KR102042869B1 - 이중 전극을 가진 초광대역 트랜스듀서 - Google Patents
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Abstract
광대역 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서(pMUTs), 광대역 pMUT어레이를 가진 pMUT 어레이 및 시스템이 여기에 기술되었다. 예를 들어, 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서(pMUT)는 기판상에 배치된 압전 맴브레인을 포함한다. 기준 전극은 맴브레인과 결합되어 있다. 제 1 및 제 2 구동/감지 전극은 맴브레인에서 진동의 제1 및 제2 모드를 구동 또는 감지하기 위하여 맴브레인과 결합된다.
Description
발명의 실시 예는 일반적으로 압전 트랜스듀서와 관련되고, 보다 구체적으로 이중 전극을 가진 초광대역 트랜스듀서와 관련된 것이다.
초음파 압전 트랜스듀서 장치는 전형적으로 트랜서듀서 소자의 노출된 외부 표면과 접촉하는 전파 매질(예를 들면, 공기, 물, 또는 신체(body) 조직)에서 고주파 압력파(high frequency pressure wave)를 생성하기 위해 시간에 따라 변화하는 구동 전압에 응답하여 진동할 수 있는 압전 맴브레인을 포함한다. 이 고주파 압력파는 다른 매질로 전파할 수 있다. 동일한 압전 맴브레인은 또한 전파 매질에서 반사된 압력파를 수신하고, 수신된 압력파를 전기 신호로 변환할 수 있다. 전기 신호는 전파 매질의 밀도 또는 탄성률의 변형에 대한 정보를 얻기 위해 구동 전압 신호들과 함께 처리될 수 있다.
압전 맴브레인을 사용하는 많은 초음파 트랜스듀서 장치는 기계적으로 벌크 압전 재료를 기계적으로 다이싱(dicing)하거나 또는 압전 세라믹 결정으로 주입된 담체 재료를 주입 성형함으로써 형성되지만, 장치는 편리하게 다양한 마이크로머시닝 기술(예를 들면, 소재 증착, 리소그래피 패터닝, 에칭에 의한 특성(feature) 형성 등)을 이용하여 상당히 높은 치수의 공차로 저렴하게 제조할 수 있다. 이와 같이, 트랜스듀서 소자들의 큰 어레이는 빔 형성 알고리즘을 통해 구동되는 어레이들의 개별적인 것 들과 함께 사용된다. 이렇게 배열 된 장치는 pMUT 어레이로 알려져 있다.
종래 pMUT 어레이에 있어서 하나의 문제점은 지지층(backing layer)에 의하여 시작된 댐핑 작용이 있기 때문에, 대역폭이 제한될 수 있다는 것이다. 태아 심장 모니터링 및 동맥 모니터링 같은 초음파 트랜스듀서 적용은 넓은 범위의 주파수(예를 들어, 상대적으로 깊은 촬상 기능을 제공하는 낮은 주파수와 얕은 촬상 기능을 제공하는 높은 주파수)에 걸쳐 있기 때문에, 축(즉, 레인지) 방향 해상도는 지지층으로 인한 주어진 수준의 댐핑(dampening)에 대하여pMUT 어레이의 대역폭을 강화함으로써 유리하게 개선될 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 초음파 트랜스듀서 적용이 넓은 범위의 주파수에 걸쳐 있기 때문에, 축(즉, 레인지) 방향 해상도는 지지층으로 인한 주어진 수준의 댐핑(dampening)에 대하여 pMUT 어레이의 대역폭을 강화시켜 유리하게 개선하는데 있다.
본 발명 과제의 해결 수단은 기판에 배치된 압전 맴브레인과, 맴브레인과 결합된 기준 전극 및 맴브레인에서 진동의 제1 및 제2 모드를 구동 또는 감지하기 위하여 맴브레인과 결합된 제1 및 제2 구동/감지 전극으로 구성된 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 기판에 배치된 압전 맴브레인과, 맴브레인과 결합된 기준 전극 및 맴브레인에서 진동의 제1 및 제2 모드를 구동 또는 감지하기 위하여 맴브레인과 결합된 제1 및 제2 구동/감지 전극과, 제1 구동/감지 전극과 결합되어 기준 전극에 대하여 제1 구동/감지 전극에서 제1 전기 신호를 구동하기 위한 제1 신호 발생기 및 제2 구동/감지 전극과 결합되어 기준 전극에 대하여 제2 구동/감지 전극에서 제2 전기 신호를 구동하기 위한 제2 신호 발생기를 포함하는 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서(pMUT)를 구비하고 매질에서 압력파를 발생하고 감지하기 위한 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 청구항 1의 pMUT로 매질에서 압력파(pressure waves)를 발생하고 감지하기 위한 장치를 동작하는 방법에 있어서, 제1 전기 신호를 발생하는 단계와, 제2 전기 신호를 발생하는 단계;와, 다른 하나에 대하여 제 1 및 제 2 신호 중 하나의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 변조하는 단계 및 진동의 제1 및 제2 모드의 상대적 강도를 제어하기 위하여 제1 전기 신호를 제1 구동/감지 전극에 적용하고, 제2 전기신호를 제2 구동/감지 전극에 적용하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 pMUT로 매질에서 압력파(pressure waves)를 발생하고 감지하기 위한 장치를 동작하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 과제는 초음파 트랜스듀서 적용이 넓은 범위의 주파수에 걸쳐 있기 때문에, 축(즉, 레인지) 방향 해상도는 지지층으로 인한 주어진 수준의 댐핑(dampening)에 대하여 pMUT 어레이의 대역폭을 강화시켜 유리하게 개선하는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예들은, 제한하는 방법이 아니라, 예시의 방법으로 도시하였고, 도면과 관련하여 고찰하면, 다음의 상세한 설명에 관하여 보다 완전하게 이해할 수 있다.
도 1a는 실시 예에 따른, 원형 맴브레인을 가진 pMUT의 평면도이다.
도 1b 는 실시 예에 따른, 트랜스듀서 소자를 가진 pMUT의 평면도이다.
도 1c는 실시 예에 따른, 타원형 맴브레인을 가진 pMUT의 평면도이다.
도 2a, 2b, 및 2c는 실시 예에 따른, 도 1b의 pMUT어레이에 사용되는 트랜스듀서 소자의 단면도이다.
도 3a는, 실시 예에 따른, a-a' 축을 따라 그려진 도 1a의 장치와 유사한 장치의, 동작 시, 단면도를 도시한 것이다.
도 3b는 실시 예에 따른, a-a' 축을 따라 그려진 도 1a의 장치와 유사한 장치의 동작 시, 단면도를 도시한 것이다.
도 4a 및 4b는 실시 예에 따른, 도 3a와 3b의 pMUT의 성능 매트릭스를 도시한 것이다.
도 5a는 실시 예에 따른, 상이한 사이즈의 트랜스듀서 소자를 가진 pMUT 어레이의 평면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 pMUT어레이에 대한 성능 매트릭스를 도시한 것이다.
도 6은 실시 예에 따라, pMUT로 매질에서 압력파(pressure wave)를 생성하고 감지하기 위한 장치의 동작법 일부를 도시하는 흐름도이다.
도 7은 실시 예에 따라, pMUT로 매질에서 압력파를 생성하고 감지하기 위한 장치의 동작법의 다른 일부분을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명 실시 예에 따라, pMUT 어레이를 채용한 초음파 트랜스듀서 장치의 기능적 블록 다이아그램이다.
도 1a는 실시 예에 따른, 원형 맴브레인을 가진 pMUT의 평면도이다.
도 1b 는 실시 예에 따른, 트랜스듀서 소자를 가진 pMUT의 평면도이다.
도 1c는 실시 예에 따른, 타원형 맴브레인을 가진 pMUT의 평면도이다.
도 2a, 2b, 및 2c는 실시 예에 따른, 도 1b의 pMUT어레이에 사용되는 트랜스듀서 소자의 단면도이다.
도 3a는, 실시 예에 따른, a-a' 축을 따라 그려진 도 1a의 장치와 유사한 장치의, 동작 시, 단면도를 도시한 것이다.
도 3b는 실시 예에 따른, a-a' 축을 따라 그려진 도 1a의 장치와 유사한 장치의 동작 시, 단면도를 도시한 것이다.
도 4a 및 4b는 실시 예에 따른, 도 3a와 3b의 pMUT의 성능 매트릭스를 도시한 것이다.
도 5a는 실시 예에 따른, 상이한 사이즈의 트랜스듀서 소자를 가진 pMUT 어레이의 평면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 pMUT어레이에 대한 성능 매트릭스를 도시한 것이다.
도 6은 실시 예에 따라, pMUT로 매질에서 압력파(pressure wave)를 생성하고 감지하기 위한 장치의 동작법 일부를 도시하는 흐름도이다.
도 7은 실시 예에 따라, pMUT로 매질에서 압력파를 생성하고 감지하기 위한 장치의 동작법의 다른 일부분을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명 실시 예에 따라, pMUT 어레이를 채용한 초음파 트랜스듀서 장치의 기능적 블록 다이아그램이다.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 살펴본다.
본 발명은 " 이중 전극을 가진 초광대역 트랜스듀서"의 명칭으로 2012년 5월1일에 출원된 미국 가출원 번호 No.61/641,200 및 " 이중 전극을 가진 초광대역 트랜스듀서"의 명칭으로 2013년 3월 14일에 출원된 미국특허출원번호No.13/830288 의 유리한 점을 청구하고, 이들의 전체 내용은 여기에 전체 목적을 위하여 전체적으로 참조되었다.
광대역 압전 마이크로 머신 초음파 트랜스듀서(pMUTs), pMUT 어레이 및 광대역 pMUT를 가진 시스템을 여기에 설명한다.
실시 예에서, pMUT는 기판 상에 배치된 압전 맴브레인을 포함한다. 기준 전압 전위에서 유지되는 기준 전극은 맴브레인에 결합된다. 제 1 및 제 2 구동/감지 전극은 맴브레인에서 진동의 제1 및 제2 모드를 구동 및/또는 감지하기 위하여 맴브레인과 결합된다.
다른 실시 예에, 매질(medium)에서 압력파를 생성하고 감지하기 위한 장치는 기판 상에 배치된 압전 맴브레인을 구비한 pMUT를 포함한다. 기준 전극은 맴브레인과 결합된다. 제 1 및 제 2 구동/감지 전극은 맴브레인에서 진동의 제 1 및 제 2 모드를 구동 및/또는 감지하기 위하여 맴브레인과 결합된다. 제 1 신호 발생기는 제1 구동/감지 전극과 결합되고 상기 기준 전극에 대하여 제1 구동/감지 전극에 제 1 전기 신호를 구동하기 위해 제공된다. 제 2 신호 발생기는 제2 구동/감지 전극과 결합되고 상기 기준 전극에 대하여 제2 구동/감지 전극에 제 2 전기 신호를 구동하기 위해 제공된다.
다른 실시 예에서, pMUT 어레이는 기판(substrate)의 영역에 배치된 복수의 전극 레일 세트를 포함한다. 각각의 전극 레일 세트는 기준 레일과 한 쌍의 독립적이면서 전기적으로 어드레스 가능한 구동/감지 레일을 포함한다. pMUT 어레이는 또한 별도의 소자 개체군을 갖는 복수의 압전 트랜스듀서 소자(elements)를 포함한다. 각 소자 개체군은 전극 레일의 세트 중 하나에 결합된 하나 이상의 트랜스듀서 소자를 갖는다. 각각의 압전 트랜스듀서 소자들은 또한 압전 맴브레인을 포함한다. pMUT 어레이는 또한 맴브레인과 기준 레일에 결합된 기준 전극을 포함한다. 제 1 및 제 2 구동/감지 전극은 맴브레인 및 구동/감지 전극 레일 쌍의 각각의 것들과 결합된다.
다른 실시 예에서, pMUT로 매질에서 압력파를 생성하고 감지하기 위한 장치를 동작시키는 방법은 제 1 전기 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 제 2 전기 신호 역시 생성된다. 제1 및 제 2 신호 중 적어도 하나의 진폭과 위상은 다른 하나에 대하여 변조된다. 제 1 전기 신호는 제1 pMUT 구동/감지 전극에 적용되고, 제 2 전기 신호는 진동의 제 1 및 제 2 모드의 상대적인 강도를 제어하기 위하여 pMUT의 제2 구동/감지 전극에 적용된다.
다음의 설명에서, 많은 세부사항을 설명한다. 그러나, 본 발명은 이러한 구체적인 세부사항 없이도 실시 될 수 있다는 것은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다. 일부 예에서, 잘 알려진 방법 및 장치는 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 상세하게 도시하기보다, 블럭 다이아그램 형태로 도시한다. 시종 일관하여 "실시 예"에 대한 본 명세서 참조는 실시 예와 관련하여 기술된 특정한 특징, 구조, 기능, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치에 "실시 예에서" 라는 어구의 출현은 반드시 본 발명의 동일한 실시 예를 의미하지는 않는다. 또한, 특정한 특징, 구조, 기능, 또는 특성은 하나 이상의 실시 예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 예를 들어, 제1실시 예는 두 개의 실시 예가 상호 배타적이지 않으면 어디서든 제2 실시 예와 결합될 수 있다.
구체적으로 달리 언급되지 않는 한, 이러한 "처리(processing)", "컴퓨팅", "계산(calculating)", "결정(determining)" 등과 같은 용어는, 컴퓨팅 시스템의 레지스터(register) 및/또는 메모리 내의 물리적인, 예를 들면, 전자의 양(quantities)을 컴퓨팅 시스템의 메모리, 레지스터 또는 다른 그러한 정보 저장, 전송 또는 디스플레이 장치 내의 물리적인 양((quantities)으로 나타내는 컴퓨터 또는 컴퓨팅 시스템, 또는 유사한 전자 컴퓨팅 디바이스의 작동 및/또는 프로세스와 관련된다
이들의 유도체와 함께 "결합된(coupled)" 및 "접속된(connected)"이라는 용어는 여기서 구성 요소 사이의 구조적 관계를 설명하는데 사용될 수 있다. 그러나, 이들 용어는 서로에 대한 동의어로서 의도된 것이 아님을 이해해야 한다. 오히려, 특정 실시 예에서, "접속된(connected)"은 둘 이상의 요소가 서로 직접적으로 물리적 또는 전기적 접촉을 하는 것을 나타내기 위해 사용될 수 있다. "결합된(coupled)"은 둘 이상의 요소가 서로 직접 또는 간접적으로(그들 사이에 다른 중간개제 요소를 가지고) 물리적 또는 전기적 접촉을 하거나, 및/또는 두 개 이상의 요소가 서로 함께 동작(co-operate)하거나 또는 상호 작용한다는 표시로 사용될 수 있다.
여기에서 사용된 용어 "~전체에 걸쳐(over)", "아래(under)", "사이(between)" 및 "위(on)"는 하나의 구성요소 또는 성분층(material layer)에 관한 다른 하나의 구성요소 또는 성분층의 상대적 위치를 언급하며, 그러한 물리적 관계는 어셈블리의 문맥(context)에서 또는 마이크로머신 스택(stack)의 성분층의 문맥에서 기계적 구성 요소에 대해 주목할만하다. 다른 층(구성요소) 위 또는 아래 배치된 하나의 층(구성요소)은 다른 하나의 층(구성요소)과 직접적으로 접촉하거나 또는 하나 또는 그 이상의 중간개재 층(구성요소)을 가질 수 있다. 또한, 두 층(구성요소)사이에 배치된 하나의 층(구성요소)은 두 층(구성요소)과 직접 접촉할 수 있거나 또는 하나 또는 그 이상의 중간개재 층(구성요소)을 가질 수 있다. 대조적으로, 제2 층(구성요소) "위(on)"의 제1 층(구성요소) 는 제2 층(구성요소)과 직접 접촉한다.
종래의 압전 트랜스듀서 설계는 일반적으로 트랜스듀서의 전체 맴브레인을 커버하는 전극을 포함한다. 전극은 초음파를 발생하기 위하여 맴브레인 진동의 제1 모드를 여기하는데 사용된다. 반면에, 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 한 쌍의 구동/감지 전극이 채용된다. 각각의 구동/감지 전극 쌍은 분리된, 독립적인 전극 레일 또는 버스와 결합되고, 따라서 상기 기준 전극에 대하여 선택 가능한 진폭과 두 개의 구동 신호 사이에서 선택 가능한 위상을 갖는 별도의 구동 신호에 의해 독립된 전기 전위로 구동될 수 있다. 하나의 그러한 실시 예에서, 이러한 배치는 진동의 제 1 및 제 2 모드 모두의 이용을 가능하게 한다. 제 1 및 제 2 모드 둘 다 액세스 가능하게 함으로써, 개선된 신호 처리를 센서의 수신 모드에서 달성할 수 있다.
아래에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 실시 예에서, 트랜스듀서 맴브레인은, 예를 들면, 내부 원형 고체 전극 및 주변의 환형 전극과 같은, 두 개의 구동/감지 전극에 의해 여기된다. 이러한 전극에 입력의 진폭과 위상을 변경함으로써, 예를 들어, 빔 형성을 함으로써, 제 1 및 제 2 모드 형상의 상대적인 강도는 제어될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 모드의 상호 작용도 또한 제어될 수 있다. 일 실시 예에서, 이러한 빔 형성 방식은 저주파 및 고주파 성분을 모두 제공하기 위해 수신 모드에서 상기 출력 신호에 적용된다. 이중 구동/감지 전극 채널로 달성되는 신호 처리 능력은 이로부터 파생되는 영상 품질을 크게 향상시킬 수 있다.
하나의 실시 예에서, 제 1 및 제 2 모드 형태를 사용하여, 아래에 더 상세히 설명된 바와 같이, 최적화된 울트라 광대역(UWB) 설계를 사용하여 100 % 비대역폭(fractional bandwidth) 보다 큰 대역폭이 달성된다. 일 실시 예에서, 높은 공진 주파수를 가진 제 2 모드 형상을 채용함으로써, 고주파 트랜스듀서는 제 1 모드 형상(즉, 저주파 공진)을 가진 유사한(comparable) 주파수를 달성하기 위해 필요한 것보다 상대적으로 큰 사이즈(즉, 직경)의 압전 맴브레인를 가질 수 있다. 큰 압전 맴브레인의 사용은 맴브레인을 채용하는 트랜스듀서에 대해 개선된 감도를 가질 수 있다. 또한, 상대적으로 큰 맴브레인을 결합한다면, 트랜스듀서의 제작은 더 수월해 질 수 있고, 또는 트랜스듀서는 더 신뢰할 수 있게 제조될 수 있다. 하나의 그러한 실시 예에서, 큰 압전 맴브레인의 높은 주파수 동작은 20 MHz이상, 예를 들어, 약 40-60 MHz 범위에서 작동하는 고주파 정맥주입 울트라 소닉(HF IVUS) 장치에서 트랜스듀서의 사용 또는 그것의 어레이의 사용을 가능하게 할 수 있다.
도 1a는 실시 예에 따른 pMUT(100)의 탑-다운 뷰(top-down view)를 도시한 것이다. pMUT(100)은 기판(101) 위에 배치된 압전 맴브레인(114)를 포함한다. 제1 및 제2 구동/감지 전극(102와 103)은 맴브레인(114)과 결합된다. 제1 및 제2 구동/감지 전극(102와 103)은, 도 3및 도4와 관련하여 더 자세하게 아래에 기술된 바와 같이, 맴브레인(114)에서 진동의 제1 및 제2 모드를 구동 또는 감지하기 위해 제공된다. 도 1a에 도시되지는 않았지만, 기준 전극은 도 2a-2c의 문맥에서 아래 더 자세하게 기술된 바와 같이 맴브레인(114)과 결합된다.
도 1a에 도시된 바람직한 실시 예에서, 압전 맴브레인(114)은 원형 또는 구형(spheroidal; 회전타원형) 형상을 가진다. 하나의 그러한 실시 예에서, 제1 구동/감지 전극(102)은 도 1a에 도시된 바와 같이, 맴브레인(114)의 직경보다 작은 지름과 맴브레인(114)의 센터에 맞춰 정렬된 센터(104)를 가진 원형 또는 구형의 형상을 가진다. 하나의 그러한 실시 예에서, 제2 구동/감지 전극(103)은 맴브레인(114)의 센터에 맞춰 정렬된 센터를 가지고, 맴브레인(114)의 직경보다 작거나 또는 큰 외측 직경을 가지며, 그 사이에 공간(105)을 두고 제 1구동 전극(102)의 적어도 일부분을 둘러싸기 위하여 제 1구동/감지 전극(102)의 외측 직경보다 큰 내측 직경을 가진 환형 형상을 가진다.
일 실시 예에서, 맴브레인(114)은 원형이고, 제1 및 제2 구동/감지 전극(102 및 103)은 동일 평면(co-planar)에 있고, 압전 맴브레인(114)의 제1면에 배치된다. 하나의 이러한 실시 예에서, 제2 구동/감지 전극(103)이 제1 구동/감지 전극(102)에 결합된 제1 리드(165)가 그를 통해 경로지워지는 불연속(discontinuity)을 가짐에 따라, 기준 전극은 압전 맴브레인(114)의 반대 면에 위치한다. 하나의 실시 예에서, 제2 리드(166)는 제2 구동/감지 전극(103)과 결합된다. 일 실시 예에서, 리드(165)는 도 3a와 도 3b와 관련하여 더 자세하게 기술된 바와 같이, 기준 전극에 대하여 제1 구동/감지 전극(102) 상에서 제1 전기 신호를 구동하기 위한 제1 신호 발생기를 포함하거나 그에 결합된다. 리드(166)는 도 3a 및 도 3b와 관련하여 더 자세하게 기술된 바와 같이 기준 전극에 대하여 제2 구동/감지 전극(103) 상에서 제2 전기 신호를 구동하기 위한 제2 신호 발생기를 포함하거나 그에 결합된다.
도 1c에 도시된 다른 실시 예에서, 소자(106)는 타원형 맴브레인을 채용한다. 타원형 맴브레인 실시 예(또는 본 명세서에 설명한 바와 같이 맴브레인이 비-평면 휴지 상태(non-planar resting state)를 갖는 타원체 실시 예)는 잠재적으로 큰 충전율(fill factor)을 제공하고, 다중 구동 전극에 의하여 공진의 더 높은 모드(제2, 제3 등)로 더 용이하게 활성화(stiumulated)할 수 있다. 타원형 실시 예에서, 제1 구동/감지 전극(103)은 원형의 실시 예에서와 같이 실질적으로, 타원형 맴브레인의 센터 부분 안으로 들어간 제2구동/감지 전극(102)과 다시 분할된다. 구동 전극(102, 103)의 주변 형상도 또한 원형 맴브레인 형상을 따르는 동일한 방식의 원형 전극에서 맴브레인 형상을 일치시키기 위하여 타원 형상을 가질 수 있다.
도 1b는 실시 예에 따른, pMUT 어레이(105)의 평면도(plan view)이다. 도 2a, 2b 및 2c는 트랜스듀서 소자 실시 예들의 단면도이며, 실시 예에 따라, 그것들 중 어느 것이나 pMUT(100)를 대표할 수 있고, 또 pMUT 어레이(105)에 사용될 수 있다.
어레이(105)는 각각 제1 디멘죤(x) 및 제2 디멘죤(y)에 의하여 정의된 기판(101)의 영역 전체에 걸쳐 배치된 복수의 제1 전극 레일(110, 120, 130, 140)과 대응하는 제2 전극 레일(110',120',130',140')을 포함한다. 각각의 구동/감지 전극 레일 쌍(즉, 쌍( 110,110')) 은 임의의 다른 구동/감지 전극 레일 쌍(즉, 서로로부터 및 쌍((120,120') 또는 (130,130')으로부터)으로부터 독립적으로 전기적으로 어드레스 가능하다. 구동/감지 전극 레일 쌍(즉, (110,110')) 및 기준(즉, 그라운드) 전극 레일은 도 2a-2c의 단면도에 도시된다. 도 1b에서, 구동/감지 전극 레일 쌍(110,110') 및 구동/감지 전극 레일 쌍(120,120')은 어레이에서 반복하는 셀(cell)을 나타낸다. 깍지낀 손가락 구조를 형성하기 위하여 예를 들어, 제1 구동/감지 전극 레일 쌍(110,110')은 제1 종단(127)과 결합되고 인접한 구동/감지 전극 레일 쌍(120,120')은 제2 종단(128)과 결합된다. 구동/감지 전극 레일 쌍(130,130') 및 구동/감지 전극 레일 쌍(140,140')은 자유재량 사이즈(즉, 128 레일 쌍, 256 레일 쌍, 등)의 1D 전극 어레이를 형성하는 부가적인 셀로 깍지낀 구조를 반복한다.
실시 예에서, pMUT 어레이는 복수의 압전 트랜스듀서 소자 개체군을 포함한다. 각각의 압전 트랜스듀서 소자 개체군은 각 소자 개체군 내의 개별 트랜스듀서 소자의 복합체인 주파수 응답과 협력하여 작동한다. 일 실시 예에서, 주어진 소자 개체군 내에서, 각 트랜스듀서 소자의 구동/감지 전극은 레일 쌍의 하나의 구동/감지 전극 레일에 병렬로 전기적으로 결합되고, 그래서 모든 제1 구동/감지 전극은 동일한 전위에 있고, 마찬가지로, 모든 제2 구동/감지 전극도 동일한 전위에 있다. 예를 들어 도 1b에서, 트랜스듀서 소자(110A, 110B, 110L)는 구동/감지 전극 레일 쌍(110,110')과 결합된 구동/감지 전극 쌍을 가진다. 유사하게, 트랜스듀서 소자(120A-120L)의 제1 및 제2 구동/감지 전극은 모두 구동/감지 전극 레일 쌍(120,120')에 평행으로 각각 결합된다. 일반적으로, 임의 수의 압전 트랜스듀서 소자는 어레이 사이즈와 소자 피치의 함수로서 일괄 처리할 수 있다. 도 1b에 도시된 실시 예에서, 각각의 압전 트랜스듀서 소자 개체군(즉, 110A-110L)은 적어도 기판 폭( W1 )의 5 배, 바람직하게는 적어도 기판 폭( W1 )보다 10배 더 큰 기판의 길이( L1 ) 전체에 걸쳐 배치된다. 또한 pMUT 어레이의 각 소자의 개체군은 어레이 내에 공지된 공간 관계를 가져야 한다는 가이딩 원칙이 있기 때문에 소자 개체군이 배열되는 다른 형상도 가능하며, 그래서 빔 형성 기술이 개체군 레벨에서 적용될 수 있다.
실시 예에서, 각각의 압전 트랜스듀서 소자는 압전 맴브레인을 포함한다. 압전 맴브레인은 일반적으로 종래의 기술 분야에서 임의의 형상일 수 있는 반면에, 바람직한 실시 예에서, 압전 맴브레인은 회전 대칭을 갖는다. 예를 들어, pMUT 어레이(105)에서, 각각의 트랜스듀서 소자는 원형 형상을 가진 압전 맴브레인을 포함한다. 압전 맴브레인은 돔(도 2a에 더 도시된) 또는 딤플(dimple, 도 2b에 더 도시된)을 형성하기 위하여 제3 디멘죤(z)에서 만곡을 가진 회전 타원체일 수 있다. 또한 도 2c 에 더 도시된 바와 같이, 평면 맴브레인일 수 있으며, 여기서 트랜스듀서 소자는 휴지 상태의 평면이다.
따라서, 실시 예에서, pMUT 어레이는 기판 영역 전체에 걸쳐 배치된 복수의 전극 레일 세트를 포함한다. 각 전극 레일 세트는 기준 레일과 독립적으로 전기적인 어드레스가 가능한 한 쌍의 구동/감지 레일을 포함한다. pMUT 어레이는 또한 각 트랜스듀서 소자에서 기준 전극과 결합된 기준 전극 레일을 포함한다. pMUT 어레이 내에는 별도의 소자 개체군을 가진 복수의 압전 트랜스듀서 소자가 있다. 실시 예에서, 각 소자 개체군은 압전 맴브레인을 구동/감지 레일의 각각의 것들과 결합하는 제 1 및 제 2 구동/감지 전극을 가진 전극 레일 세트 중 하나와 결합된 하나 이상의 트랜스듀서 소자를 가진다.
도 2a-2c는 도 1b의 a-a'의 축을 따라 그려진, 개별 트랜스듀서 소자의 전형적인 마이크로머시닝된(즉,마이크로전기기계적인) 모양을 나타내는 단면도이다. 도 2a-2c에 도시된 구조는 압전 트랜스듀서 소자와 관련하여 주로 본 발명의 특정한 면에 대한 문맥(context)으로 포함되었고 또한 본 발명의 넓은 응용을 도시하기 위하여 포함되었다.
도 2a에서, 볼록한 트랜스듀서 소자(202)는 동작 동안 pMUT어레이(100)의 외부 표면을 진동시키는 부분을 형성하는 상부표면(204)을 포함한다. 트랜스듀서 소자(202)는 또한 기판(101)의 상부 표면에 부착되는 하부 표면(206)을 포함한다. 트랜스듀서 소자(202)는 기준 전극(212), 제1 구동/감지 전극(102) 및 제2 구동/감지 전극(103) 사이에 배치된 만곡 또는 돔-형상의 압전 맴브레인(210)을 포함한다. 공간(105, spacing)은 제2 구동/감지 전극(103)으로부터 제1 구동/감지 전극(102)을 분리한다. 하나의 실시 예에서, 압전 맴브레인(210)은, 예를 들어, 평면 상부 표면 위에 형성된 돔을 가진 프로파일-트랜스퍼링 기판(예를 들어, 포토레지스트)위에 균일한 층으로 압전 물질 입자를 증착(예를 들어, 스퍼트링)함으로써 형성할 수 있다. 도핑된 폴리메타크릴산메틸(PMM) 및 알루미늄 질화물(AIN) 같은 종래의 마이크로머시닝 처리를 받을 수 있는 해당 기술 분야에 알려진 어떠한 물질도 사용할 수 있으나, 전형적인 압전 물질은 납 지르콘산염 티타산염(PZT)이며, 그러나 그에 국한되지는 않는다. 구동/감지 전극(102, 103) 및 기준 전극(214)은 프로파일-프로파일 트랜스퍼링 기판 위에 증착(예를 들어, PVD, ALD, CVD등에 의해)된 전도성 물질의 얇은 층일 수 있다. 구동 전극 층에 대한 전도성 물질은 그런 기능을 위해 해당 기술에 알려진 Au, Pt, Ni, Ir, 등 중에서 하나 또는 그 이상, 그것들의 합금(예를 들어, AuSn, IrITiW, AuTiW, AuNi, 등), 그것들의 산화물 (예를 들어, IrO2, NiO2, PtO2, etc.) 또는 두 개 또는 그 이상의 그런 물질들의 합성 스택 같은 임의의 물질일 수 있으나 그에 국한되지는 않는다.
또한 도 2a에 도시된 바와 같이, 일부 실시 예에서, 트랜스듀서 소자(202)는 제조 중에 받침대 및/또는 에칭 스톱(etch stop)의 역할을 할 수 있는 실리콘 다이옥사이드 같은 얇은 필름 층(222)을 선택적으로 포함할 수 있다. 유전체 맴브레인(224) 또한 기준 전극(212)으로부터 구동/감지 전극(214)를 절연하는데 도움이 될 수 있다. 수직-방향의 전기 인터커넥트(226)는 구동/감지 전극 (102)을 구동/감지 전극 레일(110)을 통해 구동/감지 회로와 연결된다. 유사한 인터커넥터(232)는 구동/감지 전극(103)을 기준 레일(110')과 연결한다. 비록 도시되지는 않았지만, 기준 전극(214)은 독립적인 기준 레일과 결합될 수 있다. 환상(annular)의 받침대(236)는, 트랜스듀서 소자 (202)의 축에 맞추어 수직으로 정렬된 대칭축을 가진 구멍(24)을 구비하고 있기 때문에, 기계적으로 압전 맴브레인(210)을 기판(101)에 결합시킨다. 받침대(236)는 실리콘 다이옥사이드, 다결정질의 실리콘, 다결정질의 게르마늄, SiGe, 등과 같은 임의의 종래의 물질일 수 있으나 그에 국한되지는 않는다. 받침대(236)의 바람직한 두께는 10-50 μm의 범위이며 바람직한 맴브레인(224)의 두께는 5-15 μm 범위이다.
도 2b는 트랜스듀서 소자(282)에 대한 다른 바람직한 구성의 예를 보여주며, 트랜스듀서 소자(202)에서의 구조들과 기능적으로 유사한 구조들은 동일한 참조 번호로 식별된다. 트랜스듀서 소자(242)는 휴지(resting) 상태에서 오목한 오목 압전 맴브레인(250)을 나타낸다. 여기서, 기준 전극(214)은 오목한 압전 맴브레인(250)의 바닥 표면 아래 배치되는 반면에, 구동/감지 전극(102,103)은 상부 표면 위에 배치된다. 반면에, 구동/감지 전극(102) 및 (103)은 상부 표면 위에 배치된다.
도 2c는 트랜스듀서 소자(282)에 대한 다른 구성의 실시 예를 나타내며, 트랜스듀서 소자(202) 에서의 구조들과 기능적으로 유사한 구조들은 동일한 참조 번호로 식별된다. 트랜스듀서 소자(262)는 정지 상태에서 평면인 평면 압전 맴브레인(290)을 나타내며, 소자(202,204)와는 달리 밴딩(bending) 모드에서 동작하고, 그러므로 또한 맴브레인(275) (전형적으로 실리콘으로 만든)을 더 채용한다. 여기서, 기준 전극(214)은 평면 압전 맴브레인(290)의 바닥 표면 아래 배치되는 반면에, 구동/감지 전극(102,103)은 상부 표면 위에 배치된다. 도 2a-2c의 각각에 도시된 구성과 반대의 전극 구성도 또한 가능하다.
일 실시 예에서, 도 1a 뿐만 아니라, 도 3a 및 도 3b를 다시 참조하면, 동작하는 동안에, 맴브레인(114)은 제1 공진 주파수를 가진 진동의 제1 모드와 제 1 공진 주파수 보다 큰 제2 공진 주파수를 가진 진동의 제 2 모드를 가진다. 예를 들어, 도 3a는 실시 예에 따라, a-a'축을 따라 취해진 장치(100)와 유사한 장치의, 동작 중의, 단면도를 도시한 것이다. 맴브레인(222)(휴지 상태에서 평면, 돔형 또는 공동(cavity) 일 수 있는)은 지지대(236)에 의하여 지지되고, 구동 감지/전극 쌍(102,103)은 거기에 인가되는 가변 전압(즉, 전극(102, 103) 모두에 + 전압 등)이 동위상의 시변 전압(in-phase time varying voltage)을 가질 때 진동의 제 1 모드를 제공하기 위해 구동/감지 전극 쌍(102, 103)에 의해 구동된다. 도 3b는 다른 실시 예에 따라, a-a'축을 따라 그려진 장치(100)와 유사한 장치의, 동작 중인, 단면도이다. 맴브레인(222)(휴지 상태에서 평면, 돔 또는 공동 일 수 있는)은 지지대(236)에 의하여 지지되고, 구동 감지/전극 쌍(102,103)은 거기에 인가되는 상이 다른(out-of-phase) 시변 전압 파형(즉, 전극(102, 103) 중 하나에 + 전압이 적용되고, 반면에 - 전압이 전극들((102) 및 (103), 등) 중 다른 하나에 적용됨)을 가질 때 진동의 제 2 모드를 제공하기 위해 구동 감지/전극 쌍(102, 103)에 의해 구동된다. 진동의 제2 모드는 높은 주파수(즉, 2 배)이기 때문에, 기본 또는 제1 진동 모드의 큰 맴브레인 사이즈는 고주파 체계(regime)에 도달하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 맴브레인(222)의 직경이 2 μm 보다 큰 특정 실시 예에서, 진동의 제1 모드는 적어도 15MHz의 제 1 공진 주파수를 가지며, 진동의 제 2 모드는 30-60 MHz 같은, 제 1 공진 주파수보다 큰 제2 공진 주파수를 가진다.
도 4a 및 도 4b는 실시 예에 따른 도 3a 및 도 3b의 pMUTs에 대한 성능 메트릭스를 도시한 것이다. 일 실시 예에서, 도 4a를 참조하면, 제1 및 제2 신호 발생기(즉, 도 3a 및 도 3b에서 바이어스 극성 기호로 나타낸 출력 구동 신호의 위상을 가진 도 1a의 발생기(166,165))는 두 개의 적용된 구동 신호의 상대적인 구동 전압 크기(magnitude)와 위상 지연에 따라 맴브레인(114 또는 222)의 제1 공진 모드(fn1)를 제 2 공진 모드(fn2) 보다 더 많이 여기하기 위하여 제1 및 제2 전기적 신호를 구동하기 위한 것이다. 다른 실시 예에서, 도 4b를 참조하면, 제 1 및 제 2 신호 발생기는 두 개의 적용된 구동 신호의 상대적인 구동 전압 크기(magnitude)와 위상 지연에 따라 맴브레인(114 또는 222)의 제2 공진 모드(fn2) 를 제 1 공진 모드(fn1)보다 더 많이 여기하기 위하여 제1 및 제2 전기적 신호를 구동하기 위한 것이다.
실시 예에서, 또한 트랜듀서 장치는 제1 및 제2 구동 전극에 결합된 신호 처리기를 포함한다. 신호 처리기는 제1 및 제2 모드에서 진동하는 맴브레인에 의해 발생되는 응답 스펙트럼의 저주파 성분과 고주파 성분 모두를 수신하도록 제공된다. 진동의 제1 및 제2 모드들의 각각과 관련된 응답의 조합은, 하나의 실시 예에서 인텐시티 강도(intensity strength)에 있어서 대략 동일한 것을 포함하여, 두 개의 적용된 구동 신호의 상대적인 구동 전압의 크기와 위상 지연을 변경함으로써, 원하는 대로 균형을 이룰 수 있다.
실시 예에서, 압전 트랜스듀서 소자 개체군은 복수의 분리된 공진 주파수를 제공하기 위하여 상이한 공칭(nominal) 사이즈의 복수의 압전 맴브레인을 포함한다. 스펙트럼 응답은 광대역에 대하여 제공하도록 n 개의 상이한 사이즈 (즉, 본 명세서에 기술된 바람직한 원형 또는 구형 맴브레인에 대한 맴브레인 직경)를 통합하여 형성할 수 있다. 벌크 PZT 트랜스듀서와 달리, pMUT의 공진 주파수는 리소그래피를 통해 기하학적 형상으로 용이하게 조율(tune)할 수 있다. 이와 같이, 상이한 사이즈의 높은-Q(고품질) 맴브레인은 주어진 소자 개체군으로부터 높은 전체 대역폭 응답을 달성하기 위해 다른 주파수 응답들과 통합될 수 있다. 다른 실시 예에서, 각 트랜스듀서 소자 개체군은 트랜스듀서 소자 사이즈의 동일한 세트를 포함하며, 그래서 각 개체군으로부터의 스펙트럼 응답은 대략적으로 동일하다.
도 5a는 실시 예에 따른 상이한 사이즈의 트랜스듀서를 가진 pMUT 어레이(500)의 평면도이다. pMUT 어레이(500)는 평행으로 구성한 구동/감지전극 레일 쌍(110,110') 및 (120,120')을 가진 pMUT 어레이(100)과 유사한 레이아웃을 가지나, 그러나 x-디멘죤(즉, 1D 어레이)을 따라 깍지끼워지도록(즉, 1D어레이) 반대 방향으로(예를 들면, 별도의 버스 또는 인터페스로부터) 확장한다. 2-20개 또는 그 이상의 상이한 맴브레인 사이즈(즉, 직경)를 가진 트랜스듀서 소자는 하나의 구동/감지 전극 쌍(즉, 110, 110')과 전기적으로 결합된다. 직경의 범위는 일반적으로 맴브레인의 강도(stiffness)와 크기(mass)의 함수로서 원하는 주파수 범위에 달려있다. 연속적으로 큰 맴브레인 사이의 증분(increment)은 큰 사이즈의 증분 대한 주파수 중첩을 덜 발생시키기 때문에 상이하게 사이즈된 맴브레인의 범위와 수의 함수일 수 있다. 증분 사이즈(increment size)는 모든 트랜스듀서 소자가 3 dB 대역폭을 유지하는 응답 커브에 기여하는 것을 보장하도록 선택할 수 있다. 예를 들어, 20-150 μm의 범위는 도 2a-2c의 문맥에서 기술된 일반적인 구조를 가진 트랜스듀서로부터 MHz 주파수 응답에 대한 전형적인 범위이고 1-10 μm의 증가는 전형적으로 충분한 응답 중첩을 제공할 것이다.
트랜스듀서 소자(즉, 맴브레인) 사이즈의 수가 증가할 때, 동일한 사이즈 소자 사이의 거리가 감소하기 때문에 특정 센터 주파수의 해상도는 내려갈 것으로 예상할 수 있다. 예를 들어, 각 압전 트랜스듀서 요소 개체군의 압전 맴브레인이 단일 파일이면(즉, 센터들이 직선들 따라 배열됨), 길이(L1)를 따라 동일하게 사이즈된 트랜스듀서의 효율적인 피치(pitch)는 개체군에서 각 추가적인 트랜스듀서 사이즈와 함께 감소된다. 다른 실시 예에서 그러므로, 각 압전 트랜스듀서 소자 개체군은 각 공칭(nominal) 맴브레인 사이즈의 하나 이상의 압전 트랜스듀서 소자를 포함한다. 도 5에 도시된 바람직한 실시 예에 대하여, 구동/감지 전극 레일 쌍(110,110')과 다음과 같이 전기적으로 결합된다: 맴브레인 6 개의 다른 사이즈에 대하여 제1 사이즈의 압전 트랜스듀서 소자(511A)와 (511B)(즉, 가장 작은 직경의 맴브레인); 제 2 사이즈의 소자(즉, 그 다음으로 작은 소자,(512A, 512B)); 소자(513A, 534B), 소자(514A, 514B), 소자(515A, 515B); 및 소자(516A, 516B). 도시된 바와 같이, 동일한 사이즈(즉, 511A 과 511B)의 맴브레인은 상이한 사이즈의 맴브레인을 가진 적어도 하나의 중간개재 소자에 의해 이격되어 있다. 도시된 바와 같이, 맴브레인 사이즈는 인접한 소자를 통해서 계단식 방식(step wise manner)으로 점진적으로 증가 및/또는 감소한다. 어레이의 거리 전체에 걸쳐 맴브레인 사이즈를 단계화하면 서로 근접하여 과감하게 사이즈를 달리하는 제1 및 제 2 맴브레인 사이에 가능한 해체적(deconstructive) 위상을 완화하는 것으로 확인되었다. 다시 말해서, 맴브레인 개체군이 상이한 사이즈이면, 두 개의 인접한 맴브레인 사이의 사이즈 차이가 개체군에서 가장 큰 맴브레인과 가장 작은 맴브레인 사이의 사이즈 차이보다 작도록 기판 전체에 걸쳐 개체군을 공간적으로 배치하는 것이 유리하다.
또한 도 5a에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 소자 서브그룹(518A)은 소자 개체군이 배치된 기판의 길이를 따라 (518B)와 같이 반복된다. 각 트랜스듀서 소자 서브그룹(518A, 518B)은 각 공칭 맴브레인 사이즈의 하나의 압전 트랜스듀서 소자를 포함한다. 바람직한 실시 예에서, 휴리스틱 레이아웃은 구동/감지 레일 쌍(110,110')과 결합된 소자 개체군은 다른 사이즈의 적어도 하나의 중간개재 소자에 의하여 이격된 동일한 사이즈의 트랜스듀서를 가지나, 그러나 하나의 소자 서브그룹에 의하여 점유된 기판의 길이만큼만 이격되게 한다. 이것은 신호의 불균일성을 개선하는 효과를 가진다. 도시된 도 5a에 또한 도시된 바와 같이, 유사한 소자 서브그룹(528A)은 기판 전체에 걸쳐 더 불균일하게 다양한 소자 사이즈를 퍼뜨리기(spread) 위하여 소자 서브 그룹(518A)에 대하여 구동/감지 전극레일 쌍(120/120')의 길이 아래쪽으로 이동된다. 이러한 위치적인 오프셋은 동일한 사이즈의 소자들은 가장 가까이 이웃하지 않도록 보장함으로써(즉, 소자(526A)는 소자(516A와 516B) 사이의 중간이다) 인접한 소자 개채군 사이에 크로스토크를 감소시키는데 도움된다. 레일 쌍(110,110')과 레일 쌍(120,120')에 대한 트랜스듀서 소자 개체군은 전체 어레이 필드에 걸쳐 레일 쌍(130,130')과 (140,140') 및 등등)에 대해 반복되는 셀을 포함한다.
도 5b 는, 예를 들어 사이즈1, 사이즈2, 및 사이즈3의 직경을 가진 구형 압전 맴브레인를 구비한, 도 5a에 도시된 pMUT 어레이에 대한 성능 매트릭스를 도시한 것이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 스팩트럼 응답은 3쌍의 피크(Fn1,Fn2,Fn1',Fn2',Fn1",Fn2")로서 6개의 해당 센터 주파수를 포함하며, 누적 응답(cumulative response)은 광대역폭(즉, 3dB 코너 주파수에 대해)을 가진다. 각 쌍의 피크, 즉, 쌍(Fn1,Fn2), 쌍(Fn1',Fn2'), 쌍(Fn1",Fn2")은 사이즈1, 사이즈2, 및 사이즈3의 각각의 트랜서듀서의 제1 및 제2 모드 피크를 각각 나타낸다. pMUT 어레이(500)에 대한 광대역은 도 4a/4b(단일 사이즈의 소자를 가진 pMUT 어레이(100))에 대한)에 도시된 것과 비교하면 명백하다.
실시 예에서, 동일한 전극 레일과 결합된 소자들의 개체군 및 어레이의 채널로서의 함수는 맴브레인의 2-D 어레이을 포함한다. 따라서, 도 1b 및 도 5b에 도시된 바람직한 실시 예는 소자의 단일 라인을 포함하는 한편, 이러한 선은 제2 디멘죤(예, 도 1b에서 x-디멘죤)을 복제할 수 있다. 이러한 채널 실시 예 당 다중 열(row), 다중 행(column)로 단일 파일 열(single file row) 실시 예에 의해 얻어지는 것보다 큰 충전율(fill factor)을 달성할 수 있다. 이에 따라 더 높은 감도가 가능할 수 있다.
도 6은 실시 예에 따라 pMUT 로 매질에서 압력파를 생성하고 감지하기 위한 장치를 동작하기 위한 구동 방법을 도시하는 흐름도이다.
동작(605)을 참조하면, 방법의 구동 부분은 제 1 전기 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 동작(610)을 참조하면, 제 2 전기 신호 또한 생성된다. 동작(615)을 참조하면, 제1 및 제 2 신호 중 하나의 진폭 및 위상 중 적어도 하나는 서로에 대해 변조된다. 동작(620)을 참조하면, 진동의 제 1 및 제 2 모드의 상대 강도를 제어하기 위하여 제1 전기 신호는 pMUT의 구동/감지 전극에 적용되고 제 2 전기 신호는 pMUT의 제2 구동/감지 전극에 적용된다.
실시 예에서, 도 6과 관련하여 설명한 방법을 다시 참조하면, 제 1 및 제 2 전기 신호는 진동의 제 2 모드에 대하여 제 1 주파수를 갖는 진동의 제 1 모드의 우위성(dominance)을 증가시키기 위하여 동일한 위상(in phase)으로 적용된다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 구동 신호는 제1 주파수보다 높은 제 2 주파수를 갖는 진동의 제 2 모드의 우위성을 증가시키기 위하여 다른 위상(out of phase)으로 적용될 수 있다.
도 7은 실시 예에 따라, 매질에서 pMUT로 압력파를 생성하고 감지하기 위한 장치를 동작하기 위한 감지 방법을 도시한 흐름도이다. 동작(705)에서, 제 1 전기 응답 신호는 제1 구동/감지 전극으로부터 수신된다. 동작(710)에서, 제2 전기 응답 신호는 제2 구동/감지 전극으로부터 수신된다. 동작(715)에서, 당해 기술분야에서 공지된 임의의 신호 처리는 누적 주파수 응답을 생성하기 위해 제 1 및 제 2 전기 응답 신호에서 수행된다. 예를 들어, 압전 맴브레인의 직경은 압전 트랜스듀서 소자의 하나의 개체군에 걸쳐 변하고, 압전 맴브레인의 각 직경에 대해 수신된 제1 및 제2 전기 응답 신호는 처리되어 제1 및 제2 전기 응답 신호 각각과 관련된 최저 및 최고 센터 주파수 사이에 걸쳐있는(spanning) 3dB 대역폭을 갖는 누적 주파수 응답을 제공한다.
도 8은 본 발명 실시 예에 따른, pMUT 어레이를 채용한 초음파 트랜스듀서 장치(800)의 기능적 블럭 다이아그램이다. 바람직한 실시 예에서, 초음파 트랜스듀서 장치(800)는 예를 들어, 물, 조직 물질(tissue matter) 등과 같은 매질에서 압력파를 생성 및 감지하기 위한 것이다. 초음파 트랜스듀서 장치(800)는 하나의 매질 또는 다중의 매질 내의 내부 구조적 변이의 촬상이 관심사인, 의료 진단, 제품 결함 검출 등에서와 같은, 많은 애플리케이션을 갖는다. 장치(800)는 트랜스듀서 소자 및 소자 개체군의 임의의 특성이 설명되어 있는, 본 명세서에 설명된 pMUT 어레이들 중 임의의 것일 수 있는, 적어도 하나의 pMUT 어레이(816)를 포함할 수 있다. 바람직한 실시 예에서, pMUT 어레이(816)는 PMUT 어레이(816)의 외부 표면의 대향하는 방향 및 위치를 원하는 대로 변경하기 위하여(즉, 촬상되는 영역을 향하도록) 기계 또는 장치(800)의 사용자에 의해 조작될 수 있는 핸들 부분(814)에 수납(housed)된다. 전기 커넥터(820)는 pMUT 어레이(816)의 채널을 핸들 부분(814)에 외부의 통신 인터페이스에 전기적으로 결합한다.
실시 예에서, 장치(800)는, 당해 기술분야에 공지된, 예를 들면, 전기 커넥터(820)에 의하여 pMUT 어레이(816)에 결합될 수 있는 신호 발생기를 포함한다. 신호 발생기는 소자의 개체군에서 각 트랜스듀서 소자에 대한 2 개의 분리된 구동/감지 전극에 전기 구동 신호를 제공하는 것이다. 하나의 구쳬적인 실시 예에서, 신호 발생기는 제1 모드에서는 10MHz와 30MHz사이의 주파수에서 그리고 제2 모드에서는20 과 60 MHz 사이의 주파수에서 압전 트랜스듀서 소자 개체군을 공진하게 하기 위하여 전기 구동 신호를 적용하는 것이다. 실시 예에서, 신호 발생기는 디먹스(demux, 806)에 의해 디-멀티플렉스(de-multiplesed=역다중화)되는 제어 신호를 역-직렬화(de-serialize)하기 위해 역-직렬화기(deserializer,804)를 포함한다. 바람직한 신호 발생 수단은 pMUT어레이(816)에서 개별 트랜스듀서 소자 채널에 디지털 제어 신호를 구동 전압 신호로 변환하기 위한 디지털-아날로그 변환기(DAC=digital to analogue, 808)를 더 포함한다. 각각의 시간 지연은 각 트랜스듀서 소자의 진동 모드를 변경하고, 빔 조종을 위한 분리된 소자 개체군의 응답을 변조하거나 또는 원하는 빔 형상, 초점 및 방향, 등을 생성하기 위한 프로그래밍 가능한 시간-지연 제어기(810)에 의해 개별 구동 전압 신호에 의해 추가할 수 있다. pMUT어레이(816)를 구동 모드와 감지 모드 사이에 스위치하기 위해서 pMUT 채널 커넥터(802)와 신호 발생 수단 사이에 스위치 네트워크(812)가 결합되어 있다.
실시 예에서, 장치(800)는, 당해 기술분야에서 알려진, 예를 들어 전기 커넥터(820)에 의해 pMUT 어레이(816)에 결합될 수 있는 신호 수신기를 포함한다. 신호 수신기는 pMUT 어레이(816)에서 각 트랜스듀서 소자에 대하여 2 개의 구동/감지 전극 채널로부터 전기적 감지 신호를 수신하는 것이다. 신호 수신기의 일 실시 예에서, 아날로그-디지털 변환기(ADC=analogue to digital)(814)는 각각의 트랜스듀서에서 두 개의 구동/감지 전극 채널로부터 전압 신호를 수신하여 이를 디지털 신호로 변환하는 것이다. 디지털 신호는 메모리에 저장될 수 있거나(미도시) 또는 먼저 신호 처리 수단으로 넘겨질 수 있다. 바람직한 신호 처리 수단은 디지털 신호를 압축하기 위한 데이터 압축 유니트(826)을 포함한다. 멀티플렉서(818) 및 직렬화기(serializer, 828)는 수신된 신호들을 메모리, 다른 기억장치 또는 다운스트림 프로세서, 예들 들어, 수신된 신호를 바탕으로 그래픽 디스플레이를 발생할 수 있는 이미지 처리기로 중계(relay)하기 전에 수신된 신호를 더 처리할 수 있다.
상기 설명은 예시적인 것이며, 발명을 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면의 흐름도는 본 발명의 특정 실시 예들에 의해 수행되는 동작의 특정 순서를 표시하지만, 그러한 순서는 필수적으로 요구되지 아니하는 것으로(예를 들어, 선택적인 실시 예는 다른 순서, 특정 동작 조합, 특정 동작 중첩 등으로 실행할 수 있음) 이해되어야 한다. 또한, 많은 다른 실시 예들은 통상의 기술자에게 앞의 설명을 읽고 및 이해 하는 즉시 명백해질 것이다. 예를 들어, 본 발명에 설명된 다양한 실시 예들은 모두 pMUT의 문맥(context)에서 제공되고, 개시된 하나 또는 그 이상의 구조 및 기술은 다른 형태의 초음파 트랜스듀서 어레이에 적용할 수 있고, 실제로 훨씬 더 일반적으로 예를 들면, 잉크젯 기술들과 같은 각종의 MEMS 트랜스듀서 어레이에 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, pMUT어레이는 일정한 시너지와 특성을 가장 명확하게 설명할 수 있는 모델의 일 실시 예로서 제공되는 반면에, 본 발명은 훨씬 더 넓은 응용을 갖는다. 따라서, 비록 본 발명이 특정 바람직한 실시 예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되지는 않고, 첨부된 청구항의 사상 및 범위 내에서 변형 및 수정이 실시될 수 있음을 인식해야 할 것이다. 본 발명의 범위는, 그러므로, 첨부된 청구항과 관련하여, 그러한 권리가 부여되는 동등물에 대한 전체 범위와 함께 결정되어야 한다.
Claims (19)
- 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서(pMUT)에 있어서,
기판에 배치된 압전 맴브레인;
맴브레인과 결합된 기준 전극; 및
맴브레인에서 진동의 제1 모드의 제1 공진 주파수에 대응하는 제1 주파수 성분과 맴브레인에서 진동의 제2 모드의 제2 공진 주파수에 대응하는 제2 주파수 성분을 포함하는 주파수 응답을 발생시키도록 맴브레인에서 진동의 제1 모드 및 제2 모드를 구동 또는 감지하기 위하여 맴브레인과 결합된 제1 및 제2 구동/감지 전극;으로 구성되고, 제2 주파수 성분이 제1 주파수 성분 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서. - 청구항 1에 있어서,
압전 맴브레인은 원형 또는 구형 또는 타원체 형상을 가지며, 맴브레인의 경계에서 기판에 고정되고,
제1 구동/감지 전극은 맴브레인의 직경 보다 작은 직경을 가지고, 맴브레인의 센터에 맞춰 정렬된 센터를 가지는 원형 또는 타원체 형상을 가지며, 및
제2 구동/감지 전극은 맴브레인의 센터에 맞춰 정렬되는 센터, 맴브레인의 직경보다 작은 외측 직경, 및 적어도 제1 구동 전극의 일부분을 둘러싸기 위하여 제1 구동/감지 전극의 외측 직경 보다 큰 내측 직경을 가진 환상(annular)의 형상을 가지는 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서. - 청구항 2에 있어서,
상기 맴브레인은 회전 대칭성을 가지고, 제 1 및 제 2 구동/감지 전극은 동일 평면에 있고 압전 맴브레인의 제1 면에 배치되고, 기준 전극은 상기 압전 맴브레인의 반대 면에 배치되는 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서. - 청구항 3에 있어서,
제2 구동/감지 전극은 제1 구동/감지 전극과 결합된 리드가 라우팅(routed)되는 불연속(discontinuity)을 포함하는 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서. - 청구항 1에 있어서,
상기 맴브레인 직경은 2 ㎛ 보다 크며, 진동의 제1 모드는 적어도 40MHz의 제1 공진 주파수를 가지며, 진동의 제2 모드는 제1 공진 주파수보다 큰 제2 공진 주파수를 가지는 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서. - 매질에서 압력파를 발생시키고 감지하기 위한 장치에 있어서,
장치가:
기판에 배치된 압전 맴브레인;
맴브레인과 결합된 기준 전극; 및
맴브레인에서 진동의 제1 모드의 제1 공진 주파수에 대응하는 제1 주파수 성분과 맴브레인에서 진동의 제2 모드의 제2 공진 주파수에 대응하는 제2 주파수 성분을 포함하는 주파수 응답을 발생시키도록 맴브레인에서 진동의 제1 모드 및 진동의 제2 모드를 구동 또는 감지하기 위하여 맴브레인과 결합된, 제2 주파수 성분이 제1 주파수 성분 보다 더 큰, 제1 및 제2 구동/감지 전극;을 더 포함하는 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서(pMUT)와;
제1 구동/감지 전극과 결합되어 기준 전극에 대하여 제1 구동/감지 전극에서 제1 전기 신호를 구동하기 위한 제1 신호 발생기; 및
제2 구동/감지 전극과 결합되어 기준 전극에 대하여 제2 구동/감지 전극에서 제2 전기 신호를 구동하기 위한 제2 신호 발생기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 매질에서 압력파를 발생시키고 감지하기 위한 장치. - 청구항 6에 있어서,
제 1 및 제 2 전기 신호 발생기는 제 2 공진 모드 보다 맴브레인의 제 1 공진 모드를 더 많이 여기하기 위하여 동일한 위상(in phase)에서 제 1 및 제 2 전기 신호를 구동하는 매질에서 압력파를 발생시키고 감지하기 위한 장치. - 청구항 6에 있어서,
제 1 및 제 2 전기 신호 발생기는 제 1 공진 모드 보다 맴브레인의 제 2 공진 모드를 더 많이 여기하기 위하여 다른 위상(out of phase)에서 제 1 및 제 2 전기 신호를 구동하고, 제 2 모드는 제1 공진 모드 보다 높은 공진 주파수를 가지는 매질에서 압력파를 발생시키고 감지하기 위한 장치. - 청구항 6에 있어서,
제1 및 제2 구동 전극과 결합된 신호 프로세서로서, 제1 및 제2 모드에서 진동하는 맴브레인에 응답하여 스팩트럼의 저주파 성분 및 고주파 성분을 수신하기 위한 신호 프로세서를 더 포함하는 매질에서 압력파를 발생시키고 감지하기 위한 장치. - 청구항 6에 있어서,
압전 맴브레인은 원형 또는 구형 형상을 가지며, 맴브레인의 경계에서 기판에 고정되며,
제1 구동/감지 전극은 맴브레인의 직경 보다 작은 직경을 가지고 맴브레인의 센터에 맞춰 정렬된 센터를 갖는 원형 또는 타원체 형상을 가지며,
제2 구동/감지 전극은 맴브레인의 센터에 맞춰 정렬된 센터, 맴브레인 직경보다 작은 외측 직경, 및 제1 구동 전극의 적어도 일부를 둘러싸기 위하여 제1 구동/감지 전극의 외측 직경보다 큰 내측 직경을 가진 환상(annula)의 형상을 가지는 매질에서 압력파를 발생시키고 감지하기 위한 장치. - 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서(pMUT) 어레이에 있어서,
기판의 영역에 걸쳐 배치된 복수의 전극 레일 세트로서, 전극 레일 세트 각각은 기준 레일 및 독립적으로 전기적으로 어드레스 가능한 구동/감지 레일의 쌍을 포함하는, 복수의 전극 레일 세트와;
복수의 압전 트랜스듀서 소자로서, 분리된 소자 개체군을 포함하고, 각 소자 개체군은 전극 레일의 세트 중 하나와 결합된 하나 이상의 트랜스듀서 소자를 포함하는, 복수의 압전 트랜스듀서 소자;를 구비하여 구성되고, 각 압전 트랜스듀서 소자는;
압전 맴브레인과;
맴브레인과 기준 레일에 결합된 기준 전극; 및
맴브레인과 결합되고 맴브레인에서 진동의 제1 모드의 제1 공진 주파수에 대응하는 제1 주파수 성분과 맴브레인에서 진동의 제2 모드의 제2 공진 주파수에 대응하는 제2 주파수 성분을 포함하는 주파수 응답을 발생시키도록 맴브레인에서 진동의 제1 모드 및 진동의 제2 모드를 제공하기 위해 구동/감지 레일 쌍 중 각 하나와 결합된, 제2 주파수 성분이 제1 주파수 성분 보다 더 큰, 제1 및 제2 구동/감지 전극;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서(pMUT) 어레이. - 청구항 11에 있어서,
압전 맴브레인은 원형 또는 구형 형상을 가지며, 맴브레인의 경계에서 기판에 고정되고,
제1 구동/감지 전극은 맴브레인의 직경 보다 작은 직경을 가지고 맴브레인의 센터에 맞춰 정렬되는 센터를 가지는 원형 또는 타원체 형상을 가지며,
제2 구동/감지 전극은 맴브레인의 센터에 맞춰 정렬되는 센터, 맴브레인 직경보다 작은 외측 직경, 및 적어도 제1 구동 전극의 일부를 둘러싸기 위하여 제1 구동/감지 전극의 외측 직경보다 큰 내측 직경을 가지는 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서(pMUT) 어레이. - 청구항 12에 있어서,
압전 맴브레인의 직경은 압전 트랜스듀서 소자 중 하나의 개체군에 걸쳐 변화하는 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서(pMUT) 어레이. - 청구항 13에 있어서,
하나의 개체군에 의해 생성된 누적 주파수 응답은 트랜스듀서의 제 1 및 제 2 공진 모드에 대응하는 최저 및 최고 센터 주파수 사이에 연속의 3 dB 대역폭을 가지는 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서(pMUT) 어레이. - 청구항 11에 있어서,
상기 복수의 전극 레일 세트는 제1 디멘죤(dimension)에서 채널의 리니어 어레이(linear array)를 형성하며, 소자 개체군에서 트랜스듀서는 제2 디멘죤을 따라 정렬되면 서 각 채널에서 2D 소자 어레이를 제공하기 위하여 제1 디멘죤을 따라 정렬되는 압전 마이크로머신 초음파 트랜스듀서(pMUT) 어레이. - 청구항 1에서 정의된 pMUT를 이용하여 매질에서 압력파(pressure waves)를 발생시키고 감지하기 위한 장치를 동작하는 방법에 있어서,
방법이:
제1 전기 신호를 발생시키는 단계;
제2 전기 신호를 발생시키는 단계;
다른 하나에 대하여 제 1 및 제 2 신호 중 하나의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 변조하는 단계; 및
진동의 제1 및 제2 모드의 상대적 강도를 제어하기 위하여 제1 전기 신호를 제1 구동/감지 전극에 적용하고 제2 전기신호를 제2 구동/감지 전극에 적용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 pMUT를 이용하여 매질에서 압력파(pressure waves)를 발생시키고 감지하기 위한 장치를 동작하는 방법. - 청구항 16에 있어서,
제 1 및 제 2 전기 신호는 진동의 제 2 모드의 강도에 대하여 제 1 주파수를 갖는 진동의 제 1 모드의 강도를 증가시키기 위하여 동일한 위상(in phase)에서 적용되고, 또는 제 1 및 제 2 신호는 진동의 제 1 모드의 강도에 대하여, 제 1 주파수보다 높은 제 2 주파수를 갖는, 진동의 제 2 모드의 강도를 증가시키기 위하여 다른 위상(out of phase)에서 적용되는 pMUT를 이용하여 매질에서 압력파를 발생시키고 감지하기 위한 장치를 동작하는 방법. - 청구항 16에 있어서,
기준 전극에 대하여 제1 구동/감지 전극으로부터 제1 전기 응답 신호를 수신하는 단계;
기준 전극에 대하여 제2 구동/감지 전극으로부터 제2 전기 응답 신호를 수신하는 단계; 및
누적 주파수 응답을 발생시키기 위하여 제1 및 제2 전기적 응답 신호를 신호 처리하는 단계;를 더 포함하는 pMUT를 이용하여 매질에서 압력파를 발생시키고 감지하기 위한 장치를 동작하는 방법. - 청구항 18에 있어서,
압전 맴브레인의 직경은 압전 트랜스듀서 소자의 하나의 개체군에 걸쳐 변화하고;
제1 및 제2 전기 응답신호는 압전 맴브레인의 각 직경에 대하여 수신되며; 및
누적된 주파수 응답은 제1 및 제2 전기 응답 신호의 최저 및 최고 센터 주파수 사이에서 연속의 3dB 대역폭을 가지는 pMUT를 이용하여 매질에서 압력파를 발생시키고 감지하기 위한 장치를 동작하는 방법.
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Families Citing this family (60)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8767512B2 (en) * | 2012-05-01 | 2014-07-01 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Multi-frequency ultra wide bandwidth transducer |
| US9660170B2 (en) * | 2012-10-26 | 2017-05-23 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Micromachined ultrasonic transducer arrays with multiple harmonic modes |
| JP5836537B2 (ja) * | 2013-03-28 | 2015-12-24 | 富士フイルム株式会社 | ユニモルフ型超音波探触子 |
| CA2929723C (en) | 2013-12-12 | 2020-09-15 | Qualcomm Incorporated | Micromechanical ultrasonic transducers and display |
| US9604255B2 (en) * | 2014-01-10 | 2017-03-28 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Method, apparatus and system for a transferable micromachined piezoelectric transducer array |
| EP3110628B1 (en) * | 2014-02-28 | 2019-07-03 | The Regents of the University of California | Variable thickness diaphragm for a wideband robust piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pmut) |
| NL2012419B1 (en) * | 2014-03-13 | 2016-01-06 | Novioscan B V | High voltage MEMS, and a portable ultrasound device comprising such a MEMS. |
| US10107645B2 (en) | 2014-05-30 | 2018-10-23 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Piezoelectric transducer device with flexible substrate |
| US10022751B2 (en) * | 2014-05-30 | 2018-07-17 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Piezoelectric transducer device for configuring a sequence of operational modes |
| CA2950919A1 (en) * | 2014-07-08 | 2016-01-14 | Qualcomm Incorporated | Piezoelectric ultrasonic transducer and process |
| WO2016011172A1 (en) * | 2014-07-16 | 2016-01-21 | Chirp Microsystems | Piezoelectric micromachined ultrasonic transducers using two bonded substrates |
| EP3043474B1 (en) * | 2014-12-19 | 2019-01-16 | Wujunghightech Co., Ltd. | Touch pad using piezo effect |
| JP6610058B2 (ja) * | 2015-07-29 | 2019-11-27 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波デバイス、及び電子機器 |
| JP6724502B2 (ja) * | 2016-04-06 | 2020-07-15 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波装置 |
| US11813639B2 (en) * | 2016-05-03 | 2023-11-14 | Vanguard International Semiconductor Singapore Pte. Ltd. | Electrode arrangement for a pMUT and pMUT transducer array |
| US10315222B2 (en) | 2016-05-04 | 2019-06-11 | Invensense, Inc. | Two-dimensional array of CMOS control elements |
| US10445547B2 (en) | 2016-05-04 | 2019-10-15 | Invensense, Inc. | Device mountable packaging of ultrasonic transducers |
| US10706835B2 (en) | 2016-05-10 | 2020-07-07 | Invensense, Inc. | Transmit beamforming of a two-dimensional array of ultrasonic transducers |
| US10452887B2 (en) | 2016-05-10 | 2019-10-22 | Invensense, Inc. | Operating a fingerprint sensor comprised of ultrasonic transducers |
| US10441975B2 (en) | 2016-05-10 | 2019-10-15 | Invensense, Inc. | Supplemental sensor modes and systems for ultrasonic transducers |
| US10562070B2 (en) | 2016-05-10 | 2020-02-18 | Invensense, Inc. | Receive operation of an ultrasonic sensor |
| US11673165B2 (en) | 2016-05-10 | 2023-06-13 | Invensense, Inc. | Ultrasonic transducer operable in a surface acoustic wave (SAW) mode |
| CN109313496B (zh) * | 2016-06-09 | 2021-11-09 | 艾托有限公司 | 压电触摸装置 |
| US11039814B2 (en) * | 2016-12-04 | 2021-06-22 | Exo Imaging, Inc. | Imaging devices having piezoelectric transducers |
| WO2018163963A1 (ja) * | 2017-03-09 | 2018-09-13 | 京セラ株式会社 | 超音波センサおよび超音波センサ装置 |
| EP3418735A1 (de) * | 2017-06-23 | 2018-12-26 | Sonotec Ultraschallsensorik Halle GmbH | Verfahren und vorrichtung zur breitbandmessung mit multielement-luftultraschallschallwandlern |
| KR102391311B1 (ko) * | 2017-07-07 | 2022-04-26 | 엘지디스플레이 주식회사 | 필름 스피커 및 이를 포함하는 표시 장치 |
| EP3444605B1 (de) * | 2017-08-17 | 2020-03-18 | Sonotec Ultraschallsensorik Halle GmbH | Ultraschallmikrofon mit selbsttest |
| WO2019082478A1 (ja) * | 2017-10-25 | 2019-05-02 | 株式会社ワコム | 位置指示器及び位置指示装置並びに位置指示器の傾きの検出方法 |
| US11151355B2 (en) | 2018-01-24 | 2021-10-19 | Invensense, Inc. | Generation of an estimated fingerprint |
| US10755067B2 (en) | 2018-03-22 | 2020-08-25 | Invensense, Inc. | Operating a fingerprint sensor comprised of ultrasonic transducers |
| US10648852B2 (en) * | 2018-04-11 | 2020-05-12 | Exo Imaging Inc. | Imaging devices having piezoelectric transceivers |
| US10656007B2 (en) | 2018-04-11 | 2020-05-19 | Exo Imaging Inc. | Asymmetrical ultrasound transducer array |
| CN112041091B (zh) * | 2018-04-30 | 2022-03-18 | 维蒙股份公司 | 超声换能器 |
| CN109225789B (zh) * | 2018-09-06 | 2020-07-14 | 西安知象光电科技有限公司 | 一种组合式变刚度薄膜pMUTs及其制备方法 |
| US11577276B2 (en) | 2018-11-14 | 2023-02-14 | Invensense, Inc. | Piezoelectric micromachined ultrasound transducer device with multi-layer etched isolation trench |
| CN109502541B (zh) * | 2018-12-17 | 2023-10-10 | 智驰华芯(无锡)传感科技有限公司 | 一种压电mems超声波传感器及其制造方法 |
| CA3126228A1 (en) * | 2019-01-15 | 2020-07-23 | Exo Imaging, Inc. | Synthetic lenses for ultrasound imaging systems |
| CN111640855A (zh) * | 2019-03-01 | 2020-09-08 | Tdk 株式会社 | 压电超声指纹传感器基板、及制造方法，及制造传感器的方法 |
| KR102248811B1 (ko) * | 2019-03-29 | 2021-05-07 | 경북대학교 산학협력단 | 전극을 포함하는 음파 발생 장치 및 시스템 |
| CN110142194B (zh) * | 2019-05-22 | 2021-01-29 | 京东方科技集团股份有限公司 | 声波换能器及驱动方法 |
| KR102662218B1 (ko) * | 2019-06-17 | 2024-05-02 | 엘지디스플레이 주식회사 | 초음파 센서 및 디스플레이 장치 |
| EP3756773A1 (en) * | 2019-06-24 | 2020-12-30 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO | Control of a piezoelectric transducer array |
| WO2020263875A1 (en) | 2019-06-24 | 2020-12-30 | Invensense, Inc. | Fake finger detection using ridge features |
| US11216632B2 (en) | 2019-07-17 | 2022-01-04 | Invensense, Inc. | Ultrasonic fingerprint sensor with a contact layer of non-uniform thickness |
| US11176345B2 (en) | 2019-07-17 | 2021-11-16 | Invensense, Inc. | Ultrasonic fingerprint sensor with a contact layer of non-uniform thickness |
| US11232549B2 (en) | 2019-08-23 | 2022-01-25 | Invensense, Inc. | Adapting a quality threshold for a fingerprint image |
| JP2023511802A (ja) | 2019-09-12 | 2023-03-23 | エコー イメージング，インク． | 端部溝、仮想ピボット、および非拘束状態の境界を介する、ｍｕｔ結合効率および帯域幅の増加 |
| US11392789B2 (en) | 2019-10-21 | 2022-07-19 | Invensense, Inc. | Fingerprint authentication using a synthetic enrollment image |
| WO2021183457A1 (en) | 2020-03-09 | 2021-09-16 | Invensense, Inc. | Ultrasonic fingerprint sensor with a contact layer of non-uniform thickness |
| US11243300B2 (en) | 2020-03-10 | 2022-02-08 | Invensense, Inc. | Operating a fingerprint sensor comprised of ultrasonic transducers and a presence sensor |
| US11328165B2 (en) | 2020-04-24 | 2022-05-10 | Invensense, Inc. | Pressure-based activation of fingerprint spoof detection |
| US11995909B2 (en) | 2020-07-17 | 2024-05-28 | Tdk Corporation | Multipath reflection correction |
| US11719671B2 (en) * | 2020-10-26 | 2023-08-08 | UltraSense Systems, Inc. | Methods of distinguishing among touch events |
| FR3116630B1 (fr) * | 2020-11-26 | 2023-06-02 | Commissariat A L’Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Interface haptique |
| CN112845002B (zh) * | 2020-12-31 | 2022-01-14 | 武汉大学 | Mems宽频带超声波换能器阵列 |
| US11951512B2 (en) | 2021-03-31 | 2024-04-09 | Exo Imaging, Inc. | Imaging devices having piezoelectric transceivers with harmonic characteristics |
| US11819881B2 (en) | 2021-03-31 | 2023-11-21 | Exo Imaging, Inc. | Imaging devices having piezoelectric transceivers with harmonic characteristics |
| IT202200011279A1 (it) * | 2022-05-27 | 2023-11-27 | St Microelectronics Srl | Trasduttore di pressione microlavorato piezoelettrico con elevata sensibilita' e relativo processo di fabbricazione |
| CN116251731A (zh) * | 2023-04-13 | 2023-06-13 | 华中科技大学 | 一种耦合柔性铰链机构的超声椭圆振动切削系统及方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007229328A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Olympus Medical Systems Corp | マイクロマシンプロセスにより製造された超音波振動子、超音波振動子装置、その体腔内超音波診断装置、及びその制御方法 |
| JP2010165341A (ja) * | 2008-12-17 | 2010-07-29 | Seiko Epson Corp | 超音波トランスデューサー、超音波トランスデューサーアレイ及び超音波デバイス |
| US20110272693A1 (en) * | 2009-01-16 | 2011-11-10 | Hitachi Medical Corporation | Manufacturing method of ultrasonic probe and ultrasonic probe |
Family Cites Families (47)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4398116A (en) | 1981-04-30 | 1983-08-09 | Siemens Gammasonics, Inc. | Transducer for electronic focal scanning in an ultrasound imaging device |
| JPH03141936A (ja) | 1989-10-30 | 1991-06-17 | Fujitsu Ltd | 超音波探触子 |
| US5969621A (en) | 1997-04-30 | 1999-10-19 | Endress + Hauser Gmbh + Co. | Apparatus for establishing and/or monitoring a predetermined filling level in a container |
| US6262946B1 (en) | 1999-09-29 | 2001-07-17 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Capacitive micromachined ultrasonic transducer arrays with reduced cross-coupling |
| EP1322951A2 (en) | 2000-09-20 | 2003-07-02 | Molecular Reflections | Microfabricated ultrasound array for use as resonant sensors |
| US6771006B2 (en) | 2002-01-18 | 2004-08-03 | Pegasus Technologies Ltd. | Cylindrical ultrasound transceivers |
| US6958255B2 (en) | 2002-08-08 | 2005-10-25 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Micromachined ultrasonic transducers and method of fabrication |
| US6865140B2 (en) | 2003-03-06 | 2005-03-08 | General Electric Company | Mosaic arrays using micromachined ultrasound transducers |
| US20040190377A1 (en) | 2003-03-06 | 2004-09-30 | Lewandowski Robert Stephen | Method and means for isolating elements of a sensor array |
| KR101004073B1 (ko) | 2003-11-05 | 2010-12-27 | 더 크레스트 그룹, 인코포레이티드 | 초음파 처리 방법 및 다중 주파수 변환기를 구비한 장치 |
| US7646133B2 (en) | 2004-02-27 | 2010-01-12 | Georgia Tech Research Corporation | Asymmetric membrane cMUT devices and fabrication methods |
| JP5275565B2 (ja) | 2004-06-07 | 2013-08-28 | オリンパス株式会社 | 静電容量型超音波トランスデューサ |
| JP4632728B2 (ja) * | 2004-09-10 | 2011-02-16 | 株式会社東芝 | 超音波プローブおよび超音波画像診断装置 |
| LT1912749T (lt) | 2005-07-26 | 2021-10-25 | Surf Technology As | Dvigubos dažnių juostos ultragarso daviklio matricos |
| US8182428B2 (en) | 2005-07-26 | 2012-05-22 | Surf Technology As | Dual frequency band ultrasound transducer arrays |
| ATE393672T1 (de) | 2005-09-14 | 2008-05-15 | Esaote Spa | Elektroakustischer wandler für hochfrequenzanwendungen |
| EP1950997B1 (en) | 2005-10-18 | 2019-10-09 | Hitachi, Ltd. | Ultrasonic probe |
| US8456958B2 (en) | 2006-02-21 | 2013-06-04 | Vermon S.A. | Capacitive micro-machined ultrasonic transducer for element transducer apertures |
| KR100781467B1 (ko) | 2006-07-13 | 2007-12-03 | 학교법인 포항공과대학교 | 공기중 파라메트릭 트랜스미팅 어레이를 이용한 초지향성초음파 거리측정을 위한 멤스 기반의 다공진 초음파트랜스듀서 |
| US7652410B2 (en) | 2006-08-01 | 2010-01-26 | Insightec Ltd | Ultrasound transducer with non-uniform elements |
| KR20130014619A (ko) | 2006-11-03 | 2013-02-07 | 리써치 트라이앵글 인스티튜트 | 굴곡 모드 압전 트랜스듀서를 사용하는 보강된 초음파 촬영 프로브 |
| US7687976B2 (en) | 2007-01-31 | 2010-03-30 | General Electric Company | Ultrasound imaging system |
| CN101636112B (zh) | 2007-03-20 | 2011-10-26 | 株式会社日立医药 | 超声波探头及其制造方法及超声波诊断装置 |
| KR20100057596A (ko) | 2007-07-03 | 2010-05-31 | 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 존재 검출을 위한 박막 검출기 |
| CA2708743C (en) | 2007-12-10 | 2016-08-30 | Stc.Unm | Photoacoustic imaging devices and methods of imaging |
| DE102007063470A1 (de) | 2007-12-20 | 2009-07-02 | IFW - Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden e.V. | Wandler, Resonator und Filter für akustische Oberflächenwellen |
| US7625268B2 (en) | 2007-12-24 | 2009-12-01 | Earl Durjan | Fish cleaning apparatus |
| JP5438983B2 (ja) | 2008-02-08 | 2014-03-12 | 株式会社東芝 | 超音波プローブ及び超音波診断装置 |
| US8327711B2 (en) * | 2008-02-20 | 2012-12-11 | Omron Corporation | Electrostatic capacitive vibrating sensor |
| US7902722B2 (en) | 2008-04-03 | 2011-03-08 | Dvx, Llc | Transducer apparatus for intravascular blood flow measurement |
| JP4594995B2 (ja) | 2008-04-16 | 2010-12-08 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | 超音波トランスデューサ及び電子機器 |
| JP2009260723A (ja) | 2008-04-17 | 2009-11-05 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | トランスデューサ |
| FR2938918B1 (fr) * | 2008-11-21 | 2011-02-11 | Commissariat Energie Atomique | Procede et dispositif d'analyse acoustique de microporosites dans un materiau tel que le beton a l'aide d'une pluralite de transducteurs cmuts incorpores dans le materiau |
| JP5578810B2 (ja) * | 2009-06-19 | 2014-08-27 | キヤノン株式会社 | 静電容量型の電気機械変換装置 |
| CN101583062A (zh) | 2009-06-26 | 2009-11-18 | 电子科技大学 | 阵列式微型声频定向换能器 |
| US9327316B2 (en) | 2009-06-30 | 2016-05-03 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Multi-frequency acoustic array |
| KR101593994B1 (ko) | 2009-09-04 | 2016-02-16 | 삼성전자주식회사 | 고출력 초음파 트랜스듀서 |
| JP2011076725A (ja) | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Fujifilm Corp | 圧電型ｍｅｍｓ素子およびその製造方法 |
| JP2013518530A (ja) | 2010-01-29 | 2013-05-20 | リサーチ・トライアングル・インスティチュート | 圧電型超音波変換子を形成するための方法、および関連する装置 |
| CN101828960B (zh) * | 2010-05-07 | 2012-02-01 | 上海交通大学 | 阵元呈环形密集分布的高强度聚焦超声球面相控阵 |
| JP5588745B2 (ja) * | 2010-05-27 | 2014-09-10 | オムロン株式会社 | 音響トランスデューサ、および該音響トランスデューサを利用したマイクロフォン |
| JP5872163B2 (ja) * | 2011-01-07 | 2016-03-01 | オムロン株式会社 | 音響トランスデューサ、および該音響トランスデューサを利用したマイクロフォン |
| KR20120080882A (ko) | 2011-01-10 | 2012-07-18 | 삼성전자주식회사 | 음향 변환기 및 그 구동방법 |
| EP2676459B1 (en) * | 2011-02-15 | 2022-03-30 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Piezoelectric transducers using micro-dome arrays |
| CN201993187U (zh) * | 2011-03-07 | 2011-09-28 | 合肥工业大学 | 多功能柔性触觉传感器 |
| CN102305627B (zh) | 2011-07-22 | 2013-02-27 | 上海交通大学 | 具有圆盘状压电振子的全固态双轴陀螺仪 |
| US9660170B2 (en) * | 2012-10-26 | 2017-05-23 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Micromachined ultrasonic transducer arrays with multiple harmonic modes |
-
2013
- 2013-03-14 US US13/830,288 patent/US9454954B2/en active Active
- 2013-04-19 KR KR1020147031334A patent/KR102042869B1/ko active IP Right Grant
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007229328A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Olympus Medical Systems Corp | マイクロマシンプロセスにより製造された超音波振動子、超音波振動子装置、その体腔内超音波診断装置、及びその制御方法 |
| JP2010165341A (ja) * | 2008-12-17 | 2010-07-29 | Seiko Epson Corp | 超音波トランスデューサー、超音波トランスデューサーアレイ及び超音波デバイス |
| US20110272693A1 (en) * | 2009-01-16 | 2011-11-10 | Hitachi Medical Corporation | Manufacturing method of ultrasonic probe and ultrasonic probe |
Also Published As
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