Radiation impedance of capacitive micromachined ultrasonic transducers

Kapasitif mikroişlenmiş ultrasonik çeviriciler (cMUT) ultrasonik sinyallerinyayımında ve alımında kullanılmaktadırlar. Cihaz, yüzey mikroişleme teknolo-jisi ile üretilmiş dairesel zarlardan imal edilmiştir. Ultrasonik çevirici pazarınıdomine eden piezoelektrik çeviriciler ile karşılaştırıldıklarında daha geniş bantgenişliğine sahip olmakla birlikte daha düşük yayım gücü ile daha düşük alımhassasiyetine sahiptirler. Ticarileştirilebilmeleri için bu eksikliklerinin giderilmesiya da piezoelektrik çeviricilerin kötü çalıştığı veya .çalışamadığı alanlarda uygu-lamalar bulmaları gerekmektedir. Bu tezde, bu yollardan ikincisi, »ceviricininradyasyon rezistansını en yüksek hale getirerek geniş bantlı, yüksek verimlive yüksek yayım gücüne sahip havada çalışan cMUT'ların tasarımı amacıylaizlenmiştir.Radyasyon empedansı çeviricinin çevresindeki ortam ile olan etkileşiminitanımlamaktadır. Gerçek kısmı, radyasyon rezistansı, ortama yayımlanan gücünbir ölçüsü iken sanal kısmı, radyasyon reaktansı, çevirici yüzeyinde çalkalananortamı gÄostermektedir. Şu anda cMUT'ların radyasyon empedansı iyi bir şekildebilinmemektedir. _ Ilk adım olarak, dairesel zara sahip cMUT'ların hız prfillerikullanılarak paralel rezonans frekansına kadarki radyasyon empedansları su vehava uygulamaları için hesaplanmıştır. Sonuçlar sonlu eleman simülasyonları iledo¸grulanmıştır. Ç alışma altıgen bir yapı oluşturacak şekilde hücrelerden mey-dana gelen bir dizinin radyasyon empedansını hesaplamak için genişletilmiştir.Radyasyon empedansının hücreler arasındaki mesafenin kuvvetli bir fonksi-yonu oldu¸gu bulunmuştur. Su uygulamalarında simetrik olmayan modlarınuyarılmasının mümkün oldu¸gu gÄosterilmiştir.Daha yüksek bir radyasyon rezistansı bant genişli¸giyle birlikte verimi veyayım gücünü arttırmaktadır. En yo¸gun yerleşim düzeninde, hücreler arasındakimesafe dalgaboyunun 1.25 katı oldu¸gu zaman radyasyon rezistansı ince zarlariçin en yüksek de¸gerine ulaşmaktadır. Hava uygulamaları için, cihaz boyut-ları küçültülerek cMUT ve hava arasındaki empedans uyumsuzlu¸gu azaltılıpbant genişli¸gi arttırılabilmektedir. Ä Obür yandan, bu seçim radyasyon rezis-tansının de¸gerini azaltması nedeniyle verimi ve yayım gücünü düşürmektedir.ince zara sahip cMUT'ların dizi içerisindeki yerleşimi düzenlenerek radyasyonrezistansının en iyileştirilebileceği gösterilmiştir. Adil bir analiz yapabilmekiçin, aynı alana sahip diziler karılaştırılmıştır. Cihazların çalışma frekanslarıve çökme voltajları sabit tutulmuştur. Bant genişliği ve yayım gücündeki i-yileşme üç ve bir buçuk kat daha yüksek olabilmektedir. Bu metod cMUT'laralmaç olarak kullanıldıklarında da gürültü performanslarını iyileştirmektedir.Gürültü performansı, hücreler kümelendirilip farklı almaçlara bağlandığında dahada arttırılabilmektedir. Sonuçlar herhangi bir cihaz boyutu ve malzeme özelliğiiçin kullanılabilmeleri amacıyla normalize grafikler halinde sunulmuştur.