本发明涉及超声换能器的制备技术领域，具体为一种基于硅基透镜的钪掺杂aln高频超声换能器的制备方法。
背景技术：
高频超声在高分辨超声显微成像、细胞研究、生物组织工程等领域具有广阔的应用前景。高频超声的应用往往依赖于高的工作频率和聚焦程度以期获得窄的声束宽度和空间分辨率。超声换能器作为超声波激发和接收的载体，高性能的高频超声换能器显得尤为重要。声学镊子，是以声音作为镊子的系统，可以无接触的对单个细胞或纳米大小的颗粒进行操控，在生物组织工程、细胞研究和药物筛选等应用领域具有广阔的前景。传统的换能器制备工艺把压电陶瓷或者单晶通过研磨工艺加工至微米量级以满足频率需求，该方法困难而耗费。为了解决这个问题，本发明采用了压电薄膜技术，并相应选用钪掺杂氮化铝作为压电材料。传统声透镜使用氧化铝材料，使用机械研磨方法制作。随着换能器的工作频率提高，对透镜的小半径和高度球状的要求更为严格。随着透镜半径的减小，传统研磨方法制作工艺变得非常困难。与氧化铝透镜相比，硅材料可以不使用机械方法，使用刻蚀的方法制作小尺寸透镜，其优点如下：1.用mems光刻和刻蚀技术制作的透镜均一性好。2.对于复杂换能器结构，使在硅基透镜上制作多层透镜成为可能。3.硅晶比氧化铝晶体便宜。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于硅基透镜的钪掺杂aln高频超声换能器的制备方法，该基于硅基透镜的钪掺杂aln高频超声换能器的制备方法具体步骤如下：
s1：硅基透镜的制作，结合mems技术，干法和湿法腐蚀，制作过程包括硬质掩膜的制备，光刻，离子反应刻蚀，hna刻蚀，掩膜层的移除完成硅基透镜的制作；
s2：底部电极的制作，在透镜底部溅射底部电极，在底部电极上用射频溅射沉积理想厚度钪掺杂氮化铝作为压电材料；
s3：顶部电极的制作，在压电材料底部电极相反一侧通过结合剥离工艺和溅射技术沉积一定形状的顶部电极；
s4：顶部电极、底部电极与sma接口连线，切割机切割阵元晶片至指定大小，用导线完成顶部电极、底部电极与sma接口连线，最后将器件装入提供射频屏蔽的黄铜导管内。
优选的，所述透镜材料选用硅。
优选的，所述透镜制备过程使用了mems光刻和刻蚀技术，声透镜具有高度球状和较小的表面粗糙。
优选的，所述湿法腐蚀刻蚀硅的溶剂为hna溶液，其由体积浓度20％hf，体积浓度35％的hno3和体积浓度55％的ch3cooh组成
优选的，所述压电材料为钪掺杂的氮化铝。
优选的，所述压电材料采用射频溅射的方法，得到微米级厚度的压电层。
优选的，所述换能器底部电极偏向器件一侧，没有完全被压电薄膜覆盖。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中，透镜材料选用硅，相比于传统蓝宝石透镜使用的传统的研磨技术，硅基透镜可以使用非机械的刻蚀技术，对于高级换能器结构，使在硅基透镜上制作多层透镜成为可能，并且硅晶体比蓝宝石晶体成本更低。透镜制备过程使用了mems光刻和刻蚀技术，使制作的微小的声透镜具有高度球状和较小的表面粗糙成为可能，并且可以制作一批一致性良好的透镜。压电材料为钪掺杂的氮化铝，提高了压电性能，同时避免压电材料与mems工艺的兼容性问题。压电材料采用射频溅射的方法，得到微米级厚度的压电层，使该方法制作的超声换能器频率突破传统换能器的频率限制成为可能，降低了超高频换能器的制备难度。换能器底部电极通过导线直接与sma接口中心相连，顶部电极通过导电胶引出，再通过导线与sma接口侧壁相连，减小了电连接复杂度。
附图说明
图1为本发明提出的一种硅基透镜的制备流程示意图；
图2为本发明提出的一种基于硅基透镜的钪掺杂aln高频超声换能器的制备过程的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种基于硅基透镜的钪掺杂aln高频超声换能器的制备方法，该基于硅基透镜的钪掺杂aln高频超声换能器的制备方法具体步骤如下：
s1：硅基透镜的制作，结合mems技术，干法和湿法腐蚀，制作过程包括硬质掩膜的制备，光刻，离子反应刻蚀，hna刻蚀，掩膜层的移除完成硅基透镜的制作；
s2：底部电极的制作，在透镜底部溅射底部电极，在底部电极上用射频溅射沉积理想厚度钪掺杂氮化铝作为压电材料；
s3：顶部电极的制作，在压电材料底部电极相反一侧通过结合剥离工艺和溅射技术沉积一定形状的顶部电极；
s4：顶部电极、底部电极与sma接口连线，切割机切割阵元晶片至指定大小，用导线完成顶部电极、底部电极与sma接口连线，最后将器件装入提供射频屏蔽的黄铜导管内。
具体的，所述透镜材料选用硅，相比于传统氧化铝透镜使用的传统研磨技术，硅基透镜可以使用非机械的刻蚀技术，对于高级换能器结构，使在硅基透镜上制作多层透镜成为可能，并且硅晶体比氧化铝晶体成本更低。
具体的，所述透镜制备过程使用了mems光刻和刻蚀技术，使制作的微小的声透镜具有高度球状和较小的表面粗糙成为可能，并且可以制作一批一致性良好的透镜。
具体的，所述湿法腐蚀刻蚀硅的溶剂为hna溶液，其由体积浓度20％hf，体积浓度35％的hno3和体积浓度55％的ch3cooh组成。
具体的，所述压电材料为钪掺杂的氮化铝，提高了压电性能，同时避免压电材料与mems工艺的兼容性问题。
具体的，所述压电材料采用射频溅射的方法，得到微米级厚度的压电层，使该方法制作的超声换能器频率突破传统换能器的频率限制，达到100mhz以上工作频率成为可能，降低了超高频换能器的制备难度。
具体的，所述换能器底部电极偏向器件一侧，没有完全被压电薄膜覆盖，可以直接通过导线与sma接口侧壁相连，减小了电连接复杂度。
参照图1，一种硅基透镜制备过程：1μm低应力氮化硅(sinx)层沉淀在一个双面抛光(100)硅晶片(500μm厚)，通过低压化学真空沉淀，作为硅的hna刻蚀的硬质掩膜。硬质掩膜用来保护硅晶片不该被hna刻蚀剂化学侵蚀的区域。要注意在刻蚀区域低应力氮化硅需要避免掩膜被破坏。然后通过光刻技术和刻蚀，晶片被制成图案来开放所需区域。接下来，使用离子反应刻蚀(rie)氮化硅被有选择性的刻蚀掉。一旦暴露的氮化硅被刻蚀，丙酮被用来移除剩余的光刻胶。随后，晶片被浸入hna溶剂来形成硅透镜结构。最后的步骤是通过rie来移除剩余的氮化硅掩膜。
参照图2，一种基于硅基透镜的钪掺杂aln高频超声换能器的制备过程：第一，cr/au
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。