Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers (PMUTs) integrated on CMOS
La necessitat de nous sistemes d'ultrasò compactes i dimensions molt reduides per a aplicacions no invasives d'àrea limitada (com dispositius portàtils o sistemes d'ultrasò intravascular) ha inspirat recentment la comunitat científica a desenvolupar nous dispositius d'ultrasò bas...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/687804 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/687804 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | PMUT CMOS Ultrasonic Ultrasónico Ultrasound Ciències Experimentals 62 |
| Sumario: | La necessitat de nous sistemes d'ultrasò compactes i dimensions molt reduides per a aplicacions no invasives d'àrea limitada (com dispositius portàtils o sistemes d'ultrasò intravascular) ha inspirat recentment la comunitat científica a desenvolupar nous dispositius d'ultrasò basats en materials piezoelèctrics de pel·lícula prima seguint un procés basat en tecnologia MEMS. La robustesa de la tecnologia MEMS juntament amb les necessitats de baixa potència per a la transducció al material piezoelèctric (en comparació amb els transductors d'ultrasò capacitius), proporciona una fabricació d'alt rendiment per a una gran quantitat de dispositius iguals en forma de matrius. A més, la possibilitat d'integració amb CMOS permetrà encara més el processament directament a nivell de xip, i proporcionarà intel·ligència en un sistema molt compacte. En aquest context, la investigació presentada en aquesta tesi se centra a millorar el rendiment dels transductors ultrasònics micromecanitzats piezoelèctrics (PMUT), assegurant la capacitat d'integrar-se monolíticament en substrats CMOS. L'objectiu és proporcionar un dispositiu compacte amb un rendiment i una fiabilitat millorats com a sistema d'ultrasò en comparació amb l'estat de l'art. La tecnologia proporcionada per Silterra assegura la possibilitat d'integració amb el circuit CMOS amb mínimes capacitats paràsites i amb un alt factor de farciment en sistemes de matriu. En particular, aquesta investigació tracta, en primer lloc, de l'optimització de dispositius PMUT individuals per millorar-ne el rendiment acústic seguint tres enfocs principals: (1) modificacions innovadores del disseny de l'estructura, (2) variacions en els materials piezoelèctrics i (3) variacions dels gruixos de les capes. Diversos dissenys de PMUT (configuracions simples i en matrius), AlN i AlScN com a materials piezoelèctrics, i gruixos que van des de 1 µm fins a 1,5 µm per a la capa passiva i des de 0,6 µm fins a 1.3 µm per a la capa activa s'analitzen , modelen i caracteritzen al llarg d'aquesta tesi. Finalment, l'aplicació d'aquests dispositius PMUT-on-CMOS a sistemes d'imatge i com a sensor de fluids per extreure les propietats hidrodinàmiques dels líquids, demostren la versatilitat aconseguida pels sistemes desenvolupats. |
|---|