CN101646116A - 一种电极串联式硅微压电传声器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电极串联式硅微压电传声器及制备，该硅微压电传声器由从上到下依次放置的电极、面内极化的铁电PZT膜层、氧化锆过渡层、振动膜层、高温二氧化硅圆形倒模层、体硅刻蚀方杯和体硅刻蚀掩模层组成；面内极化的铁电PZT膜层及电极位于振动膜层圆形工作区域的中心或/和边缘，面内极化的铁电PZT膜层为圆形膜层或/和环形膜层，电极由分布在面内极化的铁电PZT膜层圆周方向上的弧形叉指电极组成，且相邻的弧形叉指电极串联；该硅微压电传声器制作工艺简单，工艺兼容性好，充分利用振动膜的有效工作区域，电极串联方式可使硅微压电传声器的灵敏度提高1－2个数量级。

Description

一种电极串联式硅微压电传声器

技术领域

本发明涉及硅微压电传声器领域，特别涉及一种电极串联式硅微压电传声器及制备方法。

背景技术

硅微传声器在民用和国防(如手机、视听设备、机器人语言识别、噪声与振动的有源控制、战场侦查网、安全侦听等)领域具有广阔的应用前景。微传声器主要包括电容式和压电式两种，目前电容式硅微传声器已经走向市场化，与电容式相比，压电式微传声器具有不需极化电压、内阻低、制备简单等诸多优点，具有重大的应用前景，但目前它的灵敏度较低，达不到实用要求。

提高压电微传声器电压灵敏度的一个重要方法是对压电膜的电极进行分割并串联，理论上压电传声器的灵敏度可按电极串联的个数成倍增加，如Journal ofMicroelectromechanical Systems，2，3(1993)，p111-119，由Robert P.Ried，Eun Sok Kim，David M.Hong，Richard S.Muller所著的《Piezoelectric Microphone with On-chipCOMS Circuits》一文中所述基于ZnO膜电极分割的微传声器，但由于利用压电膜的横向压电常数d₃₁工作，压电膜的上下表面的电极需分别分割并串联，工艺复杂。

基于面内极化的PZT膜在弯曲振动中主要利用纵向压电常数d₃₃工作，目前主要作为微执行器和微超声换能器，如Sensors and Actuators A，119(2005)，p521-527，由EunkiHong，S.V.Krishnaswamy，C.B.Freidhoff，S.Trolier-McKinstry所著的《Micromachined piezoelectric diaphragms actuated by ring shaped interdigitatedtransducer electrodes》一文中所述的微执行器；以及Transducers & Eurosensors’07，The 14^th International Conference on Solid-State Sensors，Actuators andMicrosystems，p1291-1294，由Yi-Ping Zhu，Tian-Ling Ren，Chao Wang，Zhe-Yao Wang，Li-Tian Liu，Zhi-Jian Li所著的《Novel in-plane polarized PZT film basedultrasonic micro-acoustic devices》一文中所述的微超声换能器。

压电微传声器的电压灵敏度与压电膜应力、电极间距、压电常数成正比，相同结构的压电传声器采用电极串联可以成倍的提高其灵敏度。由于PZT膜的压电常数d₃₃比d₃₁大一倍，因此采用面内极化的PZT膜可以提高微传声器灵敏度，面内极化的PZT膜的电极在膜同侧，电极在振动膜上的位置，电极间距的控制，电极的串联只需设计电极版图，工艺上很容易实现，因此可将电极设计在振动膜应力最大处，并提高版图的电极间距，将电极串联即可有效地提高传声器灵敏度。由于压电微传声器工作时振动膜工作区域(通常为方形或圆形)中心和边缘的应力较大且符号相反，因此在中心或边缘内相邻的电极串联时需将极性相反的电极连接，中心与边缘的电极串联时需将极性相同的电极连接，此时，有效地利用了振动膜的应力最大区域，提高了传声器灵敏度。

面内极化的PZT膜与厚度极化的PZT膜不同，不需底电极，作为压电陶瓷材料，PZT膜的应力较大，易产生微泡和微裂纹，对底电极的生长工艺要求较高，面内极化的PZT膜省去了沉积底电极工艺，因此简化了工艺，可显著提高器件的成品率。目前硅微压电传声器振动膜的释放多采用成本较低的湿法体硅微加工工艺，由于硅的各向异性腐蚀，振动膜结构一般为方形结构，应力较大，特别是在尖角处应力更大，导致传声器的灵敏度下降，甚至出现实效破裂，因此制作具有圆形振动膜结构的压电微传声器可以提高压电传声器的灵敏度，并可提高成品率和使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种电极串联式硅微压电传声器及其制备方法，通过采用电极串联方式提高压电微传声器的灵敏度，为大批量制备性能可靠、成品率高的微传声器提供简便可行的工艺。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

本发明提供的电极串联式硅微压电传声器，其由从上至下依次放置的电极、面内极化的铁电PZT膜层、氧化锆过渡层、振动膜层、高温二氧化硅圆形倒模层、体硅刻蚀方杯和体硅刻蚀掩模层组成；

所述振动膜层为中心处设有圆形工作区域的氮化硅膜层、低温二氧化硅膜层或为由氮化硅膜和低温二氧化硅膜构成的复合膜层；所述低温二氧化硅膜中的低温二氧化硅是采用等离子体增强化学气相沉积法制备的二氧化硅；

所述高温二氧化硅圆形倒模层中心处设有中心圆孔，该高温二氧化硅圆形倒模层的高温二氧化硅是采用热氧化法制备的二氧化硅；

所述振动膜的圆形工作区域直径与所述中心圆孔直径相同；

所述体硅刻蚀掩模层中心处设有中心方孔；

所述面内极化的铁电PZT膜层及电极位于所述振动膜的圆形工作区域的中心或/和边缘；

所述面内极化的铁电PZT膜层为圆形膜层或/和环形膜层；

所述电极由分布在PZT膜层圆周方向上的N个弧形叉指电极组成(N为2-50的正整数)，第一个弧形叉指电极和最后一个弧形叉指电极为压电微传声器输出端所在的弧形叉指电极，相邻的弧形叉指电极串联，相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相同或相反；

所述体硅刻蚀方杯下表面中心处设有与所述体硅刻蚀掩模层的中心方孔尺寸相同的方形孔，体硅刻蚀方杯上表面中心处设有中心方形孔，该中心方形孔对角线长度小于所述中心圆孔的直径。

所述电极厚度为150-300纳米；所述面内极化的铁电PZT膜层厚度为0.5-2微米；所述氧化锆过渡层厚度为300-500纳米；所述振动膜层厚度为0.5-2微米；高温二氧化硅圆形倒模层厚度为1-4微米。

所述振动膜圆形工作区域的半径为300-3000微米。

所述面内极化的铁电PZT膜层及电极位于所述振动膜的圆形工作区域中心时，该面内极化的铁电PZT膜层为圆形，其半径小于所述圆形工作区域半径的70％。

所述面内极化的铁电PZT膜层及电极位于所述振动膜的圆形工作区域边缘时，该面内极化的铁电PZT膜层为圆环形，该圆环形环内沿到所述振动膜的圆形工作区域外沿的距离小于所述圆形工作区域半径的30％。

所述电极的弧形叉指电极的叉指对数为1-30对，电极宽度为5-100微米，电极间距为5-100微米。

本发明提供的一种电极串联式硅微压电传声器的制备方法，包括以下步骤：

1)硅片热氧化

在一硅片正面和背面分别热氧化生长1-4微米正面高温二氧化硅层和背面高温二氧化硅层；

2)制备高温二氧化硅圆形倒模层

分别在所述硅片的正面高温二氧化硅层和背面高温二氧化硅层上旋涂正性光刻胶，对所述正面高温二氧化硅层进行正面光刻并采用缓冲氢氟酸溶液腐蚀正面高温二氧化硅层，形成中心带有中心圆孔的高温二氧化硅圆形倒模层；所述高温二氧化硅圆形倒模层上表面和所述背面高温二氧化硅层上分别涂有光刻胶一和光刻胶二；

3)制备圆形氧化锌牺牲层

在所述光刻胶一和中心圆孔内的硅片上溅射1-4微米氧化锌牺牲层，去除光刻胶一和光刻胶二，剥离形成圆形氧化锌牺牲层，所述圆形氧化锌牺牲层位于所述中心圆孔内，并与中心圆孔厚度相同；

4)制备振动膜层

在硅片正面的高温二氧化硅圆形倒模层和圆形氧化锌牺牲层上生长厚度为0.5-2微米的振动膜层；该振动膜层采用下述方法中的任一种制备：

(a)采用低压化学气相沉积法在硅片正面的高温二氧化硅圆形倒模层和圆形氧化锌牺牲层上生长氮化硅膜，在硅片背面的高温二氧化硅层上生长氮化硅膜，此时形成的振动膜层为氮化硅膜层；所述硅片背面为由高温二氧化硅层和氮化硅膜构成的复合膜掩模层；

(b)采用等离子体增强化学气相沉积法在硅片正面的高温二氧化硅圆形倒模层和圆形氧化锌牺牲层上生长低温二氧化硅膜，此时形成的振动膜层为低温二氧化硅膜层，硅片背面为高温二氧化硅层构成的掩模层；

(c)采用低压化学气相沉积法在硅片正面的高温二氧化硅圆形倒模层和圆形氧化锌牺牲层上生长氮化硅膜，再采用等离子体增强化学气相沉积法在该氮化硅膜上生长低温二氧化硅膜；所述硅片背面的高温二氧化硅层上生长氮化硅膜，此时形成的振动膜层为由氮化硅和低温二氧化硅膜构成的复合膜层，硅片背面为高温二氧化硅层和氮化硅膜构成的复合膜掩模层；

5)制备体硅刻蚀掩模层

采用双面光刻机双面光刻所述掩模层或复合膜掩模层，当所述掩模层为高温二氧化硅层和氮化硅膜构成的复合膜时，氮化硅膜采用等离子刻蚀机进行刻蚀，高温二氧化硅采用缓冲氢氟酸溶液进行腐蚀，当所述掩模层为高温二氧化硅层时，采用缓冲氢氟酸溶液进行腐蚀，形成体硅刻蚀掩模层，所述体硅刻蚀掩模层中心处具有中心方孔；

6)制备氧化锆过渡层

采用溶胶-凝胶法在硅片正面的振动膜层上制备厚度为300-500纳米的氧化锆过渡层；

7)制备铁电PZT膜层

采用溶胶-凝胶法在所述氧化锆过渡层上制备铁电PZT膜层，所述铁电PZT膜层的组分为Pb_x(Zr_yTi_1-y)O₃，其中x＝1.1，y＝0.52，所述铁电PZT膜层厚度为0.5-2微米，再采用湿法刻蚀方法对铁电PZT膜层进行刻蚀，形成圆形或/和环形铁电PZT膜层，该铁电PZT膜层位于所述振动膜的圆形工作区域的中心或/和边缘；

8)制备电极及铁电PZT膜极化

采用下述(a)、(b)两种方法中的任一种：

(a)制备步骤为：

(a-1)在硅片正面的铁电PZT膜层上采用溅射、真空蒸镀或离子镀法沉积Al层、在金属Cr层上生长金属Au层构成的An/Cr复合膜或为在金属Ti层上生长金属Pt层构成的Pt/Ti复合膜，该金属层厚度为150-300纳米，采用正胶剥离或湿法腐蚀法形成极化电极，所述极化电极为圆形叉指结构；

(a-2)采用直流电源对铁电PZT膜层进行极化，形成面内极化的铁电PZT膜层，极化电场为10-30伏/微米；

(a-3)采用湿法腐蚀法将极化电极在圆周方向分割成N个分离的弧形叉指电极，采用剥离法制备电极串联图形形成电极，所述相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相同；

(b)制备步骤为：

(b-1)在硅片正面的铁电PZT膜层上采用溅射、真空蒸镀或离子镀法沉积Al层、在金属Cr层上生长金属Au层构成的An/Cr复合膜或为在金属Ti层上生长金属Pt层构成的Pt/Ti复合膜，该金属层厚度为150-300纳米，采用正胶剥离或湿法腐蚀法形成电极，电极图形为串联的弧形叉指电极；

(b-2)采用直流电源对铁电PZT膜层进行极化，形成面内极化的铁电PZT膜层，极化电场为10-30伏/微米，所述相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相反；

9)释放振动膜圆形工作区域

采用体硅刻蚀夹具将硅片正面保护并固定，放入氢氧化钾溶液中进行体硅刻蚀，形成体硅刻蚀方杯，在体硅刻蚀方杯与氧化锌牺牲层交界处，继续腐蚀氧化锌牺牲层，最终释放出振动膜圆形工作区域，制得电极串联式的硅微压电传声器。

位于振动膜圆形工作区域边缘或振动膜圆形工作区域中心内的弧形叉指电极串联时，相邻的弧形叉指电极极性相反的两端连接；位于振动膜圆形工作区域边缘的弧形叉指电极与位于振动膜圆形工作区域中心内的弧形叉指电极串联时，弧形叉指电极极性相同的两端连接；所述电极极性由弧形叉指电极内PZT膜的铁电畴方向确定。

本发明的优点在于：

(1)本发明提供电极串联式硅微压电传声器，压电微传声器采用了面内极化的PZT膜，通过PZT膜上表面电极版图的设计完成了电极的串联，此方法可使灵敏度得到成倍的提高；压电膜的工作区域为圆形振动模的中心或/和边缘区域，利用了振动膜应变最大区域；PZT膜采用面内极化，利用了PZT膜的更高的压电常数d₃₃；通过版图设计可以提高电极间距，远大于传统厚度极化工作模式中压电微传声器的电极间距；上述方法可以大大提高微传声器的灵敏度。

(2)本发明提出的压电微传声器制备方法，采用圆形的复合材料振动膜作为压电微传声器的振动膜，有效地控制和降低了振动膜的应力，提高了器件的灵敏度、成品率；本发明中面内极化的PZT膜的不需沉积PZT膜的底电极，简化了微加工工艺，提高了器件成品率。

附图说明

图1-1至图1-9为本发明的电极串联式硅微压电传声器制作工艺流程图；

图1-1为热氧化后的剖面图；

图1-2为高温二氧化硅圆形倒模层形成后的剖面图；

图1-3为圆形氧化锌牺牲层形成后的剖面图；

图1-4为振动膜层形成后的剖面图；

图1-5为体硅刻蚀掩模层形成后的剖面图；

图1-6为氧化锆过渡层形成后的剖面图；

图1-7为PZT膜层位于振动膜圆形工作区域边缘时PZT膜层形成后的剖面图；

图1-8为电极位于振动膜圆形工作区域边缘时电极形成后的剖面图；

图1-9为PZT膜和电极位于振动膜圆形工作区域边缘时硅微压电传声器的剖面图；

图2-1-2-2为实施例1中硅微传声器振动膜圆形工作区域边缘有16个弧形叉指电极串联的俯视图；

图2-1极化电极形成后俯视图；

图2-2电极形成后俯视图；

图3为实施例2中硅微传声器振动膜圆形工作区域边缘有4个弧形叉指电极串联的俯视图；

图4为实施例3中硅微传声器振动膜圆形工作区域中心有4个弧形叉指电极串联的俯视图；

图5为实施例4中硅微传声器振动膜圆形工作区域中心有4个弧形叉指电极串联的俯视图；

图6-1-6-2为实施例5中硅微传声器振动膜圆形工作区域边缘和中心有12个弧形叉指电极串联的俯视图；

图7为PZT膜和电极位于振动膜中心时硅微压电传声器结构剖面图；

图8为PZT膜和电极位于振动膜中心和边缘时硅微压电传声器结构剖面图；

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步描述本发明。

实施例1，采用本发明方法制备一电极串联式硅微压电传声器，其步骤如下：

1)硅片热氧化

用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅片，之后用去离子水冲洗并烘干，将硅片放入氧化炉中，在硅片正面和背面分别热氧化生长2微米正面高温二氧化硅层22和背面高温二氧化硅层23，如图1-1所示；

2)制备高温二氧化硅圆形倒模层2

分别在所述正面高温二氧化硅层22和背面高温二氧化硅层23上旋涂正性光刻胶，硅片正面光刻并采用缓冲氢氟酸溶液腐蚀高温二氧化硅层，形成中心处具有中心圆孔21的高温二氧化硅圆形倒模层2，其半径为1000微米，高温二氧化硅圆形倒模层2和背面高温二氧化硅层23上分别涂有光刻胶一24和光刻胶二25，如图1-2所示；

3)制备圆形氧化锌牺牲层3

在所述光刻胶一24和中心圆孔21内的硅片上溅射2微米氧化锌牺牲层，去除光刻胶一24和光刻胶二25，剥离形成圆形氧化锌牺牲层3，其位于所述中心圆孔21内，并与中心圆孔21的形状和厚度相同，如图1-3所示；

4)制备振动膜层5

采用等离子体增强化学气相沉积法在硅片正面的高温二氧化硅圆形倒模层2和圆形氧化锌牺牲层3上生长正面生长1微米低温二氧化硅膜，此时振动膜层5为低温二氧化硅膜层，硅片背面为高温二氧化硅层23构成的掩模层42，如图1-4所示；

5)制备体硅刻蚀掩模层4

采用双面光刻机双面光刻所述掩模层42，采用缓冲氢氟酸溶液腐蚀高温二氧化硅掩模层42，形成体硅刻蚀掩模层4，其中心有中心方孔41，如图1-5所示；

6)制备氧化锆过渡层6

采用溶胶-凝胶法在硅片正面的振动膜层5上制备厚度为300纳米的氧化锆过渡层6，如图1-6所示；

7)制备PZT膜层7

采用溶胶-凝胶法在氧化锆过渡层6上制备铁电PZT膜层[Pb_x(Zr_yTi_1-y)O₃，其中x＝1.1，y＝0.52]，其厚度为1微米，采用湿法刻蚀所述铁电PZT膜层，形成环形PZT膜层，如图1-7所示；

8)制备电极8及铁电PZT膜极化

(8.1)在硅片正面采用真空蒸镀法沉积厚度为20纳米的Cr，再采用真空蒸镀法沉积厚度为120纳米的Au，采用湿法腐蚀的方法形成圆形叉指结构的极化电极，其叉指电极叉指对数为1对，电极宽度为10微米，电极间距为20微米，极化电极图形如图2-1所示；

(8.2)采用直流电源在室温下对铁电PZT膜极化20分钟，制成面内极化的铁电PZT膜层7，其极化电压为240伏，极化电场为12伏/微米；

(8.3)采用湿法腐蚀法将极化电极在圆周方向分割成16个分离的弧形叉指电极，采用剥离法制备电极串联图形，形成电极8，如图1-8、图2-2所示，所述相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相反；

9)释放振动膜圆形工作区域51

采用体硅刻蚀夹具将硅片正面保护并固定，放入氢氧化钾溶液中进行体硅刻蚀，形成体硅刻蚀方杯1，在体硅刻蚀方杯1与氧化锌牺牲层3交界处，继续腐蚀氧化锌牺牲层，最终释放出振动膜圆形工作区域51，如图1-9所示，便制作出本实施例的电极串联式硅微压电传声器。

本实施例中面内极化的铁电PZT膜层7及电极8位于所述振动膜的圆形工作区域51的边缘，电极由分布在PZT膜层圆周方向上的16个弧形叉指电极组成，记作弧形叉指电极E1、弧形叉指电极E2……弧形叉指电极E16，弧形叉指电极E1和弧形叉指电极E16为压电微传声器输出端所在的弧形叉指电极，弧形叉指电极的两极分别用字母A、B表示，记作A极和B极，所述A极为弧形叉指电极中半径最大的指所在的电极，相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相同，即相邻的弧形叉指电极的A极极性相同，弧形叉指电极的串联采用相邻的弧形叉指电极极性相反的两端相连：第n个弧形叉指电极En的B极与第n+1个弧形叉指电极E(n+1)的A极相连，其中n取1、2、3……15。

实施例2，采用本发明方法制备一电极串联式硅微压电传声器，其步骤如下：

1)硅片热氧化

用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅片，之后用去离子水冲洗并烘干，将硅片放入氧化炉中，在硅片正面和背面分别热氧化生长3微米正面高温二氧化硅层22和背面高温二氧化硅层23，如图1-1所示；

2)制备高温二氧化硅圆形倒模层2

分别在所述正面高温二氧化硅层22和背面高温二氧化硅层23上旋涂正性光刻胶，硅片正面光刻并采用缓冲氢氟酸溶液腐蚀高温二氧化硅层，形成中心处具有中心圆孔21的高温二氧化硅圆形倒模层2，其半径为800微米，高温二氧化硅圆形倒模层2和背面高温二氧化硅层23上分别涂有光刻胶一24和光刻胶二25，如图1-2所示；

3)制备圆形氧化锌牺牲层3

在所述光刻胶一24和中心圆孔21内的硅片上溅射3微米氧化锌牺牲层，去除光刻胶一24和光刻胶二25，剥离形成圆形氧化锌牺牲层3，其位于所述中心圆孔21内，并与中心圆孔21的形状和厚度相同，如图1-3所示；

4)制备振动膜层5

采用低压化学气相沉积法在硅片正面的高温二氧化硅圆形倒模层2和圆形氧化锌牺牲层3上生长氮化硅膜0.5微米，再采用等离子体增强化学气相沉积法在该氮化硅膜上生长低温二氧化硅膜0.9微米；所述硅片背面高温二氧化硅层23上生长氮化硅膜，此时振动膜层5为由氮化硅和低温二氧化硅构成的复合膜层，硅片背面为高温二氧化硅层23和氮化硅膜构成的复合膜掩模层42，如图1-4所示；

5)制备体硅刻蚀掩模层4

采用双面光刻机双面光刻所述掩模层42，采用等离子刻蚀机刻蚀氮化硅膜，采用缓冲氢氟酸溶液腐蚀高温二氧化硅，形成体硅刻蚀掩模层4，其中心有方孔41，如图1-5所示；

6)制备氧化锆过渡层6

采用溶胶-凝胶法在硅片正面的振动膜层5上制备厚度为400纳米的氧化锆过渡层6，如图1-6所示；

7)制备PZT膜层7

采用溶胶-凝胶法在氧化锆过渡层6上制备铁电PZT膜层[Pb_x(Zr_yTi_1-y)O₃，其中x＝1.1，y＝0.52]，其厚度为1.6微米，采用湿法刻蚀所述铁电PZT膜层，形成环形PZT膜层，如图1-7所示；

8)制备电极8及铁电PZT膜极化

(8.1)在硅片正面采用真空蒸镀法沉积厚度为20纳米的Cr，再采用真空蒸镀法沉积厚度为120纳米的Au，采用湿法腐蚀的方法形成电极，如图1-8所示，该极化电极由4个弧形叉指电极组成，其叉指电极叉指对数为2对，电极宽度为10微米，电极间距为15微米，极化电极图形如图3所示；

(8.2)采用直流电源在室温下对铁电PZT膜极化20分钟，制成面内极化的铁电PZT膜层7，4个弧形叉指电极分成4组分别进行极化，极化电压为180伏，极化电场为12伏/微米，弧形叉指电极E01为第一组，此时电极接触点为841、842，弧形叉指电极E2为第二组，此时电极接触点为842、843，弧形叉指电极E3为第三组，此时电极接触点为843、844，弧形叉指电极E4为第四组，此时电极接触点为844、845，所述相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相反；

9)释放振动膜圆形工作区域51

采用体硅刻蚀夹具将硅片正面保护并固定，放入氢氧化钾溶液中进行体硅刻蚀，形成体硅刻蚀方杯1，在体硅刻蚀方杯1与氧化锌牺牲层3交界处，继续腐蚀氧化锌牺牲层，最终释放出振动膜圆形工作区域51，如图1-9所示，便制作出本实施例的电极串联式硅微压电传声器。

本实施例中面内极化的铁电PZT膜层7及电极8位于所述振动膜的圆形工作区域51的边缘，电极由分布在PZT膜层圆周方向上的4个弧形叉指电极组成，记作弧形叉指电极E1、弧形叉指电极E2、弧形叉指电极E3、弧形叉指电极E4，弧形叉指电极E1和弧形叉指电极E4为压电微传声器输出端所在的弧形叉指电极，弧形叉指电极的两极分别用字母A、B表示，记作A极和B极，所述A极为弧形叉指电极中半径最大的指所在的电极，相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相反，即相邻的弧形叉指电极的A极极性相反，弧形叉指电极的串联采用相邻的弧形叉指电极极性相反的两端相连：弧形叉指电极E1的B极与弧形叉指电极E2的B极相连，弧形叉指电极E2的A极与弧形叉指电极E3的A极相连，弧形叉指电极E3的B极与弧形叉指电极E4的B极相连。

实施例3，采用本发明方法制备一电极串联式硅微压电传声器，其步骤如下：

1)硅片热氧化

用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅片，之后用去离子水冲洗并烘干，将硅片放入氧化炉中，在硅片正面和背面分别热氧化生长3微米正面高温二氧化硅层22和背面高温二氧化硅层23，如图1-1所示；

2)制备高温二氧化硅圆形倒模层2

分别在所述正面高温二氧化硅层22和背面高温二氧化硅层23上旋涂正性光刻胶，硅片正面光刻并采用缓冲氢氟酸溶液腐蚀高温二氧化硅层，形成中心处具有中心圆孔21的高温二氧化硅圆形倒模层2，其半径为1000微米，高温二氧化硅圆形倒模层2和背面高温二氧化硅层23上分别涂有光刻胶一24和光刻胶二25，如图1-2所示；

3)制备圆形氧化锌牺牲层3

在所述光刻胶一24和中心圆孔21内的硅片上溅射3微米氧化锌牺牲层，去除光刻胶一24和光刻胶二25，剥离形成圆形氧化锌牺牲层3，其位于所述中心圆孔21内，并与中心圆孔21的形状和厚度相同，如图1-3所示；

4)制备振动膜层5

采用等离子体增强化学气相沉积法在硅片正面的高温二氧化硅圆形倒模层2和圆形氧化锌牺牲层3上生长正面生长1微米低温二氧化硅膜，此时振动膜层5为低温二氧化硅膜层，硅片背面为高温二氧化硅层23构成的掩模层42，如图1-4所示；

5)制备体硅刻蚀掩模层4

采用双面光刻机双面光刻所述掩模层42，采用缓冲氢氟酸溶液腐蚀高温二氧化硅掩模层42，形成体硅刻蚀掩模层4，其中心有中心方孔41，如图1-5所示；

6)制备氧化锆过渡层6

采用溶胶-凝胶法在硅片正面的振动膜层5上制备厚度为300纳米的氧化锆过渡层6，如图1-6所示；

7)制备PZT膜层7

采用溶胶-凝胶法在氧化锆过渡层6上制备铁电PZT膜层[Pb_x(Zr_yTi_1-y)O₃，其中x＝1.1，y＝0.52]，其厚度为1微米，采用湿法刻蚀所述铁电PZT膜层，形成圆形PZT膜层；

8)制备电极8及铁电PZT膜极化

(8.1)在硅片正面采用真空蒸镀法沉积厚度为20纳米的Cr，再采用真空蒸镀法沉积厚度为120纳米的Au，采用湿法腐蚀的方法形成电极，该极化电极由4个弧形叉指电极组成，其叉指电极叉指对数为3对，电极宽度为10微米，电极间距为10微米，极化电极图形如图4所示；

(8.2)采用直流电源在室温下对铁电PZT膜极化20分钟，制成面内极化的铁电PZT膜层7，4个弧形叉指电极一次进行极化，极化电压为480伏，极化电场为12伏/微米，所述相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相反；

9)释放振动膜圆形工作区域51

采用体硅刻蚀夹具将硅片正面保护并固定，放入氢氧化钾溶液中进行体硅刻蚀，形成体硅刻蚀方杯1，在体硅刻蚀方杯1与氧化锌牺牲层3交界处，继续腐蚀氧化锌牺牲层，最终释放出振动膜圆形工作区域51，如图7所示，便制作出本实施例的电极串联式硅微压电传声器。

本实施例中面内极化的铁电PZT膜层7及电极8位于所述振动膜的圆形工作区域51的中心，电极由分布在PZT膜层圆周方向上的4个弧形叉指电极组成，记作弧形叉指电极E1、弧形叉指电极E2、弧形叉指电极E3、弧形叉指电极E4，弧形叉指电极E1和弧形叉指电极E4为压电微传声器输出端所在的弧形叉指电极，弧形叉指电极的两极分别用字母A、B表示，记作A极和B极，所述A极为弧形叉指电极中半径最大的指所在的电极，相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相反，即相邻的弧形叉指电极的A极极性相反，弧形叉指电极的串联采用相邻的弧形叉指电极极性相反的两端相连：弧形叉指电极E1的B极与弧形叉指电极E2的B极相连，弧形叉指电极E2的A极与弧形叉指电极E3的A极相连，弧形叉指电极E3的B极与弧形叉指电极E4的B极相连。

实施例4，采用本发明方法制备一电极串联式硅微压电传声器，其步骤如下：

1)硅片热氧化

用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅片，之后用去离子水冲洗并烘干，将硅片放入氧化炉中，在硅片正面和背面分别热氧化生长4微米正面高温二氧化硅层22和背面高温二氧化硅层23，如图1-1所示；

2)制备高温二氧化硅圆形倒模层2

分别在所述正面高温二氧化硅层22和背面高温二氧化硅层23上旋涂正性光刻胶，硅片正面光刻并采用缓冲氢氟酸溶液腐蚀高温二氧化硅层，形成中心处具有中心圆孔21的高温二氧化硅圆形倒模层2，其半径为1000微米，高温二氧化硅圆形倒模层2和背面高温二氧化硅层23上分别涂有光刻胶一24和光刻胶二25，如图1-2所示；

3)制备圆形氧化锌牺牲层3

在所述光刻胶一24和中心圆孔21内的硅片上溅射4微米氧化锌牺牲层，去除光刻胶一24和光刻胶二25，剥离形成圆形氧化锌牺牲层3，其位于所述中心圆孔21内，并与中心圆孔21的形状和厚度相同，如图1-3所示；

4)制备振动膜层5

采用低压化学气相沉积法在硅片正面的高温二氧化硅圆形倒模层2和圆形氧化锌牺牲层3上生长氮化硅膜0.5微米，再采用等离子体增强化学气相沉积法在该氮化硅膜上生长低温二氧化硅膜0.9微米；所述硅片背面高温二氧化硅层23上生长氮化硅膜，此时振动膜层5为由氮化硅和低温二氧化硅构成的复合膜层，硅片背面为高温二氧化硅层23和氮化硅膜构成的复合膜掩模层42，如图1-4所示；

5)制备体硅刻蚀掩模层4

采用双面光刻机双面光刻所述掩模层42，采用等离子刻蚀机刻蚀氮化硅膜，采用缓冲氢氟酸溶液腐蚀高温二氧化硅，形成体硅刻蚀掩模层4，其中心有方孔41，如图1-5所示；

6)制备氧化锆过渡层6

采用溶胶-凝胶法在硅片正面的振动膜层5上制备厚度为400纳米的氧化锆过渡层6，如图1-6所示；

7)制备PZT膜层7

采用溶胶-凝胶法在氧化锆过渡层6上制备铁电PZT膜层[Pb_x(Zr_yTi_1-y)O₃，其中x＝1.1，y＝0.52]，其厚度为1.6微米，采用湿法刻蚀所述铁电PZT膜层，形成圆形PZT膜层；

8)制备电极8及铁电PZT膜极化

(8.1)在硅片正面采用真空蒸镀法沉积厚度为20纳米的Cr，再采用真空蒸镀法沉积厚度为120纳米的Au，采用湿法腐蚀的方法形成圆形叉指结构的极化电极，其叉指电极叉指对数为2对，电极宽度为10微米，电极间距为15微米；

(8.2)采用直流电源在室温下对铁电PZT膜极化20分钟，制成面内极化的铁电PZT膜层7，其极化电压为180伏，极化电场为12伏/微米；

(8.3)采用湿法腐蚀法将极化电极在圆周方向分割成8个分离的弧形叉指电极形成分割电极，采用剥离法制备电极串联图形形成电极8，如图5所示，所述相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相同；

9)释放振动膜圆形工作区域51

采用体硅刻蚀夹具将硅片正面保护并固定，放入氢氧化钾溶液中进行体硅刻蚀，形成体硅刻蚀方杯1，在体硅刻蚀方杯1与氧化锌牺牲层3交界处，继续腐蚀氧化锌牺牲层，最终释放出振动膜圆形工作区域51，如图7所示，便制作出本实施例的电极串联式硅微压电传声器。

本实施例中面内极化的铁电PZT膜层7及电极8位于所述振动膜的圆形工作区域51的中心，电极由分布在PZT膜层圆周方向上的4个弧形叉指电极组成，记作弧形叉指电极E1、弧形叉指电极E2、弧形叉指电极E3、弧形叉指电极E4，弧形叉指电极E1和弧形叉指电极E4为压电微传声器输出端所在的弧形叉指电极，弧形叉指电极的两极分别用字母A、B表示，记作A极和B极，所述A极为弧形叉指电极中半径最大的指所在的电极，相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相同，即相邻的弧形叉指电极的A极极性相同，弧形叉指电极的串联采用相邻的弧形叉指电极极性相反的两端相连：弧形叉指电极E1的B极与弧形叉指电极E2的A极相连，弧形叉指电极E2的B极与弧形叉指电极E3的A极相连，弧形叉指电极E3的B极与弧形叉指电极E4的A极相连。

实施例5，采用本发明方法制备一电极串联式硅微压电传声器，其步骤如下：

1)硅片热氧化

用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅片，之后用去离子水冲洗并烘干，将硅片放入氧化炉中，在硅片正面和背面分别热氧化生长2微米正面高温二氧化硅层22和背面高温二氧化硅层23，如图1-1所示；

2)制备高温二氧化硅圆形倒模层2

分别在所述正面高温二氧化硅层22和背面高温二氧化硅层23上旋涂正性光刻胶，硅片正面光刻并采用缓冲氢氟酸溶液腐蚀高温二氧化硅层，形成中心处具有中心圆孔21的高温二氧化硅圆形倒模层2，其半径为1500微米，高温二氧化硅圆形倒模层2和背面高温二氧化硅层23上分别涂有光刻胶一24和光刻胶二25，如图1-2所示；

3)制备圆形氧化锌牺牲层3

在所述光刻胶一24和中心圆孔21内的硅片上溅射2微米氧化锌牺牲层，去除光刻胶一24和光刻胶二25，剥离形成圆形氧化锌牺牲层3，其位于所述中心圆孔21内，并与中心圆孔21的形状和厚度相同，如图1-3所示；

4)制备振动膜层5

采用低压化学气相沉积法在硅片正面的高温二氧化硅圆形倒模层2和圆形氧化锌牺牲层3上生长氮化硅膜0.5微米，再采用等离子体增强化学气相沉积法在该氮化硅膜上生长低温二氧化硅膜0.9微米；所述硅片背面高温二氧化硅层23上生长氮化硅膜，此时振动膜层5为由氮化硅和低温二氧化硅构成的复合膜层，硅片背面为高温二氧化硅层23和氮化硅膜构成的复合膜掩模层42，如图1-4所示；

5)制备体硅刻蚀掩模层4

采用双面光刻机双面光刻所述掩模层42，采用等离子刻蚀机刻蚀氮化硅膜，采用缓冲氢氟酸溶液腐蚀高温二氧化硅，形成体硅刻蚀掩模层4，其中心有方孔41，如图1-5所示；

6)制备氧化锆过渡层6

采用溶胶-凝胶法在硅片正面的振动膜层5上制备厚度为400纳米的氧化锆过渡层6，如图1-6所示；

7)制备PZT膜层7

采用溶胶-凝胶法在氧化锆过渡层6上制备铁电PZT膜层[Pb_x(Zr_yTi_1-y)O₃，其中x＝1.1，y＝0.52]，其厚度为1.5微米，采用湿法刻蚀所述铁电PZT膜层，形成中心圆形、边缘弧形的PZT膜层；

8)制备电极8及铁电PZT膜极化

(8.1)在硅片正面采用真空蒸镀法沉积厚度为20纳米的Cr，再采用真空蒸镀法沉积厚度为120纳米的Au，采用湿法腐蚀的方法形成圆形叉指结构的极化电极，其叉指电极叉指对数为2对，电极宽度为10微米，电极间距为20微米，极化电极图形如图6-1所示；

(8.2)采用直流电源在室温下对铁电PZT膜极化20分钟，制成面内极化的铁电PZT膜层7，其极化电压为240伏，极化电场为12伏/微米；

(8.3)采用湿法腐蚀法将极化电极在圆周方向分割成22个分离的弧形叉指电极形成分割电极，采用剥离法制备电极串联图形形成电极8，如图6-2所示；

9)释放振动膜圆形工作区域51

采用体硅刻蚀夹具将硅片正面保护并固定，放入氢氧化钾溶液中进行体硅刻蚀，形成体硅刻蚀方杯1，在体硅刻蚀方杯1与氧化锌牺牲层3交界处，继续腐蚀氧化锌牺牲层，最终释放出振动膜圆形工作区域51，如图8所示，便制作出本实施例的电极串联式硅微压电传声器。

本实施例中面内极化的铁电PZT膜层7及电极8位于所述振动膜的圆形工作区域51的中心和边缘，所述电极由分布在圆周方向上的12个弧形叉指电极组成，其中振动膜圆形工作区域边缘内的弧形叉指电极记作弧形叉指电极E1、弧形叉指电极E2……弧形叉指电极8，振动膜圆形工作区域中心内弧形叉指电极记作弧形叉指电极E9、弧形叉指电极E10……弧形叉指电极E12，第一个弧形叉指电极E1和最后一个弧形叉指电极E12为压电微传声器输出端所在的弧形叉指电极，所述弧形叉指电极的两极分别用字母A、B表示，记作A极和B极，所述A极为同一圆周内弧形叉指电极中半径最大的指所在的电极，同一圆周内相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相同，即同一圆周内相邻的弧形叉指电极的A极极性相同，弧形叉指电极的串联采用振动膜圆形工作区域边缘或中心内相邻的弧形叉指电极极性相反的两端连接，振动膜圆形工作区域边缘的弧形叉指电极与中心的弧形叉指电极极性相同的两端连接：第n个弧形叉指电极En的B极与第n+1个弧形叉指电极E(n+1)的A极相连(n取1、2……7)，弧形叉指电极E8的B极与弧形叉指电极E9的B极相连，第n个弧形叉指电极En的A极与第n+1个弧形叉指电极E(n+1)的B极相连(n取9、10、11)。

上述实施例中的压电微传声器，振动膜释放后为圆形，没用应力集中现象，振动膜释放过程不会破裂，制作成品率高；工艺中不需生长PZT膜的底电极，氧化锆过渡层的存在降低了PZT膜与振动膜材料的应力失配，工艺简单、兼容性好。通过压电微传声器PZT膜上表面电极版图的设计完成了电极的串联，上述实施例中弧形叉指电极最多的压电传声器为实施例一中的16个，在工艺条件允许的情况下，弧形叉指电极的个数可以增加到50个，此方法可使灵敏度随串联个数大小成倍的提高；面内极化的PZT膜的电极间距为10-30微米，远大于传统厚度极化工作模式中压电微传声器的电极间距，它的电极间距为压电膜厚度，一般小于2微米；压电膜的工作区域为传声器圆形振动膜的中心或/和边缘区域，利用了传声器振动膜的应力最大区域；PZT膜采用面内极化，利用了PZT膜的更高的压电常数d₃₃；上述方法可以大大提高压电微传声器的灵敏度。综上所述，本发明所述的电极串联式硅微压电传声器的灵敏度可提高一到二个数量级。在相同的横向尺寸前提下，本发明实施例1制备的压电微传声器可以将传统的压电微传声器的灵敏度提高120-160倍。

Claims (8)

1、一种电极串联式硅微压电传声器，其特征在于，其由从上至下依次放置的电极、面内极化的铁电PZT膜层、氧化锆过渡层、振动膜层、高温二氧化硅圆形倒模层、体硅刻蚀方杯和体硅刻蚀掩模层组成；

所述振动膜层为氮化硅膜层、低温二氧化硅膜层或为由氮化硅膜和低温二氧化硅膜构成的复合膜层；所述低温二氧化硅膜中的低温二氧化硅是采用等离子体增强化学气相沉积法制备的二氧化硅；

所述高温二氧化硅圆形倒模层中心处设有中心圆孔，该高温二氧化硅圆形倒模层的高温二氧化硅是采用热氧化法制备的二氧化硅；

所述振动膜中心处的圆形工作区域的直径与所述高温二氧化硅圆形倒模层的中心圆孔直径相同；

所述体硅刻蚀掩模层中心处设有中心方孔；

所述面内极化的铁电PZT膜层及电极位于所述振动膜的圆形工作区域的中心或/和边缘；

所述面内极化的铁电PZT膜层为圆形膜层或/和环形膜层；

所述电极由分布在面内极化的铁电PZT膜层圆周方向上的N个弧形叉指电极组成，其中N为2-50的正整数，第一个弧形叉指电极和最后一个弧形叉指电极为压电微传声器输出端所在的弧形叉指电极，相邻的弧形叉指电极串联，相邻的弧形叉指电极内的面内极化的铁电PZT膜层的铁电畴极化方向相同或相反；

所述体硅刻蚀方杯下表面中心处设有与所述体硅刻蚀掩模层的中心方孔尺寸相同的方形孔，体硅刻蚀方杯上表面中心处设有中心方形孔，该中心方形孔对角线长度小于所述中心圆孔的直径。

2、按权利要求1所述的电极串联式硅微压电传声器，其特征在于，所述电极厚度为150-300纳米；所述面内极化的铁电PZT膜层厚度为0.5-2微米；所述氧化锆过渡层厚度为300-500纳米；所述振动膜层厚度为0.5-2微米；高温二氧化硅圆形倒模层厚度为1-4微米。

3、按权利要求1所述的电极串联式硅微压电传声器，其特征在于，所述振动膜圆形工作区域的半径为300-3000微米。

4、按权利要求1所述的电极串联式硅微压电传声器，其特征在于，所述面内极化的铁电PZT膜层及电极位于所述振动膜的圆形工作区域中心时，该面内极化的铁电PZT膜层为圆形，其半径小于所述圆形工作区域半径的70％。

5、按权利要求1所述的电极串联式硅微压电传声器，其特征在于，所述面内极化的铁电PZT膜层及电极位于所述振动膜的圆形工作区域边缘时，该面内极化的铁电PZT膜层为圆环形，该圆环形环内沿到所述振动膜的圆形工作区域外沿的距离小于所述圆形工作区域半径的30％。

6、按权利要求1所述的电极串联式硅微压电传声器，其特征在于，所述电极的弧形叉指对数为1-30对，电极宽度为5-100微米，电极间距为5-100微米。

7、一种权利要求1所述的电极串联式硅微压电传声器的制备方法，其步骤如下：

1)硅片热氧化

在一硅片正面和背面分别热氧化生长1-4微米正面高温二氧化硅层和背面高温二氧化硅层；

2)制备高温二氧化硅圆形倒模层

分别在所述硅片的正面高温二氧化硅层和背面高温二氧化硅层上旋涂正性光刻胶，对所述正面高温二氧化硅层进行正面光刻并采用缓冲氢氟酸溶液腐蚀正面高温二氧化硅层，形成中心带有中心圆孔的高温二氧化硅圆形倒模层；所述高温二氧化硅圆形倒模层上表面和所述背面高温二氧化硅层上分别涂有光刻胶层一和光刻胶层二；

3)制备圆形氧化锌牺牲层

在所述光刻胶层一和中心圆孔内的硅片上溅射1-4微米氧化锌牺牲层，去除光刻胶层一和光刻胶层二，剥离形成圆形氧化锌牺牲层，所述圆形氧化锌牺牲层位于所述中心圆孔内，并与中心圆孔厚度相同；

4)制备振动膜层

在硅片正面的高温二氧化硅圆形倒模层和圆形氧化锌牺牲层上生长厚度为0.5-2微米的振动膜层；该振动膜层采用下述方法中的任一种制备：

(a)采用低压化学气相沉积法在硅片正面的高温二氧化硅圆形倒模层和圆形氧化锌牺牲层上生长氮化硅膜，在硅片背面的高温二氧化硅层上生长氮化硅膜，此时形成的振动膜层为氮化硅膜层；所述硅片背面为由高温二氧化硅层和氮化硅膜构成的复合膜掩模层；

(b)采用等离子体增强化学气相沉积法在硅片正面的高温二氧化硅圆形倒模层和圆形氧化锌牺牲层上生长低温二氧化硅膜，此时形成的振动膜层为低温二氧化硅膜层，硅片背面为高温二氧化硅层构成的掩模层；

(c)采用低压化学气相沉积法在硅片正面的高温二氧化硅圆形倒模层和圆形氧化锌牺牲层上生长氮化硅膜，再采用等离子体增强化学气相沉积法在该氮化硅膜上生长低温二氧化硅膜；所述硅片背面的高温二氧化硅层上生长氮化硅膜，此时形成的振动膜层为由氮化硅和低温二氧化硅膜构成的复合膜层，硅片背面为高温二氧化硅层和氮化硅膜构成的复合膜掩模层；

5)制备体硅刻蚀掩模层

采用双面光刻机双面光刻所述掩模层或复合膜掩模层，当所述掩模层为高温二氧化硅层和氮化硅膜构成的复合膜时，氮化硅膜采用等离子刻蚀机进行刻蚀，高温二氧化硅采用缓冲氢氟酸溶液进行腐蚀，当所述掩模层为高温二氧化硅层时，采用缓冲氢氟酸溶液进行腐蚀，形成中心处具有中心方孔的体硅刻蚀掩模层；

6)制备氧化锆过渡层

采用溶胶-凝胶法在硅片正面的振动膜层上制备厚度为300-500纳米的氧化锆过渡层；

7)制备铁电PZT膜层

采用溶胶-凝胶法在所述氧化锆过渡层上制备铁电PZT膜层，所述铁电PZT膜层的组分为Pb_x(Zr_yTi_1-y)O₃，其中x＝1.1，y＝0.52，所述铁电PZT膜层厚度为0.5-2微米，再采用湿法刻蚀方法对铁电PZT膜层进行刻蚀，形成圆形或/和环形铁电PZT膜层，该铁电PZT膜层位于所述振动膜的圆形工作区域的中心或/和边缘；

8)制备电极及铁电PZT膜极化

采用下述(a)、(b)两种方法中的任一种：

(a)制备步骤为：

(a-1)在硅片正面的铁电PZT膜层上采用溅射、真空蒸镀或离子镀法沉积Al层、在金属Cr层上生长金属Au层构成的An/Cr复合膜或为在金属Ti层上生长金属Pt层构成的Pt/Ti复合膜，该金属层厚度为150-300纳米，采用正胶剥离或湿法腐蚀法形成极化电极，所述极化电极为圆形叉指结构；

(a-2)采用直流电源对铁电PZT膜层进行极化，形成面内极化的铁电PZT膜层，极化电场为10-30伏/微米；

(a-3)采用湿法腐蚀法将极化电极在圆周方向分割成N个分离的弧形叉指电极，采用剥离法制备电极串联图形形成电极，所述相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相同；

(b)制备步骤为：

(b-1)在硅片正面的铁电PZT膜层上采用溅射、真空蒸镀或离子镀法沉积Al层、在金属Cr层上生长金属Au层构成的An/Cr复合膜或为在金属Ti层上生长金属Pt层构成的Pt/Ti复合膜，该金属层厚度为150-300纳米，采用正胶剥离或湿法腐蚀法形成电极，电极图形为串联的弧形叉指电极；

(b-2)采用直流电源对铁电PZT膜层进行极化，形成面内极化的铁电PZT膜层，极化电场为10-30伏/微米，所述相邻的弧形叉指电极内的PZT膜的铁电畴极化方向相反；

9)释放振动膜圆形工作区域

采用体硅刻蚀夹具将硅片正面保护并固定，放入氢氧化钾溶液中进行体硅刻蚀，形成体硅刻蚀方杯，在体硅刻蚀方杯与氧化锌牺牲层交界处，继续腐蚀氧化锌牺牲层，最终释放出振动膜圆形工作区域，制得电极串联式硅微压电传声器。

8、按权利要求7所述的电极串联式硅微压电传声器制备方法，其特征在于，所述弧形叉指电极的串联如下：

位于振动膜圆形工作区域边缘或振动膜圆形工作区域中心内的弧形叉指电极串联时，相邻的弧形叉指电极极性相反的两端连接；位于振动膜圆形工作区域边缘的弧形叉指电极与位于振动膜圆形工作区域中心内的弧形叉指电极串联时，弧形叉指电极极性相同的两端连接；所述电极极性由弧形叉指电极内PZT膜的铁电畴方向确定。

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