。
【具体实施方式】
[0038]图2以截面图示意性并且示范性地示出了根据本发明的CMUT单元。这样的CMUT单元典型地制作在诸如硅晶圆的衬底4上。超声系统的CMUT换能器可以包括一个或多个CMUT单元6XMUT单元可以要么单独地激活要么彼此组合地激活。单独的单元可以具有圆、矩形、六边形或者其他外围形状。
[0039]每个CMUT具有至少由腔体8所分离的一对电极7’和7。腔体8形成在悬挂在单元基底31之上的膜5之间。膜5可以由氮化硅制成并且适于移动或振动。其可以通过多个支持部分9(在图2中示出两个支持部分9)悬挂在单元板31之上。电极7、7’由诸如金属的导电材料制成。底部电极7可以嵌入单元31的基底中，而顶部电极7’可以嵌入膜5中。电极7和7’还可以沉积在单元基底31或者膜5上作为附加层。底部电极7典型地以附加层(未图示)对其面对腔体的表面绝缘。优选的绝缘层是形成在底部电极7上面和膜电极7’下面的氧化物-氮化物-氧化物(ONO)介电层。ONO介电层有利地减少电极上的电荷聚积，电荷聚积导致设备不稳定性和声输出压力中的漂移和减少。支持部分9可以由诸如二氧化硅或氮化硅的绝缘材料制成。腔体8可以是要么空气或气体填充的要么全部或部分排空的。由腔体8所分离的两个电极7和7’表示电容。通过耦合到电极7和7’的发射器/接收器32对电气信号的应用引起膜5的机械运动/振动，其导致电容的改变并且可以通过与CMUT换能器电子器件相关联操纵。
[0040]根据本发明的原理，CMUT的膜5声耦合到覆盖单元膜的声透镜13，并且具有与单元膜相对的内表面以及定位在内表面的相反方向上的外表面。外表面可以是要么患者要么对象面对侧，其可以是超声检查的受检者。本发明的区别特征在于，声透镜13包括从以下组选择的至少一种材料的层:聚丁二烯、聚醚嵌段酰胺(PEBAX)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和丁基橡胶。这些材料是弹性体(如果材料具有从20到60范围的硬度计刚度，则其被认为是弹性体)，其展示对于2MHz的声频的能量对穿过其的声能的小于1.5dB的每毫米的声损耗，并且透镜还展示对穿过其的声能的0.5至2.5mm/微秒的范围内声传播速度。声透镜13应当理解为具有要么聚焦要么声学窗口(非聚焦器件)性质。
[0041]可以包括在透镜中的这些特定材料提供针对声波传播的最佳条件，其中，最佳条件由声能中的电能的转换的特定CMUT过程限定。
[0042 ]还可以以声阻抗(Z)表达针对声能的声传播速度(V)的透镜材料性质。材料的声阻抗被定义为其密度(P)和声速的积:Z = p*v。因此，将要么聚醚嵌段酰胺(PEBAX)、要么二甲基硅氧烷(PDMS)、要么丁基橡胶、要么聚丁二烯用作透镜层的所提供的优点还可以表达为声透镜13，其展示对于2MHz的声频的能量对穿过其的声能的小于1.5dB的每毫米的声损耗，并且透镜还展示对穿过其的声能的0.5至2.0MRayl的范围内的声阻抗。
[0043]在本发明的另一实施例中，声透镜13包括选择以下材料的组中的至少一个层:聚醚嵌段酰胺(PEBAX)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、丁基橡胶和聚丁二烯层，其优选地与膜13接触(覆盖)。诸如聚醚嵌段酰胺(PEBAX)、固化的聚二甲基硅氧烷(TOMS)、丁基橡胶和聚丁二稀的弹性体材料实现对于2MHz的声频的能量的对穿过其的声能的小于1.5 dB的每毫米的声损耗以及对穿过其的声能的0.5至2.5mm/ms的范围内的声传播速度的要求。声透镜13中的至少一个弹性体层的应用可以提供CMUT换能器的宽带内的声信号的最小衰减和频率下移。
[0044]在图3中图示了这一点。附图示出了给定频率范围内的三个超声换能器的单个脉冲响应的图形。
[0045]涂有RTV560的PZT(圆)-标准PZT换能器阵列，其被覆盖有传统RTV透镜材料(应用)并且具有以9MHz为中心的相对窄的带宽。
[0046]涂有RTV560的CMUT(虚线)_与以上(A)相同的透镜材料，但是应用在具有相同孔径尺寸的CMUT换能器上。8MHz cMUT谱已显著地下移，中心频率下移约4MHz。
[0047]涂有PEBAX的CMUT(点划线)_与以上(B)相同的8MHz CMUT阵列，然而，被覆盖有弹性体PEBAX材料。中心频率示出很少到没有下移，并且带宽相当大，远超过PZT等价物。这图示了将诸如PEBAX的弹性体材料用作声透镜材料的优点。
[0048]根据已知制作过程，例如，旋转涂敷、浸渍涂敷、喷雾涂敷、包覆成型、真空沉积，可以将聚醚嵌段酰胺(PEBAX)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、丁基橡胶和聚丁二烯层中的一种应用到CMUT0
[0049]在本发明的另一实施例中，声透镜13还包括优选地与膜13接触的至少一个液体层。液体材料的范例可以是水或未固化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
[0050]然而，在本发明的另一实施例中，声透镜13包括至少一个胶体层，例如硅胶。
[0051]为了将由声透镜13所提供的声波传播益处(例如低衰减和低频率下移)与在超声换能器操作中要求的其他性质(生物相容性、耐磨性等等)组合，附加材料层可以被包括在声透镜13中。可以应用材料沉积的常规方法，诸如化学气相沉积、离子溅射、电子束沉积、旋转涂敷等等。
[0052]图1中示出了本发明的另一实施例的示意性表示。为了使CMUT换能器6防水，薄防潮层10例如聚酰亚胺、聚酯薄膜、聚乙烯或聚对二甲苯可以包括在透镜13中。在优选的实施例中，可以将防潮层应用在膜5的外表面(与腔体侧相对)上。针对CMUT换能器的电气隔离或者射频屏蔽，诸如金属的导电材料I层可以被包括在声透镜13中。为了使CMUT生物相容，可以将生物相容性材料层应用(沉积)为透镜13的外层17。为了确保声透镜13的稳定性和声导率，附加粘附材料可以包括在其中以用于透镜13的层之间的结合的改进。在优选的实施例中，二氧化硅的薄层可以沉积与换能器6的膜5接触。低于0.5微米的厚度的二氧化硅提供声透镜13到通常被用于CMUT的机械零件的氮化硅材料的经改进的粘附。
[0053]金属沉积的步骤还可以与蚀刻技术(干法或湿法蚀刻)组合，其中，金属层可以用作蚀刻掩模以便打开CMUT单元的阵列中的结合垫的表面。这允许提供针对CMUT阵列的RF屏蔽和电气互连。
[0054]定位为面对患者的外表面的耐用外层可以解决透镜13的其他机械特性。例如，取决于超声换能器的目的，可以在透镜中引入以下层:与诸如聚酰亚胺或者聚乙烯的弹性体耐磨性不同的材料;具有不同的摩擦系数的材料。
[0055]除弹性体(液体和/或胶体)外，透镜13可以包括聚焦材料例如RTV，其提供声波到期望的焦点中的聚焦。
[0056]基本的是，注意，到透镜13中的附加引入层的顺序不限于所公开的实施例。声透镜13的重要要求之一在于，附加引入层保存CMUT换能器6的膜5到声透镜的声耦合，诸如可以在换能器的性能中观察最小衰减和频率下移，所述声透镜13应当展示对于2MHz的声频的能量对穿过其的声能的小于1.5dB的每毫米的声损耗和对穿过其的声能的在0.5至2.5mm/微秒的范围内的声传播速度。
[0057]如果附加层包括在声透镜13中并且应用在CMUT的膜5与弹性体、液体或胶体的任一层之间，则可以通过使这些附加层的厚度减薄来实现膜5和弹性体的声耦合。在优选的实施例中，附加层的厚度可以低于5微米。
[0058]作为范例，可以应用到膜5的外表面(与腔体侧相对)的聚对二甲苯层可以是针对7MHz的频率处的最佳声波传播的5微米厚。
[0059]在本发明的另一实施例中，CMUT换能器6的声透镜13包括聚对二甲苯层，其覆盖膜5; 丁基橡胶层，其覆盖聚对二甲苯层;随后是覆盖金属层，其可以被布置为充当射频屏蔽。而且，弹性体层(其是PEBAX、PDMS、聚丁二烯中的至少一个)覆盖金属层并且定位在透镜13的面对患者的外表面处。根据本发明的原理，可以利用以下层厚度来实现声透镜的期望的声性质:针对具有7MHz的频率的声波，聚对二甲苯和丁基橡胶层的组合的厚度是5微米，并且金属层的厚度低于0.2微米。
[0060]在图5中示意性地表示本发明的另一实施例。CMUT换能器6的声透镜13包括金属层21，其覆盖膜5并且适于充当射频屏蔽;聚对二甲苯层22，其覆盖金属层