近年来，高频聚焦超声在电子器件的评估与检测、材料微观机械性能的表征、生物医学高分辨率成像、生物组织病理学的定量研究、超声镊子等前沿基础研究和应用技术中显示出巨大的潜力，声透镜聚焦超声换能器是目前高频聚焦超声换能器的主流选择之一。
氧化锌由于其良好的压电性能和较低的高频损耗被广泛应用于高频聚焦超声换能器，然而制备厚度超过10μm且同时具有高c轴择优度与低拉伸应力的氧化锌厚膜是现有的难点之一。
为此，中国科学院声学研究所超声学实验室博士生遆金铭与其导师李俊红研究员对适用于纯金属磁控溅射氧化锌（ZnO）的结构区域模型进行改良，基于改进的结构区域模型，优化了磁控溅射生长氧化锌厚膜的溅射压力和Ar:O2气体比例，制备了同时具有低拉伸应力和高压电性能的ZnO厚膜。在此研究基础上，结合有限元方法的仿真分析结果，设计并研制了熔融石英声透镜高频聚焦超声换能器，该换能器的中心频率为50 MHz，-6dB带宽高达119%。
相关成果发表于国际学术期刊Journal of Alloys and Compounds。
本研究获得汪承灏院士的指导以及国家自然科学基金（No. 11874388, No. 12174420）、中国科学院声学研究所自主部署“前沿探索”类项目（No. QYTS202002）和中国科学院声学研究所自主部署“目标导向”类项目（No. MBDX202112）的资助。
图1 不同溅射压力和Ar: O2气体比下ZnO薄膜的X射线衍射结果（图/中国科学院声学研究所）
图2 中心频率50MHz的声透镜聚焦超声换能器（图/中国科学院声学研究所）
图3 聚焦超声换能器的时域脉冲回波响应（实线）和归一化频谱（虚线）（图/中国科学院声学研究所）
图4 熔融石英声透镜聚焦换能器成像结果（图/中国科学院声学研究所）
关键词：ZnO厚膜 直流磁控溅射 改良的结构区模型 聚焦超声换能器 有限元法
参考文献：Jinming Ti, Junhong Li, Qingqing fan, Wei Ren, Qing Yu, Magnetron sputtering of ZnO thick film for high frequency focused ultrasonic transducer. Journal of Alloys and Compounds, 2022, 933: 167764. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.167764.