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从“大块头“到“微芯片“:pMUT 技术让超声成像更轻便、更精准

更新时间:2026-11-06  |  点击率:8

导读:诊断医学超声成像正变得越来越普及——它相对便宜、便携、紧凑且无创。但你知道吗?未来的超声设备可能会小到可以植入体内!这一切,都要归功于一项名为 pMUT 的微型化技术。


一、什么是 pMUT?

诊断医学超声成像因其低成本、便携性、紧凑性和无创性,已成为医学影像技术之一。然而,随着医学成像向更高分辨率、更大阵列方向发展,传统的体压电材料面临着体积庞大、成本高昂、难以大规模阵列化的瓶颈。

pMUT(压电微机械超声换能器) 应运而生——它是基于微机电系统(MEMS)技术制造的微型超声传感器,专为大规模阵列兼容和低成本量产而设计。


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二、技术原理与制造

pMUT 采用 31 模式振动原理,以 PZT(锆钛酸铅) 作为核心压电材料。其制造流程融合了成熟的半导体微加工技术:

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三、如何表征超声换能器?

使用微系统技术生产的超声换能器主要分为两类:

  1. pMUT,压电微机械超声换能器是利用压电效应直接驱动,结构简单。

  2. cMUT,电容微机械超声换能器是利用静电驱动,带宽更宽,与 CMOS 工艺兼容性好。


cMUT 的独特优势:


  • 膜片弯曲模式降低机械阻抗,提升能量传输效率

  • 半导体工艺实现低成本批量生产

  • 可直接集成开关电路,轻松构建 1D 或 2D 阵列


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四、应用实例:IMEC 的 cMUT 实时表征

比利时 IMEC 的研究团队利用微型系统分析仪对独特的 cMUT 进行了全面表征:

实验流程:


  1. 测量单个 cMUT 单元的 RMS 位移

  2. 基于瑞利积分法计算转移介质中的空间压力场

  3. 通过独立水听器测量验证结果


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结语

从笨重的传统压电体到指甲盖大小的微芯片,pMUT 和 cMUT 技术正在重新定义超声成像的边界。未来,或许每一个医生的白大褂口袋里,都将装着一个由 pMUT 阵列驱动的"便携式超声实验室"。