2024年5月23日晚，信科“E席谈”青年学术沙龙第二十三期在理科一号楼1127学生活动室顺利进行。北京大学集成电路学院集成电路学院集成微纳系统系副主任卢奕鹏老师受邀进行了以“压电超声传感器：小尺寸，大作为”为主题的分享。本次沙龙由信息科学技术协会主席袁云鹏主持。学院团委书记吕媛老师参加了活动。

沙龙现场

卢老师首先从生活中B超等案例出发，消除了大家对于超声传感器的陌生感。他提到，超声的能量比较安全，对人体基本无害，连孕妇也可以接触。然后提及他的工作，例如目前常见的屏下指纹识别技术，就是由他开发的，且做到了世界先进水平，专利被高通等公司争相竞买。在来北京大学前的7年间，卢老师在高通公司工作，曾任高级主任工程师。

接着，卢老师讲了压电在MEMS尺度上的应用。有FBAR滤波器、MEMS机械开关等。其优势非常明显，比如MEMS做机械开关，其漏电流非常小，极大地减小了能量损耗。事实上，常年工作的器件中，很多都是MEMS的应用，比如手机陀螺仪、汽车安全气囊内部组件等。这也说明其抗机械振动的性能优越。老师又说，大家可能还有如下体验：雨天，手机屏幕沾了水后，就不易精确操作了。这就是电容式的缺陷。如果改成压电/超声式，则不会遇到此问题。

然后，卢老师讲了超声在MEMS尺度上的应用。常见的有超声手术刀、多普勒效应检测血流和药物定向释放。如超声定向使药丸中气泡破裂等。其应用还有手势识别，且超声比传统光学成像有优势，因为所需的频率更低，所以功率更低。在一些日常的领域，也有超声的影子。比如有些人不喜欢平板写字的质感，那么在纸上写也没有问题，只需要用超声同步地检测手写的位置，并传输至平板上。此外，在检测承重墙、声呐定位等工程领域，它也大放异彩。把这两个方向结合在一起的，就是压电-超声转换器了。传统上，使用压电陶瓷超声换能器，随着技术的发展，它进化为了电容微机械超声换能器（CMUT）。在工业界经过30多年的摸索后，PMUT出世。它增加了压电材料叠层，继承了CMUT的优点（如阻抗易匹配），同时还有其他优越性。与传统振荡电路中欲提高品质因子Q值不同，在超声换能器领域我们不希望能量被锁在元件电容、电感内，而希望它被释放出去。所以工程师们常常优化带宽，使Q值降低。

卢老师进行分享讲授

如何使能量聚集到我们想让它去的地方呢？卢老师提到，优化阻抗、使能量耦合至介质中后，要么需要尺寸大，要么频率高。不过，为达成这个目的，还可以利用复杂的精密结构，代价是需要繁复的工艺。卢老师展开讲述了蚀刻中添加停止层、SOI(Silicon-On-Insulato)等细节。当然，也可以做到和CMOS完全集成。利用卢老师博士期间提出的铝-锗共晶技术，可以实现所需的结构。

卢老师还提到业界与学界融合的一些问题。比如目前鲜有公司愿意给高校学生开放流片，遑论共同研发。某种程度上，这可能影响了行业追赶和进步的速率。他希望未来“产学研”能进一步融合开放。

然后，卢老师介绍了他在高通工作期间的成果。比如前面提到过的基于PMUT做屏下指纹、还有用可以记录三维信息的超声笔绘画。

在提问交流环节，有同学问到PMUT的尺寸信息。老师回复：大小无所谓，但是越小频率越高，且传输距离越近。50μm的阵列是一个常见的品类。

卢老师耐心回答同学的提问

卢老师还介绍了他的课题组目前在从事的研究等。国家目前大力鼓励应用创新，所以他从工业界回到学术界中，并没有感觉过多的不适应。相比于其他研究者，可能还更容易找到现实存在的问题，而非臆想出来的问题。他也鼓励大家努力去解决真实世界存在的问题。

本期“E席谈”活动在大家的掌声中顺利结束。