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パターニングされた窒化アルミニウム薄膜を用いた高密度圧電マイクロマシン加工超音波トランスデューサアレイの開発
Development of a High-Density Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer Array Based on Patterned Aluminum Nitride Thin Film.
PMID: 32604827 PMCID: PMC7345422. DOI: 10.3390/mi11060623.
抄録
この研究では、パターニングされた窒化アルミニウム(AlN)薄膜を活性圧電材料として使用した圧電マイクロマシン加工超音波トランスデューサ(pMUT; radius: 40 µm)の製作と特性評価を紹介します。厚さ 1µm の AlN 薄膜を使用した 20 × 20 個の pMUT アレイを設計し，高いフィルファクターのために 2 × 2mm のフットプリントに作製しました．pMUTアレイの電気インピーダンスと位相に基づいて、電気機械的係数は、空気中で2.82MHzの平均共振周波数で〜1.7%でした。走査型レーザードップラー振動計を用いて、pMUT表面の動的変位を測定した。共振周波数での変位のピークから計算すると、水中浸漬時の圧力出力は19.79kPaであった。提案したAlN pMUTアレイは、ヘルスケア、医療イメージング、バイオメトリクスなどのバイオメディカルセンシングへの応用が期待される。
This study presents the fabrication and characterization of a piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pMUT; radius: 40 µm) using a patterned aluminum nitride (AlN) thin film as the active piezoelectric material. A 20 × 20 array of pMUTs using a 1 µm thick AlN thin film was designed and fabricated on a 2 × 2 mm footprint for a high fill factor. Based on the electrical impedance and phase of the pMUT array, the electromechanical coefficient was ~1.7% at the average resonant frequency of 2.82 MHz in air. Dynamic displacement of the pMUT surface was characterized by scanning laser Doppler vibrometry. The pressure output while immersed in water was 19.79 kPa when calculated based on the peak displacement at the resonant frequency. The proposed AlN pMUT array has potential applications in biomedical sensing for healthcare, medical imaging, and biometrics.