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Pmut

Publié le 6 janvier 2021

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Emetteurs / récepteurs d'ultrasons miniaturisés et bas coût

   Qu'est-ce que Pmut ?

  • Le CEA-Leti a mis au point des transducteurs ultrasons micro-usinés piézo-électriques (PMUT) ultra-miniaturisés à bas coût, capables de fonctionner à diverses fréquences.

  • La technologie PMUT orchestre des composants MEMS émetteurs et récepteurs d’ultrasons réalisés sur silicium, composés de membranes suspendues que l’on peut mettre en mouvement grâce à des actionneurs piézoélectriques. Ces actionneurs sont fabriqués à base de fines couches de matériaux piézoélectriques (AlN ou PZT) et activés par des électrodes positionnées de manière à prendre la couche piézoélectrique en sandwich.

  • À l’inverse, les électrodes récoltent des charges lorsque le composant fonctionne en mode capteur. Un  mode deformation de faisceau permet d’accroître la fonctionnalité des composants notamment avec un balayage du signal émis et reçu.



  Applications :

  • Les PMUTs émettent des ultrasons dans l’air, jusqu’à 3 à 5 mètres. Ils sont également très performants en émission/réception en milieu liquide. La technologie PMUT vise ainsi des applications très variées dans le domaine médical, grand public ou automobile. 

  • Les premières applications commerciales déjà disponibles sont : la détection d’empreintes digitales, l’imagerie médicale échographique portative, la détection de présence. Parmi les futurs marchés visés, nous pouvons citer la domotique et la réalité virtuelle.


   Nouveautés :

Comparés aux transducteurs piézo-électriques standards (en céramique), ces transducteurs MEMS à base de Silicium :
Permettent la fabrication à faible coût de matrices 2D ou 3D :
  • Permettent une miniaturisation accrue : 2 à 10 fois plus petit selon les performances visées
  • Peuvent atteindre une large gamme de fréquences ultrasonores (entre 1 kHz et 30 MHz selon leur dimensionnement)
  • Ont une plus grande largeur de bande tout en permettant un réglage de la fréquence centrale du transducteur
  • Permettent une réduction globale des coûts du transducteur grâce à des procédés de fabrication standards.



  Prochaine étape :

Une électronique plus complexe est en cours de finalisation et permettra par beamforming d’améliorer la résolution angulaire et de détecter des objets invisible avec le système standard.
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©CEA
PUBLICATIONS

AlN-based bimorph piezoelectric
micromachined ultrasound
transducer for air-borne
application below 100 kHz
J.Jung, J-C.Bastien, R.Dejaeger,
A.Lefevre, O.Ndjoye-Kogou,
F.Blard and B.Fain, MUT 2019

Wafer-level experimental study
of residual stress in AlN-based
bimorph piezoelectric micromachined
ultrasonic transducer
J.Jung, J-C.Bastien, A.Lefevre,
K.Benedetto, R.Dejaeger, F.Blard
and B.Fain, 2020 Eng. Res. Express
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