Ultrasonic imaging that can observe the internal structure using reflected waves of ultrasonic waves is used in the medical field. In particular, a portable ultrasonic imaging system is being studied. The capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) device has the advantage of having a broad bandwidth. However, there is a disadvantage of requiring a high bias voltage when driving the CMUT device. In this thesis, a design to lower the operating voltage of the CMUT device was conceived, and the performance was verified through the simulation. For low voltage driving, a device has been proposed to replace the insulation layer material inside the cavity structure with material having high dielectric constant. In addition, the area of ultrasonic waves generated was maximized by using the wafer bonding process, and the size of the insulation layer inside the cavity was maximized by establishing a self-aligned process. The device fabricated by the developed process always exhibited a lower operating voltage than the silicon dioxide insulation layer.
초음파의 반사파를 이용해 내부 구조를 관찰할 수 있는 초음파 이미징은 의료 분야에서 활용된다. 특히 휴대가능한 초음파 이미징 시스템이 연구되고 있다. 정전용량형 미세가공 초음파 소자(CMUT)는 보다 넓은 대역폭을 가지는 장점이 있다. 하지만 CMUT 소자의 구동 시 높은 직류 전압을 요구한다는 단점이 있다. 본 학위논문에서는 CMUT의 직류 구동 전압을 낮추기 위한 설계를 구상하고, 시뮬레이션을 통해 성능을 검증하였다. 저전압 구동을 위하여 소자의 공극 내부 절연층 물질을 고유전율 유전체로 대체하는 소자가 제안되었다. 또한 웨이퍼 접합 공정을 활용하여 초음파의 발생 영역을 최대화하고 자기 정렬 공정을 수립하여 공극 내부 절연층의 크기를 최대화하는 공정을 개발하였다. 개발된 공정 과정을 통해 제작된 소자는 기존의 산화규소 절연층에 비해 항상 낮은 구동전압을 보였다.
