技术摘要：
本发明涉及静电电容式微机械超声换能器(CMUT)，其包括：基板；上部电极，与所述基板隔开配置；绝缘性的支撑部，结合于所述基板与所述上部电极的边缘部之间，以便固定并支撑所述上部电极的边缘部，并且在所述基板与所述上部电极之间限定出空隙；多个纳米柱，其两端固定  全部
背景技术：
超声换能器(或超声波换能器)是将电信号转换为超声信号或将超声信号转换为 电信号的装置。以往较多地使用利用压电材料处理超声信号的压电型微机械超声换能器 (Piezoelectric  Micromachined  Ultrasonic  Transducer，PMUT)，但最近正在对能够扩大 动作频率范围和换能器的带宽并能够通过半导体工艺集成化的静电电容式微机械超声换 能器(CMUT)进行研究。 然而，在静电电容式微机械超声换能器(CMUT)中，因其在电极之间受限的空隙高 度和受限的电压，导致能够发生的平均位移小，因此难以具备高收发灵敏度。即，在现有的 静电电容式微机械超声换能器的结构中，移动单元的密度低，但是由于移动单元的边缘被 固定，所以仅在中心部具有较大位移，并且在周边部的位移小，因此平均位移小。当为了提 高这种平均位移而提高空隙时，需要提供较高电压，但这也存在困难。进一步地，为了提高 这种静电电容式微机械超声换能器的应用性，还需要多重频率动作。 在先技术文献 专利文献 (专利文献0001)韩国公开专利公报10-2017-0029497(2017.03.15) (专利文献0002)韩国公开专利公报10-2018-0030777(2018.03.26)
技术实现要素：
技术问题 本发明用于解决包括如上所述的问题的多种问题，其目的在于提供一种静电电容 式微机械超声换能器(CMUT)，其能够通过提高平均位移来提高收发灵敏度。另外，本发明的 目的在于提供能够使用多重频率的静电电容式微机械超声换能器。但这种技术问题为示例 性的，本发明的范围不限于此。 技术方案 本发明的一方面的静电电容式微机械超声换能器包括：基板；上部电极，与所述基 板隔开配置；绝缘性的支撑部，结合于所述基板与所述上部电极的边缘部之间，以便固定并 支撑所述上部电极的边缘部，并且在所述基板与所述上部电极之间限定出空隙；以及多个 纳米柱，其两端固定并结合于所述空隙内的所述基板及所述上部电极上，当对所述上部电 极施加电源时，所述多个纳米柱能够沿长度方向压缩及拉伸，以使所述上部电极至少进行 上下移动。 在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述多个纳米柱可分别包括位于与所述 基板接触的下部的下部加强部，所述下部加强部的截面积大于躯体部的截面积，以提高与 4 CN 111545438 A 说　明　书 2/9 页 所述基板的结合力。 在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述多个纳米柱可分别包括位于与所述 基板接触的上部的上部加强部，所述上部加强部的截面积大于躯体部的截面积，以提高与 所述上部电极的结合力。 在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述多个纳米柱可分别包括：纳米尺寸 的躯体部，在所述基板与所述上部电极之间沿长度方向延伸；上部加强部，位于与所述基板 接触的上部，其截面积大于所述躯体部的截面积，以提高与所述上部电极的结合力；以及下 部加强部，位于与所述基板接触的下部，其截面积大于所述躯体部的截面积，以提高与所述 基板的结合力。 在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述上部加强部的截面积在能够在从所 述躯体部到所述上部电极的方向上逐渐变大，且所述下部加强部的截面积能够在从所述躯 体部到所述基板的方向上逐渐变大。 在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述多个纳米柱可分别包括不同材质的 多个单晶物质的多层结构，以便调节其拉伸率与压缩率之比。 在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述多种单晶物质可至少包括在收到电 信号时能够振动的压电物质。 在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述多个纳米柱可具有多种直径尺寸， 以所述上部电极为基准，配置于中心部的至少一个第一纳米柱的直径尺寸比配置于边缘部 的至少一个第二纳米柱的直径尺寸更大。 在所述静电电容式微机械超声换能器中，以所述上部电极为基准，中心部的所述 多个纳米柱的密度可以大于边缘部的所述多个纳米柱的密度。 所述静电电容式微机械超声换能器可进一步包括凸出部，所述凸出部位于所述基 板上，与所述上部电极隔开，并隔开地包围所述多个纳米柱的下部，所述基板可由导电性物 质形成且用作下部电极，所述凸出部及所述多个纳米柱通过蚀刻所述基板而形成。 所述静电电容式微机械超声换能器可进一步包括下板部，所述下板部位于所述空 隙内的所述基板上，与所述上部电极隔开，并隔开地包围所述多个纳米柱的至少下部，所述 基板可由绝缘性物质形成，所述下板部由导电性物质形成且用作下部电极。 在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述上部电极可包括与所述支撑部及所 述多个纳米柱结合的纳米板部，所述静电电容式微机械超声换能器可进一步包括位于所述 纳米板部上的上板加强部。 在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述上板加强部可包括与所述多个纳米 柱交错配置的多个槽或多个孔，当对所述纳米板部与所述基板之间施加电源时，所述纳米 板部整体由于所述多个纳米柱而以第一频率进行动作，位于所述多个槽或所述多个孔的下 部的所述纳米板部的一部分以第二频率进行动作。 本发明的另一方面的静电电容式微机械超声换能器可包括：绝缘性的第一基板； 导电性的第二基板，配置于所述第一基板上，包括多个贯通孔，用作下部电极；上部电极，与 所述第二基板隔开配置；绝缘性的支撑部，在所述第一基板上朝向所述第二基板的上方延 伸，并且固定并支撑所述上部电极的边缘部，以便在所述第一基板与所述上部电极之间限 定出空隙；多个纳米柱，其两端在所述空隙内贯通所述多个贯通孔并固定结合于所述第一 5 CN 111545438 A 说　明　书 3/9 页 基板及所述上部电极，当对所述上部电极与所述下部电极之间施加电源时，多个纳米柱能 够沿长度方向拉伸及压缩，以使所述上部电极至少进行上下移动。 在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述上部电极包括纳米板部，静电电容 式微机械超声换能器可进一步包括位于所述纳米板部上的上板加强部。 在所述静电电容式微机械超声换能器中，所述上板加强部可包括与所述多个纳米 柱交错配置的多个槽或多个孔，当对所述纳米板部与所述第二基板之间施加电源时，所述 纳米板部整体由于所述多个纳米柱而以第一频率进行动作，位于所述多个槽或所述多个孔 的下部的所述纳米板部的一部分以与所述第一频率不同的第二频率进行动作。 有益效果 根据如上所述的本发明的多个实施例，在静电电容式微机械超声换能器中，能够 通过扩大电极之间的平均位移来提高收发灵敏度。进一步地，本发明的部分实施例的静电 电容式微机械超声换能器能够在多重频率下进行动作，当在进行医学成像时，无需按照每 个身体部位变更静电电容式微机械超声换能器，只需利用一个或少数静电电容式微机械超 声换能器进行成像。当然，本发明的范围不限于这种效果。 附图说明 图1是示出本发明的一实施例的静电电容式微机械超声换能器的概略剖面图。 图2是图1的静电电容式微机械超声换能器的概略俯视图。 图3是示出图1的静电电容式微机械超声换能器的概略动作的剖面图。 图4a至图4d是示出本发明的其他实施例的静电电容式微机械超声换能器的剖面 图。 图5是示出本发明的另一实施例的静电电容式微机械超声换能器的概略剖面图。 图6是图5的静电电容式微机械超声换能器的概略俯视图。 图7是示出本发明的另一实施例的静电电容式微机械超声换能器的概略剖面图。 图8是图7的静电电容式微机械超声换能器的概略俯视图。 图9是示出本发明的另一实施例的静电电容式微机械超声换能器的概略剖面图。 图10是示出图9的静电电容式微机械超声换能器的概略动作的剖面图。 图11是示出本发明的另一实施例的静电电容式微机械超声换能器的概略剖面图。 图12是示出图11的静电电容式微机械超声换能器的概略动作的剖面图。 图13是示出本发明的另一实施例的静电电容式微机械超声换能器的概略剖面图。 图14是示出图13的静电电容式微机械超声换能器的概略动作的剖面图。 图15是示出本发明的另一实施例的静电电容式微机械超声换能器的概略剖面图。 图16是图15的静电电容式微机械超声换能器的概略俯视图。 图17及图18是示出图15的静电电容式微机械超声换能器的动作的概略剖面图。 图19是示出本发明的另一实施例的静电电容式微机械超声换能器的概略剖面图。 附图标记： 100、100a～100k：静电电容式微机械超声换能器 105：基板 110：电极 6 CN 111545438 A 说　明　书 4/9 页 115：支撑部 120、120a、120b、120c、120d：纳米柱