imec基于AlScN压电材料开发新一代PMUT超声成像
2023-08-24 08:53:54 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
imec展示了采用氮化铝钪（AlScN）的第二代PMUT阵列。与上一代相比，第二代PMUT阵列的声压提高了10倍。这一进步为曲面上的复杂超声应用铺平了道路，有望变革医学成像和监测应用。
通过向人体发射高频声波并将其回波转换为电信号，可以构建体内实时图像。通过超声成像对子宫内的胎儿进行非侵入性可视化已得到广泛认可。除了医学成像，超声波还可以应用于汽车、虚拟现实（VR）/增强现实（AR）应用以及其他领域的生物识别和手势识别。
目前，超声换能器通常采用硅基半导体设备来生产。对于大面积覆盖的高分辨率医学成像，需要大尺寸传感器，这对于硅基传感器来说具有挑战性，因为其每平方毫米的成本很高。
用于大面积成像的PMUT阵列
2021年，比利时微电子研究中心（imec）推出了一种与平板显示器（FPD）工艺技术兼容的压电式微机械超声换能器（PMUT）阵列。得益于其由基于硅晶圆的工艺转向FPD兼容工艺，有望推动超声换能器的成本效益升级。
具体来说，由于其与现有薄膜晶体管背板的兼容性，并且这种换能器技术不受晶圆尺寸限制，因此，PMUT阵列的大面积处理成为可能。不过，这种聚合物压电材料的性能还不足以实现高质量的医学成像。
据麦姆斯咨询报道，现在，imec展示了采用另一种压电材料——氮化铝钪（AlScN）的第二代PMUT阵列。随着早期使用玻璃基板取代晶体硅基板，面积限制已被解决。此外，与上一代相比，第二代PMUT阵列的声压提高了10倍。
采用压电材料AlScN制成的第二代PMUT阵列
该阵列采用AlScN压电层，可在10 cm的水中实现了令人印象深刻的图像采集和波束控制。这一进步为曲面上的复杂超声应用铺平了道路，有望变革医学成像和监测应用。
柔性超声成像的前景
下一步研究包括使技术更加成熟，并将器件调谐到特定频率。在此过程中，这项技术将能够在曲面上（例如人体或汽车仪表板上）实现大尺寸超声换能器阵列，从而有助于在大型非平面表面上集成超声波功能。由此，令人兴奋的超声波创新应用机遇即将兴起。
PMUT工艺流程示意图
imec通过与Pulsify Medical合作，打造了一款用于心脏监测的概念验证医疗贴片，为医院外的非侵入性纵向监测铺平了道路。因此，双方的合作使无需医生操作的非侵入性心脏监测向现实迈进了一大步。
PMUT器件特性图，插图显示了所制造的PMUT显微镜图像以及相应的腔体剖面图
作为欧盟资助的“Listen2Future”项目的一部分，这种柔性超声贴片的进一步开发正在进行中。Listen2future是由欧盟资助的项目，由英飞凌科技（Infineon Technology）负责协调，与来自7个国家的27个合作伙伴一起解决压电声学换能器挑战并进行基准测试。
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