Design, fabrication and operation of a very high intensity CMUT transmit array for beam steering applications

Işın hüzmeleme hedefleyen havada ultrason iletim sistemleri bazı çalışmalarda gösterilmiş olmasına rağmen; yüksek yoğunlukta çalışan kapasitif mikroişlenmiş ultrasonik dönüştürücüler (CMUTs) için ışın yönlendirme ve hüzmeleme uygulamaları henüz başarılamadı. CMUT'lar diğer benzer ultrason dönüştürücülerde de olduğu gibi geniş bant aralığı sağlayabilmek için bir kayıp mekanizması kullanırlar. İletim plakası ve alt elektrot arasındaki boşluk ve yüksek doğru akım öngerilme faaliyeti nedeniyle, kısıtlı miktarda plaka salınımıyla sınırlıdır. CMUT'lar öngerilimsiz çalıştırılarak yüksek şiddetli ultrason üretecek şekilde tasarlanabilir. Bu çalıştırma modu plakanın hiç çökmeden tüm boşluk boyunca salınım yapmasına müsade ederek daha yüksek şiddette çalışmasını sağlar. Bu çalışmada mekanik frekansın yarı değerinde sürülen CMUT dizileri tasarlamak için bir eşdeğer devre modeli kullandık. Kullandığımız bu modeli sonlu eleman analizi (FEA) yontemi ile dogruladık. CMUT diziler, anodik yonga levhası bağlama, bir litografi maskesi ve bir gölge maskesi içeren özelleştirilmiş mikrofabrikasyon aşamaları kullanarak çoklu konfigürasyonlarda üretildi. Mikrofabrikasyonu tamamlanmış cihazları karakterize etmek için empedans ölçümleri yaptık. Atımlı konfigürasyon rezonans frekansında sürülen 2x2'lik şekilde üretilmiş CMUT dizisinde, dizi yüzeyi referans olarak kabul edilerek, şimdiye kadar bildirilmiş en yüksek yoğunluklu basınç degerini, 144 dB // 20uPa, deneysel olarak elde ettik. Bu dizi ayrıca bütün yarım uzayı kaplayan yüksek yoğunluklu ışın hüzmeleme ve yönlendirme kapasitesine sahiptir. Diziden elde edilen ışın profili teorik hesaplamalar ile mükemmel bir seviyede örtüşmektedir. Genlik ve faz dengesinin sabit kalması bu cihazları park yardımı, hareket tanıma ve dokunmatik ekran gibi uygulama alanlarında ilgi çekici kılmaktadır.