WO2020211567A1 - 电容式微机械超声换能器及其制备方法、电容式微机械超声换能器面板和显示面板 - Google Patents

电容式微机械超声换能器及其制备方法、电容式微机械超声换能器面板和显示面板 Download PDF

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film transistor
thin film
sensor
ultrasonic transducer
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周婷婷
杨添
刘英明
牛亚男
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京东方科技集团股份有限公司
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    • G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits

Definitions

  • each of the vibrating film layer of the sensor and the protective layer of the thin film transistor is a SiNx layer or includes a stacked SiNx layer and an SiOx layer.
  • the gate insulating layer 27 of the thin film transistor 2 is provided in the same layer as the barrier layer 17 of the sensor 1, and the active layer 26 of the thin film transistor 2 is provided between the gate insulating layer 27 and the protective layer 23 of the thin film transistor 2
  • the cavity 16 of the sensor 1 is arranged between the barrier layer 17 of the sensor 1 and the vibrating membrane layer 13.
  • the gate insulating layer 27 of the thin film transistor 2 and the barrier layer 17 of the sensor 1 may be formed of the same material.
  • the vibration film layer 13 of the sensor 1 and the protective layer of the thin film transistor 2 are formed on the sacrificial layer of the sensor 1 and the active layer 26 of the thin film transistor 2, respectively. 23.
  • the film layer 13 is arranged in the same layer as the first protective layer 23 of the thin film transistor 2, the through hole 15 is formed on the first vibrating film layer 13, and the through hole 15 is in communication with the sacrificial layer, and After the sacrificial layer is removed through the through hole 15 so that the sacrificial layer is formed into a cavity 16, a second vibrating film layer 13 is formed on the first vibrating film layer 13 of the sensor 1. The second vibrating film layer 13 fills the through hole 15 to close the cavity 16.
  • the preparation method further includes: forming a second vibrating film layer 13 on the first vibrating film layer 13 of the sensor 1.
  • a second protective layer 23 is formed on the first protective layer 23 of the transistor 2, and the second vibrating film layer 13 and the second protective layer 23 are provided in the same layer.
  • the preparation method may further include: forming the upper electrode layer 14 of the sensor 1 and the thin film transistor 2 on the second vibration film layer 13 of the sensor 1 and the second protective layer 23 of the thin film transistor 2 respectively.
  • the source electrode 24 and the drain electrode 25, the upper electrode layer 14 is electrically connected to the source electrode 24 or the drain electrode 25, and the upper electrode layer 14 is arranged in the same layer as the source electrode 24 and the drain electrode 25.
  • FIGS. 3 to 7 the components of the capacitive micromachined ultrasonic transducer formed by each step of the method for manufacturing a capacitive micromachined ultrasonic transducer provided in an embodiment of the present invention Schematic diagram.
  • the exemplary preparation method is described as follows in conjunction with the accompanying drawings:
  • a base substrate 10 is provided, and the lower electrode layer 11 of the sensor and the gate 21 of the thin film transistor 2 are formed on the base substrate 10.
  • the lower electrode layer 11 and the gate 21 are provided in the same layer. .
  • the base substrate 10 may be a rigid substrate, such as a glass substrate, or a flexible substrate, such as a plastic substrate.
  • Each of the lower electrode layer 11 and the gate 21 of the thin film transistor 2 may be composed of one or more of the following metals: copper (Cu), aluminum (Al), molybdenum (Mo), niobium (Nb), Neodymium (Nd) and titanium (Ti), for example, may be made of Al, and the thickness of each of the lower electrode layer 11 and the gate 21 of the thin film transistor 2 may be between 0.1 ⁇ m and 1 ⁇ m.
  • each of the gate insulating layer 17 and the barrier layer 27 may be SiNx, and the thickness may be between 0.2 ⁇ m and 0.6 ⁇ m.
  • each of the upper electrode layer 14 and the source electrode 24 and the drain electrode 25 may be composed of one or more of the following metals: Cu, Al, Mo, Nb, Nd, Ti, for example, the upper electrode layer 14
  • the source electrode 24 and the drain electrode 25 may be made of Al, and the thickness of each of the upper electrode layer 14 and the source electrode 24 and the drain electrode 25 may be between 0.1 ⁇ m and 1 ⁇ m.
  • FIGS. 8 to 13 the capacitive micromachined ultrasonic transducer formed by each step of the manufacturing method of another capacitive micromachined ultrasonic transducer provided in the embodiment of the present invention Schematic diagram of the components.
  • the exemplary preparation method is described as follows in conjunction with the accompanying drawings:
  • Each of the lower electrode layer 11 and the gate 21 of the thin film transistor 2 may be composed of one or more of the following metals: Cu, Al, Mo, Nb, Nd, Ti, for example, may be composed of Al,
  • the thickness of each of the electrode layer 11 and the gate 21 of the thin film transistor 2 may be between 0.1 ⁇ m and 1 ⁇ m.
  • Each of the sacrificial layer 12 and the active layer 26 may be amorphous silicon (A-Si) with a thickness between 0.2 ⁇ m and 1 ⁇ m.
  • first vibrating film layer 131 and the second vibrating film layer 132 may jointly constitute the vibrating film layer 13.
  • each of the upper electrode layer 14 and the source 24 and the drain 25 may be composed of one or more of the following metals: Cu, Al, Mo, Nb, Nd, Ti, for example, Al, upper
  • the thickness of each of the electrode layer 14 and the source 24 and the drain 25 may be between 0.1 ⁇ m and 1 ⁇ m.
  • the embodiments of the present disclosure also provide a capacitive micromachined ultrasonic transducer panel, including the aforementioned capacitive micromachined ultrasonic transducer, for example, a plurality of the aforementioned capacitive micromachined ultrasonic transducer arranged in an array.
  • the distance between any two adjacent capacitive micromachined ultrasonic transducers can range from 5 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the embodiments of the present disclosure also provide a display panel including the above-mentioned capacitive micromachined ultrasonic transducer, for example, including a plurality of the above-mentioned capacitive micromachined ultrasonic transducer arranged in an array.
  • the display panel may be a liquid crystal display panel or an OLED display panel or the like.
  • the display panel can be applied to any products or components with display functions such as liquid crystal display devices, electronic paper, OLED display devices, mobile phones, tablet computers, televisions, monitors, notebook computers, digital photo frames, navigators, etc.
  • the capacitive micromachined ultrasonic transducer provided by the embodiments of the present disclosure includes a sensor and a thin film transistor.
  • the sensor includes a base substrate, a lower electrode layer, a vibrating film layer, and an upper electrode layer stacked from bottom to top, wherein the lower electrode layer There is a cavity between the vibrating film layer and the upper electrode layer is connected to the source or drain of the thin film transistor, and the lower electrode layer is set on the same layer as the gate of the thin film transistor, and the vibrating film layer is the same layer as the protective layer of the thin film transistor.
  • the upper electrode layer is arranged in the same layer as the source and drain of the thin film transistor. According to the technical solution of the embodiment of the present disclosure, the thin film transistor and the sensor are combined to form a capacitive micromachined ultrasonic transducer capable of fingerprint recognition, which is simple to implement and has high recognition accuracy.

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Abstract

本公开的实施例公开了一种电容式微机械超声换能器电容式微机械超声换能器及其制备方法、电容式微机械超声换能器面板和显示面板。该电容式微机械超声换能器包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：栅极、源极和漏极；以及传感器。所述传感器包括：由下至上层叠设置的下电极层、振动膜层和上电极层，所述下电极层和所述振动膜层之间存在有空腔，所述上电极层电连接至所述薄膜晶体管的源极或漏极，所述上电极层与所述薄膜晶体管的源极和漏极同层设置，并且所述下电极层与所述薄膜晶体管的栅极同层设置。

Description

电容式微机械超声换能器及其制备方法、电容式微机械超声换能器面板和显示面板
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年4月16日递交中国专利局的、申请号为201910304430.5的中国专利申请的权益，该申请的全部公开内容以引用方式并入本文。
技术领域
本公开的实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种电容式微机械超声换能器(Capacitive micromachined ultrasonic transducer)及其制备方法、电容式微机械超声换能器面板和显示面板。
背景技术
现有的指纹识别技术中，一种是利用超声波进行指纹识别。
发明内容
第一方面，本公开的实施例提供了一种电容式微机械超声换能器，所述电容式微机械超声换能器包括：薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：栅极、源极和漏极；以及传感器，其中：所述传感器包括：由下至上层叠设置的下电极层、振动膜层和上电极层，所述下电极层和所述振动膜层之间存在有空腔，所述上电极层电连接至所述薄膜晶体管的源极或漏极，所述上电极层与所述薄膜晶体管的源极和漏极同层设置，并且所述下电极层与所述薄膜晶体管的栅极同层设置。
在本公开的实施例中，所述薄膜晶体管还包括有源层和设置在有源层上的保护层，所述传感器的所述振动膜层与所述薄膜晶体管的保护层同层设置，所述薄膜晶体管的有源层与所述传感器的空腔同层设置。
在本公开的实施例中，所述薄膜晶体管还包括栅极绝缘层，所述栅极绝缘层覆盖所述薄膜晶体管的栅极，所述传感器还包括阻挡层， 所述阻挡层覆盖所述下电极层，所述薄膜晶体管的栅极绝缘层与所述传感器的阻挡层同层设置，所述薄膜晶体管的有源层设置在所述薄膜晶体管的栅极绝缘层与保护层之间，并且所述传感器的空腔设置在所述传感器的阻挡层与所述振动膜层之间。
在本公开的实施例中，所述薄膜晶体管构造成响应于输入栅极的控制信号，将所述传感器检测的电信号从所述上电极层经由所述薄膜晶体管的漏极或源极输出。
在本公开的实施例中，所述的电容式微机械超声换能器还包括：衬底基板，所述传感器和薄膜晶体管设置在所述衬底基板上。
在本公开的实施例中，所述上电极层和所述振动膜层设置有通孔，且所述通孔与所述空腔连通。
在本公开的实施例中，所述通孔的直径范围为1至10μm。
在本公开的实施例中，所述振动膜层包括层叠的第一振动膜层和第二振动膜层，所述空腔被所述第二振动膜层密封。
在本公开的实施例中，所述电容式微机械超声换能器呈正方形、圆形和六边形中的任意一种形状。
在本公开的实施例中，所述电容式微机械超声换能器呈圆形，所述电容式微机械超声换能器的直径范围为20至300μm。
在本公开的实施例中，所述传感器的所述振动膜层与所述薄膜晶体管的保护层中的每一个是SiNx层或包括层叠的SiNx层和SiOx层。
在本公开的实施例中，所述薄膜晶体管的栅极绝缘层的材料与所述传感器的阻挡层的材料相同。
第二方面，本公开的实施例还提供了一种电容式微机械超声换能器面板，包括如上所述的电容式微机械超声换能器。
第三方面，本公开的实施例还提供了一种显示面板，包括如上所述的电容式微机械超声换能器。
第四方面，本公开的实施例还提供了一种电容式微机械超声换能器的制备方法，包括：提供衬底基板；在所述衬底基板的一侧形成传感器的下电极层和薄膜晶体管的栅极，所述下电极层与所述栅极同层设置；在传感器的下电极层和薄膜晶体管的栅极的远离衬底基板的一 侧形成传感器的牺牲层和薄膜晶体管的有源层，所述牺牲层与所述有源层同层设置；在传感器的牺牲层和薄膜晶体管的有源层上分别形成传感器的振动膜层和薄膜晶体管的保护层，所述振动膜层与所述保护层同层设置，在所述振动膜层上形成有通孔，所述通孔与所述牺牲层连通；以及通过所述通孔，将所述牺牲层去除，使所述牺牲层形成空腔。
在本公开的实施例中，所述的电容式微机械超声换能器的制备方法还包括：在所述传感器的振动膜层和薄膜晶体管的保护层上分别形成上电极层和源极和漏极，其中，所述通孔在所述衬底基板上的正投影在所述上电极层在所述衬底基板上的正投影之外，所述上电极层电连接至所述源极或漏极，且所述上电极层与所述源极和所述漏极同层设置。
在本公开的实施例中，所述的电容式微机械超声换能器的制备方法还包括：在所述衬底基板的一侧形成传感器的下电极层和薄膜晶体管的栅极之后，并且在传感器的下电极层和薄膜晶体管的栅极的远离衬底基板的一侧形成传感器的牺牲层和薄膜晶体管的有源层之前，形成所述薄膜晶体管的栅极绝缘层和所述传感器的阻挡层，所述栅极绝缘层覆盖所述薄膜晶体管的栅极，所述阻挡层覆盖所述传感器的下电极层，所述薄膜晶体管的栅极绝缘层与所述传感器的阻挡层同层设置，所述薄膜晶体管的有源层设置在所述薄膜晶体管的栅极绝缘层与保护层之间，并且所述传感器的空腔设置在所述传感器的阻挡层与所述振动膜层之间。
在本公开的实施例中，在传感器的牺牲层和薄膜晶体管的有源层上分别形成传感器的振动膜层和薄膜晶体管的保护层，包括：在传感器的牺牲层和薄膜晶体管的有源层上分别形成传感器的第一振动膜层和薄膜晶体管的第一保护层，所述传感器的第一振动膜层与所述薄膜晶体管的第一保护层同层设置，在所述第一振动膜层上形成有所述通孔，所述通孔与所述牺牲层连通，以及在通过所述通孔，将所述牺牲层去除，使所述牺牲层形成空腔之后，在所述传感器的第一振动膜层上形成第二振动膜层，所述第二振动膜层填充所述通孔，使所述空 腔封闭。
在本公开的实施例中，所述的电容式微机械超声换能器的制备方法还包括：在所述传感器的第一振动膜层上形成第二振动膜层的同时在所述薄膜晶体管的第一保护层上形成第二保护层，所述第二振动膜层与所述第二保护层同层设置。
在本公开的实施例中，所述的电容式微机械超声换能器的制备方法还包括：在所述传感器的第二振动膜层和所述薄膜晶体管的第二保护层上分别形成所述传感器的上电极层和所述薄膜晶体管的源极和漏极，所述上电极层电连接至所述源极或漏极，且所述上电极层与所述源极和所述漏极同层设置。
在本公开的实施例中，所述牺牲层与所述有源层由非晶硅形成。
在本公开的实施例中，所述传感器的所述振动膜层与所述薄膜晶体管的保护层中的每一个是SiNx层或包括层叠的SiNx层和SiOx层。
在本公开的实施例中，所述薄膜晶体管的栅极绝缘层与所述传感器的阻挡层由相同的材料形成。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本公开的实施例提供的一种电容式微机械超声换能器的结构示意图；
图2为本公开的实施例提供的另一种电容式微机械超声换能器的结构示意图；
图3至图7为本发明实施例中提供的一种电容式微机械超声换能器的制备方法的各个步骤所形成的电容式微机械超声换能器的组件的示意图；
图8至图13为本发明实施例中提供的另一种电容式微机械超声换能器的制备方法的各个步骤所形成的电容式微机械超声换能器的组件的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本公开，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
本公开的实施例提供了一种电容式微机械超声换能器。参见图1和图2，所述电容式微机械超声换能器包括：薄膜晶体管2和传感器1。所述薄膜晶体管2包括：栅极21、源极24和漏极25。所述传感器1包括：由下至上层叠设置的下电极层11、振动膜层13和上电极层14，所述下电极层11和所述振动膜层13之间存在有空腔16，所述上电极层14电连接至所述薄膜晶体管2的源极24或漏极25，所述上电极层14与所述薄膜晶体管2的源极24和漏极25同层设置，并且所述下电极层11与所述薄膜晶体管2的栅极21同层设置。所述电容式微机械超声换能器还包括：衬底基板10，所述传感器1和薄膜晶体管2设置在所述衬底基板10上。
在本公开的实施例中，参见图1和图2，所述薄膜晶体管2还包括有源层26和设置在有源层26上的保护层23，所述传感器1的所述振动膜层13与所述薄膜晶体管2的保护层23同层设置，所述薄膜晶体管2的有源层26与所述传感器1的空腔16同层设置。所述传感器1的所述振动膜层13与所述薄膜晶体管2的保护层23中的每一个可以是SiNx层或包括层叠的SiNx层和SiOx层。例如，所述薄膜晶体管2构造成响应于输入栅极21的控制信号，将所述传感器1检测的电信号从所述上电极层14经由所述薄膜晶体管2的漏极25或源极24输出。
在本公开的实施例中，参见图1和图2，所述薄膜晶体管2还包括栅极绝缘层27，所述栅极绝缘层27覆盖所述薄膜晶体管2的栅极21，所述传感器1还包括阻挡层17，所述阻挡层17覆盖所述下电极 层11，所述薄膜晶体管2的栅极绝缘层27与所述传感器1的阻挡层17同层设置，所述薄膜晶体管2的有源层26设置在所述薄膜晶体管2的栅极绝缘层27与保护层23之间，并且所述传感器1的空腔16设置在所述传感器1的阻挡层17与所述振动膜层13之间。所述薄膜晶体管2的栅极绝缘层27的材料与所述传感器1的阻挡层17的材料相同。
在本公开的示例中，参考图1和图2，为本公开的实施例提供的电容式微机械超声换能器的结构示意图。其中，电容式微机械超声换能器包括传感器1和薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)2，其中：
传感器1包括由下至上层叠设置的衬底基板10、下电极层11、振动膜层13和上电极层14，其中，下电极层11和振动膜层13之间形成有空腔16。
其中，上电极层14连接薄膜晶体管的源极24或漏极25，且下电极层11与薄膜晶体管的栅极21同层设置，振动膜层13与薄膜晶体管的保护层23同层设置，上电极层14与薄膜晶体管的源极24或漏极25同层设置，空腔16与薄膜晶体管的有源层26同层设置。
在本公开的实施例中，空腔16可以呈封闭状态或者未封闭状态。
如图1中所示，空腔16呈未封闭状态。具体的，上电极层11和振动膜层13设置有通孔15，通孔15与空腔16连通，从而使得空腔16呈未封闭状态。
在本公开的实施例中，通孔15的直径范围可以在1μm至10μm之间。
如图2所示，在本公开的实施例中，空腔16呈封闭状态。具体的，振动膜层13可以包括第一振动膜层131和第二振动膜层132，空腔16可以是被第二振动膜层132密封而呈封闭状态，例如，通过第二振动膜层132覆盖在第一振动膜层131上，而封闭第一振动膜层131中在形成空腔16时所用的通孔15，使空腔16被密封而呈封闭状态。
上述电容式微机械超声换能器可以为正方形、圆形和六边形中的 任意一种形状。当电容式微机械超声换能器呈圆形时，电容式微机械超声换能器的直径范围可以在20μm至300μm之间。
本公开的实施例提供的电容式微机械超声换能器，将薄膜晶体管和传感器结合形成了超声波指纹识别结构，能够进行指纹识别，工艺简单且识别精度高。
本公开的实施例还提供了一种电容式微机械超声换能器的制备方法。参见图1至图13，该制备方法包括：提供衬底基板10；在所述衬底基板10的一侧形成传感器1的下电极层11和薄膜晶体管2的栅极21，所述下电极层11与所述栅极21同层设置；在传感器1的下电极层11和薄膜晶体管2的栅极21的远离衬底基板10的一侧形成传感器1的牺牲层和薄膜晶体管2的有源层26，所述牺牲层与所述有源层26同层设置；在传感器1的牺牲层和薄膜晶体管2的有源层26上分别形成传感器1的振动膜层13和薄膜晶体管2的保护层23，所述振动膜层13与所述保护层23同层设置，在所述振动膜层13上形成有通孔15，所述通孔15与所述牺牲层连通；以及通过所述通孔15，将所述牺牲层去除，使所述牺牲层形成空腔16。所述牺牲层与所述有源层26可以由非晶硅形成。如下面的示例中所述，通过所述通孔15，用10％d的四甲基氢氧化铵(tetramethylammonium hydroxide，TMAH)溶液在70℃下浸泡，即可将组成牺牲层12的非晶硅去除。所述传感器1的所述振动膜层13与所述薄膜晶体管2的保护层23中的每一个可以是SiNx层或包括层叠的SiNx层和SiOx层。
在本公开的实施例中，参见图1、图3至图7，该制备方法还包括：在所述传感器1的振动膜层13和薄膜晶体管2的保护层23上分别形成上电极层14和源极24和漏极25，其中，所述通孔15在所述衬底基板10上的正投影在所述上电极层14在所述衬底基板10上的正投影之外，所述上电极层14电连接至所述源极24或漏极25，且所述上电极层14与所述源极24和所述漏极25同层设置。
在本公开的实施例中，参见图1至图13、该制备方法还包括：在所述衬底基板10的一侧形成传感器1的下电极层11和薄膜晶体管 2的栅极21之后，并且在传感器1的下电极层11和薄膜晶体管2的栅极21的远离衬底基板10的一侧形成传感器1的牺牲层和薄膜晶体管2的有源层26之前，形成所述薄膜晶体管2的栅极绝缘层27和所述传感器1的阻挡层17，所述栅极绝缘层27覆盖所述薄膜晶体管2的栅极21，所述阻挡层17覆盖所述传感器1的下电极层11，所述薄膜晶体管2的栅极绝缘层27与所述传感器1的阻挡层17同层设置，所述薄膜晶体管2的有源层26设置在所述薄膜晶体管2的栅极绝缘层27与保护层23之间，并且所述传感器1的空腔16设置在所述传感器1的阻挡层17与所述振动膜层13之间。所述薄膜晶体管2的栅极绝缘层27与所述传感器1的阻挡层17可以由相同的材料形成。
在本公开的实施例中，参见图2、图8至图13，在传感器1的牺牲层和薄膜晶体管2的有源层26上分别形成传感器1的振动膜层13和薄膜晶体管2的保护层23，包括：在传感器1的牺牲层和薄膜晶体管2的有源层26上分别形成传感器1的第一振动膜层13和薄膜晶体管2的第一保护层23，所述传感器1的第一振动膜层13与所述薄膜晶体管2的第一保护层23同层设置，在所述第一振动膜层13上形成有所述通孔15，所述通孔15与所述牺牲层连通，以及在通过所述通孔15，将所述牺牲层去除，使所述牺牲层形成空腔16之后，在所述传感器1的第一振动膜层13上形成第二振动膜层13，所述第二振动膜层13填充所述通孔15，使所述空腔16封闭。
在本公开的实施例中，参见图2、图8至图13，该制备方法还包括：在所述传感器1的第一振动膜层13上形成第二振动膜层13的同时在所述薄膜晶体管2的第一保护层23上形成第二保护层23，所述第二振动膜层13与所述第二保护层23同层设置。该制备方法还可以包括：在所述传感器1的第二振动膜层13和所述薄膜晶体管2的第二保护层23上分别形成所述传感器1的上电极层14和所述薄膜晶体管2的源极24和漏极25，所述上电极层14电连接至所述源极24或漏极25，且所述上电极层14与所述源极24和所述漏极25同层设置。
在本公开的一个示例中，参考图3至图7，为本发明实施例中提供的一种电容式微机械超声换能器的制备方法的各个步骤所形成的 电容式微机械超声换能器的组件的示意图。下面结合附图对该示例性的制备方法描述如下：
如图3所示，提供一衬底基板10，并在该衬底基板10上形成传感器的下电极层11和薄膜晶体管2的栅极21，其中，下电极层11和栅极21同层设置。
其中，衬底基板10可以采用刚性基板，例如玻璃基板，也可以采用柔性基板，例如塑料基板。
下电极层11和薄膜晶体管2的栅极21中的每一个可以采用下述金属中的一种或多种构成：铜(Cu)，铝(Al)，钼(Mo)，铌(Nb)，钕(Nd)，钛(Ti)，例如可以采用Al构成，下电极层11和薄膜晶体管2的栅极21中的每一个的厚度可以在0.1μm至1μm之间。
如图4所示，在下电极层11和栅极21上首先分别形成一层栅极绝缘层17和阻挡层27，再在阻挡层27和栅极绝缘层17上分别形成传感器的牺牲层12和薄膜晶体管2的有源层22，其中，牺牲层12和有源层22同层设置。
其中，栅极绝缘层17和阻挡层27同层设置，栅极绝缘层17和阻挡层27中的每一个可以采用SiNx，厚度可以在0.2μm至0.6μm之间。
牺牲层12和有源层22中的每一个可以采用非晶硅(amorphous silicon，A-Si)，厚度在0.2μm至1μm之间。
如图5所示，在电容式微机械超声换能器的牺牲层12上形成与薄膜晶体管2的保护层23同层设置的振动膜层13，并在振动膜层13上形成至少一个通孔15，该通孔15与牺牲层12连通，以及在薄膜晶体管2上形成保护层23，其中，振动膜层13与保护层23同层设置。
其中，振动膜层13和薄膜晶体管2的保护层23中的每一个可以采用SiNx层或包括层叠的SiNx层和SiOx层，振动膜层13和保护层23中的每一个的厚度在0.2μm至1μm之间。
如图6所示，在振动膜层13上形成上电极层14，该上电极层14未填充通孔15，以及在薄膜晶体管2的保护层23上形成源级24和 漏级25，其中，上电极层14连接至源极24或漏极25，且上电极层14与源极24和漏极25同层设置。
其中，上电极层14和源极24和漏极25中的每一个可以采用下述金属中的一种或多种构成：Cu，Al，Mo，Nb，Nd，Ti，例如，上电极层14和源极24和漏极25可以采用Al构成，上电极层14和源极24和漏极25中的每一个的厚度可以在0.1μm至1μm之间。
如图7所示，通过通孔15可以将牺牲层12去除，使牺牲层12形成空腔16。
具体的，上电极层14和保护层23开孔后，用10％d的四甲基氢氧化铵(tetramethylammonium hydroxide，TMAH)溶液在70℃下浸泡，即可将组成牺牲层12的非晶硅去除，刻蚀速率大于500nm/min，经过此刻蚀处理后漏电流会有一定程度增加，但不会对薄膜晶体管2的特性产生很大影响。
在本公开的另一个示例中，参考图8至图13，为本发明实施例中提供的另一种电容式微机械超声换能器的制备方法的各个步骤所形成的电容式微机械超声换能器的组件的示意图。下面结合附图对该示例性的制备方法描述如下：
如图8所示，提供一衬底基板10，并在该衬底基板10上形成传感器的下电极层11和薄膜晶体管2的栅极21，其中，下电极层11和栅极21同层设置。
其中，衬底基板10可以采用刚性基板，例如玻璃基板，也可以采用柔性基板，例如塑料基板。
下电极层11和薄膜晶体管2的栅极21中的每一个可以采用下述金属中的一种或多种构成：Cu，Al，Mo，Nb，Nd，Ti，例如，可以采用Al构成，下电极层11和薄膜晶体管2的栅极21中的每一个的厚度可以在0.1μm至1μm之间。
如图9所示，在下电极层11和栅极21上首先分别形成一层栅极绝缘层17和阻挡层27，再在阻挡层27和栅极绝缘层17上分别形成传感器的牺牲层12和薄膜晶体管2的有源层26，其中，牺牲层12和有源层26同层设置。
其中，栅极绝缘层17和阻挡层27同层设置，栅极绝缘层17和阻挡层27中的每一个可以采用SiNx，厚度可以在0.2μm至0.6μm之间。
牺牲层12和有源层26中的每一个可以采用非晶硅(amorphous silicon，A-Si)，厚度在0.2μm至1μm之间。
如图10所示，在电容式微机械超声换能器的牺牲层12上形成第一振动膜层131，并在第一振动膜层131上形成至少一个通孔15，该通孔15与牺牲层12连通，以及在有源层26上形成的第一保护层231，其中，牺牲层12和有源层26同层设置。
如图11所示，通过通孔15将牺牲层12去除，使牺牲层12形成空腔16。
如图12所示，在第一振动膜层131上形成第二振动膜层132，该第二振动膜层132填充通孔15，使牺牲层12形成的空腔16封闭，以及在第一保护层231上形成第二保护层232，其中，第二振动膜层132与第二保护层232同层设置。
其中，第一振动膜层131和第二振动膜层132可以共同组成振动膜层13。
其中，第一振动膜层131和第二振动膜层132中的每一个可以采用SiNx层或包括层叠的SiNx层和SiOx层，第一振动膜层131和第二振动膜层132的每一个的厚度在0.2μm至1μm之间。第一保护层231和第二保护层232中的每一个可以采用SiNx层或包括层叠的SiNx层和SiOx层，第一保护层231和第二保护层232的每一个的厚度在0.2μm至1μm之间。
如图13所示，在振动膜层13上形成上电极层14，以及在第二保护层23上形成源级24和漏级25，其中，上电极层14连接至源极24或漏极25，且上电极层14与源极24和漏极25同层设置。
其中，上电极层14和源级24和漏级25中的每一个可以采用下述金属中的一种或多种构成：Cu，Al，Mo，Nb，Nd，Ti，例如可以采用Al，上电极层14和源级24和漏级25中的每一个的厚度可以在0.1μm至1μm之间。
本公开的实施例提供的电容式微机械超声换能器的制备方法，将薄膜晶体管和传感器结合形成了超声波指纹识别结构，能够进行指纹识别，工艺简单且识别精度高。
基于同一发明构思，本公开的实施例还提供了一种电容式微机械超声换能器面板，包括上述电容式微机械超声换能器，例如包括阵列排列的多个上述电容式微机械超声换能器。
当电容式微机械超声换能器面板中的电容式微机械超声换能器为圆形时，任意两个相邻的电容式微机械超声换能器的间距范围可以在5μm至50μm之间。
对于该电容式微机械超声换能器面板的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解的，在此不予赘述。
基于同一发明构思，本公开的实施例还提供了一种显示面板，包括上述电容式微机械超声换能器，例如包括阵列排列的多个上述电容式微机械超声换能器。该显示面板可以是液晶显示面板或OLED显示面板等。所述显示面板可以应用于：液晶显示装置、电子纸、OLED显示装置、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
对于该显示面板的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解的，在此不予赘述。
本公开的实施例提供的电容式微机械超声换能器，包括传感器和薄膜晶体管，传感器包括由下至上层叠设置的衬底基板、下电极层、振动膜层和上电极层，其中，下电极层和振动膜层之间存在有空腔，上电极层连接至薄膜晶体管的源极或漏极，且下电极层与薄膜晶体管的栅极同层设置，振动膜层与薄膜晶体管的保护层同层设置，上电极层与薄膜晶体管的源极和漏极同层设置。按照本公开的实施例的技术方案，将薄膜晶体管和传感器结合形成了能够进行指纹识别的电容式微机械超声换能器，实现简单且识别精度高。
虽然本公开所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本公开而采用的实施方式，并非用以限定本公开。任何本领域所属领域内的技术人员，在不脱离本公开所揭露的精神和范围的前提下，可 以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本公开的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (23)

  1. 一种电容式微机械超声换能器，所述电容式微机械超声换能器包括：
    薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：栅极、源极和漏极；以及
    传感器，其中：
    所述传感器包括：由下至上层叠设置的下电极层、振动膜层和上电极层，所述下电极层和所述振动膜层之间存在有空腔，所述上电极层电连接至所述薄膜晶体管的源极或漏极，所述上电极层与所述薄膜晶体管的源极和漏极同层设置，并且所述下电极层与所述薄膜晶体管的栅极同层设置。
  2. 根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能器，其中：
    所述薄膜晶体管还包括有源层和设置在有源层上的保护层，所述传感器的所述振动膜层与所述薄膜晶体管的保护层同层设置，所述薄膜晶体管的有源层与所述传感器的空腔同层设置。
  3. 根据权利要求2所述的电容式微机械超声换能器，其中：
    所述薄膜晶体管还包括栅极绝缘层，所述栅极绝缘层覆盖所述薄膜晶体管的栅极，所述传感器还包括阻挡层，所述阻挡层覆盖所述下电极层，所述薄膜晶体管的栅极绝缘层与所述传感器的阻挡层同层设置，所述薄膜晶体管的有源层设置在所述薄膜晶体管的栅极绝缘层与保护层之间，并且所述传感器的空腔设置在所述传感器的阻挡层与所述振动膜层之间。
  4. 根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能器，其中：
    所述薄膜晶体管构造成响应于输入栅极的控制信号，将所述传感器检测的电信号从所述上电极层经由所述薄膜晶体管的漏极或源极输出。
  5. 根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能器，还包括：
    衬底基板，所述传感器和薄膜晶体管设置在所述衬底基板上。
  6. 根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能器，其中：
    所述上电极层和所述振动膜层设置有通孔，且所述通孔与所述空 腔连通。
  7. 根据权利要求6所述的电容式微机械超声换能器，其中；
    所述通孔的直径范围为1至10μm。
  8. 根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能器，其中：
    所述振动膜层包括层叠的第一振动膜层和第二振动膜层，所述空腔被所述第二振动膜层密封。
  9. 根据权利要求1-8任一项所述的电容式微机械超声换能器，其中，
    所述电容式微机械超声换能器呈正方形、圆形和六边形中的任意一种形状。
  10. 根据权利要求1-8任一项所述的电容式微机械超声换能器，其中，
    所述电容式微机械超声换能器呈圆形，所述电容式微机械超声换能器的直径范围为20至300μm。
  11. 根据权利要求2所述的电容式微机械超声换能器，其中：
    所述传感器的所述振动膜层与所述薄膜晶体管的保护层中的每一个是SiNx层或包括层叠的SiNx层和SiOx层。
  12. 根据权利要求3所述的电容式微机械超声换能器，其中：
    所述薄膜晶体管的栅极绝缘层的材料与所述传感器的阻挡层的材料相同。
  13. 一种电容式微机械超声换能器面板，包括如权利要求1-12中任一项所述的电容式微机械超声换能器。
  14. 一种显示面板，包括如权利要求1-12中任一项所述的电容式微机械超声换能器。
  15. 一种电容式微机械超声换能器的制备方法，包括：
    提供衬底基板；
    在所述衬底基板的一侧形成传感器的下电极层和薄膜晶体管的栅极，所述下电极层与所述栅极同层设置；
    在传感器的下电极层和薄膜晶体管的栅极的远离衬底基板的一侧形成传感器的牺牲层和薄膜晶体管的有源层，所述牺牲层与所述有 源层同层设置；
    在传感器的牺牲层和薄膜晶体管的有源层上分别形成传感器的振动膜层和薄膜晶体管的保护层，所述振动膜层与所述保护层同层设置，在所述振动膜层上形成有通孔，所述通孔与所述牺牲层连通；以及
    通过所述通孔，将所述牺牲层去除，使所述牺牲层形成空腔。
  16. 根据权利要求15所述的电容式微机械超声换能器的制备方法，还包括：
    在所述传感器的振动膜层和薄膜晶体管的保护层上分别形成上电极层和源极和漏极，其中，所述通孔在所述衬底基板上的正投影在所述上电极层在所述衬底基板上的正投影之外，所述上电极层电连接至所述源极或漏极，且所述上电极层与所述源极和所述漏极同层设置。
  17. 根据权利要求15所述的电容式微机械超声换能器的制备方法，还包括：
    在所述衬底基板的一侧形成传感器的下电极层和薄膜晶体管的栅极之后，并且在传感器的下电极层和薄膜晶体管的栅极的远离衬底基板的一侧形成传感器的牺牲层和薄膜晶体管的有源层之前，
    形成所述薄膜晶体管的栅极绝缘层和所述传感器的阻挡层，所述栅极绝缘层覆盖所述薄膜晶体管的栅极，所述阻挡层覆盖所述传感器的下电极层，所述薄膜晶体管的栅极绝缘层与所述传感器的阻挡层同层设置，所述薄膜晶体管的有源层设置在所述薄膜晶体管的栅极绝缘层与保护层之间，并且所述传感器的空腔设置在所述传感器的阻挡层与所述振动膜层之间。
  18. 根据权利要求15所述的电容式微机械超声换能器的制备方法，其中：
    在传感器的牺牲层和薄膜晶体管的有源层上分别形成传感器的振动膜层和薄膜晶体管的保护层，包括：在传感器的牺牲层和薄膜晶体管的有源层上分别形成传感器的第一振动膜层和薄膜晶体管的第一保护层，所述传感器的第一振动膜层与所述薄膜晶体管的第一保护层同层设置，在所述第一振动膜层上形成有所述通孔，所述通孔与所 述牺牲层连通，以及
    在通过所述通孔，将所述牺牲层去除，使所述牺牲层形成空腔之后，在所述传感器的第一振动膜层上形成第二振动膜层，所述第二振动膜层填充所述通孔，使所述空腔封闭。
  19. 根据权利要求18所述的电容式微机械超声换能器的制备方法，还包括：
    在所述传感器的第一振动膜层上形成第二振动膜层的同时在所述薄膜晶体管的第一保护层上形成第二保护层，所述第二振动膜层与所述第二保护层同层设置。
  20. 根据权利要求19所述的电容式微机械超声换能器的制备方法，还包括：
    在所述传感器的第二振动膜层和所述薄膜晶体管的第二保护层上分别形成所述传感器的上电极层和所述薄膜晶体管的源极和漏极，所述上电极层电连接至所述源极或漏极，且所述上电极层与所述源极和所述漏极同层设置。
  21. 根据权利要求15所述的电容式微机械超声换能器的制备方法，其中：
    所述牺牲层与所述有源层由非晶硅形成。
  22. 根据权利要求15所述的电容式微机械超声换能器的制备方法，其中：
    所述传感器的所述振动膜层与所述薄膜晶体管的保护层中的每一个是SiNx层或包括层叠的SiNx层和SiOx层。
  23. 根据权利要求17所述的电容式微机械超声换能器的制备方法，其中：
    所述薄膜晶体管的栅极绝缘层与所述传感器的阻挡层由相同的材料形成。
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