This paper delves into enhancing the performance of ScAlN-based Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers (PMUTs) through the implementation of Polydimethylsiloxane (PDMS) acoustic lenses. The PMUT, encapsulated in PDMS, underwent thorough characterization through the utilization of an industry-standard hydrophone calibration instrument. The experimental results showed that the ScAlN-based PMUT with the PDMS lenses achieved an impressive sensitivity of −160 dB (re: 1 V/μPa), an improvement of more than 8 dB compared to the PMUT with an equivalent PDMS film. There was a noticeable improvement in the −3 dB main lobe width within the frequency response when comparing the PMUT with PDMS encapsulation, both with and without lenses. The successful fabrication of high-performance PDMS lenses proved instrumental in significantly boosting the sensitivity of the PMUT. Comprehensive performance evaluations underscored that the designed PMUT in this investigation surpassed its counterparts reported in the literature and commercially available transducers. This encouraging outcome emphasizes its substantial potential for commercial applications.

Abstract This paper presents the design, fabrication, packaging, and characterization of a high-performance CMUT array. The array, which features rectangular cells fabricated using a sacrificial release process, achieves a receiving sensitivity of −231.44 dB (re: 1 V/ μ Pa) with a 40 dB gain. Notably, the CMUT array exhibits a minimal sensitivity variation of just 0.87 dB across a temperature range of 0 to 60 °C. Furthermore, the output voltage non-linearity at 1 kHz is approximately 0.44%. These test results demonstrate that the reception performance of the 67-element CMUT array is superior to that of commercial transducers. The high performance and compact design of this CMUT array underscore its significant commercial potential for hydrophone applications.