Capacitive micromachined ultrasonic transducer
કેપેસિટીવ માઇક્રો મશીન્ડ અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસર (CMUT) એ અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસરના ક્ષેત્રમાં પ્રમાણમાં નવો ખ્યાલ છે. આજે મોટાભાગના વ્યાપારી અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિસિટી પર આધારિત છે. સી. એમ. યુ. ટી. એ ટ્રાન્સડ્યુસર્સ છે જ્યાં ઊર્જા ટ્રાન્સડક્શન કેપેસિટીન્સમાં ફેરફારને કારણે થાય છે. સીએમયુટીનું નિર્માણ માઇક્રો મશીનિંગ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને સિલિકોન પર કરવામાં આવે છે. સિલિકોન સબસ્ટ્રેટમાં પોલાણ રચાય છે, અને પોલાણની ટોચ પર લટકાવેલું પાતળું સ્તર એક પટલ તરીકે કામ કરે છે, જેના પર ધાતુયુક્ત સ્તર ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે કામ કરે છે, સાથે સાથે સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ જે તળિયાના ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે કામ કરે છે. જો એસી સિગ્નલ બાયસ્ડ ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર લાગુ કરવામાં આવે, તો કંપનશીલ પટલ રસના માધ્યમમાં અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો ઉત્પન્ન કરશે. આ રીતે તે ટ્રાન્સમીટર તરીકે કામ કરે છે. બીજી બાજુ, જો બાયસ્ડ CMUTના પટલ પર અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો લાગુ કરવામાં આવે, તો તે વૈકલ્પિક સંકેત પેદા કરશે કારણ કે CMUTનું કેપેસિટન્સ વૈવિધ્યસભર છે. આ રીતે, તે અલ્ટ્રાસોનિક તરંગોના પ્રાપ્તકર્તા તરીકે કામ કરે છે. CMUTs માઇક્રો મશીનીંગ ઉપકરણો હોવાથી, આ તકનીકનો ઉપયોગ કરીને ટ્રાન્સડ્યુસર્સના 2D એરેનું નિર્માણ કરવું સરળ છે. આનો અર્થ એ છે કે અન્ય ટ્રાન્સડ્યુસર તકનીકોની તુલનામાં મોટી બેન્ડવિડ્થ પ્રદાન કરતી ટ્રાન્સડ્યુસર એરેમાં મોટી સંખ્યામાં CMUT નો સમાવેશ કરી શકાય છે. સી. એમ. યુ. ટી. નો ઉપયોગ કરીને ઉચ્ચ આવર્તન કામગીરી હાંસલ કરવી તેના નાના પરિમાણોને કારણે સરળ છે. કામગીરીની આવર્તન કોષના કદ (પટલની પોલાણ) અને પટલ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રીની કઠોરતા પર આધાર રાખે છે. તે સિલિકોન પર બનેલું હોવાથી, અન્ય ટ્રાન્સડ્યુસર તકનીકોની તુલનામાં CMUT માટે ઇલેક્ટ્રોનિક્સનું એકીકરણ સરળ બનશે. મોટી બેન્ડવિડ્થ સાથે ઉચ્ચ આવર્તનમાં ઉપયોગ કરવાના ગુણધર્મો તબીબી ઇમેજિંગમાં ટ્રાન્સડ્યુસર તરીકે ઉપયોગ કરવા માટે સારી પસંદગી બનાવે છે, ખાસ કરીને ઇન્ટ્રાવાસ્ક્યુલર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ (આઈવીયુએસ) માં. તેની વ્યાપક બેન્ડવિડ્થને કારણે, તેનો ઉપયોગ સેકન્ડ-હાર્મોનિક ઇમેજિંગમાં થઈ શકે છે. સી. એમ. યુ. ટી. નો ઉપયોગ હાઇડ્રોફોન તરીકે કરવા માટે પણ કેટલાક પ્રયોગો કરવામાં આવ્યા છે. ફેબ્રિકેશન પદ્ધતિઓ સેક્રિફિકિયલ રીલીઝ સરફેસ માઇક્રો મશીનિંગ સરફેસ માઇક્રો મશીનિંગ એ CMUT ના ઉત્પાદનની પરંપરાગત રીત છે. આ પદ્ધતિની મુખ્ય મર્યાદાઓમાં બલિદાનની સામગ્રીની કોતરણી/ડ્રેનેજ ચેનલો બનાવવા અને સીલ કરવા માટેની જટિલ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે; બલિદાન-પ્રકાશન ચેનલોની જરૂરિયાત ટ્રાન્સડ્યુસર્સ માટે ઉપલબ્ધ જગ્યાને ઘટાડે છે, જેનાથી પ્રાપ્ત કરી શકાય તેવી ધ્વનિ ઉત્પાદન ક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે; ઉત્પાદન પ્રક્રિયા દરમિયાન સ્તરોની જાડાઈ પર મર્યાદિત નિયંત્રણ; કોષ પોલાણની અંદર પ્રવાહીના અવશેષોને કારણે મર્યાદિત પોલાણની જાડાઈ, જે કોષના ઉપલા અને નીચલા ભાગો વચ્ચે ડંખનું કારણ બની શકે છે, જો કોષ પૂરતો જાડા ન હોય. વેફર બોન્ડિંગ વેફર બોન્ડિંગ સૌથી લોકપ્રિય પદ્ધતિ છે. આ પદ્ધતિમાં, CMUT બે અલગ અલગ વેફર્સમાંથી બનાવવામાં આવે છે, જે પછીથી પોલાણવાળા કોષો પ્રાપ્ત કરવા માટે બંધાયેલા હોય છે. ફ્યુઝન-બોન્ડિંગ ફ્યુઝન-બોન્ડિંગ ઓફ વેફર્સ. બહુ-વપરાશકર્તા એમયુએમપીએસ (પોલીએમયુએમપીએસ) પ્રક્રિયા. બહુ-વપરાશકર્તા એમ. યુ. એમ. પી. એસ. માં ઉત્પાદિત સી. એમ. યુ. ટી. માં કામગીરીમાં ઘટાડો થયો હોવાનું નોંધવામાં આવ્યું હતું, જેમ કે પ્રમાણમાં ઓછી પડઘો પાડતી આવર્તન. એનોડિક બોન્ડિંગ એનોડિક બોન્ડિંગમાં, વેફર્સને ઊંચા તાપમાને અને વિદ્યુત ક્ષેત્રની હાજરીમાં સીલ કરવામાં આવે છે. ટોપ-ડાઉન પ્રક્રિયા આ પદ્ધતિમાં ઉત્પાદન પરંપરાગત રીતની સરખામણીમાં વિપરીત ક્રમમાં કરવામાં આવે છે. માળખાકીય પટલ સિલિકોન-નાઇટ્રાઇડ એલ. પી. સી. વી. ડી. માં છે, પરંતુ સમગ્ર પ્રક્રિયા નીચા તાપમાનની છે, તેથી તે CMOS-સુસંગત છે. ઉપકરણની વિકિરિત સપાટી પર કોઈ કોતરણી-છિદ્ર નથી. જોડાણ પેડ ઉપકરણની પાછળ હોય છે, સિલિકોનમાં વી. આઈ. એ. નો ઉપયોગ કર્યા વિના, અને સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ સંપૂર્ણપણે દૂર કરવામાં આવે છે. કસ્ટમ એકોસ્ટિક બેકિંગનો ઉપયોગ ઉપકરણના એકોસ્ટિક પ્રદર્શનને સુધારવા માટે થાય છે. આ પ્રક્રિયામાં થોડા માસ્ક (7-8) નો ઉપયોગ થાય છે. વિદ્યુત પરિપથ સાથે એકીકરણ અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, પીઝોઇલેક્ટ્રિક ટ્રાન્સડ્યુસર્સ પર CMUTનો એક નોંધપાત્ર ફાયદો એ છે કે હાલની ઉત્પાદન પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને CMUTને વિદ્યુત પરિપથ સાથે સંકલિત કરવાની ક્ષમતા છે. બેંચમાર્કિંગ CMUT કામગીરી પિચ-કેચ અને પલ્સ-ઇકો પ્રયોગોનો ઉપયોગ કરીને બેન્ચમાર્ક કરવામાં આવે છે, અને કામગીરીની એકરૂપતા હવામાં અને નિમજ્જનમાં ચકાસવામાં આવે છે. પિચ-કેચ પ્રયોગમાં, ટ્રાન્સડ્યુસરને હાઇડ્રોફોનનો ઉપયોગ કરીને બેન્ચમાર્ક કરવામાં આવે છે, અને પલ્સ-ઇકો પ્રયોગમાં, ટ્રાન્સડ્યુસરનો ઉપયોગ ટ્રાન્સમિટ કરવા અને પ્રાપ્ત કરવા બંને માટે થાય છે, જ્યારે માપેલા સિગ્નલની સરખામણી હાઇડ્રોફોન પ્રતિસાદ સાથે કરવામાં આવે છે. સી. એમ. યુ. ટી.-ઓન-સી. એમ. ઓ. એસ. ટેકનોલોજી અને ફ્લિપ-ચિપ પ્રક્રિયા ફ્રન્ટ-એન્ડ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સાથે સી. એમ. યુ. ટી. ના ચુસ્ત એકીકરણને મંજૂરી આપે છે, જે આઈ. વી. યુ. એસ. જેવા લઘુચિત્ર તબીબી ઇમેજિંગ ઉપકરણો માટે જરૂરી છે. સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ CMUTs સાથે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રસાર માટે સિમ્યુલેશન સોફ્ટવેરઃ ફિલ્ડ-II ફોકસ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ટ્રાન્સડ્યુસર્સ