通過(guò)向人體發(fā)射高頻聲波并將其回波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，可以構(gòu)建體內(nèi)實(shí)時(shí)圖像。通過(guò)超聲成像對(duì)子宮內(nèi)的胎兒進(jìn)行非侵入性可視化已得到廣泛認(rèn)可。除了醫(yī)學(xué)成像，超聲波還可以應(yīng)用于汽車(chē)、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）應(yīng)用以及其他領(lǐng)域的生物識(shí)別和手勢(shì)識(shí)別。

目前，超聲換能器通常采用硅基半導(dǎo)體設(shè)備來(lái)生產(chǎn)。對(duì)于大面積覆蓋的高分辨率醫(yī)學(xué)成像，需要大尺寸傳感器，這對(duì)于硅基傳感器來(lái)說(shuō)具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)槠涿科椒胶撩椎某杀竞芨摺?/p>

用于大面積成像的PMUT陣列

2021年，比利時(shí)微電子研究中心（imec）推出了一種與平板顯示器（FPD）工藝技術(shù)兼容的壓電式微機(jī)械超聲換能器（PMUT）陣列。得益于其由基于硅晶圓的工藝轉(zhuǎn)向FPD兼容工藝，有望推動(dòng)超聲換能器的成本效益升級(jí)。

具體來(lái)說(shuō)，由于其與現(xiàn)有薄膜晶體管背板的兼容性，并且這種換能器技術(shù)不受晶圓尺寸限制，因此，PMUT陣列的大面積處理成為可能。不過(guò)，這種聚合物壓電材料的性能還不足以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的醫(yī)學(xué)成像。

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，現(xiàn)在，imec展示了采用另一種壓電材料——氮化鋁鈧（AlScN）的第二代PMUT陣列。隨著早期使用玻璃基板取代晶體硅基板，面積限制已被解決。此外，與上一代相比，第二代PMUT陣列的聲壓提高了10倍。

采用壓電材料AlScN制成的第二代PMUT陣列

該陣列采用AlScN壓電層，可在10 cm的水中實(shí)現(xiàn)了令人印象深刻的圖像采集和波束控制。這一進(jìn)步為曲面上的復(fù)雜超聲應(yīng)用鋪平了道路，有望變革醫(yī)學(xué)成像和監(jiān)測(cè)應(yīng)用。

柔性超聲成像的前景

下一步研究包括使技術(shù)更加成熟，并將器件調(diào)諧到特定頻率。在此過(guò)程中，這項(xiàng)技術(shù)將能夠在曲面上（例如人體或汽車(chē)儀表板上）實(shí)現(xiàn)大尺寸超聲換能器陣列，從而有助于在大型非平面表面上集成超聲波功能。由此，令人興奮的超聲波創(chuàng)新應(yīng)用機(jī)遇即將興起。

imec通過(guò)與Pulsify Medical合作，打造了一款用于心臟監(jiān)測(cè)的概念驗(yàn)證醫(yī)療貼片，為醫(yī)院外的非侵入性縱向監(jiān)測(cè)鋪平了道路。因此，雙方的合作使無(wú)需醫(yī)生操作的非侵入性心臟監(jiān)測(cè)向現(xiàn)實(shí)邁進(jìn)了一大步。

PMUT器件特性圖，插圖顯示了所制造的PMUT顯微鏡圖像以及相應(yīng)的腔體剖面圖

作為歐盟資助的“Listen2Future”項(xiàng)目的一部分，這種柔性超聲貼片的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)正在進(jìn)行中。Listen2future是由歐盟資助的項(xiàng)目，由英飛凌科技（Infineon Technology）負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，與來(lái)自7個(gè)國(guó)家的27個(gè)合作伙伴一起解決壓電聲學(xué)換能器挑戰(zhàn)并進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試。

審核編輯：彭菁