KR20220020942A - Rf 반사계 초음파 임피던스 및 비행-시간 센서 - Google Patents

Rf 반사계 초음파 임피던스 및 비행-시간 센서 Download PDF

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Abstract

멀리 떨어진 곳에서 신호를 측정하는 분야에서 초음파 임피던스 및 온도와 같은 표면 속성을 읽기 위한 RF 조사 시스템 및/또는 방법이다. 시스템은 하나 이상의 압전 변환기를 갖는 기판, 기판에 연결되거나 기판 상에 형성된 하나 이상의 안테나, 및 안테나로부터 연장되고 하나 이상의 압전 변환기의 단자에 연결된 하나 이상의 안테나 단자를 포함한다. 안테나는 무선 주파수 펄스를 수신하고 적어도 하나의 압전 변환기를 작동시킨다. 압전 변환기는 기판의 뒷면에서 반사되는 초음파 펄스를 생성한다. 반사된 초음파 펄스는 압전 변환기에서 수신되어 초기에 무선 주파수 펄스를 수신한 안테나를 구동한다.

Description

RF 반사계 초음파 임피던스 및 비행-시간 센서
본 개시내용은 일반적으로 거리에서 신호를 측정하는 것에 관한 것이고, 보다 구체적으로 물체(object)의 표면 특성(surface properties)을 판독하기 위한 RF 질의(RF interrogation)에 관한 것이다.
본 발명은 미국 국립과학재단(NSF)이 수여한 상 번호 1746710과 에너지 고등연구계획국(Advanced Research Projects Agency - Energy)의 수상 번호 AR0001049에 따라 정부 지원을 받아 만들어졌다. 정부는 발명에 대한 특정 권리를 가지고 있다.
본 출원은 2020년 2월 25일에 출원된 임시 특허 출원 번호 62/981,513, 제목이 "RF 반사계 초음파 임피던스 및 비행-시간 센서"의 미국의 우선권 및 이익을 주장하고, 전체 내용이 여기에 참조로 포함된다.
센서에 입사하는 RF(무선 주파수(radio frequency)) 펄스를 사용하여 표면을 직접 감지하는 것은 센서에서 배선(wiring)을 제거하는 데 중요한다. 예를 들어, 스마트폰에서 발생하는 RF 신호를 센서(sensor)로 전달하고, 이 신호를 센서에 반영하기 때문에 전선이 필요하지 않다. 무선 판독(wireless readout)을 통해 판독기(reader)와 센서 사이에 상당한 물리적 장벽이 있는 위치에 센서를 배치할 수 있다. 예를 들어, 센서는 장치에 직접 배선을 허용하지 않는 플라스틱 또는 유리 요소로 만들어진 병 내부에 배치될 수 있다. 또 다른 예는 센서를 본체 내부 또는 전선이 불가능한 건물 벽 내부에 배치하는 것으로 구성된다. 무선 센서 노드(wireless sensor node)를 구현하기 위한 다양한 솔루션이 과거에 구현되었다. 배터리 구동식 센서는 RF 수신기/송신기와 통신하기 위한 온보드 배터리 및 전원을 가질 수 있다. 그러나 전원의 존재는 종종 과도한 센서 크기로 이어진다. 전원이 없는 센서 노드는 수동적이며 질의하는 RF 필드에 의해 직접 전원이 공급되어야 한다. 이 RF 전원 공급 센서 범주에서, RF 신호는 전압 정류기를 사용하여 DC 전압으로 변환될 수 있고, 커패시터에 저장된 회수된 에너지는 센서에 전원을 공급하는 데 사용할 수 있다. 두 번째 접근 방식은 칩에서 RF 신호를 변환하여 초음파 펄스(ultrasonic pulse)를 직접 생성하는 것이다. 초음파 펄스는 장치를 통해 전송되고 표면에서 반사되어 Rf 신호를 수신한 안테나로 다시 반사된다. 그런 다음 신호는 RF 신호로 전송되어 수신기에서 판독된다. 반사된 초음파 펄스와 송신된 RF 펄스에 감지되는 양에 대한 정보가 포함되도록 코팅을 통해 서로 다른 센서 영역을 민감하게 만들 수 있다.
따라서, 원거리에서 신호를 측정하는 분야에서 초음파 임피던스 및 온도와 같은 표면 특성을 판독하기 위한 RF 질의에 대한 시스템 및/또는 방법이 필요하다.
관련 기술 섹션에 대한 설명 면책 조항: 특정 특허/간행물/제품이 이 관련 기술 섹션의 설명 또는 본 개시의 다른 곳에서 위에서 논의된 범위 내에서, 이러한 논의는 논의된 특허/간행물/제품이 특허법 목적을 위한 선행 기술임을 인정하는 것으로 간주되어서는 안된다. 예를 들어, 논의된 특허/간행물/제품의 일부 또는 전체가 충분히 일찍 개발되지 않았거나, 일찍 개발된 주제를 반영하지 않을 수 있으며 및/또는 특허법의 목적에 대한 선행 기술에 해당할 정도로 충분히 가능하지 않을 수 있다. 특정 특허/간행물/제품이 이 관련 기술 섹션의 설명 및/또는 출원 전체에 걸쳐 위에서 논의된 범위 내에서, 그 설명/공개는 모두 각각의 전체가 이 문서에 참조로 통합된다.
본 개시는 거리에서 신호를 측정하는 분야에서 초음파 임피던스(ultrasonic impedance) 및 온도와 같은 표면 특성을 판독하기 위한 RF 질의을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일 측면에 따르면, 본 발명은 RF 질의를 위한 시스템이다. 시스템은 하나 이상의 압전 변환기(piezoelectric transducer)를 갖는 기판(substrate), 기판에 연결되거나 기판 상에 형성된 하나 이상의 안테나(antena), 및 안테나로부터 연장되고 하나 이상의 압전 변환기의 단자에 연결된 하나 이상의 안테나 단자(antena terminal)를 포함한다. 안테나는 무선 주파수 펄스(radio frequency pulse)를 수신하고 적어도 하나의 압전 변환기를 작동시킨다. 압전 변환기는 기판의 뒷면에서 반사되는 초음파 펄스(ultrasonic pulse)를 생성한다. 반사된 초음파 펄스는 압전 변환기에서 수신되어 초기에 무선 주파수 펄스를 수신한 안테나를 구동한다.
일 측면에 따르면, 본 발명은 RF 질의을 위한 방법이다. 이 방법은: (i) 상부 표면(top surface)과 후면(back side)을 갖는 기판(substrate), 기판의 상부 표면에 연결된 복수의 압전 변환기(piezoelectric transducer), 및 복수의 압전 변환기의 각각에 부착된 안테나를 포함하는 RF 질의 시스템(RF interrogation system)을 제공하는 단계; (ii) 복수의 압전 변환기 중 적어도 하나에 의해 초음파 펄스를 생성하는 단계; (iii) 반사된 초음파 펄스로서 기판의 바닥 표면에서 초음파 펄스를 반사시키는 단계; (iv) 압전 변환기에서 반사된 초음파 펄스를 수신하는 단계; 및 (v) 안테나에 의해 반사된 초음파 펄스를 픽업하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이러한 측면 및 다른 측면는 이하에 설명되는 실시측면로부터 명백할 것이다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 더 완전히 이해되고 이해될 것이다. 첨부된 도면은 개시된 주제의 전형적인 실시예만을 예시하고, 따라서 개시된 주제가 다른 동등하게 효과적인 실시예를 허용할 수 있기 때문에 그 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 이제 다음과 같은 첨부 도면을 간략하게 참조한다.
도 1은 실시예에 따른 CMOS 칩과 집적된 안테나의 등각 투영도를 도시한다;
도 2는 실시예에 따른, 고주파수에서 동작하는 RF 질의 시스템의 개략도를 도시한다;
도 3은 대안적인 실시예에 따른, RF 질의 시스템의 개략도를 도시한다;
도 4는 최적의 전력 전달을 위한 변환기 크기를 결정하기 위한 설정의 개략도이다; 및
도 5는 과도 응답을 결정하기 위해 시뮬레이션된 변환기의 개략도이다.
본 발명의 측면 및 이의 특정 특징, 이점 및 세부사항은 첨부 도면에 예시된 비제한적 실시예를 참조하여 아래에서 보다 완전하게 설명된다. 공지 구조에 대한 설명은 본 발명을 상세하게 불필요하게 모호하게 하지 않도록 생략된다. 그러나, 상세한 설명 및 특정한 비제한적인 실시예는 본 발명의 측면을 나타내면서 단지 예시를 위해 제공되고 제한을 위한 것이 아님을 이해해야 한다. 기본 발명 개념의 사상 및/또는 범위 내에서 다양한 대체, 수정, 추가 및/또는 배열이 본 개시로부터 당업자에게 명백할 것이다.
본 개시는 초음파 임피던스(ultrasonic impedance) 및 온도와 같은 표면 특성을 판독하기 위한 RF 질의(RF interrogation)을 위한 시스템 및 방법을 설명한다. 예를 들어, 초음파 임피던스는 표면의 습기(wetness)에 대응할 수 있다. RF 펄스가 표면 음향 파(Surface Acoustic Wave)(SAW) 장치와 같은 음향 공진기에 인터페이스되어 수동 RFID를 형성하는 기존 방식이 있으며, 여기서 SAW는 코팅 또는 기타 물리적 경계 조건에 따라 다양한 변수를 감지하는 데 사용할 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 CMOS(상보 금속 산화물 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor)) 집적 회로 칩일 수 있는 기판 칩(chip)(12) 상에 집적된 안테나(10)의 등각 투영도가 도시되어 있다. 기판 칩(12)은 기판(substrate)(14)에 부착될 수 있다. 기판(14)은 칩의 후면에 대한 접근을 허용하는 오리피스(도시되지 않음)를 가질 수 있다. 대안적으로, 칩(12)은 안테나(antenna)(10)가 기판(14) 내로 아래쪽을 향하도록 장착될 수 있다. 도시된 실시예에서, 기판(14)은 가요성 폴리머, 인쇄 회로 기판, 또는 실리콘 웨이퍼로 구성되고; 그러나 다른 재료를 사용할 수 있다.
도 1의 도시된 실시예에서, 안테나(10)는 구리 또는 알루미늄과 같은 금속으로 구성된다. 도 1에서, 압전 변환기(11)는 알루미늄 질화물(aluminum nitride) 또는 PVDF(폴리 비닐 디플로라이드(Poly Vinyl DiFluoride))와 같은 재료로 형성된다. 변환기(transducer)(11)는 2개의 금속 전극(metal electrode)(13A, 13B) 사이에 배치된다. 안테나(10)로부터의 트레이스는 박막 와이어(film wire)(15)를 통해 전극(13A, 13B)에 연결된다. 나선형 안테나(10)의 내부 부분을 압전 변환기(11)에 연결하기 위해, 전도성 비아(16)는 전극(13A, 13B)에 연결되는 2개의 상이한 금속층을 연결하기 위해 필요하다.
이제 도 2를 참조하면, 대안적인 실시예에 따른 고주파수에서 동작하는 RF 질의 시스템(100)의 개략도가 도시되어 있다. 시스템(100)을 생성하기 위해, 안테나(102)는 박막, 압전 변환기(104)("초음파 변환기"로도 지칭됨)와 통합된다. 압전 변환기(104)는 AlN 변환기일 수 있다. 압전 변환기(104)는 기판(106)에 연결된다. 기판(106)은 실리콘 또는 후술하는 목적에 적합한 임의의 다른 재료일 수 있다. 압전 변환기(104)는 도 2에 도시된 바와 같이 기판(106)의 상부 표면(108)에 연결된다.
다른 실시예에서, 도 1의 CMOS 칩(12) 및 기판(14)은 압전 변환기(104)와 통합된다. 그러한 실시예에서, 압전 변환기(104)는 CMOS 칩(12) 상에 위치되고 안테나(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 CMOS 칩(12) 및 기판(14) 내에 통합된다. 안테나(10)는 압전 변환기(104)에 평행하게 통합된 코일 안테나이다. 코일 안테나(coil antenna)(10)는 AlN 압전 변환기(104)의 상이한 정상파 공진에 대응하는 공진 주파수를 달성하기 위해 상이한 인덕턴스의 부분을 가질 수 있다. 코일 안테나(10)는 초음파 펄스(ultrasonic pulse)(112)(도 2)가 CMOS 칩(12)의 후면 상의 특정 지점에 건설적으로 추가되도록 분포될 수 있다.
기판(14, 106)(일부 경우에는 CMOS 칩(12))으로 초음파 펄스를 생성하는 박막 압전 변환기(104)의 사용은 본 명세서의 양수인에게 양도되고 본 명세서에 통합되어 여기에 전체로 참조되는 PCT/US20/35537에 상세히 기술되어 있다. 압전 변환기(104)의 사용에 대한 다음 설명은 도 1 및 2에 도시된 안테나(10, 102) 실시예 모두에 적용된다.
도 2에 도시된 시스템(100)의 실시예에서, 복수의 압전 변환기(104)는 기판(106)의 가장 근위의 상부 표면(108)에 연결된다. 도시된 실시예에서, 압전 변환기(104)는 상부 표면(108)을 따라 미리 결정된 위치에 이격 및/또는 배치된다. 안테나(102)는 각각의 압전 변환기(104)에 연결되고 기판(106) 외부에 있다.
사용시, 시스템(100)은 촬상될 물체(200)에 인접하게 또는 그 위에 배치된다. 구체적으로, 기판(106)의 최원위의 바닥 표면(110)은 이미징될 물체(object)(200)에 인접하게 또는 그 위에 배치된다. 압전 변환기(104)는 기판(106)의 바닥 표면(bottom surface)(110)을 향해 초음파 펄스(112)를 방출한다. 초음파 펄스(112)는 입사 RF 펄스(114)("반사된 초음파 펄스(reflected ultrasonic pulses)"로도 지칭됨)로서 바닥 표면(110)으로부터 반사되어 압전 변환기(104)에서 다시 수신될 때 전압을 생성한다.
여전히 도 2를 참조하면, 압전 변환기(104)는 어레이로 배열되고 물체(200)를 터치하는 기판(106)의 초음파 임피던스를 스캔하는데 사용된다. 변환 물리학은 압전 변환기(104)로부터 다른 각도에서 더 높은 차수의 빔을 유도하는 초음파 펄스(114)(파동)의 회절 패턴을 생성하도록 이끈다. 회절된 초음파 펄스(114)(파동)는 도 2에 도시된 바와 같이 기판(106) 상의 다른 위치에서 기판(106)의 상부에 도달한다.
입사 RF 펄스(114)는 압전 변환기(104)에 의해 수신되고 통합된 RF 안테나(102)에 의해 픽업되어 압전 변환기(104)를 구동한다. 초음파 펄스(112)가 벌크 기판(106)을 횡단한 후에 반사된 초음파 펄스(114)로 되돌아오면, 신호(116)를 안테나(102) 밖으로 다시 방출하여 판독기(reader)(118)에서 픽업할 수 있다. 도시된 실시예에서, 판독기(118)는 기판(106)으로부터 이격되지만 신호(signal)(116)를 수신하기에 충분히 근접한 RF 판독기이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 안테나(102)는 회절 차수를 픽업하는 위치에서 초기 압전 변환기(104A) 또는 압전 변환기(104)의 일부(또는 전부)에 연결될 수 있다. 압전 변환기(104)가 적절하게 이격되어 있다면, 반사된 초음파 펄스(114)는 반사된 초음파 펄스(114), 즉 파동의 간섭이 가능하도록 상이한 위상에서 발산하는 RF 파동을 포함할 것이다. 초음파 펄스(112, 114)의 비행-시간은 반사된 초음파 펄스(114)의 위상을 판독함으로써 디코딩될 수 있고 측정될 수 있다. 초음파 펄스(112, 114)의 비행-시간은 기판(106)의 온도에 비례하는 것으로 나타났다.
이 접근 방식의 타당성을 검증하기 위해 시뮬레이션 도구를 사용하여 반사 신호의 초기 계산이 수행되었다. 일반적인 CMOS 통합 RF 안테나 임피던스는, 퀑 등(Kwong et al.)의 논문 제목 "CMOS 호환 제조 기술을 기반으로 하는 1 Х 0.5mm2 2.45GHz RFID 태그 설계 및 통합의 소형 OCA(A small OCA on a 1 Х 0.5 mm2 2.45 GHz RFID Tag-design and integration based on a CMOS-compatible manufacturing technology)"에서 볼 수 있듯이, 2.4GHz에서 약 60 +175i ohms이다. 소스에서 얻을 수 있는 전력은 완벽하게 일치하는 부하에 대해 617uW이다. 변환기로의 전력 전달을 최대화하는 변환기 크기를 선택하는 것이 좋다. 도 4에 표시된 회로도는 이 설정을 나타내는 데 사용할 수 있고, 여기서 전압 소스 Vsource와 소스 임피던스 Zant는 안테나에서 가져오고 클램프된 커패시턴스 C0와 방사 저항 RA는 공진 상태인 것으로 가정되는 변환기에서 가져온다.
단순화를 위해, 압전 변환기(104)는 실리콘 기판(106) 바로 위에 AlN 박막을 포함한다고 가정한다. 따라서 방사선 저항 RA는 다음 공식으로 계산할 수 있다.
Figure pct00001
여기서 kt는 압전 결합 계수, f0는 변환기의 공진 주파수, C0는 변환기의 클램프된 커패시턴스, Zpiezo는 압전층의 음향 임피던스, ZB는 지지층(backing layer)(공기로 가정)의 음향 임피던스, ZT는 음향 전송 매체의 임피던스(실리콘으로 가정)이다.
2.4GHz 공진의 경우 특정 필름 파라미터 세트에 대해 2.7um AlN 박막을 사용했다. 최대 전력 전달은 대략 100 um x 100 um 크기의 압전 변환기(104)에 대해 달성된다.
압전 변환기(104)를 모델링하기 위해 레드우드 모델을 사용하여 도 5의 회로도는 과도 응답을 결정하기 위해 Cadence에서 시뮬레이션되어 안테나(102) 임피던스의 실수 부분에 걸쳐 압전 변환기(104)의 수신 전압을 측정한다. 2.4GHz에서 안테나(102)의 임피던스는 직렬 저항과 직렬 인덕터로 표현된다. 0.8의 추가 "이득"이 예상 회절 손실을 설명하기 위해 변환기 응답에 적용된다.
안테나(102)로부터 얻을 수 있는 최대 전력에 대해, 안테나(102) 양단의 수신 전압에 대해, 저항은 제1 음향 반향에 대해 2.4GHz에서 ~0.5Vpp에 도달할 수 있음을 알 수 있다. 이 초기 결과는 통합 안테나(102)로부터 전송된 펄스(116)로부터 칩 상에서 큰 음향 신호가 얻어질 수 있음을 보여주지만, 수신 안테나(102) 상의 수신 전압이 무엇인지를 결정하기 위해 더 많은 모델링이 행해질 수 있다.
시스템(100), 즉 CMOS 칩(10) 및 비-CMOS 기판(106) 상에 통합된 안테나(24, 102)는 초소형 장치(예를 들어, 200 um x 200 um x 500 um 이하)를 가능하게 한다. 시스템(100)의 크기 및 비용은 너무 낮아서 모래 알갱이처럼 보이는 것이 공기로부터 RF 조사에 의해 토양 수분을 측정하기 위해 토양에 분산될 수 있다. 시스템(100)은 시스템(100)이 접착제 부착에 의해 표면에 내장될 수 있을 만큼 충분히 작다. 시스템(100)의 특정 용도는 접착 붕대(예를 들어, Band-Aid®) 내에 있을 수 있고 상처의 건조 또는 유체 상태의 측정을 가능하게 할 수 있다. 초소형 시스템(100)은 구조물 내부의 응력 또는 온도를 측정하기 위해 목재 또는 금속과 같은 물체 내부에 내장될 수 있다. 시스템(100)은 습기를 검출하기 위해 CMOS 칩(12)의 상부 표면 또는 하부 표면 상에 흡습성 필름과 같은 감응 코팅을 가질 수도 있다.
이제 간단히 도 3을 참조하면, 대안적인 실시예에 따른 RF 질의 시스템(100)의 개략도가 도시되어 있다. 대안적인 실시예에서, 시스템(100)은 기판(106)의 가장 근위의 가장, 상부 표면(top surface)(108)에 연결된 제1 압전층(first piezoelectric layer)(104A) 및 제2 압전층(second piezoelectric layer)(104B)을 갖는다. 기판(106)은 CMOS 칩(12)을 포함할 수 있거나 실리콘과 같은 비-CMOS 기판일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 압전층(104A, 104B) 각각은 기판(106)과 접촉한다. 이는 제2 압전층(104B)(최근위층)이 제1 압전층(104A) 주위에서 기판(106)까지 연장되기 때문에 가능하다.
여전히 도 3을 참조하면, 압전층(104A, 104B)은 전극으로 둘러싸여 있거나 끼워져 있다. 도시된 바와 같이, 제1 압전층(104A)과 기판(106)의 상부 표면(108) 사이에 하부 전극(120)이 있다. 공통 구동 전극(common drive electrode)(122)은 제1 및 제2 압전층(104A, 104B) 사이에 있다. 상부 전극(top electrode)(124)은 도 3의 시스템(100)의 가장 근위 부분이고 제2 압전층(104B)의 상부에 위치된다. 비아(via)(126)는 나선형 인덕터(미도시)에 연결되는 커넥터 전극(connector electrode)(128)과 상부 전극(124)을 연결한다.
GHz 초음파 변환기(104)의 이전 구현에서, 하나의 압전 필름(104A)은 기판(106)으로 초음파(112)(펄스)를 발사하기 위해 기판(106)의 상부에 배치된다. 기판(106)은 CMOS 웨이퍼(예를 들어, CMOS 칩(12)) 또는 실리콘 웨이퍼와 같은 일반적으로 사용되는 다른 평면 기판, 또는 잠재적으로 가요성 기판일 수 있다. 도 3에 도시된 시스템(100)의 실시예에서, 하나의 전극(즉, 공통 구동 전극(122))을 바닥의 제1 압전층(104A)과 공유하는 제2 압전 필름(104B)이 추가된다. 이것은 공통 구동 전극(122)을 사용하여 병렬로 동작하도록 형성된 2개의 압전 변환기(104A, 104B)를 가능하게 한다. 바닥에 있는 전극(120, 128)은 이제 두 압전체(104A, 104B)를 함께 여기시킬 수 있는 RF 에너지를 수신하기 위해 인덕터(미도시)를 구현하는 데 사용될 수 있다. 압전 장치(piezoelectric device)(104A, 104B)의 두께로 인해, 그리고 소리의 속도가 최대 결합의 주파수를 결정함에 따라, 송신기로부터의 RF 펄스는 압전 변환기(104A, 104B) 중 하나 또는 둘 모두를 여기시킬 수 있다.
일 구현에서, 상부, 제2 압전층(104B)은 연질 폴리머 PVDF 재료일 수 있다. PVDF의 음속은 느리고(~2200m/s) 더 두꺼운 필름으로 만들 수 있기 때문이다. 예를 들어 두께가 10-1000마이크로미터인 PVDF 변환기의 예가 많이 있으며 10-500MHz 두께 모드 공진 변환기를 얻을 수 있다. 그러나 PVDF는 폴리머이기 때문에 높은 주파수에서 더 높은 내부 기계적 손실을 가지므로 저주파 초음파 변환기에 더 적합하다. 따라서, 기판(106) 또는 상부, 제2 압전층(104B) 위의 매체로 발사된 파동은 이제 2개의 상이한 공진 주파수에 있을 수 있다. PVDF는 10-200MHz 범위에서 파동을 발사할 수 있는 반면 하단 압전 필름은 AlN 박막 변환이 될 수 있으며 500MHz에서 수 GHz 범위에서 파동을 발사할 수 있다. 이러한 광범위한 공진 주파수는 저주파 초음파가 칩 및/또는 비 CMOS 기판의 상단 또는 하단에 있는 매질에 더 깊숙이 침투할 수 있다는 이점이 있다. 더 낮은 주파수는 감소된 측면 분해능에서 파동의 더 깊은 침투로 이어진다. 더 낮은 공간 해상도에서 재료 깊숙이 볼륨을 이미지화하고 감지하는 기능과, 인터페이스 근처에서 더 작지만 높은 특수 해상도에서 볼륨을 감지하는 기능은 RF 변환 펄스로 보다 완전한 조사를 가능하게 할 수 있다. 두 개의 압전층으로 형성된 변환기는 통합 CMOS 트랜지스터 또는 외부 전자 장치로 능동적으로 구동되어 두 변환기를 동시에 여기할 수도 있다. 공통 전극을 공유하는 것은 두 압전층에 대한 전극을 생성하기 위한 추가 처리의 필요성을 최소화하는 데 중요하다.
다양한 실시예가 여기에 설명되고 예시되었지만, 당업자는 기능을 수행하고/하거나 결과 및/또는 여기에 설명된 하나 이상의 이점을 얻기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 구상할 수 있다. 이러한 변형 및/또는 수정 각각은 여기에 설명된 실시예의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 당업자는 여기에 설명된 모든 파라미터, 치수, 재료 및 구성이 예시를 의미하며 실제 파라미터, 치수, 재료 및/또는 구성이 특정 응용 프로그램 또는 가르침이/사용된다. 당업자는 일상적인 실험을 사용하여 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 대한 많은 등가물을 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 실시예는 단지 예로서 제시되고 첨부된 청구범위 및 그에 대한 균등물의 범위 내에서 실시예는 구체적으로 설명되고 청구된 것과 다르게 실시될 수 있음을 이해해야 한다. 본 개시내용의 실시형태는 본 명세서에 기재된 각각의 개별 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법에 관한 것이다. 또한, 이러한 기능, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법 2개 이상의 조합, 그러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법이 상호 모순되지 않는 경우, 본 개시내용의 범위 내에 포함된다.
설명된 주제의 위에서 설명된 실시예는 임의의 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 실시예의 임의의 측면가 소프트웨어로 적어도 부분적으로 구현될 때, 소프트웨어 코드는 단일 장치 또는 컴퓨터에 제공되거나 여러 장치/컴퓨터에 분산되든지 간에 임의의 적절한 프로세서 또는 프로세서의 집합에서 실행될 수 있다.

Claims (24)

  1. RF 질의 시스템에 있어서,
    하나 이상의 압전 변환기를 갖는 기판;
    상기 기판에 연결되거나 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 안테나;
    상기 안테나로 부터 연장되어 적어도 하나의 압전 변환기의 단자에 연결되는 하나 이상의 안테나 단자를 포함하고;
    상기 안테나는 무선 주파수 펄스를 수신하고 적어도 하나의 압전 변환기를 작동시키고;
    상기 압전 변환기는 상기 기판의 후면에서 반사된 초음파 펄스를 생성하고;
    상기 반사된 초음파 펄스는 또한 상기 압전 변환기에서 수신되고 상기 무선 주파수 펄스를 초기에 수신한 안테나를 구동하는
    시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 압전 변환기, 패터닝된 금속 박막 인덕터, 및 데이터를 처리하고 집적된 RF 에너지를 수집하기 위한 트랜지스터 전자 장치를 갖는 CMOS 칩인
    시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 박막 인덕터는 상기 CMOS 칩에서 이용 가능한 금속층을 연결하여 형성되는
    시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 별도의 기판 상에 제작되고 상기 기판 상의 상기 압전 변환기와 전기적으로 연결되는
    시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 적어도 하나의 압전 변환기에 연결된 코일 안테나인
    시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코일 안테나는 상이한 인덕턴스의 부분을 갖는
    시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 가요성 중합체인
    시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판인
    시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시스템의 크기는 500 um x 500 um x 500 um 미만인
    시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판 표면 상에 감응성 코팅을 추가로 포함하는
    시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 감응성 코팅은 흡습성 재료인
    시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 상기 반사된 초음파 펄스를 RF 신호로 송신하는 것을 특징으로 하는
    시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 안테나로부터 이격된 RF 판독기를 더 포함하고, 상기 RF 판독기는 상기 안테나로부터 상기 RF 신호를 수신하도록 구성된
    시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 RF 판독기는 상기 기판을 통해 상기 초음파 펄스의 진폭 및 비행-시간 중 적어도 하나를 추출하기 위해 상관 매칭을 수행하는
    시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 바닥 표면과 접촉하는 이미지화될 물체를 더 포함하는
    시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 반사된 초음파 펄스는 상이한 위상에서 발산하는 RF 파를 포함하는
    시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 펄스는 집속된 초음파 펄스를 생성하기 위해 2개 이상의 압전 변환기로부터 생성되는
    시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 압전 변환기는 2개의 변환기를 병렬로 형성하기 위해 공통 전극을 공유하는 2개의 적층된 압전층이 형성되는
    시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 2개의 적층된 압전층은 인덕터에 연결되는
    시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 2개의 적층된 압전층은 박막 AlN(알루미늄 질화물) 압전 기반 변환기로 구성된 하부 변환기 층, 및 PVDF 압전 변환기를 기반으로 하는 상부 변환기 층을 포함하는
    시스템.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 2개의 적층된 압전층은 박막 AlScN(알루미늄 스칸듐 질화물) 압전 기반 변환기로 구성된 하부 변환기 층 및 PVDF 압전 변환기를 기반으로 하는 상부 변환기 층을 포함하는
    시스템.
  22. RF 질의 방법에 있어서,
    상부 표면 및 후면을 갖는 기판, 상기 기판의 상부 표면에 연결된 복수의 압전 변환기, 및 상기 복수의 압전 변환기 각각에 부착된 안테나를 포함하는 RF 질의 시스템을 제공하는 단계;
    상기 복수의 압전 변환기 중 적어도 하나에 의해 초음파 펄스를 생성하는 단계;
    반사된 초음파 펄스로서 상기 기판의 후면에서 상기 초음파 펄스를 반사시키는 단계;
    압전 변환기에서 상기 반사된 초음파 펄스를 수신하는 단계; 및
    상기 안테나에 의해 반사된 초음파 펄스를 픽업하는
    방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 반사된 초음파 펄스를 RF 신호로 송신하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  24. 제23항에 있어서,
    RF 신호 판독기에서 상기 RF 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는
    방법.
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