新一代超声成像的研究重点是使用大阵列小型薄膜传感器的新型传感器技术。这种传感器测量结果精准，大大推动了医学影像技术的发展，能帮助医生更快速地检查及诊断病人。
电容式微机械超声换能器(CMUT)有可能取代压电传感器，其在超声成像领域已受到极大关注。CMUT是一片真空密封的薄膜，可由静电驱动来发送和接收声波信号。利用标准微加工技术按照严格的参数标准实现批量生产，很容易生产出更小的传感器元件用于更高的分辨率成像。
与传统的压电传感器相比，CMUT技术有几大优势：更大的信号带宽，目标频率可根据薄膜的物理尺寸来调整；CMUT还兼容集成至芯片上的CMOS驱动电路，进一步降低系统噪音。
更大的传感器使用数以万计或更多的CMUT单元来提供更大的视场图像。传感器生产完毕后，它们的运行评估非常重要，要确保整个阵列性能一致，以实现精确的医学影像应用。在传感器封装之前，我们使用激光多普勒测振仪对谐振频率和薄膜位移进行无损检测。
我们的CMUT单元
我们采用两层多晶硅牺牲层技术，形成真空腔。薄膜沉积在牺牲层上面，是由低应力氮化硅膜组成的，而氮化硅膜是由溶解了多晶硅的氢氧化钾溶液的加热沉积而成。随后，牺牲层所形成的空腔被二氧化硅密封。单个CMUT单元的剖面如图1所示。
为获得更大的视野，我们需要将大量的CMUT单元按一定间距排成正方形阵列。顶部和底部正交电极之间的每个交叉点形成单个成像元件。我们在空气中评估每个CMUT阵列的性能。
测量设备性能
本次参数测试中，我们使用的是德国Polytec公司的MSA显微式激光多普勒测振仪。
将CMUT阵列安装在样品台上，并与三轴向微定位探针连接。每个阵列连接由交流和直流偏置电压联合驱动，直流偏置电压由偏执器提供，如图2所示。评估传感器阵列的性能时，我们着重于测试薄膜的在不同交流和直流驱动电压条件下谐振频率和动态位移。我们将不同测试位置的测量结果加以比较，分析阵列的总体性能，并研究由于电阻损耗所引起的位移变化，并找出有缺陷的薄膜。
结果评估及未来计划
在评估CMUT单元时，确保每个薄膜的运行状况完全相同至关重要，否则，阵列上的微小偏差将导致这些传感器在成像时产生伪像。其中一些变化可以用显微镜直观地观察到，如图3所示，两个CMUT单元的薄膜发生塌陷或变形。
然而，如果CMUT单元的空腔发生空气泄漏（真空密封不严导致充满空气），这将导致其谐振频率和性能发生改变，而在显微镜下，它们与真空密封完好的薄膜并没有明显不同。在MHz频率范围的医学成像时，共振频率发生变化以及动态位移减小，是由于空气挤压和拉伸的阻尼效应而造成的。这些缺陷通常只有在传感器工作时才能被发现，因此，在投入大量经费连接并封装传感器，并进行超声系统整体测试之前，检测并判定出这些缺陷是否存在的好处是显而易见的。
图4a显示的是CMUT单元空腔出现空气泄漏的例子，在正弦波激励下，相同频率下阵列的其余部分出现共振，而这2个单元不发生共振。
采用伪随机信号作为激励信号，我们可以使用激光测振仪进一步研究理想CMUT单元和有缺陷CMUT单元的工作频率，如图4b所示。很明显，在给定的工作电压下，空腔内的空气使得CMUT单元的谐振频率提高，同时使动态位移降低。
CMUT医学影像传感器的成功设计和制造依赖于精炼的工艺流程，以生产出无缺陷的产品。在开发过程中，我们需要拥有能够检查每个CMUT阵列的设备，以确保每一个传感器符合适当的质量控制标准。
德国Polytec公司的MSA显微式激光多普勒测振仪，帮助客户在制造过程中检查每个传感器，及时识别和纠正生产错误，避免在缺陷传感器上投入额外支出。
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