CN113042345A - 一种声波换能单元及其制作方法、声波换能器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种声波换能单元及其制作方法、声波换能器，涉及电子器件技术领域。本发明通过在第一衬底上设置第一电极，在第一衬底靠近第一电极的一侧设置支撑层，在支撑层远离第一衬底的一侧还设置有导体化振膜层；支撑层围成有空腔，第一电极、导体化振膜层和空腔在第一衬底上的正投影存在重合区域，且导体化振膜层同时作为声波换能单元中的振膜层和第二电极。通过将声波换能单元中的振膜层和第二电极合二为一，仅采用导体化振膜层同时作为振膜层和第二电极，使得声波换能单元的层结构较为简单，相应的，可减少声波换能单元的制作工序，从而降低生产成本。

Description

一种声波换能单元及其制作方法、声波换能器
技术领域
本发明涉及电子器件技术领域，特别是涉及一种声波换能单元及其制作方法、声波换能器。
背景技术
随着科技的不断发展，CMUT(Capacitive Micromachined UltrasonicTransducer，电容式微机械超声波换能器)已广泛应用到医学成像、治疗、工业流量计、汽车雷达、室内定位等多个方面。
目前，声波换能器中的各个声波换能单元的层结构较为复杂，导致制作工序较多，从而导致生产成本较高。
发明内容
本发明提供一种声波换能单元及其制作方法、声波换能器，以解决现有的声波换能器中的各个声波换能单元的层结构较为复杂，导致制作工序较多，从而导致生产成本较高的问题。
为了解决上述问题，本发明公开了一种声波换能单元，包括：第一衬底、设置在所述第一衬底上的第一电极、设置在所述第一衬底靠近所述第一电极一侧的支撑层，以及设置在所述支撑层远离所述第一衬底一侧的导体化振膜层；
其中，所述支撑层围成有空腔，所述第一电极、所述导体化振膜层和所述空腔在所述第一衬底上的正投影存在重合区域；所述导体化振膜层同时作为所述声波换能单元中的振膜层和第二电极。
可选的，所述导体化振膜层的材料为石墨烯或超顺排碳纳米管。
可选的，在沿着垂直于所述第一衬底所在平面的方向上，所述导体化振膜层的厚度为5nm至100nm。
可选的，所述声波换能单元还包括隔离保护层，所述隔离保护层设置在所述第一电极靠近所述导体化振膜层的一侧，且所述隔离保护层覆盖所述第一电极。
可选的，所述导体化振膜层具有贯穿的释放孔，所述释放孔在所述第一衬底上的正投影位于所述空腔在所述第一衬底上的正投影内。
可选的，所述声波换能单元还包括覆盖所述导体化振膜层的钝化层，所述钝化层填充至所述释放孔内；
所述声波换能单元还包括设置在所述钝化层远离所述导体化振膜层一侧的第一信号线，所述第一信号线通过贯穿所述钝化层的第一通孔与所述导体化振膜层连接。
可选的，所述第一衬底具有贯穿的第二通孔；
所述声波换能单元还包括设置在所述第一衬底远离所述第一电极一侧的第二信号线，且所述第二信号线通过所述第二通孔与所述第一电极连接。
可选的，所述第二通孔在所述导体化振膜层上的正投影位于所述导体化振膜层的中心位置。
为了解决上述问题，本发明还公开了一种声波换能单元的制作方法，包括：
在第一衬底上形成第一电极；
在所述第一衬底靠近所述第一电极的一侧形成支撑层；所述支撑层围成有空腔；
在所述支撑层远离所述第一衬底的一侧形成导体化振膜层；
其中，所述第一电极、所述导体化振膜层和所述空腔在所述第一衬底上的正投影存在重合区域；所述导体化振膜层同时作为所述声波换能单元中的振膜层和第二电极。
可选的，所述在所述支撑层远离所述第一衬底的一侧形成导体化振膜层的步骤，包括：
在所述第一电极远离所述第一衬底的一侧形成牺牲层；
在所述牺牲层上形成导体化振膜层；所述导体化振膜层具有贯穿的释放孔，所述释放孔在所述第一衬底上的正投影位于所述牺牲层在所述第一衬底上的正投影内；
通过所述释放孔去除所述牺牲层。
可选的，所述在所述支撑层远离所述第一衬底的一侧形成导体化振膜层的步骤，包括：
在第二衬底上形成导体化振膜层；
将所述第二衬底上形成的所述导体化振膜层键合到所述支撑层远离所述第一衬底的一侧；
去除所述第二衬底。
可选的，在所述第一衬底靠近所述第一电极的一侧形成支撑层的步骤之后，还包括：
形成贯穿所述第一衬底的第二通孔；
在所述第一衬底远离所述第一电极的一侧形成第二信号线；所述第二信号线通过所述第二通孔与所述第一电极连接。
为了解决上述问题，本发明还公开了一种声波换能器，包括多个上述的声波换能单元。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
通过在第一衬底上设置第一电极，在第一衬底靠近第一电极的一侧设置支撑层，在支撑层远离第一衬底的一侧还设置有导体化振膜层；支撑层围成有空腔，第一电极、导体化振膜层和空腔在第一衬底上的正投影存在重合区域，且导体化振膜层同时作为声波换能单元中的振膜层和第二电极。通过将声波换能单元中的振膜层和第二电极合二为一，仅采用导体化振膜层同时作为振膜层和第二电极，使得声波换能单元的层结构较为简单，相应的，可减少声波换能单元的制作工序，从而降低生产成本。
附图说明
图1示出了相关技术中的一种声波换能单元的结构示意图；
图2示出了本发明实施例的一种声波换能单元的结构示意图；
图3示出了本发明实施例的另一种声波换能单元的结构示意图；
图4示出了本发明实施例的再一种声波换能单元的结构示意图；
图5示出了图4所示的声波换能单元对应的平面示意图；
图6示出了本发明实施例的一种声波换能单元的制作方法的流程图；
图7示出了本发明实施例在第一衬底上形成第一电极后的结构示意图；
图8示出了本发明实施例形成覆盖第一电极的隔离保护层后的结构示意图；
图9示出了本发明实施例形成支撑层后的结构示意图；
图10示出了在图9所示的结构上形成牺牲层后的结构示意图；
图11示出了在图10所示的结构上形成导体化振膜层后的结构示意图；
图12示出了对图11所示的结构中的牺牲层去除后的结构示意图；
图13示出了在图12所示的结构上形成钝化层和贯穿第一衬底的第二通孔后的结构示意图；
图14示出了在图9所示的结构上形成第二信号线后的结构示意图；
图15示出了在第二衬底上形成导体化振膜层后的结构示意图；
图16示出了将图14所示的结构与图15所示的结构进行键合后的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
在相关技术中，如图1所示，声波换能单元包括衬底11、第一电极12、支撑层13、振膜层14和第二电极15，且支撑层13围成有空腔16。
其中，振膜层14通常采用氮化硅或氧化硅等绝缘材料，第二电极15通常采用铝、ITO(Indium Tin Oxides，氧化铟锡)等导体材料，即振膜层14和第二电极15为两层独立的层结构，导致声波换能单元的层结构较为复杂。
并且，在实际制作过程中，振膜层14单独采用一次构图工艺形成，第二电极15也需要单独采用一次构图工艺形成，因此，需要采用两次构图工艺才可形成振膜层14和第二电极15，导致声波换能单元的制作工序较多，进而使得生产成本较高。
因此，本发明实施例通过将声波换能单元中的振膜层和第二电极合二为一，仅采用导体化振膜层同时作为振膜层和第二电极，使得声波换能单元的层结构较为简单，相应的，可减少声波换能单元的制作工序，从而降低生产成本。
实施例一
参照图2，示出了本发明实施例的一种声波换能单元的结构示意图。
本发明实施例提供了一种声波换能单元，包括：第一衬底21、设置在第一衬底21上的第一电极22、设置在第一衬底21靠近第一电极22一侧的支撑层23，以及设置在支撑层23远离第一衬底21一侧的导体化振膜层24；其中，支撑层23围成有空腔25，第一电极22、导体化振膜层24和空腔25在第一衬底21上的正投影存在重合区域；导体化振膜层24同时作为声波换能单元中的振膜层和第二电极。
在实际产品中，第一衬底21为玻璃衬底，当然，第一衬底21也可采用硅基衬底等其他衬底，相对于硅基衬底，玻璃衬底的成本相对较低，因此，当采用玻璃衬底作为第一衬底21时，可降低声波换能单元的制作成本。
在第一衬底21上设置有第一电极22，第一电极22指的是声波换能单元的底电极；第一电极22的材料为导体材料，如第一电极22的材料可以采用钼、铝、铜、金、镍等金属材料中的一种或多种，当然，第一电极22的材料也可以采用ITO等氧化物导体材料。
并且，声波换能单元还包括设置在第一衬底21靠近第一电极22一侧的支撑层23，支撑层23围成有空腔25。支撑层23的材料为绝缘材料，其可以为无机绝缘材料，如氮化硅或氧化硅等，其还可以为有机绝缘材料，如PI(Polyimide，聚酰亚胺)等。
具体的，支撑层23可以直接设置在第一衬底21上，此时，第一电极22和支撑层23同层设置，且支撑层23围绕第一电极22，即第一电极22在第一衬底21上的正投影与支撑层23在第一衬底21上的正投影不存在重合区域；支撑层23也可以设置在第一电极22远离第一衬底21的一侧，此时，支撑层23在第一衬底21上的正投影位于第一电极22在第一衬底21上的正投影内，具体的，支撑层23在第一衬底21上的正投影是位于第一电极22在第一衬底21上的正投影的边缘区域，即支撑层23在第一电极22表面的边缘区域围成一圈。
此外，在支撑层23远离第一衬底21的一侧设置有导体化振膜层24。为了实现支撑层23对导体化振膜层24的支撑效果，导体化振膜层24在第一衬底21上的正投影与支撑层23在第一衬底21上的正投影存在重合区域，即导体化振膜层24与支撑层23存在接触区域，使得支撑层23可以对导体化振膜层24进行支撑；并且，由于支撑层23围成空腔25，即支撑层23设置在空腔25的外围，因此，导体化振膜层24在第一衬底21上的正投影覆盖空腔25在第一衬底21上的正投影。另外，导体化振膜层24在第一衬底21上的正投影与第一电极22在第一衬底21上的正投影也存在重合区域，从而使得第一电极22和导体化振膜层24之间可以形成电容。
具体的，当第一电极22和支撑层23同层设置，且第一电极22在第一衬底21上的正投影与支撑层23在第一衬底21上的正投影不存在重合区域时，由于支撑层23围成空腔25，因此，第一电极22在第一衬底21上的正投影与空腔25在第一衬底21上的正投影完全重合，或者，第一电极22在第一衬底21上的正投影位于空腔25在第一衬底21上的正投影内；当支撑层23设置在第一电极22远离第一衬底21的一侧，且支撑层23在第一衬底21上的正投影位于第一电极22在第一衬底21上的正投影内时，第一电极22在第一衬底21上的正投影覆盖空腔25在第一衬底21上的正投影。
在实际产品中，支撑层23围成有空腔25，且空腔25位于第一电极22与导体化振膜层24之间，该空腔25内可以是真空也可以存在一定量的气体，如空气等。当第一电极22和支撑层23同层设置在第一衬底21上时，在沿着垂直于第一衬底21所在平面的方向上，需要保证支撑层23的厚度大于第一电极22的厚度，才能围成空腔25。
另外，导体化振膜层24同时作为声波换能单元中的振膜层和第二电极(顶电极)，即将声波换能单元中的振膜层和第二电极合二为一，仅采用导体化振膜层24同时作为振膜层和第二电极。
当导体化振膜层24同时作为声波换能单元中的振膜层和第二电极时，声波换能单元的层结构较为简单，也就是说，相对于图1中的振膜层14和第二电极15两层的层结构，本发明实施例仅需要导体化振膜层24这一层结构；相应的，振膜层14和第二电极15总共需要两次构图工艺才可形成，本发明实施例由于导体化振膜层24同时作为振膜层和第二电极，因此，在形成导体化振膜层24时仅需要一次构图工艺即可，从而减少了一次构图工艺，即减少了一道镀膜工序和一道mask(掩膜)工序，简化了声波换能单元的制作工序，降低了生产成本。
在实际使用过程中，声波换能单元既可以作为发射器又可以作为接收器。
当声波换能单元作为发射器时，在第一电极22和导体化振膜层24之间施加交流电压，该交流电压引起第一电极22与导体化振膜层24之间形成的电容的电场发生变化，从而使得导体化振膜层24在变化的电场的作用下进行大幅度的往返运动，即向靠近第一电极22和方向和远离第一电极22的方向进行往返运动，实现电能向机械能的转换，当导体化振膜层24处于振动状态时，导体化振膜层24可以向介质环境辐射能量，从而产生声波，该声波可以为超声波，其振动频率大于或等于20KHz。若采用声波换能单元进行声波检测时，部分声波会发射至待检测对象的表面，声波在待检测对象的表面发生反射，并反射回声波换能单元，以供声波换能单元进行接收和检测。
当声波换能单元作为接收器时，当有声波作用到导体化振膜层24上时，导体化振膜层24振动，则第一电极22与导体化振膜层24之间的空腔间距发生变化，从而引起第一电极22与导体化振膜层24之间形成的电容对应的电容量发生变化，进而产生电信号，基于该电信号可实现对接收到的声波进行检测。
因此，将导体化振膜层24同时作为声波换能单元中的振膜层和第二电极，在简化声波换能单元的层结构和制作工序的同时，保证声波换能单元可以正常工作。
在本发明实施例中，导体化振膜层24的材料为石墨烯或超顺排碳纳米管。
由于碳基材料具有密度小、高机械强度和良好的导电性，因此，采用石墨烯或超顺排碳纳米管作为导体化振膜层24的材料，可提高声波换能单元的工作频率，实现高频应用，例如，可以应用在眼部超声探测等需要高频工作频率的技术领域。
在本发明实施例中，在沿着垂直于第一衬底21所在平面的方向上，导体化振膜层24的厚度h1为5nm至100nm。例如，导体化振膜层24的厚度h1为10nm、20nm、50nm等。
在实际产品中，第一电极22在第一衬底21上的正投影形状可以为矩形、圆形、正六边形中的任意一种，当然，第一电极22在第一衬底21上的正投影形状不局限于上述的形状，其还可以为不规则形状；相应的，导体化振膜层24在第一衬底21上的正投影形状也可以为矩形、圆形、正六边形中的任意一种，当然，导体化振膜层24在第一衬底21上的正投影形状不局限于上述的形状，其还可以为不规则形状。
而支撑层23在第一衬底21上的正投影形状为环状，如圆环状或矩形环状等。当支撑层23在第一衬底21上的正投影形状为圆环状时，空腔25在第一衬底21上的正投影形状为圆形；当支撑层23在第一衬底21上的正投影形状为矩形环状时，空腔25在第一衬底21上的正投影形状为矩形。
参照图3，示出了本发明实施例的另一种声波换能单元的结构示意图，图4示出了本发明实施例的再一种声波换能单元的结构示意图。
如图3和图4所示，声波换能单元还包括隔离保护层26，隔离保护层26设置在第一电极22靠近导体化振膜层24的一侧，且隔离保护层26覆盖第一电极22。
其中，隔离保护层26的材料为绝缘材料，其可以为无机绝缘材料，如氮化硅或氧化硅等，其还可以为有机绝缘材料，如PI等。
当导体化振膜层24处于振动状态时，导体化振膜层24的振动幅度可以会很大，使得导体化振膜层24与第一电极22之间的距离较短，若不设置覆盖第一电极22的隔离保护层26，导体化振膜层24与第一电极22会存在放电的情况，从而影响导体化振膜层24的振动效果，因此，通过设置覆盖第一电极22的隔离保护层26，可有效避免因导体化振膜层24的振动幅度过大而导致的放电。
另外，在制作声波换能单元时，可能会采用牺牲层来制作导体化振膜层24，后续需要采用刻蚀液将空腔25内的牺牲层去除掉，为了避免刻蚀液对第一电极22造成的损伤，需要设置覆盖第一电极22的隔离保护层26，以通过隔离保护层26来防止刻蚀液对第一电极22造成损伤。
需要说明的是，当第一电极22和支撑层23同层设置在第一衬底21上，且隔离保护层26覆盖第一电极22时，在沿着垂直于第一衬底21所在平面的方向上，需要保证支撑层23的厚度大于第一电极22与隔离保护层26的厚度和，才可形成空腔25。此时，支撑层23在第一衬底21上的正投影与隔离保护层26在第一衬底21上的正投影不存在重合区域，且支撑层23也围绕隔离保护层26。
并且，当声波换能单元中设置有覆盖第一电极22的隔离保护层26时，支撑层23也可设置在隔离保护层26远离第一电极22的一侧，且支撑层23在第一衬底21上的正投影位于隔离保护层26在第一衬底21上的正投影内。
可选的，如图4和图5所示，导体化振膜层24具有贯穿的释放孔241，释放孔241在第一衬底21上的正投影位于空腔25在第一衬底21上的正投影内。
在制作声波换能单元时，会在隔离保护层26远离第一电极22的一侧形成牺牲层，然后在牺牲层上形成导体化振膜层24，此时，支撑层23、导体化振膜层24和隔离保护层26会形成封闭结构，为了去除封闭结构内的牺牲层，需要形成贯穿导体化振膜层24的释放孔241，然后刻蚀液通过释放孔241流至牺牲层的位置处，对牺牲层进行刻蚀，刻蚀完成后可形成空腔25。
为了保证刻蚀液可以对牺牲层进行刻蚀，因此，在未刻蚀牺牲层之前，释放孔241在第一衬底21上的正投影位于牺牲层在第一衬底21上的正投影内，当对牺牲层进行刻蚀形成空腔25之后，释放孔241在第一衬底21上的正投影也就位于空腔25在第一衬底21上的正投影内。
具体的，导体化振膜层24上贯穿的释放孔241的数量为至少一个，如图5所示，导体化振膜层24上贯穿的释放孔241的数量为8个，且释放孔241在第一衬底21上的正投影位于空腔25在第一衬底21上的正投影的边缘区域内。
需要说明的是，沿图5所示的截面A-A’得到的剖视图如图4所示，为了清楚的显示释放孔241的位置关系，在图5所示的平面图中未示出钝化层27的层结构。
如图4所示，声波换能单元还包括覆盖导体化振膜层24的钝化层27，钝化层27填充至释放孔241内；声波换能单元还包括设置在钝化层27远离导体化振膜层24一侧的第一信号线(未在图4中示出)，第一信号线通过贯穿钝化层27的第一通孔与导体化振膜层24连接。
在某些产品中，需要保证空腔25内为真空，因此，需要对导体化振膜层24上贯穿的释放孔241进行填充，则形成覆盖导体化振膜层24的钝化层27，且该钝化层27填充至释放孔241内，以使声波换能单元形成封闭结构。其中，该钝化层27的材料为绝缘材料，如氮化硅或氧化硅等。
并且，钝化层27具有贯穿的第一通孔，在钝化层27远离导体化振膜层24一侧还设置有第一信号线，该第一信号线通过第一通孔与导体化振膜层24连接。
第一信号线还与第一信号端连接，其用于将第一信号端输入的第一信号提供给导体化振膜层24，以在同时提供给第一电极22的第二信号的作用下，控制导体化振膜层24进行振动而产生声波。其中，第一信号端为固定电压端，如接地端。
需要说明的是，针对图3所示的声波换能单元，其也可以设置覆盖导体化振膜层24的钝化层，此时，导体化振膜层24没有贯穿的释放孔241，钝化层也就不会填充至释放孔241内；并且，在该钝化层远离导体化振膜层24的一侧也设置有第一信号线，第一信号线通过贯穿该钝化层的第一通孔与导体化振膜层24连接。
在本发明实施例中，如图3和图4所示，第一衬底21具有贯穿的第二通孔；声波换能单元还包括设置在第一衬底21远离第一电极22一侧的第二信号线28，且第二信号线28通过第二通孔与第一电极22连接。
在相关技术中，通常是在顶电极远离第一衬底21的一侧设置与底电极连接的走线，但是这种布线方式使得顶电极远离第一衬底21一侧的走线较为复杂，为了简化布线设计，采用TGV(Through Glass Via，玻璃通孔)技术形成贯穿第一衬底21的第二通孔，然后，在第一衬底21远离第一电极22的一侧形成第二信号线28，且第二信号线28的材料会填充至第二通孔内并与第一电极22连接，从而将第一电极22通过第二通孔导出至第一衬底21远离第一电极22的一侧。
通过第二通孔将第一电极22与第一衬底21远离第一电极22一侧的第二信号线28连接，可简化声波换能单元的布线设计，优化布线设计方案，从而可提升声波换能器中的声波换能单元的排列密度，当声波换能器中的声波换能单元的排列密度增大时，单位面积内声波换能单元的数量则增多，从而提高了声波换能器的发射声压和接收灵敏度；并且，也可以有效避免在顶电极远离第一衬底21一侧的布线不合理(如走线距离过近)所产生的寄生电容，从而提高声波换能器的电学性能。
在实际产品中，第二信号线28与第二信号端连接，其用于将第二信号端输入的第二信号提供给第一电极22，而第一信号线会将第一信号端输入的第一信号提供给导体化振膜层24，此时，第一电极22和导体化振膜层24会产生电场，使得导体化振膜层24在电场作用下振动而产生声波。此外，第二信号端与检测芯片连接，第二信号线28还用于将由于导体化振膜层24振动而产生的电信号发送至第二信号端，第二信号端将电信号发送至检测芯片，以对导体化振膜层24接收到的声波进行检测。
其中，第一信号线和第二信号线28的材料为导电材料，如钼、铝、铜、金、镍等金属材料中的一种或多种。
在本发明实施例中，第二通孔在导体化振膜层24上的正投影位于导体化振膜层24的中心位置。
通过将第二信号线28与第一电极22之间连接的第二通孔在导体化振膜层24上的正投影，设置在导体化振膜层24的中心位置，可提高声波换能单元的对称性和振动稳定性。
例如，当导体化振膜层24在第一衬底21上的正投影形状为圆形时，第二通孔在导体化振膜层24上的正投影位于导体化振膜层24的圆心。
在本发明实施例中，通过将声波换能单元中的振膜层和第二电极合二为一，仅采用导体化振膜层同时作为振膜层和第二电极，使得声波换能单元的层结构较为简单，相应的，可减少声波换能单元的制作工序，从而降低生产成本。
实施例二
参照图6，示出了本发明实施例的一种声波换能单元的制作方法的流程图，具体可以包括如下步骤：
步骤601，在第一衬底上形成第一电极。
在本发明实施例中，如图7所示，提供第一衬底21，该第一衬底21可以为玻璃衬底，然后，采用一次构图工艺在第一衬底21上形成第一电极22。
需要说明的是，构图工艺具体包括镀膜、光刻胶涂覆、曝光、显影、薄膜刻蚀、光刻胶剥离等工艺步骤。
步骤602，在所述第一衬底靠近所述第一电极的一侧形成支撑层；所述支撑层围成有空腔。
在本发明实施例中，如图8所示，在第一衬底21上形成第一电极22之后，可采用一次构图工艺先形成覆盖第一电极22的隔离保护层26；然后，如图9所示，采用一次构图工艺在第一衬底21靠近第一电极22的一侧形成支撑层23，支撑层23围成有空腔25。具体的，该支撑层23可以与第一电极22同层形成在第一衬底21上，也可以形成在隔离保护层26远离第一电极22的一侧。
当然，在第一衬底21上形成第一电极22之后，也可以直接采用一次构图工艺形成支撑层23，此时，该支撑层23可以与第一电极22同层形成在第一衬底21上，也可以形成在第一电极22远离第一衬底21的一侧。
步骤603，在所述支撑层远离所述第一衬底的一侧形成导体化振膜层。
在本发明实施例中，在第一衬底21靠近第一电极22的一侧形成支撑层23之后，在支撑层23远离第一衬底21的一侧形成导体化振膜层24。其中，第一电极22、导体化振膜层24和空腔25在第一衬底21上的正投影存在重合区域，导体化振膜层24同时作为声波换能单元中的振膜层和第二电极。
在本发明一种可选的实施方式中，步骤603包括子步骤6031至子步骤6033：
子步骤6031，在所述第一电极远离所述第一衬底的一侧形成牺牲层；
子步骤6032，在所述牺牲层上形成导体化振膜层；所述导体化振膜层具有贯穿的释放孔，所述释放孔在所述第一衬底上的正投影位于所述牺牲层在所述第一衬底上的正投影内；
子步骤6033，通过所述释放孔去除所述牺牲层。
如图10所示，在第一衬底21靠近第一电极22的一侧形成支撑层23之后，采用一次构图工艺在第一电极22远离第一衬底21的一侧形成牺牲层31，具体的，是在隔离保护层26远离第一衬底21一侧的表面上形成牺牲层31。其中，牺牲层31的材料为铜，当然，牺牲层31也可以采用其他材料；而牺牲层31的厚度可根据支撑层23、第一电极22和隔离保护层26的厚度确定，例如，牺牲层31、第一电极22和隔离保护层26的厚度和等于支撑层23的厚度。
如图11所示，在第一电极22远离第一衬底21的一侧形成牺牲层31之后，采用一次构图工艺在牺牲层31远离第一衬底21一侧的表面上形成导体化振膜层24，该导体化振膜层24会延伸至支撑层23所在的位置处；并且，在采用构图工艺形成导体化振膜层24时，也相应形成贯穿导体化振膜层24的释放孔241，释放孔241在第一衬底21上的正投影位于牺牲层31在第一衬底21上的正投影内。
需要说明的是，当采用铜作为牺牲层31的材料时，可在牺牲层31的表面通过CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)工艺可生长出高质量大面积的石墨烯薄膜或超顺排碳纳米管薄膜，后续在对石墨烯薄膜或超顺排碳纳米管薄膜进行光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀和光刻胶剥离等工艺步骤形成导体化振膜层24时，可使得导体化振膜层24的质量良好。
如图12所示，在牺牲层31上形成导体化振膜层24之后，通过释放孔241去除牺牲层31。具体的，是通过释放孔241将刻蚀液流至牺牲层31的位置处，对牺牲层31进行湿法刻蚀，以去除牺牲层31得到空腔25。
进一步的，在通过释放孔241去除牺牲层31之后，如图13所示，可先形成覆盖导体化振膜层24的钝化层27，钝化层27填充至释放孔241内，并且，钝化层27具有贯穿的第一通孔；然后，在钝化层27远离导体化振膜层24的一侧形成第一信号线，第一信号线通过贯穿钝化层27的第一通孔与导体化振膜层24连接。
并且，在通过释放孔241去除牺牲层31之后，如图13所示，还可形成贯穿第一衬底21的第二通孔211，接着，在第一衬底21远离第一电极22的一侧形成第二信号线28，得到如图4所示的声波换能单元，且第二信号线28通过第二通孔211与第一电极22连接。
在本发明另一种可选的实施方式中，步骤603包括子步骤6034至子步骤6036：
子步骤6034，在第二衬底上形成导体化振膜层；
子步骤6035，将所述第二衬底上形成的所述导体化振膜层键合到所述支撑层远离所述第一衬底的一侧；
子步骤6036，去除所述第二衬底。
如图14所示，在第一衬底21靠近第一电极22的一侧形成支撑层23之后，可先形成贯穿第一衬底21的第二通孔，然后在第一衬底21远离第一电极22的一侧形成第二信号线28，且第二信号线28通过第二通孔与第一电极22连接。
如图15所示，在第二衬底32上采用一次构图工艺形成导体化振膜层24，第二衬底32为硅基衬底。该构图工艺也包括镀膜(采用CVD工艺)、光刻胶涂覆、曝光、显影、薄膜刻蚀、光刻胶剥离等工艺步骤。
如图16所示，在第一衬底21上分别形成第一电极22和支撑层23，以及在第二衬底32上形成导体化振膜层24之后，采用SOG(Silicon On Glass，硅-玻璃键合)工艺将第二衬底32上形成的导体化振膜层24，键合到支撑层23远离第一衬底21的一侧，以在支撑层23远离第一衬底21的一侧形成导体化振膜层24。具体的，SOG工艺包括热压键合工艺或化学键合工艺等。
需要说明的是，在采用SOG工艺在支撑层23远离第一衬底21的一侧形成导体化振膜层24时，无需先形成牺牲层31，也不需要基于牺牲层31来形成导体化振膜层24后再去除牺牲层31，相应的，导体化振膜层24也就无需设置贯穿的释放孔241。
在将第二衬底32上形成的导体化振膜层24，键合到支撑层23远离第一衬底21的一侧之后，剥离第二衬底32，以得到如图3所示的结构。具体的，可采用激光剥离工艺剥离第二衬底32，当然，也可采用其他方式对第二衬底32进行剥离。
可选的，在步骤602之后，还包括：形成贯穿所述第一衬底的第二通孔；在所述第一衬底远离所述第一电极的一侧形成第二信号线；所述第二信号线通过所述第二通孔与所述第一电极连接。
在实际制作过程中，可在通过释放孔241去除牺牲层31之后，形成贯穿第一衬底21的第二通孔211，接着在第一衬底21远离第一电极22的一侧形成第二信号线28；也可以在第一衬底21靠近第一电极22的一侧形成支撑层23之后，形成贯穿第一衬底21的第二通孔，接着在第一衬底21远离第一电极22的一侧形成第二信号线28，然后再将导体化振膜层24与支撑层23键合。
在本发明实施例中，通过将声波换能单元中的振膜层和第二电极合二为一，仅采用导体化振膜层同时作为振膜层和第二电极，使得声波换能单元的层结构较为简单，相应的，可减少声波换能单元的制作工序，从而降低生产成本。
实施例三
本发明实施例还提供了一种声波换能器，包括多个上述的声波换能单元。
关于声波换能单元的具体描述可以参照上述实施例的描述，本发明实施例在此不再赘述。
其中，声波换能器包括的多个声波换能单元呈阵列分布，且多个声波换能单元共用同一个第一衬底21。并且，在第一衬底21上形成多个声波换能单元时，各个声波换能单元中的同一膜层是采用同一构图工艺同时形成的。
另外，声波换能器的第一衬底21上设置的第二通孔的数量，与声波换能单元的数量相等，即声波换能单元与第二通孔一一对应。
在本发明实施例中，通过将声波换能单元中的振膜层和第二电极合二为一，仅采用导体化振膜层同时作为振膜层和第二电极，使得声波换能单元的层结构较为简单，相应的，可减少声波换能单元的制作工序，从而降低生产成本。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种声波换能单元及其制作方法、声波换能器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种声波换能单元，其特征在于，包括：第一衬底、设置在所述第一衬底上的第一电极、设置在所述第一衬底靠近所述第一电极一侧的支撑层，以及设置在所述支撑层远离所述第一衬底一侧的导体化振膜层；
其中，所述支撑层围成有空腔，所述第一电极、所述导体化振膜层和所述空腔在所述第一衬底上的正投影存在重合区域；所述导体化振膜层同时作为所述声波换能单元中的振膜层和第二电极。
2.根据权利要求1所述的声波换能单元，其特征在于，所述导体化振膜层的材料为石墨烯或超顺排碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的声波换能单元，其特征在于，在沿着垂直于所述第一衬底所在平面的方向上，所述导体化振膜层的厚度为5nm至100nm。
4.根据权利要求1所述的声波换能单元，其特征在于，所述声波换能单元还包括隔离保护层，所述隔离保护层设置在所述第一电极靠近所述导体化振膜层的一侧，且所述隔离保护层覆盖所述第一电极。
5.根据权利要求1所述的声波换能单元，其特征在于，所述导体化振膜层具有贯穿的释放孔，所述释放孔在所述第一衬底上的正投影位于所述空腔在所述第一衬底上的正投影内。
6.根据权利要求5所述的声波换能单元，其特征在于，所述声波换能单元还包括覆盖所述导体化振膜层的钝化层，所述钝化层填充至所述释放孔内；
所述声波换能单元还包括设置在所述钝化层远离所述导体化振膜层一侧的第一信号线，所述第一信号线通过贯穿所述钝化层的第一通孔与所述导体化振膜层连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的声波换能单元，其特征在于，所述第一衬底具有贯穿的第二通孔；
所述声波换能单元还包括设置在所述第一衬底远离所述第一电极一侧的第二信号线，且所述第二信号线通过所述第二通孔与所述第一电极连接。
8.根据权利要求7所述的声波换能单元，其特征在于，所述第二通孔在所述导体化振膜层上的正投影位于所述导体化振膜层的中心位置。
9.一种声波换能单元的制作方法，其特征在于，包括：
在第一衬底上形成第一电极；
在所述第一衬底靠近所述第一电极的一侧形成支撑层；所述支撑层围成有空腔；
在所述支撑层远离所述第一衬底的一侧形成导体化振膜层；
其中，所述第一电极、所述导体化振膜层和所述空腔在所述第一衬底上的正投影存在重合区域；所述导体化振膜层同时作为所述声波换能单元中的振膜层和第二电极。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述在所述支撑层远离所述第一衬底的一侧形成导体化振膜层的步骤，包括：
在所述第一电极远离所述第一衬底的一侧形成牺牲层；
在所述牺牲层上形成导体化振膜层；所述导体化振膜层具有贯穿的释放孔，所述释放孔在所述第一衬底上的正投影位于所述牺牲层在所述第一衬底上的正投影内；
通过所述释放孔去除所述牺牲层。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述在所述支撑层远离所述第一衬底的一侧形成导体化振膜层的步骤，包括：
在第二衬底上形成导体化振膜层；
将所述第二衬底上形成的所述导体化振膜层键合到所述支撑层远离所述第一衬底的一侧；
去除所述第二衬底。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第一衬底靠近所述第一电极的一侧形成支撑层的步骤之后，还包括：
形成贯穿所述第一衬底的第二通孔；
在所述第一衬底远离所述第一电极的一侧形成第二信号线；所述第二信号线通过所述第二通孔与所述第一电极连接。
13.一种声波换能器，其特征在于，包括多个如权利要求1至8中任一项所述的声波换能单元。
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