本发明属于微机械，具体涉及一种基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能器及其制备方法。
背景技术：
1、超声技术广泛应用于医学成像诊断治疗、工业无损检测、流量检测等领域；超声换能器能实现声能与电能相互转换，是超声系统中的核心功能部件。柔性的超声换能器近年来逐步成为热点，其可与柔软的皮肤界面紧密集成，在医疗可穿戴电子领域有广阔应用前景。
2、传统超声换能器通常采用刚性的锆钛酸铅压电陶瓷(pzt)等材料，具有优异的性能，但在构建时存在压电陶瓷阵列切割难导致难以批量生产、劳动密集昂贵、需考虑背衬与声阻抗、整体体积较大厚重等缺点。
3、基于微机械电子技术(mems)构建的微机械超声换能器(mut)，包括：电容式微机械超声换能器cmut以及压电式微机械超声换能器pmut，具有低声阻抗而易匹配、高带宽、阵列设计灵活、易于批量生产且低成本、易于与前端电路集成且微型化减小体积等优点。电容式微机械超声换能器(cmut)与压电式微机械超声换能器(pmut)分别通过静电力效应以及压电效应实现超声功能。现有微机械超声换能器(mut)主要采用硅材料，在硅晶圆上通过半导体工艺而制备，由于硅材料硬质、脆性大，导致不易制备出具备柔性、可折叠性的超声换能器。
4、压电式微机械超声换能器(pmut)目前主要通过氮化铝(aln)、锆钛酸铅压电陶瓷(pzt)等陶瓷材料镀膜而构建，其声学性能良好，但aln、pzt材料硬质、较难柔性化，且其在镀膜制备时需专用设备、制备成本高。文献“flexible large-area ultrasound arraysfor medical applications made using embossed polymer structures”提出了一种基于p(vdf-trfe)聚合物材料热压印法制备的压电式微机械超声换能器，具备柔性。但由于p(vdf-trfe)聚合物较低的压电系数，换能器在声学性能上较差。
5、近年来，基于聚合物材料构建的柔性电容式微机械超声换能器展现了良好的性能，受到关注。
6、发明专利“cn105413997a：柔性化电容式微加工超声换能器及其制备方法”提出一种基于橡胶或聚氯乙烯振动薄膜的电容式超声换能器，其主要通过热压印法制备出凹槽结构功能层。热压印法制备时很难控制保障上下电容极板的间距到几个微米、且保持各区域的电容极板间距一致、同时其易引入热应力，导致整体工艺实现难度大、阵元一致性差、器件制备成功率及良品率低。
7、发明专利“cn202210726793.x：一种柔性透明电容式微机械超声换能器及其制备方法”提出一种基于聚合物su-8材料的电容式微机械超声换能器，具备柔性，其主要通过su-8光刻胶的旋涂、加热固化、光刻来构建空腔、振膜等功能结构；文献“fabrication andtesting of polymer-based capacitive micromachined ultrasound transducers formedical imaging”提出一种基于聚合物su-8材料构建的电容式微机械超声换能器，其主要通过su-8光刻胶旋涂热固化以及牺牲法来形成空腔和振膜结构。旋涂热固化工艺制备su-8薄膜可控性差，薄膜厚度易不均匀、有气泡、热应力，导致制备的超声阵元一致性差、成功率及良品率较低。
技术实现思路
1、本发明目的在于提出一种基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能器，具有稳定可靠，制备难度低、可调可控、成功率高、良品率高的优势。
2、本发明提出的基于parylene-c聚合物材料的柔性电容式微机械超声换能器，由换能器单元阵列式组合形成超声换能器，所述电容式微机械超声换能器单元由parylene-c聚合物与金属薄膜制备得到；所述电容式微机械超声换能器单元结构自上而下包括起封装作用的上侧parylene-c层、上侧金属薄膜电极层、上侧parylene-c隔离层、空腔、下侧parylene-c隔离层、下侧金属薄膜电极层、下侧柔性衬底层，所述上侧金属薄膜电极层和下侧金属薄膜电极层为图案化的导电功能层。其中：
3、所述上侧parylene-c层、上侧金属薄膜电极层和上侧parylene-c隔离层形成振动薄膜层，振动薄膜层可进行薄膜式弯曲振动从而发射超声波；
4、所述上侧parylene-c隔离层、下侧parylene-c隔离层之间形成空腔；
5、所述下侧金属薄膜电极层与上侧金属薄膜电极层构成平行板电容，在两电极层间施加电压，施加电压包含直流偏置电压与交流电压，两极板间产生静电力作用，从而带动振动薄膜层弯曲振动变形；
6、所述上侧parylene-c隔离层、下侧parylene-c隔离层在上侧金属薄膜电极层与下侧金属薄膜电极层之间，起隔离作用，防止上下电极层之间短路。
7、进一步，所述下侧柔性衬底层的厚度优选为100～500um，其材料可采用parylene-c，也可采用聚酰亚胺(pi)膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)膜，具有优异柔性。
8、所述上侧金属薄膜电极层、下侧金属薄膜电极层包括种子层和导电层，其中，种子层厚度优选为10～40nm，导电层厚度优选为150～500nm，所述种子层可采用cr、ti等金属材料，所述导电层可采用au、cu、al、ag等金属材料。
9、所述上侧parylene-c层起封装作用，其厚度通常为4～20um，主导振动薄膜层的动态特性，厚度可依据超声振动频率以及空腔形状决定；
10、所述上侧parylene-c隔离层，其厚度通常为0.2～2um；
11、所述下侧parylene-c隔离层，其厚度通常为0.2～2um；所述空腔的高度通常为1～3um。
12、本发明所述基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能器的制备方法，具体步骤为，
13、步骤1：制备下侧柔性衬底层；具体方法为：当下侧柔性衬底层材质为parylene-c时，将玻璃晶圆上采用化学气象沉积工艺制备出相应厚度的下侧柔性衬底层；当下侧衬底层材质为聚酰亚胺(pi)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)时，可采用粘贴方法将相应厚度薄膜直接与玻璃晶圆紧密贴合即可；
14、步骤：在下侧柔性衬底层上方采用lift-off工艺制备出下侧金属薄膜电极层，所述lift-off工艺步骤包括：a)在下侧柔性衬底层上方旋涂光刻胶并进行加热固化、曝光、显影，形成目标图案，b)采用磁控溅射或者电子束蒸发等形式将金属电极沉积于a)中光刻后的下侧柔性衬底层表面，c)采用丙酮+超声振动形式去除剩下光刻胶，得到图案化的下侧金属薄膜电极层；
15、步骤3：在步骤2所制备的金属薄膜电极层上方采用化学气象沉积方法沉积相应厚度的下侧parylene-c隔离层；
16、步骤4：在步骤3所制备的下侧parylene-c隔离层上方进行磁控溅射镀金属阻挡膜，所镀金属阻挡膜包括种子层和导电层；种子层采用cr，厚度为10nm；导电层采用cu，厚度为60nm；在所述金属阻挡膜上方进行光刻胶旋涂、加热固化、曝光、显影、酸溶液金属刻蚀，漏出待刻蚀的parylene-c图案区域；采用o3氛围下反应离子刻蚀(rie)工艺对parylene-c进行刻蚀，刻蚀深度小于步骤3中下侧parylene-c隔离层的沉积厚度，大于步骤2中下侧金属薄膜电极层的沉积厚度(便于后续形成空腔)；刻蚀后采用丙酮+超声振动形式溶解去除光刻胶、采用酸溶液去除剩余的金属阻挡层；
17、基于上述步骤1～4制备出含有下侧柔性衬底层、下侧金属薄膜电极层、下侧parylene-c隔离层的下侧功能结构层；
18、步骤5：另准备一块玻璃晶圆，采用化学气象沉积工艺制备出相应厚度的起封装作用的上侧parylene-c层；
19、步骤6：在步骤5工艺所制备的上侧parylene-c层上方采用步骤4同样工艺对上侧parylene-c层进行刻蚀形成图案，其刻蚀深度略大于上侧金属薄膜电极层的厚度；
20、步骤7：在步骤6工艺所制备的parylene-c刻蚀图案上方采用步骤2中lift-off工艺制备出上侧金属薄膜电极层，上侧金属电极层的沉积厚度小于步骤6中刻蚀深度(便于后续形成空腔)；
21、步骤8：在步骤7所制备的上侧金属电极层上方，采用化学气象沉积方法沉积相应厚度的上侧parylene-c隔离层；
22、基于步骤5～8制备出含有上侧parylene-c层、上侧金属电极层、上侧parylene-c隔离层的上侧功能结构层；
23、步骤9：将步骤8与步骤4后制备出的功能结构层进行热键合，键合前将上下功能结构层通过显微镜进行对准(从而使上侧parylene-c隔离层和下侧parylene-c隔离层之间形成空腔)，之后置于键合机下，设置热键合条件为加热温度160～230℃、法向压力1～4mpa、时长10～30min，实现上下功能结构层的不可逆键合；
24、步骤10：将步骤9中键合后的结构置于hf酸下溶解玻璃晶圆，制备出所述基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能器。
25、与现有技术比较，本发明具有以下有益的技术效果：
26、1)换能器中parylene-c薄膜采用cvd沉积工艺以及rie刻蚀工艺制备，制备过程简单稳定、膜厚均匀可调可控，可降低柔性电容式微机械超声换能器制备的难度、提升阵元一致性、保障制备的成功率和良品率；
27、2)parylene-c薄膜自身致密无针孔、无应力、性状稳定、有优良电绝缘性与防护性，使得柔性电容式微机械超声换能器具有良好的稳定性。
1.一种基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能器，其特征在于，
2.依据权利要求1所述的基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述下侧柔性衬底层的厚度为100～500um，采用的材料为parylene-c、聚酰亚胺(pi)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。
3.依据权利要求1所述的基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述上侧金属薄膜电极层和下侧金属薄膜电极层包括种子层和导电层，所述种子层材料为cr或ti，种子层厚度为10～40nm，所述导电层为au、cu、al或ag，导电层厚度为150～500nm。
4.依据权利要求1所述的基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述上侧parylene-c层的厚度为4～20um。
5.依据权利要求1所述的基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述上侧parylene-c隔离层的厚度为0.2～2um。
6.依据权利要求1所述的基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述下侧parylene-c隔离层的厚度通常为0.2～2um。
7.依据权利要求1所述的基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述空腔的高度为1～3um。
8.如权利要求1～7任一项所述的基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能
9.根据权利要求8所述的基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能器的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述lift-off工艺步骤包括：
10.根据权利要求8所述的基于parylene-c聚合物的柔性电容式微机械超声换能器的制备方法，其特征在于，所述金属阻挡膜包括种子层和导电层；种子层采用cr，厚度为10nm；导电层采用cu，厚度为60nm。
