空气耦合的宽频带CMUT微元及阵列设计
刘袁涛，许高斌*，杨宇诚，孙百川，季旭
真空科学与技术学报，2025，第45卷，第11期，920-929页。
DOI:10.13922 / j.cnki.cjvst.202504009
Y.T.Liu, G.B.Xu*, Y.C.Yang, B.C.Sun, X.Ji, Design of Air-Coupled Broadband CMUT Micro-Elements and Array Configurations, Chin. J. Vac. Sci. Tech, 45,11,920-929(2025)
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21.00 µV·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。
许高斌，合肥工业大学微电子学院教授、博导，安徽省MEMS工程技术研究中心主任，主要研究MEMS传感器与微纳系统的设计、制造、封装与可靠性，多传感器模块集成与信息融合技术等。在Microsystems & Nanoengineering、IEEE Sensors Journal、IEEE Electron Device Letters、IEEE Transactions on Electron Devices、Sensors & Actuators以及《真空科学与技术学报》、《中国机械工程》等国内外核心期刊发表论文100余篇，获授权发明专利30余项，获省部级科技奖一等奖1项，二等奖1项。
该团队为安徽省MEMS工程技术研究中心、安徽省 MEMS 核心器件产业创新中心和安徽省MEMS技术产业创新研究院，主要研究方向为MEMS传感器及系统，包括：微传感器、微执行器、微流控器件、柔性传感器等方向。团队主持和承担的项目包括国家重点研发计划、装备预研教育部联合基金、国家自然科学基金、安徽省重大产业创新计划、安徽省科技创新攻坚计划、安徽省自然科学基金以及产学研合作等项目30余项。
《真空科学与技术学报》是由中国真空学会主办，中国科学技术协会审定的国家级自然科学技术刊物，被中国科技核心期刊目录、北大核心期刊目录、Scopus数据库收录，是中国科学引文数据库来源期刊。学报刊发真空获得、改进、检测、应用的中文及英文研究论文，涉及物理、化学、工程、材料、生物等多学科的交叉。2025年1月，学报成立第十届编委会，现任主编为东北师范大学刘益春院士。50人的编委队伍有两院院士5人，国家级领军人才30余人，真空相关企业界代表10余人，具有广泛的代表性。
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