EP3670004A1 - Ultrasonic transducer with vibrating membrane with capacitive effect at high bandwidth - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to acoustic transducers in the ultrasound range, and in particular such transducers with a vibrating membrane with capacitive effect.
- an acoustic wave is generated by the movement of a moving surface.
- the acoustic intensity of the source is equal to the impedance of the medium multiplied by the square of the speed of the moving surface. For a given frequency, the greater the amplitude of the movements of the movable surface of the transducer, the more intense the source.
- Ultrasonic transducers are therefore generally associated with an optimal operating frequency which is determined by the resonance of their membrane.
- the quality coefficient of the mechanical resonator including the membrane determines the bandwidth of the transducer.
- a bandwidth is conventionally defined by the frequencies corresponding to a halving of the acoustic intensity with respect to the resonance, on either side of this resonance frequency.
- the widest bandwidths can be of the same order of magnitude as the resonance frequency: for example, a 1MHz resonant frequency transducer with a bandwidth of 600kHz, i.e. a bandwidth of 700kHz to 1300kHz, is considered to be a broadband transducer. Outside the bandwidth, the amplitudes of vibration can be several orders of magnitude lower than the amplitudes at resonance.
- the invention also relates to the variants of the dependent claims. Those skilled in the art will understand that each of the features of the dependent claims and the description can be combined independently with the features of an independent claim, without constituting an intermediate generalization.
- the object's resonant frequency is the quadratic sum of the resonant frequencies governed by each of these two behaviors.
- the excitation circuit 2 is configured to apply between its terminals a signal such as the ratio between the total electric power applied between these terminals and the electric power applied over a frequency range between 0.9 ⁇ fr and 1.1 ⁇ fr is at least equal to 10. Thus, most of the excitation power is applied outside the resonance range.
- the membrane 11 includes a conductive layer
- the embodiment which follows describes a membrane 11 including a combination of a conductive layer and a layer chosen for its mechanical properties: the electrode 102 can be dispensed with by direct connection of a circuit to the conductive layer. This corresponds to the example of the figure 6 , using the membrane 11 described with reference to the figure 5 .
- the figure 5 is a schematic sectional view along a horizontal plane of a matrix of ultrasonic transducers 1 according to the embodiment of the figure 4 .
- the transducers can be arranged in a matrix of 500 by 500 transducers 1 along two perpendicular axes.
- a corresponding matrix of cavities 14 is thus formed in a common layer of dielectric 132.
- the cavities 14 of the same column of transducers 1 are placed in communication via conduits 109.
- the transducers 1 are placed in communication with the outside by conduits 104.
- each transducer 1 has its cavity in communication with the external face of its membrane via conduits 104 and 109 if necessary.
- the same membrane 11 can be used to cover all of the cavities 14.
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Abstract
L'invention porte sur un transducteur ultrasonore à membrane vibrante à effet capacitif (1), comprenant :-un support (13) avec une cavité (14) est ménagée ;-une membrane vibrante (11) fixée au support (13) et recouvrant la cavité (14) ;-un élément conducteur (101) séparé de la membrane (11) par la cavité (14) ;-caractérisé en ce que :-la membrane vibrante (11) présente une fréquence de résonance en mode membrane fm et une fréquence de résonance en mode plaque vérifiant la relation fm>fp ;-un circuit d'excitation (2) a des bornes connectées entre la membrane vibrante (11) et l'élément conducteur (101), et configuré pour appliquer entre ses bornes un signal électrique dont la fréquence maximale fo vérifie la relation fm> 1,5<sup>∗</sup>fo; ou-un circuit de mesure (3) est connecté entre la membrane vibrante (11) et l'élément conducteur et configuré pour mesurer les variations de capacité jusqu'à une fréquence fo.The invention relates to an ultrasonic transducer with a vibrating membrane with capacitive effect (1), comprising: - a support (13) with a cavity (14) is provided; - a vibrating membrane (11) fixed to the support (13) and covering the cavity (14); -a conductive element (101) separated from the membrane (11) by the cavity (14); -characterized in that: -the vibrating membrane (11) has a resonance frequency in membrane mode fm and a resonance frequency in plate mode verifying the relationship fm> fp; -an excitation circuit (2) has terminals connected between the vibrating membrane (11) and the conductive element (101), and configured to apply between its terminals an electrical signal whose maximum frequency fo verifies the relationship fm> 1.5 <sup> ∗ </sup> fo; or a measurement circuit (3) is connected between the vibrating membrane (11) and the conductive element and configured to measure the variations in capacity up to a frequency fo.
Description
L'invention concerne les transducteurs acoustiques dans la gamme des ultrasons, et en particulier de tels transducteurs à membrane vibrante à effet capacitif.The invention relates to acoustic transducers in the ultrasound range, and in particular such transducers with a vibrating membrane with capacitive effect.
Les ultrasons sont des ondes de pression dont la plage de fréquences débute à 20 KHz et s'étend jusqu'à quelques dizaines de MHz. Les ultrasons se propagent à une vitesse dépendant du milieu de propagation, environ 343m/s dans l'air, et 1500m/s dans l'eau. Les ondes qui se propagent subissent une absorption, qui est d'autant plus importante que leur fréquence est élevée. Par ailleurs, lorsque l'onde rencontre une discontinuité dans le milieu de propagation une partie de l'onde seulement est transmise, et l'autre partie est réfléchie.Ultrasound is pressure waves whose frequency range starts at 20 KHz and extends up to a few tens of MHz. The ultrasound propagates at a speed depending on the propagation medium, around 343m / s in air, and 1500m / s in water. The waves which propagate undergo an absorption, which is all the more important as their frequency is high. Furthermore, when the wave encounters a discontinuity in the propagation medium, only part of the wave is transmitted, and the other part is reflected.
Différentes applications utilisent des transducteurs ultrasonores en vue de :
- créer une absorption d'ondes ultrasonores, par exemple pour un échauffement localisé de matière ;
- pour l'émission et la réception d'ondes par exemple pour une application de transmission d'informations;
- pour l'analyse de la réflexion d'ondes sur des obstacles par exemple pour une application de télémétrie.
- create an absorption of ultrasonic waves, for example for a localized heating of material;
- for transmitting and receiving waves, for example for an information transmission application;
- for the analysis of wave reflection on obstacles, for example for a telemetry application.
Pour de telles applications, il existe un besoin croissant de transducteurs électroacoustiques miniaturisés pour une propagation ultrasonore en milieu fluide. Dans un fluide, une onde acoustique est générée par le mouvement d'une surface mobile. Au niveau de la surface mobile, l'intensité acoustique de la source est égale à l'impédance du milieu multipliée par le carré de la vitesse de la surface mobile. Pour une fréquence donnée, plus l'amplitude des mouvements de la surface mobile du transducteur est élevée, plus la source est intense.For such applications, there is a growing need for miniaturized electroacoustic transducers for ultrasonic propagation in a fluid medium. In a fluid, an acoustic wave is generated by the movement of a moving surface. At the level of the moving surface, the acoustic intensity of the source is equal to the impedance of the medium multiplied by the square of the speed of the moving surface. For a given frequency, the greater the amplitude of the movements of the movable surface of the transducer, the more intense the source.
Pour des applications miniaturisées, les transducteurs à membrane vibrante se développent. De tels transducteurs incluent des membranes, suspendues au-dessus de cavités, ménagées dans un support ou ouvertes. Le diamètre des cavités circulaires est généralement compris entre quelques dizaines et quelques centaines de microns. L'épaisseur de telles membranes est généralement supérieure à 50-100nm et jusqu'à plusieurs microns. Les fréquences de résonance du dispositif complet dépendent de la géométrie de l'ensemble et des matériaux.For miniaturized applications, vibrating membrane transducers are developed. Such transducers include membranes, suspended above cavities, formed in a support or open. The diameter of the circular cavities is generally between a few tens and a few hundreds of microns. The thickness of such membranes is generally greater than 50-100nm and up to several microns. The resonance frequencies of the complete device depend on the geometry of the assembly and the materials.
Un cas particulier de transducteur à membrane vibrante est le transducteur à membrane vibrante à effet capacitif. La membrane d'un émetteur est par exemple soumise à une force électrostatique par application d'une différence de potentiel alternative entre cette membrane et une électrode conductrice logée dans le fond de la cavité. Pour un détecteur, la valeur de la capacité formée entre la membrane et l'électrode logée au fond de la cavité est déterminée à chaque instant par la déformation de la membrane, et donc par la pression incidente instantanée sur la membrane. La détection se fait en mesurant les variations de cette capacité.A special case of vibrating membrane transducer is the vibrating membrane transducer with capacitive effect. The membrane of an emitter is for example subjected to an electrostatic force by application of a difference in alternating potential between this membrane and a conductive electrode housed in the bottom of the cavity. For a detector, the value of the capacity formed between the membrane and the electrode housed at the bottom of the cavity is determined at all times by the deformation of the membrane, and therefore by the instantaneous incident pressure on the membrane. Detection is done by measuring variations in this capacity.
Le déplacement de la membrane est maximal à la fréquence de résonance de cette membrane. L'intensité d'émission est donc maximale à la fréquence de résonance de sa membrane. Il en est de même pour la détection d'une onde : la sensibilité d'un capteur est maximale à la fréquence de résonance de sa membrane.The displacement of the membrane is maximum at the resonant frequency of this membrane. The emission intensity is therefore maximum at the resonant frequency of its membrane. It is the same for the detection of a wave: the sensitivity of a sensor is maximum at the resonance frequency of its membrane.
Les transducteurs ultrasonores sont donc généralement associés à une fréquence de fonctionnement optimale qui est déterminée par la résonance de leur membrane. Le coefficient de qualité du résonateur mécanique incluant la membrane détermine la bande passante du transducteur. Une largeur de bande est classiquement délimitée par les fréquences correspondant à une diminution de moitié de l'intensité acoustique par rapport à la résonance, de part et d'autre de cette fréquence de résonance. Les bandes passantes les plus larges peuvent être du même ordre de grandeur que la fréquence de résonance : par exemple, un transducteur de fréquence de résonance de 1MHz avec une largeur de bande de 600kHz, soit une bande passante de 700kHz à1300kHz, est considéré comme un transducteur large bande. En dehors de la bande passante, les amplitudes de vibration peuvent être inférieures de plusieurs ordres de grandeur aux amplitudes à la résonance.Ultrasonic transducers are therefore generally associated with an optimal operating frequency which is determined by the resonance of their membrane. The quality coefficient of the mechanical resonator including the membrane determines the bandwidth of the transducer. A bandwidth is conventionally defined by the frequencies corresponding to a halving of the acoustic intensity with respect to the resonance, on either side of this resonance frequency. The widest bandwidths can be of the same order of magnitude as the resonance frequency: for example, a 1MHz resonant frequency transducer with a bandwidth of 600kHz, i.e. a bandwidth of 700kHz to 1300kHz, is considered to be a broadband transducer. Outside the bandwidth, the amplitudes of vibration can be several orders of magnitude lower than the amplitudes at resonance.
Ce mode de fonctionnement résonnant implique que chaque application nécessite un transducteur spécifique, du fait de fréquences ultrasonores très différentes ne pouvant être couvertes par un même transducteur : la détection d'obstacle est réalisée typiquement à 40kHz avec une portée de quelques mètres dans l'air, la capture de gestes est réalisée entre 100kHz et 400Khz avec une portée de quelques dizaines de centimètres dans l'air, la détection d'empreintes digitales est réalisée entre 1MHz et 10MHz avec une portée millimétrique dans un milieu inhomogène, et l'imagerie médicale ultrasonore utilise des fréquences entre 5MHz et 50MHz en milieu type aqueux.This resonant operating mode implies that each application requires a specific transducer, due to very different ultrasonic frequencies which cannot be covered by the same transducer: obstacle detection is typically carried out at 40 kHz with a range of a few meters in the air , gestures are captured between 100 kHz and 400 kHz with a range of a few tens of centimeters in the air, fingerprint detection is performed between 1 MHz and 10 MHz with a millimeter range in an inhomogeneous medium, and medical imaging ultrasound uses frequencies between 5MHz and 50MHz in an aqueous medium.
Le document
Il existe donc un besoin pour des conceptions de transducteurs ayant des bandes de fréquence d'utilisation plus larges. Par ailleurs, pour les applications de télémétrie, il existe un besoin de minimiser la zone aveugle à leur proximité.There is therefore a need for designs of transducers having wider operating frequency bands. Furthermore, for telemetry applications, there is a need to minimize the blind area near them.
L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un transducteur ultrasonore à membrane vibrante à effet capacitif, tel que défini dans les revendications annexées.The invention aims to solve one or more of these drawbacks. The invention thus relates to an ultrasonic transducer with a vibrating membrane with capacitive effect, as defined in the appended claims.
L'invention porte également sur les variantes des revendications dépendantes. L'homme du métier comprendra que chacune des caractéristiques des revendications dépendantes et de la description peut être combinée indépendamment aux caractéristiques d'une revendication indépendante, sans pour autant constituer une généralisation intermédiaire.The invention also relates to the variants of the dependent claims. Those skilled in the art will understand that each of the features of the dependent claims and the description can be combined independently with the features of an independent claim, without constituting an intermediate generalization.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- [
Fig.1 ] est une vue en coupe schématique selon un plan vertical d'un exemple de transducteur ultrasonore à membrane vibrante à effet capacitif selon un mode de réalisation de l'invention ; - [
Fig.2 ] est une vue en coupe schématique selon un plan vertical d'un exemple de transducteur ultrasonore à membrane vibrante à effet capacitif selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - [
Fig.3 ] est une vue en coupe schématique selon un plan vertical d'un exemple de transducteur ultrasonore à membrane vibrante à effet capacitif selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - [
Fig.4 ] est une vue en coupe schématique selon un plan vertical d'un exemple de transducteur ultrasonore à membrane vibrante à effet capacitif selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - [
Fig.5 ] est une vue en coupe schématique selon un plan horizontal d'une matrice de transducteurs ultrasonores selon le mode de réalisation de lafigure 4 ; - [
Fig.6 ] est une vue en coupe schématique selon un plan vertical d'un exemple de transducteur ultrasonore à membrane vibrante à effet capacitif selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - [
Fig.7 ] est un diagramme illustrant des résultats de mesure d'amplitudes de vibration dans l'air d'une membrane pour différentes tensions d'excitation.
- [
Fig. 1 ] is a schematic sectional view along a vertical plane of an example of ultrasonic transducer with vibrating membrane with capacitive effect according to an embodiment of the invention; - [
Fig. 2 ] is a schematic sectional view along a vertical plane of an example of an ultrasonic transducer with a vibrating membrane with capacitive effect according to another embodiment of the invention; - [
Fig. 3 ] is a schematic sectional view along a vertical plane of an example of an ultrasonic transducer with a vibrating membrane with capacitive effect according to another embodiment of the invention; - [
Fig. 4 ] is a schematic sectional view along a vertical plane of an example of an ultrasonic transducer with a vibrating membrane with capacitive effect according to another embodiment of the invention; - [
Fig. 5 ] is a schematic sectional view along a horizontal plane of a matrix of ultrasonic transducers according to the embodiment of thefigure 4 ; - [
Fig. 6 ] is a schematic sectional view along a vertical plane of an example of an ultrasonic transducer with a vibrating membrane with capacitive effect according to another embodiment of the invention; - [
Fig. 7 ] is a diagram illustrating the measurement results of vibration amplitudes in the air of a membrane for different excitation voltages.
La
Une membrane vibrante 11 est fixée au support 13 et recouvre la cavité 14. La membrane 11 présente une face supérieure externe 113 et une face inférieure interne 114. La membrane 11 est disposée en vis-à-vis de l'élément conducteur 101. La membrane 11 et l'élément conducteur 101 sont séparés par la cavité 14 et la couche de diélectrique 15.A vibrating
Dans l'exemple illustré, la membrane 11 est fixée à la couche de diélectrique 132 du support 13 par l'intermédiaire d'une électrode 102. Comme détaillé par la suite, l'électrode 102 n'est qu'un composant optionnel pour exciter la membrane 11. L'électrode 102 se présente ici sous la forme d'une plaque. L'électrode 102 est ici fixée sur une face supérieure de la couche de diélectrique 132 et présente une forme similaire à celle-ci en étant traversée par un même alésage. L'électrode 102 est en contact électrique avec la membrane 11 en périphérie de la cavité 14.In the example illustrated, the
L'élément conducteur 101 forme une électrode du transducteur 1. Un circuit d'excitation 2 a ses bornes connectées d'une part à l'électrode 102 et d'autre part à l'élément conducteur 101. Par l'application d'un potentiel alternatif entre ses bornes, le circuit d'excitation 2 permet de créer un champ électrique entre la membrane 11 et l'élément conducteur 101, ce qui soumet la membrane 11 à une force électrostatique et provoque son fléchissement. Le transducteur 1 est donc à effet capacitif.The
En régime linéaire, le déplacement d du centre de la membrane 11 selon une direction normale à son plan au repos est proportionnel à la force appliquée F et au module de rigidité de la membrane : F = D ∗ dIn linear regime, the displacement d of the center of the
Pour une membrane 11 formant une plaque, en l'absence de tension :
avec E le module de Young et η le coefficient de Poisson du matériau de la membrane 11 et h son épaisseur.For a
with E the Young's modulus and η the Poisson's ratio of the material of the
Dans la mécanique des vibrations, la théorie permet de distinguer des comportements vibratoires différents selon la géométrie et la réalisation de la membrane vibrante 11.In the mechanics of vibrations, the theory makes it possible to distinguish different vibratory behaviors according to the geometry and the realization of the vibrating
Pour simplifier, on peut tout d'abord analyser des objets unidimensionnels différents, tels qu'une poutre et une corde. Une poutre aura un comportement et une fréquence de résonance principalement déterminés par sa géométrie (sa longueur et sa section) et le module de Young du matériau qui la compose. Le comportement d'une corde, lui, sera essentiellement défini par sa tension. Plus la corde est tendue, plus sa fréquence de résonance est élevée.To simplify, we can first analyze different one-dimensional objects, such as a beam and a rope. A beam will have a behavior and a resonant frequency mainly determined by its geometry (its length and its section) and the Young's modulus of the material which composes it. The behavior of a rope will be essentially defined by its tension. The tighter the string, the higher its resonant frequency.
De même, pour des objets bidimensionnels, on rencontre à la fois :
- un comportement de type plaque, déterminé par la géométrie de l'objet et son matériau. Une fréquence de résonance fp est associée à ce comportement ;
- un comportement de type membrane, principalement défini par la tension dans l'objet. Une autre fréquence de résonance fm est associée à ce comportement.
- a plate-like behavior, determined by the geometry of the object and its material. A resonance frequency fp is associated with this behavior;
- a membrane type behavior, mainly defined by the tension in the object. Another resonance frequency fm is associated with this behavior.
La fréquence de résonance de l'objet est la somme quadratique des fréquences de résonance régie par chacun de ces deux comportements.The object's resonant frequency is the quadratic sum of the resonant frequencies governed by each of these two behaviors.
Pour un objet circulaire de rayon R encastré sur sa périphérie, la fréquence de résonance fr se définit par la relation :
La fréquence de résonance fm en mode membrane peut notamment se définir dans ce cas par la relation suivante, avec T la tension de l'objet (en N/m) et s sa densité surfacique (en kg/m2) :
La fréquence de résonance fp en mode plaque peut notamment se définir dans ce cas par la relation suivante, avec p la masse volumique de l'objet circulaire (en kg/m3) :
L'homme du métier saura définir empiriquement ou analytiquement les fréquences de résonance fp et fm pour d'autres géométries de membranes vibrantes.Those skilled in the art will be able to define empirically or analytically the resonance frequencies fp and fm for other geometries of vibrating membranes.
Selon un aspect préférentiel de l'invention, la membrane vibrante 11 du transducteur 1 vérifie la relation suivante : fm>fp. De préférence, la membrane vibrante 11 du transducteur 1 vérifie la relation suivante : fm>1,5∗fp, et encore plus préférentiellement fm>2,5 ∗fp. La membrane vibrante 11 du transducteur 1 a donc un mode membrane prépondérant par rapport à son mode plaque. Avantageusement, en satisfaisant cette inéquation, on peut se placer dans un mode où la membrane présente un déplacement significatif loin de la résonance, c'est-à-dire en mode linéaire.According to a preferred aspect of the invention, the vibrating
Selon l'invention, le circuit d'excitation 2 est configuré pour appliquer entre ses bornes un signal dont les composantes fréquentielles sont inclues dans l'intervalle de fréquences [0-fo], fo vérifiant la relation f0<fr, et de préférence fo<0.66∗fr (soit fr>1.5∗fo). Donc on en déduit f0<fr<fm. Ainsi, la membrane 11 est excitée à une fréquence nettement inférieure à sa fréquence de résonance en mode membrane, les déplacements de la membrane ne sont pas provoqués par un phénomène de résonance, mais par un mécanisme d'oscillations forcées, ce qui permet de disposer d'une large plage de fréquences d'excitation opérables, depuis les très basses fréquences (quelques Hz) jusqu'à 0.66∗fr, sur laquelle les performances sont constantes. Un même transducteur 1 peut ainsi être utilisé pour de nombreuses applications différentes. L'utilisation d'oscillations forcées permet aussi de générer des impulsions courtes, contrairement à des excitations résonantes, et donc, pour les applications de télémétrie par exemple, de minimiser la zone aveugle. L'utilisation d'oscillations forcées permet également d'augmenter la puissance d'excitation à fréquence constante. Avantageusement, le circuit d'excitation 2 est configuré pour appliquer entre ses bornes un signal d'excitation avec une fréquence maximale fo vérifiant la relation fr>f0, et avantageusement fr> 1,5∗foAccording to the invention, the
Avantageusement, le circuit d'excitation 2 est configuré pour appliquer entre ses bornes un signal tel que le rapport entre la puissance électrique totale appliquée entre ces bornes et la puissance électrique appliquée sur une gamme fréquentielle comprise entre 0,9 ∗ fr et 1,1 ∗ fr est au moins égal à 10. Ainsi, l'essentiel de la puissance d'excitation est appliqué en dehors de la plage de résonance.Advantageously, the
Le diagramme de la
Des ultrasons ont été émis expérimentalement entre 20 kHz et 140 kHz par des membranes de 15 nm d'épaisseur suspendues au-dessus de cavités circulaires de 10µm de diamètre.Ultrasound was emitted experimentally between 20 kHz and 140 kHz by
Les composants du transducteur 1 peuvent présenter les dimensions et compositions suivants :
- l'élément conducteur 101 peut par exemple présenter une épaisseur comprise entre 150 et 250nm, par exemple 200nm. L'élément conducteur 101 peut par exemple être réalisé en tungstène, en aluminium, en titane, en Cuivre, en or, ou en une combinaison de ces matériaux ;
- la couche de diélectrique 132 peut par exemple présenter une épaisseur comprise
entre 0,8et 1,25 µm,par exemple 1 µm. La couche de diélectrique 132 peut par exemple être réalisée en SiO2 ; - le substrat 131 peut par exemple être réalisé en verre, en quartz, en alumine, en silicium recouvert d'une couche diélectrique ou encore en SiN ;
- la cavité 14 peut présenter un diamètre compris entre 5 et 50µm, par exemple 10 µm (définissant la longueur suspendue de la membrane 11) ;
l'électrode 102 peut par exemple présenter une épaisseur comprise entre 80 et 150nm, par exemple 100nm.L'électrode 102 peut par exemple être réalisée en tungstène, en aluminium, en titane, en Cuivre, en or, ou tout autre matériau ou alliage conducteur.L'électrode 102 peut être formée par un dépôt d'un matériau conducteur sur un support isolant ;la membrane 11 peut par exemple présenter une épaisseur comprise entre 5 et 25nm, par exemple 10nm.La membrane 11 peut par exemple présenter une couche de carbone amorphe.La membrane 11 peut être fixée ausupport 13 sans précontrainte en tension.
- the
conductive element 101 may for example have a thickness of between 150 and 250 nm, for example 200 nm. Theconductive element 101 can for example be made of tungsten, aluminum, titanium, copper, gold, or a combination of these materials; - the
dielectric layer 132 may for example have a thickness of between 0.8 and 1.25 μm, for example 1 μm. Thedielectric layer 132 can for example be made of SiO 2 ; - the
substrate 131 can for example be made of glass, quartz, alumina, silicon covered with a dielectric layer or even SiN; - the
cavity 14 may have a diameter between 5 and 50 μm, for example 10 μm (defining the suspended length of the membrane 11); - the
electrode 102 can for example have a thickness of between 80 and 150nm, for example 100nm. Theelectrode 102 can for example be made of tungsten, aluminum, titanium, copper, gold, or any other conductive material or alloy. Theelectrode 102 can be formed by depositing a conductive material on an insulating support; - the
membrane 11 may for example have a thickness of between 5 and 25 nm, for example 10 nm. Themembrane 11 may for example have an amorphous carbon layer. Themembrane 11 can be fixed to thesupport 13 without prestressing in tension.
Avantageusement, la membrane 11 présente une épaisseur au plus égale à 100nm. La membrane 11 peut avantageusement être prévue pour vibrer dans la cavité 14 sur une amplitude d'au moins 5% de la longueur suspendue et inférieure à la profondeur de la cavité.Advantageously, the
On pourra réduire le diamètre de la cavité 14 afin d'augmenter la fréquence de résonance de la membrane 11.The diameter of the
Une force électrostatique continue ou très basse fréquence peut être appliquée par le circuit d'excitation 2 pour imposer une tension mécanique initiale sur la membrane vibrante 11. Le circuit d'excitation 2 appliquera alors une différence de potentiel entre l'électrode 102 et l'élément 101 avec une composante continue ou très basse fréquence (par exemple au plus égale à 50Hz), de façon entre autres à pouvoir moduler la sensibilité et la dynamique du transducteur 1.A continuous or very low frequency electrostatic force can be applied by the
La
Le circuit de mesure 3 mesure les déplacements de charge liés à la variation instantanée de capacité entre l'électrode 102 et élément 101, induite par les vibrations de la membrane 11.The
Le circuit de mesure 3 pourra également appliquer une différence de potentiel entre l'électrode 102 et l'élément 101 avec une composante continue ou très basse fréquence (par exemple au plus égale à 50Hz), de façon à pouvoir moduler la sensibilité et la dynamique du transducteur 1.The
On peut également envisager de connecter un circuit d'excitation 2 et un circuit de mesure 3 tels que décrits précédemment entre la membrane 11 et l'élément conducteur 101. La connexion du circuit d'excitation 2 et du circuit de mesure 3 peut être mise en œuvre de façon sélective et indépendante par des interrupteurs respectifs. Il est alors possible de traiter indépendamment l'émission et la réception d'un signal acoustique, par exemple pour mettre en œuvre un mode télémétrie.One can also consider connecting an
La
La
Dans les différents exemples, si la membrane 11 inclut une couche conductrice, on peut se dispenser d'interposer une électrode 102 entre cette membrane 11 et les circuits auxquels elle est connectée. En particulier, le mode de réalisation qui suit décrit une membrane 11 incluant une combinaison d'une couche conductrice et d'une couche choisie pour ses propriétés mécaniques : on peut se dispenser de l'électrode 102 par une connexion directe d'un circuit à la couche conductrice. Cela correspond à l'exemple de la
La
La pression dans les cavités 14 peut également être différente de la pression environnante. Un scellement en périphérie peut ainsi être mis en œuvre, si les différentes cavités 14 de la matrice sont mises en communication entre elles.The pressure in the
Afin de pouvoir orienter le faisceau d'émission ou de réception, un réseau de transducteurs 1 peut comporter une pluralité d'éléments conducteurs 101 (par exemple disposés en parallèle) et/ou une pluralité d'électrodes 102 (par exemple en parallèle. On peut par exemple former une pluralité de voies. Des éléments conducteurs 101 parallèles peuvent être positionnés perpendiculairement aux électrodes 102 parallèles. Des éléments de réseau sont ainsi délimités par la superposition d'une électrode 102 et d'un élément conducteur 101 et adressables individuellement. Le pas entre les éléments conducteurs de 101 ou 102 peut être réduit au pas du réseau de transducteurs élémentaires. Un diamètre de transducteur élémentaire réduit à 10 µm avec un pas de 15µm permet par exemple de réaliser de la formation de faisceau (beam forming en langue anglaise) jusqu'à plus de 10 MHz dans l'air.In order to be able to orient the transmission or reception beam, a network of
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