian)聲(sheng)(sheng)波(bo)器(qi)件是基于縱(zong)(zong)向壓電(dian)系數d33使得(de)薄(bo)膜在厚度(du)(du)方向產(chan)生(sheng)一定的(de)形變，在薄(bo)膜體內產(chan)生(sheng)縱(zong)(zong)波(bo)，其(qi)(qi)諧振工作頻率主要由(you)薄(bo)膜壓電(dian)材(cai)料及其(qi)(qi)厚度(du)(du)決(jue)定，目前縱(zong)(zong)向振動常(chang)用的(de)薄(bo)膜壓電(dian)材(cai)料有氧化鋅(zno)，鋯鈦酸鉛壓電(dian)陶瓷(pzt)、聚偏二氟乙烯(xi)(pvdf)和氮(dan)化鋁(lv)(aln)等(deng)。目前，如何提高mems超聲(sheng)(sheng)傳感芯(xin)片的(de)發射(she)、接收(shou)靈敏度(du)(du)是亟(ji)待解決(jue)的(de)技術問題。

技術實現思路

1、本(ben)技(ji)(ji)術(shu)旨在至(zhi)少解決現有技(ji)(ji)術(shu)中存(cun)在的(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)問題之一。為此(ci)，本(ben)技(ji)(ji)術(shu)提(ti)出(chu)一種mems超(chao)聲傳(chuan)(chuan)感器件(jian)、制備方(fang)法及傳(chuan)(chuan)感設備，通過在壓電振(zhen)動層的(de)(de)前側(ce)增加了諧振(zhen)腔，讓超(chao)聲傳(chuan)(chuan)感芯(xin)(xin)片的(de)(de)接收聲信號或者發射(she)的(de)(de)聲信號在諧振(zhen)腔內形成共振(zhen)，增大了超(chao)聲傳(chuan)(chuan)感芯(xin)(xin)片的(de)(de)發射(she)、接收靈敏度(du)。

2、第一方面，本技術提供(gong)了一種mems超聲傳(chuan)感器(qi)件(jian)，包括：

3、基底，形成有第一(yi)腔(qiang)和暴露第一(yi)腔(qiang)的第一(yi)開口；

4、壓(ya)電振動(dong)層，設于基底上，且(qie)覆蓋第一開口(kou)；

5、鈍化層(ceng)，設于基底上，且環繞壓電振動層(ceng)布置；

6、諧振(zhen)(zhen)結構，設(she)于鈍化層(ceng)遠離基底的(de)(de)一側，諧振(zhen)(zhen)結構形成有第(di)二(er)(er)腔(qiang)、暴露(lu)第(di)二(er)(er)腔(qiang)的(de)(de)第(di)二(er)(er)開(kai)口(kou)和(he)(he)暴露(lu)第(di)二(er)(er)腔(qiang)的(de)(de)第(di)三(san)開(kai)口(kou)，第(di)二(er)(er)開(kai)口(kou)和(he)(he)第(di)三(san)開(kai)口(kou)位(wei)于第(di)二(er)(er)腔(qiang)相對的(de)(de)兩(liang)側，第(di)二(er)(er)開(kai)口(kou)朝向鈍化層(ceng)布置，且暴露(lu)壓電振(zhen)(zhen)動(dong)層(ceng)，第(di)二(er)(er)腔(qiang)和(he)(he)第(di)三(san)開(kai)口(kou)共同作(zuo)用下的(de)(de)諧振(zhen)(zhen)頻率(lv)等于壓電振(zhen)(zhen)動(dong)層(ceng)的(de)(de)諧振(zhen)(zhen)頻率(lv)。

7、根據本(ben)技術(shu)的(de)(de)(de)mems超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)傳感器件，在壓(ya)電振(zhen)(zhen)動(dong)層的(de)(de)(de)前側增(zeng)加了諧(xie)振(zhen)(zhen)腔(qiang)，等效(xiao)于在傳統超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)傳感芯片(pian)的(de)(de)(de)基(ji)礎上增(zeng)加了代表諧(xie)振(zhen)(zhen)腔(qiang)的(de)(de)(de)等效(xiao)聲(sheng)(sheng)(sheng)容和(he)聲(sheng)(sheng)(sheng)質量，讓(rang)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)傳感芯片(pian)的(de)(de)(de)接收聲(sheng)(sheng)(sheng)信(xin)號或者(zhe)發射的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)信(xin)號在諧(xie)振(zhen)(zhen)腔(qiang)內(nei)形成共振(zhen)(zhen)，從而增(zeng)大超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)傳感芯片(pian)處的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)/往外(wai)發射的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)，即增(zeng)大了超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)傳感芯片(pian)的(de)(de)(de)發射、接收靈敏度。

8、根據本(ben)技術的(de)(de)一個實施例，第(di)(di)二(er)開(kai)(kai)口(kou)(kou)和第(di)(di)三開(kai)(kai)口(kou)(kou)同軸布置(zhi)，第(di)(di)二(er)開(kai)(kai)口(kou)(kou)的(de)(de)開(kai)(kai)口(kou)(kou)面(mian)積大(da)于第(di)(di)三開(kai)(kai)口(kou)(kou)的(de)(de)開(kai)(kai)口(kou)(kou)面(mian)積。

9、根據本技術(shu)的一個實施(shi)例，在沿(yan)第一方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)的截面上(shang)(shang)，壓電振動層中(zhong)靠近第二(er)開(kai)口的電極層在第二(er)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)上(shang)(shang)的寬度(du)為第二(er)開(kai)口在第二(er)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)上(shang)(shang)的寬度(du)的50％～90％；

10、其中(zhong)，第(di)一方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)為mems超聲傳感器件(jian)層疊方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)，第(di)二方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)與第(di)一方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)垂直。

11、根據本技術的一(yi)個(ge)實施例，在截面(mian)上(shang)，第二腔的截面(mian)形(xing)狀呈矩形(xing)。

12、根(gen)據本技(ji)術的一個實施例，諧振結(jie)構的材料為玻璃。

13、根(gen)據本技(ji)術的(de)一個(ge)實施例，第一腔的(de)諧振頻(pin)率(lv)等于壓電振動層的(de)諧振頻(pin)率(lv)。

14、根據本技術(shu)的一個實(shi)施例，mems超聲傳感(gan)器件還包括：

15、導(dao)電(dian)(dian)件，穿(chuan)設于鈍(dun)化層(ceng)和(he)基底，導(dao)電(dian)(dian)件的第一(yi)端與壓電(dian)(dian)振動層(ceng)電(dian)(dian)性連接，導(dao)電(dian)(dian)件的第二端暴露于基底遠離壓電(dian)(dian)振動層(ceng)的一(yi)側。

16、根據(ju)本技術的(de)一個(ge)實(shi)施例，導電件的(de)第二端設(she)有(you)焊球。

17、根(gen)據(ju)本技術的(de)一(yi)個(ge)實施例，導(dao)電件包括：

18、第(di)一導電件，形(xing)成于鈍化(hua)層(ceng)內，且與壓電振動層(ceng)電性連接；

19、第二(er)導電(dian)(dian)(dian)(dian)件，沿平行于mems超聲傳感器件的膜層堆疊方向(xiang)穿設于鈍化層和基底，且與第一(yi)(yi)導電(dian)(dian)(dian)(dian)件電(dian)(dian)(dian)(dian)性連(lian)接，第二(er)導電(dian)(dian)(dian)(dian)件的一(yi)(yi)端暴露于基底遠(yuan)離壓電(dian)(dian)(dian)(dian)振動(dong)層的一(yi)(yi)側。

20、根據本技術的一(yi)個實施例(li)，鈍化層設(she)(she)有第(di)(di)(di)一(yi)tsv穿(chuan)(chuan)孔(kong)，基底設(she)(she)有第(di)(di)(di)二(er)tsv穿(chuan)(chuan)孔(kong)，第(di)(di)(di)一(yi)tsv穿(chuan)(chuan)孔(kong)和(he)第(di)(di)(di)二(er)tsv穿(chuan)(chuan)孔(kong)同軸布置，第(di)(di)(di)二(er)導電(dian)件設(she)(she)于第(di)(di)(di)一(yi)tsv穿(chuan)(chuan)孔(kong)和(he)第(di)(di)(di)二(er)tsv穿(chuan)(chuan)孔(kong)內。

21、根(gen)據本技術(shu)的(de)一(yi)(yi)個(ge)實施例，第(di)二導電(dian)件包(bao)括位于(yu)第(di)一(yi)(yi)tsv穿孔內的(de)第(di)一(yi)(yi)部(bu)分(fen)和位于(yu)第(di)二tsv穿孔內的(de)第(di)二部(bu)分(fen)，第(di)一(yi)(yi)部(bu)分(fen)和第(di)二部(bu)分(fen)一(yi)(yi)體成型。

22、第二(er)方面(mian)，本技術提供了一種mems超聲傳(chuan)感器(qi)件的(de)制備(bei)方法，包括：

23、在第一基(ji)底上形成(cheng)壓(ya)電振動(dong)層；

24、在第一基底上形成圍(wei)繞壓電振動層(ceng)的鈍化層(ceng)；

25、在第一(yi)基(ji)底遠離壓電振動層的一(yi)側形成(cheng)第一(yi)腔，壓電振動層暴露于第一(yi)腔；

26、在(zai)鈍(dun)化(hua)層(ceng)遠離(li)第(di)一基(ji)底的一側形成(cheng)諧振(zhen)結(jie)構，諧振(zhen)結(jie)構形成(cheng)有第(di)二(er)腔(qiang)(qiang)(qiang)、暴露第(di)二(er)腔(qiang)(qiang)(qiang)的第(di)二(er)開(kai)口(kou)和暴露第(di)二(er)腔(qiang)(qiang)(qiang)的第(di)三(san)開(kai)口(kou)，第(di)二(er)開(kai)口(kou)和第(di)三(san)開(kai)口(kou)位于第(di)二(er)腔(qiang)(qiang)(qiang)相對的兩側，第(di)二(er)開(kai)口(kou)朝(chao)向鈍(dun)化(hua)層(ceng)布(bu)置，且暴露壓電振(zhen)動(dong)層(ceng)。

27、根據本技術的(de)mems超(chao)聲(sheng)(sheng)傳感(gan)(gan)器件的(de)制(zhi)備方法，在壓電振(zhen)動層的(de)前側增(zeng)加(jia)了諧(xie)振(zhen)腔，等效(xiao)于(yu)在傳統(tong)超(chao)聲(sheng)(sheng)傳感(gan)(gan)芯片的(de)基礎上(shang)增(zeng)加(jia)了代表(biao)諧(xie)振(zhen)腔的(de)等效(xiao)聲(sheng)(sheng)容(rong)和聲(sheng)(sheng)質(zhi)量，讓超(chao)聲(sheng)(sheng)傳感(gan)(gan)芯片的(de)接收聲(sheng)(sheng)信(xin)號或者(zhe)發射(she)的(de)聲(sheng)(sheng)信(xin)號在諧(xie)振(zhen)腔內形成共振(zhen)，從而(er)增(zeng)大超(chao)聲(sheng)(sheng)傳感(gan)(gan)芯片處的(de)聲(sheng)(sheng)壓/往(wang)外發射(she)的(de)聲(sheng)(sheng)壓，即增(zeng)大了超(chao)聲(sheng)(sheng)傳感(gan)(gan)芯片的(de)發射(she)、接收靈敏度。

28、根據本(ben)技術(shu)的(de)一個(ge)實施(shi)例，在第一基底上形成(cheng)圍繞壓電振動層的(de)鈍(dun)化層之后，還(huan)包括：

29、在鈍化層內形成第(di)一導電件(jian)；

30、在第(di)一(yi)基(ji)底遠離壓電振動層的(de)一(yi)側進行(xing)刻蝕出(chu)第(di)一(yi)通孔(kong)，第(di)一(yi)通孔(kong)穿(chuan)過第(di)一(yi)基(ji)底和鈍化層，且暴(bao)露(lu)第(di)一(yi)導電件；

31、在第一通孔內形成第二導(dao)電(dian)件。

32、根據本技術的一個實施例，鈍化層內形成第一導電件(jian)，包括：

33、在鈍化層形成第(di)(di)二通(tong)(tong)孔和(he)第(di)(di)三(san)通(tong)(tong)孔，第(di)(di)二通(tong)(tong)孔暴露壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)振動層的(de)下電(dian)(dian)(dian)極，第(di)(di)三(san)通(tong)(tong)孔暴露壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)振動層的(de)上電(dian)(dian)(dian)極；

34、在第二通(tong)(tong)孔形(xing)成第一導(dao)電(dian)部，在第三通(tong)(tong)孔內形(xing)成第二導(dao)電(dian)部；

35、在鈍化層遠(yuan)離(li)第(di)(di)(di)一(yi)基底的(de)一(yi)側形成(cheng)第(di)(di)(di)三導(dao)電(dian)(dian)部和(he)第(di)(di)(di)四導(dao)電(dian)(dian)部，第(di)(di)(di)三導(dao)電(dian)(dian)部和(he)第(di)(di)(di)一(yi)導(dao)電(dian)(dian)部電(dian)(dian)性(xing)連接(jie)，第(di)(di)(di)四導(dao)電(dian)(dian)部和(he)第(di)(di)(di)二導(dao)電(dian)(dian)部電(dian)(dian)性(xing)連接(jie)，以形成(cheng)第(di)(di)(di)一(yi)導(dao)電(dian)(dian)件；

36、在(zai)第(di)三導電部和第(di)四導電部遠離鈍化層一側形成絕緣層；

37、去除壓(ya)電振動層遠離第一基底(di)一側，且(qie)位(wei)于(yu)第二通孔和第三通孔之間部分的鈍化(hua)層。

38、根據本(ben)技術的(de)(de)一個實施(shi)例，在第(di)一基(ji)底遠離壓電振動層的(de)(de)一側形成第(di)一腔，包括：

39、在第(di)一基底遠離壓電振(zhen)動(dong)層的一側形成暴露(lu)壓電振(zhen)動(dong)層的鏤空(kong)結構；

40、在(zai)第(di)一基底遠(yuan)離壓電振動(dong)層的一側設(she)置覆蓋鏤空(kong)結(jie)構(gou)的第(di)二基底，使鏤空(kong)結(jie)構(gou)形成(cheng)第(di)一腔。

41、第三方面，本技術(shu)提供了一種傳(chuan)感(gan)設備(bei)，傳(chuan)感(gan)設備(bei)包括根據前述的(de)mems超聲傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)件(jian)，或(huo)者包括根據前述的(de)制備(bei)方法所制備(bei)的(de)mems超聲傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)件(jian)。

42、根(gen)據本技(ji)術的傳(chuan)感設(she)備，采用(yong)的mems超(chao)聲傳(chuan)感器件帶有(you)與壓電振(zhen)(zhen)動層的諧振(zhen)(zhen)頻率相(xiang)同的諧振(zhen)(zhen)腔，發射、接收靈敏度高，提高了傳(chuan)感設(she)備的性能(neng)。

43、本技術的附加方面和(he)優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變(bian)得明顯，或通過本技術的實踐了解(jie)到(dao)。