高铁成 ，远桂民 ，王 昊

（1.天津工业大学 电子与信息工程学院，天津 300387；2.天津工业大学 天津市光电检测技术与系统重点实验室，天津 300387）

随着微机电系统（MEMS）和集成电路（IC）工艺的快速发展[1-2]，新型电容式超声传感器的实现逐步成为可能。由于电容式传感器自身具有带宽大、灵敏度高、体积小、易与IC 集成等优点[3]，这也使对新型传感器深入研究更具有应用价值和市场前景。在当前的超声无损检测领域，用传统的压电传感器进行检测工件材料时通常需要很长的电缆线，为阻抗匹配需要一定的耦合介质，如水、麻油、水玻璃等，这使得检测操作过程较为繁琐。

斯坦福团队率先提出了CMUT 结构模型，其结构由基座、绝缘层、边缘支撑、空腔、振动薄板和电极等部分构成[4]；并根据其结构模型提供了质量-弹簧-阻尼模型计算模型[5-6]；最后还提出了在真空环境中，薄板最大挠度为空腔高度的1/3 的结论。但是对质量-弹簧-阻尼模型进行原理计算时，阻尼参数的计算比较繁琐；对于所提出结论应用环境为真空状态并不能满足实际工作需要。

为了解决上述问题，结合空耦超声检测技术[7-9]特点及其在超声无损检测中的应用[10-12]，决定基于新型CMUT 制作一个空耦超声传感器。本文通过剔除阻尼参数设计的简单模型对其理论计算，用COMSOL 软件进行仿真验证，并将模型理论计算值和COMSOL 仿真值进行对比。

1 模型的建立及其参数的分析

基于晶圆键合工艺[13]建立了如图1 所示的圆形板CMUT 的二维的结构模型。……