CN110458135A - 一种超声波传感器及其制备方法、显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声波传感器及其制备方法、显示装置，涉及传感器技术领域，能够提高指纹识别的准确率。其中的超声波传感器包括：依次层叠设置的压电功能层、第一绝缘层、第一电极层、第二绝缘层；第一电极层包括多个相互绝缘的第一电极；压电功能层至少包括第一压电层和第二电极层，第一压电层设置于第二电极层与第一绝缘层之间，第一压电层的材料为压电材料；超声波传感器还包括设置于第二绝缘层上的多个检测电路，检测电路与第一电极一一对应；检测电路包括至少两个薄膜晶体管，且其中一个薄膜晶体管的栅极与该检测电路对应的第一电极电连接；薄膜晶体管还包括有源层、源极和漏极，有源层设置于源极和漏极与第二绝缘层之间。

Description

一种超声波传感器及其制备方法、显示装置

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种超声波传感器及其制备方法、显示装置。

背景技术

超声波是一种具有频率高、波长短、方向性好、定向传播、穿透率高等优点的机械波。超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号，通常是电信号的传感器。超声波传感器主要材料有压电晶体及镍铁铝合金两类。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时当它接收到超声波时，也能转变成电能，所以超声波传感器可以包括发送型和接收型两类，但也存在既能发送，同时也能接收的超声波传感器。

发明内容

本发明的实施例提供一种超声波传感器及其制备方法、显示装置，能够提高指纹识别的准确率。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面，提供一种超声波传感器，包括：依次层叠设置的压电功能层、第一绝缘层、第一电极层、第二绝缘层；所述第一电极层包括多个相互绝缘的第一电极。

所述压电功能层至少包括第一压电层和第二电极层，所述第一压电层设置于所述第二电极层与所述第一绝缘层之间，所述第一压电层的材料为压电材料。

所述超声波传感器还包括设置于所述第二绝缘层上的多个检测电路，所述检测电路与所述第一电极一一对应；所述检测电路包括至少两个薄膜晶体管，且其中一个所述薄膜晶体管的栅极与该检测电路对应的所述第一电极电连接。

所述薄膜晶体管还包括有源层、源极和漏极，所述有源层设置于所述源极和漏极与所述第二绝缘层之间。

可选的，所述压电功能层还包括设置于第二电极层远离第一压电层一侧的第二压电层，所述第二压电层的材料为压电材料。

可选的，超声波传感器还包括第一衬底，所述第二电极层、所述第一压电层、所述第一绝缘层、所述第一电极层、所述第二绝缘层和所述检测电路均设置在所述第一衬底的同一侧。

相对所述检测电路，所述压电功能层更靠近所述第一衬底。

其中，所述第一压电层的材料为氮化铝。

在此基础上，可选的，超声波传感器还包括依次设置于检测电路远离所述第二绝缘层一侧的第三绝缘层、第一辅助层和第二衬底；所述第一辅助层包括多个第一镂空区，所述第一镂空区沿所述第一辅助层的厚度方向贯穿所述第一辅助层。

每个所述第一镂空区与正对的所述第三绝缘层和第二衬底构成一个封闭的空腔。

可选的，超声波传感器还包括设置于检测电路远离所述第二绝缘层一侧的第三绝缘层、以及设置于所述第三绝缘层远离所述第二绝缘层一侧的第二衬底。

可选的，超声波传感器还包括依次设置于所述压电功能层远离所述第一绝缘层一侧的第二辅助层和第三衬底；所述第二辅助层包括多个第二镂空区，所述第二镂空区沿所述第二辅助层的厚度方向贯穿所述第二辅助层。

每个所述第二镂空区与正对的所述压电功能层和所述第三衬底构成一个封闭的空腔。

另一方面，提供一种显示装置，包括上述的超声波传感器。

又一方面，提供一种超声波传感器的制备方法，在第一衬底的一侧依次形成压电功能层、第一绝缘层、第一电极层和第二绝缘层；所述第一电极层包括多个相互绝缘的第一电极；所述压电功能层包括：依次形成在所述第一衬底上的第二电极层和第一压电层；所述第一压电层的材料为氮化铝。

在所述第二绝缘层远离所述第一衬底的一侧形成多个检测电路；所述检测电路与所述第一电极一一对应。

每个所述检测电路包括至少两个薄膜晶体管，且其中一个所述薄膜晶体管的栅极与该检测电路对应的所述第一电极电连接。

在此基础上，可选的，上述制备方法还包括：在所述检测电路远离所述第一衬底的一侧，依次形成第三绝缘层、第一辅助层；所述第一辅助层包括多个第一镂空区，所述第一镂空区沿所述第一辅助层的厚度方向贯穿所述第一辅助层。

将第二衬底与所述第一辅助层贴合，使每个所述第一镂空区与正对的所述第三绝缘层和第二衬底构成一个封闭的空腔。

可选的，在形成所述压电功能层之前，所述超声波传感器的制备方法还包括：在所述第一衬底上形成牺牲层，其中，所述压电功能层形成在所述牺牲层上。

在贴合第二衬底之后，所述超声波传感器的制备方法还包括：去除所述牺牲层，分离所述第一衬底。

又一方面，提供另一种超声波传感器的制备方法，在第一衬底的一侧依次形成牺牲层、第一绝缘层、第一电极层和第二绝缘层；所述第一电极层包括多个相互绝缘的第一电极。

在所述第二绝缘层远离所述第一衬底的一侧形成多个检测电路；所述检测电路与所述第一电极一一对应；每个所述检测电路包括至少两个薄膜晶体管，且其中一个所述薄膜晶体管的栅极与该检测电路对应的所述第一电极电连接；在所述检测电路远离所述第一衬底的一侧形成第三绝缘层。

在第三绝缘层远离所述第一衬底的一侧贴合第二衬底。

去除所述牺牲层，分离所述第一衬底。

在所述第一绝缘层远离所述第一电极层的一侧形成压电功能层；所述压电功能层包括：依次形成在所述第一绝缘层上的第一压电层和第二电极层；所述第一压电层的材料为压电材料。

可选的，在形成所述第三绝缘层之后，贴合所述第二衬底之前，所述超声波传感器的制备方法还包括：

在所述第三绝缘层远离所述第一衬底的一侧形成第一辅助层；所述第一辅助层包括多个第一镂空区，所述第一镂空区沿所述第一辅助层的厚度方向贯穿所述第一辅助层。

在所述第三绝缘层远离所述第一衬底的一侧贴合第二衬底，包括：将所述第二衬底与所述第一辅助层贴合，使每个所述第一镂空区与正对的所述第三绝缘层和第二衬底构成一个封闭的空腔。

可选的，在所述第三绝缘层远离所述第一衬底的一侧贴合第二衬底，包括：将所述第二衬底与所述第三绝缘层贴合。

在形成所述压电功能层之后，所述超声波传感器的制备方法还包括：

在所述压电功能层远离所述第一绝缘层一侧形成第二辅助层；所述第二辅助层包括多个第二镂空区，所述第二镂空区沿所述第二辅助层的厚度方向贯穿所述第二辅助层。

将第三衬底与所述第二辅助层贴合，使每个所述第二镂空区与正对的所述压电功能层和所述第三衬底构成一个封闭的空腔。

可选的，所述压电功能层还包括形成在所述第二电极层远离所述第一压电层的一侧形成第二压电层。

本发明的实施例提供了一种超声波传感器及其制备方法、显示装置。其中的超声波传感器，包括压电功能层、第一电极层和以及位于第一电极层远离压电功能层一侧的检测电路，检测电路包括薄膜晶体管。一方面，第一电极层与压电功能层之间的距离较小，使得第一电极层与压电功能层之间耦合作用更强，产生的电压更大，对于指纹的识别更为准确。另一方面，第一电极层与薄膜晶体管的栅极之间的距离也更小，使得栅极上根据第一电极层上的电压所产生的电压二者之间的大小更接近，进一步保证对指纹的识别更为准确。再一方面，本发明中的超声波传感器应用在显示装置中时，有利于实现显示装置的轻薄化。因此，本发明的中超声波传感器的厚度更小、工作性能更好，对于指纹识别的准确率更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关技术中的超声波传感器；

图2a-图2c为本发明实施例提供的一种超声波传感器的结构示意图；

图3a为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的结构示意图；

图3b为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的结构示意图；

图4a为本发明实施例提供的另一种超声波传感的结构示意图；

图4b为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的结构示意图；

图4c为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的结构示意图；

图5a为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的结构示意图；

图5b为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的结构示意图；

图6a为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的结构示意图；

图6b为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的结构示意图；

图7a为本发明实施例提供的一种超声波传感器的制备方法流程示意图；

图7b为本发明实施例提供的一种超声波传感器的制备过程示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的制备方法流程示意图；

图9a本发明实施例提供的另一种超声波传感器的制备方法流程示意图；

图9b-图9d为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的制备过程示意图；

图10a为本发明实施例提供的又一种超声波传感器的制备方法流程示意图；

图10b-图10g为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的制备过程示意图；

图11a为本发明实施例提供的又一种超声波传感器的制备方法流程示意图；

图11b-图11d为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的制备过程示意图；

图12a为本发明实施例提供的又一种超声波传感器的制备方法流程示意图；

图12b-图12c为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的制备过程示意图；

图13a-图13b为本发明实施例提供的另一种超声波传感器的制备过程示意图；

图14a为本发明实施例提供的一种包括超声传感器的设备的结构示意图；

图14b为本发明实施例提供的另一种包括超声传感器的设备的结构示意图；

图14c为本发明实施例提供的另一种包括超声传感器的设备的结构示意图；

图14d为本发明实施例提供的另一种包括超声传感器的设备的结构示意图；

图14e为本发明实施例提供的另一种包括超声传感器的设备的结构示意图；

图14f为本发明实施例提供的另一种包括超声传感器的设备的结构示意图。

附图标记：

1-衬底；10-第一衬底；11-第二衬底；12-第三衬底；2-压电功能层；21-第一压电层；22-第二电极层；23-第二压电层；24-第三电极层；3-绝缘层；31-第一绝缘层；32-第二绝缘层；33-第三绝缘层；4-第一电极层；41-第一电极；5-检测电路；51-薄膜晶体管；510-栅极；511-源极；512-漏极；513-有源层；6-空腔；61-第一辅助层；610-第一镂空区；62-第二辅助层；620-第二镂空区；7-粘结层；71-第一粘结层；72-第二粘结层；8-超声波信号；9-牺牲层；101-设备；1011-组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着智能电子产品的发展，用户对于智能电子产品隐私性、安全性的关注度越来越高，如何方便、快捷和安全的解锁智能电子产品是目前解锁技术发展的趋势。指纹识别和面部识别是目前两种常见的解锁技术，但由于面部识别技术目前还存在一些技术难点，比如准确性较低，而指纹识别具有准确率高、价格低廉等优点，因此，现有的智能电子产品一般使用的是指纹识别或者同时配置指纹识别和面部识别。

指纹识别技术是通过比较采集到的指纹信息和预先保存的指纹信息是否一致来进行判断的技术。指纹识别技术包括图像采集、图像处理等步骤，在图像采集的过程中需要使用超声波传感器实现对指纹的初步识别。

如图1所示，在相关技术中，由于是通过先在衬底1上制作包括薄膜晶体管51的电路，再通过粘结层7将已制备好的包括压电功能层2和第一电极41的结构，整体贴合在薄膜晶体管51中源极和漏极之上的绝缘层3的上侧，从而形成超声波传感器，该压电功能层2包括第一压电层21和第二电极22。在通过上述方法制备的超声波传感器中，薄膜晶体管中的栅极510与第一电极41之间的距离较大，不利于电压信号从第一电极41传递到栅极510。因此，上述超声波传感器的工作性能和制备工艺均待提高。

基于上述，本发明的实施例提出了一种超声波传感器，如图2a和图2b所示，包括：依次层叠设置的压电功能层2、第一绝缘层31、第一电极层4、第二绝缘层32；第一电极层4包括多个相互绝缘的第一电极41。

压电功能层2至少包括第一压电层21和第二电极层22，第一压电层21设置于第二电极层22与第一绝缘层31之间，第一压电层21的材料为压电材料。

超声波传感器还包括设置于第二绝缘层32上的多个检测电路5，检测电路5与第一电极41一一对应；检测电路5包括至少两个薄膜晶体管51，且其中一个薄膜晶体管51的栅极510与该检测电路5对应的第一电极41电连接。

薄膜晶体管51还包括有源层513、源极511和漏极512，有源层513设置于源极511和漏极512与第二绝缘层32之间。

压电功能层2用于发出超声波信号，并接收经过指纹反射的超声波信号。

第一压电层21的材料为压电材料。压电材料例如为氮化铝(AlN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、PZT(锆钛酸铅)中的一种。第二电极层22的材料可以为金属或透明导电材料，其中，金属例如可以为金属单质或合金，金属单质可以为钼(Mo)、铂(Pt)、钛(Ti)、金(Au)、铝(Al)中的一种，金属合金例如可以为镁银合金。透明导电材料例如可以为氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)等中的一种。

在第二电极层22连接电源的情况下，第一压电层21的压电材料在第二电极层22提供的电压信号的作用下可以产生超声波信号，该过程为逆压电效应。当第一压电层21产生的超声波信号在遇到指纹时，由于指纹表面存在谷和脊，从而导致超声波信号的反射界面不同。其中，谷对应的是空气界面，对超声波信号的阻抗较大，超声波信号穿过空气界面的量较少，从而反射的超声波信号的强度较大；脊对应的是固体界面，对超声波信号的阻抗较小，超声波信号穿过固体界面的量较多，从而反射的超声波信号的强度较低。当上述经过空气界面和固体界面反射的超声波信号在被第一压电层21接收后，第一压电层21中的压电材料将产生压电效应，在第一压电层21的表面产生多个局部电荷积累，每个局部电荷积累的量与所接收的反射的超声波信号的强度正相关。局部电荷积累后将通过耦合作用，在第一电极41上产生耦合电压，第一电极41与薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)51的栅极510电连接，因此与该第一电极41对应的栅极510上也产生了与第一电极41上耦合电压相等的电压，使得反射的超声波信号以电压的形式传输进了薄膜晶体管51中。栅极510上的电压可以控制对应检测电路5的输出电流的大小，从而得到被指纹反射的超声波信号的强度信息。后续，例如可以利用图像处理芯片对检测电路5输出的电流信号进行处理，得到反映指纹信息的图像，再将该图像与预先存储的指纹图像进行比对，从而实现指纹的识别。

第一电极41的材料为金属或透明导电材料，金属可以为金属单质或合金，金属单质例如可以为Ag(银)、Al或Cu(铜)中的一种，合金例如可以为镁银合金；透明导电材料可以为ITO和IZO中的一种。

检测电路5用于根据第一压电层21接收的超声波信号输出与该超声波信号强度正相关的电流。示例的，如图2a和图2b所示，每个检测电路5包括2个薄膜晶体管51，其中一个薄膜晶体管51可以起开关作用，另一个薄膜晶体管51的栅极510与对应的第一电极41通过过孔电连接，在此情况下，起开关作用的薄膜晶体管51的漏极512可以与另一个薄膜晶体管51的源极511电连接。

如图2b所示，沿从右向左的方向，第一个薄膜晶体管51的栅极510与第一电极41电连接，第二个薄膜晶体管51起开关作用。第一个薄膜晶体管51的源极511与第二个薄膜晶体管51的漏极512相连，第一个薄膜晶体管51的漏极512可以与一固定的电位点相连，第二个薄膜晶体管51的源极511与图像处理芯片的输入端相连。

当然，检测电路5也可以包括3个或3个以上的薄膜晶体管51只要能起到输出指纹信息的作用即可。其中，不论检测电路5包括几个薄膜晶体管51，仅一个薄膜晶体管51的栅极510与第一电极41相连。

需要说明的是，为避免薄膜晶体管51无法正常工作，如图2b和图2c所示，过孔321并未穿过有源层513。

薄膜晶体管51根据有源层513材料的不同，可以是非晶硅薄膜晶体管、金属氧化物薄膜晶体管、低温多晶硅薄膜晶体管等。

本发明实施例的附图均以薄膜晶体管51为低温多晶硅薄膜晶体管为例进行示意。在此基础上，薄膜晶体管51除包括栅极510、源极511、漏极512和有源层513外，还包括位于栅极510和有源层513之间、栅极510与源极511和漏极512之间的绝缘层3，其中位于栅极510与源极511和漏极512之间绝缘层3也可以称为栅绝缘层。

本发明的实施例提供了一种超声波传感器，包括压电功能层2、第一电极层4和以及位于第一电极层4远离压电功能层2一侧的检测电路5，检测电路5包括薄膜晶体管51。一方面，第一电极层4与压电功能层2之间的距离较小，使得第一电极层4与压电功能层2之间耦合作用更强，产生的电压更大，对于指纹的识别更为准确。另一方面，第一电极层4与薄膜晶体管51的栅极510之间的距离也更小，使得栅极510上根据第一电极层4上的电压所产生的电压二者之间的大小更接近，进一步保证对指纹的识别更为准确。再一方面，本发明中的超声波传感器应用在显示装置中时，有利于实现显示装置的轻薄化。因此，本发明的中超声波传感器的厚度更小、工作性能更好，对于指纹识别的准确率更高。

可选的，如图3a所示，压电功能层2还包括设置于第二电极层22远离第一压电层21一侧的第二压电层23。

第二压电层23的材料为压电材料，该压电材料可以与第一压电层21中的压电材料相同，也可以不同，在此不做限定。

在压电功能层2还包括第二压电层23的情况下，第一压电层21和第二压电层23中的一个用于产生超声波信号，另一个用于接收超声波信号。

在第二电极层22连接电源的情况下，第一压电层21的压电材料在第二电极层22提供的电压信号的作用下可以产生超声波信号，当该超声波信号遇到指纹时，超声波信号会被指纹表面存在谷和脊所反射。当上述经过指纹反射的超声波信号进入超声波传感器后可以被第二压电层23所接收，在第二电极层22提供的电压信号的作用下，第二压电层23中的压电材料将产生压电效应，在第二压电层23的表面产生多个局部电荷积累，从而在第一电极41上产生耦合电压，在与第一电极41对应的栅极510上产生与第一电极41上耦合电压相等的电压，最终使得反射的超声波信号以电压的形式传输进了薄膜晶体管51中。

在此基础上，可选的，如图3b所示，压电功能层2还包括设置于第二压电层23远离第二电极层22一侧的第三电极层24。

第三电极层24用于向第二压电层23提供电压。第三电极层24的材料为金属或透明导电材料，其中，金属例如可以为金属单质或合金，金属单质可以为Mo、Pt、Ti、Au、Al中的一种，金属合金例如可以为镁银合金。透明导电材料例如可以为氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)等中的一种。

使用第一压电层21和第二压电层23分别产生和接收超声波信号，可以避免产生超声波信号和接收超声波信号出现冲突，提高接收的超声波信号的准确性，进而提高超声波传感器对指纹识别的准确性。

可选的，如图4a所示，超声波传感器还包括第一衬底10，第二电极层22、第一压电层21、第一绝缘层31、第一电极层4、第二绝缘层32和检测电路5均设置在第一衬底10的同一侧。相对检测电路5，压电功能层2更靠近第一衬底10。

其中，第一压电层21的材料为氮化铝。

第一衬底10用于支撑第二电极层22、第一压电层21、第一绝缘层31、第一电极层4、第二绝缘层32和检测电路5，提高超声波传感器的强度。示例的，第一衬底10可以为玻璃衬底、聚酰亚胺(Polyimide，PI)衬底或者硅衬底中的一种。

在第一压电层21的材料为氮化铝的情况下，由于氮化铝的居里温度较高，可以满足在其上制备薄膜晶体管51的工艺要求，因而，在工艺上可在第一衬底10上先形成构成压电功能层2的第二电极层22和第一压电层21，然后依次在第一压电层21上形成第一绝缘层31、第一电极层4、第二绝缘层32和检测电路5。由此，使得超声波传感器的制备过程比较简单。

在压电功能层2还包括第二压电层23的情况下，如图4b所示，构成压电功能层2的第二压电层23、第二电极层22、第一压电层21，以及第一绝缘层31、第一电极层4、第二绝缘层32和检测电路5可以依次位于第一衬底10的同一侧。

在压电功能层2还包括第二压电层23的情况下，如图4c所示，第二电极层22、第一压电层21，第一绝缘层31、第一电极层4、第二绝缘层32和检测电路5可以依次位于第一衬底10的同一侧，第二压电层23位于第一衬底10相对的另一侧。其中，在压电功能层2还包括第三电极层24的情况下，第三电极层24和第二压电层23位于第一衬底10的同一侧。

在第一压电层21的材料为氮化铝的情况下，一方面，由于可以满足在其上制备薄膜晶体管51的工艺要求，因此，可在该第一压电层21上直接形成第一绝缘层31、第一电极层4、第二绝缘层32和检测电路5，使得制备过程比较简单，且无需在该超声波传感器的制备过程中去除第一衬底10。另一方面，使得第一衬底10的选择不再限于硅衬底，还可以选择玻璃衬底或者PI衬底，可选性提高。

可选的，如图5a和图5b所示，超声波传感器还包括依次设置于检测电路5远离第二绝缘层32一侧的第三绝缘层33、第一辅助层61和第二衬底11；第一辅助层61包括多个第一镂空区610，第一镂空区610沿第一辅助层61的厚度方向贯穿第一辅助层61。每个第一镂空区610与正对的第三绝缘层33和第二衬底11构成一个封闭的空腔6。

其中，第二衬底11例如可通过第一粘结层71与第一辅助层61粘结。

第一辅助层61的材料例如可以为光刻胶。在形成第一辅助层薄膜后可以对该第一辅助层薄膜进行曝光和显影得到具有多个第一镂空区610的第一辅助层61。第一辅助层61的材料例如还可以为金属或者无机物，利用金属或者无机物可以先形成金属薄膜或无机物薄膜，通过构图工艺形成第一镂空区610即可。

第一粘结层71的材料例如可以为热固化或者光固化的胶体。

如图5b所示，在超声波传感器具有第一衬底10和第二衬底11的情况下，第二衬底11主要起密封第一镂空区610的作用，第二衬底11的材质可以为玻璃、聚合物或者陶瓷中的一种。其中的聚合物例如可以包括聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚酰亚胺中的至少一种。

第一绝缘层31、第二绝缘层32和第三绝缘层33的材质例如可以包括氮化硅和/或氧化硅。

如图5a和图5b所示，每个第一镂空区610、与该第一镂空区610正对的第三绝缘层33和第二衬底11形成了一个封闭的空腔6。

空腔6的作用是与超声波信号产生谐振，因此，空腔6的厚度可以设置为超声波信号半波长的奇数倍。

可选的，如图6a所示，超声波传感器还包括设置于检测电路5远离第二绝缘层32一侧的第三绝缘层33、以及设置于第三绝缘层33远离第二绝缘层32一侧的第二衬底11。

示例的，第二衬底11通过第一粘结层71与第三绝缘层33贴合。

可选的，如图6b所示，超声波传感器还包括依次设置于压电功能层2远离第一绝缘层31一侧的第二辅助层62和第三衬底12；第二辅助层62包括多个第二镂空区620，第二镂空区620沿第二辅助层62的厚度方向贯穿第二辅助层62。

每个第二镂空区620与正对的压电功能层2和第三衬底12构成了一个封闭的空腔6。

示例的，第三衬底12通过第二粘结层72与第二辅助层62粘结。

第二辅助层62的材料例如可以为光刻胶、金属或者无机物。第二粘结层72的材料例如可以为热固化或者光固化的胶体。

第三衬底12可以为玻璃衬底、PI衬底或者硅衬底中的一种。

每个第二镂空区620、与该第二镂空区620正对的第三衬底12和压电功能层2形成了一个封闭的空腔6。当第一压电层21产生的超声波信号8传播至空腔6时，空腔6将会对该部分超声信号8进行反射和产生谐振作用，增大反射的超声波信号8的强度。

如图7a所示，本发明的实施例还提供了一种超声波传感器的制备方法：

S10、如图7b所示，在第一衬底10的一侧依次形成压电功能层2、第一绝缘层31、第一电极层4和第二绝缘层32；第一电极层4包括多个相互绝缘的第一电极41；压电功能层2包括：依次形成在第一衬底10上的第二电极层22和第一压电层21；第一压电层21的材料为氮化铝。

示例的，第一衬底10可以为玻璃衬底、PI衬底和硅衬底中的一种。

在第一衬底10的一侧通过溅射形成第二电极层22作为氮化铝的生长基底。示例的，第二电极层22的材料为Mo、Pt、Ti、Au等金属。

沉积AlN形成第一压电层21，沉积的方式可以为磁控溅射、等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)、金属有机化学气相沉积法(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，沉积的过程中需要控制AlN生长过程中的自发取向，该自发取向为Z轴方向。

沉积形成第一绝缘层31，第一绝缘层31的材质例如可以为氮化硅和/或氧化硅。

通过曝光、显影、刻蚀等构图工艺可以形成包括多个第一电极41的第一电极层4。

沉积形成第二绝缘层32。第二绝缘层32的材质例如可以为氮化硅和/或氧化硅。

S11、如图4a所示，在第二绝缘层32远离第一衬底10的一侧形成多个检测电路5；检测电路5与第一电极41一一对应。每个检测电路5包括至少两个薄膜晶体管51，且其中一个薄膜晶体管51的栅极510与该检测电路5对应的第一电极41电连接。

示例的，以薄膜晶体管51为低温多晶硅薄膜晶体管为例，形成薄膜晶体管51包括：在第二绝缘层32上形成非晶硅半导体薄膜，并对非晶硅半导体薄膜进行准分子激光退火和图案化后得到多晶硅材料的有源层513。

在有源层513上沉积绝缘层3，并经构图工艺形成贯穿该绝缘层3和第二绝缘层32的过孔321。

在绝缘层3上沉积栅极金属薄膜，并对栅极金属薄膜进行构图工艺后形成栅极510，该栅极510还通过过孔321与对应的第一电极41电连接。

本发明的实施例提供了一种超声波传感器的制备方法，在第一衬底10的一侧依次形成压电功能层2、第一电极层4和检测电路5，且压电功能层2中的压电材料为AlN。一方面，压电材料AlN的居里温度高，可满足在其上进行LTPS(Low Temperature Poly-silicon，低温多晶硅技术)工艺制备检测电路5。另一方面，一个第一电极41对应一个检测电路5，且检测电路5中包括多个薄膜晶体管51，因此每个第一电极41的面积可以做的较大，同时，第一电极41靠近压电功能层2设置，二者之间的距离较小，因此第一电极41与压电功能层2之间可以产生更多的感应电荷，使得二者之间的耦合效果较强，有利于增大第一电极41上所产生的耦合电压，进而提高超声波传感器的灵敏度。再一方面，第一衬底10可以选择玻璃衬底、PI衬底和硅衬底中的一种，可选性更高，对第一衬底10材料的选择限制性更低，灵活性更高。

可选的，如图8所示，上述超声波传感器的制备方法还包括：

S12、如图5b所示，在检测电路5远离第一衬底10的一侧，依次形成第三绝缘层33、第一辅助层61；第一辅助层61包括多个第一镂空区610，第一镂空区610沿第一辅助层61的厚度方向贯穿第一辅助层61。

S13、如图5b所示，将第二衬底11与第一辅助层61贴合，使每个第一镂空区610、与该第一镂空区610正对的第三绝缘层33和第二衬底11构成一个封闭的空腔6。

其中，可通过第一粘结层71将第二衬底11贴合于第一辅助层61上。

如图9a所示，本发明实施例提供了另一种超声波传感器的制备方法，包括：

S20、如图9b所示，在第一衬底10的一侧依次形成牺牲层9、压电功能层2、第一绝缘层31、第一电极层4和第二绝缘层32；第一电极层4包括多个相互绝缘的第一电极41；压电功能层2包括：依次形成在第一衬底10上的第二电极层22和第一压电层21；第一压电层21的材料为氮化铝。

S21、如图9c所示，在第二绝缘层32远离第一衬底10的一侧形成多个检测电路5；检测电路5与第一电极41一一对应；每个检测电路5包括至少两个薄膜晶体管51，且其中一个薄膜晶体管51的栅极510与该检测电路5对应的第一电极41电连接。

S22、如图9c所示，在检测电路5远离第一衬底10的一侧，依次形成第三绝缘层33、第一辅助层61；第一辅助层61包括多个第一镂空区610，第一镂空区610沿第一辅助层61的厚度方向贯穿第一辅助层61。

S23、如图9c所示，将第二衬底12与第一辅助层61贴合，使每个第一镂空区610与正对的第三绝缘层33和第二衬底11构成一个封闭的空腔6。

其中，可通过第一粘结层71将第二衬底11贴合于第一辅助层61上。

S24、如图9d所示，去除牺牲层9，分离第一衬底10。

示例的，去除牺牲层9例如可以通过使牺牲层9溶解的方式去除。牺牲层9的材料例如可以为金属或无机物等可以被溶剂溶解物质。牺牲层9溶解后，第一衬底10随之分离，分离第一衬底10有利于降低整个超声波传感器的厚度。

第二衬底11除用于形成空腔6外，还可起到支撑位于其一侧的各种膜层，保证整个超声波传感器的强度的作用。

本发明的实施例还提供了另一种超声波传感器的制备方法，如图10a所示，包括：

S30、如图10b所示，在第一衬底10的一侧依次形成牺牲层9、第一绝缘层31、第一电极层4和第二绝缘层32；第一电极层4包括多个相互绝缘的第一电极41。

示例的，第一衬底10为硅衬底。

S31、如图10c所示，在第二绝缘层32远离第一衬底10的一侧形成多个检测电路5；检测电路5与第一电极41一一对应；每个检测电路5包括至少两个薄膜晶体管51，且其中一个薄膜晶体管51的栅极510与该检测电路5对应的第一电极41电连接。

S32、如图10d所示，在检测电路5远离第一衬底10的一侧形成第三绝缘层33。

第三绝缘层33用于平坦源极511和漏极512之间的沟道区，以便于进行后续的工艺。

S33、如图10e所示，在第三绝缘层33远离第一衬底10的一侧贴合第二衬底11。

示例的，通过利用第一粘结层71粘结的方式，使第二衬底11贴合在第三绝缘层33远离第一衬底10的一侧。

S34、如图10f所示，去除牺牲层9，分离第一衬底10。

S35、如图10g所示，在第一绝缘层31远离第一电极层4的一侧形成压电功能层2；压电功能层2包括：依次形成在第一绝缘层31上的第一压电层21和第二电极层22；第一压电层21的材料为压电材料。

即，在S34之后，翻转图10f中的所制备的超声波传感器的半成品，使第一绝缘层31位于上侧。然后，如图10g所示，在第一绝缘层31的上侧依次制备第一压电层21和第二电极层22。示例的，第一压电层21中的压电材料可以为PVDF、AlN、PZT中的一种。

本发明的实施例提供了一种超声波传感器的制备方法，使用的是先制备检测电路5，再制备第一压电功能层2的方法。一方面，使得第一电极41与压电功能层2之间的距离较小，第一电极41的面积可以做的较大，因此第一电极41与压电功能层2之间可以产生更多的感应电荷，二者之间的耦合效果较强，有利于增大第一电极41上所产生的耦合电压，进而提高超声波传感器的灵敏度。另一方面，在制作检测电路5的过程中，需要经过多次高温，而高温会对压电材料产生一定影响，因此先制作检测电路5时可以降低高温对压电材料的影响，使得压电材料的选择可以更多。

可选的，如图11a所示，本发明的实施例还提供了另一种超声波传感器的制备方法，包括：

S40、如图10b所示，在第一衬底10的一侧依次形成牺牲层9、第一绝缘层31、第一电极层4和第二绝缘层32；第一电极层4包括多个相互绝缘的第一电极41。

S41、如图10c所示，在第二绝缘层32远离第一衬底10的一侧形成多个检测电路5；检测电路5与第一电极41一一对应；每个检测电路5包括至少两个薄膜晶体管51，且其中一个薄膜晶体管51的栅极510与该检测电路5对应的第一电极41电连接。

S42、如图10d所示，在检测电路5远离第一衬底10的一侧形成第三绝缘层33。

S43、如图11b所示，在第三绝缘层33远离第一衬底10的一侧形成第一辅助层61；第一辅助层61包括多个第一镂空区610，第一镂空区610沿第一辅助层61的厚度方向贯穿第一辅助层61。

S44、如图11c所示，将第二衬底11与第一辅助层61贴合，使每个第一镂空区610与正对的第三绝缘层33和第二衬底11构成一个封闭的空腔6。

示例的，通过利用第一粘结层71粘结的方式，使第二衬底11贴合在第一辅助层61远离第一衬底10的一侧。

每个第一镂空区610与正对的第三绝缘层33和第二衬底11构成的空腔6，用于反射超声波信号8和产生谐振作用，增大反射的超声波信号8的强度。

S45、如图11d所示，去除牺牲层9，分离第一衬底10。

S46、如图5a所示，在第一绝缘层31远离第一电极层4的一侧形成压电功能层2；压电功能层2包括：依次形成在第一绝缘层31上的第一压电层21和第二电极层22；第一压电层21的材料为压电材料。

如图12a所示，本发明的实施例还提供了又一种超声波传感器的制备方法，包括：

S50、如图10b所示，在第一衬底10的一侧依次形成牺牲层9、第一绝缘层31、第一电极层4和第二绝缘层32；第一电极层4包括多个相互绝缘的第一电极41。

示例的，第一衬底10为硅衬底。

S51、如图10c所示，在第二绝缘层32远离第一衬底10的一侧形成多个检测电路5；检测电路5与第一电极41一一对应；每个检测电路5包括至少两个薄膜晶体管51，且其中一个薄膜晶体管51的栅极510与该检测电路5对应的第一电极41电连接。

S52、如图10d所示，在检测电路5远离第一衬底10的一侧形成第三绝缘层33。

第三绝缘层33用于平坦源极511和漏极512之间的沟道区，以便于进行后续的工艺。

S53、如图10e所示，将第二衬底11通过第一粘结层71贴合在第三绝缘层33的上侧。

S54、如图10f所示，去除牺牲层9，分离第一衬底10。

S55、如图10g所示，在第一绝缘层31远离第一电极层4的一侧形成压电功能层2；压电功能层2包括：依次形成在第一绝缘层31上的第一压电层21和第二电极层22；第一压电层21的材料为压电材料。

S56、如图12b所示，在压电功能层2远离第一绝缘层31一侧形成第二辅助层62；第二辅助层62包括多个第二镂空区620，第二镂空区620沿第二辅助层62的厚度方向贯穿第二辅助层62。

S57、如图12c所示，将第三衬底12与第二辅助层62贴合，使每个第二镂空区620正对的压电功能层2和第三衬底12构成一个封闭的空腔6。

示例的，第三衬底12通过第二粘结层72与第二辅助层62粘结。

每个第二镂空区620与正对的第二电极层22和第三衬底12构成的空腔6用于反射超声波信号8和产生谐振作用，增大反射的超声波信号8的强度。

可选的，如图13a和图13b所示，压电功能层2还包括形成在第二电极层22远离第一压电层21的一侧形成第二压电层23。

压电功能层2包括第二压电层23时，第一压电层21和第二压电层中的一个用于产生超声波信号8，另一个用于接收超声波信息8，可以避免超声波信号8发生串扰。

基于上述，如图14a至图14f所示，本发明的实施例还提供了一种包括上述超声传感器的设备101。该设备101还包括其它的组件1011，该组件1011例如可以为显示面板、盖板和按钮中的任一种。

在超声波传感器不包括空腔6的情况下，超声波传感器在贴合在组件1011下侧时：如图14a和图14e所示，压电功能层2相对于检测电路5更靠近组件1011；或者，如图14b和图14f所示，检测电路5相对于压电功能层2更靠近组件1011。

在超声波传感器包括空腔6的情况下，超声波传感器在贴合在组件1011下侧时：

若空腔6和压电功能层2位于检测电路5的同一侧时，如图14c所示，则检测电路5相对于压电功能层2更靠近组件1011。

若空腔6和压电功能层2位于检测电路5的不同侧时，如图14d所示，则压电功能层2相对于检测电路5更靠近组件1011。

如图14c和图14d所示，在超声波传感器包括空腔6的情况下，空腔6和组件1011始终位于压电功能层2的两侧。其原理为：压电功能层2会同时产生沿靠近指纹一侧和沿靠近空腔6一侧的超声波信号8，而由于空腔6中存在空气，空气对超声波信号8的阻抗较大，可以使超声波信号8在空腔6处发生反射，反射的超声波信号8将向靠近指纹的一侧传播。同时，空腔6还具有谐振作用，其可以与超声波信号8发生谐振，使得空腔6反射的超声波信号8的强度增大，从而空腔6可以增大传播至指纹的超声波信号8的强度，提高超声波传感器的识别精度。

在超声波传感器包括第一压电层21和第二压电层23的情况下，其中第一压电层21例如可以用于产生超声波信号8，第二压电层23可以用于接收超声波信号8；或者，第二压电层23可以用于产生超声波信号8，第一压电层21可以用于接收超声波信号8。

上述具有超声波传感器的设备101与上述的超声波传感器具有相同的有益效果，在此不再赘述。

本发明的实施例还提供了一种显示装置，在此情况下，上述组件1011为显示组件。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种超声波传感器，其特征在于，包括：依次层叠设置的压电功能层、第一绝缘层、第一电极层、第二绝缘层；所述第一电极层包括多个相互绝缘的第一电极；

所述压电功能层至少包括第一压电层和第二电极层，所述第一压电层设置于所述第二电极层与所述第一绝缘层之间，所述第一压电层的材料为压电材料；

所述超声波传感器还包括设置于所述第二绝缘层上的多个检测电路，所述检测电路与所述第一电极一一对应；所述检测电路包括至少两个薄膜晶体管，且其中一个所述薄膜晶体管的栅极与该检测电路对应的所述第一电极电连接；

所述薄膜晶体管还包括有源层、源极和漏极，所述有源层设置于所述源极和漏极与所述第二绝缘层之间。

2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述压电功能层还包括设置于第二电极层远离第一压电层一侧的第二压电层，所述第二压电层的材料为压电材料。

3.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，还包括第一衬底，所述第二电极层、所述第一压电层、所述第一绝缘层、所述第一电极层、所述第二绝缘层和所述检测电路均设置在所述第一衬底的同一侧；

相对所述检测电路，所述压电功能层更靠近所述第一衬底；

其中，所述第一压电层的材料为氮化铝。

4.根据权利要求1-3任一项所述的超声波传感器，其特征在于，还包括依次设置于检测电路远离所述第二绝缘层一侧的第三绝缘层、第一辅助层和第二衬底；所述第一辅助层包括多个第一镂空区，所述第一镂空区沿所述第一辅助层的厚度方向贯穿所述第一辅助层；

每个所述第一镂空区与正对的所述第三绝缘层和第二衬底构成一个封闭的空腔。

5.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，还包括设置于检测电路远离所述第二绝缘层一侧的第三绝缘层、以及设置于所述第三绝缘层远离所述第二绝缘层一侧的第二衬底。

6.根据权利要求5所述的超声波传感器，其特征在于，还包括依次设置于所述压电功能层远离所述第一绝缘层一侧的第二辅助层和第三衬底；所述第二辅助层包括多个第二镂空区，所述第二镂空区沿所述第二辅助层的厚度方向贯穿所述第二辅助层；

每个所述第二镂空区与正对的所述压电功能层和所述第三衬底构成一个封闭的空腔。

7.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的超声波传感器。

8.一种超声波传感器的制备方法，其特征在于：

在第一衬底的一侧依次形成压电功能层、第一绝缘层、第一电极层和第二绝缘层；所述第一电极层包括多个相互绝缘的第一电极；所述压电功能层包括：依次形成在所述第一衬底上的第二电极层和第一压电层；所述第一压电层的材料为氮化铝；

在所述第二绝缘层远离所述第一衬底的一侧形成多个检测电路；所述检测电路与所述第一电极一一对应；

每个所述检测电路包括至少两个薄膜晶体管，且其中一个所述薄膜晶体管的栅极与该检测电路对应的所述第一电极电连接。

9.根据权利要求8所述的超声波传感器的制备方法，其特征在于，还包括：

在所述检测电路远离所述第一衬底的一侧，依次形成第三绝缘层、第一辅助层；所述第一辅助层包括多个第一镂空区，所述第一镂空区沿所述第一辅助层的厚度方向贯穿所述第一辅助层；

将第二衬底与所述第一辅助层贴合，使每个所述第一镂空区与正对的所述第三绝缘层和第二衬底构成一个封闭的空腔。

10.根据权利要求9所述的超声波传感器的制备方法，其特征在于，在形成所述压电功能层之前，所述超声波传感器的制备方法还包括：在所述第一衬底上形成牺牲层，其中，所述压电功能层形成在所述牺牲层上；

在贴合第二衬底之后，所述超声波传感器的制备方法还包括：去除所述牺牲层，分离所述第一衬底。

11.一种超声波传感器的制备方法，其特征在于，包括：

在第一衬底的一侧依次形成牺牲层、第一绝缘层、第一电极层和第二绝缘层；所述第一电极层包括多个相互绝缘的第一电极；

在所述第二绝缘层远离所述第一衬底的一侧形成多个检测电路；所述检测电路与所述第一电极一一对应；每个所述检测电路包括至少两个薄膜晶体管，且其中一个所述薄膜晶体管的栅极与该检测电路对应的所述第一电极电连接；在所述检测电路远离所述第一衬底的一侧形成第三绝缘层；

在第三绝缘层远离所述第一衬底的一侧贴合第二衬底；

去除所述牺牲层，分离所述第一衬底；

在所述第一绝缘层远离所述第一电极层的一侧形成压电功能层；所述压电功能层包括：依次形成在所述第一绝缘层上的第一压电层和第二电极层；所述第一压电层的材料为压电材料。

12.根据权利要求11所述的超声波传感器的制备方法，其特征在于，在形成所述第三绝缘层之后，贴合所述第二衬底之前，所述超声波传感器的制备方法还包括：

在所述第三绝缘层远离所述第一衬底的一侧形成第一辅助层；所述第一辅助层包括多个第一镂空区，所述第一镂空区沿所述第一辅助层的厚度方向贯穿所述第一辅助层；

在所述第三绝缘层远离所述第一衬底的一侧贴合第二衬底，包括：将所述第二衬底与所述第一辅助层贴合，使每个所述第一镂空区与正对的所述第三绝缘层和第二衬底构成一个封闭的空腔。

13.根据权利要求11所述的超声波传感器的制备方法，其特征在于，在所述第三绝缘层远离所述第一衬底的一侧贴合第二衬底，包括：将所述第二衬底与所述第三绝缘层贴合；

在形成所述压电功能层之后，所述超声波传感器的制备方法还包括：

在所述压电功能层远离所述第一绝缘层一侧形成第二辅助层；所述第二辅助层包括多个第二镂空区，所述第二镂空区沿所述第二辅助层的厚度方向贯穿所述第二辅助层；

将第三衬底与所述第二辅助层贴合，使每个所述第二镂空区与正对的所述压电功能层和所述第三衬底构成一个封闭的空腔。

14.根据权利要求11-13任一项所述的超声波传感器的制备方法，其特征在于，所述压电功能层还包括形成在所述第二电极层远离所述第一压电层的一侧形成第二压电层。