CN116866797A - 一种换能单元、换能器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种换能单元、换能器及其制备方法，其中，换能单元包括第一基板、支撑结构、振膜层、下电极、压电材料层和上电极；支撑结构设置于第一基板上，并围成空腔结构；振膜层设置在支撑结构远离第一基板的一侧，并覆盖空腔结构；下电极、压电材料层和上电极设置在振膜层远离第一基板的一侧，并沿远离第一基板的方向依次设置；振膜层、下电极、压电材料层、上电极和空腔结构在第一基板上的正投影具有交叠区域。本申请实施例的换能单元解决了相关技术中成本较高和换能单元数量受晶圆尺寸限制的问题，本申请实施例中的第一基板的尺寸可以大于晶圆尺寸，与之对应的，通过一次制备获得的换能单元的数量也会增多，从而提高了量产性。

Description

一种换能单元、换能器及其制备方法

技术领域

本发明涉及换能器技术领域，特别是涉及一种换能单元、换能器及其制备方法。

背景技术

换能器，是指电能和声能相互转换的器件。其中，应用表面微加工工艺制作的电压式微机械超声换能器(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer，PMUT)的应用十分广泛，在超声成像、指纹识别、定向生场等领域均有应用。PMUT具有组成结构简单、设计灵活等优点。

相关技术中制备PMUT主要采用硅晶圆键合法，通过将晶圆直接键合产生空腔，虽然此方法具有空腔尺寸易于控制的优点，但是晶圆键合的工艺对设备要求较高，而且基于晶圆基板的键合成本较高，制备时换能单元的数量受晶圆尺寸的限制，不利于量产。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种换能单元、换能器及其制备方法，以降低成本，提高换能器的量产性。具体技术方案如下：

本申请第一方面的实施例提出了一种换能单元，换能单元包括第一基板、支撑结构、振膜层、下电极、压电材料层和上电极。具体地，所述支撑结构设置于所述第一基板上，并围成空腔结构；所述振膜层设置在所述支撑结构远离所述第一基板的一侧，并覆盖所述空腔结构；所述下电极、所述压电材料层和所述上电极设置在所述振膜层远离所述第一基板的一侧，并沿远离所述第一基板的方向依次设置；所述振膜层、所述下电极、所述压电材料层、所述上电极和所述空腔结构在所述第一基板上的正投影具有交叠区域。

在本申请的一些实施例中，所述支撑结构包括：围成所述空腔结构的胶层，所述胶层与所述振膜层和所述第一基板接触设置；或，

所述支撑结构包括：依次层叠设置的第一金属层、共晶化合物层和第一金属层；所述两个第一金属层分别与所述第一基板和所述振膜层接触设置。

在本申请的一些实施例中，所述支撑结构为环形壁；

所述支撑结构包括：沿所述换能单元的厚度方向层叠设置的连接层和第一无机层；所述连接层与所述振膜层接触设置；所述第一无机层位于所连接层靠近所述第一基板的一侧，并与所述第一基板接触设置；或，所述连接层与所述第一基板接触设置；所述第一无机层位于所述连接层靠近所述振膜层的一侧，并与所述振膜层接触设置。

在本申请的一些实施例中，所述连接层包括依次层叠设置的第一金属层、共晶化合物层和第一金属层；

所述两个第一金属层分别与所述第一基板和所述第一无机层接触设置；或，所述两个第一金属层分别与所述振膜层和所述第一无机层接触设置。

在本申请的一些实施例中，所述连接层为胶层或金属氧化物层。

在本申请的一些实施例中，所述金属氧化物层由分别形成在所述第一无机层和所述振膜层上的两个金属氧化物膜层键合形成，或，所述金属氧化物层由分别形成在所述第一无机层和所述第一基板上的两个金属氧化物膜层键合形成。

在本申请的一些实施例中，所述共晶化合物层由第二金属层和所述第一金属层键合形成；

所述第一金属层和所述第二金属层的材质不同。

在本申请的一些实施例中，所述换能单元还包括第二基板和第二无机层；

所述第二基板位于所述上电极远离所述第一基板的一侧，所述第二无机层与所述上电极层同层设置。

在本申请的一些实施例中，所述上电极和/或所述下电极在所述第一基板上的正投影，位于所述空腔结构在所述第一基板上的正投影的范围内。

在本申请的一些实施例中，所述第一基板为柔性基板或玻璃基板。

本申请第二方面的实施例提出了一种换能器，包括第一方面任一实施例的换能单元。

在本申请的一些实施例中，所述换能单元的数量为多个，所述多个换能单元阵列排布；

相邻的所述换能单元间隔布置；或相邻的所述换能单元的所述支撑结构为一体结构。

在本申请的一些实施例中，所述多个换能单元的压电材料层为一体结构；所述多个换能单元的振膜层为一体结构；所述多个换能单元的第一基板为一体结构；

相邻的所述换能单元的上电极间隔设置，和/或，相邻的所述换能单元的下电极间隔设置。

本申请第三方面的实施例提出了一种换能器的制备方法，用以制备第二方面任一实施例的换能器，包括：

提供第二基板；

在第二基板上依次制备上电极层、压电材料层、下电极层和振膜层；

提供第一基板；

在第一基板和第二基板之间形成支撑结构。

本发明实施例有益效果：

本申请实施例的换能单元包括第一基板、支撑结构、振膜层、下电极、压电材料层和上电极；支撑结构设置于第一基板上，并围成空腔结构；振膜层设置在支撑结构远离第一基板的一侧，并覆盖空腔结构；振膜层、下电极、压电材料层、上电极和空腔结构在第一基板上的正投影具有交叠区域，使得位于空腔结构上方的振膜层在上电极和下电极的作用下，可以沿垂直于第一基板的方向振动。相较于相关技术中采用晶圆键合法形成空腔结构，本申请实施例的换能单元，通过设置支撑结构形成空腔结构，替代了相关技术中的晶圆，解决了相关技术中由于采用晶圆键合的工艺，导致的成本较高和换能单元数量受晶圆尺寸限制的问题。本申请实施例中的第一基板的尺寸可以根据实际需求设置，其尺寸可以大于晶圆尺寸，与之对应的，通过一次制备获得的换能单元的数量也会增多，从而提高了量产性。本申请的换能器具有大面积、低成本和量产性高的优点。

本申请实施例的换能器包括上述任一实施例中的换能单元，本申请实施例的换能单元，通过设置支撑结构形成空腔结构，替代了相关技术中的晶圆，解决了相关技术中由于采用晶圆键合的工艺，导致的成本较高和换能单元数量受晶圆尺寸限制的问题。本申请实施例中的第一基板的尺寸可以根据实际需求设置，其尺寸可以大于晶圆尺寸，与之对应的，通过一次制备获得的换能单元的数量也会增多，从而提高了量产性。本申请的换能器具有大面积、低成本和量产性高的优点。

采用本申请实施例的换能器的制备方法制备的换能器，解决了相关技术中由于采用晶圆键合的工艺，导致的成本较高和换能单元数量受晶圆尺寸限制的问题。本申请实施例中的第一基板的尺寸可以根据实际需求设置，其尺寸可以大于晶圆尺寸，与之对应的，通过一次制备获得的换能单元的数量也会增多，从而提高了量产性。

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，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本申请一些实施例的换能器的俯视图；

图2为本申请另一些实施例的换能器的俯视图；

图3a为图2的B-B截面图(第一种实施例、下电极整层设置)；

图3b为图2的B-B截面图(第一种实施例、下电极间隔设置)；

图4为图1的A-A截面图；

图5a为图2的B-B截面图(第二种实施例)；

图5b为图5a中的支撑结构的制备过程图；

图6为图2的B-B截面图(第三种实施例)；

图7为图2的B-B截面图(第四种实施例)；

图8a为图2的B-B截面图(第五种实施例)；

图8b为图8a中的支撑结构的制备过程图；

图9为图2的B-B截面图(第六种实施例)；

图10为图2的B-B截面图(第七种实施例)；

图11为本申请实施例的换能器的制备方法流程图；

图12为图6所示实施例(第三种实施例)的制备过程图。

附图标记说明：

换能器1；换能单元10；空腔结构11；第一基板100；支撑结构200；胶层210；第一金属层220；共晶化合物层230；第二金属层240；连接层250；第一无机层260；金属氧化物层270；金属氧化物膜层271；振膜层300；下电极400；压电材料层500；上电极层600；上电极610；第二基板700；激光解离层800；钝化层910；第二无机层920；平坦层930。

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基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

换能器是指电能和声能相互转换的器件。在回声测深仪、多普勒计程仪和声相关计程仪中使用。将电能转换成声能的称为发射换能器；将声能转换成电能的是接收换能器。发射和接收换能器通常是分开使用的，但也可以共用一个。

其中，应用表面微加工工艺制作的电压式微机械超声换能器(PiezoelectricMicromachined Ultrasonic Transducer，PMUT)的应用十分广泛，在超声成像、指纹识别、定向生场等领域均有应用。PMUT具有组成结构简单、设计灵活等优点。换能器的尺寸仅为几十毫米，其所包含的阵元大小仅为几十至几百微米。

相关技术中，PMUT主要由空腔层、上下电极、压电材料层组成。制备PMUT主要采用硅晶圆键合法，通过将晶圆直接键合产生空腔，通常采用半导体材料硅作为振动薄膜，采用金属铝作为上电极和下电极，采用绝缘材料氧化硅为边缘支撑和绝缘层；绝缘层在刻蚀制造时起保护作用，还可以保证上下电极之间的电气特性绝缘，防止工作过程中由于上下电极的意外接合而造成短路。

虽然此方法具有空腔尺寸易于控制的优点，解决了在薄膜释放时容易塌陷的问题，但是晶圆键合的工艺对设备要求较高，而且基于晶圆基板的键合成本较高，制备时受晶圆尺寸的限制，不利于量产。

为了降低成本，提高换能器的量产性，本申请提出了一种换能单元、换能器及其制备方法。

如图1和图2所示，图1为本申请一些实施例的换能器1的俯视图；图2为本申请另一些实施例的换能器1的俯视图；本申请实施例提出的换能器1包括换能单元10。图1和图2所示的换能器1包含多个换能单元10，换能单元10的数量为多个，多个换能单元10阵列排布。相邻的换能单元10间隔布置(如图1所示)；或相邻的换能单元10的支撑结构200为一体结构(如图2所示)。换能器1的截面图可以参见图3a至图4，图3a为图2的B-B截面图(第一种实施例、下电极400整层设置)；图3b为图2的B-B截面图(第一种实施例、下电极400间隔设置)；图4为图1的A-A截面图。

间隔布置的换能单元10，间隔距离越小，单位面积内的换能单元10的数量越多，当相邻的换能单元10的支撑结构200为一体结构，其单位面积内的换能单元10的数量最多，利于提高换能器1的量产性。

如图3a所示，本申请实施例的换能单元10，包括第一基板100、支撑结构200、振膜层300、下电极400、压电材料层500和上电极610。具体地，支撑结构200设置于第一基板100上，并围成空腔结构11；振膜层300设置在支撑结构200远离第一基板100的一侧，并覆盖空腔结构11；下电极400、压电材料层500和上电极610设置在振膜层300远离第一基板100的一侧，并沿远离第一基板100的方向依次设置；振膜层300、下电极400、压电材料层500、上电极610和空腔结构11在第一基板100上的正投影具有交叠区域。

本申请实施例的换能单元10包括第一基板100、支撑结构200、振膜层300、下电极400、压电材料层500和上电极610，支撑结构200设置于第一基板100上，并围成空腔结构11；振膜层300设置在支撑结构200远离第一基板100的一侧，并覆盖空腔结构11；振膜层300、下电极400、压电材料层500、上电极610和空腔结构11在第一基板100上的正投影具有交叠区域，使得位于空腔结构11上方的振膜层300在上电极610和下电极400的作用下，可以沿垂直于第一基板100的方向振动。相较于相关技术中采用晶圆键合法形成空腔结构11，本申请实施例的换能单元10，通过设置支撑结构200形成空腔结构11，替代了相关技术中的晶圆，解决了相关技术中由于采用晶圆键合的工艺，导致的成本较高和换能单元10数量受晶圆尺寸限制的问题。本申请实施例中的第一基板100的尺寸可以根据实际需求设置，其尺寸可以大于晶圆尺寸，与之对应的，通过一次制备获得的换能单元10的数量也会增多，从而提高了量产性。本申请的换能器1具有大面积、低成本和量产性高的优点。

在本申请的一些实施例中，如图1至图3a所示，支撑结构200可以呈环形；上电极610和/或下电极400在第一基板100上的正投影，位于空腔结构11在第一基板100上的正投影的范围内。环形的支撑结构200可以清楚的限定出每一空腔结构11的范围。具体地，环形的支撑结构200可以为圆形，也可以为方形、椭圆形等其他形状，本申请对此不做限定。

可以理解的是，如图3a和图3b所示，多个换能单元10的压电材料层500、振膜层300和第一基板100可以为一体结构；多个换能单元10的压电材料层500为一体结构；多个换能单元10的振膜层300为一体结构；多个换能单元10的第一基板100为一体结构；相邻的换能单元10的上电极610间隔设置，和/或，相邻的换能单元10的下电极400间隔设置。即可以仅对上电极610进行图案化设计(如图3a)，也可以仅对下电极400进行图案化设计(如图3b)，也可以同时对上电极610和下电极400进行图案化设计，设置方式更加灵活。上电极610和/或下电极400的间隔设置，使得每一空腔结构11可以实现独立控制。

下面以图2所示实施例为例，对换能单元10和换能器1的结构进行详细说明。

如图3a和图3b所示，在本申请的第一种实施例中，支撑结构200包括围成空腔结构11的胶层210，胶层210与振膜层300和第一基板100接触设置。胶层210既能起到支撑作用，也能起到粘接作用，结构简单，便于加工，简化了生产流程，利于提高生产效率。

胶层210需采用具有图案化能力的胶材制备，其基本特性是室温下可进行固化和图案化，在加热情况下呈现一定的熔融状态，具有粘性。在加热情况下胶层210与需要粘接的结构贴合，回到室温下，胶层210固化实现对应结构的粘接。可以理解的是，本申请中所有涉及到胶层210的实施例，均可以采用具有光刻能力的胶材，例如：丙烯酸酯和环氧树脂胶材。

如图5a所示，图5a为图2的B-B截面图(第二种实施例)；在本申请的第二种实施例中，支撑结构200包括依次层叠设置的第一金属层220、共晶化合物层230和第一金属层220；两个第一金属层220分别与第一基板100和振膜层300接触设置。

具体地，如图5b所示，图5b为图5a中的支撑结构200的制备过程图；本申请的第二种实施例中的共晶化合物层230，由第二金属层240和第一金属层220键合形成；第一金属层220和第二金属层240的材质不同。

支撑结构200包括依次设置的第一金属层220(键合金属A)、共晶化合物层230(共晶金属AxBy)和第一金属层220(键合金属A)，共晶化合物层230(共晶金属AxBy)由第二金属层240(键合金属B)和第一金属层220(键合金属A)键合形成。其中，第一金属层220的材质为Cu(铜)、Au(金)等高熔点金属，第二金属层240的材质为Sn(锡)、In(铟)等低熔点金属。在一定的压强和温度下，两者键合可形成共晶金属AxBy，从而具有较强的键合强度。键合的连接方式相较于胶粘的连接方式，强度更高，利于提高产品的可靠性。

具体地，共晶化合物层230的厚度可以为0.2-30μm。

在制备过程中，如图5b所示，在振膜层300和第一基板100上分别形成一个第一金属层220，在两个第一金属层220上分别形成一个第二金属层240，将第一基板100和第二基板700相对设置，键合第一金属层220和第二金属层240，形成位于两个第一金属层220之间的共晶化合物层230。在制备过程中，第二金属层240可以分别形成在两个第一金属层220上，也可以仅形成在其中一个第一金属层220上。

在本申请的一些实施例中，如图6至图8a所示，支撑结构200为环形壁；支撑结构200包括沿换能单元10的厚度方向层叠设置的连接层250和第一无机层260；连接层250与振膜层300接触设置；第一无机层260位于所连接层250靠近第一基板100的一侧，并与第一基板100接触设置；或，连接层250与第一基板100接触设置；第一无机层260位于连接层250靠近振膜层300的一侧，并与振膜层300接触设置。

连接层250的厚度有限，在连接层250的基础上增设第一无机层260，第一无机层260可以使得空腔结构11的高度范围更大，即振膜层300和第一基板100之间的距离范围更大，从而使得换能单元10的频率范围更大，使得换能单元10所构成的换能器1可以应用于更多的场合。

如图6所示，图6为图2的B-B截面图(第三种实施例)；在本申请的第三种实施例中，连接层250为胶层210。胶层210既有支撑的作用，又有粘接的作用，结构简单，便于加工。具体地，胶层210的厚度可以为0.2-30μm。图6示出的是第一无机层260与第一基板100接触设置的布置方式，第一无机层260和胶层210的位置可以对调，形成第一无机层260与振膜层300接触设置的布置方式。

如图7所示，图7为图2的B-B截面图(第四种实施例)；在本申请的第四种实施例中，连接层250包括依次层叠设置的第一金属层220、共晶化合物层230和第一金属层220；两个第一金属层220分别与第一基板100和第一无机层260接触设置；或，两个第一金属层220分别与振膜层300和第一无机层260接触设置。图7示出的是第一无机层260与第一基板100接触设置的布置方式，第一无机层260和连接层250的位置可以对调，形成第一无机层260与振膜层300接触设置的布置方式。

如前文所述，连接层250中的共晶化合物层230，也可以由第二金属层240和第一金属层220键合形成；键合时第二金属层240位于两个第一金属层220之间。键合的连接方式相较于胶粘的连接方式，强度更高，利于提高产品的可靠性。相较于本申请的第二种实施例，本申请的第四种实施例由于设有第一无机层260，空腔结构11的高度范围更大。

如图8a所示，图8a为图2的B-B截面图(第五种实施例)；在本申请的第五种实施例中，连接层250为金属氧化物层270。图8a示出的是第一无机层260与第一基板100接触设置的布置方式，第一无机层260和金属氧化物层270的位置可以对调，形成第一无机层260与振膜层300接触设置的布置方式。

具体地，如图8b所示，图8b为图8a中的支撑结构200的制备过程图，本申请的第五种实施例中的金属氧化物层270，可以由分别形成在第一无机层260和振膜层300上的两个金属氧化物膜层271键合形成，或，金属氧化物层270由分别形成在第一无机层260和第一基板100上的两个金属氧化物膜层271键合形成。

金属氧化物层270的材质可以为ITO(氧化铟锡)、IZO(铟锌氧化物)等，其键合温度一般在500℃以下，与第一金属层220和第二金属层240键合的方式不同的是，第一金属层220和第二金属层240属于液态键合，金属氧化物层270属于固态键合，固态键合图案化可更加精细化。金属氧化物层270的厚度可以为0.2-3μm。

制备过程中，如图8b所示，在振膜层300和第一无机层260上分别形成一个金属氧化物膜层271，将第一基板100和第二基板700相对设置，键合处理两个金属氧化物膜层271形成金属氧化物层270。

如图9所示，图9为图2的B-B截面图(第六种实施例)，在本申请的第六种实施例中，换能单元10还包括第二基板700和第二无机层920；第二基板700位于上电极610远离第一基板100的一侧，第二无机层920与上电极层600同层设置。

相比于未设置第二基板700的实施例，保留第二基板700则无需对换能器1进行额外封装，节约生产步骤，利于提高生产效率。第二基板700的厚度可根据实际情况调节。具体地，第二基板700可以为玻璃基板。

如图10所示，图10为图2的B-B截面图(第七种实施例)，在本申请的第七种实施例中，第一基板100可以为柔性基板。

采用柔性基板作为目标衬底，其制程可以是先在玻璃基板上制备柔性层，材质可以为PI(Polyimide，聚酰亚胺)，换能器1制备完成后，可将玻璃基板剥离，PI充当第一基板100。使得换能器1可以应用于更多场景。

可以理解的是，上述所有实施例中的第一基板100均可以为玻璃基板或柔性基板；上述所有实施例均可以设有第二基板700和第二无机层920。振膜层300和第一无机层260的材质可以为氧化硅、氮化硅和氮氧化硅。

上述所有实施例中，采用胶粘和金属键合方式连接的实施例，其制备温度低于230度；采用金属氧化物键合方式连接的实施例，其制备温度低于500度。晶圆键合的温度普遍达到七百度，因此本申请的换能器1还具有低温制程的优点。

本申请实施例的换能器1包括上述任一实施例中的换能单元10，本申请实施例的换能单元10，通过设置支撑结构200和第一基板100形成空腔结构11，替代了相关技术中的晶圆，解决了相关技术中由于采用晶圆键合的工艺，导致的成本较高和换能单元10数量受晶圆尺寸限制的问题。本申请实施例中的第一基板100的尺寸可以根据实际需求设置，其尺寸可以大于晶圆尺寸，与之对应的，通过一次制备获得的换能单元10的数量也会增多，从而提高了量产性。本申请的换能器1具有大面积、低成本和量产性高的优点。

如图11所示，图11为本申请实施例的换能器1的制备方法流程图，本申请实施例提出了一种换能器1的制备方法，用以制备上述任一实施中的换能器1，包括：

S1、提供第二基板700；

S2、在第二基板700上依次制备上电极层600、压电材料层500、下电极400层和振膜层300；

S3、提供第一基板100；

S4、在第一基板100和第二基板700之间形成支撑结构200。

采用本申请实施例的换能器1的制备方法制备的换能器1，解决了相关技术中由于采用晶圆键合的工艺，导致的成本较高和换能单元10数量受晶圆尺寸限制的问题。本申请实施例中的第一基板100的尺寸可以根据实际需求设置，其尺寸可以大于晶圆尺寸，与之对应的，通过一次制备获得的换能单元10的数量也会增多，从而提高了量产性。

以本申请的第三种实施例为例，详细说明换能器1的制备过程，如图12所示，图12为图6所示实施例(第三种实施例)的制备过程图，包括以下几个步骤：

步骤1、提供第二基板700；

步骤2、在第二基板700上制备激光解离层800；

激光解离层800具有在激光照射下会失去粘性的特质，材质可以为丙烯酸酯和环氧树脂等；

步骤3、在激光解离层800上依次制备上电极层600、压电材料层500、下电极400和振膜层300；

步骤4、在振膜层300上制备胶层210；

步骤5、提供第一基板100；

步骤6、在第一基板100上制备第一无机层260；

步骤7、将第一基板100和第二基板700相对设置，胶层210与第一无机层260接触设置，第一无机层260和胶层210粘接形成支撑结构200，支撑结构200围成空腔结构11；

由于胶层210和第一无机层260都经过图案化处理，粘接过程中，需要对胶层210与第一无机层260进行高精度对位；

步骤8、激光剥离激光解离层800和第二基板700；

步骤9、对上电极层600进行图案化处理，获得间隔设置的上电极610；

步骤10、在上电极610上制备钝化层910，钝化层910覆盖上电极610；制备完成。

可以理解的是，在上述制备过程中，可以先制备第一基板100相关膜层，也可以先制备第二基板700上的相关膜层，无先后顺序。

本申请的第一种实施例的换能器1(图3a所示实施例)的制备过程，与第三种实施例的换能器1(图6所示实施例)的制备过程的区别主要在于形成支撑结构200的相关步骤不同，本申请的第一种实施例的换能器1的制备过程包括以下几个步骤：

步骤1、提供第二基板700；

步骤2、在第二基板700上制备激光解离层800；

步骤3、在激光解离层800上依次制备上电极层600、压电材料层500、下电极400和振膜层300；

步骤4、在振膜层300上制备胶层210；

步骤5、提供第一基板100；

步骤6、将第一基板100和第二基板700相对设置，胶层210与第一基板100接触设置，胶层210固化形成支撑结构200，支撑结构200围成空腔结构11；

步骤7、激光剥离激光解离层800和第二基板700；

步骤8、对上电极层600进行图案化处理，获得间隔设置的上电极610；

步骤9、在上电极610上制备钝化层910，钝化层910覆盖上电极610；制备完成。

本申请的第二种实施例的换能器1(图5a所示实施例)的制备过程，与第三种实施例的换能器1(图6所示实施例)的制备过程的区别主要在于形成支撑结构200的相关步骤不同，参见图5b，本申请的第二种实施例的换能器1的制备过程包括以下几个步骤：

步骤1、提供第二基板700；

步骤2、在第二基板700上制备激光解离层800；

步骤3、在激光解离层800上依次制备上电极层600、压电材料层500、下电极400和振膜层300；

步骤4、在振膜层300上依次设备第一金属层220和第二金属层240；

步骤5、提供第一基板100；

步骤6、在第一基板100上依次制备第一金属层220和第二金属层240；

步骤7、将第一基板100和第二基板700相对设置，对第一金属层220和第二金属层240进行键合，形成共晶化合物层230，依次设置的第一金属层220、共晶化合物层230和第一金属层220形成支撑结构200，支撑结构200围成空腔结构11；

步骤8、激光剥离激光解离层800和第二基板700；

步骤9、对上电极层600进行图案化处理，获得间隔设置的上电极610；

步骤10、在上电极610上制备钝化层910，钝化层910覆盖上电极610；制备完成。

关于制备本申请第二种实施例的换能器1的步骤4和步骤6，在制备过程中，第二金属层240可以分别形成在两个第一金属层220上，也可以仅形成在其中一个第一金属层220上。

本申请的第四种实施例的换能器1(图7所示实施例)的制备过程，与第二种实施例的换能器1(图5a所示实施例)的制备过程的区别主要在于步骤6和步骤7不同，本申请第四种实施例的换能器1的制备过程中的步骤6和步骤7分别为：

步骤6、在第一基板100上依次制备第一无机层260、第一金属层220和第二金属层240；

步骤7、将第一基板100和第二基板700相对设置，对第一金属层220和第二金属层240进行键合，形成共晶化合物层230，依次设置的第一无机层260、第一金属层220、共晶化合物层230和第一金属层220形成支撑结构200，支撑结构200围成空腔结构11。

可以理解的是，上述步骤对应的是第一无机层260与第一基板100接触设置的情况，若是对应第一无机层260与振膜层300接触设置的情况，第一无机层260应在步骤4制备，即步骤4、在振膜层300上依次设备第一无机层260、第一金属层220和第二金属层240。

本申请的第五种实施例的换能器1(图8a所示实施例)的制备过程，与第三种实施例的换能器1(图6所示实施例)的制备过程的区别主要在于形成支撑结构200的相关步骤不同，参见图8b，本申请的第五种实施例的换能器1的制备过程包括以下几个步骤：

步骤1、提供第二基板700；

步骤2、在第二基板700上制备激光解离层800；

步骤3、在激光解离层800上依次制备上电极层600、压电材料层500、下电极400和振膜层300；

步骤4、在振膜层300上制备金属氧化物膜层271；

步骤5、提供第一基板100；

步骤6、在第一基板100上依次制备第一无机层260和金属氧化物膜层271；

步骤7、将第一基板100和第二基板700相对设置，对两个金属氧化物膜层271进行键合，形成金属氧化物层270，金属氧化物层270和第一无机层260形成支撑结构200，支撑结构200围成空腔结构11；

步骤8、激光剥离激光解离层800和第二基板700；

步骤9、对上电极层600进行图案化处理，获得间隔设置的上电极610；

步骤10、在上电极610上制备钝化层910，钝化层910覆盖上电极610；制备完成。

本申请的第六种实施例的换能器1(图9所示实施例)的制备过程，与第三种实施例的换能器1(图6所示实施例)的制备过程的区别主要在于制备上电极610的相关步骤不同，本申请的第六种实施例的换能器1的制备过程包括以下几个步骤：

步骤1、提供第二基板700；

步骤2、在第二基板700上制备上电极层600；

步骤3、对上电极层600进行图案化处理，获得间隔设置的上电极610；

步骤4、制备第二无机层920，第二无机层920与上电极610同层设置，上电极610与第二基板700接触设置；

步骤5、在上电极610和第二无机层920上依次制备压电材料层500、下电极400和振膜层300；

步骤6、在振膜层300上制备胶层210；

步骤7、提供第一基板100；

步骤8、在第一基板100上制备第一无机层260；

步骤9、将第一基板100和第二基板700相对设置，胶层210与第一无机层260接触设置，第一无机层260和胶层210粘接形成支撑结构200，支撑结构200围成空腔结构11；制备完成。

本申请其他实施例的换能器1，若想保留第二基板700，制备过程可以参见上述本申请的第六种实施例的换能器1的制备过程的步骤3至步骤5，后续无需剥离第二基板700。

本申请的第七种实施例的换能器1(图10所示实施例)的制备过程，与第三种实施例的换能器1(图6所示实施例)的制备过程的区别主要在于制备第一基板100的相关步骤不同，本申请的第七种实施例的换能器1的制备过程包括以下几个步骤：

步骤1、提供第二基板700；

步骤2、在第二基板700上制备激光解离层800；

步骤3、在激光解离层800上依次制备上电极层600、压电材料层500、下电极400和振膜层300；

步骤4、在振膜层300上制备胶层210；

步骤5、提供玻璃基板，在玻璃基板上制备第一基板100，第一基板100为柔性基板；

步骤6、在第一基板100上制备第一无机层260；

步骤7、将第一基板100和第二基板700相对设置，胶层210与第一无机层260接触设置，第一无机层260和胶层210粘接形成支撑结构200，支撑结构200围成空腔结构11；

步骤8、激光剥离激光解离层800和第二基板700；

步骤9、对上电极层600进行图案化处理，获得间隔设置的上电极610；

步骤10、在上电极610上制备钝化层910，钝化层910覆盖上电极610；

步骤11、剥离玻璃基板；制备完成。

在上述所有实施例中，若想对下电极400进行图案化处理(图3b所示实施例)，对应步骤应为：

在压电材料层500上制备下电极层，并对下电极层进行图案化处理，获得间隔设置的下电极400；制备平坦层930，平坦层930与下电极400同层设置；在下电极400和平坦层930上制备振膜层300。

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、物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、物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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种换能单元，其特征在于，包括：第一基板、支撑结构、振膜层、下电极、压电材料层和上电极；

所述支撑结构设置于所述第一基板上，并围成空腔结构；

所述振膜层设置在所述支撑结构远离所述第一基板的一侧，并覆盖所述空腔结构；

所述下电极、所述压电材料层和所述上电极设置在所述振膜层远离所述第一基板的一侧，并沿远离所述第一基板的方向依次设置；

所述振膜层、所述下电极、所述压电材料层、所述上电极和所述空腔结构在所述第一基板上的正投影具有交叠区域。

2.根据权利要求1所述的换能单元，其特征在于，所述支撑结构包括：围成所述空腔结构的胶层，所述胶层与所述振膜层和所述第一基板接触设置；或，

所述支撑结构包括：依次层叠设置的第一金属层、共晶化合物层和第一金属层；所述两个第一金属层分别与所述第一基板和所述振膜层接触设置。

3.根据权利要求1所述的换能单元，其特征在于，所述支撑结构为环形壁；

所述支撑结构包括：沿所述换能单元的厚度方向层叠设置的连接层和第一无机层；

所述连接层与所述振膜层接触设置；所述第一无机层位于所连接层靠近所述第一基板的一侧，并与所述第一基板接触设置；或，所述连接层与所述第一基板接触设置；所述第一无机层位于所述连接层靠近所述振膜层的一侧，并与所述振膜层接触设置。

4.根据权利要求3所述的换能单元，其特征在于，所述连接层包括依次层叠设置的第一金属层、共晶化合物层和第一金属层；

所述两个第一金属层分别与所述第一基板和所述第一无机层接触设置；或，所述两个第一金属层分别与所述振膜层和所述第一无机层接触设置。

5.根据权利要求3所述的换能单元，其特征在于，所述连接层为胶层或金属氧化物层。

6.根据权利要求5所述的换能单元，其特征在于，所述金属氧化物层由分别形成在所述第一无机层和所述振膜层上的两个金属氧化物膜层键合形成，或，所述金属氧化物层由分别形成在所述第一无机层和所述第一基板上的两个金属氧化物膜层键合形成。

7.根据权利要求2或4所述的换能单元，其特征在于，所述共晶化合物层由第二金属层和所述第一金属层键合形成；

所述第一金属层和所述第二金属层的材质不同。

8.根据权利要求1至6任一项所述的换能单元，其特征在于，所述换能单元还包括第二基板和第二无机层；

所述第二基板位于所述上电极远离所述第一基板的一侧，所述第二无机层与所述上电极层同层设置。

9.根据权利要求1至6任一项所述的换能单元，其特征在于，所述上电极和/或所述下电极在所述第一基板上的正投影，位于所述空腔结构在所述第一基板上的正投影的范围内。

10.根据权利要求1至6任一项所述的换能单元，其特征在于，所述第一基板为柔性基板或玻璃基板。

11.一种换能器，其特征在于，包括权利要求1至10任一项所述的换能单元。

12.根据权利要求11所述的换能器，其特征在于，所述换能单元的数量为多个，所述多个换能单元阵列排布；

相邻的所述换能单元间隔布置；或相邻的所述换能单元的所述支撑结构为一体结构。

13.根据权利要求12所述的换能器，其特征在于，所述多个换能单元的压电材料层为一体结构；所述多个换能单元的振膜层为一体结构；所述多个换能单元的第一基板为一体结构；

相邻的所述换能单元的上电极间隔设置，和/或，相邻的所述换能单元的下电极间隔设置。

14.一种换能器的制备方法，其特征在于，用以制备权利要求11所述的换能器，包括：

提供第二基板；

在第二基板上依次制备上电极层、压电材料层、下电极层和振膜层；

提供第一基板；

在第一基板和第二基板之间形成支撑结构。