Capacitive micromachined ultrasonic transducer
ಕೆಪ್ಯಾಸಿಟಿವ್ ಮೈಕ್ರೋ ಮೆಷಿನ್ಡ್ ಅಲ್ಟ್ರಾಸಾನಿಕ್ ಟ್ರಾನ್ಸ್ಡ್ಯೂಸರ್ (ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿ) ಅಲ್ಟ್ರಾಸಾನಿಕ್ ಟ್ರಾನ್ಸ್ಡ್ಯೂಸರ್ಗಳ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಹೊಸ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯಾಗಿದೆ. ಇಂದು ಹೆಚ್ಚಿನ ವಾಣಿಜ್ಯ ಅಲ್ಟ್ರಾಸಾನಿಕ್ ಸಂಜ್ಞಾಪರಿವರ್ತಕಗಳು ಪೀಜೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿಯನ್ನು ಆಧರಿಸಿವೆ. ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿಗಳು ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ನಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯಿಂದಾಗಿ ಶಕ್ತಿಯ ವರ್ಗಾವಣೆಯಾಗುವ ಸಂಜ್ಞಾಪರಿವರ್ತಕಗಳಾಗಿವೆ. ಮೈಕ್ರೋ ಮೆಷಿನಿಂಗ್ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲೆ ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿ. ಗಳನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಲಾಗಿದೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರದಲ್ಲಿ ಒಂದು ಕುಹರವು ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಕುಹರದ ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ ತೂಗುಹಾಕಿರುವ ತೆಳುವಾದ ಪದರವು ಮೆಟಲೈಸ್ಡ್ ಪದರವು ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಪೊರೆಯಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಜೊತೆಗೆ ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರವು ಕೆಳಭಾಗದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಪಕ್ಷಪಾತದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳ ಮೇಲೆ ಎಸಿ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸಿದರೆ, ಕಂಪಿಸುವ ಪೊರೆಯು ಆಸಕ್ತಿಯ ಮಾಧ್ಯಮದಲ್ಲಿ ಅಲ್ಟ್ರಾಸಾನಿಕ್ ತರಂಗಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಇದು ಟ್ರಾನ್ಸ್ಮಿಟರ್ ಆಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಮತ್ತೊಂದೆಡೆ, ಪಕ್ಷಪಾತದ ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿ. ಯ ಪೊರೆಯ ಮೇಲೆ ಅಲ್ಟ್ರಾಸಾನಿಕ್ ತರಂಗಗಳನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸಿದರೆ, ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿ. ಯ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು ಬದಲಾಗುವುದರಿಂದ ಅದು ಪರ್ಯಾಯ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ, ಇದು ಅಲ್ಟ್ರಾಸಾನಿಕ್ ತರಂಗಗಳನ್ನು ಸ್ವೀಕರಿಸುವ ಸಾಧನವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿಗಳು ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಯಂತ್ರಗಳ ಸಾಧನಗಳಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ಈ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸಂಜ್ಞಾಪರಿವರ್ತಕಗಳ 2ಡಿ ವ್ಯೂಹಗಳನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸುವುದು ಸುಲಭವಾಗಿದೆ. ಇದರರ್ಥ ಇತರ ಸಂಜ್ಞಾಪರಿವರ್ತಕ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ದೊಡ್ಡ ಬ್ಯಾಂಡ್ವಿಡ್ತ್ ಅನ್ನು ಒದಗಿಸುವ ಸಂಜ್ಞಾಪರಿವರ್ತಕ ಶ್ರೇಣಿಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿ. ಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸಬಹುದು. ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿ. ಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವರ್ತನದ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸುವುದು ಅದರ ಸಣ್ಣ ಆಯಾಮಗಳಿಂದಾಗಿ ಸುಲಭವಾಗಿದೆ. ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯ ಆವರ್ತನವು ಜೀವಕೋಶದ ಗಾತ್ರವನ್ನು (ಪೊರೆಯ ಕುಹರ) ಮತ್ತು ಪೊರೆಯಾಗಿ ಬಳಸುವ ವಸ್ತುವಿನ ಬಿಗಿತವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಇದನ್ನು ಸಿಲಿಕಾನ್ನಲ್ಲಿ ನಿರ್ಮಿಸಲಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ಇತರ ಸಂಜ್ಞಾಪರಿವರ್ತಕ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿ. ಗಳಿಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ನ ಏಕೀಕರಣವು ಸುಲಭವಾಗುತ್ತದೆ. ದೊಡ್ಡ ಬ್ಯಾಂಡ್ವಿಡ್ತ್ನೊಂದಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವರ್ತನದಲ್ಲಿ ಬಳಸುವ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ವೈದ್ಯಕೀಯ ಚಿತ್ರಣದಲ್ಲಿ, ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಇಂಟ್ರಾವಾಸ್ಕ್ಯುಲರ್ ಅಲ್ಟ್ರಾಸೌಂಡ್ (ಐವಿಯುಎಸ್) ನಲ್ಲಿ ಸಂಜ್ಞಾಪರಿವರ್ತಕವಾಗಿ ಬಳಸಲು ಉತ್ತಮ ಆಯ್ಕೆಯಾಗಿದೆ. ಅದರ ವಿಶಾಲವಾದ ಬ್ಯಾಂಡ್ವಿಡ್ತ್ನ ಕಾರಣ, ಇದನ್ನು ಸೆಕೆಂಡ್-ಹಾರ್ಮೋನಿಕ್ ಇಮೇಜಿಂಗ್ನಲ್ಲಿ ಬಳಸಬಹುದು. ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿ. ಗಳನ್ನು ಹೈಡ್ರೋಫೋನ್ಗಳಾಗಿ ಬಳಸಲು ಕೆಲವು ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ನಡೆಸಲಾಗಿದೆ. ಫ್ಯಾಬ್ರಿಕೇಶನ್ ವಿಧಾನಗಳು ಸ್ಯಾಕ್ರಿಫಿಕಲ್ ಬಿಡುಗಡೆ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೈಕ್ರೋ ಮೆಷಿನಿಂಗ್ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೈಕ್ರೋ ಮೆಷಿನಿಂಗ್ ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸುವ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ವಿಧಾನವಾಗಿದೆ. ಈ ವಿಧಾನದ ಪ್ರಮುಖ ಮಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ತ್ಯಾಗದ ವಸ್ತುಗಳ ಎಚ್/ಡ್ರೈನೇಜ್ ಚಾನೆಲ್ಗಳನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಲು ಮತ್ತು ಮುಚ್ಚಲು ಸಂಕೀರ್ಣವಾದ ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಸೇರಿದೆ; ತ್ಯಾಗದ-ಬಿಡುಗಡೆ ಚಾನೆಲ್ಗಳ ಅಗತ್ಯವು ಸಂಜ್ಞಾಪರಿವರ್ತಕಗಳಿಗೆ ಲಭ್ಯವಿರುವ ಜಾಗವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಸಾಧಿಸಬಹುದಾದ ಧ್ವನಿ ಉತ್ಪಾದನೆಯ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ; ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಪದರಗಳ ದಪ್ಪದ ಸೀಮಿತ ನಿಯಂತ್ರಣ; ಜೀವಕೋಶದ ಕುಹರದೊಳಗಿನ ದ್ರವದ ಅವಶೇಷಗಳಿಂದಾಗಿ ಸೀಮಿತ ಕುಹರದ ದಪ್ಪ, ಇದು ಜೀವಕೋಶದ ಮೇಲಿನ ಮತ್ತು ಕೆಳಗಿನ ಭಾಗಗಳ ನಡುವೆ ಸಂಕೋಚನವನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಬಹುದು, ಜೀವಕೋಶವು ಸಾಕಷ್ಟು ದಪ್ಪವಾಗಿಲ್ಲದಿದ್ದರೆ. ವೇಫರ್ ಬಂಧವು ಅತ್ಯಂತ ಜನಪ್ರಿಯ ವಿಧಾನವಾಗಿದೆ. ಈ ವಿಧಾನದಲ್ಲಿ, ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿ. ಯನ್ನು ಎರಡು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಬಿಲ್ಲೆಗಳಿಂದ ನಿರ್ಮಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇವುಗಳನ್ನು ನಂತರ ಕುಳಿಗಳೊಂದಿಗೆ ಜೀವಕೋಶಗಳನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ಬಂಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಬಿಲ್ಲೆಗಳ ಸಮ್ಮಿಳನ-ಬಂಧ ಸಮ್ಮಿಳನ-ಬಂಧ. ಬಹು-ಬಳಕೆದಾರ ಎಂ. ಯು. ಎಂ. ಪಿ. ಎಸ್. (ಪಾಲಿಮಂಪ್ಸ್) ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ. ಬಹು-ಬಳಕೆದಾರ ಎಂ. ಯು. ಎಂ. ಪಿ. ಎಸ್ಗಳಲ್ಲಿ ತಯಾರಿಸಲಾದ ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿಗಳು ಕಡಿಮೆ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ ಎಂದು ವರದಿಯಾಗಿದೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಅನುರಣನ ಆವರ್ತನ. ಆನೋಡಿಕ್ ಬಂಧದಲ್ಲಿ, ವೇಫರ್ಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಮುಚ್ಚಲಾಗುತ್ತದೆ. ಮೇಲಿನಿಂದ ಕೆಳಕ್ಕೆ ಮಾಡುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಈ ವಿಧಾನದಲ್ಲಿ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ವಿಧಾನಕ್ಕೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಹಿಮ್ಮುಖ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ನಡೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ರಚನಾತ್ಮಕ ಮೆಂಬರೇನ್ ಸಿಲಿಕಾನ್-ನೈಟ್ರೈಡ್ ಎಲ್ಪಿಸಿವಿಡಿಯಲ್ಲಿದೆ, ಆದರೆ ಇಡೀ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಕಡಿಮೆ-ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಇದು ಸಿಎಮ್ಓಎಸ್-ಹೊಂದಿಕೆಯಾಗಿದೆ. ಸಾಧನದ ಹೊರಸೂಸುವ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಯಾವುದೇ ಎಚ್-ಹೋಲ್ಗಳಿಲ್ಲ. ಸಿಲಿಕಾನ್ನಲ್ಲಿ ವಿಐಎಗಳ ಮೂಲಕ ಬಳಸದೆ ಸಂಪರ್ಕ ಪ್ಯಾಡ್ಗಳು ಸಾಧನದ ಹಿಂಭಾಗದಲ್ಲಿರುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರವನ್ನು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ತೆಗೆದುಹಾಕಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸಾಧನದ ಅಕೌಸ್ಟಿಕ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ಕಸ್ಟಮ್ ಅಕೌಸ್ಟಿಕ್ ಬ್ಯಾಕಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಕೆಲವು ಮುಖವಾಡಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ (7-8). ಮೊದಲೇ ಹೇಳಿದಂತೆ, ಪೈಜೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಟ್ರಾನ್ಸ್ಡ್ಯೂಸರ್ಗಳಿಗಿಂತ ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿ. ಗಳ ಗಮನಾರ್ಹ ಪ್ರಯೋಜನವೆಂದರೆ ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿರುವ ಉತ್ಪಾದನಾ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿ. ಗಳನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ. ಬೆಂಚ್ಮಾರ್ಕಿಂಗ್ CMUT ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಪಿಚ್-ಕ್ಯಾಚ್ ಮತ್ತು ಪಲ್ಸ್-ಎಕೋ ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಮಾನದಂಡಗೊಳಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯ ಏಕರೂಪತೆಯನ್ನು ಗಾಳಿಯಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಇಮ್ಮರ್ಶನ್ನಲ್ಲಿ ಪರೀಕ್ಷಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪಿಚ್-ಕ್ಯಾಚ್ ಪ್ರಯೋಗದಲ್ಲಿ, ಟ್ರಾನ್ಸ್ಡ್ಯೂಸರ್ ಅನ್ನು ಹೈಡ್ರೋಫೋನ್ ಬಳಸಿ ಬೆಂಚ್ಮಾರ್ಕ್ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಪಲ್ಸ್-ಎಕೋ ಪ್ರಯೋಗದಲ್ಲಿ, ಟ್ರಾನ್ಸ್ಡ್ಯೂಸರ್ ಅನ್ನು ಪ್ರಸರಣ ಮತ್ತು ಸ್ವೀಕರಿಸುವ ಎರಡಕ್ಕೂ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಅಳತೆ ಮಾಡಿದ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಹೈಡ್ರೋಫೋನ್ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗೆ ಹೋಲಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ಗಳು CMUT-ಆನ್-CMOS ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ಫ್ಲಿಪ್-ಚಿಪ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು CMUTಗಳನ್ನು ಫ್ರಂಟ್-ಎಂಡ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ನೊಂದಿಗೆ ಬಿಗಿಯಾಗಿ ಸಂಯೋಜಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ, ಇದು IVUSನಂತಹ ಚಿಕಣಿ ವೈದ್ಯಕೀಯ ಚಿತ್ರಣ ಸಾಧನಗಳಿಗೆ ಅಗತ್ಯವಾಗಿದೆ. ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ಬಾಹ್ಯ ಕೊಂಡಿಗಳು ಸಿ. ಎಂ. ಯು. ಟಿಗಳೊಂದಿಗೆ ಅಲ್ಟ್ರಾಸೌಂಡ್ ಪ್ರಸರಣಕ್ಕಾಗಿ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಸಾಫ್ಟ್ವೇರ್ಃ ಫೀಲ್ಡ್-II ಫೋಕಸ್ ಅಲ್ಟ್ರಾಸೌಂಡ್ ಟ್ರಾನ್ಸ್ಡ್ಯೂಸರ್ಗಳು