隨著全麵屏時代的到來，屏下指紋的技術應用成了業界追隨的熱點，因電容方案受限，光學與超聲方案成為發展主流。

 

其中，超聲波方案利用回波強度識別指紋，具備防油防水、穿透性強等優點：超聲波方案利用指紋模組發出的特定頻率的超聲波掃描手指
，由於超聲波到達不同材質表麵時被吸收
、穿(chuan)透(tou)和(he)反(fan)射(she)的(de)程(cheng)度(du)不(bu)同(tong)，因(yin)而(er)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)皮(pi)膚(fu)和(he)空(kong)氣(qi)或(huo)不(bu)同(tong)皮(pi)膚(fu)層(ceng)對(dui)於(yu)聲(sheng)波(bo)阻(zu)抗(kang)的(de)差(cha)異(yi)，對(dui)指(zhi)紋(wen)的(de)脊(ji)與(yu)峪(yu)所(suo)在(zai)的(de)位(wei)置(zhi)進(jin)行(xing)識(shi)別(bie)。超(chao)聲(sheng)方(fang)案(an)的(de)優(you)點(dian)在(zai)於(yu)其(qi)穿(chuan)透(tou)性(xing)更(geng)強(qiang)，能(neng)夠(gou)進(jin)行(xing)深(shen)層(ceng)的(de)皮(pi)下(xia)指(zhi)紋(wen)識(shi)別(bie)且(qie)能(neng)夠(gou)辨(bian)別(bie)活(huo)體(ti)
，因(yin)而(er)方(fang)案(an)的(de)安(an)全(quan)性(xing)更(geng)高(gao)
；此外
，超聲波方案不易受到油漬和水漬以及強光的幹擾，因而解鎖更加穩定可靠，已成為指紋識別方案發展的一個重要方向。

 

日前，上海思立微電子在MEMS超聲技術上曆時兩年的潛心研發，取得了突破性進展。其自主研發的超聲換能器已通過係列性能測試
，在10MHz頻點轉換效率可達1.5%，表現出優異的性能
，並已應用到下一代超聲指紋識別芯片的研發中。

 

 

思立微所采用的壓電超聲換能器（PMUT）利用氮化鋁的壓電效應進行電能和機械能之間的轉換來偵測手指表皮和真皮層的穀脊信息，以做出精確的判斷。

 

氮化鋁是一種穩定性非常高的壓電材料
，具有兩個重要的特性：逆(ni)壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)和(he)壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)。逆(ni)壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)是(shi)指(zhi)當(dang)在(zai)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)兩(liang)端(duan)施(shi)加(jia)電(dian)壓(ya)時(shi)，壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)內(nei)部(bu)會(hui)產(chan)生(sheng)形(xing)變(bian)，形(xing)變(bian)量(liang)與(yu)電(dian)壓(ya)成(cheng)正(zheng)比(bi)
，這(zhe)是(shi)將(jiang)電(dian)能(neng)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)機(ji)械(xie)能(neng)的(de)過(guo)程(cheng)
；壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)是(shi)指(zhi)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)在(zai)力(li)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)產(chan)生(sheng)形(xing)變(bian)時(shi)，壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)內(nei)部(bu)正(zheng)負(fu)電(dian)荷(he)中(zhong)心(xin)發(fa)生(sheng)相(xiang)對(dui)位(wei)移(yi)
，使(shi)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)兩(liang)端(duan)產(chan)生(sheng)符(fu)號(hao)相(xiang)反(fan)的(de)束(shu)縛(fu)電(dian)荷(he)，電(dian)荷(he)量(liang)與(yu)壓(ya)力(li)成(cheng)正(zheng)比(bi)，這(zhe)是(shi)將(jiang)機(ji)械(xie)能(neng)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)能(neng)的(de)過(guo)程(cheng)。

 

 

有別於其它SOI多矽片的工藝，思立微的壓電超聲換能器獨創單矽片刻蝕結構和工藝
，主要由懸空的換能薄膜組(zu)成(cheng)，包(bao)括(kuo)底(di)電(dian)極(ji)，壓(ya)電(dian)層(ceng)，頂(ding)電(dian)極(ji)及(ji)彈(dan)性(xing)層(ceng)。利(li)用(yong)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)的(de)逆(ni)壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)，隻(zhi)要(yao)在(zai)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)薄(bo)膜(mo)上(shang)下(xia)兩(liang)麵(mian)的(de)底(di)電(dian)極(ji)和(he)頂(ding)電(dian)極(ji)施(shi)加(jia)固(gu)定(ding)頻(pin)率(lv)的(de)電(dian)壓(ya)，薄(bo)膜(mo)就(jiu)會(hui)振(zhen)動(dong)，產(chan)生(sheng)聲(sheng)波(bo)。而(er)反(fan)過(guo)來(lai)，當(dang)聲(sheng)波(bo)傳(chuan)到(dao)換(huan)能(neng)薄(bo)膜(mo)時(shi)，薄(bo)膜(mo)產(chan)生(sheng)形(xing)變(bian)，壓(ya)電(dian)層(ceng)兩(liang)端(duan)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)正(zheng)負(fu)相(xiang)反(fan)的(de)附(fu)屬(shu)電(dian)荷(he)，外(wai)圍(wei)電(dian)路(lu)就(jiu)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)頂(ding)電(dian)極(ji)和(he)底(di)電(dian)極(ji)采(cai)集(ji)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)信(xin)號(hao)。

 

 

在進行指紋識別應用時，給超聲換能器施加交流電壓，超聲換能器產生振動
，振動向上傳輸，即超聲波向上傳輸
，穿過不同介質層（屏幕，玻璃等）到dao達da手shou指zhi的de穀gu或huo者zhe脊ji
，聲sheng波bo遇yu到dao脊ji的de表biao麵mian
，部bu分fen反fan射she，部bu分fen透tou射she
，而er因yin為wei穀gu中zhong空kong氣qi的de聲sheng阻zu抗kang遠yuan高gao於yu脊ji，所suo以yi聲sheng波bo遇yu到dao穀gu時shi幾ji乎hu為wei全quan反fan射she。從cong穀gu和he脊ji反fan射she回hui來lai的de不bu同tong聲sheng波bo能neng量liang傳chuan到dao對dui應ying的de超chao聲sheng換huan能neng器qi表biao麵mian時shi，對dui應ying的de超chao聲sheng換huan能neng器qi會hui生sheng成cheng不bu同tong的de電dian學xue信xin號hao（幅值，頻率，相位等）。

 

 

與其它指紋識別技術方案相比
，超聲技術能實現3D指zhi紋wen識shi別bie，安an全quan性xing更geng高gao。通tong過guo聲sheng學xue聚ju焦jiao的de方fang法fa，將jiang聲sheng波bo聚ju焦jiao到dao手shou指zhi表biao麵mian，如ru果guo遇yu到dao手shou指zhi的de脊ji

，部bu分fen聲sheng波bo反fan射she回hui來lai，其qi餘yu聲sheng波bo透tou射she進jin入ru皮pi膚fu

，這zhe一yi部bu分fen聲sheng波bo遇yu到dao真zhen皮pi層ceng之zhi後hou被bei再zai次ci反fan射she回hui來lai
；所以聲波在遇到脊之後會在表皮和真皮層反射回來兩個時間不同的信號；而在穀的地方，聲波隻有一次反射，而且是全反射信號。超聲指紋識別方案就是通過這個方法來采集表皮和真皮的指紋信號，從而得到3D的指紋信息。

 

 

思立微所研發成功的PMUT換能器采用AIN材料，基於CMOS工藝，獨創MEMS結構
，結構簡單、便於工藝實現。思立微目前業已基於此款PMUT換能器進行屏下超聲指紋識別的研發
，預計2019年初將達到量產水平。

 

關於思立微電子

 

上海思立微電子科技有限公司（SILEAD INC.）由清華學子程泰毅先生於2011年nian創chuang立li
，研yan發fa總zong部bu位wei於yu上shang海hai張zhang江jiang高gao科ke技ji園yuan區qu，是shi國guo家jia認ren定ding的de高gao新xin技ji術shu企qi業ye。思si立li微wei電dian子zi一yi直zhi以yi新xin一yi代dai移yi動dong智zhi能neng終zhong端duan生sheng物wu傳chuan感gan技ji術shu的de自zi主zhu技ji術shu創chuang新xin為wei己ji任ren，專zhuan注zhu於yu生sheng物wu識shi別bie傳chuan感gan器qiSoC芯xin片pian和he解jie決jue方fang案an的de研yan製zhi開kai發fa，致zhi力li於yu以yi專zhuan業ye高gao效xiao的de團tuan隊dui為wei客ke戶hu提ti供gong實shi時shi卓zhuo越yue的de技ji術shu支zhi持chi，一yi直zhi以yi優you質zhi的de服fu務wu為wei各ge大da品pin牌pai客ke戶hu提ti供gong高gao性xing能neng低di功gong耗hao電dian容rong觸chu控kong，前qian置zhi、後置、側邊類coating/蓋板電容指紋，光學屏下指紋芯片及全套解決方案。欲了解更多信息，請訪問：www.sileadinc.com

 

 

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