本發(fā)明屬于電子核心產業(yè)中敏感元件及傳感器制造領域，具體涉及一種壓電mems聲學器件及其制造方法。

背景技術：

1、壓電mems聲學器件是一種將壓電效應應用于微機電系統(mems，micro-electro-mechanical?system)的聲學傳感器，通過利用壓電薄膜與硅基板形成的復合結構的彎曲振動，實現電能與機械能的轉換，并通過與周圍的流體介質的機械能量傳遞，實現聲波的發(fā)射和接收。目前壓電mems聲學器件廣泛應用于智能設備、音響設備、醫(yī)療設備等領域。與傳統的聲學器件相比，壓電mems聲學器件具有結構緊湊、優(yōu)形狀可調、不需要直流電壓、易與電路集成、響應速度快、不受電磁干擾等優(yōu)勢。

2、目前關于壓電mems聲學器件采用的結構多為懸臂梁或隔板結構，具有可靠的穩(wěn)定性、防塵性與防潮性。上述的壓電mems聲學器件主要存在發(fā)射和接收靈敏度的不高的問題，盡管可以通過優(yōu)化設計方案來提高靈敏度，但提升的幅度十分有限。因此，期望一種新的結構，能夠有效提升器件的靈敏度。

技術實現思路

1、針對現有壓電mems聲學器件領域中存在的靈敏度問題，本發(fā)明提供了一種基于雙壓電層的壓電mems聲學換能器結構及其制造方法；本發(fā)明主要思路以雙壓電層結構為主，壓電層還可以根據需要進一步增加，更多的壓電層結構與本發(fā)明設計思路相似；具體地：

2、一種壓電mems聲學器件，該器件結構從下至上依次為：襯底、絕緣層、硅基板、多層復合膜結構、保護層；其中，多層復合膜結構由電極層與壓電層交替生長形成，且多層復合膜的第一層和最后一層均為電極層；多層復合膜結構上設置有焊盤；保護層覆蓋在器件上表面；襯底與絕緣層中部設有懸空的背腔結構；硅基板、多層復合膜結構、保護層通過一個與背腔連通的開孔連接。

3、優(yōu)選地，壓電mems聲學器件還包括梁結構，梁結構均勻分布在器件開孔周圍，并以器件開孔為中心點對稱；

4、進一步地，梁結構采用斷開梁結構，即梁與多層復合膜結構斷開。

5、一種壓電mems聲學器件的制造方法，該方法包括：

6、s1、在soi片或高阻硅片上生長多層復合薄膜；

7、s2、對多層復合薄膜進行光刻和刻蝕，將多層復合薄膜圖形化；

8、s3、在圖形化后的復合薄膜上生長保護層；

9、s4、對保護層進行光刻和刻蝕，將保護層圖形化；

10、s5、在圖形化后的保護層的預留區(qū)域上生長焊盤；

11、s6、對s5得到的器件進行背腔加工，形成可以振動的懸空振膜結構。

12、本發(fā)明的有益效果有：

13、本發(fā)明通過引入多層復合膜結構，增加了壓電材料的體積，有效提高了結構的能量轉換效率，進而解決了壓電mems聲學傳感器靈敏度相對較低的問題，特別是發(fā)射靈敏度方面；通過引入一種中心對稱的梁結構，有效解決了振膜振動位移分布失衡的問題；通過引入一種與多層復合膜斷開的梁結構，有效消除了振動反相區(qū)對結構靈敏度的影響；為提高壓電mems聲學傳感器的靈敏度提供了設計思路。

技術特征：

1.一種壓電mems聲學器件，其特征在于，該器件結構從下至上依次為：襯底、絕緣層、硅基板、多層復合膜結構、保護層；其中，多層復合膜結構由電極層與壓電層交替生長形成，且多層復合膜的第一層和最后一層均為電極層；多層復合膜結構上設置有焊盤；保護層覆蓋在器件上表面；襯底與絕緣層中部設有懸空的背腔結構；硅基板、多層復合膜結構、保護層通過一個與背腔連通的開孔連接。

2.根據權利要求1所述的壓電mems聲學器件，其特征在于，還包括梁結構，梁結構均勻分布在器件開孔周圍，并以器件開孔為中心點對稱。

3.根據權利要求2所述的壓電mems聲學器件，其特征在于，梁結構采用斷開梁結構，即梁與多層復合膜結構斷開。

4.根據權利要求1所述的壓電mems聲學器件，其特征在于，開孔位于復合膜結構中心，從下至上由窄至寬。

5.根據權利要求1所述的壓電mems聲學器件，其特征在于，電極層厚度為200～400nm，壓電層厚度為1～3μm。

6.根據權利要求1所述的一種壓電mems聲學器件，其特征在于，電極層材料為au、pt、mo、al、ti、ag、cu、ni中的任意一種；壓電層材料為aln、pzt、alscn、knn、pvdf、ln、pmn-pt、zno中的任意一種；保護層和絕緣層的材料為aln、sio2、si3ni4中的任意一種；焊盤材料為au、pt、mo、al、ti、ag、cu、ni中的任意一種；基板為si、sic、sio2、金屬材料中的任意一種；襯底材料為si、sic、sio2、金屬材料中的任意一種。

7.一種壓電mems聲學器件的制造方法，該方法用于制造權利要求1～6中任一項所述的壓電mems聲學器件，其特征在于，包括：

8.如權利要求7所述的一種多壓電層的壓電mems聲學換能器的制造方法，其特征在于，圖形化的形狀為圓形結構。

技術總結
本發(fā)明涉及電子核心產業(yè)中敏感元件及傳感器制造領域，具體涉及一種壓電MEMS聲學器件及其制造方法；該器件結構從下至上依次為：襯底、絕緣層、硅基板、多層復合膜結構、保護層；其中，多層復合膜結構由電極層與壓電層交替生長形成，且多層復合膜的第一層和最后一層均為電極層；多層復合膜結構上設置有焊盤；保護層覆蓋在器件上表面；襯底與絕緣層中部設有懸空的背腔結構；硅基板、多層復合膜結構、保護層通過一個與背腔連通的開孔連接；本發(fā)明提出的器件主要通過增加壓電層，增加壓電材料的體積，有效提高了結構的能量轉換效率，從而提升換能器的靈敏度。

技術研發(fā)人員：王登攀,楊靖,王露,劉文怡,王飛,金中,張立宇
受保護的技術使用者：中電科芯片技術（集團）有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6