Dual-frequency piezoelectric micromachined ultrasonic transducers

材料科学 超声波传感器 声学 PMUT公司 电容式微机械超声换能器 压电 传感器 谐振器 叠加原理 电压 光电子学 物理 电气工程 工程类 量子力学
作者
Lixiang Wu,Xuyuan Chen,Gaofeng Wang,Qifa Zhou
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:115 (2) 被引量:19
标识
DOI:10.1063/1.5097624
摘要

A piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pMUT) operating at dual frequencies (3.75 MHz and 18 MHz) was designed to achieve an ultrasound-on-a-chip solution for next-generation biomedical applications. Optimal electrode configurations for the dual-frequency pMUT were analyzed using finite element methods. It was found that a configuration with two ring electrodes enabled dual-frequency actuations of the diaphragm of the pMUT. Simulations showed that the first two resonances of the diaphragm can be tuned independently, especially with regard to amplitude, by optimizing electrode parameters (e.g., position and dimension) and applied voltage. It was also found that optimized distribution of the R and Z components of the displacement field contributes to near ideal mode superposition in a single diaphragm. Simulations for dual-actuations with both inner and outer ring electrodes showed that the two resonant modes are superimposed without significant vibrational crosstalk and result in high-quality dual-frequency acoustic radiation in water. Unlike transducers using two or more single-frequency ultrasonic resonators to generate dual-frequency ultrasound, every element of dual-frequency pMUTs exhibits dual-resonant response simultaneously.
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