近年來，高頻聚焦超聲在電子器件的評(píng)估與檢測(cè)、材料微觀機(jī)械性能的表征、生物醫(yī)學(xué)高分辨率成像、生物組織病理學(xué)的定量研究、超聲鑷子等前沿基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)中顯示出巨大的潛力，聲透鏡聚焦超聲換能器是目前高頻聚焦超聲換能器的主流選擇之一。
氧化鋅由于其良好的壓電性能和較低的高頻損耗被廣泛應(yīng)用于高頻聚焦超聲換能器，然而制備厚度超過10μm且同時(shí)具有高c軸擇優(yōu)度與低拉伸應(yīng)力的氧化鋅厚膜是現(xiàn)有的難點(diǎn)之一。
為此，中國科學(xué)院聲學(xué)研究所超聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室博士生遆金銘與其導(dǎo)師李俊紅研究員對(duì)適用于純金屬磁控濺射氧化鋅（ZnO）的結(jié)構(gòu)區(qū)域模型進(jìn)行改良，基于改進(jìn)的結(jié)構(gòu)區(qū)域模型，優(yōu)化了磁控濺射生長氧化鋅厚膜的濺射壓力和Ar:O2氣體比例，制備了同時(shí)具有低拉伸應(yīng)力和高壓電性能的ZnO厚膜。在此研究基礎(chǔ)上，結(jié)合有限元方法的仿真分析結(jié)果，設(shè)計(jì)并研制了熔融石英聲透鏡高頻聚焦超聲換能器，該換能器的中心頻率為50 MHz，-6dB帶寬高達(dá)119%。
相關(guān)成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Journal of Alloys and Compounds。
本研究獲得汪承灝院士的指導(dǎo)以及國家自然科學(xué)基金（No. 11874388, No. 12174420）、中國科學(xué)院聲學(xué)研究所自主部署“前沿探索”類項(xiàng)目（No. QYTS202002）和中國科學(xué)院聲學(xué)研究所自主部署“目標(biāo)導(dǎo)向”類項(xiàng)目（No. MBDX202112）的資助。
圖1 不同濺射壓力和Ar: O2氣體比下ZnO薄膜的X射線衍射結(jié)果（圖/中國科學(xué)院聲學(xué)研究所）
圖2 中心頻率50MHz的聲透鏡聚焦超聲換能器（圖/中國科學(xué)院聲學(xué)研究所）
圖3 聚焦超聲換能器的時(shí)域脈沖回波響應(yīng)（實(shí)線）和歸一化頻譜（虛線）（圖/中國科學(xué)院聲學(xué)研究所）
圖4 熔融石英聲透鏡聚焦換能器成像結(jié)果（圖/中國科學(xué)院聲學(xué)研究所）
關(guān)鍵詞：ZnO厚膜 直流磁控濺射 改良的結(jié)構(gòu)區(qū)模型 聚焦超聲換能器 有限元法
參考文獻(xiàn)：Jinming Ti, Junhong Li, Qingqing fan, Wei Ren, Qing Yu, Magnetron sputtering of ZnO thick film for high frequency focused ultrasonic transducer. Journal of Alloys and Compounds, 2022, 933: 167764.?DOI:?10.1016/j.jallcom.2022.167764.