TW202310461A - 具有具諧波特性之壓電收發器之成像裝置 - Google Patents

Abstract

一種微加工超音波換能器(MUT)，其包括一第一壓電層及一第二壓電層。該第一壓電層係安置於一第一電極與一第二電極之間。該第二壓電層係安置於該第二電極與一第三電極之間。至少該第一電極具有沿一第一軸線之第一端及第二端，其中一或多者係由一曲率半徑R界定。法向於該第一之一第二軸線穿過該第一軸線之一中點。該第一電極之一半寬度係由在該第二軸線之該方向自該中點至該第一電極之一外周邊量測之一長度L界定。該第一電極在其沿該第一軸線之最窄點處之一總寬度最多為2L，使得該第一電極具有一凹形。R/L大於1。

Description

具有具諧波特性之壓電收發器之成像裝置

本發明係關於成像裝置，且更特定言之，係關於具有微加工超音波換能器(MUT)之成像裝置，其當以基頻及諧波頻率驅動時展現增強壓力振幅及頻率回應行為。

用於對一人體之內部器官進行成像且顯示內部器官之影像之一非侵入式成像系統將信號傳輸至人體且接收自器官反射之信號。通常，在一成像系統中使用之換能器(諸如電容式換能器(cMUT)或壓電換能器(pMUT))指稱收發器且一些收發器基於光聲或超音波波效應。

一般而言，一MUT包含兩個或更多個電極且電極之拓撲影響MUT之電學及聲學效能兩者。例如，由一pMUT產生之聲壓之振幅隨著電極之大小之增加而增加，以藉此提高pMUT之聲學效能。然而，隨著電極之大小之增加，電容亦增加以降低pMUT之電氣效能。在另一實例中，pMUT之一振動諧振頻率處之聲壓之振幅受電極之形狀之影響。因此，需要用於設計電極以增強換能器之聲學及電學效能兩者之方法。

在一態樣中，揭示一種微加工超音波換能器(MUT)。該MUT包括至少一第一壓電層及一第二壓電層。該第一壓電層安置於一第一電極與一第二電極之間。該第二壓電層安置於該第二電極與一第三電極之間。至少該第一電極具有沿一第一軸線之第一端及第二端。該第一端或該第二端之一或多者由一曲率半徑R界定。一第二軸線穿過該第一軸線之一中點，其中該第二軸線法向於該第一軸線。該第一電極之一半寬度由在該第二軸線之該方向上自該中點至該第一電極之一外周邊量測之一長度L界定。該第一電極在其沿該第一軸線之最窄點處之一總寬度最多為2L，使得該第一電極具有一凹形。R/L大於1。

在一些實施例中，該第一軸線沿其中該第一電極具有一最長尺寸之一方向延伸。

在一些實施例中，該第二軸線沿其中該第一電極具有一最短尺寸之一方向延伸。

在一些實施例中，該壓電層由PZT、KNN、PZT-N、PMN-Pt、AlN、Sc-AlN、ZnO、PVDF及LiNiO ₃之至少一者形成。

在一態樣中，揭示一種微加工超音波換能器(MUT)。該MUT包括複數個壓電層，其包括M個壓電層。該MUT亦包括複數個電極，其包括N個電極。該複數個壓電層之具有一索引m之一壓電層安置於具有一索引m之一第一電極與具有一索引m+1之一第二電極之間。該索引m與該壓電層之一垂直距離相關聯。至少該第一電極具有沿一第一軸線之第一端及第二端。該第一端或該第二端之一或多者由一曲率半徑R界定。一第二軸線穿過該第一軸線之一中點。該第二軸線法向於該第一軸線。該第一電極之一半寬度由在該第二軸線之該方向上自該中點至該第一電極之一外周邊量測之一長度L界定。該第一電極在其沿該第一軸線之最窄點處之一總寬度最多為2L，使得該第一電極具有一凹形。R/L大於1。

在一些實施例中，該第一軸線沿其中該第一電極具有一最長尺寸之一方向延伸。

在一些實施例中，該第二軸線沿其中該第一電極具有一最短尺寸之一方向延伸。

在一些實施例中，該MUT進一步包括一基板及自該基板懸置之一膜。

在一些實施例中，該壓電層由PZT、KNN、PZT-N、PMN-Pt、AlN、Sc-AlN、ZnO、PVDF及LiNiO ₃之至少一者形成。

在一些實施例中，N=M+1。

在一態樣中，揭示一種微加工超音波換能器(MUT)。該MUT包括至少一第一壓電層及一第二壓電層。該第一壓電層安置於一第一電極與一第二電極之間。該第二壓電層安置於該第二電極與一第三電極之間。至少該第一電極具有沿一第一軸線之第一端及第二端。該第一端或該第二端之一或多者由一曲率半徑R界定。一第二軸線穿過該第一軸線之一中點，其中該第二軸線法向於該第一軸線。該第一電極之一半寬度由在該第二軸線之該方向上自該中點至該第一電極之一外周邊量測之一長度L界定。該第一電極在其沿該第一軸線之最寬點處之一總寬度至少係L之兩倍，使得該第一電極具有一凸形。R/L小於1。

在一些實施例中，該第一軸線沿其中該第一電極具有一最長尺寸之一方向延伸。

在一些實施例中，該第二軸線沿其中該第一電極具有一最短尺寸之一方向延伸。

在一些實施例中，該MUT進一步包括一基板及自該基板懸置之一膜。

在一些實施例中，該壓電層由PZT、KNN、PZT-N、PMN-Pt、AlN、Sc-AlN、ZnO、PVDF及LiNiO ₃之至少一者形成。

在一態樣中，揭示一種微加工超音波換能器(MUT)。該MUT包括複數個壓電層，其包括M個壓電層。該MUT亦包括複數個電極，其包括N個電極。該複數個壓電層之具有一索引m之一壓電層安置於具有一索引m之一第一電極與具有一索引m+1之一第二電極之間。該索引m與該壓電層之一垂直距離相關聯。至少該第一電極具有沿一第一軸線之第一端及第二端。該第一端或該第二端之一或多者由一曲率半徑R界定。一第二軸線穿過該第一軸線之一中點。該第二軸線法向於該第一軸線。該第一電極之一半寬度由在該第二軸線之該方向上自該中點至該第一電極之一外周邊量測之一長度L界定。該第一電極在其沿該第一軸線之最寬點處之一總寬度至少係L之兩倍，使得該第一電極具有一凸形。R/L小於1。

在一些實施例中，該第一軸線沿其中該第一電極具有一最長尺寸之一方向延伸。

在一些實施例中，該第二軸線沿其中該第一電極具有一最短尺寸之一方向延伸。

在一些實施例中，該MUT進一步包括一基板及自該基板懸置之一膜。

在一些實施例中，該壓電層由PZT、KNN、PZT-N、PMN-Pt、AlN、Sc-AlN、ZnO、PVDF及LiNiO ₃之至少一者形成。

在一些實施例中，N=M+1。

在實施例中，一微加工超音波換能器(MUT)包含一頂部電極。該頂部電極之形狀由一長軸及一短軸界定，其中該長軸及該短軸在一原點處相交。該頂部電極之兩個遠端，即該頂部電極在該主軸方向上距該原點最遠之端部，由曲率半徑R界定。該頂部電極之特性寬度L係在該短軸方向(即法向於長軸)上自該原點至該頂部電極外邊緣或周邊量測。當該曲率半徑與該特性寬度之比率R/L大於1時，該頂部電極之端部比中部之寬度寬，且該電極具有一大體上凹幾何形狀。當該曲率半徑與該特性寬度之比率R/L小於1時，該頂部電極之端部比中部之寬度窄，且該電極具有一大體上凸幾何形狀。如本文中更詳細闡述，無論組態有凹幾何形狀或凸幾何形狀，具有特定R/L值或在特定值範圍內之電極當以基頻及諧波頻率驅動時相對於現有電極形狀設計展現所需壓力振幅及頻率回應行為。凹或凸電極沿一軸線之面密度分佈具有複數個局部最大值，其中該複數個局部最大值之位置與一振動諧振頻率之複數個反節點所在之位置重合。

在實施例中，一微加工超音波換能器(MUT)包含一對稱凸頂部電極。對稱凸電極沿一軸線之面密度分佈具有複數個局部最大值，其中該複數個局部最大值之位置與一振動諧振頻率之複數個反節點所在之位置重合。

在實施例中，一換能器陣列包含複數個微加工超音波換能器(MUT)。該複數個MUT之各者包含一對稱凸頂部電極。

在實施例中，一成像裝置包含具有複數個微加工超音波換能器(MUT)之一換能器陣列。該複數個MUT之各者包含一對稱凸頂部電極。該對稱凸電極沿一軸線之面密度分佈具有複數個局部最大值且其中該複數個局部最大值之位置與一振動諧振頻率之複數個反節點所在之位置重合。

在實施例中，一微加工超音波換能器(MUT)包含一對稱凹頂部電極。該對稱凹電極沿一軸線之面密度分佈具有複數個局部最大值，其中該複數個局部最大值之位置與一振動諧振頻率之複數個反節點所在之位置重合。

在實施例中，一換能器陣列包含複數個微加工超音波換能器(MUT)。該複數個MUT之各者包含一對稱凹頂部電極。

在實施例中，一成像裝置包含具有複數個微加工超音波換能器(MUT)之一換能器陣列。該複數個MUT之各者包含一對稱凹頂部電極。該對稱凹電極沿一軸線之面密度分佈具有複數個局部最大值，其中該複數個局部最大值之位置與一振動諧振頻率之複數個反節點所在之位置重合。

在一第一態樣中，提供一種微加工超音波換能器(MUT)。該MUT包括具有沿一第一軸線之第一端及第二端之一第一電極。該第一端或該第二端之一或多者由一曲率半徑R界定。一第二軸線穿過該第一軸線之一中點，其中該第二軸線法向於該第一軸線。該第一電極之一半寬度由在該第二軸線之該方向上自該中點至該第一電極之一外周邊量測之一長度L界定。該第一電極在其沿該第一軸線之最寬點處之一總寬度至少係L之兩倍，使得該第一電極具有一凸形且R/L小於1。

在實施例中，該MUT係一電容式微加工超音波換能器(cMUT)。

在實施例中，該MUT係一壓電微加工超音波換能器(pMUT)。

在實施例中，該第一軸線沿其中該第一電極具有一最長尺寸之一方向延伸。

在實施例中，該第二軸線沿其中該第一電極具有一最短尺寸之一方向延伸。

在實施例中，該MUT進一步包括：一基板；自該基板懸置之一膜；安置於該膜上之一第二電極；及安置於該第一電極或該第二電極之一或多者上之一壓電層。在一些實施例中，該壓電層包括安置於該第二電極上之一第一壓電層。在一些實施例中，該MUT進一步包括安置於該第一壓電層上之一第三電極；及安置於該第三電極上之一第二壓電層，其中該第一電極安置於該第二壓電層上。在實施例中，該壓電層由PZT、KNN、PZT-N、PMN-Pt、AlN、Sc-AlN、ZnO、PVDF及LiNiO ₃之至少一者形成。

在另一態樣中，提供一種成像裝置。該成像裝置包括一換能器陣列，其包含複數個微加工超音波換能器(MUT)，該複數個MUT之各者包括一凸電極。

在另一態樣中，提供一種MUT。該MUT包括具有沿一第一軸線之第一端及第二端之一第一電極。該第一端或該第二端之一或多者由一曲率半徑R界定。一第二軸線穿過該第一軸線之一中點，其中該第二軸線法向於該第一軸線。該第一電極之一半寬度由在該第二軸線之該方向上自該中點至該第一電極之一外周邊量測之一長度L界定。該第一電極在其沿該第一軸線之最窄點處之一總寬度小於2L，使得該第一電極具有一凹形且R/L大於1。

在實施例中，該MUT係一電容式微加工超音波換能器(cMUT)。

在實施例中，該MUT係一壓電微加工超音波換能器(pMUT)。

在實施例中，該第一軸線沿其中該第一電極具有一最長尺寸之一方向延伸。

在實施例中，該第二軸線沿其中該第一電極具有一最短尺寸之一方向延伸。

在實施例中，該MUT進一步包括一基板；自該基板懸置之一膜；安置於該膜上之一第二電極；及安置於該第一電極或該第二電極之一或多者上之一壓電層。在一些實施例中，該壓電層包括安置於該第二電極上之一第一壓電層。在一些實施例中，該MUT進一步包括安置於該第一壓電層上之一第三電極；及安置於該第三電極上之一第二壓電層，其中該第一電極安置於該第二壓電層上。在實施例中，該壓電層由PZT、KNN、PZT-N、PMN-Pt、AlN、Sc-AlN、ZnO、PVDF及LiNiO ₃之至少一者形成。

在另一態樣中，提供一種成像裝置。該成像裝置包括一換能器陣列，其包含複數個微加工超音波換能器(MUT)，該複數個MUT之各者包括一凹電極。 [以引用的方式併入]

本說明書中提及之所有出版物、專利案及專利申請案以引用的方式併入本文中，其程度與各個別出版物、專利案或專利申請案經具體及個別指示以引用的方式併入之程度相同。

交叉參考

本申請案主張2021年6月30日申請之美國專利申請案第17/364,397號的權利，該案之全部內容係以引用的方式完全併入本文中。

本申請案之標的物係關於：美國專利申請案第16/833,333號；美國專利申請案第16/837,800號；美國專利案第10,656,007號；美國專利案第10,648,852號；美國申請案第17/218,656號；及PCT申請案第PCT/US2021/025109號，該等案之全部內容係以引用的方式完全併入本文中。

在以下描述中，出於解釋之目的，闡述具體細節以便提供對本發明之一理解。然而，熟習此項技術者將明白，可在沒有此等細節之情況下實施本發明。此外，熟習此項技術者將識別，下文描述之本發明之實施例可以多種方式實施，諸如一程序、一設備、一系統或一裝置。

圖中所展示之元件/組件繪示本發明之例示性實施例且旨在避免混淆本發明。說明書中提及之「一個實施例」、「較佳實施例」、「一實施例」或「實施例」意謂結合實施例描述之一特定特徵、結構、特性或功能包含於本發明之至少一個實施例中且可在一個以上實施例中。在說明書之各個地方出現之片語「在一個實施例中」、「在一實施例中」或「在實施例中」不一定全部指相同實施例。術語「包含」及「包括」應理解為開放式術語且以下任何列表係實例且不意謂限於所列項目。本文中所使用之任何標題僅用於組織目的且不應用於限制描述或申請專利範圍之範疇。此外，在說明書中之不同地方使用特定術語係為了圖解說明而不應解釋為限制。 概述

揭示一種多層微加工超音波換能器(MUT)。多層MUT可包含多個交替壓電層及電極(因此係一多層pMUT)，依使得壓電層「夾置於」電極組之間的一方式彼此堆疊。因此，並非係頂層或底層之一給定電極可係由兩個壓電層共用，兩個壓電層係安置於一第一壓電層上方及一第二壓電層下方。

儘管本文中所揭示之特定MUT裝置係雙層，其包括兩個壓電層及三個導電層或電極，但可設計具有額外層之MUT裝置。隨著層數之增加，裝置之效能可提高。但若層數太大，裝置內之電容可能增加。因此，信號輸入之上升時間可能減慢，從而降低效能。通常，具有M個壓電層之一MUT裝置可具有N個導電層，其中N等於M+1。

一壓電換能器可將聲波傳輸至一媒體中，且自媒體接收聲波，將所接收之波轉換成電信號。壓電材料在受機械應力時積聚電荷。壓電材料亦展現一反向壓電效應。當向一壓電材料施加一電場時，所施加之電場引起一機械應變。因此，當藉由施加一交流(AC)電壓以一傳輸(Tx)模式驅動一壓電換能器時，振盪電壓導致壓電層振動，從而產生一聲波。此波可在經安置於壓電層下方之一基板層內諧振，從而在傳輸之前增加聲波之輸出功率。在一接收(Rx)模式中，一經反射聲波在壓電層上產生一機械應力，使其累積電荷。經累積電荷可產生可由一成像裝置讀取之一電信號。

用額外壓電層來增強一MUT換能器可藉由在受一AC電壓應力時產生更多振動來增加一所產生之聲波的功率且可回應於來自一所接收之聲波之一應力而累積更多電荷。因此，此等裝置可比單層裝置更強大且更敏感。

具有多個壓電層之一裝置因此可產生具有更大輸出功率之聲波。因為當向一多層pMUT施加一電壓時產生更多振動，所以可產生更強大聲波。相反，一入射波可對多個壓電層施加應力，從而產生一更大信號。

除實施額外壓電層之外，所揭示之MUT裝置可使用凸或凹電極，該等電極在基頻及諧波下被驅動時經成形以展現所需壓力振幅及頻率回應。

本發明界定一MUT縱橫比，一種可提供關於在高頻處改進效能之資訊之工程參數。縱橫比可藉由將一電極之一長邊之長度除以其特性半寬度(一電極在其中點處之短邊寬度)之兩倍來計算。因此，對於相同大小之電極，一凸電極可具有比一凹電極小之一縱橫比。

本發明建議具有特定縱橫比之多層MUT在高頻處可展現增加之聲波功率，且因此展現更佳效能。本文中所揭示之具有比另一凹pMUT更大之一縱橫比之一多層凹pMUT經展示以在高頻下具有更佳效能。此結果符合凹pMUT中所增加之R/L與經改良高頻效能之間的一般關係。 多層 MUT 裝置

本文中揭示一種微加工超音波換能器(MUT)，其可為一壓電MUT (pMUT裝置)。

MUT裝置可包括至少兩個壓電層。在一些實施例中，MUT裝置可包括至少3層、至少4層、至少5層、至少6層、至少10層。MUT裝置可包括最多3層，或最多4層，或最多5層，或最多6層或最多10層。MUT裝置可包括3層與6層之間、或4層與7層之間、或5層與8層之間、或6層與9層之間或7層與10層之間。壓電層可具有均勻厚度。壓電層可具有不均勻厚度。壓電層可全部具有不同厚度。壓電層之子集可具有相同厚度，但可在厚度上與其他子集不同。

一壓電層可安置於兩個電極之間，一第二電極在上面且一第一電極在下面。裝置中之各壓電層可依此方式安置於兩個電極之間。因此，裝置可包含比壓電層多一個之電極，因為層可共用電極。在一些實施例中，MUT裝置可包括至少3個電極、至少4個電極、至少5個電極、至少6個電極、至少10個電極。MUT裝置可包括最多3個電極，或最多4個電極，或最多5個電極，或最多6個電極或最多10個電極。MUT裝置可包括3個與6個之間的電極，或4個與7個之間的電極，或5個與8個之間的電極，或6個與9個之間的電極，或7個與10個之間的電極，或8個與11個之間的電極。

在一些實施例中，至少第一電極具有沿一第一軸線之第一端及第二端。在一些實施例中，所有電極具有沿第一軸線之第一端及第二端。在其他實施例中，少於一半之電極具有沿第一軸線之第一端及第二端。在其他實施例中，多於一半但少於全部之電極具有沿第一軸線之第一端及第二端。

一或多個電極之第一端或一或多個電極之一第二端之一或多者可由一曲率半徑R界定。第一端及第二端可成形為類似於圓形部分。第一端及第二端可或可不具有相同曲率半徑R。第一端及/或第二端可另外成形為類似於橢圓、三角形、正方形或矩形之部分，但可不採用銳邊，其可降低MUT之效能。第一端及/或第二端可不同成形。電極可全部具有相同形狀。多電極MUT之一些電極可具有相同形狀，且其他者可為另一形狀。一些或所有電極可各具有不同形狀。

第一軸線及第二軸線可彼此法向或垂直。第二軸線可通過第一軸線之一中點，及/或反之亦然。

多層MUT可包含具有特定形狀之電極以提高效能。MUT電極可為實質上卵形或長圓形，具有一長邊及一短邊。電極之寬度可沿平分電極之長邊之一軸線變化。例如，靠近中點，電極可比長端更薄，從而形成一凹形。在其他實施例中，電極可在中間比在長端更厚，從而形成一凸形。

一電極之一半寬度可由自中點在第二(或短)軸線之方向上量測至電極之一外周邊之一長度L界定。所有電極可具有相同L。一組電極可具有相同L，而其他電極可具有一不同L值。另外，一些或所有電極可具有多個不同L值。

在一些實施例中，一電極在其沿第一軸線之最窄點處之總寬度小於2L，使得電極具有一凹形。電極可為第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十或第十一電極之一者。電極可為第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十或第十一電極之一者以上，但少於全部。所有電極可具有相同凹形，其中其等沿其等第一軸線在其等最窄點處之總寬度小於2L。

在一些實施例中，一電極在其沿第一軸線之最寬點處之總寬度係L之至少兩倍，使得電極具有一凸形。電極可為第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十或第十一電極之一者。電極可為第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十或第十一電極之一者以上，但少於全部。所有電極可具有相同凸形，其中其等沿其等第一軸線在其等最寬點處之總寬度大於L之兩倍。在一些實施例中，所有電極可對稱。在一些實施例中，一或多個電極可關於第一軸線及/或第二軸線不對稱。

在其中一電極具有一凸形之實施例中，R與L之比率可小於1。例如，比率可小於0.01、小於0.1、小於0.2、小於0.3、小於0.4、小於0.5、小於0.6、小於0.7、小於0.8、小於0.9、小於0.99或小於0.999。比率可大於約0.01、大於0.1、大於0.2、大於0.3、大於0.4、大於0.5、大於0.6、大於0.7、大於0.8、大於大於0.9、大於0.99或大於0.999。比率可在0與0.1之間、在0.1與0.2之間、在0.2與0.3之間、在0.3與0.4之間、在0.4與0.5之間、在0.5與0.6之間、在0.6與0.7之間、在0.7與0.8之間、在0.8與0.9之間及在0.9與1之間。

在其中電極具有一凹形之實施例中，R與L之比率可大於1。例如，比率可小於1.01、小於1.1、小於1.2、小於1.3、小於1.4、小於1.5、小於2、小於5、小於10、小於25、小於50或小於100。比率可大於約1.01、大於1.1、大於1.2、大於1.3、大於1.4、大於1.5、大於2、大於5、大於10、大於25、大於50或大於100。比率可在1.0與1.1之間、在1.1與1.2之間、在1與2之間、在2與5之間、在5與10之間、在10與25之間、在25與50之間或在50與100之間。

在一些實施例中，MUT亦包含一基板及自基板懸置之一膜。基板可包括一半導體材料或可包括半導體材料及絕緣材料之多個交替層。例如，基板可包括一矽層。基板亦可包括交替矽及二氧化矽層(即，一絕緣體上矽(SOI)基板)。在其他實施例中，基板可包括半導體材料，諸如鍺、矽鍺、碳摻雜矽、碳摻雜矽鍺或另一材料。在一些實施例中，基板可包含安置於MUT之交替壓電層及電極下方之一空腔。

在一些實施例中，膜可為一矽層，其經配置以幫助傳輸及接收聲波。在向其等施加一AC電壓之後，膜可回應於來自壓電元件之運動而振動，其繼而可產生傳輸至標的物之聲波。當一聲波經反射時，聲波可干擾膜，繼而對壓電層施加壓力並導致其等產生電信號。此等電信號可提供給一成像裝置。

在本發明之實施例中，第一軸線沿電極之最長尺寸延伸。在本發明之實施例中，第二軸線沿電極之最短尺寸延伸。

在本發明之實施例中，至少一個壓電層可由PZT、KNN、PZT-N、PMN-Pt、AlN、Sc-AlN、ZnO、PVDF及LiNiO ₃之至少一者形成。在一些實施例中，所有壓電材料由相同材料形成。在一些實施例中，至少一個壓電層係上述材料之一者之一複合材料。在一些實施例中，第一複數個壓電層可由一種材料形成，且第二複數個壓電層可由另一材料形成。在一些實施例中，所有壓電層都係異質。在一些實施例中，第一複數個壓電層係同質，且第二複數個壓電層係異質。

在本發明之實施例中，MUT裝置可具有M個壓電層。MUT裝置可具有N個電極。由於一壓電層可「夾置於」兩個電極之間，因此數目N可等於M+1。一般而言，對於一M壓電層MUT裝置，可自1至M對壓電層進行索引，其中1係最靠近基板之層且M係距基板最遠之層。對於此組中之一壓電層m，相鄰電極可分別索引為m及m+1，用於更靠近及更遠離基板之電極。例如，可為一第二壓電層提供一索引2，其中其下方及上方之電極可分別索引為2及3。 附圖描述

圖1展示根據本發明之實施例之一成像系統100之一示意圖。如所描繪，系統100可包含：一成像器120，其以一傳輸模式/程序朝向一內部器官112 (諸如心臟)產生及傳輸壓力波122且接收自內部器官反射之壓力波；及一裝置102，其通過一通信通道130向成像器發送及接收信號。在實施例中，內部器官112可將壓力波122之一部分朝向成像器120反射，且成像器120可捕獲經反射壓力波且在一接收模式/程序中產生電信號。成像器120可將電信號通信至裝置102且裝置102可使用電信號在一顯示器/螢幕104上顯示器官或目標之影像。

在實施例中，成像器120亦可用於獲得一動物之內部器官之一影像。成像器120亦可用於判定動脈及靜脈中血流之方向及速度，如在都卜勒模式成像中一樣，且亦可量測組織硬度。在實施例中，壓力波122可為可穿過人體/動物體且由內部器官、組織或動脈及靜脈反射之聲波。

在實施例中，成像器120可為一可攜式裝置且通過通信通道130以無線方式(使用諸如802.11協定之一協定)或經由一電纜(諸如USB 2、USB 3、USB 3.1、USB-C及USB Thunderbolt)與裝置102通信信號。在實施例中，裝置102可為一行動裝置，諸如手機或iPad，或為可向一使用者顯示影像之一固定運算裝置。

在實施例中，可使用多於一個成像器來產生目標器官之一影像。例如，第一成像器可朝向目標器官發送壓力波，而第二成像器可接收自目標器官反射之壓力波且回應於所接收之波而產生電荷。

圖2展示根據本發明之實施例之成像器120之一示意圖。在實施例中，成像器120可為一超音波成像器。如圖2中描繪，成像器120可包含：用於傳輸及接收壓力波之一收發器塊210；一塗層212，其用作用於設定壓力波之傳播方向及/或聚焦壓力波之一透鏡且亦用作收發器塊與人體110之間的一聲阻抗介面；用於控制收發器塊210且由凸塊耦合至換能器塊210之一控制單元202，諸如ASIC晶片(或簡稱為ASIC)；用於控制成像器120之組件之場可程式化閘陣列(FPGA) 214；用於處理/調節信號之一電路215，諸如類比前端(AFE)；用於吸收由換能器塊210產生且朝向電路215傳播之波之一吸聲層203；用於通過一或多個埠216與諸如裝置102之一外部裝置進行資料通信之一通信單元208；用於儲存資料之一記憶體218；一電池206，用於為成像器之組件提供電力；及可選地用於顯示目標器官之影像之一顯示器217。

在實施例中，裝置102可具有一顯示器/螢幕。在此一情況下，顯示器可不包含於成像器120中。在實施例中，成像器120可通過埠216之一者自裝置102接收電力。在此一情況下，成像器120可不包含電池206。應注意，成像器120之組件之一或多者可組合成一個整體電子元件。同樣，成像器120之各組件可在一或多個電子元件中實施。

在實施例中，使用者可在人體110與塗層212進行一直接接觸之前將凝膠塗在人體110之皮膚上，可改良使得塗層212與人體110之間的介面處之阻抗匹配，即，在介面處壓力波122之損失經減少且在介面處朝向成像器120行進之反射波之損失亦經減少。在實施例中，收發器塊210可安裝在一基板上且可附接至一吸聲層。此層吸收反向發射之任何超音波波信號，否則該等信號可經反射且干擾影像之品質。

如下文所討論，塗層212可僅係一平坦匹配層以使聲信號自換能器至身體之傳輸最大化且反之亦然。在此情況下無需光束聚焦，因為其可在控制單元202中以電子方式實施。成像器120可使用反射信號來創建器官112之影像且結果可以多種格式顯示在一螢幕上，諸如具有或不具有器官112之影像之圖表、繪圖及統計。

在實施例中，諸如ASIC之控制單元202可與收發器塊一起組裝為一個單元。在其他實施例中，控制單元202可位於成像器120外部且經由一電纜電耦合到收發器塊210。在實施例中，成像器120可包含圍封組件202至215之一外殼及用於散發由組件產生之熱能之一散熱機構。

圖3A展示根據本發明之實施例之一收發器陣列200之一側視圖。圖3B展示根據本發明之實施例之一收發器塊210之一俯視圖。在實施例中，陣列200可包含一或多個收發器塊210。如所描繪，收發器陣列200可包含依一預定方式配置之一或多個收發器塊210。例如，如圖3A中描繪，收發器塊(或簡稱塊) 210可經實體彎曲以進一步形成一彎曲收發器陣列且安置於成像器120中。一般技術者應明白，成像器120可包含任何適合數目個塊且塊可依任何適合方式配置，且各塊210可包含任何適合數目個壓電元件302，其具有如本文更詳細描述之一凹形或凸形，其安置於一收發器基板304上。在基板304上，可放置一或多個數目個溫度感測器320，以便在操作期間監測收發器塊210之溫度。在實施例中，收發器陣列200可為由一基板製造之一微加工陣列。

圖4A展示根據本發明之實施例之一MUT 400之一橫截面圖。根據本發明之實施例，圖4A之橫截面圖適用於一凹或一凸MUT。如所描繪，凹或凸MUT可包含：自一基板402懸置之一膜層406；安置於膜層(或簡稱為膜) 406上之一第一(例如底部)電極(O) 408；安置於底部電極(O) 408上之一壓電層410；及安置於壓電層410上之一第二(例如頂部)電極(X) 412。

在實施例中，基板402及膜406可為一個整體且可形成空腔404以界定膜406。在實施例中，空腔404可填充有一預定壓力或一聲學阻尼材料以控制膜406之振動之一氣體。在實施例中，頂部電極412之投影區域之幾何形狀可組態為具有特性幾何參數之一大體上凹形或凸形以控制MUT 400之動態效能及電容量值。

在實施例中，各MUT 400可為一pMUT且包含由PZT、KNN、PZT-N、PMN-Pt、AlN、Sc-AlN、ZnO、PVDF及LiNiO ₃之至少一者形成之一壓電層。在替代實施例中，各MUT 400可為一cMUT。

在實施例中，各MUT 400可包含額外電極及/或PZE層。例如，如圖4F中展示，MUT 400 (可為凹形、凸形或根據需要之其他形狀)可包含：自一基板402懸置之一膜層406；安置於膜層(或簡稱為膜) 406上之一第一電極(O) 408；安置於第一電極(O) 408上之一第一壓電層410；安置於第一壓電層410上之一第二電極414；安置於第二電極414上之一第二壓電層410；及安置於第二壓電層410上之一第三電極(X) 412。可根據需要添加額外壓電層410及電極。在至少一些例項中，添加額外壓電層及/或電極(即，「夾置」電極及壓電層)增加MUT 400之振幅/dB輸出。

在圖4B至圖4E及圖4G至圖4H中，各MUT 400經展示為具有一凹形或凸形。在實施例中，各凹MUT可包含自MUT 400之頂部觀察時具有一凹形之一頂部電極。在實施例中，各凸MUT可包含自MUT 400之頂部觀察時具有一凸形之一頂部電極。在下文中，術語頂部電極412之形狀係指藉由將頂部電極投影至x-y平面上得到之頂部電極之一二維形狀。此外，若形狀關於兩條線450及452對稱，則頂部電極之形狀稱為對稱，其中線450及452分別平行於x軸及y軸，並通過在x軸上之頂部電極之中點。此外，在下文中，x軸，在本文中亦稱為長軸，沿其中頂部電極具有最長尺寸之方向延伸。y軸，在本文中亦稱為短軸，沿法向於x-y平面中之x軸或長軸之方向，沿其中頂部電極具有最短尺寸之方向延伸。

無論是圖4B至圖4C及圖4G至圖4H之凹MUT或圖4D至圖4E之凸MUT，頂部電極之形狀由一長軸及一短軸界定，其中長軸及短軸在一原點處相交。頂部電極之兩個遠端，即頂部電極在主軸之方向上距原點最遠之端部，在本文中亦稱為電極之「頭部」，由一曲率半徑R界定。頂部電極之特性半寬度，在本文中亦稱為電極之「腳部」，由自原點在短軸之方向(即，法向於長軸)至電極外邊緣或周邊量測之一長度L界定。電極在其最窄點(若係一凹面MUT)或其最寬點(若係一凸面MUT)處之總寬度係L之兩倍(即2L)。電極之頭部與腳部之間的電極之邊緣可為彎曲或直。

替代地，電極之頭部可為直或由不完全圓形之其他曲率幾何形狀界定。在至少一些例項中，避免產生集中機械應力之局部區域之頭部或其他幾何形狀可為有益的，其可導致一局部機械或材料失效模式，諸如若頭部(例如，或腳部)由在一尖點匯合之兩條直線界定則可產生該情況。

在一些實施例中，頭部無需圓形，而是亦可由但不限於非圓形曲率(諸如一拋物線之曲率)來界定。儘管一圓形電極頭部可由一曲率半徑R界定，但一拋物線形電極頭部之相關參數可為拋物線之正半焦距，界定為拋物線焦點與頂點之間距離之兩倍。此外，頭部與腳部之間的周界可由一直線或曲率界定且仍在本發明之範疇內。

如圖4B至圖4C及圖4G至圖4H中所說明，當曲率半徑與特性寬度R/L之比率大於1時，頂部電極之端部或頭部較中間或腳部之寬度更寬，且電極具有一大體上凹的幾何形狀。一般技術者將瞭解，藉由改變R/L比率，此凹MUT幾何形狀的變化係可行的，且仍在本發明的範疇內，只要R/L大於一，即R＞L。例如，對於具有43微米之一頭部曲率半徑R之一頂部電極，在大致37微米與41微米之間的適合腳部寬度L將落入本發明的範疇內，且展現增強的壓力振幅及當以基頻及諧波頻率驅動時的頻率回應行為，如本文將進一步描述。另一方面，若R/L太大，則頭部半徑或曲率R遠大於腳部寬度L，當以基頻及諧波頻率驅動時，頂部電極可不展現所需之壓力振幅及頻率回應行為，且甚至會經歷結構故障。

如圖4D至圖4E所繪示，當曲率半徑與特性寬度R/L之比率小於1時，頂部電極之端部較中間之寬度窄，且電極具有一大體上凸幾何學。如一般技術者將瞭解，藉由改變R/L比率，此凸MUT幾何形狀的變化係可行的且仍在本發明的範疇內，只要R/L小於1，即R＜L。例如，對於具有43微米之一頭部曲率半徑R之一頂部電極，在大致43.1微米與500微米之間的適合腳部寬度L將落入本發明的範圍範疇內，且展現增強的壓力振幅及當以基頻及諧波頻率驅動時的頻率回應行為，如本文將進一步描述。另一方面，若R/L太小，則頭部半徑或曲率R遠小於腳部寬度L，當以基頻及諧波頻率驅動時，頂部電極遭受非所要壓力振幅及頻率回應行為，且甚至會經歷結構故障。

無論是否經組態有凹幾何形狀或凸幾何形狀，相對於特定先前電極形狀設計，當以基頻及諧波頻率驅動時，具有特定R/L值或在特定R/L值範圍內之電極展現所需壓力振幅及頻率回應行為。凹電極或凸電極沿一軸線之面密度分佈具有複數個局部最大值，其中複數個局部最大值之位置與一振動諧振頻率之複數個反節點所在之位置重合。一般而言，指各MUT在一頻率上產生之一聲壓波之能量的聲壓效能會隨著MUT之峰值振幅在該頻率上的增加而增加。

比率或R/L可由MUT之所需行為驅動。改變電極之R/L參數(且因此改變電極之幾何形狀)改變電極之壓力振幅及頻率回應行為。R/L可大或小而沒有限制，只要電極展現所需壓力振幅及/或頻率回應行為。可由諸如換能器最終用例(例如工業、醫療診斷等等)、功率要求、操作模式要求等等之因數決定之特定換能器的設計要求告知由一特定R/L幾何結構展現的壓力振幅及頻率回應是否係可接受或所需。諸如製造及材料能力之額外考量可進一步限制所需或可用範圍可接受R/L範圍。

圖4G繪示具有多個壓電層之一MUT之一橫截面圖。橫截面圖展示距MUT裝置之基板最遠(例如，最大垂直或z距離)之電極。當自頂部觀察時(例如，在MUT上方，其中MUT在觀察者之一負z方向上)，頂部MUT電極具有一凹形。在此實施例中，所有電極可具有相同形狀，因為頂部電極下方之電極層經隱藏而不可見。在此實施例中，至少頂部電極關於x軸及y軸對稱。在其他實施例中，安置於頂部電極下方之電極可具有不同大小。在其他實施例中，安置於頂部電極下方之電極可具有不同形狀。

在評估一電極設計是否可在高頻下產生改良效能時，本發明界定一電極縱橫比。縱橫比參數與比率R/L相關且界定為電極長度(自頂部頭部之尖端至底部頭部之基板之長度)與兩倍特性半寬度(或兩倍L)之比率。關於本文中所揭示之實施例，圖4G之凹實施例具有縱橫比7，圖4D之凸實施例具有縱橫比3，且圖4B之凹實施例具有縱橫比5。一般而言，一較大縱橫比可與增加之高頻效能相關。

當一電極具有等於其半徑之一特性半寬度L時，其可為體育場形而非凸或凹。給定長度之一電極將具有一較高縱橫比作為一凹電極，一中等縱橫比作為一體育場形電極，且一較低縱橫比作為一凸電極。縱橫比之使用表明一較長凸電極或一組電極可能夠達成與一較短凹電極相似之效能。相反，一較小凹電極可能夠用於代替一較大凸電極。

圖4H繪示所展示之圖4G之橫截面之一子截面，使得半徑R及特性半寬度可見。如在圖4C中，R之值大於L之值。

圖5A至圖5B展示根據本發明之實施例之具有一凹組態之一MUT及具有一凸組態之一MUT之聲學回應之例示性理想化曲線500及510。圖5A展示與R/L＝1之一MUT 502相比，一凹MUT 504 (例如，R/L＞1)之聲功率如何隨頻率變化之一理想化曲線圖500。圖5B展示與R/L＝1之一MUT 512相比，一凸MUT 514 (例如，R/L＜1)之聲功率如何隨頻率變化之一理想化曲線510。對於凹MUT 504，如由箭頭506所指示，隨著R/L增加，功率頻率曲線較MUT 502向右移動。對於凸MUT 514，如由箭頭516所指示，隨著R/L減小，功率頻率曲線較MUT 512向上移動。

對凹或凸MUT幾何形狀之進一步修改，包含改變膜(例如，一矽膜)之厚度，或在膜之周邊添加單一或雙凹口(使得膜之行為更像一釘住樑或彈簧，而非一懸臂樑)可提供進一步增強效能特性。此等修改之實例可在美國專利申請案第17/018,304號及第15/820,319號中找到，該等案以引用的方式併入本文中。

圖6A至圖6C展示根據本發明之實施例之三個振動模式600、610、620。在圖6A至圖6C中，MUT 602、612及622之各者，無論係凹或凸，為了圖解說明之目的由一單線表示，其中各單線展示一MUT中之層堆疊之曲率。在操作期間，具有膜406、底部電極408、壓電層410及頂部電極412之層堆疊可作為一單體在垂直方向上移動，且可變形以在x-z平面上具有單線之曲率。此外，對應於不同振動模式之線602、612及622展示在不同振動模式下堆疊之曲率。一般而言，一凹MUT及一凸MUT之諧振特性彼此相似，然局部增益可取決於MUT係凹或凸而變化。在一些例項中，一凸幾何形狀或一凹幾何形狀之選擇可驅動在特定關注之頻率處達成之增益改良。

在實施例中，三個振動模式600、610及620可分別與三個振動諧振頻率f1、f2及f3相關聯。在圖6A至圖6C中，僅展示三個振動模式。然而，一般技術者應明白，一凹或凸MUT可在多於三種振動諧振模式(或短振動模式)下運作。

在圖6A中，凹或凸MUT 602可在第一振動模式600中操作，其中箭頭604指示MUT 602(更具體而言，層之堆疊)在第一模式600中在垂直方向上移動。在實施例中，第一振動模式600可對稱，即，模式形狀關於MUT之中心線606對稱。在實施例中，MUT 602之頂部電極之形狀可對稱，且可為凹或凸，如圖4B至圖4E中所展示。

在圖6B中，MUT 612可在第二振動模式610中操作。在實施例中，第二振動模式610可對稱，即，模式形狀關於中心線606對稱。在下文中，術語對稱振動模式係指其中反節點之位置(諸如615、616及617)(即，峰值振幅)相對於一中心線606對稱配置之一振動模式，且中心線606表示平行於z軸且通過x軸上MUT之中點的一線。

在第二振動模式610中，MUT 612可具有兩個節點及三個反節點(或等效地，三個峰值振幅點) 615、616及617。在實施例中，MUT 612之頂部電極之形狀可對稱且可為凹或凸，如圖4B至圖4E中所展示。

在圖6C中，MUT 622可在第三振動模式620中操作。在實施例中，第三振動模式620可對稱，即，模式形狀關於中心線606對稱。在第三振動模式中，MUT 622可具有四個節點及五個反節點(即五個峰值振幅點) 624、625、626、627及628。在實施例中，MUT 622之頂部電極之形狀可對稱且可為凹或凸，如圖4B至圖4E中所展示。

一般而言，指由各MUT在一頻率處產生之一聲壓波之能量之聲壓效能可隨著MUT在頻率處之峰值振幅增加而增加。然而，相對於相同或類似總面積之一凸MUT，凹MUT在遠端處之局部區域分佈較中間更大(即R＞L)。因此，相對於相同或類似面積之一凸MUT，凹MUT能夠輸出更高聲壓振幅，尤其係在諧波頻率下。

應注意，圖3中之MUT 302之各者可位一壓電微加工超音波換能器(pMUT)。然而，一般技術者應明白，收發器塊210可包含電容式微加工超音波換能器(cMUT)之一陣列(即，壓電元件302)可由cMUT取代。在此一情況下，一CMUT之頂部電極可具有類似於頂部電極412之形狀之一者之一形狀，使得cMUT之聲學回應基於結合圖4B至圖6C所描述之原理在各種振動諧振頻率下受控制。

圖7A繪示一雙層pMUT之頻率回應710較單層pMUT裝置之頻率回應720之一曲線圖。在高頻(約5兆赫(MHz)與10兆赫(MHz)之間)，雙層pMUT產生具有比單壓電層pMUT更大之聲功率(以dB為單位)之聲波。

圖7B繪示較具有凸形電極之一雙層pMUT之頻率回應750，具有凹形電極之一雙層pMUT之頻率回應740之一曲線圖。如自曲線圖可見，具有凹電極之pMUT優於具有凸電極之pMUT，在6 MHz與8 MHz之間的一高頻關注區760中產生具有更大功率之聲波。

圖7C繪示較具有凸形電極之一雙層pMUT之頻率回應760，具有凸形電極之一雙層pMUT之頻率回應770之一曲線圖。如自曲線圖可見，雙層pMUT在大多數操作頻率上優於單層pMUT。儘管本發明易於進行各種修改及替代形式，但其具體實例已在附圖中展示且在本文中詳細描述。然而，應理解，本發明不限於所揭示之特定形式，相反，本發明涵蓋落入隨附申請專利範圍之範疇內之所有修改、等效物及替代物。

100:成像系統 102:裝置 104:顯示器/螢幕 110:人體 112:內部器官 120:成像器 122:壓力波 130:通信通道 202:控制單元 203:吸聲層 206:電池 208:通信單元 210:收發器塊 212:塗層 214:場可程式化閘陣列(FPGA) 215:電路 216:埠 217:顯示器 218:記憶體 302:壓電元件 304:收發器基板 320:溫度感測器 400:MUT 402:基板 404:空腔 406:膜層 408:第一(例如底部)電極(O) 410:壓電層 412:第二(例如頂部)電極(X) 414:第二電極 416:導體(O) 450:線 452:線 500:曲線 502:MUT 504:凹MUT 506:箭頭 510:曲線 512:MUT 514:凸MUT 516:箭頭 600:第一振動模式 602:線 604:箭頭 606:中心線 610:第二振動模式 612:線 615:位置 616:位置 617:位置 619:峰值振幅 620:第三振動模式 622:線 624:峰值振幅點 625:峰值振幅點 626:峰值振幅點 627:峰值振幅點 628:峰值振幅點 710:頻率回應 720:頻率回應 740:頻率回應 750:頻率回應 760:頻率回應/高頻關注區 770:頻率回應

將參考本發明之實施例，其實例可在附圖中繪示。此等圖旨在繪示性而非限制性。儘管在此等實施例之上下文中一般描述本發明，但應理解，其並不旨在將本發明之範疇限此等特定實施例。

圖1展示根據本發明之實施例之一成像系統。

圖2展示根據本發明之實施例之一成像器之一示意圖。

圖3A展示根據本發明之實施例之一收發器陣列之一側視圖。

圖3B展示根據本發明之實施例之一收發器塊之一俯視圖。

圖4A展示根據本發明之實施例之適用於一凹或凸MUT之一MUT沿圖4B及圖4D中之一方向4-4截取之一橫截面圖。

圖4B展示根據本發明之實施例之一凹MUT之一俯視圖。

圖4C展示根據本發明之實施例之一凹MUT之一替代俯視圖。

圖4D展示根據本發明之實施例之一凸MUT之一俯視圖。

圖4E展示根據本發明之實施例之一凸MUT之一替代俯視圖。

圖4F展示根據本發明之實施例之適用於一凹或凸MUT之另一MUT沿圖4B及圖4D中之一方向4-4截取之一橫截面圖。

圖4G繪示具有多個壓電層之一pMUT之一橫截面圖。

圖4H繪示經顯示之圖4G之橫截面之一子截面，使得半徑R及特性半寬度可見。

圖5A展示根據本發明之實施例之具有一凹組態之一MUT之聲學回應之一曲線圖。

圖5B展示根據本發明之實施例之具有一凸組態之一MUT之聲學回應之一曲線圖。

圖6A至圖6C展示根據本發明之實施例之凹及凸MUT之振動模式形狀。

圖7A繪示一雙層pMUT之頻率回應較單層pMUT裝置之頻率回應之一曲線圖。

圖7B繪示具有凹形電極之一雙層pMUT之頻率回應較具有凸形電極之一雙層pMUT之頻率回應之一曲線圖。

圖7C繪示具有凸形電極之一雙層pMUT之頻率回應較具有凸形電極之一雙層pMUT之頻率回應之一曲線圖。

400:MUT

402:基板

404:空腔

406:膜層

408:第一(例如底部)電極(O)

410:壓電層

412:第二(例如頂部)電極(X)

414:第二電極

416:導體(O)

Claims (22)

1. 一種微加工超音波換能器(MUT)，其包括： 至少一第一壓電層及一第二壓電層，其中該第一壓電層係安置於一第一電極與一第二電極之間，其中該第二壓電層係安置於該第二電極與一第三電極之間， 至少該第一電極具有沿一第一軸線之第一端及第二端， i.其中該第一端或該第二端之一或多者係由一曲率半徑R界定， ii.其中一第二軸線穿過該第一軸線之一中點，其中該第二軸線法向於該第一軸線， iii.其中該第一電極之一半寬度係由在該第二軸線之該方向上自該中點至該第一電極之一外周邊量測之一長度L界定， iv.其中，該第一電極在其沿該第一軸線之最窄點處之一總寬度最多為2L，使得該第一電極具有一凹形，且 v.其中R/L大於1。
2. 如請求項1之MUT，其中該第一軸線沿其中該第一電極具有一最長尺寸之一方向延伸。
3. 如請求項1之MUT，其中該第二軸線沿其中該第一電極具有一最短尺寸之一方向延伸。
4. 如請求項1之MUT，進一步包括： 一基板；及 一薄膜，其自該基板懸置。
5. 如請求項4之MUT，其中該壓電層係由PZT、KNN、PZT-N、PMN-Pt、AlN、Sc-AlN、ZnO、PVDF及LiNiO ₃中之至少一者形成。
6. 一種微加工超音波換能器(MUT)，其包括： 複數個壓電層，其包括M個壓電層； 複數個電極，其包括N個電極， 其中該複數個壓電層之具有一索引m之一壓電層係安置於具有一索引m之一第一電極與具有一索引m+1之一第二電極之間，其中該索引m係與該壓電層之一垂直距離相關聯； 至少該第一電極具有沿一第一軸線之第一端及第二端， i.其中該第一端或該第二端之一或多者係由一曲率半徑R界定， ii.其中一第二軸線穿過該第一軸線之一中點，其中該第二軸線法向於該第一軸線， iii.其中該第一電極之一半寬度係由在該第二軸線之該方向上自該中點至該第一電極之一外周邊量測之一長度L界定， iv.其中該第一電極在其沿該第一軸線之最窄點處之一總寬度最多為2L，使得該第一電極具有一凹形，且 v.其中R/L大於1。
7. 如請求項6之MUT，其中該第一軸線沿其中該第一電極具有一最長尺寸之一方向延伸。
8. 如請求項6之MUT，其中該第二軸線沿其中該第一電極具有一最短尺寸之一方向延伸。
9. 如請求項6之MUT，進一步包括： 一基板；及 一膜，其自該基板懸置。
10. 如請求項9之MUT，其中該壓電層係由PZT、KNN、PZT-N、PMN-Pt、AlN、Sc-AlN、ZnO、PVDF及LiNiO ₃中之至少一者形成。
11. 如請求項6之MUT，其中N＝M+1。
12. 一種微加工超音波換能器(MUT)，其包括： 至少一第一壓電層及一第二壓電層，其中該第一壓電層係安置於一第一電極與一第二電極之間，其中該第二壓電層係安置於該第二電極與一第三電極之間， 至少該第一電極具有沿一第一軸線之第一端及第二端， i.其中該第一端或該第二端之一或多者係由一曲率半徑R界定， ii.其中一第二軸線穿過該第一軸線之一中點，其中該第二軸線法向於該第一軸線， iii.其中該第一電極之一半寬度係由在該第二軸線之該方向上自該中點至該第一電極之一外周邊量測之一長度L界定， iv.其中該第一電極在其沿該第一軸線之最寬點處之一總寬度至少係L之兩倍，使得該第一電極具有一凸形，且 v.其中R/L小於1。
13. 如請求項12之MUT，其中該第一軸線沿其中該第一電極具有一最長尺寸之一方向延伸。
14. 如請求項12之MUT，其中該第二軸線沿其中該第一電極具有一最短尺寸之一方向延伸。
15. 如請求項12之MUT，進一步包括： 一基板；及 一膜，其自該基板懸置。
16. 如請求項15之MUT，其中該壓電層係由PZT、KNN、PZT-N、PMN-Pt、AlN、Sc-AlN、ZnO、PVDF及LiNiO ₃中之至少一者形成。
17. 一種微加工超音波換能器(MUT)，其包括： 複數個壓電層，其包括M個壓電層； 複數個電極，其包括N個電極， 其中該複數個壓電層之具有一索引m之一壓電層係安置於具有一索引m之一第一電極與具有一索引m+1之一第二電極之間，其中該索引m係與該壓電層之一垂直距離相關聯； 至少該第一電極具有沿一第一軸線之第一端及第二端， i.其中該第一端或該第二端之一或多者係由一曲率半徑R界定， ii.其中一第二軸線穿過該第一軸線之一中點，其中該第二軸線法向於該第一軸線， iii.其中該第一電極之一半寬度係由在該第二軸線之該方向上自該中點至該第一電極之一外周邊量測之一長度L界定， iv.其中該第一電極在其沿該第一軸線之最寬點處之一總寬度至少係L之兩倍，使得該第一電極具有一凸形，且 v.其中R/L小於1。
18. 如請求項17之MUT，其中該第一軸線沿其中該第一電極具有一最長尺寸之一方向延伸。
19. 如請求項17之MUT，其中該第二軸線沿其中該第一電極具有一最短尺寸之一方向延伸。
20. 如請求項17之MUT，進一步包括： 一基板；及 一膜，其自該基板懸置。
21. 如請求項20之MUT，其中該壓電層係由PZT、KNN、PZT-N、PMN-Pt、AlN、Sc-AlN、ZnO、PVDF及LiNiO ₃中之至少一者形成。
22. 如請求項17之MUT，其中N＝M+1。

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