多物理模拟和分析Sc-Doped AlN薄膜基于压电微加工超声波变频器的有限元方法
Xiaonan Liu1,2, Qiaozhen Zhang1, Mingzhu Chen1
1Shanghai Normal University, Shanghai 200234, China.
Micromachines
|October 28, 2023
概括
这项研究介绍了一种新的零电微机超声波传感器 (PMUT),使用酸化 (ScAlN). 优化Sc合提高PMUT性能,提供可调和改进的超声波应用.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术 纳米技术
- 声学 声学 在声学方面
背景情况:
- 压电微机超声波传感器 (PMUT) 对于各种传感应用至关重要.
- 优化材料性能是提高PMUT性能的关键.
- 酸化 (ScAlN) 在先进的压电器件方面表现有前途.
研究的目的:
- 调查ScAlN中Sc兴奋剂度对PMUT性能的影响.
- 分析基于ScAlN的PMUT的共振频率,电机械合和灵敏度.
- 为改进的PMUT提供设计指南.
主要方法:
- 制造一个多层PMUT结构 (Pt/ScAlN/Mo/SiO2/Si/SiO2/Si).
- 使用有限元法进行多物理建模.
- 分析Sc兴奋剂度对关键PMUT参数的影响.
主要成果:
- 使用基于ScAlN的PMUT实现的共振频率超过20MHz.
- 有效的机电合系数 (keff2) 随着Sc合而增加.
- 静态接收灵敏度提高到1.61mV/kPa,传输灵敏度提高到152.95pm/V,使用35%的Sc合剂.
- 一个2x2 PMUT阵列与35%的Sc兴奋剂显示了16dB的灵敏度改善.
结论:
- PMUT的性能是可调节的,可以通过优化ScAlN中的Sc兴奋剂度来显著提高.
- 拟议的多层结构和ScAlN材料为高性能PMUT提供了一个有前途的平台.
- 结果为PMUT的实际设计和应用提供了有价值的指导方针.
