英屬哥倫比亞大學研究員開發(fā)了聚合物基MEMS技術

據(jù)麥姆斯咨詢報道，為了使醫(yī)療市場上超聲波換能器更便宜，英屬（不列顛）哥倫比亞大學（University of British Columbia，簡稱UBC）的研究人員已經(jīng)利用聚合物代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅材料，設計出了電容式微機械超聲波換能器（capacitive micromachined ultrasound transducers，以下簡稱CMUT，亦稱電容式MEMS超聲波換能器）。

英屬（不列顛）哥倫比亞大學研究員Carlos Gerardo展示了新型超聲波換能器

該研究在題為“Fabrication and testing of polymer-based capacitive micromachined ultrasound transducers for medical imaging”的論文中詳細論述，該論文發(fā)表于Microsystems & Nanoengineering期刊。研究人員在論文中闡述了，如何使用如SU-8光敏聚合物和Omnicoat等更經(jīng)濟的材料代替硅基來構(gòu)建薄且敏感的超聲波換能器陣列。

圖a為安裝在PCB上的由64列poly-CMUT陣元組成的線性陣列；圖b中6列CMUT陣元的間距為550μm；圖c中CMUT單元可顯示出頂部電極與底部腔體的互連

僅需6個步驟，且以預計低于100美元的單位成本，研究人員就制造出了微米級生物相容性的聚對二甲苯密封聚合物CMUT（以下簡稱poly-CMUT）。該器件是由64列CMUT陣元組成的線性陣列，每列陣元均包含4 × 75個CMUT單元（即為塑料MEMS），各列陣元的間距為550μm。線性陣列使得研究人員能夠利用波束成形技術進行精確超聲成像實驗。制造這些poly-CMUT的關鍵在于將金屬電極封裝在薄膜內(nèi)部而非頂部，可實現(xiàn)與多晶硅或氮化硅制造的傳統(tǒng)CMUT相近的薄堆棧和低工作電壓。

研究人員在論文中報告，poly-CMUT可以被預偏置，從而在接收中作為無源器件運行，并在超聲波傳輸期間具有低激勵電壓（即在10?V直流電信號上疊加12V交流電信號）。該研究另一個有趣地方在于，其最大工藝溫度不會超過150°C，這就意味著這些poly-CMUT可直接在如波束成形器和Tx/Rx開關等硅基電子器件上制造。

研究人員預計，這種超聲波收發(fā)器可以被集成到適形可穿戴健康監(jiān)測系統(tǒng)的柔性襯底中。論文的合著者、UBC電子與計算機工程教授Robert Rohling評論道：“有了這個技術，就可以將這些傳感器縮小，用它們來觀察你的動脈和靜脈。還可以將它們貼胸前，在日常生活中持續(xù)監(jiān)測你的心臟。該技術開啟了多種不同的可能性?！?/p>