FR2882488A1 - Element ultrasonique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un élément ultrasonique comprenant une membrane (M) formée d'une partie à paroi mince sur un substrat (10), un vibreur piézoélectrique (21) recouvrant la membrane et comprenant un film piézoélectrique mince (2) enserré entre des films d'électrodes métalliques (3a,3b), le vibreur fonctionnant avec la membrane (M) à une fréquence prédéterminée dans la bande d'ondes des ultrasons, une configuration évidée (2a) formée partiellement dans le film pour diviser le vibreur en parties multiples qui sont formées dans une zone correspondant à une zone de contrainte concentrée apparaissant lors de vibrations de la membrane (M) dans des directions diamétrales de cette dernière.Application notamment à des détecteurs d'obstacles dans le domaine de l'automobile.
Description
ÉLÉMENT ULTRASONIQUE
La présente invention concerne un élément ultrasonique (ou un élément à ondes ultrasoniques) comportant un vibreur piézoélectrique formé sur une membrane (ou un diaphragme) et apte à entrer en résonance avec la membrane à une fréquence prescrite dans la bande d'ondes ultrasoni- ques, et a trait plus particulièrement à un élément ultra-sonique utilisable pour la détection d'obstacles et/ou dans d'autres buts dans le domaine des véhicules automobiles.
Un appareil de détection à ultrasons, qui est monté sur un véhicule, tel qu'une automobile, est utilisé pour détecter la distance entre le véhicule et des obstacles situés alentour au moment du parcage ou du braquage du véhicule, est décrit par exemple dans la demande de brevet japonais N de publication 2001-16694. Un:el appareil de détection à ultrasons est constitué par un élément ultraso- nique servant à émettre des ultrasons (ondes ultrasoniques) et par un autre élément ultrasonique servant à recevoir ces ultrasons (ou dans certains cas on utilise en commun un élément ultrasonique présentant les fonctions à la fois d'émission et de réception des ultrasons), dans lequel les ultrasons sont émis par un élément émet-:eur, puis les ultrasons réfléchis par un obstacle sont reçus par l'élément récepteur. La pression acoustique, le temps de retard et la différence de phase des ondes ultrasoniques reçues par l'élément de réception sont utilisés pour détecter une direction dans laquelle l'obstacle existe, et la distance par rapport à l'obstacle, et/ou pour évaluer le degré de disposition en saillie ou en renfoncement de l'obstacle.
Un élément de détection ultrasonique, dans lequel un dispositif vibrant formé d'un film piézoélectrique mince est formé sur une membrane, qui constitue une partie formée d'un film mince d'un substrat, a attiré récemment l'attention en tant qu'élément récepteur destiné à être utilisé dans l'appareil de détection ultrasonique indiqué précédemment pour la détection d'obstacles et/ou dans d'autres buts. L'élément de détection ultrasonique ayant la structure d'une membrane peut être fabriqué à l'aide de la technologie de micro-usinage des semiconducteurs, et sera désignée ci-après comme appareil de détection ultrasonique du type MEMS (qui est l'abréviation de l'expression anglai- se Micro Electro Mechanical System, c'est-à-dire micro-système électromécanique). L'élément de détection ultrasonique de type MEMS est un capteur de réseau ultrasonique utilisant les éléments de détection sont décrits par exemple dans le brevet japonais N de publication 2003-284182.
Les figures 10A et 10B, annexées à la présente demande, sont des vues simplifiées d'un élément ultrasonique décrit dans le brevet japonais N de publication 2003-284182 indiqué précédemment, la figure 10A étant une vue de dessus schématique de l'élément de détection ultrasonique 90 et la figure 10B étant une vue en coupe transversale prise suivant la ligne XBXB indiquée par la ligne en trait mixte simple sur la figure 10A.
L'élément ultrasonique 90 représenté sur les figu- res 10A et 10B est réalisé en utilisant un substrat semi- conducteur 10 possédant la structure SOI (sigle tiré de l'anglais Silicon On Insulator, c'est-à-dire Silicium Sur Isolant). Dans le substrat 10, les références la, lb, ic et ld désignent respectivement une première couche semiconduc- trice (un substrat de support), un film d'oxyde enseveli, une seconde couche semiconductrice et un film d'oxyde de protection. Un vibreur piézoélectrique 20 est formé sur une membrane M, qui est agencée sous la forme d'une partie constituée d'un film mince du substrat 10, au moyen de la technologie de micro-usinage des semiconducteurs, de manière à recouvrir l'ensemble de la membrane M. Le vibreur piézoélectrique 20 possède une structure dans laquelle le film mince piézoélectrique 2 est enserré entre des films d'électrodes métalliques 3a et 3b. L'élément ultrasonique 90 tel que représenté sur les figures 10A et 10B reçoit les ultrasons réfléchis par l'obstacle, par le fait que le vibreur piézoélectrique 20 ainsi que la membrane M résonnent avec les ultrasons à une fréquence ultrasonique prescrite dans la bande des ondes ultrasoniques.
L'élément ultrasonique 90 du type MEMS représenté sur les figures 10A et 10B peut être fabriqué avec une taille réduite et avec un faible coût, même dans le cas où une pluralité d'éléments ultrasoniques sont disposés sur le substrat 10, et en outre la configuration au réseau permet de réaliser non seulement une mesure de distance, mais une mesure bidimensionnelle (2D) et une mesure tridimensionnelle (3D). C'est pourquoi, un capteur formé d'un réseau ultrasonique utilisant un élément ultrasonique 90 du type MEMS tel que représenté sur les figures 10A et 10B a été développé.
D'autre part, l'élément ultrasonique 90 du type MEMS représenté sur les figures 10A et 10B est un élément ultrasonique destiné à être utilisé exclusivement pour la réception, et par conséquent est inutilisable actuellement dans un but d'émission en raison de la difficulté à délivrer des ondes ultrasoniques ayant une pression acoustique suffisante. La capacité de détection de 1,5 à 3 mètres est requise d'une manière générale dans la détection d'obstacles pour une utilisation dans le domaine de l'automobile, dans lequel les ondes ultrasoniques se répandent dans l'air sur une distance de 3 à 6 mètres alentour. Etant donné que l'atténuation des ondes ultrasoniques est plus élevée dans l'air, le rapport signal/bruit S/N diminue lors de la réception des ultrasons réfléchis. C'est pourquoi il est impossible dans la pratique de détecter un obstacle sans améliorer la pression acoustique d'ultrasons devant être émis. Pour ces raisons, il est difficile d'utiliser la même structure pour l'élément ultrasonique 90 représenté sur les figures 10A et 10B en tant qu'élément ultrasonique pour l'émission des ultrasons. En réalité, comme cela est décrit dans la publication de brevet japonais N 2003-28418, un élément d'émission ultrasonique (dispositif) de grande taille est installé séparément de manière à former un appareil de détection ultrasonique. Conformément à une telle installation séparée de l'élément émetteur et de l'élément récepteur, comme dans le brevet japonais N de publication N 2003-28418, le coût de fabrication augmente et de façon similaire il peut se produire un accroissement du poids ainsi qu'une conception de qualité inférieure en raison de la configuration plus étendue.
L'invention a été mise au point compte tenu des problèmes indiqués précédemment, et un but de la présente invention est de fournir un élément ultrasonique, dans lequel un vibreur piézoélectrique est formé sur une membrane et peut résonner avec la membrane dans une fréquence prescrite de la bande d'ondes ultrasoniques, et en outre peut émettre des ultrasons ayant une pression acoustique suffisante pour être utilisé en tant qu'élément d'émission.
Conformément à une caractéristique de la présente invention, il est prévu un vibreur piézoélectrique formé sur la membrane de manière à recouvrir cette dernière, un film mince piézoélectrique étant enserré entre des films d'électrodes métalliques, et le vibreur piézoélectrique résonnant avec la membrane à une fréquence prédéterminée dans une bande d'ondes ultrasoniques, et une configuration évidée formée partiellement dans le film mince piézoélectrique pour diviser le vibreur piézoélectrique en de multiples parties, la configuration évidée étant formée dans une zone correspondant à une zone à contrainte concentrée, qui apparaît lors de vibrations de la membrane dans des direc- tions diamétrales de cette dernière.
Conformément à l'élément ultrasonique selon la pré-sente invention, la rigidité de la membrane dans de telles zones de concentration de contrainte peut être réduite de telle sorte que la membrane peut se déformer aisément. Les ultrasons ayant une pression acoustique suffisante peuvent de ce fait être délivrés, et un tel éléme:it ultrasonique peut être utilisé en tant qu'élément d'émission ultrasonique. L'élément ultrasonique peut être utilisé non seulement en tant qu'élément d'émission, mais également en tant qu'élément de réception d'ultrasons, qui possède un rende-ment élevé de conversion.
L'élément ultrasonique indiqué précédemment peut être réalisé sous la forme d'un élément ultrasonique pré-sentant une puissance de sortie de pression acoustique plus élevée, avec un accroissement des dimensions de l'élément, et peut de ce fait être fabriqué à un coût plus faible et avec des dimensions plus faibles.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, la membrane est réalisée avec une forme plane polygonale, et la zone à contrainte concentrée correspondant au voisinage d'un centre de la forme polygonale et au voisinage de chaque centre de côtés respectifs de la forme polygonale.
Par exemple, la configuration évidée peut être for- mée au voisinage du centre de la membrane de forme polygonale avec une forme circulaire. Sinon, la configuration évidée peut être formée dans le film piézoélectrique mince avec une forme polygonale qui possède le même nombre de côtés que le nombre des côtés de la membrane de forme polygonale, au voisinage du centre de la membrane de forme polygonale.
En outre la configuration évidée peut être réalisée dans le film piézoélectrique mince selon une configuration actiniforme de telle sorte que la configuration évidée raccorde le voisinage du centre de la forme polygonale au voisinage de chaque centre des côtés respectifs.
Sinon la configuration évidée peut être formée dans le film piézoélectrique mince selon une configuration actiniforme de sorte que la configuration évidée raccorde le voisinage du centre de la forme polygonale au voisinage de chacun des côtés ou coins respectifs.
En outre la configuration évidée peut être réalisée dans le film piézoélectrique mince avec une forme circulaire au voisinage du centre de la membrane de forme circu- Taire.
Conformément à une autre caractéristique de la pré-sente invention, un élément de réception d'ultrasons peut-être formé dans le même substrat mais dans une position différente de l'élément d'émission d'ultrasons. Par conséquent, le coût de fabrication du dispositif de détection ultrasonique peut être réduit et il devient plus facile d'installer le dispositif de détection ultrasonique dans le véhicule automobile par rapport au cas où l'élément émetteur et l'élément récepteur sont fabriqués séparément.
Conformément à une autre caractéristique de la pré- sente invention, une configuration en forme de rainure peu profonde est partiellement formée dans le film piézoélectrique mince dans des parties qui correspondent aux zones de contrainte concentrée lors des vibrations de la membrane dans les directions diamétrales, de sorte que la rigidité de la membrane dans de telles zones de contrainte concentrée est réduite de manière que la membrane se déforme aisément.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, le vibreur piézoélectrique est réalisé sous la forme d'une structure à couches multiples, dans laquelle de multiples films piézoélectriques minces et de multiples films d'électrodes métalliques sont superposés selon des couches.
Conformément à une telle caractéristique, la gran- deur de déformation du vibreur piézoélectrique est accrue lorsque la tension lui est appliquée, et de ce fait l'amplitude de la vibration de la membrane est accrue de façon correspondante.
Conformément à une autre caractéristique de la pré-sente invention, la membrane et le vibreur piézoélectrique sont supportés selon une disposition en console par le substrat.
Conformément à la caractéristique indiquée précé- demment, les parties périphériques extérieures de la membrane sont partiellement fixées au substrat. Il en résulte que des parties de la membrane, qui s'opposeraient à la déformation de la membrane, peuvent être choisies plus petites, et que la membrane peut être largement déformée en fonction de la déformation du vibreur piézoélectrique lorsque la tension lui est appliquée.
Conformément à une autre caractéristique de la pré-sente invention, la membrane est formée par détachement d'une partie des couches empilées sur le substrat, au moyen d'une attaque chimique de couche sacrificielle, qui est appliquée au substrat à partir d'une surface latérale de ce dernier.
Dans l'élément ultrasonique selon la présente invention, des trous d'attaque chimique sont formés autour de la membrane au moyen du procédé d'attaque chimique de couche sacrificielle. Les parties périphériques extérieures de la membrane sont de ce fait partiellement fixées au substrat. Par conséquent, des parties de la membrane, qui s'opposeraient à la déformation de la membrane, peuvent être réalisées plus petites, et la membrane peut être largement déformée lorsque le vibreur piézoélectrique est déformé par la tension qui lui est appliquée.
D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 est un schéma représentant un résultat de simulation d'une distribution de contraintes lors de vibrations d'une membrane dans des directions diamétrales de cette dernière, un élément ultrasonique représenté sur les figures 10A et 10B étant supposé être utilisé en tant qu'élément d'émission; - la figure 2A est une vue en plan schématique d'un élément ultrasonique 100 selon une première forme de réali-10 sation; - la figure 2B est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne en trait mixte simple IIB-IIB sur la figure 2A; - les figures 3A à 3D sont des vues en plan schéma-15 tique d'éléments ultrasoniques respectifs 90, 100, 101 et 102; - la figure 3E est un schéma représentant des pressions acoustiques examinées pour chacun des éléments ultra-soniques 90, 100, 101 et 102; - les figures 4A à 4F sont des vues en plan schéma-tique représentant respectivement des variations de l'élément ultrasonique conformément à la première forme de réalisation; - la figure 5 est une vue en plan schématique mon- trant un exemple d'un élément de détection ultrasonique 200, auquel est appliqué l'élément ultrasonique 100; - la figure 6A est une vue en plan schématique d'un élément ultrasonique 110 conformément à une seconde forme de réalisation; - la figure 6B est une vue en coupe transversale prise suivant une ligne en trait mixte simple VIB-VIB sur la figure 6A; - la figure 7A est une vue en plan schématique d'un élément ultrasonique 120 selon une troisième forme de 35 réalisation; - la figure 7B est une vue en coupe transversale prise suivant une ligne en trait mixte simple VIIB-VIIB sur la figure 7A; - la figure 7C est une vue en coupe transversale à 5 plus grande échelle d'une partie du vibreur piézoélectrique à couches multiples représenté sur la figure 7B; - la figure 8A est une vue en plan schématique d'un élément ultrasonique 130 conformément à une quatrième forme de réalisation; - la figure 8B est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne en trait mixte simple VIIIB-VIIIB sur la figure 8A; - la figure 9A est une vue en plan schématique d'un élément ultrasonique 140 conformément à une cinquième forme 15 de réalisation; - la figure 9B est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne en trait mixte simple IXB-IXB sur la figure 9A; - la figure 9C est une vue en coupe transversale 20 prise suivant une ligne en trait mixte simple IXC-IXC sur la figure 9A; - la figure 10A, dont il a déjà été fait mention, est une vue en plan schématique d'un élément ultrasonique classique; et - la figure 10B, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe transversale prise suivant une ligne en trait mixte simple XB-XB sur la figure 10A.
On va expliquer ci-après des formes de réalisation de la présente invention en référence aux dessins.
Tout d'abord, on va expliquer les raisons pour les-quelles l'élément ultrasonique 90 du type MEMS des figures 10A et 10B n'est pas utilisable en tant qu'élément émetteur. La raison est que l'élément ultrasonique 90 du type MEMS des figures 10A et 10B ne peut pas émettre les ultra- sons ayant une pression acoustique suffisante. Ceci résulte de la rigidité de la membrane M constituée par une seconde couche semiconductrice ic et une couche d'oxyde de protection ld ainsi que la rigidité d'un film piézoélectrique mince 2 et de films d'électrodes métalliques 3a et 3b. La membrane M n'est pas aisément déformée en raison de la rigidité indiquée précédemment des films, même lorsqu'une tension est appliquée au vibreur piézoélectrique 20. Il en résulte qu'une amplitude de vibration pour la membrane M est suffisamment faible pour que la pression acoustique ultrasonique produite soit faible.
Il est possible que dans l'élément ultrasonique 90 des figures 10A et 10B la membrane M soit étendue de manière à augmenter l'amplitude des vibrations, et/ou à accroître la vitesse de vibration (fréquence), de manière que la pression acoustique ultrasonique puisse être accrue. Cependant l'extension de la zone de la membrane a tendance à conduire à une zone de déviation ou de rupture de la membrane sous l'effet de la contrainte qui lui est appliquée. De même, ceci s'accompagne naturellement d'un accroissement de coût. Lorsqu'on augmente la vitesse de vibration, la fréquence ultrasonique est accrue de façon correspondante. Plus la fréquence des ultrasons augmente, plus l'atténuation de la fréquence dans l'air augmente. Il en résulte que les ultrasons utilisés dans la détection d'obstacles pour l'automobile sont limités à une gamme de fréquences de plusieurs dizaines de kHz à 200 kHz. En effet il n'est pas possible de régler facultativement la vitesse de vibrations de la membrane M à un niveau plus élevé en augmentant la fréquence des ultrasons. C'est pourquoi le seul autre moyen d'amplification de la pression acoustique des ultrasons pour l'élément ultrasonique 90 des figures 10A et 10B est de choisir une valeur plus élevée l'amplitude de vibration de la membrane M. La figure 1 est un schéma représentant un résultat 35 de simulation d'une distribution de contrainte dans le cas de vibrations de la membrane M dans des directions diamétrales indiquées par les flèches en trait mixte double pour accroître l'amplitude de vibrations de la membrane M, auquel cas on suppose que l'élément ultrasonique 90 des figures 10A et 10B est utilisé en tant qu'élément émetteur.
Comme cela est représenté sur la figure 1, lorsque des vibrations diamétrales sont appliquées à la membrane M de l'élément ultrasonique 90 des figures l0A et 10B, la membrane M possédant une forme carrée dans une surface plane, la zone de contrainte concentrée Pc apparaît au voisinage du centre du carré, tandis que les zones de contrainte concentrée Ph apparaissent au niveau de chaque centre des côtés du carré.
Sur la figure 2A on a représenté une vue schématique en plan de dessus de l'élément ultrasonique 100 d'une première forme de réalisation de la présente invention, et la figure 2B est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne IIB-IIB, repérée par une ligne en trait mixte simple sur la figure 2A.
L'élément ultrasonique 100 représenté sur les figures 2A et 2B est réalisé en utilisant le substrat semi-conducteur 10 qui possède la structure SOI (silicium sur isolant). En effet un vibreur piézoélectrique 21 est formé sur une membrane M de manière à recouvrir complètement la membrane M, qui est avancée sous la forme d'une partie en forme de film mince (une partie à paroi mince) du substrat 10, le substrat 10 de la structure SOI comprenant une première couche semiconductrice (un substrat de support) la, un film d'oxyde enseveli lb, une seconde couche semiconductrice le et un film d'oxyde de protection ld. La membrane M possède une forme plane carrée, et une telle membrane de forme carrée M peut être aisément traitée et fabriquée au moyen de la technologie de micro-usinage des semiconducteurs. L'élément ultrasonique peut être de ce fait obtenu à un faible coût. Le vibreur piézoélectrique 21 de l'élément ultrasonique 100 est agencé de façon analogue sous la forme d'une structure, dans laquelle un film mince piézoélectrique est enserré entre des films d'électrodes métalliques 3a à 3d. On peut utiliser pour le film piézoélectrique mince 2 du PZT (zirconate-titanate de plomb), du AIN (nitrure d'aluminium), du ZnO (oxyde de zirconium), etc. Pour les films d'électrodes métalliques 3a et 3b on peut utiliser du Pt (platine), du Au (or), du Al (aluminium) ou analogues.
Le vibreur piézoélectrique 21 de l'élément ultrasonique 100 diffère du vibreur piézoélectrique 20 de l'élément ultrasonique 90 représenté sur les figures 10A et 10B par le fait qu'une configuration évidée partielle 2a est formée dans le film piézoélectrique mince 2 de telle sorte que le film piézoélectrique mince 2 est divisé en quatre parties. La configuration partielle évidée 2a est réalisée selon une configuration actiniforme, dans laquelle les parties évidées raccordent le centre du carré à chacun des centres des côtés du carré de la membrane M de sorte que des parties du film piézoélectrique mince 2 sont retirées dans les zones de contrainte concentrée Pc et Ph qui apparaissent dans les directions diamétrales de la membrane M, comme représenté sur la figure 1. Dans le vibreur piézoélectrique 21 de l'élément ultrasonique 100, l'électrode en forme de film métallique mince inférieure 3a est agencée sous la forme d'une unité, tandis que l'électrode supérieure en forme de film métallique 3b est divisée en quatre parties correspondant aux quatre parties individuelles du film piézoélectrique mince 2, par la configuration évidée actiniforme 2a.
L'élément ultrasonique 100 est agencé de telle sorte que le vibreur piézoélectrique 21 résonne avec la membrane M à une fréquence prescrite dans la bande des ondes ultrasoniques. Lorsqu'une tension alternative ayant une fréquence prédéterminée est appliquée aux et entre les films d'électrodes métalliques 3a et 3b, le film piézoélectrique mince 2 oscille sous un effet de tension inverse, de sorte que la membrane M est déformée et repousse l'air qui est situé en son voisinage, et les ultrasons sont émis. La membrane M vibre d'une manière plus ample sous l'effet de la résonance du vibreur piézoélectrique 21 équipé de la membrane M, de sorte que l'énergie de refoulement de l'air est accrue, ce qui augmente la puissance de sortie d'émission des ultrasons.
Dans l'élément ultrasonique 90 représenté sur les figures 10A et 10B, le vibreur piézoélectrique 20 du film piézoélectrique mince 2 est formé de manière à recouvrir l'ensemble de la surface de la membrane M, qui est agencée sous la forme d'une partie à paroi mince du substrat 10.
Par conséquent, dans un tel élément ultrasonique classique 90, le vibreur piézoélectrique ne peut pas générer une pression acoustique suffisante étant donné que la membrane M ne se déforme pas aisément, même si une tension est appliquée au vibreur 20 pour générer des vibrations dans les directions diamétrales de la membrane M. Contrairement à cela, dans l'élément ultrasonique 100 représenté sur les figures 2A et 2B, la configuration partielle évidée 2a est formée dans le film piézoélectrique mince 2 dans des parties qui correspondent aux zones à contrainte concentrée Pc et Ph, qui apparaissent lors des vibrations dans les directions diamétrales de la membrane M. Il en résulte que la rigidité des zones à contrainte concentrée Pc et Ph diminue de sorte que la membrane M se déforme aisément. Les ultrasons ayant une pression acousti- que suffisante peuvent être de ce fait délivrés et l'élément ultrasonique 100 peut être utilisé en tant qu'élément émetteur. L'utilisation de l'élément ultrasonique n'est pas limitée à l'élément émetteur, et l'élément ultrasonique 100 peut être également utilisé en tant qu'élément de réception ultrasonique possédant un rendement de conversion élevé.
L'élément ultrasonique 100 est un élément émetteur possédant une performance de sortie élevée sans augmentation de la taille de la membrane M, tout en permettant sa miniaturisation et une réduction de son coût.
La figure 3E représente des pressions acoustiques étudiées pour chacun des éléments ultrasoniques 90, 101 et 102 présents respectivement sur les figures 3A à 3D, chacun d'eux étant utilisé en tant qu'élément émetteur. Sur les figures 3A à 3D, qui sont des vues en plan schématiques des éléments ultrasoniques 90, 100, 101 et 102, les films d'électrodes métalliques dans des couches supérieure et inférieure du film piézoélectrique mince 2 sont supprimés pour simplifier l'illustration. La figure 3E permet d'expliquer les pressions acoustiques analysées mesurées à dix centimètres des quatre éléments ultrasoniques respectifs 90, 100, 101 et 102.
L'élément ultrasonique 90 sur la figure 3A est identique à l'élément ultrasonique classique 90 représenté sur les figures l0A et 10B. L'élément ultrasonique 100 représenté sur la figure 3B est identique à l'élément ultrasonique 100 représenté sur les figures 2A et 2B de la présente invention.
L'élément ultrasonique 101 sur la figure 3C est une variante de l'élément ultrasonique 100 représenté sur la figure 3B, comportant un vibreur piézoélectrique 22 pourvu d'une configuration évidée de forme circulaire 2b dans le film mince piézoélectrique 2 au voisinage du centre carré de la membrane M. Une partie du film piézoélectrique mince 2 est éliminée par la configuration évidée de forme circu- Taire 2b, la partie éliminée correspondant à la zone à contrainte concentrée Pc dans le cas des vibrations de la membrane M dans les directions diamétrales, comme représenté sur la figure 1.
L'élément ultrasonique 102 de la figure 3D est une 35 variante possédant un vibreur piézoélectrique 23 équipé d'une configuration évidée 2c, qui est une combinaison de la configuration évidée actiniforme 2a et de la configuration évidée de forme circulaire 2b. Les parties du film piézoélectrique mince 2 sont retirées au niveau de la partie évidée 2c, les parties retirées correspondant aux zones à contrainte concentrée Pc et Ph dans le cas des vibrations de la membrane M dans les directions diamétrales, comme représenté sur la figure 1.
Comme cela est représenté sur la figure 3E, les éléments ultrasoniques 100 à 102 selon la présente invention, dans lesquels sont formées les configurations évidées partielles 2a à 2c dans le film piézoélectrique mince 2, peuvent émettre les ultrasons avec une pression acoustique environ trois fois plus élevée que ceux de l'élément ultra-sonique classique 90, pour lequel la configuration évidée n'a pas été formée.
Conformément au résultat représenté sur la figure 3E, l'élément ultrasonique 101 de la figure 3C, pour lequel la configuration évidée de forme circulaire 2b est formée dans le film piézoélectrique mince 2 au voisinage du centre carré de la membrane M, présente la pression acoustique maximale. C'est pourquoi il est préférable de ne pas retirer les parties du film piézoélectrique mince 2 autour des centres des côtés de la membrane M pour obtenir l'élément ultrasonique fournissant une pression acoustique élevée. On suppose que ceci est dû au fait que lacontrainte produite dans le film piézoélectrique mince 2 est aisément convertie en une déviation de la membrane M autour de chaque centre des côtés du carré de la membrane M. Les figures 4A à 4F sont des vues en plan schématique d'autres éléments ultrasoniques 103 à 108 conformément à la forme de réalisation de la présente invention. Les électrodes métalliques dans les couches supérieure et inférieure du film piézoélectrique mince 2 ne sont pas représentées sur les figures 4A à 4F pour conserver une illustration simplifiée.
Un élément ultrasonique 103 sur la figure 4A possède un vibreur piézoélectrique 24 pourvu d'une configuration évidée de forme carrée 2d formée dans le film piézoé- lectrique mince 2 au voisinage du centre du carré de la membrane M, la configuration évidée de forme carrée 2d possédant le même nombre de côtés que celui de la membrane M. Un élément ultrasonique 104 sur la figure 4B comporte un vibreur piézoélectrique 25 pourvu d'une configuration évidée de forme hexagonale 2e dans le film piézoélectrique mince 2 au voisinage d'un centre d'une membrane de forme hexagonale Ma, la configuration évidée en forme d'hexagone 2e possédant le même nombre de côtés que celui de la membrane de forme hexagonale Ma. Un élément ultrasonique 105 sur la figure 4C comporte un vibreur piézoélectrique 26 pourvu d'une configuration évidée de forme octogonale 2f dans le film piézoélectrique mince 2 au voisinage d'un centre d'une membrane de forme octogonale Mb, la configuration évidée de forme octogonale 2f possédant le même nombre de bords que celui de la membrane de forme octogonale Mb. Dans les éléments ultrasoniques 103 à 105, des parties du film piézoélectrique mince 2 sont retirées au niveau des configurations évidées de forme polygonale 2d à 2f, ce qui a pour effet que les parties retirées correspondent à la zone de contrainte concentrée au voisinage du centre du polygone.
De façon similaire, l'élément ultrasonique 106 sur la figure 4D comporte un vibreur piézoélectrique 27 pourvu d'une configuration évidée de forme circulaire 2g formée dans le film piézoélectrique mince 2 au voisinage du centre d'une membrane de forme circulaire Mc. Dans l'élément ultrasonique 106, une partie du film piézoélectrique mince 2 est également retirée au niveau de la configuration évidée de forme circulaire 2g, ce qui a pour effet que la partie évidée correspond à la zone de contrainte concentrée au voisinage d'un centre du cercle.
En outre, comme cela a été décrit précédemment, la membrane M de l'élément ultrasonique 103 sur la figure 4A possède une forme carrée, et ce type de membrane de forme carrée peut être aisément traité avec la technologie de micro-usinage des semiconducteurs, pour l'obtention de l'élément ultrasonique à faible coût. D'autre part, les formes planes des membranes Ma à Mc des éléments ultrasoniques 104 à 106 des figures 4B à 4D sont hexagonales, octogonales ou circulaires, et n'importe laquelle des membranes Ma à Mc possède une structure, sur la base de laquelle la contrainte produite autour des parties périphériques extérieures est susceptible d'être dispersée. Par conséquent la contrainte peut être dispersée d'une manière égale et la déformation des membranes Ma à Mc devient symétrique par rapport à leur centre, conformément aux configurations évidées 2e à 2g formées au voisinage du centre des membranes Ma à Mc, au niveau duquel les formes des configurations évidées 2e à 2g sont réalisées de manière à être respectivement similaires. Il en résulte que les éléments ultrasoniques 104 à 106 peuvent être traités comme des éléments ayant une directivité supérieure pour les ultrasons.
Conformément à un élément ultrasonique 107 repré- senté sur la figure 4E, une membrane M est réalisée avec une forme carrée et une configuration évidée actiniforme 2h est formée dans le film piézoélectrique mince 2, des parties évidées (retirées) raccordant le voisinage d'un centre d'un carré à des coins respectifs de la membrane de forme carrée M. Conformément à la configuration évidée 2h dans l'élément ultrasonique 107 de la figure 4E, les parties du film piézoélectrique mince 2 sont retirées au voisinage de la zone à concentration de contrainte Pc (le centre du carré).
L'élément ultrasonique 108 représenté sur la figure 4F est une variante comportant un vibreur piézoélectrique 27 pourvu d'une configuration évidée 2i, qui est une combinaison de la configuration évidée actiniforme 2h et de la configuration évidée de forme circulaire 2b. La configura- tion évidée 2i formée dans le film piézoélectrique mince 2 est traitée de façon analogue par retrait de parties du film piézoélectrique mince 2 dans la zone à contrainte concentrée Pc.
Dans tous les éléments ultrasoniques précédents 103 à 108 représentés sur les figures 4A à 4F, la rigidité des zones à contrainte concentrée des membranes M et Ma à Mc dans le cas des vibrations s'étendant dans les directions diamétrales, peut être réduite de sorte que les membranes M et Ma à Mc peuvent être aisément déformées. Il en résulte que les ultrasons ayant une pression acoustique suffisante peuvent être produits et que de ce fait les éléments ultra-soniques 103 à 108 peuvent être utilisés en tant qu'éléments émetteurs.
Comme cela a été décrit précédemment, bien que les éléments ultrasoniques 103 à 108 soient utilisables pour constituer des éléments de réception des ultrasons, les éléments ultrasoniques 103 à 108 sont utilisés de façon plus préférentielle pour l'élément d'émission d'ultrasons, qui requiert la puissance de sortie plus élevée.
La figure 5 est une vue en plan schématique d'un dispositif de détection d'ultrasons 200, à titre d'exemple auquel l'élément ultrasonique 100 des figures 2A et 2B est appliqué.
Dans le dispositif 200 de détection d'ultrasons de la figure 5, l'élément ultrasonique 100 est utilisé en tant qu'élément d'émission, tandis que l'élément ultrasonique classique 90 représenté sur les figures 10A et 10B est utilisé en tant qu'élément de réception. Dans le dispositif de détection d'ultrasons, un élément émetteur 100 et trois éléments récepteurs 91 à 93 sont formés respective- ment dans différentes positions du même substrat 10. Etant donné que l'élément d'émission 100 et les éléments de réception 91 à 93 sont formés sur le même substrat 10, ces éléments peuvent être fabriqués simultanément lors des mêmes processus. Par conséquent le coût de fabrication du dispositif 200 de détection d'ultrasons peut être réduit par rapport au cas où l'élément émetteur et l'élément récepteur sont fabriqués séparément. En outre, il devient plus facile d'installer le dispositif de détection ultra- sonique 200 dans le véhicule automobile en raison de la configuration unitaire des éléments 100 et 91 à 93 sur le même substrat 100. Bien que les éléments ultrasoniques classiques 91 à 93 soient utilisés en tant qu'éléments de réception dans le dispositif 200 de détection d'ultrasons de la figure 5, l'élément ultrasonique, qui possède la même structure que l'élément émetteur 100 de la présente invention, peut être utilisé en tant qu'élément récepteur.
Comme indiqué précédemment, les vibreurs piézoélectriques 20 à 27 sont formés sur les membranes M, Ma à Mc des éléments ultrasoniques 100 à 108, les vibreurs piézoélectriques 20 à 27 résonnant avec les membranes M, Ma à Mc à la fréquence prédéterminée de la bande d'ondes ultrasoniques. Il en résulte que les éléments ultrasoniques 100 à 108 peuvent délivrer les ondes ultrasoniques ayant une pression acoustique suffisante et par conséquent peuvent être utilisés en tant qu'éléments émetteurs.
Conformément à la seconde forme de réalisation, des configurations en forme de rainures peu profondes sont formées partiellement dans le film piézoélectrique mince au voisinage des zones à contrainte concentrée, de sorte que la rigidité des membranes au voisinage des zones à contrainte concentrées est réduite, ce qui permet une déformation aisée des membranes.
La figure 6A est une vue en plan schématique d'un 35 élément ultrasonique 110 de cette forme de réalisation, tandis que la figure 6B est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne VIB-VIB indiquée par une ligne en trait mixte simple sur la figure 6A. Dans l'élément ultra-sonique 110 des figures 6A et 6B, on utilise les mêmes références pour désigner les mêmes parties que celles de l'élément ultrasonique 100 des figures 2A et 2B.
L'élément ultrasonique 110 représenté sur les figures 6A et 6B est fabriqué de façon analogue au moyen du substrat semiconducteur 10 possédant la structure SOI, de la même manière que l'élément ultrasonique 100 représenté sur les figures 2A et 2B.
Dans le vibreur piézoélectrique 21 de l'élément ultrasonique 100 représenté sur les figures 2A et 2B, les configurations évidées sont formées partiellement de manière à diviser le film piézoélectrique mince en quatre parties, tandis que les configurations en forme de rainures peu profondes sont formées partiellement dans le film piézoélectrique mince 2 pour le vibreur piézoélectrique 28 de l'élément ultrasonique 110 représenté sur les figures 6A et 6B. C'est pourquoi le film mince piézoélectrique 2 n'est pas complètement divisé en parties multiples, mais est agencé de manière à définir les parties multiples. Les configurations en forme de rainures peu profondes 2j de l'élément ultrasonique 110 sont formées de façon similaire avec une configuration actiniforme, qui raccorde le voisinage du centre carré de chaque centre du bord de la membrane de forme carrée M, au moyen d'un retrait partiel du film piézoélectrique mince 2 au voisinage des zones à contrainte concentrée.
L'élément ultrasonique 110 représenté sur les figures 6A et 6B est également agencé sous la forme d'un élément ultrasonique dans lequel le vibreur piézoélectrique 28 résonne avec la membrane M à la fréquence prédéterminée de la bande d'ondes ultrasoniques.
Etant donné que les avantages de l'élément ultraso- nique 110 possédant la configuration en forme de rainure peu profonde 2j représentée sur les figures 6A et 6B sont les mêmes que ceux de l'élément ultrasonique 100 possédant la configuration évidée 2a représentée sur les figures 2A et 2B, on n'en donnera pas ici d'explications. La forme de la configuration en forme de rainure peu profonde 2j n'est pas limitée à la configuration actiniforme représentée sur la figure 6A, et différents types de configurations en forme de rainures peu profondes sont possibles, de la même manière que pour les configurations évidées 2b à 2i représentées sur la figure 3 et sur la figure 4.
On va décrire ci-après une troisième forme de réalisation de l'invention qui concerne un élément ultrasonique possédant un vibreur piézoélectrique à couches multi- pies.
La figure 7A est une vue en plan schématique de l'élément ultrasonique 120 de cette forme de réalisation, la figure 7B est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 7B-7B repérée par une ligne en trait mixte simple sur la figure 7A, et la figure 7C est une vue à plus grande échelle d'une partie du vibreur piézoélectrique à couches multiples. Dans l'élément ultrasonique 120 représenté sur les figures 7A à 7C, les mêmes chiffres de référence sont utilisés pour désigner les mêmes parties que l'élément ultrasonique 90 des figures 10A et 10B.
L'élément de détection ultrasonique 120 représenté sur les figures 7A à 7C sont fabriqués de façon similaire au moyen du substrat semiconducteur 10 possédant la structure SOI, de la même manière que l'élément ultrasonique 90 représenté sur les figures 10A et 10B.
Le vibreur piézoélectrique 20 de l'élément ultraso- nique 90 des figures 10A et 10B comporte une seule couche du film piézoélectrique mince 2, tandis que le vibreur piézoélectrique 29 de l'élément ultrasonique 120 représenté sur les figures 7A à 7C est agencé sous la forme du vibreur à couches multiples, dans lequel les multiples couches piézoélectriques minces 2 et les multiples films métalliques d'électrodes 3c sont superposées d'une manière alter-née, comme cela est représenté sur la figure 7C.
Par conséquent, lorsque la tension est appliquée, la quantité de déformation augmente fortement de sorte que l'amplitude de la vibration de la membrane M augmente de façon correspondante.
Ci-après, on va décrire un élément ultrasonique correspondant à une quatrième forme de réalisation de l'invention et qui concerne un élément ultrasonique ayant une configuration dans laquelle une membrane comportant un vibreur piézoélectrique est montée en console sur un substrat, c'est-à-dire que la membrane est supportée au niveau de l'une de ses parties latérales.
La figure 8A représente une vue en plan schématique de l'élément ultrasonique 130 de cette forme de réalisation, tandis que la figure 8B représente une vue en coupe transversale prise suivant la ligne VIIIBVIIIB indiquée par une ligne en trait mixte double sur la figure 8A. Dans l'élément ultrasonique 130 représenté sur les figures 8A et 8B, on utilise les mêmes références pour désigner les mêmes parties que celles de l'élément ultrasonique 90 des figures 10A et 10B.
L'élément ultrasonique 130 représenté sur les figures 8A et 8B est fabriqué de façon similaire à partir du substrat semiconducteur 10 comportant la structure SOI, de la même manière que l'élément ultrasonique 90 représenté sur les figures 10A et 10B.
Dans l'élément ultrasonique 90 représenté sur les figures 10A et 10B, toutes les parties périphériques extérieures de la membrane M sont fixées au substrat 10, tandis que la membrane Md et le vibreur piézoélectrique 30 sont montés en console sur le substrat 10 dans l'élément ultra- sonique 130, comme cela est représenté sur les figures 8A et 8B.
Dans l'élément ultrasonique classique 90 représenté sur les figures l0A et 10B, la membrane n'est pas aisément déformée et les ultrasons possédant la pression acoustique suffisante ne peuvent pas être ainsi obtenus, même si la tension est appliquée au vibreur ultrasonique 20 de manière à faire vibrer ce dernier dans les directions diamétrales de la membrane M. C'est pourquoi toutes les parties périphériques extérieures de la membrane M (qui est réalisée sous la forme de la partie à paroi mince) sont fixées au substrat 10.
Cependant, conformément à l'élément ultrasonique 130 de la présente invention représentée sur les figures 8A et 8B, la membrane Md et le vibreur piézoélectrique 30 sont montés en console sur le substrat 10, et en d'autres termes des parties périphériques extérieures de la membrane Md sont fixées partiellement sur et supportées par le substrat 10. Il en résulte que les parties de la membrane Md, qui s'opposeraient à la déformation de la membrane Md, peuvent être réalisées plus petites et que la membrane Md peut se déformer largement d'une manière correspondant à la déformation du vibreur piézoélectrique 30 lorsque la tension lui est appliquée.
On va décrire ci-après un élément ultrasonique selon une cinquième forme de réalisation de l'invention, qui a trait à un élément ultrasonique ayant une configuration, dans laquelle une membrane est formée par dégagement d'une partie des couches empilées sur le substrat au moyen d'une attaque chimique de couche sacrificielle à partir d'une surface latérale du substrat.
La figure 9A est une vue en plan schématique de l'élément ultrasonique 140 de cette forme de réalisation, la figure 9B est une vue en coupe transversale prise sui- vant la ligne IXB-IXB et repérée par une ligne en trait mixte simple sur la figure 9A, et la figure 9C est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne IXC-IXC indiquée par une ligne formée d'un trait mixte simple sur la figure 9A. Dans l'élément ultrasonique 140 des figures 9A à 9C, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes parties que l'élément ultrasonique 130 des figures 8A et 8B.
L'élément ultrasonique 140 est fabriqué de façon analogue au moyen du substrat semiconducteur 10 possédant la structure SOI, de la même manière que pour l'élément ultrasonique 130 représenté sur les figures 8A et 8B. Dans l'élément ultrasonique 140, la membrane Me est formée par détachement d'une partie du film d'oxyde enseveli lb formé sur le substrat 10 au moyen de l'attaque chimique de couche sacrificielle à partir d'une surface latérale de la membrane Me.
Dans l'élément ultrasonique 140, des trous d'attaque chimique H sont formés autour de la membrane Me et des poutres Ha au moyen du procédé d'attaque chimique de couche sacrificielle. Les parties périphériques extérieures de la membrane Me sont de ce fait fixées partiellement au substrat 10 par l'intermédiaire des poutres Ha, d'une manière similaire à l'élément ultrasonique 130 représenté sur les figures 8A et 8B. Par conséquent les parties de la membrane Me, qui s'opposeraient à la déformation de la membrane Md, peuvent être réalisées de manière à être plus petites et la membrane Me peut être fortement déformée en tant que résultat de la déformation générée au niveau des poutres Ha, lorsque le vibreur piézoélectrique 31 est déformé avec la tension qui lui est appliquée.
Comme cela a été expliqué précédemment et a été compris à partir de la description donnée précédemment, les éléments ultrasoniques 120, 130 et 140 sont formés de telle sorte que les vibreurs piézoélectriques 29, 30 et 31 résonnent respectivement avec les membranes M, Md et Me, à la fréquence prédéterminée de la bande des Indes ultrasoni- ques. Les éléments ultrasoniques 120, 130 et 140 peuvent délivrer les ultrasons présentant la pression acoustique suffisante, de sorte que les éléments ultrasoniques sont utilisables pour constituer l'élément émetteur. En outre, ces éléments ultrasoniques peuvent être fabriqués de manière à constituer l'élément ultrasonique possédant la performance de sortie élevée, sans augmenter la taille des membranes et tout en conservant un faible coût de fabrication.
En outre, de la même manière que pour les première et seconde formes de réalisation, on peut également utiliser les éléments ultrasoniques des troisième à cinquième formes de réalisation en tant qu'éléments récepteurs. Les éléments récepteurs peuvent être formés dans différentes positions par rapport à l'élément émetteur, mais peuvent être formés simultanément avec l'élément émetteur sur le même substrat de manière à former le dispositif de détection ultrasonique. Par conséquent le coût de fabrication du dispositif de détection ultrasonique peut être réduit et il devient plus facile d'installer le dispositif de détection ultrasonique dans le véhicule automobile, par rapport au cas où l'élément émetteur et les éléments récepteurs sont fabriqués séparément.
Claims (31)
1. Elément ultrasonique, caractérisé en ce qu'il comprend: une membrane (M,Ma,Mb,Mc) agencée sous la forme 5 d'une partie à paroi mince sur un substrat (10), un vibreur piézoélectrique (21 à 27) formé sur la membrane de manière à recouvrir cette dernière, un film mince piézoélectrique (2) étant enserré entre des films d'électrodes métalliques (3a,3b), et le vibreur piézoélec- trique (21 à 30) résonnant avec la membrane (M,Ma,Mb, Mc) à une fréquence prédéterminée dans une bande d'ondes ultrasoniques, et une configuration évidée (2a à 2i) formée partiellement dans le film mince piézoélectrique (2) pour diviser le vibreur piézoélectrique (21 à 27) en de multiples parties, la configuration évidée (2a à 2i) étant formée dans une zone correspondant à une zone à contrainte concentrée (Pc et/ou Ph), qui apparaît lors de vibrations de la membrane (M,Ma,Mb,Mc) dans des directions diamétrales de cette dernière.
2. Élément ultrasonique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane (M,Ma,Mb) est réalisée avec une forme plane polygonale, et la zone à contrainte concentrée (Pc et/ou Ph) correspondant au voisinage d'un centre de la forme polygonale et au voisinage de chaque centre de côtés respectifs de la forme polygonale.
3. Élément ultrasonique selon la revendication 2, 30 caractérisé en ce que la configuration évidée (2b,2c) est formée dans le film piézoélectrique mince (2) avec une forme circulaire au voisinage du centre de la membrane de forme polygonale.
4. Élément ultrasonique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la configuration évidée (2d,2e,2f) est formée dans le film piézoélectrique mince (2) avec une forme polygonale qui possède le même nombre de côtés que le nombre des côtés de la membrane de forme polygonale, au voisinage du centre de cette dernière.
5. Élément ultrasonique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la configuration évidée (2c) est formée dans le film piézoélectrique mince (2) selon une configuration actiniforme de telle sorte que la configuration évidée raccorde le voisinage du centre de la forme polygonale au voisinage de chaque centre des côtés respectifs.
6. Élément ultrasonique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la configuration évidée (2h,2i) est formée dans le film piézoélectrique mince (2) selon une configuration actiniforme de sorte que la configuration évidée raccorde le voisinage du centre de la forme polygonale au voisinage de chacun des coins respectifs.
7. Élément ultrasonique selon l'une quelconque des 20 revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la membrane (M) est réalisée avec une forme plane carrée.
8. Élément ultrasonique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane (Mc) est réalisée avec une forme 25 plane circulaire, et que la zone à contrainte concentrée (Pc) correspond au voisinage d'un centre de la forme circulaire.
9. Élément ultrasonique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la configuration évidée (2g) est réalisée dans le film piézoélectrique mince (2) avec une forme circulaire au voisinage du centre de la membrane de forme circulaire.
10. Élément ultrasonique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément 35 ultrasonique (100 à 108) est utilisé en tant qu'élément émettant des ultrasons.
11. Élément ultrasonique selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un élément (91 à 93) de réception d'ultrasons est formé dans le même substrat (10) que celui de l'élément d'émission d'ultrasons, mais dans une position différente par rapport à l'élément (100) d'émission d'ultrasons.
12. Élément ultrasonique, caractérisé en ce qu'il comporte: une membrane (M) réalisée sous la forme d'une par- tie à paroi mince sur un substrat (10); un vibreur piézoélectrique (28) formé sur la membrane pour recouvrir cette dernière, un film piézoélectrique mince étant enserré entre les films d'électrodes métalliques (3a,3b), et le vibreur piézoélectrique (28) résonnant avec la membrane (M) à une fréquence prédéterminée dans la bande d'ondes ultrasoniques, et une configuration en forme de rainure peu profonde (2j) est formée partiellement dans le film mince piézoélectrique (2) de manière à ne pas complètement diviser le film mince piézoélectrique (2) mais à définir de multiples parties du vibreur piézoélectrique (28), la configuration en forme de rainure peu profonde (2j) étant formée dans une zone qui correspond à une zone de contrainte concentrée (Pc et/ou Ph), qui apparaît lors de vibrations de la membrane (M) dans des directions diamétrales de cette dernière.
13. Élément ultrasonique selon la revendication 12, caractérisé en ce que la membrane (M) est réalisée avec une forme plane polygonale, et que la zone à contrainte concentrée (Pc et/ou Ph) correspond à un voisinage de chacun des centres des côtés respectifs de la forme polygonale.
14. Élément ultrasonique selon la revendication 13, caractérisé en ce que la configuration en forme de rainure peu profonde (2j) est formée dans le film piézoélectrique mince (2) sous une forme circulaire au voisinage du centre de la membrane de forme polygonale.
15. Élément ultrasonique selon la revendication 13, caractérisé en ce que la configuration en forme de rainure peu profonde (2j) est formée dans le film piézoélectrique mince (2) avec une forme polygonale qui possède le même nombre de cotés que le nombre des côtés de la membrane de forme polygonale, au voisinage du centre de la membrane de forme polygonale.
16. Élément ultrasonique selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que la configuration en forme de rainure peu profonde (2j) est formée dans le film piézoélectrique mince (2) selon une configuration actiniforme de sorte que la configuration en forme de rainure peu profonde raccorde le voisinage du centre de la forme polygonale au voisinage de chaque centre des côtés respectifs.
17. Élément ultrasonique selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que la configuration en forme de rainure peu profonde (2j) est formée dans le film piézoélectrique mince (2) sous la forme d'une configuration actiniforme, de telle sorte que la configuration en forme de rainure peu profonde raccorde le voisinage du centre de la forme polygonale au voisinage de chacun des coins respectifs.
18. Élément ultrasonique selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que la membrane (M) est réalisée avec une forme plane carrée.
19. Élément ultrasonique selon la revendication 12, caractérisé en ce que la membrane (M) est réalisée avec une forme plane circulaire, et que la zone à contrainte concentrée (Pc) correspond au voisinage d'un centre de la forme circulaire.
20. Élément ultrasonique selon la revendication 19, caractérisé en ce que la configuration en forme de rainure peu profonde (2j) est formée dans le film piézoélectrique mince (2) avec une forme circulaire au voisinage du centre de la membrane de forme circulaire.
21. Élément ultrasonique selon l'une quelconque des revendications 12 à 20, caractérisé en ce que l'élément ultrasonique (110) est utilisé en tant qu'élément d'émission d'ultrasons.
22. Élément ultrasonique selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'un élément de réception d'ultrasons est formé dans le même substrat (10) que celui de l'élément d'émission d'ultrasons, mais dans une position différente de l'élément d'émission d'ultrasons (110).
23. Élément ultrasonique, caractérisé en ce qu'il comporte: une membrane (M) réalisée sous la forme d'une partie à paroi mince sur un substrat (10) , un vibreur piézoélectrique (28) formé sur la mem- brane pour recouvrir cette dernière, un film piézoélectrique mince étant enserré entre des films d'électrodes métalliques (3a,3b), et le vibreur piézoélectrique (28) résonnant avec la membrane (M) à une fréquence prédéterminée dans la bande d'ondes ultrasoniques, et que le vibreur piézoélectrique (29) est réalisé selon une structure à couches multiples, dans laquelle de multiples films piézoélectriques minces (2) et de multiples films d'électrodes métalliques (3a,3b) sont superposés en couches.
24. Élément ultrasonique selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'élément ultrasonique (120) est utilisé en tant qu'élément d'émission d'ultrasons.
25. Élément ultrasonique selon la revendication 24, caractérisé en ce qu'un élément de réception d'ultrasons est formé dans le même substrat (10) que celui de l'élément d'émission d'ultrasons, mais dans une position différente de l'élément d'émission d'ultrasons (120).
26. Élément ultrasonique, caractérisé en ce qu'il comprend: une membrane (Md) réalisée sous la forme d'une partie à paroi mince sur un substrat (10); un vibreur piézoélectrique (30) formé sur la mem- brane pour recouvrir cette dernière, un film piézoélectrique mince étant enserré entre les films formés d'électrodes métalliques (3a,3b), et le vibreur piézoélectrique (30) résonnant avec la membrane (Md) à une fréquence prédéterminée dans la bande d'ondes ultrasoniques, et la membrane (Md) et le vibreur piézoélectrique (30) étant supportés en console par le substrat (10).
27. Élément ultrasonique selon la revendication 26, caractérisé en ce que l'élément ultrasonique (130) est utilisé en tant qu'élément d'émission d'ultrasons.
28. Élément ultrasonique selon la revendication 27, caractérisé en ce qu'un élément de réception d'ultrasons est formé dans le même substrat (10) que celui de l'élément d'émission d'ultrasons, mais dans une position différente de l'élément d'émission d'ultrasons (130).
29. Élément ultrasonique, caractérisé en ce qu'il comprend: une membrane (Me) réalisée sous la forme d'une partie à paroi mince sur le substrat (10), un vibreur piézoélectrique (31) formé sur la mem- brane pour recouvrir cette dernière, un film piézoélectrique mince étant enserré entre les films d'électrodes métalliques (3a,3b), et le vibreur piézoélectrique (31) résonnant avec la membrane (Me) à une fréquence prédéterminée dans la bande d'ondes ultrasoniques, et la membrane (Me) est formée par détachement d'une partie (lb) des couches (la à ld) empilées sur le substrat (10) au moyen d'une attaque chimique de couche sacrificielle, qui est appliquée au substrat (10) à partir d'une surface latérale du substrat (10).
30. Élément ultrasonique selon la revendication 29, caractérisé en ce que l'élément ultrasonique (140) est utilisé en tant qu'élément d'émission d'ultrasons.
31. Élément ultrasonique selon la revendication 30, caractérisé en ce qu'un élément de réception d'ultrasons est formé sur le même substrat (10) que celui de l'élément d'émission d'ultrasons, mais dans une position différente de l'élément d'émission d'ultrasons (140).
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