I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in g  a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   43 ,   N o .   3 ,  S e p t e m b e r   2026 ,   pp .   7 1 8 ~ 725   I S S N:  2502 - 4752,   DO I :  10 . 11591/i j e e c s . v 43 . i 3 . pp 7 1 8 - 725             718     Jou r n al  h o m e page :  ht tp: // ij e e c s . iaes c or e . c om   A lu m i n i u m   n itr id e  p ie z oac ou st ic  t r an sd u c e r  d e si gn  f or  C M OS - c om p at ib le  h ig h - p e r f or m an c e  u ltr asou n d   d e v ic e s       J .   M an ga ,   V .   J .   K .   K is h or   S on t i   D e pa r tm e nt   of   E le c t r o ni c s  a nd C omm uni c a ti o n  E ngi n e e r in g, S a th y a ba ma  I ns ti tu t e   of  S c i e n c e  a nd  T e c hn o l o g y , C h e nna i,  I ndi a       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve d   De c   5,   2024   R e vi s e d  J u l   2,   2026   A c c e pt e d  A ug  19,   2026       Pi e zo e l ec t ri c   m at e ri a l s   are   fu n d a men t al   t o   u l t ras o u n d   p ro b e s   an d   s c a n n i n g   d ev i ce s ,   e n ab l i n g   t h e   b i d i r ec t i o n a l   co n v e rs i o n   o f   mec h a n i c a l   e n e r g y   i n t o   e l ec t ri c a l   s i g n al s   fo r  ap p l i c at i o n s   i n   med i c al   i m ag i n g ,   f i n g e rp ri n t   rec o g n i t i o n ,   an d   n o n - d e s t ru c t i v e  t e s t i n g .   T h i s   c ap ab i l i t y   s u p p o rt s   acc u rat e  v i s u al i zat i o n   o f  i n t e rn al   s t ru c t u r e s ,   t h e r e b y   en h an ci n g   d i ag n o s t i c   p reci s i o n .   T rad i t i o n a l l y ,   l e ad   z i r c o n at e  t i t an at e   (P Z T - 4 )  h as   b e en   t h e   d o mi n a n t   ch o i ce  fo r  h an d h el d   u l t ras o u n d   p ro b e s   d u e   t o   i t s   h i g h   p i e zo e l ec t ri c   co e ffi ci e n t s ;   h o w ev e r,   i t s   l i m i t at i o n s   i n c l u d e   l o w   o u t p u t   e ffi ci e n cy ,   b ri t t l en e s s ,   h i g h - t e m p e rat u r e   p ro ce s s i n g   r e q u i r eme n t s ,   an d   s i g n i f i c an t   en v i ro n me n t al   h azard s ,   p art i c u l ar l y   m ari n e   ec o - t o x i ci t y   d u ri n g   d i s p o s al .   T o   o v e r co me   t h e s e   d ra w b ack s ,   t h i s   s t u d y   i n v e s t i g at e s   a l u mi n i u m   n i t ri d e  (A l N )  as   a  s afe r,   e n v i r o n men t al l y   s u s t ai n ab l e,   a n d   t h e r m al l y   s t ab l e   a l t e rn at i v e .   A l N   o ff e rs   c o m p at i b i l i t y   w i t h   c o m p l emen t ar y   me t al   o x i d e   s emi co n d u c t o r  (CMO S)   t e ch n o l o g y ,   fa c i l i t at i n g   i n t e g rat i o n   i n t o   co m p ac t ,   h i g h - p e rfo r m a n ce  u l t ras o u n d   d e v i ce s   s u i t ab l e   f o r  b i o me d i c al   an d   p o rt ab l e  ap p l i c at i o n s .   U s i n g   CO MSO L   Mu l t i p h y s i c s   s i m u l at i o n s   at   2 0 0   k H z,   t h e  p i e zo a co u s t i c   r e s p o n s e  o f  A l N   i s   a n al y z e d   t o   ev al u at e  i t s   aco u s t i c   f i e l d   b eh av i o r   u n d e r  s p eci fi c  e l ec t ri c a l   i n p u t s .   R e s u l t s   h i g h l i g h t   A l N ’s   ab i l i t y   t o   g en e rat e  u n i f o r m    ac o u s t i c   p r e s s u re   d i s t ri b u t i o n s ,   s u p p o rt i n g   i t s   p o t e n t i al   fo r  p h o t o aco u s t i c  i m ag i n g   an d   a d v a n ce d   b i o me d i c al   d i ag n o s t i c s .   T h i s   w o r k   e s t ab l i s h e s   A l N   as   a  p ro mi s i n g   m at e r i al   f o r  n e x t - g en e rat i o n   u l t ras o u n d   t ran s d u ce rs ,   c o m b i n i n g   e n v i r o n men t al   s af e t y   w i t h   s u p e ri o r  fu n c t i o n al   p e rfo r m a n ce .   K e y w o r d s :   A c o us t i c   Al u mi n i u m   ni t r i d e   C o m s o l   M u l t i p hy s i c s   F r e que n c y   P i e z o e l e c t r i c   U l t r a s o un d   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l e  u n d e r   t h e  CC  B Y - SA   l i cen s e .     C or r e s pon din g  A u th or :   J .   M a n ga   De pa r t m e n t   o f   E l e c t r o ni c s   a n d  C o m m u ni c a t i o n   E ng i n e e r i ng   S a t hy a b a m a   I n s t i t ut e   o f   S c i e nc e   a n d  T e c hn o l o g y   C he nn a i ,   T a m il   Na du ,   I n d i a   E m a i l :  j a n g i d im a n ga @ g m a il . c o m       1.   I NT RODU C T I ON   U l t r a s o un d   t e c hn o l o g y   h a s   b e c o m e   i n d i s pe ns a bl e   a c r o s s   di v e r s e   do m a i ns   i n c l ud i ng  i n du s t r i a l  s e n s i ng,   a gr i c u l t ur a l   m o ni t o r i n g,   2D  a n d  3D  r a n g i ng   [ 1] ,   b i o m e d i c a l   im a g i ng   [ 2] ,   f i n ge r pr i n t   de t e c t i o n   [ 3] ,  a n d  n o n - de s t r uc t i v e   t e s t i n g   [ 4] ,   [ 5 ] .   A t  t h e   c o r e   o f   t h e s e   de vi c e s   a r e   p i e z o e l e c t r i c   t r a n s du c e r s   [ 6] ,   whi c h  e x p l o i t   t h e   pi e z o e l e c t r i c   e f f e c t — c o n v e r t i n g  m e c h a ni c a l   s t r e s s   i n t o  e l e c t r i c a l   po t e n t i a l   a n d  vi c e   v e r s a .   M o de r n   u l t r a s o un d  pr o b e s   i n t e gr a t e   t h e s e   t r a n s duc e r s   a s   m i c r o e l e m e n t s   f a b r i c a t e d  t h r o ugh   c o m p l e m e n t a r y   m e t a l   o xi de   s e mi c o n du c to r   ( C M OS ) - c o m pa t i bl e   pr o c e s s e s   [ 7] ,   e n a bli ng  c o m pa c t   a r r a y s   t h a t   de l i ve r   pr e c i s e   a c o us t i c   r e s po n s e s .   De s p i t e   t h e i r   w i de s pr e a d  u s e ,   t h e   pe r f o r m a n c e   a n d  s u s t a i n a bil i t y   o f   u l t r a s o un d  de vi c e s   r e m a in  c o n s t r a i n e d  by   m a t e r i a l   li mi t a t i o ns .   L e a d  z i r c o n a t e   t i t a n a t e   ( P Z T )   h a s   l o n g  b e e n   t h e   do m i na n t   c h o i c e   due   to   i t s   hi g h   p i e z o e l e c t r i c   c o e f f i c i e n t s   ( d₃₁  ≈   40 – 110   pm /V)   [ 8] .   H o we v e r ,   P Z T   p o s e s   s i g nif i c a n t   c ha l l e n ge s :  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2502 - 4752       A lumini um  nit r ide  piez oac ous ti c   tr ans duc e r   de s ign   f or   C M OS - c ompatibl e   high - pe r f or manc e   …   ( J .   M anga )   719   e nvi r o nm e n t a l   to xi c i t y   ( n o t a bl y   m a r i n e   s e d im e n t   e c o - to xi c i t y )   [ 9] ,   [ 10] ,   h i g h - t e m pe r a t ur e   pr o c e s s i n g   r e qu i r e m e n t s   ( > 650  ° C )   t h a t   hi n de r   C M OS  i n t e gr a t i o n   [ 11] ,   b r i tt l e n e s s   t h a t   c o m pr o m i s e s   r e l iabili t y   i n  p or tab l e   or   e n d os c opi c   de v i c e s   [ 1 2 ] ,   a n d  s pu tt e r e d   f i l m s   wi t h   hi gh   i n tr i n s i c   s tr e s s   a n d   l o w   de p os i t i o n   r a te s   [ 13 ] .   T h e s e   dr a wb a c ks   l i m i t  t h e   s c a l a bi l i t y   a n d   s a f e t y   o f   P Z T - b a s e d   m i c r o m a c hi n e d   ul tr a s o ni c   tr a n s d uc e r s   ( pM U T s ) .   T o  a ddr e s s   t h e s e   l im i t a t i o n s ,   r e s e a r c h e r s   h a v e   e x p l o r e d  a l t e r na t i ve   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l s   a n d   im pr o v e d  f a b r i c a t i o n   t e c hni que s .   P Z T - b a s e d  p M UT s   r e m a i n  a t tr a c t i ve   due   to   t h e i r   s e ns i t i v i t y ,   b ut   t h e i r   i n t e gr a t i o n   c h a ll e n ge s   h a v e   s pur r e d  i nv e s t i g a t i o ns   i n t o  t hi n - f il m   de po s i t i o n   m e t h o ds ,   c o m po s i t e   di a ph r a g m s ,   a n d  hy br i d  s t r uc t ur e s   [ 11 ] – [ 13 ] .   H o we v e r ,   t h e s e   a ppr o a c h e s   o f t e n   tr a de   o f f   m a n u f a c t ur a bi li t y ,   r e l i a bil i t y ,   o r   e nvi r o nm e n t a l   s a f e t y .   I n   c o n tr a s t,   a l u mi n i u m   n i t r i de   ( Al N)   h a s   e m e r ge d  a s   a   pr o m i s i ng  c a n d i da t e   [ 14] ,  o f f e r i ng  C M OS  c o m pa t i bil i t y ,   t h e r m a l   s t a bil i t y ,   a n d  r e duc e d  e c o l o g i c a l   i m p a c t .   Al N  t hi n   f il ms   c a n   b e   de po s i t e d  a t  l o we r   t e m p e r a t ur e s ,   e x hi bi t   l o we r   i n t r i n s i c   s t r e s s ,   a n d  pr o vi d e   m e c h a ni c a l   r o b us t n e s s   c o m pa r e d   to  c e r a m i c   P Z T .   R e c e n t   s t udi e s   hi g hli g h t   Al N ’ s   p ot e n t i a l   i n   bi o m e d i c a l   pr o b e s ,   f i nge r pr i n t   s e ns o r s ,   a n d  c o m pa c t   u l t r a s o un d  de vi c e s ,   w i t h   o pt i m i z e d  e l e c t r o de   c o n f i gur a t i o n s   e n a bli ng  im pr o v e d  b e a m   u nif o r m i t y   a n d  a c o us t i c   f i e l d  pe r f o r m a nc e   [ 15] .   W hil e   P Z T - b a s e d  pM UT s   do m i na t e   c ur r e n t  pr a c t i c e ,   t h e i r   l im i t a t i o ns   n e c e s s i t a t e   n e w  m a t e r i a l  f r a m e wo r ks .   E xi s t i n g  l i t e r a t ur e   pr o vi de s   f r a g men t e d  i n s i g h t s   i n t o  Al N ’ s   a c o us t i c   b e h a vi o r ,   but  l a c ks   c o m pr e h e ns i ve   s im u l a t i o n - dr i v e n   a n a ly s i s   o f   i t s   s t r e s s   d i s t r i b ut i o n ,   e l e c t r i c   pot e n t i a l ,   a n d  a c o us t i c   f i e ld   pe r f o r m a n c e   un de r   o pe r a t i o n a l   f r e que nc i e s .   T hi s   ga p  r e s tr i c t s   t h e   o p t i m i z a t i o n   o f   Al N - b a s e d  t r a n s duc e r s   f o r   hi g h - re s o l ut i o n   m e d i c a l   im a g i ng  a n d  a d v a n c e d  s e ns i n g  a pp li c a t i o n s .   T hi s   r e s e a r c h   de m o ns t r a t e s   t h e   de s i g n   a n d  m o de ll i ng  o f   a n   Al N  s i ng l e - e l e m e n t   t r a n s duc e r   us i n g   C OM S OL   M u l t i p hy s i c s .   B y   r e c r e a t i n g  a   r ot a t i o n a l ly   s ymm e t r i c   qua r t e r - h a l f   p l a t e   s tr uc t ur e ,   th e   s t ud y   in ve s t i g a t e s   Al N ’ s   p i e z o a c o us t i c   r e s po n s e   a t  200   kHz ,   a n a l y z i ng  s t r e s s   d i s t r i b ut i o n ,   e l e c t r i c   pot e n t i a l ,   a n d   a c o us t i c   pr e s s ur e   f i e l ds .   T h e   o p t i m i z e d  e l e c t r o de   c o nf i gur a t i o n   e nh a n c e s   be a m   u ni f o r mi t y   a n d  s ymm e t r y ,   t h e r e by   im pr o vi ng  t r a n s duc e r   f u n c t i o n a li t y   [ 15] .   T h e   f i nd i ng s   e s t a bl i s h   Al N  a s   a   vi a bl e ,   e c o - f r i e n d ly ,   a n d  C M OS - c o m pa t i bl e   a l t e r n a t i v e   to  P Z T   f o r   n e x t - ge n e r a t i o n   u l t r a s o un d  de vi c e s .   T h e   s i m u l a t i o n   f r a m e wo r k  p r o vi de s   a   s c a l a bl e   m o de l   f o r   e x t e n d i ng   a n a ly s i s   a c r o s s   d i f f e r e n t   f r e que n c y   r a n ge s ,   s uppo r t i n g  a pp li c a t i o n s   i n   m e d i c a l   im a g i ng,   f i n ge r pr i n t   r e c o gni t i o n ,   a n d  n o n - de s t r uc t i v e   t e s t i n g .   U l t i m a t e l y ,   t hi s   wo r k   a dv a nc e s   t h e   de v e l o p m e n t   o f   AlN - b a s e d  mi c r o m a c hi ne d  u l t r a s o ni c   t r a n s duc e r s ,   c o n t r i b ut i ng  to   s a f e r ,   m o r e   r e l i a bl e ,   a n d  hi g h - pe r f o r m a n c e   u l t r a s o un d   t e c h n o l o g i e s .       2.   P I E Z OACOUST I C   T RA NSDUC E RS   P i e z o e l e c t r i c   t r a n s duc e r s ,   s o m e t i m e s   r e f e r r e d  to   a s   p i e z o a c o us t i c   t r a n s duc e r s ,   a r e   de vi c e s   t h a t  us e   t h e   p i e z o e l e c t r i c   e f f e c t   to  t r a n s f o r m   e l e c t r i c a l   e n e r g y   i n t o   m e c ha ni c a l   e n e r g y   ( s o un d  wa v e s )   a n d  vice   v e r s a .   T h e s e   t r a n s duc e r s   f i nd  w i de s pr e a d  us e   i n   a   va r i e t y   o f   do m a i ns ,   s uc h   a s   m e d i c a l   im a g i ng,   n o n - de s t r uc t i v e   t e s t i n g,   i n du s t r i a l   a ut o m a t i o n ,   a n d  s o n a r   s y s t e m s .   I n   c o n t r a s t,   t h e   m a t e r i a l   pr o duc e s   a n   e l e c t r i c   c h a r ge   wh e n  m e c h a ni c a l   t e ns i o n   i s   a pp li e d .   T hi s   bi d i r e c t i o na l  pr o pe r t y   a l l o w s   p i e z o a c o us t i c   t r a n s duc e r s   to   f u n c t i o n   as   b o t h   t r a n s m i t t e r s   a n d   r e c e i v e r s   o f   a c o us t i c   s i g n a l s .   T h e r e   a r e   t w o  t y pe s   of   pi e z o a c o us t i c   t r a n s duc e r s :     2 . 1 .     S in gl e - c om p on e n t   t r an s d u c e r s   S i n g l e - c o m po n e n t   t r a n s duc e r s   [ 16]   c o n s i s t   o f   a   s i n g l e   p i e z o e l e c t r i c   e l e m e n t .   T hi s   de s i g n   i s   pa r t i c u l a r l y   a d va n t a ge o us   f o r   a ppl i c a t i o ns   w h e r e   a   f o c us e d  o r   n a r r o w  b e a m   w i dt h   i s   e s s e n t i a l   [ 17] .   F or   i ns t a nc e ,   i n   m e d i c a l   im a g i ng,   t h e s e   t r a n s du c e r s   c a n   pr o vi d e   de t a i l e d  im a ge s   o f   s p e c i f i c   a r e a s   w i t hi n  th e   b o d y ,   a i d i ng  i n   pr e c i s e   d i a g n o s i s   a n d  t r e a t m e n t .   S i mi l a r ly ,   i n   s o n a r   a ppl i c a t i o ns ,   s i n g l e - c o m po n e n t   t r a n s duc e r s   a r e   us e d  to   f o c us   s o un d  wa v e s   i n   a   t i g h t   b e a m ,   e n a bli n g  t h e   de t e c t i o n   a n d  i de n t i f i c a t i o n   o f   o bj e c t s   or   f e a t ur e s   i n   un de r wa t e r   e nvi r o nm e n t s .   T h e i r   s im p l i c i t y   a n d   e f f e c t i v e ne s s   m a ke   t h e m   i de a l   f o r   t a s ks   t h a t  r e qui r e   c o n c e n t r a t e d  e n e r g y   a n d  p i n po i n t   a c c ur a c y .     2 . 2 .     Ar r ay   t r an s d u c e r s   A r r a y   t r a n s duc e r s   [ 18] ,   o n   t h e   ot h e r   h a n d,   a r e   c o m po s e d  o f   m u l t i p l e   p i e z o e l e c t r i c   e l e m e n t s   a r r a n ge d   i n   a   s pe c if i c   pa tt e r n   or   c l us t e r .   T hi s   c o nf i gur a t i o n   a l l o w s   f o r   gr e a t e r   f l e xi bil i t y   a n d  c a pa bil i t y   i n   v a r i o us   a pp l i c a t i o ns .   I n   m e d i c a l   u l t r a s o un d,   a r r a y   t r a n s duc e r s   e n a bl e   hi g h - r e s o l ut i o n   i m a g i ng  a n d  w i de - a r e a   c o v e r a ge ,   whi c h   a r e   c r uc i a l   f o r   de t a i l e d  e x a mi na t i o n s   a nd  c o m pr e he n s i ve   d i a g n o s t i c s .   T h e s e   t r a n s duc e r s   c a n   be   d y n a mi c a ll y   o pe r a t e d,   a dj u s t i n g  t h e   f o c us   a n d  d i r e c t i o n   o f   t h e   s o un d  wa v e s   to   c a pt u r e   de t a i l e d  i m a ge s   o f   d i f f e r e n t   t i s s u e s   a n d  o r ga n s .   I n   un de r wa t e r   s o n a r   [ 19] ,   a r r a y   t r a n s duc e r s   pr o vi de   e x t e ns i ve   a r e a   c o v e r a ge ,   m a k i ng  t h e m   s u i t a bl e   f o r   m a pp i ng  l a r ge   r e g i o ns   a n d  de t e c t i n g   o bj e c t s   o v e r   a   b r o a d  e x pa ns e .   T h e   a bil i t y   t o   c o n t r o l   a n d  m a ni pu l a t e   t h e   b e a m   pa t t e r n   e n ha n c e s   t h e i r   pe r f o r m a n c e   in   b o t h   m e d i c a l   a n d   s o n a r   a pp li c a t i o ns ,   o f f e r i ng   s upe r i o r   i m a g i ng   a n d   de t e c t i o n   c a p a bi li t i e s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i ,   Vo l .   43 ,   N o .   3 ,   S e p t e m b e r   20 26 :  7 1 8 - 725   720   3.   M ODE L   S T RU CT UR E   3 . 1 .     De s ign   f l ow  t h r ou gh   COM S OL   T h e   pr o c e s s   s h o wn   i n   F i gur e   1  i l l u s t r a t e s   t h e   de t a i l e d  C OM S O L   m o de l   s t a r t i n g  f r o m   c r e a t i n g  m o de l   f r o m   s t a r t i n g  w i z a r d,   ge o m e t r y   o f   p i e z o   m a t e r i a l ,   i . e . ,  Al N ,  aco u s t i c   l a y e r ,   pe r f e c t   m a t c h e d  l a y e r .   T h e   phy s i c s   de f i n i t i o n   o f   s o l i d  m e c h a ni c s ,   e l e c t r o s t a t i c s   a n d  a c o us t i c s ,   b o un da r y   c o n d i t i o ns   f o r   pe r f e c t   m a t c he d  l a y e r   a n d   a i r   m e d i u m   f o ll o we d  by   m e s hi ng  i nv o l v e d  a n d  t he   r e qu i r e d  s t ud y   i n   t i m e   do m a i n   a n d,   a c o us t i c   dom a i n   a n d   f i na ll y   c o m put e   t h e   r e s ul t s .   A   p i e z o e l e c t r i c   t r a n s d uc e r   c a n   b e   ut i li z e d  e i t h e r   to  c h a n ge   a n   e l e c t r i c   f lo w   to  a n   a c o us t i c   t e n s i o n   f i e l d   [ 16] ,   o r   t h e   i nv e r s e ,   to  c r e a te  a n   e l e c t r i c   f l o w  f r o m   a n   a c o us t i c   f i e l d .   T h e s e   ga dge t s   a r e   by   a n d  l a r ge   h e l p f u l   f o r   a pp li c a t i o n s   t h a t   r e qui r e   t h e   a ge   o f   s o un d  i n   a i r   a n d  f l u i ds .   I n   a   s t a ge d  c l u s t e r   u l t r a s o un d  ga dge t,   t h e   pi e z o e l e c t r i c   p l a t e   ge t s   i nto  t h e   p l a n   t h r o ugh   a   p r o gr e s s i o n   o f   p il e d  l a y e r s   t h a t   a r e   s e pa r a t e d  i n t o  c o l u m ns .   T h e   i n t e r j e c t i o n   b e t we e n   th e s e   l a y e r s   i s   r e pr e s e n t e d   as   t h e   ke r f ,   a n d  t h e   c o l um ns   a r e   r e h a s he d  w i t h   a   pe r i o d i c i t y   o r   pi t c h   [ 20] .   F i gur e   2   de m o ns t r a t e s   t h e   a c t ua l   m o de l   de s i g n e d  f o r   t h e   e x pe r i m e n t  c a r r i e d  o u t   i n   t hi s   pa pe r .   F i r s t   a   pi e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l   o f   Al N   s e l e c t e d   [ 21]   wi t h   v a li d  c o n d i t i o ns ,   t h e n   t h e   m o de l   f o r   a c o us t i c s   i s   b u il t   o n   i t   w i t h   a   m e d i u m   o f   a i r   a n d  pe r f e c t   m a t c he d  l a y e r   to   o b s e r v e   i t s   b e h a vio r .           F i gur e   1 .   F l o w  di a gr a m           F i gur e   2 .   T h e   m o de l   o u t l i ne   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2502 - 4752       A lumini um  nit r ide  piez oac ous ti c   tr ans duc e r   de s ign   f or   C M OS - c ompatibl e   high - pe r f or manc e   …   ( J .   M anga )   721   3 . 2 .     P h ys ics   b e h in d   t h e   m od e l   T h r e e   ba s i c   m a t e r i a l   s c i e n c e   i n t e r f a c e s — pr e s s ur e   a c o us t i c s ,   s o l i d  m e c h a ni c s ,   a n d  e l e c t r o s t a t i c s — a r e   i nc l ude d   i n  t h e   m o de l ,   w hi c h   i n t r o duc e s   t h e   hi dde n   a c o us t i c - p i e z o e l e c t r i c   c o nn e c t i o n   [ 22] ,   [ 23] ,   a   r e c ur r e n c e   a r e a   m u l t i p hy s i c s   i n t e r f a c e .   P r i m a r y   a c o us t i c   pr e s s ur e   de f i ne s   t h e   wa v e   c o n d i t i o n   i n   t he   f l u i d   do m a i n  s ur r o un d i n g  t h e   t r a n s duc e r .   T h e   l a t t e r   t w o   de m o n s t r a t e   t h e   pi e z o e l e c t r i c   a c t i o n .   T h e   a c o us t i c   pr e s s ur e   a ppr o p r i a t i o n   i s   de p i c t e d  by   ( 1) :     ∇ ∙ ( − 1 0 ( ∇ ) ) −   2 0 2 = 0   ( 1)     w h e r e   ∇   i s   t h e   o pe r a to r ,   0   i s   t h e   de n s i t y   i n  t h e   a i r ,   p  i s   t h e   pr e s s ur e   a n d  c s   i s   t h e   v e l o c i t y   o f   s o un d .   T hi s   c o n d i t i o n   i s   s e t t l e d   by   t he   pr e s s ur e   a c o us t i c s ,   f r e que n c y   do m a i n   r e pr e s e n t a t i o n .   T h e   p i e z o e l e c t r i c   s t r uc t ur e   c o n s i s t s   o f   t h e   m a ter i a l ,   Al N ,   whi c h   i s   a n   im pr o v e d   m a t e r i a l   f o r   p i e z o e l e c t r i c   de vi c e s .   T h e   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l   is   s h o wn   by   h a n d li ng   t h e   s o l i d   m e c ha ni c s   a n d   e l e c t r o s t a t i c s   i n t e r f a c e s   [ 24]   t h a t   a r e   c o upl e d   t h r o ugh   s t r a i g h t   c on s t i t ut i v e   c i r c u m s t a n c e s   t h a t   pa r t n e r   s tr e s s e s   a n d  s t r a i n s   t o   e l e c t r i c   d i s l o dg i ng  a n d  e l e c t r i c   f i e l d .   T h e s e   b o th   do m a i ns   a ddr e s s   t h e   e qu i li br i u m   o f   b o d y   po we r s   a n d  v o l u m e   c h a r ge   de ns i t y   i nd i v i dua ll y   a s   pr e s e n t e d   i n  ( 2) :     ∇ ∙ = 0   ( 2)     ∇ ∙ = 0   ( 3)     I n   C OM S OL   M u l t i p hy s i c s ,   t hi s   c o upl i ng  i s   na t u r a l ly   e x e c ut e d  by   t h e   pi e z o e l e c t r i c   i m pa c t   p o i n t   s i t ua t e d  un de r   t h e   m u l t i p hy s i c s   s pa c e   [ 25] .   T h e   pr i m a r y   a n d  e l e c t r i c a l   e x a mi na t i o n s   a r e   m o r e ov e r   t i m e   c o n s o n a n t .   I n   s t r uc t u r a l   m e c h a ni c s ,   i t   i s   r e c o gnize d  a s   f r e que nc y   r e s po n s e   a n a ly s i s ,   w h e r e a s   i n   e l e c t r i c a l   de s i g n   i t   i s   ut t e r e d  a s   f r e que n c y   do m a i n   a n a ly s i s   [ 26] .   I n   t hi s   m o de l ,   t h e   e x c i t a t i o n   r e c ur r e n c e   i s   a s s i g n e d  t o   be   200  kHz ,   whi c h   i s   i n   t h e   u l t r a s o ni c   r e a c h .     3 . 3 .     L im it in g   f ac t or s   of   t h e   m od e l   T h e   tr a n s duc e r 's   b a s e   por t i o n   i s   gr o un de d,   a n d  i t s   to p   s ur f a c e   r e c e i ve s   a   100 - v o l t   a l t e r n a t i n g  c ur r e n t .   T o  pus h   t h e   a i r   do m a i n ,   t h e   s o l i d  pa r a m e t r i c   b o un da r y ' s   s t r uc t u r a l   a c c e l e r a t i o n   i s   e m p l o y e d .   At   t h e   c o n n e c t i o n   po i n t   b e t we e n   t h e   a i r   a n d   t h e   p i e z o   a r e a ,   t h e   or di n a r y   pa r t   of   t h e   un d e r l yi ng   s pe e d   i nc r e a s e   at   t h e   l im i t   of   t h e   b a s e   m a t e r i a l   is   u s e d   to   dr i v e   t h e   a i r   s pa c e   [ 27] ,   [ 28 ] .   T hi s   r e l a t i o n s hi p  i s   c o m m u nica t e d  by   t h e   a c c o m pa nyi ng   c o n d i t i o n :     n ∙ ( 1 0 ( ∇ ) ) =   ( 4)       i s   t h e   i n c r e a s e d  s pe e d  f a c t or   i n   ( 4 ) .   T h e   a c o u s t i c   s tr a i n   [ 28 ]   a t   t h e   p o i n t   o f   i n t e r a c t i o n   be t we e n  t h e   a i r   a n d  p i e z o   m a t e r i a l   s pa c e   go e s   a b o u t   a s   a   l i mi t   l o a d  o n   t h e   p i e z o   m a t e r i a l .     n ∙ =   ( 5)     T h e   bi d i r e c t i o n a l   c o up l i ng   at   t h e   pi e z o   a n d   a i r   i n t e r f a c e   l im i t s   is   na t ur a l ly   de a l t   w i t h   by   t h e   a c o us t i c - c o n s t r uc t i o n   li mi t   h u b   s i t ua t e d   un de r   t h e   m u l t iphy s i c s   b r a n c h   w h e n   y o u   ut i li z e   t h e   i m p li c i t   a c o us t i c - p i e z o e l e c t r i c   r e l a t i o n s ,   f r e que nc y   do m a i n   i n t e r f a c e   [ 29] .   T h e   po i n t   of   i n t e r a c t i o n   li m i t s   a r e   n a t ur a l ly   r e c o gni z e d  o n c e   y o u   g i ve   s u i t a bl e   pa r t i t i o ns   o f   t he   m o de l   t o   t h e   pr e s s ur e   a c o us t i c s ,   f r e qu e n c y   do m a i n ,   a n d   s o l i d   m e c h a ni c s   i n t e r f a c e s ,   r e s pe c t i ve l y   [ 30] ,   [ 31] .   T h e   m a t h e m a t i c s   i nv o l ve d  i n   t h e   ge o m e t r y   o f   t h e   m o de l   il l us t r a t e s   t h e   c o m put e d  a c o us t i c s   i n   t wo - di m e n s i o n a l   a n d   t h r e e - d i m e ns i o na l   a c o us t i c   pr e s s ur e .       4.   RE S UL T S   AN D  DI S CU S S I ON   C OM S OL   M u l t i p hy s i c s   a l l o w s   f o r   t h e   m o de l li n g   of   v a r i o us   p hy s i c a l   p h e n o m e n a ,   i n c l ud i ng   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l s .   O n e   o f   t h e   s pe c i a l   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l s   i s   t ha t   t h e y   pr o duc e   a n  e l e c t r i c   c ha r ge   w h e n   t h e y   a r e   m e c h a ni c a ll y   s t r e s s e d   a n d  de f o r m   m e c h a ni c a ll y   w h e n   t h e y   c o m e   i n t o  c o n t a c t  wi t h   a n   e l e c t r i c   f i e l d .   I n   C OM S OL ,   on e   c a n   m o de l   t h e s e   c o upl e d  a c o us t i c   a n d   s t r u c t ur a l   pe r t u r b a t i o ns   i n   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l s .   I n   t hi s   wo r k,   a   s i m u l a t i o n   o f   a   p i e z o a c o us t i c   f i e l d  i s   s t udi e d  t h a t   i s   c a u s e d  by   s t r uc t ur a l   wa v e s   ge n e r a t e d  i n   a   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l .   T hi s   g i ve s   a n  un de r s t a n d i ng  o f   t h e   b e ha vi o r   o f   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l s   i n  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i ,   Vo l .   43 ,   N o .   3 ,   S e p t e m b e r   20 26 :  7 1 8 - 725   722   d i f f e r e n t   e nvi r o nm e n t s ,   s uc h   a s   i n   wa t e r   o r   a i r .   T h e   s o f t wa r e   pr o vi de s   a   u s e r - f r i e n d ly   i n t e r f a c e   f o r   c r e a t i n g  ge o m e t r i e s ,   s e t t i n g  up  m a t e r i a l   pr o pe r t i e s ,   a n d  de f i n i ng  b o un da r y   c o n d i t i o ns ,   m a k i ng   i t   s u i t a bl e   f o r   b o t h   b e g i nne r s   a n d   e x pe r i e n c e d   e n g i ne e r s .     4 . 1 .    S t r e s s   in   p iez oe lec t r ic   m at e r ial   T h e   s i m u l a t i o n   o f   a   s im p l e   p i e z o e l e c t r i c   c r y s t a l   u s i n g  C O M S OL   f o r   un de r s t a n d i ng  i t s   m e c h a ni c a l   s t r e s s   a n d  e l e c t r i c   b e h a vi o r   i s   o b s e r v e d  by   f i x i ng   o n e   e n d  o f   t h e   m a t e r i a l .   T o   gi v e   a   ge n e r a l   a na ly s i s   o f   a   p i e z o e l e c t r i c   c r y s t a l   a n   e l e m e n t   i s   m o de l l e d  i n  F i gur e   3 ,   i s   a   2 - di m e ns i o n a l   s o l i d  s t r uc t ur e ,   w i t h   Al N  m a t e r i a l ,   a n d  a pp l i e d  a n   e l e c t r i c   v o l t a ge .   T h e   m o de l   f e a t ur e d  a   wi dt h   o f   10  m m   a n d  a   h e i g h t   o f   0 . 5   mm .   T h e   t hi c k n e s s   o f   t h e   m a t e r i a l   i s   0 . 005 m .   Af t e r   t h e   s o l id  s t r uc t ur e   s e l e c t i o n   o f   t h e   de vi c e   i s   do n e   i t   i s   r e qu i r e d  to  a pp l y   pr o pe r   b o un da r y   c o n d i t i o ns .   T h e   to p   l a y e r   i s   t a ke n   a s   f l o a t i n g  po t e n t i a l   a n d  t h e   b o tt o m   i s   c o n s ider e d  to  b e   gr o un de d  e l e c t r i c a ll y .   I n   t h e   e l e c t r o s t a t i c s   w i n do w  o f   p l a n e   t hi c k n e s s   i s   c h o s e n   a s   0 . 005   m .   T h e   m u l t i p hy s i c s   s e c t i o n   s h o we d  a   s o l i d  m e c ha ni c s   a n d  e l e c t r o s t a t i c s   pr e va l e n c e .   T h e   m e s hi ng  do n e   o n   t hi s   m a t e r i a l   i s   t o   c a p t u r e   t h e   s t r e s s   v a r i a t i o ns   o b s e r ve d   o n   a ppl i c a t i o n   o f   e l e c t r i c a l   po t e n t i a l .   F i gur e   3  pr e s e n t s   t h e   Vo n   M i s e s   s t r e s s   d i s t r i b ut i o n   o n   t h e   pi e z o e l e c t r i c   ba r   a t  t h r e e   d i f f e r e n t   t i m e   i ns t a n t s .   A t   t i m e   0  s ,   i ni t i a l ly   t h e r e   i s   n o   s t r e s s   s ho wn   o n   t h e   m a t e r i a l ,   a n d  s o   i t   a ppe a r s   i n   t h e   c o l o ur   m a p  a s   li g h t   gr e e n ,   a s   s h o wn   i n   F i gur e   3( a ) .   I n   t h e   n e x t   i ns t a n c e s ,   s h o wn   i n   F i gur e   3( b )   a n d  F i g ur e   3( c ) ,   c o r r e s po n d i n g  t o  t   =   0 . 28  s   a n d  t   =   0 . 65   s   r e s pe c t i v e ly ,   t h e   de f o r m a t i o n   i s   o b s e r ve d  go i n g  f r o m   to p  to   b ott o m   o n   t h e   e x t r e m e   r i g h t   s i de   o f   t h e   b a r   o f   a   p i e z o e l e c t r i c   e l e m e n t .   T h e   e l e c t r i c a l   po t e n t i a l   o b s e r v e d  o n   a   p l o t   i n   a n   e x po r t  wi n do w  i s   a   s i nus o i d a l   v a r i a t i o n   a s   g i ve n   i n  F i gur e   4 .   Th e   o b s e r v e d  v a l ue s   i n t o   a   t e x t   d o c um e n t   s h o w i n g  t h e   i ns t a n t a n e o us   v a l ue s .   F i gur e   4   i nd ica t e s   t h e   e l e c t r i c   po t e n t i a l   v a r i a t i o n   a pp li e d  o n   t h e   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l   t h a t   i s   us e d  f o r   ge n e r a t i n g  s t r e s s   o n   t h e   p i e z o e l e c t r i c   m e s h e d  ba r   o n   t h e   e dge   whi c h   i s   l e f t   f r e e .   T h e   T a bl e   1  g i v e s   t h e   r e l a t i ve   v o l t a ge   v a l ue s   pr e s e n t   a t   v a r i o us   t i m e   i ns t a n t s .             ( a )   ( b )   ( c )     F i gur e   3 .   V o n   M i s e s   s t r e s s   ( N/ m ²)   p l o t  a t   di f f e r e n t   t i m e   i ns t a n t s :  ( a )   t  =   0   s ,   ( b )   t   =   0 . 28   s ,   a n d  ( c )   t  =   0 . 65  s           F i gur e   4 .   E l e c t r i c   po t e n t i a l   p l o t   at   di f f e r e n t   t i m e s         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2502 - 4752       A lumini um  nit r ide  piez oac ous ti c   tr ans duc e r   de s ign   f or   C M OS - c ompatibl e   high - pe r f or manc e   …   ( J .   M anga )   723   T a bl e   1 .   T i m e   vs   v o l t a ge   v a l ue s   I nde x   T im e   ( in  s e c )   V o lt a g e  ( in  V )   1   0   0 . 00000000000   2   0 . 01   0 . 00001333233   3   0 . 02   0 . 00002583610   4   0 . 03   0 . 00003671479   5   0 . 04   0 . 00004531194   6   0 . 05   0 . 00005160640   7   0 . 06   0 . 00005349044   8   0 . 07   0 . 00005273268   9   0 . 08   0 . 00004853435   10   1 . 95   - 0 . 00005138532   11   1 . 96   - 0 . 00004542439   12   1 . 97   - 0 . 00003678336   13   1 . 98   - 0 . 00002584108   14   1 . 99   - 0 . 00001330991   15   2   - 0 . 00000001539       4 . 2 .    P iez oac ou s t ic   s i m u l at ion   T h e   ne x t   pa r t  o f   t h e   de s i g n   m o de l   i s   a   p i e z o e l e c t r i c   t r a n s duc e r   to   a n a l y z e   t h e   a c o us t i c   b e h a vi o r   o f   t h e   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l   he r e   Al N  w hi c h   i s   a   ne w  a ge   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l   t h a t   h a s   v e r y   l e s s   h a r m f u l  pr o pe r t i e s   i n   c o m p a r i s o n   to   P Z T   a n d  ot h e r   l e a d - b a s e d  p i e z o   m a t e r i a l s .   I n   t hi s   a   s im p l e   Al N  s t r uc t ur e   o f   1  mm   l e n gt h   i s   c h o s e n   t h a t   h a s   a n   a c o us t i c   s hi e l d  a i r ,   a s   s h o wn   i n   F i gur e   5 .   F i gur e   5( a )   s h o ws   t h e   a c o us t i c   s hi e l d  a i r   to ge t h e r   w i t h   t h e   c o n c e n t r i c   c i r c u l a r   pa r t   s ur r o un d i n g  t h e   s e mi c i r c u l a r   r e g i o n ,   whi c h   r e pr e s e n t s   t h e   pe r f e c t   m a t c h e d  l a y e r   us e d  to  r e c o r d   t h e   di s t ur b a nc e s   o f   pot e n t i a l   a c o us t i c   pr e s s ur e   a s   s e e n   by   t h e   s e ns i ng  e l e m e n t   i n  a n   u l t r a s o un d - de t e c t i n g  de vi c e ;   t h e   r e c t a n gu l a r   pa r t  i n   t hi s   f i gur e   h a s   2 - D  Axi a l   s ymm e t r y .   W h e n   ge n e r a t i n g   t hi s   ge o m e t r y   o f   t h e   pi e z o e l e c t r i c   e l e m e n t ,   a c o us t i c s   i s   c o n s i de r e d  o v e r   t h e   e n t i r e   c r o s s - s e c t i o n   e xc e pt   t h e   p i e z o e l e c t r i c   b a r .   A dd i ng  t h e   h e i g h t   e x pr e s s i o n  to   t h e   a c o us t i c   pr e s s ur e   do m a i n   o f   t h e   Al N  e n c l o s ur e ,     F i gur e   5( b )   de m o ns t r a t e s   t h e   a c o us t i c   pr e s s ur e   wa v e   a t   t h e   e n d  o f   t h e   pi e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l   t h a t   g i v e s   t h e   r e qu i r e d  i m pa c t   o n to   t h e   pe r f e c t l y   m a t c he d  l a y e r .   T h e   r e s u l t s   i n d i c a t e   t h e   gr a phi c a l   a n a ly s i s   a n d  g i v e   t h e   n u m e r i c a l   i n t e r pr e t a t i o n   o f   h o w  t h e   e l e m e n t a l   p i e z o e l e c t r i c   t r a n s du c e r   wo r ks   i n   a   r e a l - t i m e   s c e n a r i o   o f   u l t r a s o un d  a c o us t i c s   a t   200   kHz ,   ul t r a s o un d  f r e que n c y ,   a s   s h o wn   i n   F i gur e   5 .   T h e   a c o us t i c   pr e s s ur e   s h o wn   i n  F i gur e   5( b ) ,   o b s e r v e d  w i t h   a   d i f f e r e n t   c o l o ur ,   i n d i c a t e s   t h e   v a r i a t i o n   o f   t h e   a c o us t i c   pr e s s ur e   t h a t   f o r m s   t h e   b a s i s   f o r   t h e   i m a ge   o f   u l t r a s o un d  pr o b e s .           ( a )   ( b )     F i gur e   5 .   P i e z o a c o us t i c   t r a n s duc e r   m o de l   ( a )   pe r f e c t   m a t c h e d  l a y e r   ge o m e t r y   f o r   s i m p l e   p i e z o e l e c t r i c   e l e m e n t   a n d   ( b )   a c o us t i c   pr e s s ur e   d i s t r i b ut i o n   us e d   f o r   ul t r a s o un d  i m a g i ng       5.   CONC L USI ON   AND   F UT UR E   S COP E   T hi s   s t ud y   s uc c e s s f u l ly   d e m o ns t r a t e d ,   t h r o ugh   C OM S OL   M u l t i p hy s i c s   s im u l a t i o ns ,   t h e   c o upl e d   i n t e r a c t i o n s   b e t we e n   e l e c t r i c a l   e x c i t a t i o n   a n d  m e c h a ni c a l /ac o us t i c   r e s po n s e s   i n   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l s .     “ T h e   a n a ly s i s   o f   Al N   r e v e a l e d  i t s   s upe r i o r   c h a r a c t e r i s t i c s — e nvi r o nm e n t a l   s a f e t y ,   l o w  pe r m i t t i vi t y ,   a n d    hi g h   t h e r m a l   s t a bil i t y — m a k i ng  i t   a   pr o m i s i ng  a l t e r n a t i v e   to   c o n v e n t i o n a l   l e a d - ba s e d  m a t e r i a l s   s uc h   a s   P Z T .     S tr e s s   d i s t r i b ut i o n   a n d  e l e c t r i c   po t e n t i a l   a na l ys i s   c o nf i r m e d  t h e   r e l i a bil i t y   o f   Al N  u n de r   o p e r a t i o n a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i ,   Vo l .   43 ,   N o .   3 ,   S e p t e m b e r   20 26 :  7 1 8 - 725   724   c o n d i t i o n s ,   whil e   a c o us t i c   s im u l a t i o ns   a t  200  kHz   hi g hli g h t e d  i t s   a bil i t y   to   ge n e r a t e   uni f o r m   pr e s s u r e   f i e l ds   s u i t a bl e   f o r   ul t r a s o un d  i m a g i ng .   T h e s e   r e s u l t s   e s t a bli s h   a   f o un d a t i o na l   m o de l   f o r   un de r s t a n d i n g  p i e z o a c o us t i c   b e h a vi o r   a n d  o pt i m i z i ng  t r a ns duc e r   d e s i g n .   T h e   f i nd i n g s   u n de r s c o r e   t h e   i m po r t a n c e   o f   a c c ur a t e   b o un da r y   c o n d i t i o n s ,   m e s hi ng  s t r a t e gi e s ,   a n d  m a t e r i a l   s e l e c t i o n   i n   m o de ll i ng  p i e z o e l e c t r i c   de vi c e s .   T h e   de v e l o pe d   m o de l   pr o vi de s   a   s c a l a bl e   a ppr o a c h   t h a t   c a n   b e   e x t e n de d  t o   ot h e r   u l t r a s o un d  f r e que n c y   r a n ge s ,   e n a bli ng   b r o a de r   d i a g n o s t i c   a pp li c a t i o ns .   F ur t h e r m o r e ,   t h e   pe r f e c t l y   m a t c h e d  l a y e r   s im u l a t i o n s   d e m o ns t r a t e d  e f f e c t i v e   c a pt ur e   o f   a c o us t i c   vi br a t i o n s ,   o f f e r i ng  i ns i g h t s   i n t o   i m a g i ng  c a pa bil i t i e s   f o r   bi o m e d i c a l   pr o b e s .   L o o ki n g   a h e a d,   t h e   i n t e gr a t i o n   o f   Al N - ba s e d  t r a n s duc e r s   i n t o   a r r a y   c o nf i gur a t i o n s   c a n   e n a bl e   hi g h - r e s o l ut i o n   im a g i ng,   whil e   C M OS  c o m pa t i bi li t y   o pe n s   pa t h wa y s   f o r   mi n i a t ur i z e d,   i m p l a n t a bl e ,   a n d  po r t a bl e   u l t r a s o un d  de vi c e s .   F ut ur e   wor k  s h o ul d  f o c u s   o n   e x p e r i m e n t a l   v a li da t i o n ,   o p t i mi z a t i o n   o f   e l e c t r o de   di s t r i b ut i o n ,   a n d  e xp l o r a t i o n   o f   Al N  i n   p h o to a c o us t i c   a n d  i n t r a b o d y   c o m m u ni c a t i o n   s y s t e m s ,   t h e r e by   a d va n c i ng  ne x t - g e n e r a t i o n  u l t r a s o un d  t e c hn o l o g i e s .       RE F E R E NC E S   [ 1]   Y .   B ir ji s   e t  a l . ,  “ P i e z oe l e c tr i c   m ic r o ma c hi n e d  ul tr a s o ni c   t r a ns duc e r s   ( P M U T s ) :  P e r f or ma n c e   me tr i c s ,  a dv a n c e me n ts ,  a nd  a ppl ic a ti o ns ,”   Se ns or s , v ol .   22, n o .   23, p .   9151, Nov .   2022, d oi :  10 . 3390/s 22239151 .   [ 2]   W .   L e e   a nd  Y .   R o h,  “ U lt r a s o ni c   t r a ns duc e r s   f o r   m e di c a l  di a gno s ti c   im a gi ng,”   B io m e di c al   E ng in e e r in g  L e tt e r s ,  v o l .   7,  n o .   2,    pp .   91 – 97, M a y  2017, d o i :  10 . 1007/s 13534 - 017 - 0021 - 8 .   [ 3]   A .   I ul a , “ U lt r a s o und s y s t e ms   f o r  bi o m e tr i c   r e c o gni ti o n,”   Se ns or s , vo l .   19, n o .   10, p .   2317, M a y  2019, d o i:  10 . 3390/s 19102317 .   [ 4]   M .   L e th ie c q,  F .   L e v a s s o r t,   D .   C e r t o n,  a nd  L .   P .   T r a n - H uu - H ue ,   “ P ie z oe l e c tr i c   tr a ns duc e r   de s ig n  f o r   m e di c a l  di a gno s is   a nd  N D E ,”   in   P ie z oe le c tr ic   and  A c ous ti c   M at e r ia ls   f o r   T r ans duc e r   A ppl ic at io ns ,  B o s to n,   M A :  S pr in g e r   U S ,  2008,  pp .   191 – 215 ,   do i:   10 . 1007/978 - 0 - 387 - 765 40 - 2_10 .   [ 5]   M .   D a r mo n,  G .   T o u ll e la n,  a nd  V .   D o r v a l,   “ A n  e x p e r im e nt a l  a nd  th e or e ti c a l  c o mpa r is o n  of   3D   m o de ls   f o r   ul t r a s o ni c   n o n - de s tr u c ti v e   te s ti ng  of   c r a c ks :  P a r t  I ,  e mbe dd e d  c r a c ks ,”   A ppl ie d  Sc ie nc e s ,  v o l .   12,  n o .   10,   p .   5078,  M a y   2022,  do i:   10 . 3390/a pp 12105078 .   [ 6]   D .   O .   U r r oz - M o n t oy a ,   J .   R .   A lv e r t o - S ua z o ,  J .   R .   G a r c f a - C a br e r a ,  a nd  C .   H .   O r t e ga - J im e n e z ,  “ P i e z o e l e c tr i c it y :   a   li t e r a tu r e   r e vi e w   f or   p o w e r   g e n e r a ti o n  s upp o r t, ”   M A T E C   W e b  of   C onf e r e nc e s ,  vo l .   293,  p .   05004,  S e p .   2019,   do i :  10 . 1051/m a te c c o n f /2 0 1929305004 .   [ 7]   E .   L e d e s ma ,  I .   Z a m o r a ,  A .   U r a nga ,  F .   T o r r e s ,  a nd  N .   B a r ni o l,   “ E nha nc in g  A lN  P M U T s ’   a c o us ti c   r e s p o ns i v it y   w it hi n  a   M E M S - on - C M O S  pr oc e s s ,”   Se ns o r s , v o l .   21, n o .   24, p .   8447, D e c .   202 1, do i:  10 . 3390/s 21248447 .   [ 8]   C .   C he ng,  “ P ie z oe le c t r ic   mi c r o ma c hi n e d  ul tr a s o und  tr a ns d uc e r s   us in g  le a d  z ir c o na t e   ti ta na te   f il ms ,”   P e nns y l v a ni a   S ta te   U ni ve r s it y , 2021 .   [ 9]   X .   S u,  X .   R e n,  H .   W a n,  X .   J ia ng,  a nd  X .   L iu ,  “ S im ul a ti o n  a nd  o pt im i z a ti o n  of   pi e z o e l e c tr ic   mi c r o ma c h in e d   ul tr a s o ni c   tr a ns duc e r   uni t  ba s e d o n A lN ,”   E le c tr oni c s , vo l .   11, n o .   18, p .   2915, S e p .   2 022, do i:  10 . 3390/ e l e c tr o ni c s 11182915 .   [ 10]   A .   S a f a r i,   Q .   Z h o u,   Y .   Z e ng,  a nd  J .   D .   L e b e r ,  “ A d v a n c e s   i n  de ve l o pm e nt   of   P b - f r e e   pi e z oe l e c tr i c   ma t e r ia ls   f o r   tr a ns duc e r   a ppl ic a ti o ns ,”   J apane s e  J ou r nal  o f  A ppl ie d  P hy s ic s , vo l .   62, n o .   S J , p .   S J 0801, J ul .   2023, do i:  10 . 35848/1347 - 4065/a c c 812 .   [ 11]   Q .   Y u  e t  al . ,  “ P Z T - f i lm - ba s e d  pi e z o e le c tr ic   m ic r o ma c hi n e d  ul tr a s o ni c   tr a ns duc e r   w it h  I - s ha pe d  c o mp o s it e   di a ph r a gm,”   M ic r om ac hi ne s , v o l .   13, n o .   10, p .   1597, S e p .   2022, d o i :  10 . 339 0/ mi 13101597 .   [ 12]   H .   W a ng,  Z .   C he n,   H .   Y a ng,  H .   J ia ng,  a nd  H .   X i e ,  “ A   c e r a mi c   P Z T - ba s e d  P M U T   a r r a y   f or   e nd o s c o pi c   ph o t o a c o us ti c   im a gi ng,”   J our nal  of  M ic r oe le c t r om e c hani c al  S y s te m s , v o l .   29, n o .   5, pp .   1038 – 1043, Oc t .   2020, d o i:   10 . 1109/J M E M S . 2020 . 3010773 .   [ 13]   J .   P a n,  C .   B a i,   Q .   Z he ng,  a nd  H .   X i e ,  “ R e v i e w   of   pi e z o e le c tr i c   mi c r o ma c hi n e d  ul tr a s o ni c   tr a ns duc e r s   f o r   r a nge f in de r s ,”   M ic r om ac hi ne s , v o l .   14, n o .   2, p .   374, F e b .   2023, d o i:  10 . 3390/ mi 14020374 .   [ 14]   F .   P o p,  B .   H e r r e r a ,  C .   C a s s e ll a ,  a nd  M .   R in a ld i,   “ M o de li ng  a n d  o pt i mi z a ti o n   of   di r e c tl y   m o dul a te d   pi e z oe l e c tr i c   mi c r oma c hi ne d  ul tr a s o ni c  t r a ns duc e r s ,”   Se ns or s , v o l .   21, n o .   1, p .   157, D e c .   20 20, do i:  10 . 3390/s 21010157 .   [ 15]   C .   F e i  e t  a l . ,  “ U lt r a hi gh  f r e qu e n c y   ( 100  M H z – 300  M H z )   u l tr a s o ni c   tr a ns duc e r s   f o r   o pt ic a l  r e s o lu ti o n   me d ic a l  im a gi ni n g,”   Sc ie nt if ic  R e por t s , v o l .   6, n o .   1, p .   28360, J un .   2016, d o i:  10 . 10 38/ s r e p28360 .   [ 16]   E .   G .   N e s v ij s ki ,  “ S o me   a s pe c ts   of   u lt r a s o ni c   t e s ti ng  of   c o mp o s it e s ,”   C om pos it e   St r uc tu r e s ,  v o l .   48,  n o .   1 – 3 ,  pp .   151 – 155,  J a n .   2000, do i:  10 . 1016/ S 0263 - 8223( 99 ) 00088 - 4 .   [ 17]   B .   H e r r e r a ,  P .   S im e o ni ,  G .   G ir ib a ld i,   L .   C o l o mb o ,  a nd  M .   R in a ld i,   “ S c a ndi um - d o p e d  a lu mi num  ni t r id e   P M U T   a r r a y s   f or   w ir e l e s s   ul tr a s o ni c   p o w e r in g  of   im pl a nt a bl e s ,”   I E E E   O pe n  J our nal   of   U lt r a s oni c s ,  F e r r oe le c t r ic s ,  and  F r e que nc y   C ont r ol ,  vo l .   2,     pp .   250 – 260, 2022, do i:  10 . 1109/OJ U F F C . 2022 . 3221708 .   [ 18]   J .   Y .   P y un,  Y .   H .   K im ,   a nd  K .   K .   P a r k,  “ D e s ig n  of   pi e z oe l e c tr ic   a c o us ti c   t r a ns duc e r s   f o r   und e r w a t e r   a ppl i c a ti o ns ,”   Se ns or s ,  vo l .   23, no .   4, p .   1821, F e b .   2023, d o i:  10 . 3390/s 23041821 .   [ 19]   M .   I s hi ka w a ,  M .   K .   K ur o s a w a ,  A .   E ndo h,  a nd  S .   T a k e u c hi ,  “ L e a d  z ir c o na t e   ti ta na te   th ic k - f il m  ul tr a s o ni c   t r a ns duc e r   f o r   1  t o   20  M H z   f r e qu e n c y   ba nds   f a br i c a t e d  b y   h y d r o th e r ma l  p o l y c r y s ta l   gr o w th ,”   J apane s e   J our nal   of   A ppl ie d  P hy s ic s ,  vo l .   44,   n o .   6S ,    p .   4342, J un .   2005, do i:  10 . 1143/J J A P . 44 . 4342 .   [ 20]   A .   G u e d e s ,  S .   S h e lt o n,  R .   P r z y b y la ,  I .   I z y u mi n,  B .   B o s e r ,  a nd   D .   A .   H or s le y ,  “ A lu mi nu m  ni tr id e   P M U T   ba s e d  o n  a   f l e x ur a ll y - s us pe nde d m e mbr a n e ,”  i n  2011 16th I n t e r nat io nal  Sol id - St at e  S e ns or s , A c tu at or s  and M ic r os y s te m s  C on f e r e nc e , I E E E , J un .   2011,  pp .   2062 – 2065 .   do i:  10 . 1109/ T R A N S D U C E R S . 2011 . 5969223 .   [ 21]   J .   K im ,   B .   M e ni c h e ll a ,  H .   L e e ,   P .   A .   D a y t o n,   a nd  G .   F .   P in t o n,   “ A   r a pi d  p r o t o t y pi ng  m e th o d   f o r   s ub - M H z   s in gl e -   e l e me n t  pi e z oe l e c tr i c   t r a ns duc e r s   b y   us in g  3D - pr in t e d  c ompo n e nt s ,”   Se ns or s ,  v o l .   23,  n o .   1,   p .   313,  D e c .   2022,   do i:   10 . 3390/s 23010313 .   [ 22]   H .   W a ng,  “ D e ve l o pm e nt   of   pi e z o e le c t r ic   mi c r oma c hi n e d  ul tr a s o ni c   t r a ns duc e r s   ( P M U T s )   f o r   e nd o s c o pi c   phot o a c o us ti c   i ma gi ng  a ppl ic a ti o ns ,”  U ni ve r s it y  O f  F l or id a , 2021 .   [ 23]   F .   A ka s he h,  T .   M y e r s ,  J .   D .   F r a s e r ,  S .   B o s e ,  a nd  A .   B a nd y op a dh y a y ,  “ D e v e l o pme n t  of   pi e z oe l e c tr i c   mi c r o ma c hi ne d  ul t r a s oni c   tr a ns duc e r s ,”   Se ns or s  and A c tu at or s  A :  P hy s ic al , vol .   111, n o .   2 – 3, pp .   275 – 28 7, M a r .   2004, do i:  10 . 1016/j . s na . 2003 . 11 . 022 .   [ 24]   Y .   L i,   T .   O m o r i,   K .   W a ta b e ,  a nd  H .   T o s hi y os hi ,  “ B a ndw id th   a nd  s e ns it iv it y   e nha n c e me nt   of   pi e z oe l e c tr i c   M E M S   a c o u s ti c   e mi s s io n  s e ns or   us in g  mul ti - c a nt il e ve r s ,”   in   2022  I E E E   35t h   I nt e r nat io nal   C onf e r e nc e   on  M ic r o  E le c t r o  M e c hani c al   Sy s t e m s   C onf e r e nc e  ( M E M S) , I E E E , J a n .   2022, pp .   868 – 871 .   do i:  10 . 11 09/ M E M S 51670 . 2022 . 9699581 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2502 - 4752       A lumini um  nit r ide  piez oac ous ti c   tr ans duc e r   de s ign   f or   C M OS - c ompatibl e   high - pe r f or manc e   …   ( J .   M anga )   725   [ 25]   J .   E .   A ld r i c h,  “ B a s i c   ph y s ic s   of   ul tr a s o und  im a gi ng,”   C r it ic al   C ar e   M e di c in e ,  vo l .   35,  n o .   S uppl ,  pp .   S 131 – S 137,  M a y   2 007,    do i:  10 . 1097/01 . CCM . 0000260624 . 99430 . 22 .   [ 26]   Q .   Z h o u,  K .   H .   L a m,  H .   Z h e ng,  W .   Q iu ,  a nd  K .   K .   S hung,   “ P ie z o e l e c tr ic   s in gl e   c r y s ta l  ul t r a s o ni c   tr a ns du c e r s   f o r   bi o m e di c a l  a ppl ic a ti o ns ,”   P r ogr e s s  i n M at e r ia ls  Sc ie nc e , v o l .   66, pp .   87 – 1 11, Oc t .   2014, d o i:  10 . 1016/j . pm a ts c i . 2014 . 06 . 001 .   [ 27]   J .   C a i  e t  al . ,  “ P h o t o a c o us ti c   im a gi ng   ba s e d  o n  b r o a de n e d  ba n dw id th   a lu mi num  ni t r id e   pi e z oe l e c tr i c   mi c r o ma c h in e d   ul tr a s ound  tr a ns duc e r s ,”   I E E E  Se ns or s  L e tt e r s , v o l .   7, n o .   4, pp .   1 – 4, A pr .   2023, do i:  10 . 1109/ L S E N S . 2023 . 3254593 .   [ 28]   F .   P o p,  B .   H e r r e r a ,  a nd  M .   R in a ld i,   “ L it hi u m  ni o ba te   p ie z oe l e c t r i c   mi c r o ma c hi n e d  ul tr a s o n ic   tr a ns duc e r s   f o r   hi gh   da ta - r a te   in tr a bo d y   c o mm uni c a ti o n,”   N at ur e  C om m uni c at io ns , v o l .   13, n o .   1, p .   1782, Apr .   2022, d o i:  10 . 1038 /s 41467 - 022 - 29355 - 9 .   [ 29]   J .   J ung,  W .   L e e ,  W .   K a ng,  E .   S hi n,  J .   R y u,  a nd  H .   C h o i,   “ R e vi e w   of   pi e z o e le c tr ic   mi c r o ma c h in e d   ul tr a s o n ic   tr a ns duc e r s     a nd  th e ir   a ppl ic a ti o ns ,”   J our nal   of   M ic r o m e c hani c s   and   M ic r oe ngi ne e r in g ,   v ol .   27,  no .   11,  p .   113001,  N ov .   2 017,    do i:  10 . 1088/1361 - 6439/a a 851b .   [ 30 ]   R .   M a nw a r ,  K .   K r a tk i e w ic z ,  a nd  K .   A v a na ki ,  “ O ve r v i e w   of   ul tr a s o und   d e te c ti o n   t e c hn o l o gi e s   f or   ph o t o a c o us ti c   im a gi ng,”   M ic r om ac hi ne s , v o l .   11, n o .   7, p .   692, J ul .   2020, d o i:  10 . 3390/ mi 11070692 .   [ 31]   A .   N e pr o ki n,  C .   B r o a dw a y ,  T .   M y l l y lä ,  A .   B y k ov ,   a nd  I .   M e gl in s ki ,  “ P ho t o a c o us ti c   im a gi ng  in   bi ome di c in e   a nd  l i f e   s c i e n c e s ,”   L if e , v o l .   12, n o .   4, p .   588, Ap r .   2022, d o i:  10 . 3390/l i f e 1204058 8 .       B I OG RA P HI E S   OF   AU T HO RS       J .   M a n g a           i s   a  re s e ar c h   s c h o l ar  at   Sat h y ab a ma  I n s t i t u t e   o f  S c i en ce   an d   T e ch n o l o g y ,   C h e n n ai ,   T ami l   N ad u ,   In d i a .   S h e   co m p l e t ed   h e r  M . T ec h .   i n   e l ec t ro n i c s   an d   c o mmu n i c at i o n s   w i t h   a  s p eci al i zat i o n   i n   em b ed d ed   s y s t em s   a n d   V L S I   d e s i g n .   S h e  i s   w o r k i n g   as   an   as s i s t an t   p ro fe s s o r  w i t h   1 1   y e ars   t e a c h i n g   an d   re s e ar ch   e x p e ri en ce   i n   D e p art me n t   o f   E l ec t ro n i c s   an d   C o mm u ni c at i o n s   E n g i n ee r i n g   at   V i g n an a  Bh arat h i   In s t i t u t e   o f  T ech n o l o g y ,   H y d e rab ad .   Sh e   i s   d o i n g   h e r  r e s e ar ch   i n   n an o t ech n o l o g y .   Sh e   c a n   b e   c o n t ac t e d   at   em a i l :   j an g i d i m an g a@ g m ai l . co m .       P ro f .   V .   J .   K .   Ki s h o r  So n ti           i s   a  p as s i o n at e   p ro f e s s o r  w i t h   2 0   y e ars   o f  t e a ch i n g ,   ad mi n i s t rat i v e  an d   r e s e ar c h   e x p e ri e n ce .   H e   h o l d s   Ph . D .   in  mi c ro   el ec t ro n i c s   an d   w o rk i n g   as   p ro fe s s o r  i n   D e p art me n t   o f  E l ec t ro n i c s   an d   C o mm u n i c at i o n   E n g i n ee r i n g ,  Sat h y ab a m a  I n s t i t u t e  o f  S c i en ce  an d   T ec h n o l o g y ,   Ch en n a i ,   In d i a .   A n   o u t s t a n d i n g   p e rf o rme r   a w ard ee   a n d   r ecei v ed   t w i ce   t h e   b e s t   facu l t y   a w ar d ,   an d   t e a ch i n g   e x cel l en ce   a w ar d .   I n t e rn at i o n a l   e x p o s u r e   w i t h   e x p e rt i s e   i n   v i d eo   c o n t en t   c r e at i o n   an d   a   reci p i e n t   of   Er as m u s   p l u s   g ra n t .   A c t i v e   r e s e ar ch e r   w i t h   4 8   p u b l i c at i o n s   i n   p ee r - r e v i ew ed   j o u rn a l s ,   3   p at e n t s   p u b l i s h e d   a n d   o n e   fi l e d ,   p ro d u ced   t w o   d o c t o rat e s   an d   s u p e r v i s i n g   4   re s e ar c h   s ch o l ars ,   au t h o r e d   1 1   b o o k   c h a p t e rs ,   a  b o o k   a n d   a   mo n o g rap h .   A   m o t i v at i o n al   s p e a k e r,   i n n o v at i o n   a m b as s ad o r .   H i g h l y   mo t i v at e d   t o w ard s   s o ci al   u p l i ft men t   t h ro u g h   ed u c at i o n   a n d   b ri n g i n g   t h e  c h an g e   t h r o u g h   me n t o r i n g ,   co u n s e l i n g   a n d   s e rv i ce  t o   t h e  c au s e   o f  h u m a n   ev o l u t i o n   t h ro u g h   b e t t e r  ed u c at i o n .   He   c a n   b e   co n t ac t e d   at   em ai l :   k i s h o r e s o n t i . ece @ s a t h y ab a m a . ac . in .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.