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作者：刘袁涛;许高斌;杨宇诚;孙百川;季旭;
单位：合肥工业大学微电子学院安徽省MEMS工程技术研究中心;
摘要：针对中频段（200 kHz～2 MHz）空气耦合电容式MEMS超声换能器带宽窄、灵敏度低的问题，文章采用微元结构设计和阵列布局优化的方法实现了具备高灵敏度和宽频带的电容式MEMS超声换能器微元及阵列。微元通过圆环形电极与镍凸环的复合结构调节振膜刚度，使振膜呈现活塞运动模式，从而提升灵敏度；阵列采用异构-同构协同的新型面阵布局，通过横向异构设计（不同微元频带交叠）拓宽带宽，并利用纵向同构设计（相同微元输出叠加）增强整体灵敏度，实现灵敏度和带宽的协同优化。基于COMSOL软件对几何结构进行参数优化和性能仿真，结果表明，设计的电容式MEMS超声换能器微元在1.00 MHz的中心频率下能达到21.00μV·Pa-1/mm2的接收灵敏度和1.05 kPa·V-~1/mm2的发射灵敏度。阵列设计在中频段内实现了111.75%的-6 dB分数带宽和230.15 nA的峰值输出电流。最后，基于MEMS加工工艺设计了电容式MEMS超声换能器的制备工艺，为实际制造提供了具体实验方案。
关键词：超声换能器;;电容式;;异构-同构协同;;宽频带
基金资助：安徽省科技创新攻坚计划项目（202423k09020047）;; 国家重点研发计划项目（2022YFB3205903）
