This thesis reports the process of making transparent and flexible Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer (CMUT) using polymer. CMUT is widely used in medical ultrasound imaging because it can be manufactured with the desired type of micro-array by MEMS fabrication. However, conventionally used CMUT fabrication is difficult to make transparent and flexible because silicon is rigid and opaque. In this work, a new MEMS fabrication was developed using polymer CPI and SU-8 instead of silicon and transparent electrode ITO and AgNW. Also, we proposed a hybrid membrane with ITO between SU-8 to improve the low output pressure of polymer-based CMUT. The FEM simulation shows that the device has a resonance frequency of 4.78 MHz, pull-in voltage of 68.188V, and an output pressure of more than twice as high as that of the polymer-only membrane. The completed device has a ROC of less than 1.3 mm and transmittance of 60 – 80% in the visible range. This study is the first of the transparent and flexible CMUTs to perform ultrasound imaging and has higher transmittance than conventional transparent CMUTs.
본 학위논문에서는 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서(CMUT)를 폴리머를 사용하여 투명하고 유연하게 만드는 내용에 대해 다루고자 한다. CMUT은 MEMS 공정으로 원하는 형태의 초소형 어레이로 제작이 가능하다는 장점이 있어 의료 초음파 이미징에 두루 사용되고 있다. 그러나, 기존의 보편적으로 사용되는 실리콘 기반 CMUT 공정은 투명하고 유연하게 만들기 어렵다. 본 연구에서는 실리콘 대신 폴리머 CPI와 SU-8 등과 투명전극 ITO와 AgNW를 이용하여 새로운 MEMS 공정 과정을 개발하였다. 또한, 폴리머 CMUT의 낮은 출력 압력을 해결하기 위하여 SU-8 사이의 ITO를 껴 놓은 하이브리드 구조의 멤브레인을 제안하였다. 소자는 4.78MHz의 공진 주파수, 68.188V의 풀인 전압을 가지며, 폴리머 멤브레인의 CMUT보다 2배 이상의 높은 출력 압력을 가지는 것을 FEM 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 완성된 소자는 1.3 mm 미만의 ROC를 가지며, 가시광 영역에서 60 – 80%의 투과도를 가진다. 본 연구는 초음파 이미징을 진행할 수 있는 투명하고 유연한 CMUT 중에 첫 번째 시도이며, 기존의 투명한 CMUT보다 더 높은 투과도를 가진다.
