CN111644362A - 一种内嵌拱形薄膜驱动的pmut单元及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元及其制备方法，PMUT单元包括由上至下依次设置的振动薄膜、驱动层和衬底，驱动层包括支撑结构和驱动结构，衬底包括背腔、基底，其中背腔由驱动层和基底围合形成；驱动结构具有水平部分和多个拱形部分，拱形部分记为内嵌拱形驱动膜，内嵌拱形驱动层位于背腔正上方，水平部分下端面和基底上端面相接。该PMUT单元实现在振动薄膜面积相同情况下，提高谐振频率的目的，并使电极以及驱动层被密封在背腔中，与外界接触的只有起振动与支撑作用的振动薄膜，完全隔绝了PMUT芯片敏感元件部分与外界的直接接触，使PMUT更具耐久性。
Description
技术领域
本发明属于超声换能器技术领域，具体涉及一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元及其制备方法。
背景技术
鉴于MEMS技术的优势，在20世纪90年代，研究人员开始采用MEMS技术对超声换能器进行设计与制作。这种采用MEMS技术设计制作的超声换能器被称为微机械超声换能器(Micromachined Ultrasonic Transducer,MUT)。与传统的压电厚膜制作的超声换能器相比，MUT具有微型化、可实现批量化制备、功耗小、频率控制灵活、接收灵敏度高、易于实现二维阵列加工，易于与ICs集成以及实现智能化等优点；在即时超声成像与治疗，超声生物特征识别、3D超声姿态识别与非接触控制与检测等前沿应用领域具有巨大应用潜力。随着MEMS技术的不断发展完善，MUT得到了快速发展，出现了不同结构、原理的MUT，相关设计与加工技术也在日臻完善，MUT研究已经成为超声换能器的重要研究方向之一。根据工作原理划分，MUT主要包括电容式微机械超声换能器(Capacitive Micromachined UltrasonicTransducer,CMUT)和压电式微机械超声换能器(Piezoelectric MicromachinedUltrasonic Transducer,PMUT)两大类。CMUT与PMUT在研制与应用上各有所长，优势互补，并行发展。
CMUT在带宽、机电耦合系数和接收灵敏度等性能方面具有一定优势，然而其受制于静电驱动模式，对其结构设计造成很大的限制，同时也限制了其在发射灵敏度方面的提高。因此基于MEMS技术的微型超声换能器(Micromachined Ultrasonic Transducer,MUT)在即时超声成像与治疗、超声生物特征识别、3D超声姿态识别与非接触控制等前沿技术领域仍面临亟待解决的技术难题：即时超声成像、3D超声姿态识别等技术要求超声换能器具有低工作电压、低功耗和便携性。例如，超声指纹识别技术需要超声换能器的功耗在mW甚至更低级别，以便与手机等电子器件集成使用后降低整机功耗，提高待机时间，而目前常规的CMUT工作电压大、功耗高，工作时所需加载的高直流偏置电压(几十至几百伏不等)限制了其在便携式、低功耗以及长期在线检测方面的应用。
相对于CMUT，基于AlN、ZnO等压电材料、采用弯曲振动模式的PMUT在低功耗应用领域具有突出优势。。基于MEMS工艺加工而成的PMUT仍存在亟待解决的技术难题：
1)PMUT振动薄膜的形状通常是圆形、矩形或多边形等，以圆形振动薄膜为例，其结构参数与其谐振频率遵循函数关系
其中fn为振动薄膜谐振频率，h为振动薄膜厚度，a为振动薄膜半径因此要得到谐振频率高的PMUT，目前仅可通过缩小振动薄膜半径a，或者增大振膜支撑层厚度h的方法，但通过这些方式得到的高频率PMUT的薄膜振动幅度会变小，导致发射声压与接收灵敏度会大大降低，这制约了PMUT向超高频发展。
2)PMUT芯片的应用环境通常是被浸没在液体环境中，而目前主要依靠MEMS表面沉积工艺加工而成的PMUT芯片非常脆弱，其激励与接收信号的敏感部分通常直接与外界环境进行接触，容易造成PMUT芯片破损失效。
发明内容
本发明提供了一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元及其制备方法，以期改变现有PMUT结构尺寸与谐振频率的固定关系，实现在振动薄膜面积相同情况下，提高谐振频率；并使电极以及驱动层被密封在背腔中，与外界接触的只有起振动与支撑作用的振动薄膜，隔绝PMUT芯片敏感元件部分与外界的直接接触，使PMUT更具耐久性。
为达到上述目的，本发明所述一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元，包括由上至下依次设置的振动薄膜、驱动层和衬底，所述驱动层包括驱动结构和位于薄膜与驱动结构之间的支撑结构，所述支撑结构包括牺牲停止层和位于牺牲停止层外侧的牺牲层，所述驱动结构包括自上至下依次设置的底电极、压电层、顶电极和支撑层；
所述衬底包括背腔和基底，所述背腔由驱动层和基底围合形成；
所述驱动结构具有水平部分和多个拱形部分，所述拱形部分记为内嵌拱形驱动膜，所述内嵌拱形驱动层位于背腔正上方，所述水平部分下端面和基底上端面相接。
进一步的，振动薄膜上开设有多个释放孔。
进一步的，释放孔为V形。
进一步的，释放孔的角度为100°-160°。
进一步的，顶电极与压电层之间设置绝缘层。
进一步的，两个相邻内嵌拱形膜间隔大于8um。
进一步的，振动薄膜的厚度大于2um且小于15um。
一种上述的一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在SOI硅片上端面沉积一层单晶硅；
步骤2、将步骤1沉积的单晶硅图形化，得到牺牲层停止层；
步骤3、在步骤2得到的产品表面沉积一层SiO2作为牺牲层；
步骤4、在牺牲层表面沉积一层硬掩模材料，并对硬掩模材料上刻蚀出刻蚀孔；
步骤5、利用湿法腐蚀方法对牺牲层进行腐蚀，腐蚀出拱形腔；
步骤6、去除步骤5得到的产品的硬掩模材料后，在其表面淀积一层金属作为底电极；
步骤7、通过薄膜淀积在底电极上淀积压电层；
步骤8、在压电层上淀积一层金属作为顶电极；
步骤9、在顶电极上淀积一层SiO2作为支撑层，并对支撑层表面进行研磨抛光，使支撑层表面平整；
步骤10、另取一个单抛硅片，在单抛硅片通过刻蚀得到背腔；
步骤11、将步骤9得到的产品倒置与步骤10得到的产品键合，单抛硅片作为基底；
步骤12、对键合后产品进行机械研磨抛光，去除SOI硅片的衬底硅；
步骤13、去除SOI硅片的埋层；
步骤14、对步骤13得到的产品进行图形化，形成释放孔；
步骤15、对牺牲层进行腐蚀，使振动薄膜悬空。
进一步的，步骤7中，通过磁控溅射工艺在底电极上表面淀积压电层。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
1)采用内嵌拱形驱动膜作为PMUT振动的驱动结构，将振动结构与驱动结构分离，改变了以往振动膜自身弯曲驱动的结构形式，克服了传统PMUT单元由于跨度限制、频率限制导致的振动膜尺寸小的问题，改变了振膜尺寸参数与谐振频率的比例关系。在振动薄膜面积增大的同时，并没有降低其谐振频率，相反的，由于振动薄膜谐振运动是由内嵌拱形驱动膜驱动，谐振频率由振动薄膜与内部球状驱动膜共同决定，所以本发明提出的PMUT可实现大振动面积下的高频谐振。
2)常规PMUT中，硅膜与压电材料堆叠在一起形成具有三明治结构的单层整体薄膜，如图4所示；本发明将振动部分与压电驱动分离为两个相互独立的结构，即内嵌拱形驱动膜与振动薄膜，使PMUT结构更稳定，是一种全新的PMUT单元结构设计思路与方法，为PMUT创新与发展提供了一个具有潜力的新的研究方向。
3)在相同平面跨度情况下，由于拱形薄膜比平膜具有更高的机电耦合系数，则在同等输入电压驱动的条件下，拱形薄膜相比与平膜具有更高机械形变，其使振动薄膜具有更大的振幅，发射与接收声压能力得到提升；此外，本发明中球形驱动内膜的支撑层采用刚度较小的SiO2，降低了球形驱动内膜内部应力。故PMUT在发射模式下，可提供更大的发射声压；在接收模式下，可输出更大的信号。
4)通过对拱形内嵌驱动膜的尺寸设计、排布方式设计、阵列形状设置，可实现对振动薄膜形状、中心频率等关键参数的灵活调整，相比于传统PMUT单元与阵列，本发明提出的PMUT在结构设计与频率控制方面更具灵活性。
进一步的，释放孔采用150°V字形设计，有效降低振动膜刚度，提高振膜变形能力。此外，考虑不同应用环境与释放要求，释放孔形状可采用环形、圆形、扇形、矩形、梯形等，释放孔排列方式可采用圆周布置、单环形布置、双环形布置，根据内部球状驱动膜排布方式不同，释放孔排布方式还可采用矩形布置、棱形布置、扇形布置等。
一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元的制备方法，其有益效果是：
1)拱状腔体的制备使用湿法腐蚀工艺，与干法气体腐蚀相比，腐蚀速率快，加工效率可有效提高，方便实现大规模制备。
2)制备方法中使用的晶圆键合工艺由于键合面积大，图形填充率小，可以有效提高键合质量以及键合成功率。
3)振动薄膜的释放采用湿法腐蚀工艺，且悬空的振动膜为SOI片的顶硅，具有较大的厚度，其强度高，不易发生塌陷与破损，具有较好的工艺稳定性。
4)制备流程均采用现有MEMS成熟技术，无需新工艺开发，因此制备该器件所需的工艺成本低。
附图说明
图1a为内嵌拱形薄膜驱动矩形分布PMUT外形图；
图1b为内嵌拱形薄膜驱动矩形分布PMUT透视图；
图1c为内嵌拱形薄膜驱动矩形分布PMUT半剖图；
图2a为内嵌拱形薄膜驱动同心环形分布PMUT外形图；
图2b为内嵌拱形薄膜驱动同心环形分布PMUT透视图；
图2c为内嵌拱形薄膜驱动同心环形分布PMUT半剖图；
图3为内嵌拱形薄膜驱动矩形分布PMUT侧剖图与俯视图；
图4为常规PMUT侧剖三明治结构示意图；
图5a为内嵌拱形薄膜驱动的矩形分布PMUT工作在接收模式的示意图；
图5b为内嵌拱形薄膜驱动矩形分布PMUT发射状态薄膜变形情况示意图；
图6a为内嵌拱形薄膜驱动矩形分布PMUT制备方法步骤1至步骤5示意图；
图6b为内嵌拱形薄膜驱动矩形分布PMUT制备方法步骤6至步骤10示意图；
图6c为内嵌拱形薄膜驱动矩形分布PMUT制备方法示步骤11至步骤15意图。
附图中：1、振动薄膜，2、驱动层，3、衬底，4、释放孔，5、内嵌拱形驱动膜，2-1、支撑结构，2-2、驱动结构，2-1-1、牺牲停止层，2-1-2、牺牲层；2-2-1、底电极，2-2-2、压电层，2-2-3、顶电极，2-2-4、支撑层，3-1、背腔，3-2、基底；6、单晶硅，7、顶层硅，8、埋层，9、基底硅，12、硬掩模材料，13、刻蚀孔，14、拱形腔，19、单抛硅片，30、第一顶电极，31压电材料，32第一底电极，33硅膜。
具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1参照图1a，图1b，图1c和图3，一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元，由上至下依次设置的振动薄膜1、驱动层2和衬底3组成，驱动层2包括支撑结构2-1和驱动结构2-2，衬底3包括背腔3-1、基底3-2，其中背腔3-1由驱动层2和基底3-2围合形成。振动薄膜1上开设有多个释放孔4。
振动薄膜1是采用SOI片顶层硅，振动薄膜1通过释放技术实现，具有较好的机械强度，与耦合液直接接触，并通过传递内嵌拱形驱动层的机械变形推动外界耦合液发射超声波，或从外界接收声波的大跨度的可动薄膜结构。振动薄膜1的厚度不宜小于2um，过薄的振膜刚度小，其更易发生机械形变，使PMUT具有更高的发射强度和接收灵敏度，但其机械强度低，容易发生大变形破损；振动薄膜厚度不宜超过10um，过厚的振动薄膜具有较高的刚度与强度，需要更大的驱动力才可发生机械形变，会严重影响PMUT发射强度与接收灵敏度。
振动薄膜1覆盖在内嵌驱动层2的上方，其形状可以根据内嵌驱动层2膜的排布方式进行设计，可以是圆形、椭圆形、矩形或正多边形。由于内嵌拱形驱动膜5的支撑，振动薄膜1可实现超大跨度，本发明PMUT振动薄膜面积可达到常规PMUT振动膜面积的数十倍至数百倍，增大振膜面积可以增大输出声压与接收灵敏度。
为了对牺牲层材料进行腐蚀，将振动薄膜1释放，在振动薄膜1的边缘开设有释放孔4，释放孔4根据牺牲层厚度、面积、材料等进行设计，释放孔4为矩形孔、扇形孔、扇形孔、V字形孔或圆孔等。排布方式采用单层环形、多层环形或矩形。优选地，本发明采用V字形孔，有利于振动薄膜残余应力释放，有效增大振动薄膜振幅；其中V形孔角度在100°-160°内，优先选择150°。所有的释放孔排列为圆形，释放孔形成的圆形位于所有内嵌拱形驱动膜5在振动薄膜1上的投影的外侧。
驱动层2主要分为两部分：支撑结构2-1和驱动结构2-2。支撑结构主要由牺牲停止层2-1-1和牺牲层2-1-2组成，牺牲停止层2-1-1位于牺牲层2-1-2内侧，且和牺牲层2-1-2相接。牺牲层2-1-2采用SiO2材料，制作工艺选择LPCVD、PECVD、PETeos等。其作用主要有辅助拱形驱动层加工成形，使振动薄膜1成为悬空结构。牺牲停止层2-1-1采用SiN材料、多晶硅材料、非晶硅材料或单晶硅材料。驱动结构2-2主要由自上至下依次设置的2-2-1底电极、2-2-2压电层、2-2-3顶电极和支撑层2-2-4组成，优选的，在顶电极2-2-3与压电层2-2-2之间设置绝缘层防止顶-底电极发生短路。驱动结构包括拱形部分和水平部分，驱动结构的拱形部分即拱形驱动膜5，水平部分下端面和基底3-2上端面相接。拱形结构的获得主要依靠氧化硅湿法腐蚀的各向同性，具体成型步骤将在制备步骤中进行详细说明。
内嵌拱形驱动层作为支撑压电层部分存在，内嵌拱形驱动层包括四个内嵌拱形驱动膜5，四个内嵌拱形驱动膜5排布阵列形状呈矩形。球形驱动内膜的数量、疏密程度、排布方式根据设计需求灵活调整，排布阵列形状还可以为线性排布阵列、矩形排布阵列、环形排布阵列、圆周排布阵列、扇形排布阵列或多边形排布阵列。
优选的，本发明中拱形驱动5的水平截面形状为易加工的圆形，每个单元中包含4个内嵌拱形驱动膜，横向和纵向均为2个，两个相邻内嵌拱形膜5间隔大于8um，以保证良好的键和质量。
优选的，衬底3选择高阻单抛硅片，P或N型均可，无晶相要求。其中背腔3-1在水平面上的投影与拱形驱动层5在水平面上的投影保持一直，目的是为了保证拱形驱动层5下方为具有相对真空的背腔。背腔采用与驱动内膜投影形状相同形状，背腔几何中心与驱动内膜投影几何中心重合。衬底3对整个PMUT结构起支撑作用，并需要保证满足键合面洁净度与平整度。
优选的，球形驱动膜的支撑层选用SiO2。
优选的，所述压电层采用PZT压电材料、AlN压电材料、ZnO压电材料或PVDF压电材料。考虑应用环境因素，可在顶电极上方采用薄膜淀积方法制作防水绝缘层等结构，采用LPCVD、PECVD等方式，可根据应用环境进行灵活设置。
优选的，驱动内膜的侧剖面形状采用弧形、倒梯形等，正下方投影形状根据设计需求与制作方式灵活设置，包括圆形、环形或矩形。
优选的，驱动内膜采用湿法各向同性腐蚀或干法各向同性腐蚀加工而成。
优选的，背腔采用干法刻蚀工艺完成。
参照图5a和图5b，内嵌拱形薄膜驱动矩形分布PMUT发射状态薄膜变形情况，内嵌拱形薄膜驱动的PMUT的工作机理如下：
图5a是内嵌拱形薄膜驱动的PMUT工作在接收模式的示意图。底电极2-2-1连接输出电路，顶电极2-2-3接地。当外界超声波传到振动薄膜1，使振动薄膜1发生往复振动，振动薄膜1的往复运动会使内嵌拱形驱动层发生变形，在压电作用下，压电层2-2-2上下两个表面产生一定强度的电势，在底电极2-2-1连接的输出电路可将接收到的信号进行输出，从而起到超声波接收的作用。图5b是内嵌拱形薄膜驱动的PMUT工作在发射模式的示意图。在底电极2-2-1加载正弦脉冲信号，顶电极接地。在逆压电作用下，会使内嵌拱形驱动层5中的压电层发生形变，这个形变将推动振动薄膜1发生往复振动，从而向外发射超声波。
实施例2
参照图2a至图2c，本实施例与实施例1的不同之处在于，多个内嵌拱形驱动膜5设置为同心环形。释放孔4为圆形，释放孔4形成多个同心圆，所述同心圆位于相邻的两个内嵌拱形驱动膜5之间的间隙的正上方。
多个内嵌拱形驱动膜5还可以规律排布为矩形或多边形，当内嵌拱形平面形状为同心环形时，其释放孔也需要做相应修改。这些形状的改动可根据具体设计进行灵活设置，此处不再一一赘述。
参照图6a、图6b和图6c，内嵌拱形薄膜驱动的PMUT的制备工艺如下：
步骤1：选取SOI硅片，SOI硅片包括顶层硅7、埋层8和基底硅9，其顶层硅7厚度应与振动薄膜1的厚度保持一致。通过PECVD或者LPCVD在顶硅上方沉积一层单晶硅6。
步骤2、对沉积有单晶硅6的SOI硅片经过涂胶、光刻、显影、干法刻蚀、去胶和去胶清洗，得到牺牲层停止层2-1-1。
步骤3、通过PECVD或LPCVD技术在步骤2得到的产品表面沉积一层与牺牲停止层2-1-1厚度相同的SiO2作为牺牲层2-1-2，并通过化学机械抛光(CMP)工艺对表面进行研磨，使表面平整。
步骤4、在牺牲层2-1-2表面沉积一层硬掩模材料12，该层材料可以选择Si3N4,或者其他易加工的，成膜致密且容易去除的材料。然后经过涂胶、光刻、显影、干法刻蚀、去胶、清洗后，在硬掩模材料12上刻蚀出刻蚀孔13。
步骤5、利用湿法腐蚀的各向同性，对牺牲层进行湿法腐蚀，因为牺牲层材料是SiO2，腐蚀液推荐选择BOE溶液，因为BOE与腐蚀速率较快的HF相比，其反应更温和，反应速率更具有可控性，同时更加安全，腐蚀完成后得到拱形腔14。
步骤6、通过湿法腐蚀去除硬掩模材料12，通过磁控溅射工艺在表面淀积一层金属作为底电极2-2-1，金属材料可以选择Mo、Al等。
步骤7、通过磁控溅射工艺在底电极2-2-1上表面淀积压电层2-2-2，本层的材料可以选择PZT、AlN或ZnO。
步骤8、通过磁控溅射在压电层2-2-2上表面淀积一层金属作为顶电极2-2-3，金属可以选择的金属材料包括Mo和Al。
步骤9、在顶电极2-2-3上表面通过PECVD或PEteos工艺淀积一层SiO2作为支撑层2-2-4，并通过CMP工艺对表面进行研磨抛光，使表面平整，作为后续键合工艺的接合面。
步骤10、选取与前述工艺中SOI硅片尺寸一致的普通单抛硅片19，经过涂胶、光刻、显影、刻蚀、去胶和清洗等，得到背腔3-1。需注意，必须保证背腔3-1大于或等于拱形腔14在水平方向的投影，并确保拱形腔14在水平方向的投影与背腔3-1圆心重合。
步骤11、步骤9得到的产品倒置，保证拱形腔14与背腔3-1图形对正，进行键合，单抛硅片19作为基底3-2。这里的键合工艺可以选择扩散键合，金属熔融键合等，为保证图形对准精度，可以在硅片非键合面刻蚀对准标记以辅助键合。
步骤12、对键合后的SOI硅片进行机械研磨抛光，去除部分SOI片衬底硅9，通过干法刻蚀去除残留SOI衬底硅。
步骤13、通过湿法腐蚀或者干法刻蚀工艺去除SOI硅片的埋层8，腐蚀剂可以选择HF或者BOE溶液。
步骤14、对步骤13得到的产品经过涂胶、光刻、显影、刻蚀、去胶和清洗，形成释放孔4。
步骤15、通过湿法腐蚀或者气体腐蚀对牺牲层2-1-2进行腐蚀，使振动薄膜悬空。腐蚀剂可以选择BOE溶液或者HF气体。
参照图4，常规PMUT中的第一顶电极30、压电材料31、第一底电极32和硅膜33堆叠在一起形成具有三明治结构的单层整体薄膜。
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元，其特征在于，包括由上至下依次设置的振动薄膜(1)、驱动层(2)和衬底(3)，所述驱动层(2)包括驱动结构(2-2)和位于薄膜(1)与驱动结构(2-2)之间的支撑结构(2-1)，所述支撑结构(2-1)包括牺牲停止层(2-1-1)和位于牺牲停止层(2-1-1)外侧的牺牲层(2-1-2)，所述驱动结构(2-2)包括自上至下依次设置的底电极(2-2-1)、压电层(2-2-2)、顶电极(2-2-3)和支撑层(2-2-4)；
所述衬底(3)包括背腔(3-1)和基底(3-2)，所述背腔(3-1)由驱动层(2)和基底(3-2)围合形成；
所述驱动结构(2-2)具有水平部分和多个拱形部分，所述拱形部分记为内嵌拱形驱动膜(5)，所述内嵌拱形驱动层(5)位于背腔(3-1)正上方，所述水平部分下端面和基底(3-2)上端面相接。
2.根据权利要求1所述的一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元，其特征在于，所述振动薄膜(1)上开设有多个释放孔(4)。
3.根据权利要求2所述的一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元，其特征在于，所述释放孔(4)为V形。
4.根据权利要求3所述的一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元，其特征在于，所述释放孔(4)的角度为100°-160°。
5.根据权利要求1所述的一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元，其特征在于，所述顶电极(2-2-3)与压电层(2-2-2)之间设置绝缘层。
6.根据权利要求1所述的一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元，其特征在于，两个相邻内嵌拱形膜(5)间隔大于8um。
7.根据权利要求1所述的一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元，其特征在于，所述振动薄膜(1)的厚度大于2um且小于15um。
8.一种权利要求1所述的一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在SOI硅片上端面沉积一层单晶硅(6)；
步骤2、将步骤1沉积的单晶硅(6)图形化，得到牺牲层停止层(2-1-1)；
步骤3、在步骤2得到的产品表面沉积一层SiO2作为牺牲层(2-1-2)；
步骤4、在牺牲层(2-1-2)表面沉积一层硬掩模材料(12)，并对硬掩模材料(12)上刻蚀出刻蚀孔(13)；
步骤5、利用湿法腐蚀方法对牺牲层(2-1-2)进行腐蚀，腐蚀出拱形腔(14)；
步骤6、去除步骤5得到的产品的硬掩模材料(12)后，在其表面淀积一层金属作为底电极(2-2-1)；
步骤7、通过薄膜淀积在底电极(2-2-1)上淀积压电层(2-2-2)；
步骤8、在压电层(2-2-2)上淀积一层金属作为顶电极(2-2-3)；
步骤9、在顶电极(2-2-3)上淀积一层SiO2作为支撑层(2-2-4)，并对支撑层(2-2-4)表面进行研磨抛光，使支撑层(2-2-4)表面平整；
步骤10、另取一个单抛硅片(19)，在单抛硅片(19)通过刻蚀得到背腔(3-1)；
步骤11、将步骤9得到的产品倒置与步骤10得到的产品键合，单抛硅片(19)作为基底(3-2)；
步骤12、对键合后产品进行机械研磨抛光，去除SOI硅片的衬底硅(9)；
步骤13、去除SOI硅片的埋层；
步骤14、对步骤13得到的产品进行图形化，形成释放孔(4)；
步骤15、通过湿法腐蚀对牺牲层(2-1-2)进行腐蚀，使振动薄膜(1)悬空。
9.根据权利要求8所述的一种内嵌拱形薄膜驱动的PMUT单元的制备方法，其特征在于，所述步骤7中，通过磁控溅射工艺在底电极(2-2-1)上表面淀积压电层(2-2-2)。
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