CN114367431A - 一种换能器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供一种换能器及其制备方法。换能器包括至少一个换能器元件，换能器元件包括依次层叠设置在基底一侧的第一电极层、振膜层和第二电极层，第一电极层和第二电极层相互绝缘，振膜层与第一电极层之间设置有空腔，第一电极层、空腔和第二电极层在基底上的正投影存在重叠区域；其中，至少一个换能器元件还包括减能结构，减能结构设置于振膜层，减能结构围绕重叠区域设置，减能结构被配置为抑制换能器元件产生的振动波沿平行于基底的方向传播。本公开的技术方案，可以减弱或消除换能器元件之间在平行于基底的方向上的相互串扰，提高换能器的性能。

Description

一种换能器及其制备方法

技术领域

本公开涉及换能器技术领域，尤其涉及一种换能器及其制备方法。

背景技术

超声波传感器是将超声波信号转换成其它能量信号(通常是电信号)的传感器。超声波是振动频率高于20kHz的机械波，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面，消费领域的指纹识别和医疗领域的新应用进一步加快了超声波传感器的发展速度。

常规的超声波传感器件基本为体压电换能器，随着技术的发展，出现了以MEMS(Microelectro Mechanical Systems，微机电系统)技术为基础的电容式微机械换能器(Microelectro Micro-machined Ultrasonic Transducer，CMUT)。现有的CMUT容易出现互相串扰，影响了CMUT的性能。

发明内容

本公开实施例提供一种换能器及其制备方法，以解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。

作为本公开实施例的第一个方面，本公开实施例提供一种换能器，包括至少一个换能器元件，换能器元件包括依次层叠设置在基底一侧的第一电极层、振膜层和第二电极层，第一电极层和第二电极层相互绝缘，振膜层与第一电极层之间设置有空腔，第一电极层、空腔和第二电极层在基底上的正投影存在重叠区域；

其中，至少一个换能器元件还包括减能结构，减能结构设置于振膜层，减能结构围绕重叠区域设置，减能结构被配置为抑制换能器元件产生的振动波沿平行于基底的方向传播。

在一些可能的实现方式中，减能结构包括开设于振膜层的减能槽，减能槽的形状与重叠区域的形状相对应。

在一些可能的实现方式中，第二电极层在基底上的正投影位于空腔在基底上的正投影的范围内，减能槽在基底上的正投影位于空腔在基底上的正投影的范围内，减能槽与空腔连通。

在一些可能的实现方式中，减能槽的深度与振膜层的厚度的比值小于或等于0.8。

在一些可能的实现方式中，换能器元件的数量为多个，相邻两个换能器元件之间的距离的范围为0.075μm～0.5μm。

在一些可能的实现方式中，空腔的侧壁与基底所在平面之间的角度的范围为45°～90°。

在一些可能的实现方式中，振膜层包括层叠设置的第一子振膜层和第二子振膜层，第一子振膜层开设有过孔，过孔与空腔连通，第二子振膜层包括填充于过孔的填充部，第二子振膜层的材质包括有机材料。

在一些可能的实现方式中，第二子振膜层还包括位于空腔所在区域的振动部，第一子振膜层的材质包括无机材料。

在一些可能的实现方式中，第一子振膜层的厚度的范围为0.3μm～1μm，第二子振膜层的厚度的范围为1μm～4μm。

在一些可能的实现方式中，还包括保护层，保护层位于第一电极层和振膜层之间，第一电极层在基底上的正投影位于保护层在基底上的正投影的范围内。

作为本公开实施例的第二方面，本公开实施例提供一种换能器的制备方法，包括：

在基底上形成第一电极层；

在第一电极层背离基底的一侧形成牺牲层，牺牲层包括多个牺牲凸起，多个牺牲凸起中的至少一个牺牲凸起上设置有牺牲凸出部；

在牺牲层的背离基底的一侧依次形成振膜层和第二电极层，第二电极层、牺牲凸起和第一电极层在基底上的正投影存在重叠区域，牺牲凸出部围绕重叠区域；

其中，方法还包括去除牺牲层的步骤，以去除振膜层和第一电极层之间的牺牲层，牺牲凸起位置对应形成空腔，牺牲凸出部位置对应形成减能结构，减能结构被配置为防止位于重叠区域的振膜层振动产生的声波沿平行于基底的方向传播。

在一些可能的实现方式中，在牺牲层的背离基底的一侧依次形成振膜层和第二电极层，包括：

在牺牲层的背离基底的一侧形成第一子振膜层，第一子振膜层开设有用于暴露牺牲层的过孔，牺牲层还包括用于连通多个牺牲凸起的牺牲通道；

采用刻蚀工艺通过过孔去除牺牲层，在牺牲凸起位置对应形成空腔，在牺牲凸出部位置对应形成减能结构，在牺牲通道位置对应形成连接通道；

在第一子振膜层的背离基底的一侧形成第二子振膜层，第二子振膜层包括填充于过孔的填充部；

在第二子振膜层的背离基底的一侧形成第二电极层。

在一些可能的实现方式中，去除牺牲层的步骤包括：

在第二电极层的背离基底的一侧形成绝缘层，绝缘层开设有过孔，过孔贯穿绝缘层和振膜层，并暴露出牺牲层，牺牲层还包括用于连通多个牺牲凸起的牺牲通道；

采用刻蚀工艺通过过孔去除牺牲层，在牺牲凸起位置对应形成空腔，在牺牲凸出部位置对应形成减能结构，在牺牲通道位置对应形成连接通道；

在绝缘层的背离基底的一侧形成填充层，填充层填充于过孔。

本公开实施例的技术方案，可以减弱或消除换能器元件产生的振动波在平行于基底方向上的传播，进而减弱或消除换能器元件之间在平行于基底的方向上的相互串扰，提高换能器元件的性能，进而提高换能器的性能。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本公开进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本公开范围的限制。

图1为本公开一实施例中换能器的俯视结构示意图；

图2为图1中的A-A截面结构示意图；

图3为图1中的B-B截面结构示意图；

图4为本公开另一实施例换能器中换能器元件的俯视结构示意图；

图5为本公开另一实施例换能器中换能器元件的截面结构示意图；

图6a为本公开一实施例换能器中形成牺牲层后的截面结构示意图；

图6b为本公开一实施例换能器中形成第一子振膜层后的截面结构示意图；

图7为本公开另一实施例换能器中形成绝缘层后的截面结构示意图。

附图标记说明：

01、换能器元件；10、基底；11、第一电极层；12、振膜层；121、第一子振膜层；122、第二子振膜层；123、过孔；13、第二电极层；14、空腔；141、连接通道；15、减能结构；151、减能槽；16、保护层；20、重叠区域；31、绝缘层；32、填充层。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例，不同的实施例在不冲突的情况下可以任意结合。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

图1为本公开一实施例中换能器的俯视结构示意图，图2为图1中的A-A截面结构示意图，图3为图1中的B-B截面结构示意图。如图1和图2所示，本公开一实施例中的换能器包括至少一个换能器元件01，换能器元件01包括依次层叠设置在基底10一侧的第一电极层11、振膜层12和第二电极层13，第一电极层11和第二电极层13相互绝缘。振膜层12与第一电极层11之间设置有空腔14，第一电极层11、空腔14和第二电极层13在基底10上的正投影存在重叠区域20。

换能器元件01的数量可以为多个，至少一个换能器元件01还包括减能结构15，如图1和图2所示，减能结构15设置于振膜层12，减能结构15围绕重叠区域20，减能结构15被配置为抑制换能器元件01产生的声波沿平行于基底10的方向传播。

需要说明的是，位于重叠区域20的振膜层12可以在第一电极层11和第二电极层13的作用下，沿垂直于基底10的方向振动而产生振动波。相邻的两个换能器元件01在平行于基底10的方向存在相互串扰，降低了换能器元件01的性能。

本公开实施例的换能器中，至少一个换能器元件设置有减能结构15，减能结构15可以抑制换能器元件01产生的振动波沿平行于基底10的方向传播，从而，本公开实施例中的换能器，可以减弱或消除换能器元件10产生的振动波在平行于基底10方向上的传播，进而减弱或消除换能器元件01之间在平行于基底10的方向上的相互串扰，提高换能器元件01的性能，进而提高换能器的性能。

在一种实施方式中，第一电极层11的材质可以为金属，例如铜、铝等金属中的至少一种。第一电极层11的厚度的方位可以为0.1μm～1μm(包括端点值)。第二电极层13的材质可以为金属，例如钼、铝、铜等金属中的至少一种。

在一种实施方式中，如图1和图2所示，减能结构15可以包括开设于振膜层12的减能槽151，减能槽151的形状与重叠区域20的形状相对应。通过将减能结构15设置为开设于振膜层12的减能槽151，使得位于重叠区域20外围的振膜层12具有图案化形状，从而，当位于重叠区域20的振膜层12产生振动波后，图案化形状的振膜层12可以防止振动波沿平行于基底10的方向向重叠区域10外围传播，进而避免换能器元件01之间的相互串扰。

减能槽151围绕重叠区域20设置，减能槽151的形状与重叠区域20的形状相对应。例如，如图1所示，重叠区域20的形状为圆形，减能槽151的形状为圆形。示例性地，重叠区域20的形状为多边形，减能槽151的形状为对应的多边形，例如，重叠区域20的形状和减能槽151的形状均为四边形。这样的结构，减能结构15在重叠区域20的周围对串扰的抑制能力比较均匀，有利于提高换能器元件产生的振动波的均匀性，提高换能器元件的性能。

在一种实施方式中，在沿重叠区域20的周向方向上，减能槽151与重叠区域20之间的间距相同，在图1中，第二电极层13在基底10上的正投影位于空腔14在基底10上的正投影，因此，图1中的第二电极层13所在的区域即为重叠区域20，从图1中可以看出，在沿重叠区域20的周向方向上，减能槽151与重叠区域20之间的间距相同。从而，减能结构15在重叠区域20的周围对串扰的抑制能力的均匀性进一步提高，进一步提高了换能器元件的性能。

减能槽151的数量可以为一个或多个，当减能槽151的数量为多个时，多个减能槽151依次设置在重叠区域20的外围。例如，图1和图2中减能槽151的数量为2个，第一减能槽151a位于重叠区域20的外围，第二减能槽151b位于第一减能槽151a的外围。

在一种实施方式中，减能槽151的截面形状可以为矩形。在其它实施例中，减能槽151的截面形状还可以为“U”形、三角形、梯形等形状中的一种。减能槽151的截面形状可以根据需要设置，只要可以实现减能结构的功能即可。

在一种实施方式中，如图2所示，第二电极层13在基底10上的正投影位于空腔14在基底10上的正投影的范围内，减能槽151在基底10上的正投影位于空腔14在基底10上的正投影的范围内，减能槽151与空腔14连通。

可以理解的是，第二电极层13在基底10上的正投影位于空腔14在基底10上的正投影的范围内，使得重叠区域20在基底10上的正投影位于空腔14在基底10上的正投影的范围内。将减能槽151在基底10上的正投影设置为位于空腔14在基底10上的正投影的范围内，使得减能槽151与重叠区域20的距离较近，可以更好地抑制振动波沿平行于基底10的方向向外传播。图2所示实施例中，减能槽151开设于振膜层12的朝向空腔14的一侧，这就使得减能槽151与空腔14连通，有利于在形成换能器过程中同时形成空腔14和减能槽151，简化换能器的制程工艺。

在其它实施例中，减能槽151可以开设于振膜层12的背离空腔14的一侧，同样可以实现减能结构的功能。示例性地，在形成第二电极层13之后的后续膜层时，后续膜层可以填充于减能槽151中。

在一种实施方式中，减能槽151在基底10上的正投影可以位于空腔14在基底10上的正投影的外围，也可以实现减能结构的功能。

图4为本公开另一实施例换能器中换能器元件的俯视结构示意图。在图1所示实施例中，减能槽151为围绕重叠区域20设置的连续的槽。在另一个实施例中，如图4所示，减能槽151的数量可以为多个，多个减能槽151围绕重叠区域20间隔设置。

在一种实施方式中，如图2所示，振膜层12的厚度d1的范围可以为0.3μm～4μm(包括端点值)。减能槽151的深度h与振膜层12的厚度d1的比值可以小于或等于0.8。将h与d1的比值设置为小于或等于0.8，可以防止减能槽151太深导致振膜层12损坏，并且，减能槽151可以起到很好的抑制振动波沿水平方向传播的效果。需要说明的是，振膜层12的厚度为位于空腔14区域的振膜层12的厚度，振膜层12的厚度为振膜层在垂直于基底10的方向上的尺寸。减能槽151的深度为减能槽151在垂直于基底10的方向上的尺寸，示例性地，若减能槽151的形状为不规则形状，减能槽151的深度为减能槽151在垂直于基底10的方向上的最大尺寸。为了更清楚的显示，图2中只是示意性地示出了各个结构的尺寸，并不能表示各个结构的实际尺寸以及各个结构之间的尺寸关系，例如，在图2中，并不能通过图2示出的振膜层12的厚度、空腔14的高度、减能槽151的深度来确定三个尺寸之间的实际关系。在一种实施方式中，如图1所示，换能器元件01的数量为多个，相邻两个换能器元件01之间的距离的范围为0.075μm～0.5μm(包括端点值)。示例性地，相邻两个换能器元件01之间的距离可以为0.075μm～0.5μm中的任意值。将相邻两个换能器元件01之间的距离设置为大于或等于0.075μm，可以避免距离太小引起的换能器元件01之间横向干扰加强，将相邻两个换能器元件01之间的距离设置为小于或等于0.5μm，可以保证在同一区域内设置尽量多个换能器元件，以提高检测精度。

在具体实施中，可以根据不同探测位置设置相邻两个换能器元件01之间的距离，以提高对应位置换能器的信号强度。

在一种实施方式中，如图2所示，空腔14的侧壁与基底10所在平面之间的角度β的范围可以为45°～90°(包括端点值)，示例性地，空腔14的侧壁与基底10所在平面之间的角度β的范围可以为45°～90°中的任意值，例如，角度β可以为45°、50°、60°、70°、80°、90°中的一个。这种结构的空腔，可以提高振膜层12的力学效果，有利于实现不同声学性能的调整。

在一种实施方式中，如图2所示，基底10的材质可以为玻璃，可以实现较好的刚性支撑。在另一种实施方式中，基底10的材质可以为有机材质，例如聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、TEC树脂等。

在一种实施方式中，如图2所示，换能器还可以包括保护层16，保护层16位于第一电极层11和振膜层12之间，第一电极层11在基底10上的正投影位于保护层16在基底10上的正投影的范围内。在采用刻蚀工艺去除空腔14中的材料时，保护层16可以对第一电极层11起到保护作用，防止刻蚀工艺影响第一电极层11。示例性地，保护层16的材质可以为无机物或有机物，例如，无机物可以包括氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiO)、氮氧化硅(SiNO)、三氧化二铝(Al₂O₃)等中的一种，有机物可以包括硅氧烷、丙烯酸树脂、环氧树脂等中的一种。保护层16可以为单层或者复合层。保护层16的厚度范围可以为0.3μm～0.6μm(包括端点值)。

在一种实施方式中，第一电极层11的材质可以为铜，空腔14中的牺牲层的材质可以为铟镓锌氧化物(IGZO)或氧化铟锌(IZO)，换能器可以不再需要保护层16。

在一种实施方式中，振膜层12的材质可以为无机材料，例如氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiO)、氮氧化硅(SiNO)、三氧化二铝(Al₂O₃)等中的一种。

在一种实施方式中，振膜层12的材质可以为有机材料，例如亚克力材料、聚酰亚胺、硅氧烷树脂等中的一种。

示例性地，振膜层12可以为单层，也可以为多层复合层。

在一种实施方式中，如图1所示，换能器还包括连接通道141，连接通道141用于将相邻的空腔14连通。

在一种实施方式中，如图2和图3所示，振膜层12包括层叠设置的第一子振膜层121和第二子振膜层122，第一子振膜层121靠近第一电极层11。第一子振膜层121开设有过孔123，过孔123与空腔14连通，第二子振膜层122包括填充于过孔123的填充部122a。过孔123在基底10上的正投影与空腔14在基底10上的正投影不存在交叠区域，示例性地，过孔123在基底10上的正投影位于连接通道141在基底10上的正投影的范围内。

需要说明的是，虽然开设于第一子振膜层121的过孔123的深度较小(为第一子振膜层121的厚度)，但由于过孔123与连接通道141连通，所以，过孔123所在位置的深度会大于第一子振膜层121的厚度。第二子振膜层121的材料包括有机材料，有机材料可以形成很厚的膜层，采用有机材料进行过孔123的填充，可以改善因段差大引起的填孔异常，更容易将过孔123封闭，更有利于形成封闭的空腔14。

在一种实施方式中，如图2所示，第二子振膜层122还可以包括位于空腔14所在区域的振动部122b，振动部122b与位于空腔12所在区域的第一子振膜层121叠层设置，第一子振膜层121的材质包括无机材料。第一子振膜层121的材料可以为氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiO)、氮氧化硅(SiNO)、三氧化二铝(Al₂O₃)等中的至少一种。

可以理解的是，无机材料的第一子振膜层121的厚度有限，进而形成的换能器元件的频率受到限制。通过设置无机材料的振动部122b，可以增大位于空腔14所在区域的振膜层12的厚度，从而可以获得频率更大的换能器元件。通过将振动部122b的厚度设置为不同的值，可以获得频率不同的换能器元件，提高换能器的检测多样性。

在一种实施方式中，第一子振膜层121的厚度的范围可以为0.3μm～1μm(包括端点值)。第一子振膜层121的厚度可以为0.3μm～1μm中的任意值，例如，第一子振膜层121的厚度可以为0.3μm、0.5μm、0.7μm、0.8μm、1.0μm中的一个。

在一种实施方式中，第二子振膜层122或振动部122b的厚度的范围可以为1μm～4μm(包括端点值)。第二子振膜层122的厚度可以为1μm～4μm中的任意值，例如，第二子振膜层122的厚度可以为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm中的一个。这种厚度的第二子振膜层122可以将过孔123位置的深度充分填充，避免填孔异常无法封闭空腔14。

在一种实施方式中，如图1所示，换能器包括多个换能器元件01，各换能器元件01的第一电极层11为连接一体的结构，各换能器元件01的第二电极层13相互连接。

图5为本公开另一实施例换能器中换能器元件的截面结构示意图。在一种实施方式中，如图5所示，换能器元件01还可以包括绝缘层31，绝缘层31位于第二电极层13背离基底10的一侧。绝缘层31开设有过孔123，过孔123贯穿绝缘层31和振膜层12，过孔123与空腔14连通。换能器元件01还可以包括填充层32，填充层32填充于过孔123，将空腔14封闭。示例性地，填充层32的材质可以包括有机材料。

本公开实施例还提供一种换能器的制备方法，包括：

在基底上形成第一电极层；

在第一电极层背离基底的一侧形成牺牲层，牺牲层包括多个牺牲凸起，多个牺牲凸起中的至少一个牺牲凸起上设置有牺牲凸出部；

在牺牲层的背离基底的一侧依次形成振膜层和第二电极层，第二电极层、牺牲凸起和第一电极层在基底上的正投影存在重叠区域，牺牲凸出部围绕重叠区域；

其中，方法还包括去除牺牲层的步骤，以去除振膜层和第一电极层之间的牺牲层，牺牲凸起位置对应形成空腔，牺牲凸出部位置对应形成减能结构，减能结构被配置为防止位于重叠区域的振膜层振动产生的声波沿平行于基底的方向传播。

在一种实施方式中，在牺牲层的背离基底的一侧依次形成振膜层和第二电极层，包括：在牺牲层的背离基底的一侧形成第一子振膜层，第一子振膜层开设有用于暴露牺牲层的过孔，牺牲层还包括用于连通多个牺牲凸起的牺牲通道；采用刻蚀工艺通过过孔去除牺牲层，在牺牲凸起位置对应形成空腔，在牺牲凸出部位置对应形成减能结构，在牺牲通道位置对应形成连接通道；在第一子振膜层的背离基底的一侧形成第二子振膜层，第二子振膜层包括填充于过孔的填充部；在第二子振膜层的背离基底的一侧形成第二电极层。

在一种实施方式中，第二子振膜层还包括位于重叠区域的振动部，第一子振膜层的材质包括无机材料，第二子振膜层的材质包括有机材料。

在一种实施方式中，去除牺牲层的步骤包括：在第二电极层的背离基底的一侧形成绝缘层，绝缘层开设有过孔，过孔贯穿绝缘层和振膜层，并暴露出牺牲层，牺牲层还包括用于连通多个牺牲凸起的牺牲通道；采用刻蚀工艺通过过孔去除牺牲层，在牺牲凸起位置对应形成空腔，在牺牲凸出部位置对应形成减能结构，在牺牲通道位置对应形成连接通道；在绝缘层的背离基底的一侧形成填充层，填充层填充于过孔。

下面通过图3所示的换能器元件的制备过程详细说明本公开一实施例中换能器的制备方法。图6a为本公开一实施例换能器中形成牺牲层后的截面结构示意图，图6b为本公开一实施例换能器中形成第一子振膜层后的截面结构示意图。

在基底10的一侧依次形成第一电极层11、保护层16和牺牲层，如图6a所示，牺牲层可以包括多个牺牲凸起41，多个牺牲凸起中的至少一个牺牲凸起41上设置有牺牲凸出部42。示例性地，牺牲层的材质可以为容易被有机溶剂去除的材料，例如，牺牲层的材质可以为钼(Mo)、铜(Cu)、铝(Al)、AlNd等金属中的一种或金属化合物，牺牲层的材质还可以为树脂材料。在另一实施例中，牺牲层的材质可以为容易通过干法刻蚀工艺去除的材料。在牺牲层的背离基底10的一侧形成第一子振膜层121，第一子振膜层121开设有用于暴露牺牲层的过孔123，如图6b所示，示例性地，牺牲层还包括用于连通多个牺牲凸起41的牺牲通道43，过孔123在基底10上的正投影与牺牲通道43在基底10上的正投影存在交叠区域，从而，过孔123暴露出牺牲通道43。

采用刻蚀工艺通过过孔123去除牺牲层，在牺牲凸起41位置对应形成空腔14，在牺牲凸出部42位置对应形成减能结构15，在牺牲通道43位置对应形成连接通道141，如图3所示。示例性地，可以采用湿刻工艺或干刻工艺去除牺牲层。

在第一子振膜层121的背离基底10的一侧形成第二子振膜层122，第二子振膜层122可以包括填充于过孔123的填充部122a，以封闭过孔123，使得空腔14成为密闭的腔体，如图3所示。

在第二子振膜层122的背离基底10的一侧形成第二电极层13。

示例性地，第二子振膜层122还可以包括位于重叠区域20的振动部122b，第一子振膜层121的材质包括无机材料，第二子振膜层122的材质包括有机材料。

在一种实施方式中，换能器的制备方法还可以包括：在第二电极层13的背离基底10的一侧形成封装层。封装层的材质可以为无机材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种。

下面通过图5所示的换能器元件的制备过程详细说明本公开一实施例中换能器的制备方法。图7为本公开另一实施例换能器中形成绝缘层后的截面结构示意图。

在基底10的一侧依次形成第一电极层11、保护层16和牺牲层，如图7所示，牺牲层可以包括多个牺牲凸起41，多个牺牲凸起中的至少一个牺牲凸起41上设置有牺牲凸出部42。

在牺牲层的背离基底10的一侧依次形成振膜层12和第二电极层13，第二电极层13、牺牲凸起41和第一电极层11在基底10上的正投影存在重叠区域20，牺牲凸出部42围绕重叠区域20，如图7所示。

在第二电极层13的背离基底10的一侧形成绝缘层31，绝缘层31开设有过孔123，过孔123贯穿绝缘层31和振膜层12，并暴露出牺牲层，牺牲层还包括用于连通多个牺牲凸起41的牺牲通道43。过孔123在基底10上的正投影与牺牲通道43在基底10上的正投影存在交叠区域，从而，过孔123暴露出牺牲通道43，如图7所示。绝缘层的材质可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的至少一种。

采用刻蚀工艺通过过孔123去除牺牲层，在牺牲凸起41位置对应形成空腔14，在牺牲凸出部42位置对应形成减能结构15，在牺牲通道43位置对应形成连接通道141，如图5所示。

在绝缘层31的背离基底10的一侧形成填充层32，填充层32填充于过孔123，以封闭过孔123，使得空腔14成为密闭的腔体，如图5所示。示例性地，填充层32的材质可以为有机材料或者无机材料。

可以理解的是，去除牺牲层后，振膜层12与第一电极层11之间会形成空腔14、连接通道141，在形成空腔14和连接通道141后，当在振膜层12上侧沉积第二电极薄膜时，膜层引力可能会引起膜层塌陷。本公开实施例中，在形成第二电极层13后再去除牺牲层形成空腔14和连接通道141，这样的方法，可以避免在沉积第二电极薄膜过程中出现膜层塌陷。

在一种实施方式中，换能器的制备方法还可以包括：在填充层32和绝缘层31的背离基底10的一侧形成封装层。封装层的材质可以为无机材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种。

在一种实施方式中，形成牺牲层的过程可以包括：在保护层16的背离基底10的一侧形成牺牲凸起41和牺牲通道43；在牺牲凸起41的背离基底10的一侧形成牺牲凸出部42。牺牲凸起41和牺牲凸出部42的材质可以不相同，牺牲凸起41的材质可以为第一金属材质，牺牲凸出部42的材质可以为第二金属材质，第一金属材质和第二金属材质的刻蚀选择比可以不相同，从而，在形成牺牲凸出部42的过程中不会对牺牲凸起41和牺牲通道43产生影响。

需要说明的是，牺牲凸起41、牺牲凸出部42和牺牲通道43的材质可以相同，在形成牺牲薄膜后，可以对牺牲薄膜进行多次刻蚀，来形成牺牲凸起41、牺牲凸出部42和牺牲通道43。

在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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公开和简化描述，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公开的限制。

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多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种换能器，其特征在于，包括至少一个换能器元件，所述换能器元件包括依次层叠设置在基底一侧的第一电极层、振膜层和第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层相互绝缘，所述振膜层与所述第一电极层之间设置有空腔，所述第一电极层、所述空腔和所述第二电极层在所述基底上的正投影存在重叠区域；

其中，至少一个所述换能器元件还包括减能结构，所述减能结构设置于所述振膜层，所述减能结构围绕所述重叠区域设置，所述减能结构被配置为抑制所述换能器元件产生的振动波沿平行于所述基底的方向传播。

2.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述减能结构包括开设于所述振膜层的减能槽，所述减能槽的形状与所述重叠区域的形状相对应。

3.根据权利要求2所述的换能器，其特征在于，所述第二电极层在所述基底上的正投影位于所述空腔在所述基底上的正投影的范围内，所述减能槽在所述基底上的正投影位于所述空腔在所述基底上的正投影的范围内，所述减能槽与所述空腔连通。

4.根据权利要求2所述的换能器，其特征在于，所述减能槽的深度与所述振膜层的厚度的比值小于或等于0.8。

5.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述换能器元件的数量为多个，相邻两个所述换能器元件之间的距离的范围为0.075μm～0.5μm。

6.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述空腔的侧壁与所述基底所在平面之间的角度的范围为45°～90°。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的换能器，其特征在于，所述振膜层包括层叠设置的第一子振膜层和第二子振膜层，所述第一子振膜层开设有过孔，所述过孔与所述空腔连通，所述第二子振膜层包括填充于所述过孔的填充部，所述第二子振膜层的材质包括有机材料。

8.根据权利要求7所述的换能器，其特征在于，所述第二子振膜层还包括位于所述空腔所在区域的振动部，所述第一子振膜层的材质包括无机材料。

9.根据权利要求8所述的换能器，其特征在于，所述第一子振膜层的厚度的范围为0.3μm～1μm，所述第二子振膜层的厚度的范围为1μm～4μm。

10.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于，还包括保护层，所述保护层位于所述第一电极层和所述振膜层之间，所述第一电极层在所述基底上的正投影位于所述保护层在所述基底上的正投影的范围内。

11.一种换能器的制备方法，其特征在于，包括：

在基底上形成第一电极层；

在所述第一电极层背离所述基底的一侧形成牺牲层，所述牺牲层包括多个牺牲凸起，多个牺牲凸起中的至少一个牺牲凸起上设置有牺牲凸出部；

在所述牺牲层的背离所述基底的一侧依次形成振膜层和第二电极层，所述第二电极层、所述牺牲凸起和所述第一电极层在所述基底上的正投影存在重叠区域，所述牺牲凸出部围绕所述重叠区域；

其中，所述方法还包括去除牺牲层的步骤，以去除所述振膜层和所述第一电极层之间的牺牲层，所述牺牲凸起位置对应形成空腔，所述牺牲凸出部位置对应形成减能结构，所述减能结构被配置为防止位于所述重叠区域的振膜层振动产生的声波沿平行于所述基底的方向传播。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述牺牲层的背离所述基底的一侧依次形成振膜层和第二电极层，包括：

在所述牺牲层的背离所述基底的一侧形成第一子振膜层，所述第一子振膜层开设有用于暴露所述牺牲层的过孔，所述牺牲层还包括用于连通所述多个牺牲凸起的牺牲通道；

采用刻蚀工艺通过所述过孔去除所述牺牲层，在所述牺牲凸起位置对应形成所述空腔，在所述牺牲凸出部位置对应形成所述减能结构，在所述牺牲通道位置对应形成连接通道；

在所述第一子振膜层的背离所述基底的一侧形成第二子振膜层，所述第二子振膜层包括填充于所述过孔的填充部；

在所述第二子振膜层的背离所述基底的一侧形成所述第二电极层。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述去除牺牲层的步骤包括：

在所述第二电极层的背离所述基底的一侧形成绝缘层，所述绝缘层开设有过孔，所述过孔贯穿所述绝缘层和所述振膜层，并暴露出所述牺牲层，所述牺牲层还包括用于连通所述多个牺牲凸起的牺牲通道；

采用刻蚀工艺通过所述过孔去除所述牺牲层，在所述牺牲凸起位置对应形成所述空腔，在所述牺牲凸出部位置对应形成所述减能结构，在所述牺牲通道位置对应形成连接通道；

在所述绝缘层的背离所述基底的一侧形成填充层，所述填充层填充于所述过孔。

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