2024.11.14.中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究团队发表研究文章 “ScAlN PMUTs Based on Flexurally Suspended Membrane for Long-Range Detection”，本研究介绍了一种基于弯曲悬浮膜的掺钪氮化铝(ScAlN)压电微机械超声换能器(PMUT)，用于远程检测。压电微机械超声换能器(PMUT)已广泛应用于距离传感应用。然而，微型机器人在复杂环境中的快速移动需要传感器具有更高的测距能力，因此增强PMUT感应距离至关重要。本研究提出了一种基于弯曲悬浮膜的掺钪氮化铝(ScAlN)PMUT。与传统的设计不同，PMUT包含凹槽，从而扩展了振动位移并提高了输出声压。实验结果表明，在78kHz的谐振频率下，单个PMUT在10mm的距离处产生112.2dB的声压级，并实现了12.3mV/Pa的高接收灵敏度。距离测试表明，当与能够同时发送和接收超声信号的设备一起使用时，配备喇叭的单个PMUT可以实现11.2m距离感应范围。这一成就对于利用超声波进行远距离目标检测的小型化和集成化应用具有重要意义。结构组成：由依次生长在SOI晶圆上的Mo/ScAlN/Au三层材料组成，采用弯曲悬浮膜结构，通过蚀刻四个凹槽来实现调制。结构优化：使用COMSOL Multiphysics软件对PMUT的尺寸进行优化，确定了最佳的凹槽数量、宽度和角度，选择了具有四个密封凹槽的设计。![]()
不同凹槽宽度(w)和角度(θ)对具有四个密封凹槽的PMUT声学特性的影响
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相对于硬币和传统超声换能器的设备尺寸
距离测试实验
文章链接
https://doi.org/10.3390/mi15111377Yao S, Shang W, Ta G, et al. ScAlN PMUTs Based on Flexurally Suspended Membrane for Long-Range Detection. Micromachines, 2024, 15(11): 1377.
https://doi.org/10.3390/mi14020374Pan J, Bai C, Zheng Q, et al. Review of piezoelectric micromachined ultrasonic transducers for rangefinders. Micromachines, 2023, 14(2): 374.
