压电MEMS换能器、控制方法及电子设备与流程

本申请属于声电，具体地，本申请涉及一种压电mems换能器、控制方法及电子设备。

背景技术：

1、压电mems换能器(transducer)是一类通过压电材料的正逆压电效应使振膜振动，从而发射或者接收超声波信号的mems器件。当前，压电mems换能器已经在多个产品领域展示了良好的市场份额或前景。

2、其中，当压电mems换能器用于发射超声波时，它是一个执行器，可能应用于如微型扬声器(micro-speaker)、mems继电器(mems rf relay/switch)等。

3、但是，现有技术中的压电mems换能器作为执行器时，通常需要较高的驱动电压，但是现有的asic芯片难以达到压电mems换能器的振膜振动所需的驱动电压，导致了压电mems换能器的竞争力下降，限制了其在很多领域的发展。并且，现有技术中的压电mems换能器中的振膜组件，在通电状态下才会处于弯曲状态，当其作为mems继电器时，要想保持mems继电器的打开或关闭状态，则需要始终保持通电状态，功耗较大。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的是提供一种压电mems换能器、控制方法及电子设备的新技术方案。

2、根据本申请实施例的第一方面，提供了一种压电mems换能器，包括衬底以及设置于所述衬底上的振膜组件；

3、所述振膜组件包括层叠设置的第一压电层以及第二压电层，所述第一压电层与所述第二压电层之间设置有接地电极，所述第一压电层背离所述接地电极的一侧设置有第一电极，所述第二压电层背离所述接地电极的一侧设置有第二电极；

4、所述振膜组件被配置为，是所述第一电极以及所述第二电极外加电压为0时，所述振膜组件的至少部分区域处于第一弯曲状态或第二弯曲状态；

5、在所述第一电极以及所述第二电极中的至少一者外加偏压vb时，所述振膜组件在所述第一弯曲状态与所述第二弯曲状态之间切换。

6、可选地，所述衬底中心位置设置有背腔，所述振膜组件覆盖所述背腔，所述振膜组件的边缘位置与所述衬底连接。

7、可选地，所述衬底与所述振膜组件之间设置有第一电介质层，所述第一电极设置于所述振膜组件靠近所述衬底的一侧表面，所述第一电介质层与所述第一电极电连接。

8、可选地，所述衬底靠近所述振膜组件的一侧设置有第二电介质层，所述振膜组件与所述第二电介质层之间设置有间隙，所述振膜组件与所述第二电介质层上设置有限位部件，所述限位部件位于所述间隙内，所述限位部件用于实现电路的导通及断路。

9、可选地，所述限位部件包括输入件、输出件以及桥接组件：

10、所述输入件及输出件设置于所述电介质层上且与所述第二电介质层电连接，所述输入件与所述输出件之间设置有间隙；

11、所述桥接组件设置于所述振膜组件上且与所述第一电极电连接，所述桥接组件位于所述输入件与所述输出件之间；

12、所述桥接组件被配置为，当所述振膜组件位于第一弯曲状态或第二弯曲状态时，所述桥接组件与所述输入件及所述输出件电连接，以实现所述输入件与所述输出件之间的导通。

13、可选地，所述压电mems换能器还包括焊盘，所述焊盘设置于所述振膜组件远离所述衬底的一侧，且所述焊盘分别与所述第一电极、第二电极以及接地电极电连接。

14、根据本申请实施例的第二方面，还提供了一种控制方法，用于第一方面所述的压电mems换能器，所述第一电极以及所述第二电极外加电压为0时，所述第一压电层与所述第二压电层均具有压应力σ0，以使所述振膜组件的至少部分区域处于第一弯曲状态；

15、对所述第一电极及所述第二电极施加偏压vb，用以驱使所述振膜组件从第一弯曲状态转变为平整状态；

16、使所述第二电极断电，所述偏压vb能够驱动所述振膜组件从平整状态调整至第二弯曲状态，所述振膜组件在所述第二弯曲状态与所述第一弯曲状态下的弯曲方向相反；

17、当所述振膜组件的至少部分区域处于第二弯曲状态时，对所述第一电极断电。

18、可选地，振膜组件处于第一弯曲状态下，所述振膜组件朝向靠近所述衬底一侧弯曲；

19、振膜组件处于第二弯曲状态下，所述振膜组件朝向远离所述衬底一侧弯曲，其中，

20、所述第二压电层位于所述第一压电层远离所述衬底的一侧。

21、可选地，偏压vb对所述第一压电层及第二压电层施加等效应力σb，σ0+σb＞0。

22、根据本申请实施例的第三方面，还提供了一种电子设备，包括第一方面所述的压电mems换能器。

23、本申请实施例的一个技术效果在于：

24、本申请提供了一种具有双稳态的压电mems结构，其中，第一电极与第二电极外加电压为0时，振膜组件的至少部分区域具有第一弯曲状态以及第二弯曲状态。而在第一电极与第二电极中的至少一者上外加偏压vb时，振膜组件可以在第一弯曲状态与第二弯曲状态之间切换。也即振膜组件无需通电即可保持该第一弯曲状态以及第二弯曲状态，使得本申请公开的压电mems结构可以应用在极低功耗场合。

25、通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

技术特征：

1.一种压电mems换能器，其特征在于，包括衬底(1)以及设置于所述衬底(1)上的振膜组件；

2.根据权利要求1所述的压电mems换能器，其特征在于，所述衬底(1)中心位置设置有背腔(10)，所述振膜组件覆盖所述背腔(10)，所述振膜组件的边缘位置与所述衬底(1)连接。

3.根据权利要求2所述的压电mems换能器，其特征在于，所述衬底(1)与所述振膜组件之间设置有第一电介质层(7)，所述第一电极(5)设置于所述振膜组件靠近所述衬底(1)的一侧表面，所述第一电介质层(7)与所述第一电极(5)电连接。

4.根据权利要求1所述的压电mems换能器，其特征在于，所述衬底(1)靠近所述振膜组件的一侧设置有第二电介质层(8)，所述振膜组件与所述第二电介质层(8)之间设置有间隙，所述振膜组件与所述第二电介质层(8)上设置有限位部件(9)，所述限位部件(9)位于所述间隙内，所述限位部件(9)用于实现电路的导通及断路。

5.根据权利要求4所述的压电mems换能器，其特征在于，所述限位部件(9)包括输入件(91)、输出件(92)以及桥接组件(93)：

6.根据权利要求1所述的压电mems换能器，其特征在于，所述压电mems换能器还包括焊盘(11)，所述焊盘(11)设置于所述振膜组件远离所述衬底(1)的一侧，且所述焊盘(11)分别与所述第一电极(5)、第二电极(6)以及接地电极(4)电连接。

7.一种应用于权利要求1-6任意一项所述的压电mems换能器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

8.根据权利要求7所述的压电mems换能器，其特征在于，振膜组件处于第一弯曲状态下，所述振膜组件朝向靠近所述衬底(1)一侧弯曲；

9.根据权利要求7所述的压电mems换能器，其特征在于，偏压vb对所述第一压电层(2)及第二压电层(3)施加等效应力σb，σ0+σb＞0。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的压电mems换能器。

技术总结
本申请实施例公开了一种压电MEMS换能器、控制方法及电子设备，压电MEMS换能器包括衬底以及设置于所述衬底上的振膜组件；所述振膜组件包括层叠设置的第一压电层以及第二压电层，所述第一压电层与所述第二压电层之间设置有接地电极，所述第一压电层背离所述接地电极的一侧设置有第一电极，所述第二压电层背离所述接地电极的一侧设置有第二电极；所述振膜组件被配置为，是所述第一电极以及所述第二电极外加电压为0时，所述振膜组件的至少部分区域处于第一弯曲状态或第二弯曲状态；在所述第一电极以及所述第二电极中的至少一者外加偏压V<subgt;B</subgt;时，所述振膜组件在所述第一弯曲状态与所述第二弯曲状态之间切换。

技术研发人员：邹泉波
受保护的技术使用者：潍坊歌尔微电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23