PNZT压电微机械超声换能器低压极化与传统直流极化方法的比较研究

《IEEE Open Journal of Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control》：Embedded-Compatible Low Voltage Poling of PMUTs

　　压电微机械超声换能器（PMUTs）有望集成到未来的指纹传感器、超声通信和植入式设备应用中，在这些应用中，微米级的封装尺寸至关重要，而传统体换能器的尺寸并不适用。这些PMUT的尺寸从毫米级到微米级不等，而其谐振频率仍处于期望的上千赫兹至下兆赫兹范围内。其工作原理基于压电效应，而钛酸铅锆（PZT）通常作为首选材料。然而，材料的压电响应强烈依赖于其极化状态。本研究探讨了可应用于嵌入式设备中的极化技术，并将其与更高电场下的传统直流极化进行了比较。实验包括五个由我们内部通过溅射（而非溶胶-凝胶沉积）制备的PNZT（铌掺杂PZT）PMUT。在每种极化过程中，都记录了电流和电压曲线，同时通过激光多普勒测振仪测量了PMUT位移随时间的减小情况。此外，还监测了PMUT激励过程中谐振频率和视功率的变化，并测定了品质因子Q。结果表明，施加低压极化可以显著提高PMUT的位移，增幅超过125%，而内部偏置电场可以影响极化状态的退化速率。相比之下，我们的传统极化技术使位移增加了928%，并降低了退化速率。在退极化过程中，观测到视功率和谐振频率出现了一定程度的小幅变化。