用于声学换能器的电学调控方法和声学换能器及制造方法与流程

本公开涉及电子，特别是涉及一种用于声学换能器的电学调控方法、声学换能器及其制造方法。

背景技术：

1、声学换能器可以实现声-电转换和电-声转换，基于微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)技术的薄膜式压电声学换能器因其压电薄膜结构设计，具有高灵敏度、低功耗以及小型化等优点，逐步受到研究者的重视，结合日益发展的人工智能技术将是未来声学传感器的一个重点研究方向。

技术实现思路

1、提供一种缓解、减轻或者甚至消除上述问题中的一个或多个的机制将是有利的。

2、根据本公开的一方面，提供了一种用于声学换能器的电学调控方法，声学换能器包括薄膜结构，薄膜结构包括底电极、设置于底电极上的第一压电层以及设置于第一压电层上的第一电极层，第一电极层包括第一中心电极和与第一中心电极电学隔离的第一边缘电极，方法包括：在声学换能器作为声学传感器操作时，通过第一中心电极和第一边缘电极中的第一者采集借助于第一压电层的压电效应产生的第一感测电信号，或者在声学换能器作为声学致动器操作时，向第一者施加第一控制电信号，以借助于第一者与底电极之间的电场和第一压电层的逆压电效应，向薄膜结构施加第一作用力；以及向第一中心电极和第一边缘电极中的第二者施加第一调节电信号，以借助于第二者与底电极之间的电场和第一压电层的逆压电效应，向薄膜结构施加第二作用力，其中，在声学换能器作为声学传感器操作时，第二作用力调节薄膜结构在外部声压下的形变，并且其中，在声学换能器作为声学致动器操作时，第二作用力调节薄膜结构在第一作用力下的形变。

3、根据本公开的一方面，提供了一种声学换能器，底电极；第一压电层，设置于底电极上；以及第一电极层，设置于第一压电层上，第一电极层包括第一中心电极和与第一中心电极电学隔离的第一边缘电极，第一中心电极位于薄膜结构的中心区域，第一边缘电极位于薄膜结构的除中心区域之外的外围区域，第一边缘电极包括相互间隔开的多个第一边缘电极块，其中，第一中心电极和第一边缘电极中的第一者被配置为：i)在声学换能器作为声学传感器操作时，采集借助于第一压电层的压电效应产生的第一感测电信号；或者ii)在声学换能器作为声学致动器操作时，施加有第一控制电信号，以借助于第一者与底电极之间的电场和第一压电层的逆压电效应，向薄膜结构施加第一作用力，并且其中，第一中心电极和第一边缘电极中的第二者被配置为：施加有第一调节电信号，以借助于第二者与底电极之间的电场和第一压电层的逆压电效应，向薄膜结构施加第二作用力，其中，在声学换能器作为声学传感器操作时，第二作用力调节薄膜结构在外部声压下的形变，并且在声学换能器作为声学致动器操作时，第二作用力调节薄膜结构在第一作用力下的形变。

4、根据本公开的另一方面，提供了制造声学换能器的方法，包括：提供衬底；在衬底上依次形成彼此堆叠的底电极、第一压电层以及第一电极层，以得到薄膜结构，第一电极层包括第一中心电极和与第一中心电极电学隔离的第一边缘电极，第一中心电极位于薄膜结构的中心区域，第一边缘电极位于薄膜结构的除中心区域之外的外围区域，第一边缘电极包括相互间隔开的多个第一边缘电极块，其中，第一中心电极和第一边缘电极中的第一者被配置为：i)在声学换能器作为声学传感器操作时，采集借助于第一压电层的压电效应产生的第一感测电信号；或者ii)在声学换能器作为声学致动器操作时，施加有第一控制电信号，以借助于第一者与底电极之间的电场和第一压电层的逆压电效应，向薄膜结构施加第一作用力，并且其中，第一中心电极和第一边缘电极中的第二者被配置为施加有第一调节电信号，以借助于第二者与底电极之间的电场和第一压电层的逆压电效应，向薄膜结构施加第二作用力，其中，在声学换能器作为声学传感器操作时，第二作用力调节薄膜结构在外部声压下的形变，并且在声学换能器作为声学致动器操作时，第二作用力调节薄膜结构在第一作用力下的形变。

5、根据在下文中所描述的实施例，本公开的这些和其它方面将是清楚明白的，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。

技术特征：

1.一种用于声学换能器的电学调控方法，所述声学换能器包括薄膜结构，所述薄膜结构包括底电极、设置于所述底电极上的第一压电层以及设置于所述第一压电层上的第一电极层，所述第一电极层包括第一中心电极和与所述第一中心电极电学隔离的第一边缘电极，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述底电极为整片结构。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述底电极包括中心底电极和与所述中心底电极电学隔离的边缘底电极，所述中心底电极位于所述薄膜结构的所述中心区域，所述边缘底电极位于所述薄膜结构的所述外围区域，所述边缘底电极包括相互间隔开的多个边缘底电极块，

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述声学换能器还包括至少一个附加压电层和至少一个附加电极层，所述至少一个附加压电层和所述至少一个附加电极层位于所述第一电极层的上方并且在背离所述第一电极层的方向上交替堆叠，所述至少一个附加电极层中的至少一者包括附加中心电极和与所述附加中心电极电学隔离的附加边缘电极，所述附加中心电极位于所述薄膜结构的所述中心区域，所述附加边缘电极位于所述薄膜结构的所述外围区域，所述附加边缘电极包括相互间隔开的多个附加边缘电极块。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述多个第一边缘电极块具有相同的几何参数。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述多个第一边缘电极块中至少两个第一边缘电极块具有彼此不同的几何参数。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述第二作用力使得所述薄膜结构相对于基线状态产生受控形变以约束所述薄膜结构在所述外部声压或所述第一作用力下的形变的幅度和/或方向，其中，所述基线状态是所述薄膜结构在所述声学换能器处于非操作状态下的状态。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述受控形变包括以下中的一者：所述薄膜结构上凸、所述薄膜结构下凹、所述薄膜结构的第一区域上凸并且所述薄膜结构的第二区域下凹。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述声学换能器还包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述声学换能器还包括：

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述声学换能器还包括：

12.一种声学换能器，包括薄膜结构，所述薄膜结构包括：

13.根据权利要求12所述的声学换能器，其中，所述底电极为整片结构。

14.根据权利要求12所述的声学换能器，其中，所述底电极包括中心底电极和与所述中心底电极电学隔离的边缘底电极，所述中心底电极位于所述薄膜结构的所述中心区域，所述边缘底电极位于所述薄膜结构的所述外围区域，所述边缘底电极包括相互间隔开的多个边缘底电极块，

15.根据权利要求12-14中任一项所述的声学换能器，还包括至少一个附加压电层和至少一个附加电极层，所述至少一个附加压电层和所述至少一个附加电极层位于所述第一电极层的上方并且在背离所述第一电极层的方向上交替堆叠，所述至少一个附加电极层中的至少一者包括附加中心电极和与所述附加中心电极电学隔离的附加边缘电极，所述附加中心电极位于所述薄膜结构的所述中心区域，所述附加边缘电极位于所述薄膜结构的所述外围区域，所述附加边缘电极包括相互间隔开的多个附加边缘电极块。

16.根据权利要求12-14中任一项所述的声学换能器，其中，所述多个第一边缘电极块具有相同的几何参数。

17.根据权利要求12-14中任一项所述的声学换能器，其中，所述多个第一边缘电极块中至少两个第一边缘电极块具有彼此不同的几何参数。

18.根据权利要求12-14中任一项所述的声学换能器，其中，所述第二作用力使得所述薄膜结构相对于基线状态产生受控形变以约束所述薄膜结构在所述外部声压或所述第一作用力下的形变的幅度和/或方向，其中，所述基线状态是所述薄膜结构在所述声学换能器处于非操作状态下的状态。

19.根据权利要求18所述的声学换能器，其中，所述受控形变包括以下中的一者：所述薄膜结构上凸、所述薄膜结构下凹、所述薄膜结构的第一区域上凸并且所述薄膜结构的第二区域下凹。

20.根据权利要求12-14中任一项所述的声学换能器，还包括：

21.根据权利要求20所述的声学换能器，还包括：

22.根据权利要求20所述的声学换能器，还包括：

23.一种制造声学换能器的方法，包括：

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述底电极为整片结构。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述底电极包括中心底电极和与所述中心底电极电学隔离的边缘底电极，所述中心底电极位于所述薄膜结构的所述中心区域，所述边缘底电极位于所述薄膜结构的所述外围区域，所述边缘底电极包括相互间隔开的多个边缘底电极块，

26.根据权利要求23-25中任一项所述的方法，还包括：

27.根据权利要求23-25中任一项所述的方法，还包括：

技术总结
提供了一种用于声学换能器的电学调控方法、声学换能器及其制造方法。声学换能器包括薄膜结构，薄膜结构包括底电极、设置于底电极上的第一压电层以及设置于第一压电层上的第一电极层，方法包括：在声学换能器作为声学传感器操作时，通过第一中心电极和第一边缘电极中的第一者采集借助于第一压电层的压电效应产生的第一感测电信号，或者在声学换能器作为声学致动器操作时，向第一者施加第一控制电信号，向薄膜结构施加第一作用力；以及向第一中心电极和第一边缘电极中的第二者施加第一调节电信号，向薄膜结构施加第二作用力。

技术研发人员：易拥洁,曾怀望
受保护的技术使用者：联合微电子中心有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15