一种与FPD工艺技术兼容的压电式微机械超声换能器PMUT阵列

据麦姆斯咨询报道，在日前举办的2022年IEEE国际超声研讨会（2022 IEEE International Ultrasonics Symposium）上，世界领先的纳米电子学和数字技术研究与创新中心imec展示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，表现出高于1 kPa的隔空声压，该声压水平足以实现隔空触觉和定向发声等新兴超声应用。

从基于硅晶圆的工艺转向与平板显示器兼容的工艺，为PMUT技术在智能手机和汽车仪表板等热门领域集成隔空触觉应用打开了大门，并赋能振动触觉、飞行时间（ToF）3D传感以及手势识别等未来应用。该PMUT技术可用于在汽车以及包括游戏在内的消费类应用中创建非接触式人机交互屏幕。

（a）大面积PMUT阵列；（b）细节放大图，22个500 µm直径的PMUT环形相控阵列

超声技术可为智能系统提供触觉反馈。在隔空触觉应用中，超声波能够建立局部压力场，使用户在不接触物体的情况下“感觉”到轻微的触感。此类应用要求低超声频率下产生高压。目前的解决方案需要大尺寸标准压电元件，其产生的频率相对较高，阻碍了与用户的精确交互。

另一方面，小型硅基微机械超声换能器（MUT）阵列只能在小范围内实现短距离的触觉反馈。imec此次开发的PMUT技术与平板显示器制造工艺本质上更兼容。因此，它能够以前所未有的面积和体验深度为各类新兴触觉应用铺平道路。

PMUT阵列中心上方30 mm高度处测得的峰值焦点压力

这款平板显示器兼容的PMUT阵列为低频、高压器件填补了隔空触觉应用的利基市场。imec展示了在200至400 kHz范围内的共振频率下可以隔空产生约1.5 kPa的峰值压力，成功复制了其硅晶圆平台上的隔空触觉反馈的性能指标。

“我们正在为感兴趣的客户提供平板显示器技术和原型解决方案演示。此外，我们还在寻找在大面积面板和基板上批量生产的合作伙伴。”imec下属MEMS超声波项目总监Erwin Hijzen表示。

imec传感器和执行器研究员Xavier Rottenberg总结道：“将我们的PMUT技术集成到大型面板和显示器中，是我们实现大尺寸传感表面愿景的一个重要里程碑。从用于体内成像的超声换能器开始，我们现在开始扩展到触觉反馈等隔空应用。”

审核编辑：刘清