《表1 敏感单元主要结构参数Tab.1 Main structural parameters of sensitive unit》

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《水下探测微电容超声波换能器线阵设计与封装》

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如图1所示，CMUT阵列属于多层复合结构，阵列由多组阵元规则排列构成，单个阵元又由较多基础元素敏感单元并行规则排列组成。敏感单元结构如图2所示，由上而下依次为金属铝上电极、SOI片的顶层硅制作的振动薄膜、氧化硅隔离层、氧化硅刻蚀得到的密闭真空腔体、氧化硅绝缘层、硅衬底及金属铝下电极构成。CMUT的工作模式离不开直流偏置电压，工作时需将直流偏置电压施加在上下电极，产生的静电力将薄膜垂直拉向下电极方向，但由于薄膜自身存在反向的回复力，薄膜很快停止运动，达到平衡状态。若此刻再次施加所需频率的交流激励电压，会使振动薄膜发生挠曲，辐射相应频率的超声波。若在平衡状态下，外界变化的声压作用在薄膜上，会使薄膜产生挠曲，进而改变空腔内电容量，产生微弱的电流信号，后经跨阻放大等处理，电路实现电压信号接收。综合大气压和水压下最大位移、塌陷电压、机电转化系数要求以及Si-SOI键合工艺条件，利用课题组Ansys有限元分析方法的研究[9-10]确定了表1所示的敏感单元结构参数。