摘要
本研究提出一種新型電容式微機電超聲波換能器（Capacitive micromachined ultrasonic transducer, CMUT）整合CMOS感測電路形成一單晶片式的前端感測模組，且利用新型結構設計以實現優化的力－位移關係。本研究提出的活塞型CMUT是以氮化矽（Si3N4）彈性薄膜以及夾帶一懸吊電極板之十字型頸部結構所組成。透過優化電極板尺寸，我們成功達成靜電換能間隙之位移平整化設計，能夠有效提升靜電換能效率。此CMUT前端感測模組利用0.35μm CMOS標準製程平台進行設計，搭配低功耗和低雜訊的介面感測電路。該元件搭配其整合放大器浸置於植物油中進行驗證與量測，當對CMUT結構施加5V的直流偏壓，可獲得此CMUT的中心頻率為2.14MHz，具備76%的6分貝比例頻寬及9.6mV/kPa之超聲波接收響應（responsivity）。與同一晶片上相同電容值之傳統型CMUT元件相比，本研究提出之活塞型CMUT之接收響應增強了1.7倍。