一種新的超聲波指紋傳感器能夠測定你的指紋及皮下組織的三維圖像，這將提升智能手機和其他設(shè)備的生物特征識別和信息安全性能。

　　目前在智能手機(如iPhone6)中使用的指紋傳感器技術(shù)，能夠針對指紋產(chǎn)生二維圖像，這種圖像很容易通過一張打印好的指紋圖片造假。一種新開發(fā)的超聲波傳感器，可通過對指紋表面和皮下組織進行三維繪圖，規(guī)避這一風險。

　　加利福尼亞大學(xué)(University of California)機械和航空航天工程學(xué)教授DavidA.Horsley說道：目前智能手機密碼功能存在著很大的安全隱患，因此我們預(yù)測生物識別解決方案有廣闊的應(yīng)用前景。

　　自從蘋果公司宣布他們在2013年新一代iPhone中配置了指紋傳感器以來，蘋果手機的追隨者與日俱增。

　　這一新技術(shù)起源于2007年，當時，伯克利傳感器(Berkeley Sensor)和執(zhí)行器中心(Actuator Center)的團隊合作，研究微機械壓電超聲換能器(piezoelectric-micromachinedultrasonictransducers，PMUTs)。

　　Horsley表示：我們開發(fā)了PMUTs陣列，以及定制的應(yīng)用

　　集成電路(application-specificintegratedcircuit，ASIC)和配套電子產(chǎn)品。我們的研究工作很成功，以至于將其從微系統(tǒng)中脫離，在2013年實現(xiàn)商業(yè)化。2011年研究團隊再次對PMUT技術(shù)進行探索，他們發(fā)現(xiàn)了這種技術(shù)可以用來實現(xiàn)指紋傳感。

　　Horsley說道：幸運的是，我們招募到了一批優(yōu)秀學(xué)生以及業(yè)內(nèi)伙伴來共同實現(xiàn)我們的愿景，他們也是這一研究的合著者，他們不僅資助了這項工作，還將設(shè)計應(yīng)用到了生產(chǎn)制造中。

　　這一技術(shù)的基本思想是醫(yī)學(xué)超聲波成像。他們創(chuàng)造了一個微小的超聲波成像儀，用來觀測指紋表面及其下方淺層組織。Horsley指出：我們通過醫(yī)學(xué)超聲波的方式收集超聲波圖像，芯片表面的換能器發(fā)射出超聲脈沖，并接收到凹凸指紋表面的回波。

　　超聲波傳感器的基礎(chǔ)是一種具有高度一致性的微機電超聲器件，因此，它具有相似的頻率響應(yīng)特性。

　　為了制造成像儀，研究小組應(yīng)用了現(xiàn)有的微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)(智能手機的麥克風和定向功能也依靠這種技術(shù))。他們使用了一種改進的制造工藝，用來制造iPhone和其他消費類電子產(chǎn)品中都具有的微機電加速計和陀螺儀。

　　Horsley表示：我們的芯片由兩層晶片組成，一個是微機電晶片，包含超聲波換能器;另一個是CMOS晶片(CMOS，互補金屬氧化物半導(dǎo)體，是一種基于硅的技術(shù)，用于在微芯片制造晶體管。)，包含信號處理電路。這些晶片結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，然后微機電晶片經(jīng)過減肥后來顯示超聲波換能器。

　　Horsley研究小組將超聲波看作是微機電技術(shù)的下一個前沿領(lǐng)域。Horsley指出：我們準備通過低成本、高容量的生產(chǎn)過程，每年生產(chǎn)成百上千的微機電傳感器，因此，我們的超聲波芯片能夠以極低的價格生產(chǎn)。

　　成像儀在ASIC或應(yīng)用集成電路上通過高效功率電荷泵，以1.8伏特的電源進行供電。Horsley說道：我們的超聲波換能器具有很高的靈敏度，并且電子接收機位于陣列下方，這降低了電子寄生現(xiàn)象。使用低電壓集成電路將會降低我們的傳感器成本，同時改善現(xiàn)有超聲波傳感器的成本、尺寸和耗能，從而使得超聲波傳感器得以應(yīng)用于新領(lǐng)域。

　　在生物識別和信息安全領(lǐng)域，研究小組的工作具有實際意義。Horsley指出：我們的超聲波傳感器能夠測量手指表面和皮下組織的三維立體圖像，這能夠提高指紋傳感器的應(yīng)用性和安全性。

　　除了生物識別和信息安全方面，新技術(shù)也有望應(yīng)用于其它領(lǐng)域，Horsley補充道：還可作為醫(yī)學(xué)診斷工具或用于監(jiān)測個人健康信息的低成本超聲波技術(shù)。 

　　研究小組制造了性能高度一致的微機電超聲波設(shè)備陣列，從而能夠驗證PMUTs是否具有高度相似的頻率響應(yīng)特征。