[浏览：2901 ] [更新时间：2021-08-19 09:18]
电容式微加工超声传感器(cMUT)
一、基本原理
电容式微加工超声传感器(cMUT)实际是一个微型化的平板电容，底部极板固定，项部极板可以发生振动。其工作原理是当在薄膜和硅基体之间即两电极之间施加直流电压时，静电力将薄膜拉向基体，而薄膜内残余的张力则抵制这种拉力。如果在两极间施加与其机械共振频率相同的交流电压，薄膜就会发生较大位移并产生大量的超声波；相反，两极间施加适当的直流偏置电压后，如果薄膜受到超声波作用，就会产生大量的可测电流，从而实现超声波的接收和检测。
二、发展历程
1937年H·Sell首次提出可以通过在薄膜和金属平扳间增加密封空气层来制作静电式超声传感器。用于超声波空气传播的电容式传感器则可以追溯到20世纪50年代，最早的浸入式电容传感器出现于1979年。1989年NEC公司的研究人员提出在硅底板上腐蚀出角锥形空腔来制作静电式硅超声传感器，已经具备了cMUT的雏形。
1996年，斯坦福大学的E.L.Ginzton实验室在B.T.Khuri.Yakub教授的领导下，开始了对cMUT系统和深入的研究。他们已经成功制作了多种尺寸，可工作于不同频率范围和不同介质中的cMUT单元及阵列，并通过性能测试证明其机电特性良好、灵敏度高，完全可以替代传统的压电传感器用于无损检测和医学成像等领域。2000年，意大利、英国和美国的多个研究小组也开始了这方面的研究。据报道的研究结果显示，cMUT在带宽、动态范围、机电耦合系数及产生的声波压力等方面达到或超过传统的超声传感器。最新的浸入式cMUT实验测得的藕合系数为0.85，带宽为175％，目前，Sensant公司(已被Siemens收购)已将cMUT器件商品化，这必将促进cMUT在更多方面得到更加广泛的应用，并推动相关技术日臻完善。
三、特点
由于cMUT的超声发射源是一层很薄的薄膜，能够实现与工作介质声的阻抗匹配，从而克服了压电传感器阻抗失配的缺陷；利用表面微加工技术制作的cMUT易于形成成高密度的阵列，并与电子元器件集成于同一硅片上。除此以外，它还具有大带宽、高灵敏度、体积小、低噪声、工作温度范围大等诸多优点。
