美國加州大學(xué)（UniversityofCalifornia，UC）伯克利分校和戴維斯分校通過微納機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)，聯(lián)合開發(fā)出了使用超聲波的指尖大小的指紋傳感器，并在目前正在舉行的“ISSCC2016”（2016年1月31日～2月4日，美國舊金山）上發(fā)布詳情（“3-DUltrasonicFingerprintSensor-on-a-Chip”（Paper11.2））。設(shè)想應(yīng)用于智能手機等的指紋認(rèn)證用途。
此次開發(fā)的傳感器具備超聲波發(fā)送器和接收器的二維陣列，利用照射到指尖的超聲波的反射來讀取指紋。據(jù)介紹，在手指沾水的狀態(tài)下也能準(zhǔn)確讀取，而且在有人企圖利用印有指紋的紙張等進行作弊認(rèn)證時，也可以識穿。還能進行距離手指表面幾百μm左右的深層掃描。
指紋傳感器部分的超聲波收發(fā)陣列在4.73mm×3.25mm的MEMS芯片上形成，重疊在讀取用CMOSIC上。超聲波收發(fā)陣列上鋪設(shè)了保護用PDMS膜。利用縱排110×橫排56個壓電元件來發(fā)送和接收超聲波。壓電元件以43μ的縱間距和58μm的橫間距來配置。為了準(zhǔn)確讀取波峰和波谷的間距為數(shù)百μm的指紋，將超聲波頻率設(shè)置成了14MHz。這是可防止超聲波束擴散、而且不易在PDMS和皮膚上衰減的最佳頻率值。
讀取指紋時，利用了PDMS與指尖的邊界、以及指尖表皮與皮下組織的邊界的超聲波反射。在指紋中，與PDMS接觸的波峰部分和與空氣層接觸的波谷部分在反射特性上大不相同。這樣便可利用反射波來識別指紋。而且，還可利用表皮與皮下組織的邊界產(chǎn)生的反射波，來識穿印有偽造指紋的紙張等。
形成超聲波收發(fā)陣列的壓電元件是通過在下部帶微腔的硅薄膜上設(shè)置壓電材料而形成的，可施加電壓使其發(fā)生振動。讀取時，可以讀取因振動而發(fā)生的電壓變化。為了減小讀取時的噪聲，在各元件旁邊設(shè)置了沒有微腔、無法接收超聲波的虛擬元件。將兩種元件收到的超聲波以外的信號視為噪聲，利用差動電路來消除。
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