基于SOI的压电薄膜式水听器

发布时间：2021-08-27 23:38

　　针对目前压阻式水听器在工作时需要外加电源、对温度敏感以及制造过程复杂的问题,提出了一种以AlN为压电材料的压电薄膜式水听器。该水听器由带有上下电极的压电薄膜以及绝缘体上硅（SOI）衬底组成。根据理论计算和有限元仿真分析对水听器的结构参数进行了优化以满足其对水下低频声信号的探测需求,并对所设计的水听器进行了微纳尺度下的一体化加工。对所制造的水听器进行了形貌测试,并用激光多普勒测振仪测试了水听器的谐振频率,实验测得的谐振频率为0.516 MHz,与理论计算值0.531 MHz非常接近,验证了理论分析的正确性,为压电水听器的研究与应用提供了一定的参考价值。 

【文章来源】：微纳电子技术. 2020,57(10)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

压电薄膜式水听器结构图

式（4）表明压电薄膜式水听器的谐振频率与振动薄膜半径的平方呈反比，图2为水听器谐振频率与振动薄膜半径的关系图，当振动薄膜半径为200μm时，水听器谐振频率为0.531 MHz，可以满足水听器的带宽要求。2.2 SOI器件硅层厚度的优化

图3为在振动薄膜施加100 Pa声压时的薄膜表面应力分布云图，可以看出应力主要集中于振动薄膜的中心处，压电效应所感应出的电荷也主要分布在压电层的中心处，如果上电极覆盖整个振动薄膜，水听器的输出电荷就会减少。从应力云图中可以看出优化的上电极的半径应为振动薄膜半径的65%。2.4 AlN压电层厚度的优化

【参考文献】：
期刊论文
[1]一种压电式MEMS矢量水听器设计[J]. 刘林仙,王朝阳,马奎.  测试技术学报. 2019(06)



本文编号：3367329