TWI751156B - 壓電微機械超音波換能器 - Google Patents

壓電微機械超音波換能器 Download PDF

Info

Publication number
TWI751156B
TWI751156B TW106113266A TW106113266A TWI751156B TW I751156 B TWI751156 B TW I751156B TW 106113266 A TW106113266 A TW 106113266A TW 106113266 A TW106113266 A TW 106113266A TW I751156 B TWI751156 B TW I751156B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
pmut
support structure
diaphragm
substrate
layer
Prior art date
Application number
TW106113266A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201804958A (zh
Inventor
艾爾德溫 恩
蔡明霖
尼奇爾 亞普提
Original Assignee
美商伊凡聖斯股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商伊凡聖斯股份有限公司 filed Critical 美商伊凡聖斯股份有限公司
Publication of TW201804958A publication Critical patent/TW201804958A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI751156B publication Critical patent/TWI751156B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/521—Constructional features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/117—Identification of persons
    • A61B5/1171—Identification of persons based on the shapes or appearances of their bodies or parts thereof
    • A61B5/1172—Identification of persons based on the shapes or appearances of their bodies or parts thereof using fingerprinting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047—Membrane type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0688—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction with foil-type piezoelectric elements, e.g. PVDF

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gynecology & Obstetrics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

所提供的是一種壓電微機械超音波換能器(PMUT)裝置。該PMUT包括基材、以及連接至該基材之邊緣支撐結構。隔膜乃連接至該邊緣支撐結構，使得該隔膜與該基材之間界定空腔，其中，該隔膜經組配而容許在超音波頻率下移動。該隔膜包括壓電層、以及耦合至該壓電層之對置側的第一與第二電極。內部支撐結構乃設置於該空腔內並且連接至該基材及該隔膜。

Description

壓電微機械超音波換能器
本發明係有關一種壓電微機械超音波換能器(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer，簡稱PMUT)。
壓電材料有助於機械能與電能之間的轉換。此外，壓電材料可在經受機械應力時產生電信號，並且可在經受電壓時振動。壓電材料在壓電超音波換能器中廣泛用於以對該壓電超音波換能器之電極施加之致動電壓為基礎來產生聲波。
本發明提供一種壓電微機械超音波換能器(PMUT)裝置，其包含：基材；邊緣支撐結構，連接至該基材；隔膜，連接至該邊緣支撐結構，使得該隔膜與該基材之間界定空腔，該隔膜經組配而容許在超音波頻率下移動，該隔膜包含：壓電層；以及第一與第二電極，耦合至該壓電層之對置側；以及內部支撐結構，設置於該空腔內並且連接至該基材及該隔膜。
本發明另提供一種壓電微機械超音波換能器(PMUT)陣列，其包含：複數個PMUT裝置，其中，該複數個PMUT裝置的至少一個PMUT裝置包含：基材；邊緣支撐結構，連接至該基材，其中，該邊緣支撐結構連接至電位；隔膜，連接至該邊緣支撐結構，使得該隔膜與該基材之間界定空腔，該隔膜經組配而容許在超音波頻率下移動，該隔膜包含：壓電層；第一與第二電極，耦合至該壓電層之對置側；以及機械支撐層，連接至該第一電極；以及內部支撐結構，設置於該空腔內並且連接至該基材及該隔膜。
本發明又提供一種影像感測系統，其包含：複數個壓電微機械超音波換能器(PMUT)裝置，其中，該複數個PMUT裝置其中至少一個PMUT裝置包含：基材；邊緣支撐結構，連接至該基材；隔膜，連接至該邊緣支撐結構，使得該隔膜與該基材之間界定空腔，該隔膜經組配而容許依照超音波頻率移動，該隔膜包含：壓電層；第一與第二電極，耦合至該壓電層之對置側；以及機械支撐層，連接至該第一電極；以及內部支撐結構，設置於該空腔內並且連接至該基材及該隔膜；以及控制邏輯電路，電耦合至該複數個PMUT裝置，該控制邏輯電路係用於感測影像。
100:PMUT裝置
101:虛線
102:週圍邊緣支撐件
104:內部支撐件
106:下電極
108:上電極
110:壓電層
112:機械支撐層
114:聲學耦合層
116:平台層
120:內部釘紮隔膜
130:空腔
140:基材
400:模擬形貌圖
700:二維陣列
701:圓形PMUT裝置
702:圓形週圍邊緣支撐件
704:內部支撐件
706:環狀下電極
800:二維陣列
801:正方形PMUT裝置
802:方形週圍邊緣支撐件
804:內部支撐件
806:正方形下電極
900:二維陣列
901:六角狀PMUT裝置
902:六角狀週圍邊緣支撐件
904:內部支撐件
906:六角狀下電極
1000:PMUT裝置
1002:共用邊緣支撐件
1006:下電極
1026:下電極
1102:邊緣支撐件
1104a:內部支撐件
1104b:內部支撐件
1104c:內部支撐件
1104d:內部支撐件
1200:PMUT裝置陣列
1214:聲學耦合層
1216:平台
1240:處理邏輯模組
1250:系統
1252:人類手指
1302:共用邊緣支撐件
1304:內部支撐件
1320:隔膜
1330:空腔
1340:基材
併入【實施方式】並形成其一部分之附圖繪示專利標的之各項具體實施例，並且連同【實施方式】，作用在於闡釋下文所述專利標的之原理。除非具體註記，應 該將【圖式簡單說明】中涉及之圖式理解為未按照比例繪製。在本文中，相似的項目乃用相似的項號來標示。
第1圖根據一些具體實施例，乃是繪示具有中心釘紮隔膜之PMUT裝置的一簡圖。
第2圖根據一些具體實施例，乃是繪示PMUT裝置啟動期間隔膜移動之一實施例的一簡圖。
第3圖根據一些具體實施例，乃是第1圖之PMUT裝置的一俯視圖。
第4圖根據一些具體實施例，乃是繪示第1至3圖所示PMUT裝置之隔膜最大垂直位移的一模擬圖。
第5圖根據一些具體實施例，乃是具有圓形形狀之例示性PMUT裝置的一俯視圖。
第6圖根據一些具體實施例，乃是具有六角形狀之例示性PMUT裝置的一俯視圖。
第7圖根據一些具體實施例，繪示圓形PMUT裝置之例示性陣列。
第8圖根據一些具體實施例，繪示正方形PMUT裝置之例示性陣列。
第9圖根據一些具體實施例，繪示六角狀PMUT裝置之例示性陣列。
第10圖根據一些具體實施例，繪示PMUT陣列中例示性之一對PMUT裝置，各PMUT具有不同的電極圖型。
第11A、11B、11C及11D圖根據各項具體 實施例，繪示內部支撐結構之替代具體實施例。
第12圖根據一些具體實施例，繪示超音波指紋感測系統中使用之PMUT陣列。
第13圖根據一些具體實施例，繪示將CMOS邏輯晶圓與界定諸PMUT裝置之微機電(MEMS)晶圓作晶圓接合所形成之整合型指紋感測器。
以下【實施方式】僅屬舉例提供，並非限制。再者，無意受限於【先前技術】或【實施方式】中所述任何明示或暗示的理論。
現將詳細參照專利標的之各項具體實施例，其實施例乃繪示於附圖中。本文中儘管論述各項具體實施例，仍將會理解的是，其用意不在於對這些具體實施例作限制。相反地，所呈現的具體實施例用意在於涵蓋替代方案，修改及均等內容，可如申請專利範圍所界定，將其包括於各項具體實施例之精神與範疇內。再者，在【實施方式】中，為了透徹理解本專利標的之具體實施例，提出許多特定細節。然而，不用這些特定細節也可實踐具體實施例。在其他實例中，為了避免不必要地混淆所述具體實施例的態樣，並未詳加描述眾所周知的方法、程序、組件、及/或電路。
標記與命名
以下詳細說明中有一些部分是以程序、邏輯塊、處理、以及電氣裝置內資料上操作的其它符號表徵 來呈現。這些說明與表徵是由精熟資料處理領域者用於以最有效方式向所屬技術領域中具有通常知識者傳達其工作內容的手段。在本申請案中，程序、邏輯塊、過程或類似者乃設想為導致所欲結果之一或多個自相一致的程序或指令。該等程序需要對物理量進行物理操縱。通常，但非必然，這些量所採用的形式乃是能夠由電子裝置傳送及接收之聲學(例如：超音波)信號、及/或能夠在電氣裝置中予以儲存、轉移、組合、比較、及按另一種方式操縱之電性或磁性信號。
然而，應該牢記的是，所有這些及類似術語是要與適當的物理量相關聯，並且只是施用於這些數量的便利標籤。除非正如以下討論明顯具體陳述，領會到的是在整篇說明中，使用諸如「傳送」、「接收」、「感測」、「產生」、「成像」或諸如此類術語所作的討論係指諸如電氣裝置之電子裝置之動作及過程。
本文所述之具體實施例可在常駐於一或多個電腦或其它裝置所執行之某形式之非暫存處理器可讀媒體(諸如程式模組)上之處理器可執行指令的一般性背景中討論。大體上，程式模組包括進行特定任務或實施特定抽象資料類型之常程式、程式、物件、組件、資料結構等。可視各項具體實施例之所欲，將程式模組的功能組合或分散。
在圖式中，可將單一程序塊描述為進行一功能或諸功能；然而，在實際演練時，可在單一組件中、 或多個組件間進行，及/或可使用硬體、使用軟體、或使用硬體與軟體之組合進行該程序塊所進行之該或該等功能。為了清楚說明硬體與軟體之可互換性，大體上已就各種說明性組件、程序塊、模組、邏輯、電路、及步驟的功能作說明。此類功能是要實施為硬體還是軟體，乃取決於特定應用及加在整體系統上的設計限制條件。所屬技術領域中具有通常知識者可就各特定應該按照不同作法來實施所述功能，但不應該將此類實施決策詮釋為造成脫離本揭露之範疇。此外，本文所述之例示性指紋感測系統及/或行動電子裝置可包括所示除外的組件，包括眾所周知的組件。
可在硬體、軟體、韌體、或以上之任何組合中實施本文所述之各種技巧，除非經具體描述為按照特定方式實施。描述為模組或組件之任何特徵亦可在整合型邏輯裝置中實施在一起，或分開實施為離散但可交互運作之邏輯裝置。該等技巧若是在軟體中實施，則至少部分可藉由包含指令之非暫存處理器可讀儲存媒體來實現，該等指令在受執行時，進行本文所述方法其中之一或多者。該非暫存處理器可讀資料儲存媒體可形成電腦程式產品之部分，其可包括封裝材料。
該非暫存處理器可讀儲存媒體可包含諸如同步動態隨機存取記憶體(SDRAM)之隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、非揮發性隨機存取記憶體(NVRAM)、電子可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)、快閃記憶體、其它已知儲存媒體、以及類似者。該等技巧另 外或替代地可至少部分藉由處理器可讀通訊媒體來實現，其載送或傳達形式為指令或資料結構之符碼，並且可藉由電腦或其它處理器來存取、讀取及/或執行。
本文所述之各項具體實施例可藉由一或多個處理器來執行，諸如一或多個運動處理單元(MPU)、感測器處理單元(SPU)、其(多個)主機處理器或(多個)核心、數位信號處理器(DSP)、通用微處理器、特定應用積體電路(ASIC)、特定應用指令集處理器(ASIP)、現場可程式化邏輯閘陣列(field programmable gate array，簡稱FPGA)、可程式化邏輯控制器(PLC)、複雜可程式化邏輯裝置(CPLD)、離散邏輯閘或電晶體邏輯電路、離散硬體組件、或以上經設計用以進行本文所述功能之任何組合、或其它等效整合型或離散邏輯電路系統。「處理器」一詞於本文中使用時，可指稱為前述結構中任一者、或適用於實施本文所述技巧之任何其它結構。「處理器」一詞在本說明書中運用時，可指稱為實質任何運算單元或裝置，包含但不侷限於單核心處理器、有能力執行軟體多執行緒之單處理器；多核心處理器；有能力執行軟體多執行緒之多核心處理器；具有硬體多執行緒技術之多核心處理器；平行平台；以及具有分散式共享記憶體之平行平台。此外，處理器可利用奈米級架構，諸如但不侷限於分子與量子點為基之電晶體、開關與電路閘，以便最佳化空間使用狀況，或強化用戶設備之效能。處理器亦可實施為運算處理單元之組合。
另外，在一些態樣中，可在如本文中所述而 組配之專用軟體模組或硬體模組內提供本文所述之功能。此外，可在一或多個電路或邏輯元件中完整實施該等技巧。通用處理器可以是微處理器，但在替代方案中，該處理器可以是任何習知的處理器、控制器、微控制器、或狀態機。亦可將處理器實施為運算裝置之組合(例如：SPU/MPU與微處理器之組合)、複數個微處理器、與SPU核心搭配之一或多個微處理器、MPU核心、或任何其它此種組態。
討論之概述
根據各項具體實施例，討論始於例示性壓電微機械超音波換能器(PMUT)之說明。接著說明的是包括PMUT裝置之例示性陣列。再接著說明的是PMUT裝置之例示性陣列的例示性操作。
能夠產生並偵檢壓力波之習知壓電超音波換能器可包括具有壓電材料之隔膜、支撐層、以及在與電極下方空腔組合之該等電極。小型化版本稱為PMUT。典型的PMUT使用邊緣錨定隔膜或隔板，其依照與h/a 2 成比例之共振頻率(f)在隔膜中心處或其附近最大幅度振盪，其中，h是厚度，並且a是該隔膜的半徑。更高頻率的隔膜振盪可藉由增加隔膜厚度、減少隔膜半徑、或兩者兼之來建立。增加隔膜厚度有其限制，因為厚度增加會限制隔膜之位移。縮減PMUT隔膜半徑也有限制，因為用於邊緣錨定之PMUT隔膜百分比更大。
本文所述之具體實施例涉及用於超音波產生與感測之PMUT裝置。根據各項具體實施例，說明此類 PMUT裝置之陣列。該PMUT包括基材、以及連接至該基材之邊緣支撐結構。隔膜乃連接至該邊緣支撐結構，使得該隔膜與該基材之間界定空腔，其中，該隔膜經組配而容許在超音波頻率下移動。該隔膜包括壓電層、以及耦合至該壓電層之對置側的第一與第二電極。內部支撐結構乃設置於該空腔內並且連接至該基材及該隔膜。
所述PMUT裝置及諸PMUT裝置之陣列可用於產生聲學信號、或測量各種應用中採聲學方式感測之資料，諸如但不侷限於醫療應用、安全系統、生物特徵量測系統(例如：指紋感測器及/或運動/手勢辨識感測器)、行動通訊系統、工業自動化系統、消費性電子裝置、機器人等。在一項具體實施例中，PMUT裝置可有助於超音波信號產生與感測(換能器)。此外，本文所述之具體實施例提供包括矽晶圓之感測組件，該矽晶圓具有超音波換能器之二維(或一維)陣列。
本文所述之具體實施例提供依照高頻操作之PMUT，透過高聲速材料(例如：玻璃、金屬)之聲學繞射降低且脈衝更短，因此可將虛假反射(spurious reflection)以時間閘控方式除掉。本文所述之具體實施例亦提供具有低品質因子之PMUT，使啟鈴(ring-up)與停鈴(ring-down)時間更短，以藉由時間閘控提升虛假反射拒斥效果。本文所述之具體實施例亦提供具有高填充因子之PMUT，以便提供大傳送與接收信號。
壓電微機械超音波換能器(PMUT)
在一或多項態樣中，本文中所揭示之系統及方法就聲學換能器(例如：壓電致動換能器或PMUT)提供有效率的結構。現在參照圖式說明的是一或多項具體實施例，其中，相稱的參考元件符號係全文用於指相稱的元件。在底下的說明中，為了解釋，提出許多特定細節以便透徹理解各項具體實施例。然而，可證實的是，不用這些特定細節也可實踐該等各項具體實施例。在其他實例中，眾所周知的結構和裝置係以方塊圖表示，以便協助在補充細節中說明具體實施例。
如本申請書中所使用，用語「或」意味著可兼性的「或」，而不是排他性的「或」。亦即，除非另有指明、或內容中有清楚表達，否則「X運用A或B」意味著自然可兼之排列之任一者。亦即，無論X運用A，X運用B，或X運用A與B兩者，均滿足「X運用A或B」。另外，冠詞「一」於本申請書及隨附申請專利範圍中使用時，除非另有指明或內容中有清楚表達針對的是單數形，基本上應該解讀為意指「一或多者」。另外，「耦合」一詞在本文中乃用於意指直接或間接電性或機械耦合。另外，「實施例」一詞在本文中係用來意指當作實施例、實例、或說明使用。
第1圖根據一些具體實施例，乃是繪示具有中心釘紮隔膜之PMUT裝置100的一簡圖。PMUT裝置100包括安置於基材140上方用以界定空腔130之內部釘紮隔膜120。在一項具體實施例中，隔膜120乃附接至週圍邊 緣支撐件102及內部支撐件104兩者。在一項具體實施例中，邊緣支撐件102乃連接至電位。邊緣支撐件102及內部支撐件104可由導電材料所製成，諸如且不限於鋁、鉬或鈦。邊緣支撐件102及內部支撐件104亦可由介電材料所製成，諸如二氧化矽、氮化矽或氧化鋁。在邊緣支撐件102或內部支撐件104之側邊，或在穿過邊緣支撐件102或內部支撐件104之貫孔中具有電連接，將下電極106電耦合至基材104中之電配線。
在一項具體實施例中，邊緣支撐件102及內部支撐件104兩者都附接至基材140。在各項具體實施例中，基材140可包括且不限於矽或氮化矽的至少一者。應領會的是，基材140可包括電配線與電連接，諸如鋁或銅。在一項具體實施例中，基材140包括接合至邊緣支撐件102及內部支撐件104之CMOS邏輯晶圓。在一項具體實施例中，隔膜120包含多層。在一例示具體實施例中，隔膜120包括下電極106、壓電層110及上電極108，其中，下電極106及上電極108乃耦合至壓電層110的對置側。如圖所示，下電極106乃耦合至壓電層110之下表面，並且上電極108乃耦合至壓電層110之上表面。應領會的是，在各項具體實施例中，PMUT裝置100乃是微機電(MEMS)裝置。
在一項具體實施例中，隔膜120亦包括用以採機械方式加強該等層之機械支撐層112(例如：加強層)。在各項具體實施例中，機械支撐層140可包括且不限於矽、氧化矽、氮化矽、鋁、鉬、鈦等的至少一者。在一項具體 實施例中，PMUT裝置100亦包括位在隔膜120上面用於支撐聲學信號傳輸之聲學耦合層114。應領會的是，聲學耦合層可包括空氣、液體、凝膠狀材料、或用於支撐聲學信號傳輸之其它材料。在一項具體實施例中，PMUT裝置100亦包括位在聲學耦合層114上面之平台層116，用於容納聲學耦合層114，並且為手指或其它感測物件與PMUT裝置100提供接觸表面。應領會的是，在各項具體實施例中，聲學耦合層114提供接觸表面，使得平台層116屬於選用。此外，應領會的是，聲學耦合層114及/或平台層116可包括有多個PMUT裝置或與其搭配使用。舉例而言，PMUT裝置之陣列可與單一聲學耦合層114及/或平台層116耦合。
第2圖根據一些具體實施例，乃是繪示PMUT 100裝置啟動期間隔膜移動之一實施例的一簡圖。如參照第2圖所示，在操作時，對接近平台層116之物件作出回應，電極106與108遞送高頻電荷至壓電層110，造成隔膜120之未固定至週圍邊緣支撐件102或內部支撐件104之部分向上位移至聲學耦合層114內。這產生可用於對該物件進行信號探測之壓力波。回波作為造成隔膜120移動之壓力波，因此可被偵測，並且隔膜120中壓電材料之壓縮產生與該壓力波之振幅成比例之電信號。
所述PMUT裝置100可與幾乎任何將壓力波轉換成機械振動及/或電信號之電氣裝置配合使用。在一項態樣中，PMUT裝置100可包含產生並感測超音波之聲學感測元件(例如：壓電元件)。所產生音波之路徑中的物件 可產生可被感測之干擾(例如：頻率或相位之變化、反射信號、回波等)。可分析此干擾以測定物理參數，諸如(但不侷限於)該物件之距離、密度及/或速度。舉一例來說，可將PMUT裝置100用在各種應用中，諸如但不侷限於適用於無線裝置之指紋或生理感測器、工業用系統、汽車系統、機器人、電信、保全、醫療器材等。例如，PMUT裝置100可以是感測器陣列之一部分，該感測器陣列包括設置於晶圓上之多個超音波換能器，以及各種邏輯、控制及通訊電子器件。感測器陣列可包含同質或等同的PMUT裝置100、或若干不同或異型裝置結構。
在各項具體實施例中，PMUT裝置100運用壓電層110以促進聲學信號生成與感測兩者，該壓電層乃由諸如但不侷限於氮化鋁(AlN)、鋯鈦酸鉛(PZT)、石英、聚偏二氟乙烯(PVDF)、及/或氧化鋅等材料所構成。壓電層110可在機械應力下產生電荷，並且反言之，在電場的環境下經歷機械應變。舉例而言，壓電層110可感測超音波信號所造成之機械振動，並且依照振動之頻率(例如：超音波頻率)生成電荷。另外，壓電層110可隨著跨佈壓電層110所施加交流(AC)電壓而產生之輸入電流，按照可能同一頻率(例如：超音波頻率)之振盪方式藉由振動來產生超音波。應領會的是，壓電層110可包括幾乎任何呈現壓電性質之材料(或材料組合)，使得該材料之結構不具有對稱中心，並且施加至該材料之拉伸或壓縮應力改變胞元中正與負電荷部位之間的間隔，在該材料之表面處造成極化。該極化直接 與所施加應力成比例，並且方向相依，以使得壓縮與拉伸應力導致極化相反之電場。
再者，PMUT裝置100包含對/自壓電層110供應及/或收集電荷之電極106及108。應領會的是，電極106及108可以是連續及/或圖型化電極(例如：位在連續層及/或圖型化層中)。舉例而言，如圖所示，電極106乃是圖型化電極，而電極108乃是連續電極。舉例來說，電極106及108可由幾乎任何金屬層所構成，諸如但不限於鋁(Al)/鈦(Ti)、鉬(Mo)等，其乃與壓電層110耦合並且位在其對置側上。在一項具體實施例中，PMUT裝置亦包括第三電極，如第10圖所示及下文所述。
根據一具體實施例，聲學耦合層114之聲阻抗乃經選擇而類似於平台層116之聲阻抗，使得聲波乃穿過聲學耦合層114及平台層116有效率地傳播至/自隔膜120。舉例來說，平台層116可包含所具聲阻抗範圍介於0.8MRayl至4MRayl之間的各種材料，諸如但不侷限於塑膠、樹脂、橡膠、聚四氟乙烯、環氧樹脂等。在另一實施例中，平台層116可包含具有高聲阻抗(例如：大於10MRayl之聲阻抗)之各種材料，諸如但不侷限於玻璃、鋁系合金、藍寶石等。一般而言，平台層116可基於感測器之應用作選擇。舉例來說，在指紋辨識應用中，平台層116可具有與人類皮膚之聲阻抗(例如：1.6×106Rayl)(例如，精確地或大約)匹配之聲阻抗。再者，在一項態樣中，平台層116可復包括抗刮材料薄層。在各項具體實施例中，平台層116之 抗刮層厚度比待產生及/或待感測之聲波的波長更小，以在傳播聲波期間提供最小干擾。舉一例來說，抗刮層可包含各種硬性及耐刮材料(例如：在莫氏硬標具有超過7之莫氏硬度)，諸如但不侷限於藍寶石、玻璃、錳、氮化鈦(TiN)、碳化矽(SiC)、鑽石等。舉例來說，PMUT裝置100可依照20MHz操作，並且穿過聲學耦合層114及平台層116傳播之聲波的波長從而可以是70微米至150微米。在此例示情境中，藉由利用所具厚度為1微米之抗刮層(平台層116整體所具厚度為1毫米至2毫米)，可降低插入損耗並提升聲波傳播效率。要注意的是，「抗刮材料」一詞於本文中使用時，係關於一種耐刮及/或防刮材料，並且針對刮痕之產生提供實質防護。
根據各項具體實施例，PMUT裝置100可包括經圖型化以按照特定形狀(例如：環形、圓形、方形、八角形、六角形等)形成電極106之金屬層(例如：鋁(Al)/鈦(Ti)、鉬(Mo)等)，該等特定形狀乃與隔膜120共平面而界定。電極可置放於隔膜120之最大作用力區域，或置放於接近週圍邊緣支撐件102及內部支撐件104其中的任一者或兩者處。再者，在一項實施例中，可將電極108形成為連續層，以提供與機械支撐層112接觸之接地平面，該機械支撐層112可由矽或其它合適的機械加強材料所形成。在又其它具體實施例中，可沿著內部支撐件104佈建電極106，相較於沿著邊緣支撐件102佈建電極106，可以有助益地降低寄生電容。
舉例而言，對電極施加致動電壓時，隔膜120將會變形並且從平面移出。該運動接著推動與之接觸之聲學耦合層114，並且產生聲波(超音波)。空腔130內時常為真空，因此，可忽略空腔130內之介質所促成之阻尼。然而，位在隔膜120的另一側邊上之聲學耦合層114可實質變更PMUT裝置100之阻尼。舉例而言，當PMUT裝置100在具有大氣壓力之空氣中操作時(例如：聲學耦合層114是空氣)，可觀測到大於20之品質因子，若PMUT裝置100是在水(例如：聲學耦合層114是水)中操作，則該品質因子可降到低於2。
第3圖是具有實質正方形狀之第1圖所示PMUT裝置100的一俯視圖，其部分對應於第3圖中沿著虛線101之截面。所示為週圍邊緣支撐件102、內部支撐件104及下電極106之布局，並未展示其它連續層。應領會的是，「實質正方形狀」中的「實質」一詞用意在於傳達PMUT裝置100大體上為正方形，且容許因製程和公差所導致的變異，並且所製造裝置與正方形狀之間可存在稍微離差(例如：圓角、稍微偏離的線、與完美正交角落或交點之離差等)。所示儘管是大致方形配置之PMUT裝置，包括矩形、六角形、八角形、圓形、或橢圓形之替代具體實施例仍列入本發明範圍內。在其它具體實施例中，可使用更複雜的電極或PMUT裝置形狀，包括不規則及非對稱布局，諸如邊緣支撐件及電極可為燕尾形或五角形。
第4圖乃是繪示第1至3圖所示PMUT裝 置100之隔膜120之最大垂直位移的一模擬形貌圖400。如圖所示，最大位移大體上是沿著下電極106之中心軸出現，轉角區域具有最大位移。正如其它圖式，第4圖並未按照比例繪示，為了說明，垂直位移有經過放大，而且最大垂直位移是包含PMUT裝置100之水平表面面積之一小部分。在例示性PMUT裝置100中，最大垂直位移可以奈米為測量單位，而個別PMUT裝置100之表面面積可以平方微米為測量單位。
第5圖是具有實質圓形形狀之第1圖所示PMUT裝置100之另一實施例的一俯視圖，其部分對應於第5圖中沿著虛線101之截面。所示為週圍邊緣支撐件102、內部支撐件104及下電極106之布局，並未展示其它連續層。應領會的是，「實質圓形形狀」中的「實質」一詞用意在於傳達PMUT裝置100大體上為圓形，且容許因製程和公差所導致的變異，並且所製造裝置與圓形形狀之間可存在稍微離差(例如：離中心之徑向距離上之稍微離差等)。
第6圖是具有實質六角形狀之第1圖所示PMUT裝置100之另一實施例的一俯視圖，其部分對應於第6圖中沿著虛線101之截面。所示為週圍邊緣支撐件102、內部支撐件104及下電極106之布局，並未展示其它連續層。應領會的是，「實質六角形狀」中的「實質」一詞用意在於傳達PMUT裝置100大體上為六角狀，且容許因製程和公差所導致的變異，並且所製造裝置與六角形狀之間可存在稍微離差(例如：圓角、稍微偏離的線、與完美正交角 落或交點之離差等)。
第7圖繪示圓形PMUT裝置701之例示性二維陣列700，其乃由多個類似第1、2及5圖所述之具有實質圓形形狀的PMUT裝置所形成。所示為圓形週圍邊緣支撐件702、內部支撐件704、及圍繞內部支撐件704之環形或環狀下電極706的布局，為求清楚，並未展示其它連續層。如圖所示，陣列700包括彼此錯開之多行圓形PMUT裝置701。應領會的是，圓形PMUT裝置701可更靠近在一起，使得該多行圓形PMUT裝置701之邊緣重疊。此外，應領會的是，圓形PMUT裝置701可彼此接觸。在各項具體實施例中，相鄰圓形PMUT裝置701乃電隔離。在其它具體實施例中，諸群組之相鄰圓形PMUT裝置701乃電連接，其中，該諸群組之相鄰圓形PMUT裝置701乃電隔離。
第8圖繪示正方形PMUT裝置801之例示性二維陣列800，其乃由多個類似第1、2及3圖所述之具有實質正方形狀的PMUT裝置所形成。所示為方形週圍邊緣支撐件802、內部支撐件804、及圍繞內部支撐件804之正方形下電極806的布局，為求清楚，並未展示其它連續層。如圖所示，陣列800包括多個呈多行排列及多列排列之正方形PMUT裝置801。應領會的是，各列或各行之正方形PMUT裝置801可彼此錯開。此外，應領會的是，正方形PMUT裝置801可彼此接觸或隔開。在各項具體實施例中，相鄰正方形PMUT裝置801乃電隔離。在其它具體實施例中，諸群組之相鄰正方形PMUT裝置801乃電連接， 其中，該諸群組之相鄰正方形PMUT裝置801乃電隔離。
第9圖繪示六角狀PMUT裝置901之例示性二維陣列900，其乃由多個類似第1、2及6圖所述之具有實質六角形狀的PMUT裝置所形成。所示為六角狀週圍邊緣支撐件902、內部支撐件904、及圍繞內部支撐件904之六角狀下電極906的布局，為求清楚，並未展示其它連續層。應領會的是，諸列或諸行之六角狀PMUT裝置901可彼此錯開。此外，應領會的是，六角狀PMUT裝置901可彼此接觸或隔開。在各項具體實施例中，相鄰六角狀PMUT裝置901乃電隔離。在其它具體實施例中，諸群組之相鄰六角狀PMUT裝置901乃電連接，其中，該諸群組之相鄰六角狀PMUT裝置901乃電隔離。儘管第7、8及9圖繪示具有不同形狀之PMUT裝置之例示性布局，應領會的是，仍有許多可用的不同布局。此外，根據各項具體實施例，MEMS層內包括PMUT裝置之陣列。
操作時，於傳輸期間，二維陣列中所選擇之諸組PMUT裝置可傳送聲學信號(例如：短超音波脈衝)，並且在感測期間，二維陣列的該組主動PMUT裝置可偵檢(聲波之路徑中之)物件對聲波造成的干擾。可接著分析收到的干擾信號(例如：基於該聲學信號從該物件之反射、回波等所產生)。舉例來說，物件之影像、物件離感測組件之距離、物件之密度、物件之運動等全都可基於將干擾信號之頻率及/或相位與聲學信號之頻率及/或相位作比較來測定。此外，可進一步分析或經由顯示裝置(圖未示)向使用者 呈現所產生之結果。
第10圖繪示PMUT陣列中之一對例示性PMUT裝置1000，各PMUT共享至少一個共用邊緣支撐件1002。如圖所示，PMUT裝置具有標示為1006及1026之兩組獨立下電極。這些不同電極圖型使PMUT裝置100能夠進行反相操作，並且提升裝置操作的靈活性。在一項具體實施例中，該對PMUT可完全一樣，但兩個電極可驅動同一PMUT反相之不同部分(一者收縮，而一者擴展)，使得PMUT位移變更大。儘管為求清楚，並未展示其它連續層，各PMUT仍亦包括上電極(例如：第1圖之上電極108)。因此，在各項具體實施例中，PMUT裝置可包括至少三個電極。
第11A、11B、11C及11D圖根據各項具體實施例，繪示內部支撐結構之替代具體實施例。內部支撐結構亦可稱為「釘紮結構」，因為其操作時，將隔膜釘紮至基材。應領會的是，內部支撐結構可安置於PMUT之空腔內的任何地方，並且可具有任何類型的形狀(或各種形狀)，而且PMUT裝置內還可有超過一個內部支撐結構。儘管第11A、11B、11C及11D圖繪示內部支撐結構之替代具體實施例，仍應領會的是，這些實施例或為了說明，並且用意不在於限制PMUT裝置之內部支撐結構的數目、位置或類型。
舉例而言，內部支撐結構不一定要與PMUT裝置區置中，但可並非置於空腔內的中央。如第11A圖所 示，內部支撐件1104a乃相對邊緣支撐件1102安置於非中央、離軸位置。在其它具體實施例中，諸如第11B圖中看到的是，可使用多個內部支撐件1104b。在這項具體實施例中，一個內部支撐件乃相對邊緣支撐件1102置中，而多個、不同形狀與尺寸之內部支撐件圍繞該置中支撐件。在又其它具體實施例中，如參照第11C及11D圖看到的是，內部支撐件(分別為1104c及1104d)可接觸共用邊緣支撐件1102。在第11D圖所示的具體實施例中，內部支撐件1104d可有效地將PMUT裝置區分成子像素。這舉例而言，會容許致使更小區域產生高頻超音波，並且用PMUT裝置之更大區域感測回傳之超音回波。將會領會的是，可將個別釘紮結構組合成陣列。
第12圖繪示超音波指紋感測系統1250中使用之PMUT陣列之一具體實施例。指紋感測系統1250可包括平台1216，可供人類手指1252接觸於其上。超音波信號乃由PMUT裝置陣列1200所產生並接收，而且超音波信號穿過聲學耦合層1214及平台1216來回行進。信號分析乃使用(經由晶圓接合或其它合適的技術)直接附接至PMUT裝置陣列1200之處理邏輯模組1240(例如：控制邏輯電路)來進行。將會領會的是，第12圖所示的平台1216及其它元件的尺寸可比圖中所示大很多(例如：手印的尺寸)或小很多(例如：只是指尖的尺寸)，端視特定應用而定。
在用於指紋辨識應用的這項實施例中，基於手指皮膚之谷部及/或脊部對於聲學信號之干擾差異，人 類手指1252及處理邏輯模組1240可測定一個繪示手指表皮層及/或真皮層的影像。再者，處理邏輯模組1240可比較該影像與一組已知指紋影像以促進識別及/或認證。此外，在一項實施例中，若發現匹配(或實質匹配)，則可驗證使用者之身分。在另一實施例中，若發現匹配(或實質匹配)，則可基於指定予受識別使用者之授權權利來進行命令/操作。在又另一實施例中，可授與受識別使用者存取實體位置及/或網路/電腦資源(例如：文件、檔案、應用程式等)。
在另一實施例中，對於手指為基礎之應用，可將手指之移動用於游標追蹤/移動應用。在此類具體實施例中，可回應於手指移動而移動顯示螢幕上之指標或游標。要注意的是，處理邏輯模組1240可包括或連接至至少具有系統1250之部分功能的一或多個處理器。為達到那樣的目的，這一或多個處理器可執行記憶體(例如揮發性記憶體及/或非揮發性記憶體)中所儲存之符碼指令。
第13圖根據一些具體實施例，繪示將CMOS邏輯晶圓與界定多個PMUT裝置之MEMS晶圓作晶圓接合所形成之整合型指紋感測器1300。第13圖在部分截面中繪示藉由將基材1340所包括之CMOS邏輯晶圓與界定具有共用邊緣支撐件1302及個別內部支撐件1304之多個PMUT裝置之MEMS晶圓作晶圓接合所形成之整合型指紋感測器之一項具體實施例。舉例而言，可使用鋁與鍺共晶合金將MEMS晶圓接合至CMOS邏輯晶圓，如美國第7,442,570號專利中所述。PMUT裝置1300在空腔1330上 方形成有內部釘紮隔膜1320。隔膜1320乃附接至週圍邊緣支撐件1302及內部支撐件1304兩者。隔膜1320乃由多層所形成。
以上所述包括本揭露之實施例。當然，不可能為了描述本專利標的而描述所有可想到的組件或方法組合，但要領會的是，本揭露的許多進一步組合及排列是可行的。因此，所訴求技術主題係打算用來含括所有此類落在所附申請專利範圍精神與範圍內的變動、修改以及變化。
特別的是，並且關於上述組件、裝置、電路、系統及類似者所執行的各種功能，用於描述此類組件之用語(包括對「手段」之參考)除非另有所指，否則意味著對應於執行所述組件(例如：功能均等者)指定功能之任何組件，即便在結構上與執行所訴求專利標的之例示性態樣所示之本文中之功能之所揭示結構不均等亦然。
已就許多組件之間的交互作用說明前述系統及組件。可領會的是，此類系統及組件可包括那些組件或所指明子組件、所指明組件或子組件的一些、及/或附加組件，並且以前述各種排列及組合為依據。亦可將子組件實施為連通耦接至其它組件之組件，而不是包括於上層組件(階層式)內之組件。另外，應注意的是，可將一或多個組件組合成提供聚合功能之單一組件，或區分成數個分離子組件。本文所述之任何組件亦可與本文中未具體描述之一或多個其它組件交互作用。
另外，儘管可能已對許多實作中僅其中一 者揭示本案新發明之特定特徵，此特徵仍可與其它實作之一或多個其它特徵組合，正如就任何給定或特定應用可能所欲及有利者。再者，就【實施方式】或申請專利範圍中使用之「包括有」、「包括」、「具有」、「含有」等詞、其變體、及其它類似字組而言，這些用語用意在於可兼-按照類似於作為開放性轉接詞之「包含」一詞的方式-未排除任何另外的或其它元件。
因此，介紹本文中所提出的具體實施例及實施例，以便最妥適地闡釋本發明之各項所選擇具體實施例及其特定應用，並且藉此讓所屬技術領域中具有通常知識者能夠施作及使用本發明之具體實施例。然而，所屬技術領域中具有通常知識者將認識的是前述說明及實施例已僅為了說明及例示目的而作介紹。本說明書如所提，用意不在於徹底說明本發明之具體實施例或將其侷限於所揭露之精確形式。
100:PMUT裝置
102:週圍邊緣支撐件
104:內部支撐件
106:下電極
108:上電極
110:壓電層
112:機械支撐層
114:聲學耦合層
116:平台層
120:內部釘紮隔膜
130:空腔
140:基材

Claims (30)

  1. 一種壓電微機械超音波換能器(PMUT)裝置，其包含：基材；邊緣支撐結構，連接至該基材；隔膜，連接至該邊緣支撐結構，使得該隔膜與該基材之間界定空腔，該隔膜經組配而容許在超音波頻率下移動，該隔膜包含：壓電層；以及第一與第二電極，耦合至該壓電層之對置側；以及內部支撐結構，設置於該空腔內並且連接至該基材及該隔膜，其中，該內部支撐結構耦接該邊緣支撐結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，其復包含：設置於該空腔內並且連接至該基材及該隔膜之第二內部支撐結構。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，其中，該內部支撐結構並非置於該空腔內的中央。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，其中，該第一電極界定連續層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，其中，該第一電極為圖型化層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，該隔膜復包含： 連接至該第一電極之機械支撐層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之PMUT裝置，其中，該機械支撐層界定連續層。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之PMUT裝置，其中，該機械支撐層為圖型化層。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，其中，該壓電層界定連續層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，其中，該壓電層為圖型化層。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，其中，該第二電極延伸入該空腔，並且在該邊緣支撐結構與該內部支撐結構之間界定區域。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，其中，該內部支撐結構連接至該隔膜之該壓電層。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，其中，該PMUT裝置為實質圓形，使得該邊緣支撐結構及該隔膜為實質圓形。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，其中，該PMUT裝置為實質正方形，使得該邊緣支撐結構及該隔膜為實質正方形。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，其中，該第一電極及該第二電極的至少一者是透過該內部支撐結構電耦合。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，該隔膜復 包含：第三電極，其如該第一電極在該壓電層之對置側上耦合至該壓電層。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，其中，該邊緣支撐結構連接至電位。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之PMUT裝置，其中，該基材包含CMOS邏輯晶圓。
  19. 一種壓電微機械超音波換能器(PMUT)陣列，其包含：複數個PMUT裝置，其中，該複數個PMUT裝置的至少一個PMUT裝置包含：基材；邊緣支撐結構，連接至該基材，其中，該邊緣支撐結構連接至電位；隔膜，連接至該邊緣支撐結構，使得該隔膜與該基材之間界定空腔，該隔膜經組配而容許在超音波頻率下移動，該隔膜包含：壓電層；第一與第二電極，耦合至該壓電層之對置側；以及機械支撐層，連接至該第一電極；以及內部支撐結構，設置於該空腔內並且連接至該基材及該隔膜，其中，該內部支撐結構耦接該邊緣支撐結構。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之PMUT陣列，其中，該 複數個PMUT裝置的該至少一個PMUT裝置復包含：設置於該空腔內並且連接至該基材及該隔膜之第二內部支撐結構。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之PMUT陣列，其中，該內部支撐結構並非置於該空腔內的中央。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之PMUT陣列，其中，該第二電極延伸入該空腔，並且在該邊緣支撐結構與該內部支撐結構之間界定區域。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之PMUT陣列，其中，該內部支撐結構連接至該隔膜之該壓電層。
  24. 如申請專利範圍第19項所述之PMUT陣列，其中，該第一電極及該第二電極的至少一者是透過該內部支撐結構電耦合。
  25. 如申請專利範圍第19項所述之PMUT陣列，其中，該基材包含CMOS邏輯晶圓。
  26. 如申請專利範圍第19項所述之PMUT陣列，其中，該複數個PMUT裝置之相鄰PMUT裝置係電隔離。
  27. 如申請專利範圍第19項所述之PMUT陣列，其中，該複數個PMUT裝置之諸群組之相鄰PMUT裝置係電連接，並且其中，相鄰群組之相鄰PMUT裝置係電隔離。
  28. 一種影像感測系統，其包含：複數個壓電微機械超音波換能器(PMUT)裝置，其中，該複數個PMUT裝置其中至少一個PMUT裝置包含： 基材；邊緣支撐結構，連接至該基材；隔膜，連接至該邊緣支撐結構，使得該隔膜與該基材之間界定空腔，該隔膜經組配而容許依照超音波頻率移動，該隔膜包含：壓電層；第一與第二電極，耦合至該壓電層之對置側；以及機械支撐層，連接至該第一電極；以及內部支撐結構，設置於該空腔內並且連接至該基材及該隔膜，其中，該內部支撐結構耦接該邊緣支撐結構；以及控制邏輯電路，電耦合至該複數個PMUT裝置，該控制邏輯電路係用於感測影像。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之影像感測系統，其中，該第二電極延伸入該空腔，並且在該邊緣支撐結構與該內部支撐結構之間界定區域。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之影像感測系統，其中，該第一電極及該第二電極的至少一者是透過該內部支撐結構電耦合。
TW106113266A 2016-05-04 2017-04-20 壓電微機械超音波換能器 TWI751156B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662331919P 2016-05-04 2016-05-04
US62/331,919 2016-05-04
US15/205,743 2016-07-08
US15/205,743 US10656255B2 (en) 2016-05-04 2016-07-08 Piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (PMUT)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201804958A TW201804958A (zh) 2018-02-16
TWI751156B true TWI751156B (zh) 2022-01-01

Family

ID=58709621

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106113266A TWI751156B (zh) 2016-05-04 2017-04-20 壓電微機械超音波換能器

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10656255B2 (zh)
EP (1) EP3453056B1 (zh)
CN (1) CN109196671B (zh)
TW (1) TWI751156B (zh)
WO (1) WO2017192890A1 (zh)

Families Citing this family (69)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015102869B4 (de) * 2015-02-27 2017-05-11 Snaptrack, Inc. MEMS-Bauelement mit hoher Integrationsdichte und Verfahren zu seiner Herstellung
US10445547B2 (en) * 2016-05-04 2019-10-15 Invensense, Inc. Device mountable packaging of ultrasonic transducers
US10325915B2 (en) 2016-05-04 2019-06-18 Invensense, Inc. Two-dimensional array of CMOS control elements
US10670716B2 (en) 2016-05-04 2020-06-02 Invensense, Inc. Operating a two-dimensional array of ultrasonic transducers
US10315222B2 (en) 2016-05-04 2019-06-11 Invensense, Inc. Two-dimensional array of CMOS control elements
US10600403B2 (en) 2016-05-10 2020-03-24 Invensense, Inc. Transmit operation of an ultrasonic sensor
US10441975B2 (en) 2016-05-10 2019-10-15 Invensense, Inc. Supplemental sensor modes and systems for ultrasonic transducers
US10706835B2 (en) 2016-05-10 2020-07-07 Invensense, Inc. Transmit beamforming of a two-dimensional array of ultrasonic transducers
US11673165B2 (en) 2016-05-10 2023-06-13 Invensense, Inc. Ultrasonic transducer operable in a surface acoustic wave (SAW) mode
US10452887B2 (en) 2016-05-10 2019-10-22 Invensense, Inc. Operating a fingerprint sensor comprised of ultrasonic transducers
US10408797B2 (en) 2016-05-10 2019-09-10 Invensense, Inc. Sensing device with a temperature sensor
US10539539B2 (en) 2016-05-10 2020-01-21 Invensense, Inc. Operation of an ultrasonic sensor
US10562070B2 (en) 2016-05-10 2020-02-18 Invensense, Inc. Receive operation of an ultrasonic sensor
US10632500B2 (en) 2016-05-10 2020-04-28 Invensense, Inc. Ultrasonic transducer with a non-uniform membrane
US11039814B2 (en) 2016-12-04 2021-06-22 Exo Imaging, Inc. Imaging devices having piezoelectric transducers
US10891461B2 (en) 2017-05-22 2021-01-12 Invensense, Inc. Live fingerprint detection utilizing an integrated ultrasound and infrared sensor
US10474862B2 (en) 2017-06-01 2019-11-12 Invensense, Inc. Image generation in an electronic device using ultrasonic transducers
US10643052B2 (en) 2017-06-28 2020-05-05 Invensense, Inc. Image generation in an electronic device using ultrasonic transducers
US10461124B2 (en) 2017-08-07 2019-10-29 Invensense, Inc. Ultrasonic sensing device
US10936841B2 (en) 2017-12-01 2021-03-02 Invensense, Inc. Darkfield tracking
US10984209B2 (en) 2017-12-01 2021-04-20 Invensense, Inc. Darkfield modeling
US10997388B2 (en) 2017-12-01 2021-05-04 Invensense, Inc. Darkfield contamination detection
US11151355B2 (en) 2018-01-24 2021-10-19 Invensense, Inc. Generation of an estimated fingerprint
IT201800002952A1 (it) * 2018-02-22 2019-08-22 St Microelectronics Srl Trasduttore ultrasonico microlavorato (mut) perfezionato, metodo di fabbricazione del mut, e metodo di progettazione del mut
US11515465B2 (en) * 2018-02-26 2022-11-29 Invensense, Inc. EMI reduction in piezoelectric micromachined ultrasound transducer array
US10755067B2 (en) 2018-03-22 2020-08-25 Invensense, Inc. Operating a fingerprint sensor comprised of ultrasonic transducers
US10656007B2 (en) 2018-04-11 2020-05-19 Exo Imaging Inc. Asymmetrical ultrasound transducer array
US10648852B2 (en) 2018-04-11 2020-05-12 Exo Imaging Inc. Imaging devices having piezoelectric transceivers
US10466844B1 (en) 2018-05-21 2019-11-05 UltraSense Systems, Inc. Ultrasonic touch and force input detection
US20190354238A1 (en) 2018-05-21 2019-11-21 UltraSense Systems, Inc. Ultrasonic touch detection and decision
US10719175B2 (en) 2018-05-21 2020-07-21 UltraSense System, Inc. Ultrasonic touch sensor and system
CN112154404A (zh) * 2018-05-21 2020-12-29 奥矽半导体技术有限公司 超声触摸和力输入检测
EP3797412A4 (en) * 2018-05-21 2022-03-09 Exo Imaging Inc. ULTRASONIC TRANSDUCER WITH Q-SPOILING
US10585534B2 (en) 2018-05-21 2020-03-10 UltraSense Systems, Inc. Ultrasonic touch feature extraction
CN108846318B (zh) * 2018-05-24 2021-08-31 业泓科技(成都)有限公司 超声波指纹识别装置及其制作方法以及应用其的电子装置
US10936843B2 (en) 2018-12-28 2021-03-02 Invensense, Inc. Segmented image acquisition
CN109990814B (zh) * 2019-04-01 2021-08-03 北京大学深圳研究生院 一种基于悬空结构的压电微机械超声传感器
EP3972747A1 (en) 2019-05-20 2022-03-30 InvenSense, Inc. A dual layer ultrasonic transducer
US11188735B2 (en) 2019-06-24 2021-11-30 Invensense, Inc. Fake finger detection using ridge features
US11216681B2 (en) 2019-06-25 2022-01-04 Invensense, Inc. Fake finger detection based on transient features
TWI712190B (zh) * 2019-07-12 2020-12-01 茂丞科技股份有限公司 晶圓級超聲波感測裝置及其製造方法
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
TWI793447B (zh) 2019-09-12 2023-02-21 美商艾克索影像股份有限公司 經由邊緣溝槽、虛擬樞軸及自由邊界而增強的微加工超音波傳感器(mut)耦合效率及頻寬
US11392789B2 (en) 2019-10-21 2022-07-19 Invensense, Inc. Fingerprint authentication using a synthetic enrollment image
WO2021097749A1 (zh) * 2019-11-21 2021-05-27 深圳市汇顶科技股份有限公司 超声换能器、信息采集元件及电子设备
CN111063792A (zh) * 2019-12-06 2020-04-24 湖南嘉业达电子有限公司 一种用于雾化片的高温空气极化加工设备
CN112978671A (zh) 2019-12-13 2021-06-18 奥矽半导体技术有限公司 力测量和触摸感测集成电路器件
US11738369B2 (en) * 2020-02-17 2023-08-29 GE Precision Healthcare LLC Capactive micromachined transducer having a high contact resistance part
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
US11898925B2 (en) 2020-03-18 2024-02-13 UltraSense Systems, Inc. System for mapping force transmission from a plurality of force-imparting points to each force-measuring device and related method
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
US11803274B2 (en) 2020-11-09 2023-10-31 UltraSense Systems, Inc. Multi-virtual button finger-touch input systems and methods of detecting a finger-touch event at one of a plurality of virtual buttons
US11586290B2 (en) 2020-12-10 2023-02-21 UltraSense Systems, Inc. User-input systems and methods of delineating a location of a virtual button by haptic feedback and of determining user-input
US11819881B2 (en) 2021-03-31 2023-11-21 Exo Imaging, Inc. Imaging devices having piezoelectric transceivers with harmonic characteristics
US11951512B2 (en) 2021-03-31 2024-04-09 Exo Imaging, Inc. Imaging devices having piezoelectric transceivers with harmonic characteristics
US11681399B2 (en) 2021-06-30 2023-06-20 UltraSense Systems, Inc. User-input systems and methods of detecting a user input at a cover member of a user-input system
US20230008879A1 (en) * 2021-07-12 2023-01-12 Robert Bosch Gmbh Ultrasound transducer including a combination of a bending and piston mode
TWI795104B (zh) * 2021-11-30 2023-03-01 財團法人工業技術研究院 生理感測裝置
DE102021132829A1 (de) 2021-12-13 2023-06-15 Truedyne Sensors AG Messvorrichtung
CN114345675A (zh) * 2022-01-11 2022-04-15 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 换能结构、换能器、制备方法及设备
US11481062B1 (en) 2022-02-14 2022-10-25 UltraSense Systems, Inc. Solid-state touch-enabled switch and related method
US11775073B1 (en) 2022-07-21 2023-10-03 UltraSense Systems, Inc. Integrated virtual button module, integrated virtual button system, and method of determining user input and providing user feedback
CN117548315A (zh) * 2022-08-05 2024-02-13 天津大学 晶体管单元与具有空腔的pmut单元集成的pmut结构
CN117548316A (zh) * 2022-08-05 2024-02-13 天津大学 支撑层为单晶薄膜层的pmut结构

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150097468A1 (en) * 2013-10-03 2015-04-09 Arman HAJATI Piezoelectric ultrasonic transducer array with switched operational modes
US20160051225A1 (en) * 2014-08-21 2016-02-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Ultrasonic transducers

Family Cites Families (181)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19581718T5 (de) 1994-08-05 2013-11-07 Siemens Medical Solutions USA, Inc. (n.d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren und Vorrichtung für Sendestrahlformersystem
US5585546A (en) 1994-10-31 1996-12-17 Hewlett-Packard Company Apparatus and methods for controlling sensitivity of transducers
US5575286A (en) 1995-03-31 1996-11-19 Siemens Medical Systems, Inc. Method and apparatus for generating large compound ultrasound image
US5808967A (en) 1996-10-07 1998-09-15 Rowe-Deines Instruments Incorporated Two-dimensional array transducer and beamformer
US5867302A (en) 1997-08-07 1999-02-02 Sandia Corporation Bistable microelectromechanical actuator
US6289112B1 (en) 1997-08-22 2001-09-11 International Business Machines Corporation System and method for determining block direction in fingerprint images
US6071239A (en) 1997-10-27 2000-06-06 Cribbs; Robert W. Method and apparatus for lipolytic therapy using ultrasound energy
US6350652B1 (en) 1998-10-23 2002-02-26 Stmicroelectronics S.R.L. Process for manufacturing nonvolatile memory cells with dimensional control of the floating gate regions
WO2001021072A1 (fr) 1999-09-17 2001-03-29 Hitachi Medical Corporation Sonde a ultrasons et appareil de diagnostic a ultrasons la contenant
US6428477B1 (en) 2000-03-10 2002-08-06 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Delivery of theraputic ultrasound by two dimensional ultrasound array
CA2403394C (en) 2000-03-23 2012-01-03 Cross Match Technologies, Inc. Piezoelectric identification device and applications thereof
US7067962B2 (en) 2000-03-23 2006-06-27 Cross Match Technologies, Inc. Multiplexer for a piezo ceramic identification device
US6571444B2 (en) 2001-03-20 2003-06-03 Vermon Method of manufacturing an ultrasonic transducer
US6582372B2 (en) 2001-06-22 2003-06-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Ultrasound system for the production of 3-D images
US6500120B1 (en) 2001-07-31 2002-12-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Beamforming system using analog random access memory
FR2835981B1 (fr) 2002-02-13 2005-04-29 Commissariat Energie Atomique Microresonateur mems a ondes acoustiques de volume accordable
US6676602B1 (en) 2002-07-25 2004-01-13 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Two dimensional array switching for beamforming in a volume
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
EP1541086B1 (en) 2002-09-17 2010-11-10 Fujitsu Limited Biological information acquiring apparatus and authentication apparatus using biological information
JP4386683B2 (ja) 2002-09-30 2009-12-16 富士フイルム株式会社 超音波送受信装置及び超音波送受信方法
US7402136B2 (en) 2003-01-15 2008-07-22 University Of Virginia Patent Foundation Efficient ultrasound system for two-dimensional C-scan imaging and related method thereof
US7313053B2 (en) 2003-03-06 2007-12-25 General Electric Company Method and apparatus for controlling scanning of mosaic sensor array
US6865140B2 (en) 2003-03-06 2005-03-08 General Electric Company Mosaic arrays using micromachined ultrasound transducers
TWI253746B (en) 2003-10-24 2006-04-21 Fujitsu Ltd Semiconductor device group and method for fabricating the same, and semiconductor device and method for fabricating the same
KR100561851B1 (ko) 2003-11-18 2006-03-16 삼성전자주식회사 지문 인식 센서 및 그 제조 방법
US7109642B2 (en) 2003-11-29 2006-09-19 Walter Guy Scott Composite piezoelectric apparatus and method
US7030536B2 (en) 2003-12-29 2006-04-18 General Electric Company Micromachined ultrasonic transducer cells having compliant support structure
US7052464B2 (en) 2004-01-01 2006-05-30 General Electric Company Alignment method for fabrication of integrated ultrasonic transducer array
WO2005120130A1 (ja) * 2004-06-03 2005-12-15 Olympus Corporation 静電容量型超音波振動子とその製造方法、静電容量型超音波プローブ
US8358815B2 (en) 2004-04-16 2013-01-22 Validity Sensors, Inc. Method and apparatus for two-dimensional finger motion tracking and control
DE102004022838A1 (de) 2004-05-08 2005-12-01 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Ultraschallwandler sowie Verfahren zur Herstellung desselben
JP4575738B2 (ja) 2004-09-29 2010-11-04 富士フイルム株式会社 超音波画像境界抽出方法及び超音波画像境界抽出装置、並びに、超音波撮像装置
WO2006042144A2 (en) 2004-10-07 2006-04-20 Ultra-Scan Corporation Ultrasonic fingerprint scanning utilizing a plane wave
US7243547B2 (en) 2004-10-13 2007-07-17 Honeywell International Inc. MEMS SAW sensor
US7442570B2 (en) 2005-03-18 2008-10-28 Invensence Inc. Method of fabrication of a AL/GE bonding in a wafer packaging environment and a product produced therefrom
CA2607887A1 (en) * 2005-05-18 2006-11-23 Kolo Technologies, Inc. Methods for fabricating micro-electro-mechanical devices
GB0513253D0 (en) 2005-06-29 2005-08-03 Oceanscan Ltd Improved acoustic sensor and method
US8182428B2 (en) 2005-07-26 2012-05-22 Surf Technology As Dual frequency band ultrasound transducer arrays
US7564172B1 (en) 2005-08-03 2009-07-21 Kolo Technologies, Inc. Micro-electro-mechanical transducer having embedded springs
WO2007020694A1 (ja) 2005-08-18 2007-02-22 Fujitsu Limited 半導体装置及びその製造方法
KR100825773B1 (ko) 2005-08-23 2008-04-28 삼성전자주식회사 방향 추정 방법 및 장치
US20070073135A1 (en) 2005-09-13 2007-03-29 Warren Lee Integrated ultrasound imaging and ablation probe
JP4896542B2 (ja) 2006-02-24 2012-03-14 富士フイルム株式会社 パターン膜の製造方法
US7615834B2 (en) 2006-02-28 2009-11-10 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Capacitive micromachined ultrasonic transducer(CMUT) with varying thickness membrane
JP4839099B2 (ja) 2006-03-03 2011-12-14 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 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
US20070230754A1 (en) 2006-03-30 2007-10-04 Jain Anil K Level 3 features for fingerprint matching
CA2653202A1 (en) 2006-05-25 2008-06-05 Ultra-Scan Corporation Biometrical object reader having an ultrasonic wave manipulation device
US20100030076A1 (en) 2006-08-01 2010-02-04 Kobi Vortman Systems and Methods for Simultaneously Treating Multiple Target Sites
US20100168583A1 (en) 2006-11-03 2010-07-01 Research Triangle Institute Enhanced ultrasound imaging probes using flexure mode piezoelectric transducers
CN101190133B (zh) 2006-11-28 2011-05-18 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 超声波诊断系统中宽波束的发射方法和装置
US8018010B2 (en) 2007-04-20 2011-09-13 The George Washington University Circular surface acoustic wave (SAW) devices, processes for making them, and methods of use
US8096951B2 (en) 2007-06-28 2012-01-17 General Electric Company Transmit beamforming in 3-dimensional ultrasound
JP5260650B2 (ja) * 2007-07-31 2013-08-14 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 高ｋ誘電体を有するｃｍｕｔ
US9788813B2 (en) 2010-10-13 2017-10-17 Maui Imaging, Inc. Multiple aperture probe internal apparatus and cable assemblies
US20100256498A1 (en) 2007-11-16 2010-10-07 Hiroki Tanaka Ultrasonic imaging device
JP2009182838A (ja) 2008-01-31 2009-08-13 Kyoto Univ 弾性波トランスデューサ、弾性波トランスデューサアレイ、超音波探触子、超音波撮像装置
US8531915B2 (en) 2008-04-20 2013-09-10 Stalix Llc Acoustic and ultrasonic concealed object detection
US20090274343A1 (en) 2008-05-05 2009-11-05 Sonavation, Inc. Dynamic optimization of a biometric sensor
US8515135B2 (en) 2008-05-06 2013-08-20 Sonavation, Inc. PLL adjustment to find and maintain resonant frequency of piezo electric finger print sensor
US8805031B2 (en) 2008-05-08 2014-08-12 Sonavation, Inc. Method and system for acoustic impediography biometric sensing
US20090279745A1 (en) 2008-05-08 2009-11-12 Sonavation, Inc. Method and System for Image Resolution Improvement of Biometric Digit Imprint Sensors Using Staggered Rows
US8335356B2 (en) 2008-05-08 2012-12-18 Sonavation, Inc. Mechanical resonator optimization using shear wave damping
EP2310093A2 (en) 2008-07-10 2011-04-20 Cornell University Ultrasound wave generating apparatus
JP5206218B2 (ja) 2008-08-20 2013-06-12 富士通株式会社 指紋画像取得装置、指紋認証装置、指紋画像取得方法及び指紋認証方法
US10129656B2 (en) 2009-01-30 2018-11-13 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Active temperature control of piezoelectric membrane-based micro-electromechanical devices
US8061820B2 (en) * 2009-02-19 2011-11-22 Fujifilm Corporation Ring electrode for fluid ejection
US20100239751A1 (en) 2009-03-23 2010-09-23 Sonavation, Inc. Sea of Pillars
JP2012521597A (ja) 2009-03-23 2012-09-13 ソナベーション， インコーポレイテッド 圧電セラミック識別デバイスのための改良マルチプレサ
US8508103B2 (en) 2009-03-23 2013-08-13 Sonavation, Inc. Piezoelectric identification device and applications thereof
US8703040B2 (en) 2009-06-19 2014-04-22 Sonavation, Inc. Method for manufacturing a piezoelectric ceramic body
JP2011040467A (ja) 2009-08-07 2011-02-24 Toshiba Corp 半導体装置
US8433110B2 (en) 2009-12-11 2013-04-30 Sonavation, Inc. Pulse-rate detection using a fingerprint sensor
CN103109252A (zh) 2010-05-14 2013-05-15 索纳维森股份有限公司 使用声学超声阻抗描记术的用于指向装置的方法和系统
US8357981B2 (en) 2010-05-28 2013-01-22 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Transducer devices having different frequencies based on layer thicknesses and method of fabricating the same
US8311514B2 (en) 2010-09-16 2012-11-13 Microsoft Corporation Prevention of accidental device activation
EP2630507A2 (en) 2010-10-19 2013-08-28 Sonavation, Inc. Electrical system, method, and apparatus of fingerprint sensor using acoustic impediography
WO2012061740A2 (en) 2010-11-04 2012-05-10 Sonavation, Inc. Touch fingerprint sensor using 1-3 piezo composites and acoustic impediography principle
US9259961B2 (en) 2010-12-10 2016-02-16 Palo Alto Research Center Incorporated Large-area ultrasound contact imaging
WO2012112540A2 (en) 2011-02-15 2012-08-23 Fujifilm Dimatix, Inc. Piezoelectric transducers using micro-dome arrays
US8891334B2 (en) 2011-03-04 2014-11-18 Georgia Tech Research Corporation Compact, energy-efficient ultrasound imaging probes using CMUT arrays with integrated electronics
US8900148B2 (en) 2011-03-09 2014-12-02 Fujifilm Corporation Ultrasound diagnostic apparatus
US20120238876A1 (en) 2011-03-18 2012-09-20 Fujifilm Corporation Ultrasound diagnostic apparatus and method of producing ultrasound image
TW201306337A (zh) 2011-04-08 2013-02-01 Sonavation Inc 用於在壓電陣列上沈積材料之系統及方法
KR101761818B1 (ko) * 2011-08-23 2017-08-04 삼성전자주식회사 전기음향 변환기 및 그 제조 방법
JP6265906B2 (ja) * 2011-11-17 2018-01-24 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 円環形状の崩壊領域を持つ崩壊前の静電容量型トランスデューサーセル
US8836472B2 (en) 2011-11-23 2014-09-16 Blackberry Limited Combining navigation and fingerprint sensing
KR101288178B1 (ko) 2011-11-30 2013-07-19 삼성전기주식회사 지문 인식 센서 및 지문 인식 방법
KR101320138B1 (ko) 2011-11-30 2013-10-23 삼성전기주식회사 지문 인식 센서 및 그 제조 방법
US8723399B2 (en) 2011-12-27 2014-05-13 Massachusetts Institute Of Technology Tunable ultrasound transducers
UA116771C2 (uk) 2012-02-02 2018-05-10 Квелкомм Інкорпорейтед Ультразвуковий сенсор торкання з дисплейним монітором
US8767512B2 (en) 2012-05-01 2014-07-01 Fujifilm Dimatix, Inc. Multi-frequency ultra wide bandwidth transducer
KR102176193B1 (ko) 2012-08-10 2020-11-09 마우이 이미징, 인코포레이티드 다중 어퍼처 초음파 프로브들의 교정
US20140060196A1 (en) 2012-08-31 2014-03-06 General Electric Company Ultrasonic testing apparatus
US9660170B2 (en) 2012-10-26 2017-05-23 Fujifilm Dimatix, Inc. Micromachined ultrasonic transducer arrays with multiple harmonic modes
US9218472B2 (en) 2012-12-20 2015-12-22 Google Technology Holdings LLP Piezo based fingerprint sensor structure
JP6212870B2 (ja) 2013-01-28 2017-10-18 セイコーエプソン株式会社 超音波デバイス、超音波プローブ、電子機器および超音波画像装置
US9607206B2 (en) 2013-02-06 2017-03-28 Sonavation, Inc. Biometric sensing device for three dimensional imaging of subcutaneous structures embedded within finger tissue
US9096422B2 (en) 2013-02-15 2015-08-04 Fujifilm Dimatix, Inc. Piezoelectric array employing integrated MEMS switches
US9245165B2 (en) 2013-03-15 2016-01-26 Google Technology Holdings LLC Auxiliary functionality control and fingerprint authentication based on a same user input
US9818020B2 (en) 2013-04-02 2017-11-14 Precise Biometrics Ab Fingerprint pore analysis for liveness detection
US20140355387A1 (en) 2013-06-03 2014-12-04 Qualcomm Incorporated Ultrasonic receiver with coated piezoelectric layer
KR102305274B1 (ko) 2013-07-16 2021-09-24 더 리젠트스 오브 더 유니이버시티 오브 캘리포니아 Mut 지문 id 시스템
US9984270B2 (en) 2013-08-05 2018-05-29 Apple Inc. Fingerprint sensor in an electronic device
CN105556333A (zh) 2013-08-15 2016-05-04 罗韦技术有限公司 子阵列换能器设备及方法
KR102149332B1 (ko) * 2013-08-26 2020-08-31 삼성전자주식회사 정전용량 미세가공 초음파 변환기 및 그 싱귤레이션 방법
US10806431B2 (en) 2013-09-25 2020-10-20 Massachusetts Institute Of Technology Application specific integrated circuit with column-row-parallel architecture for ultrasonic imaging
US9967100B2 (en) 2013-11-05 2018-05-08 Samsung Electronics Co., Ltd Method of controlling power supply for fingerprint sensor, fingerprint processing device, and electronic device performing the same
SG10201407632UA (en) 2013-11-26 2015-06-29 Agency Science Tech & Res Transducer and method for forming the same
EP3080686A1 (en) 2013-12-12 2016-10-19 Qualcomm Incorporated Micromechanical ultrasonic transducers and display
KR20150068846A (ko) 2013-12-12 2015-06-22 삼성전자주식회사 초음파 진단 장치 및 그 제어방법
GB2583047B (en) 2013-12-20 2021-03-24 Harvard College Organomimetic devices and methods of use and manufacturing thereof
KR101700998B1 (ko) 2014-01-02 2017-01-31 삼성전기주식회사 지문 감지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기
US9224030B2 (en) 2014-01-10 2015-12-29 Qualcomm Incorporated Sensor identification
US9817108B2 (en) 2014-01-13 2017-11-14 Qualcomm Incorporated Ultrasonic imaging with acoustic resonant cavity
US20150206738A1 (en) 2014-01-21 2015-07-23 Sematech, Inc. Surface Cleaning Method and Apparatus Using Surface Acoustic Wave Devices
WO2015112452A1 (en) 2014-01-24 2015-07-30 The Regents Of The University Of California Curved piezoelectric transducers
US9336346B2 (en) 2014-01-30 2016-05-10 Qualcomm Technologies International, Ltd. Integral fabrication of asymmetric CMOS transistors for autonomous wireless state radios and sensor/actuator nodes
KR102171082B1 (ko) 2014-02-06 2020-10-28 삼성전자주식회사 지문 처리 방법 및 그 전자 장치
EP3103191B1 (en) 2014-02-07 2018-07-11 The Regents of the University of California Frequency tuning and/or frequency tracking of a mechanical system with low sensitivity to electrical feedthrough
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)
TW201535097A (zh) 2014-03-14 2015-09-16 Corning Inc 嵌入玻璃的感測器及製造其之方法
KR102283922B1 (ko) 2014-04-02 2021-07-30 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서
KR102212632B1 (ko) 2014-05-12 2021-02-08 삼성전자주식회사 지문 인식 방법 및 이를 수행하는 전자 장치
US10107645B2 (en) 2014-05-30 2018-10-23 Fujifilm Dimatix, Inc. Piezoelectric transducer device with flexible substrate
DE102014107819A1 (de) 2014-06-03 2016-01-14 Ge Sensing & Inspection Technologies Gmbh Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall sowie Vorrichtung hierzu
EP3166734A1 (en) 2014-07-08 2017-05-17 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
US9230150B1 (en) 2014-07-28 2016-01-05 Google Technology Holdings LLC Finger print sensor and auxiliary processor integration in an electronic device
US9665763B2 (en) 2014-08-31 2017-05-30 Qualcomm Incorporated Finger/non-finger determination for biometric sensors
EP3757884A1 (en) 2014-09-08 2020-12-30 InvenSense, Inc. Integrated piezoelectric microelectromechanical ultrasound transducer (pmut) on integrated circuit (ic) for fingerprint sensing
US9613246B1 (en) 2014-09-16 2017-04-04 Apple Inc. Multiple scan element array ultrasonic biometric scanner
US9984271B1 (en) 2014-09-30 2018-05-29 Apple Inc. Ultrasonic fingerprint sensor in display bezel
US9904836B2 (en) 2014-09-30 2018-02-27 Apple Inc. Reducing edge effects within segmented acoustic imaging systems
US9607203B1 (en) 2014-09-30 2017-03-28 Apple Inc. Biometric sensing device with discrete ultrasonic transducers
US9747488B2 (en) 2014-09-30 2017-08-29 Apple Inc. Active sensing element for acoustic imaging systems
FR3026877B1 (fr) 2014-10-03 2018-01-05 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Capteur d'empreintes digitales ou palmaires
KR20160041516A (ko) 2014-10-08 2016-04-18 삼성전자주식회사 빔포밍 장치 및 이를 포함하는 초음파 진단장치
US10001552B2 (en) 2014-10-15 2018-06-19 Qualcomm Incorporated Three-port piezoelectric ultrasonic transducer
US9734381B2 (en) 2014-12-17 2017-08-15 Northrop Grumman Systems Corporation System and method for extracting two-dimensional fingerprints from high resolution three-dimensional surface data obtained from contactless, stand-off sensors
US9582102B2 (en) 2015-01-27 2017-02-28 Apple Inc. Electronic device including finger biometric sensor carried by a touch display and related methods
KR102277155B1 (ko) 2015-01-29 2021-07-14 삼성전자주식회사 지문 인식을 통해 사용자를 인증하는 방법 및 이를 위한 전자 장치
KR102338864B1 (ko) 2015-02-12 2021-12-13 삼성전자주식회사 전자 장치 및 전자 장치에서의 지문 등록 방법
US9939972B2 (en) 2015-04-06 2018-04-10 Synaptics Incorporated Matrix sensor with via routing
US10229304B2 (en) 2015-06-05 2019-03-12 Synaptics Incorporated Finger detection with auto-baseline tracking
US9424456B1 (en) 2015-06-24 2016-08-23 Amazon Technologies, Inc. Ultrasonic fingerprint authentication based on beam forming
CN107924259B (zh) 2015-06-30 2021-09-24 辛纳普蒂克斯公司 用于显示集成的具有1-tft像素架构的有源矩阵电容性指纹传感器
US9959444B2 (en) 2015-09-02 2018-05-01 Synaptics Incorporated Fingerprint sensor under thin face-sheet with aperture layer
US10261804B2 (en) 2015-09-11 2019-04-16 Qualcomm Incorporated Gradual power wake-up mechanism
US10325136B1 (en) 2015-09-29 2019-06-18 Apple Inc. Acoustic imaging of user input surfaces
US20170100091A1 (en) 2015-10-08 2017-04-13 General Electric Company Ultrasound system and method for use with a heat-affected region
US10497748B2 (en) 2015-10-14 2019-12-03 Qualcomm Incorporated Integrated piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer pixel and array
US10682118B2 (en) 2015-10-30 2020-06-16 General Electric Company Ultrasound system and method for analyzing cardiac periodicity
US9626549B1 (en) 2015-11-16 2017-04-18 MorphoTrak, LLC Derived virtual quality parameters for fingerprint matching
CN105511625B (zh) 2015-12-15 2019-02-12 小米科技有限责任公司 屏幕的唤醒方法及装置
US9983656B2 (en) 2015-12-31 2018-05-29 Motorola Mobility Llc Fingerprint sensor with power saving operating modes, and corresponding devices, systems, and methods
US10262188B2 (en) 2016-02-15 2019-04-16 Qualcomm Incorporated Liveness and spoof detection for ultrasonic fingerprint sensors
WO2017152143A1 (en) 2016-03-03 2017-09-08 Invensense, Inc. Method for determining force applied to an ultrasonic sensor
KR101661629B1 (ko) 2016-03-11 2016-09-30 주식회사 베프스 Pzt 무결정 합금 도금액 및 이를 사용한 pzt 무결정 합금 도금방법
KR101661634B1 (ko) 2016-03-11 2016-09-30 주식회사 베프스 복수의 압전 소자를 선택적으로 활성화 시키는 방법 및 이를 위한 생체정보 인식장치
US9898640B2 (en) 2016-05-02 2018-02-20 Fingerprint Cards Ab Capacitive fingerprint sensing device and method for capturing a fingerprint using the sensing device
US10670716B2 (en) 2016-05-04 2020-06-02 Invensense, Inc. Operating a two-dimensional array of ultrasonic transducers
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
US10325915B2 (en) 2016-05-04 2019-06-18 Invensense, Inc. Two-dimensional array of CMOS control elements
US10706835B2 (en) 2016-05-10 2020-07-07 Invensense, Inc. Transmit beamforming of a two-dimensional array of ultrasonic transducers
US10632500B2 (en) 2016-05-10 2020-04-28 Invensense, Inc. Ultrasonic transducer with a non-uniform membrane
US10452887B2 (en) 2016-05-10 2019-10-22 Invensense, Inc. Operating a fingerprint sensor comprised of ultrasonic transducers
US10539539B2 (en) 2016-05-10 2020-01-21 Invensense, Inc. 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
US10600403B2 (en) 2016-05-10 2020-03-24 Invensense, Inc. Transmit operation of an ultrasonic sensor
US10408797B2 (en) 2016-05-10 2019-09-10 Invensense, Inc. Sensing device with a temperature sensor
US10562070B2 (en) 2016-05-10 2020-02-18 Invensense, Inc. Receive operation of an ultrasonic sensor
US10441975B2 (en) 2016-05-10 2019-10-15 Invensense, Inc. Supplemental sensor modes and systems for ultrasonic transducers
US9785819B1 (en) 2016-06-30 2017-10-10 Synaptics Incorporated Systems and methods for biometric image alignment
US20180206820A1 (en) 2017-01-26 2018-07-26 Carestream Health, Inc. Ultrasound apparatus and method
US10846501B2 (en) 2017-04-28 2020-11-24 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Acoustic biometric touch scanner
US9953205B1 (en) 2017-04-28 2018-04-24 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Acoustic biometric touch scanner
US10474862B2 (en) 2017-06-01 2019-11-12 Invensense, Inc. Image generation in an electronic device using ultrasonic transducers
US10569302B2 (en) 2017-06-26 2020-02-25 Qualcomm Incorporated Biometric sensor with force detection and ultrasonic imaging capability
US10643052B2 (en) 2017-06-28 2020-05-05 Invensense, Inc. Image generation in an electronic device using ultrasonic transducers
US10705656B2 (en) 2017-09-29 2020-07-07 Qualcomm Incorporated System and method for ultrasonic sensing

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150097468A1 (en) * 2013-10-03 2015-04-09 Arman HAJATI Piezoelectric ultrasonic transducer array with switched operational modes
US20160051225A1 (en) * 2014-08-21 2016-02-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Ultrasonic transducers

Also Published As

Publication number Publication date
US20200400800A1 (en) 2020-12-24
CN109196671B (zh) 2023-07-18
EP3453056A1 (en) 2019-03-13
US10656255B2 (en) 2020-05-19
WO2017192890A1 (en) 2017-11-09
CN109196671A (zh) 2019-01-11
US20170322290A1 (en) 2017-11-09
TW201804958A (zh) 2018-02-16
EP3453056B1 (en) 2024-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI751156B (zh) 壓電微機械超音波換能器
US10632500B2 (en) Ultrasonic transducer with a non-uniform membrane
US11471912B2 (en) Supplemental sensor modes and systems for ultrasonic transducers
US11651611B2 (en) Device mountable packaging of ultrasonic transducers
US11673165B2 (en) Ultrasonic transducer operable in a surface acoustic wave (SAW) mode
US20200355824A1 (en) Operating a two-dimensional array of ultrasonic transducers
US11440052B2 (en) Two-dimensional array of CMOS control elements
US10408797B2 (en) Sensing device with a temperature sensor
CN109219817B (zh) 操作由超声换能器构成的指纹传感器
US10936843B2 (en) Segmented image acquisition
US10325915B2 (en) Two-dimensional array of CMOS control elements
US11460957B2 (en) Ultrasonic fingerprint sensor with a contact layer of non-uniform thickness
US20200134280A1 (en) Fingerprint Sensor
US20200061670A1 (en) Reflection minimization for sensor