Capacitive micromachined ultrasonic transducer
एक कैपेसिटिव माइक्रो मशीन अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर (सीएमयूटी) अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के क्षेत्र में एक अपेक्षाकृत नई अवधारणा है। आज अधिकांश वाणिज्यिक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर पीजोइलेक्ट्रिसिटी पर आधारित हैं। सी. एम. यू. टी. ट्रांसड्यूसर हैं जहां क्षमता में परिवर्तन के कारण ऊर्जा पारगमन होता है। सी. एम. यू. टी. का निर्माण सिलिकॉन पर माइक्रो मशीनिंग तकनीकों का उपयोग करके किया जाता है। एक सिलिकॉन सब्सट्रेट में एक गुहा बनती है, और गुहा के शीर्ष पर निलंबित एक पतली परत एक झिल्ली के रूप में कार्य करती है जिस पर एक धातुकृत परत एक इलेक्ट्रोड का कार्य करती है, साथ में सिलिकॉन सब्सट्रेट जो नीचे के इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करता है। यदि एक एसी संकेत पक्षपाती इलेक्ट्रोड पर लागू किया जाता है, तो कंपन करने वाली झिल्ली रुचि के माध्यम में अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्पादन करेगी। इस तरह यह एक ट्रांसमीटर के रूप में काम करता है। दूसरी ओर, यदि एक पक्षपाती सी. एम. यू. टी. की झिल्ली पर अल्ट्रासोनिक तरंगें लगाई जाती हैं, तो यह वैकल्पिक संकेत उत्पन्न करेगा क्योंकि सी. एम. यू. टी. की धारिता भिन्न होती है। इस तरह, यह अल्ट्रासोनिक तरंगों के रिसीवर के रूप में काम करता है। चूँकि सी. एम. यू. टी. सूक्ष्म मशीन वाले उपकरण हैं, इसलिए इस तकनीक का उपयोग करके ट्रांसड्यूसरों की 2डी सरणी का निर्माण करना आसान है। इसका मतलब है कि बड़ी संख्या में सीएमयूटी को एक ट्रांसड्यूसर सरणी में शामिल किया जा सकता है जो अन्य ट्रांसड्यूसर प्रौद्योगिकियों की तुलना में बड़ी बैंडविड्थ प्रदान करता है। सी. एम. यू. टी. का उपयोग करके उच्च आवृत्ति संचालन प्राप्त करना इसके छोटे आयामों के कारण आसान है। ऑपरेशन की आवृत्ति कोशिका के आकार (झिल्ली की गुहा) और झिल्ली के रूप में उपयोग की जाने वाली सामग्री की कठोरता पर निर्भर करती है। चूंकि यह सिलिकॉन पर बनाया गया है, इसलिए अन्य ट्रांसड्यूसर प्रौद्योगिकियों की तुलना में सी. एम. यू. टी. के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स का एकीकरण आसान होगा। बड़ी बैंडविड्थ के साथ उच्च आवृत्ति में उपयोग करने के गुण इसे चिकित्सा इमेजिंग में एक ट्रांसड्यूसर के रूप में उपयोग करने के लिए एक अच्छा विकल्प बनाते हैं, विशेष रूप से एक इंट्रावस्कुलर अल्ट्रासाउंड (आईवीयूएस) में। इसकी व्यापक बैंडविड्थ के कारण, इसका उपयोग द्वितीय-हार्मोनिक इमेजिंग में किया जा सकता है। इसके अलावा सी. एम. यू. टी. को हाइड्रोफोन के रूप में उपयोग करने के लिए कुछ प्रयोग किए गए हैं। निर्माण विधियाँ बलिदान मुक्त सतह सूक्ष्म मशीनिंग सतह सूक्ष्म मशीनिंग सी. एम. यू. टी. के निर्माण का पारंपरिक तरीका है। इस विधि की प्रमुख सीमाओं में बलिदान सामग्री के नक़्क़ाशी/जल निकासी चैनलों के निर्माण और सीलिंग के लिए जटिल निर्माण प्रक्रिया शामिल है; बलिदान-रिलीज चैनलों की आवश्यकता ट्रांसड्यूसरों के लिए उपलब्ध स्थान को कम कर देती है, जिससे प्राप्त करने योग्य ध्वनि उत्पादन क्षमता कम हो जाती है; निर्माण प्रक्रिया के दौरान परतों की मोटाई पर सीमित नियंत्रण; कोशिका गुहा के अंदर तरल पदार्थ के अवशेषों के कारण सीमित गुहा मोटाई, जो कोशिका के ऊपरी और निचले हिस्सों के बीच डंक का कारण बन सकती है, यदि कोशिका पर्याप्त मोटी नहीं है। वेफर बॉन्डिंग वेफर बॉन्डिंग सबसे लोकप्रिय विधि है। इस विधि में, एक सी. एम. यू. टी. को दो अलग-अलग वेफर्स से बनाया जाता है, जिन्हें बाद में गुहाओं के साथ कोशिकाओं को प्राप्त करने के लिए बांधा जाता है। वेफर्स का संलयन-बंधन संलयन-बंधन। बहु-उपयोगकर्ता एम. यू. एम. पी. एस. (पॉलीएम. यू. एम. पी. एस.) प्रक्रिया। बहु-उपयोगकर्ता एम. यू. एम. पी. एस. में निर्मित सी. एम. यू. टी. में प्रदर्शन में कमी दर्ज की गई, जैसे कि अपेक्षाकृत कम अनुनाद आवृत्ति। एनोडिक बॉन्डिंग एनोडिक बॉन्डिंग में, वेफर्स को उच्च तापमान पर और विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में सील किया जाता है। ऊपर से नीचे की प्रक्रिया इस विधि में विनिर्माण पारंपरिक तरीके की तुलना में विपरीत क्रम में किया जाता है। संरचनात्मक झिल्ली सिलिकॉन-नाइट्राइड एल. पी. सी. वी. डी. में है, लेकिन पूरी प्रक्रिया कम तापमान वाली है, इसलिए यह सी. एम. ओ. एस.-संगत है। उपकरण की विकिरणित सतह पर कोई नक़्क़ाशी-छेद नहीं हैं। कनेक्शन पैड उपकरण के पीछे होते हैं, सिलिकॉन में वी. आई. ए. के माध्यम से उपयोग किए बिना, और सिलिकॉन सब्सट्रेट को पूरी तरह से हटा दिया जाता है। उपकरण के ध्वनिक प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए एक कस्टम ध्वनिक समर्थन का उपयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया में कुछ मास्क (7-8) का उपयोग किया जाता है। विद्युत परिपथ के साथ एकीकरण जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर पर सीएमयूटी के महत्वपूर्ण लाभों में से एक मौजूदा विनिर्माण विधियों का उपयोग करके विद्युत परिपथ के साथ सीएमयूटी को एकीकृत करने की क्षमता है। बेंचमार्किंग सी. एम. यू. टी. प्रदर्शन को पिच-कैच और पल्स-इको प्रयोगों का उपयोग करके बेंचमार्क किया जाता है, और संचालन एकरूपता का परीक्षण हवा और विसर्जन में किया जाता है। एक पिच-कैच प्रयोग में, ट्रांसड्यूसर को एक हाइड्रोफोन का उपयोग करके बेंचमार्क किया जाता है, और एक पल्स-इको प्रयोग में, मापा संकेत की तुलना हाइड्रोफोन प्रतिक्रिया से करते हुए, ट्रांसड्यूसर का उपयोग संचारित करने और प्राप्त करने दोनों के लिए किया जाता है। अनुप्रयोग सी. एम. यू. टी.-ऑन-सी. एम. ओ. एस. प्रौद्योगिकी और फ़्लिप-चिप प्रक्रिया सी. एम. यू. टी. को फ्रंट-एंड इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ चुस्त एकीकरण की अनुमति देती है, जो आई. वी. यू. एस. जैसे लघु चिकित्सा इमेजिंग उपकरणों के लिए आवश्यक है। संदर्भ बाहरी लिंक सीएमयूटी के साथ अल्ट्रासाउंड प्रसार के लिए सिमुलेशन सॉफ्टवेयरः फील्ड-II फोकस अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर