Capacitive micromachined ultrasonic transducer
ஒரு கொள்ளளவு மைக்ரோ மெஷின் அல்ட்ராசோனிக் டிரான்ஸ்யூசர் (CMUT) என்பது அல்ட்ராசோனிக் டிரான்ஸ்யூசர்கள் துறையில் ஒப்பீட்டளவில் புதிய கருத்தாகும். இன்று பெரும்பாலான வணிக ரீதியான மீயொலி மின்மாற்றிகள் பீசோ மின்சாரத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டவை. மின்தேக்கியில் ஏற்படும் மாற்றத்தால் ஆற்றல் கடத்தல் ஏற்படும் இடமாற்றிகள் CMUTகள் ஆகும். சி. எம். யு. டி. க்கள் நுண் இயந்திர நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி சிலிக்கானில் கட்டப்பட்டுள்ளன. ஒரு சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறில் ஒரு குழி உருவாகிறது, மேலும் குழியின் மேற்புறத்தில் தொங்கவிடப்பட்ட ஒரு மெல்லிய அடுக்கு ஒரு சவ்வாக செயல்படுகிறது, அதில் ஒரு உலோகமயமாக்கப்பட்ட அடுக்கு ஒரு மின்முனையுடன் செயல்படுகிறது, மேலும் சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறு கீழ் மின்முனையாக செயல்படுகிறது. பக்கச்சார்பான மின்முனைகள் முழுவதும் ஒரு ஏசி சமிக்ஞை பயன்படுத்தப்பட்டால், அதிர்வுறும் சவ்வு ஆர்வமுள்ள ஊடகத்தில் மீயொலி அலைகளை உருவாக்கும். இந்த வழியில் இது ஒரு டிரான்ஸ்மிட்டராக செயல்படுகிறது. மறுபுறம், ஒரு பக்கச்சார்பான CMUT இன் சவ்வில் மீயொலி அலைகள் பயன்படுத்தப்பட்டால், CMUT இன் கொள்ளளவு மாறுபட்டிருப்பதால் அது மாற்று சமிக்ஞையை உருவாக்கும். இந்த வழியில், இது மீயொலி அலைகளைப் பெறுபவராக செயல்படுகிறது. CMUTகள் நுண் இயந்திர சாதனங்கள் என்பதால், இந்த தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி டிரான்ஸ்யூசர்களின் 2D வரிசைகளை உருவாக்குவது எளிது. இதன் பொருள் என்னவென்றால், பிற டிரான்ஸ்யூசர் தொழில்நுட்பங்களுடன் ஒப்பிடும்போது அதிக அலைவரிசையை வழங்கும் டிரான்ஸ்யூசர் வரிசையில் அதிக எண்ணிக்கையிலான CMUT களைச் சேர்க்க முடியும். CMUTகளைப் பயன்படுத்தி அதிக அதிர்வெண் செயல்பாட்டை அடைவது அதன் சிறிய பரிமாணங்கள் காரணமாக எளிதானது. செயல்பாட்டின் அதிர்வெண் செல் அளவு (சவ்வின் குழி) மற்றும் சவ்வாகப் பயன்படுத்தப்படும் பொருளின் விறைப்பு ஆகியவற்றைப் பொறுத்தது. இது சிலிக்கானில் கட்டப்பட்டிருப்பதால், பிற டிரான்ஸ்யூசர் தொழில்நுட்பங்களுடன் ஒப்பிடும்போது சி. எம். யு. டி-களுக்கு மின்னணுவியல் ஒருங்கிணைப்பு எளிதாக இருக்கும். பெரிய அலைவரிசையுடன் அதிக அதிர்வெண்ணில் பயன்படுத்த வேண்டிய பண்புகள் மருத்துவ இமேஜிங்கில், குறிப்பாக ஒரு இன்ட்ராவாஸ்குலர் அல்ட்ராசவுண்டில் (ஐ. வி. யு. எஸ்) ஒரு டிரான்ஸ்யூசராக பயன்படுத்த ஒரு நல்ல தேர்வாக அமைகிறது. அதன் பரந்த அலைவரிசை காரணமாக, இது இரண்டாவது-ஹார்மோனிக் இமேஜிங்கில் பயன்படுத்தப்படலாம். சி. எம். யு. டி. க்களை ஹைட்ரோஃபோன்களாகப் பயன்படுத்த சில சோதனைகள் செய்யப்பட்டுள்ளன. ஃபேப்ரிகேஷன் முறைகள் தியாக வெளியீட்டு மேற்பரப்பு மைக்ரோ மெஷினிங் மேற்பரப்பு மைக்ரோ மெஷினிங் என்பது CMUTகளை உற்பத்தி செய்வதற்கான பாரம்பரிய வழியாகும். இந்த முறையின் முக்கிய வரம்புகளில் தியாகப் பொருட்களின் எச்சம்/வடிகால் வழித்தடங்களை உருவாக்குவதற்கும் மூடுவதற்கும் சிக்கலான உற்பத்தி செயல்முறை அடங்கும்; தியாக-வெளியீட்டு வழித்தடங்களின் தேவை டிரான்ஸ்யூசர்களுக்கு கிடைக்கக்கூடிய இடத்தை குறைக்கிறது, இதன் மூலம் அடையக்கூடிய ஒலி உற்பத்தி திறனைக் குறைக்கிறது; உற்பத்தி செயல்பாட்டின் போது அடுக்குகளின் தடிமன் மட்டுப்படுத்தப்பட்ட கட்டுப்பாடு; செல் குழிக்குள் உள்ள திரவத்தின் எச்சங்கள் காரணமாக வரையறுக்கப்பட்ட குழி தடிமன், இது செல் போதுமான தடிமனாக இல்லாவிட்டால், செல்லின் மேல் மற்றும் கீழ் பகுதிகளுக்கு இடையில் குச்சியை ஏற்படுத்தும். வேஃபர் பிணைப்பு வேஃபர் பிணைப்பு மிகவும் பிரபலமான முறையாகும். இந்த முறையில், ஒரு CMUT இரண்டு தனித்தனி செதில்களிலிருந்து கட்டப்படுகிறது, அவை பின்னர் துவாரங்களுடன் செல்களை அடைய பிணைக்கப்படுகின்றன. இணைவு-பிணைப்பு இணைப்புகளின் இணைவு-பிணைப்பு. பல பயனர் மம்ப்ஸ் (பாலிமம்ப்ஸ்) செயல்முறை. பல பயனர் எம். யு. எம். பி. எஸ்ஸில் தயாரிக்கப்படும் சி. எம். யு. டி. க்கள் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த அதிர்வு அதிர்வெண் போன்ற செயல்திறனைக் குறைத்ததாகக் கூறப்படுகிறது. அனோடிக் பிணைப்பில், செதில்கள் அதிக வெப்பநிலையில் மற்றும் மின்சார புலத்தின் முன்னிலையில் சீல் வைக்கப்படுகின்றன. மேல்-கீழ் செயல்முறை இந்த முறையில் உற்பத்தி பாரம்பரிய முறையுடன் ஒப்பிடும்போது தலைகீழ் வரிசையில் செய்யப்படுகிறது. கட்டமைப்பு சவ்வு சிலிக்கான்-நைட்ரைடு LPCVD இல் உள்ளது, ஆனால் முழு செயல்முறையும் குறைந்த வெப்பநிலையில் உள்ளது, எனவே இது CMOS-இணக்கமானது. சாதனத்தின் கதிர்வீச்சு மேற்பரப்பில் எச்ச துளை எதுவும் இல்லை. சிலிக்கானில் விஐஏக்கள் மூலம் பயன்படுத்தாமல், இணைப்பு பட்டைகள் சாதனத்தின் பின்புறத்தில் உள்ளன, மேலும் சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறு முற்றிலும் அகற்றப்படுகிறது. சாதனத்தின் ஒலி செயல்திறனை மேம்படுத்த தனிப்பயன் ஒலி ஆதரவு பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த செயல்முறை சில முகமூடிகளைப் பயன்படுத்துகிறது (7-8). முன்பு குறிப்பிட்டபடி, பைசோ எலக்ட்ரிக் டிரான்ஸ்யூசர்களை விட சி. எம். யு. டி-களின் குறிப்பிடத்தக்க நன்மைகளில் ஒன்று, ஏற்கனவே உள்ள உற்பத்தி முறைகளைப் பயன்படுத்தி மின் சுற்றுகளுடன் சி. எம். யு. டி-களை ஒருங்கிணைக்கும் திறன் ஆகும். பிட்ச்-கேட்ச் மற்றும் பல்ஸ்-எக்கோ சோதனைகளைப் பயன்படுத்தி CMUT செயல்திறனை அளவுகோலாக நிர்ணயிக்கப்படுகிறது, மேலும் செயல்பாட்டு சீரான தன்மை காற்றிலும் நீரில் மூழ்குவதிலும் சோதிக்கப்படுகிறது. ஒரு சுருதி-பிடிப்பு பரிசோதனையில், டிரான்ஸ்யூசர் ஒரு ஹைட்ரோஃபோனைப் பயன்படுத்தி தரப்படுத்தப்படுகிறது, மேலும் ஒரு துடிப்பு-எக்கோ பரிசோதனையில், டிரான்ஸ்யூசர் கடத்துவதற்கும் பெறுவதற்கும் பயன்படுத்தப்படுகிறது, அதே நேரத்தில் அளவிடப்பட்ட சமிக்ஞையை ஹைட்ரோஃபோன் பதிலுடன் ஒப்பிடுகிறது. பயன்பாடுகள் CMUT-ஆன்-CMOS தொழில்நுட்பம் மற்றும் ஃபிளிப்-சிப் செயல்முறை ஆகியவை CMUTகளை முன்-இறுதி மின்னணுவியலுடன் இறுக்கமாக ஒருங்கிணைக்க அனுமதிக்கின்றன, இது IVUS போன்ற மினியேச்சர் மருத்துவ இமேஜிங் சாதனங்களுக்கு அவசியம். குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் CMUT களுடன் அல்ட்ராசவுண்ட் பரப்பலுக்கான உருவகப்படுத்துதல் மென்பொருள்ஃ புலம்-II ஃபோகஸ் அல்ட்ராசவுண்ட் டிரான்ஸ்யூசர்கள்