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725-MEMS超声波传感器技术原理.docx
资料介绍
MEMS超声波传感器（PMUT）技术原理
引言
MEMS超声波传感器（PMUT，压电微机械超声换能器）利用压电薄膜的逆压电效应发射超声波，利用正压电效应接收超声波回波。与传统的压电陶瓷超声换能器相比，PMUT具有体积小、功耗低、可批量制造、与CMOS工艺兼容的优势，在便携式超声成像、手势识别、测距和指纹识别中具有广泛应用。本文系统介绍PMUT的技术原理及典型应用。
工作原理
PMUT的核心结构是压电薄膜悬臂梁或薄膜结构。当施加交变电压时，压电薄膜通过逆压电效应产生机械振动，向介质中发射超声波。当超声波回波作用于PMUT时，薄膜振动引起压电薄膜产生电荷信号，实现接收功能。
关键技术
压电材料
1. AlN（铝氮化物）：与CMOS工艺兼容，通过Sc掺杂可提升压电系数
2. PZT（锆钛酸铅）：压电系数高，驱动力大，但含铅
3. ZnO（氧化锌）：工艺成熟，适合声表面波器件
阵列设计
PMUT通常以阵列形式工作，通过波束成形和电子扫描实现二维成像，无需机械扫描。
性能指标
1. 工作频率：1MHz~20MHz
2. 带宽：>50%
3. 发射声压级：>100dB
4. 接收灵敏度：>0.5V/MPa
5. 阵列规模：32×32~128×128
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