JP2007195248A - 超音波変換器のアレイ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、基板(1)と、膜(2)と、第1の電極(4)と、圧電層(5)と、第2の電極(6)とを夫々有する超音波変換器のアレイに関わり、基板(1)は、膜(2)と一つの側において隣り合う少なくとも一つの開口部(3)を有し、圧電層(5)は高い圧電結合係数kを有しテクスチャされている。本発明は、超音波変換器、及び、超音波変換器のアレイを製造する方法に更に関わる。
【選択図】図1
Description
超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びSiO2の絶縁層を有するシリコン基板1を有する。反対側には、SiO2/Si3N4/SiO2の積層システムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。TiO2の障壁層7が膜2上にある。Ti/Ptの第1の電極4は、基板1中の開口部3がエッチングされた全ての場所において障壁層7に設けられる。第1の電極4のPtを含む層は、(111)配向を有するように成長される。(100)配向及び(111)配向を有するPbZr0.35Ti0.65O3の層は、圧電層5を形成するよう各第1の電極4上に設けられる。Ptの第2の電極6は、各圧電層5上に設けられる。各超音波変換器の第1の及び第2の電極4、6は、第1の及び第2の電流供給接触部8、9に夫々接続されている。個々の超音波変換器は、一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基板1に電気的に接続されている。個々の超音波変換器夫々に高められた温度でバイアス電圧を印加することは、圧電層5中のセラミック材料を場の方向に分極する。それにより、超音波変換器夫々が非常に高い圧電結合係数kを有する超音波変換器のアレイが得られる。
超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びSiO2の絶縁層を有するシリコン基板1を有する。反対側には、SiO2/多結晶シリコン/SiO2の積層システムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。TiO2の障壁層7が膜2上にある。Ti/Ptの第1の電極4は、基板1中の開口部3がエッチングされた全ての場所において障壁層7に設けられる。第1の電極4のPtを含む層は、(111)配向を有するように成長されるPbZr0.35Ti0.65O3。の薄い核生成層は、各第1の電極4に設けられる。(001)配向を有するPb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3の層は、圧電層5を形成するよう各核生成層に生長される。各超音波変換器の第1の及び第2の電極4、6は、第1の及び第2の電流供給接触部8、9に夫々接続されている。個々の超音波変換器は、一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基板1に電気的に接続されている。個々の超音波変換器夫々に高められた温度でバイアス電圧を印加することは、圧電層5中のセラミック材料を場の方向に分極する。それにより、超音波変換器夫々が非常に高い圧電結合係数kを有する超音波変換器のアレイが得られる。
超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びSiO2の絶縁層を有するシリコン基板1を有する。反対側には、SiO2/多結晶シリコン/SiO2の積層システムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。TiO2の障壁層7が膜2上にある。Ti/Ptの第1の電極4は、基板1中の開口部3がエッチングされた全ての場所において障壁層7に設けられる。第1の電極4のPtを含む層は、(111)配向を有するように成長される。PbZr0.35Ti0.65O3の薄い核生成層は、各第1の電極4に設けられる。(001)配向及び(111)配向を有するPb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3の層は、圧電層5を形成するよう各核生成層に生長される。各超音波変換器の第1の及び第2の電極4、6は、第1の及び第2の電流供給接触部8、9に夫々接続されている。個々の超音波変換器は、一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基板1に電気的に接続されている。個々の超音波変換器夫々に高められた温度でバイアス電圧を印加することは、圧電層5中のセラミック材料を場の方向に分極する。それにより、超音波変換器夫々が非常に高い圧電結合係数kを有する超音波変換器のアレイが得られる。
超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びSiO2の絶縁層を支持するシリコンの基板1を有する。反対側には、SiO2/多結晶シリコン/SiO2の積層システムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。開口部3の相互に対向する領域にある膜2の一部分は、エッチングを手段として除去される。ZrO2の障壁層7が膜2上にある。Ti/Ptの第1の電極4は基板1中の、開口部3がある全ての場所において障壁層7に設けられる。第1の電極4のPtを含む層は、(111)配向を有するように成長される。PbZr0.35Ti0.65O3の薄い核生成層は、各第1の電極4に設けられる。(001)配向及び(111)配向を有するPb(Ni1/3Nb2/3)O3−PbTiO3の層は、圧電層5を形成するよう各核生成層に生長される。TiW/Alの第2の電極6は、各圧電層5上にある。膜の上にある層の幅は、開口部3の領域において最大でも膜2の幅である。各超音波変換器の第1の及び第2の電極4、6は、第1の及び第2の電流供給接触部8、9に夫々接続されている。個々の超音波変換器は、一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基板1に電気的に接続されている。これにより、超音波変換器夫々が非常に高い圧電結合係数kを有する超音波変換器のアレイが得られる。
超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びSiO2の絶縁層を有するシリコンの基板1を含む。反対側には、SiO2/多結晶シリコン/SiO2の積層システムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。(100)配向を有するMgOの障壁層7が膜2上にある。PbZr0.35Ti0.65O3の薄い核生成層は、基板1中の開口部3がある全ての場所において障壁層7に設けられる。(001)配向を有するPb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3の層は、圧電層5として各核生成層上に設けられる。TiW/Alの第1の及び第2の電極4、6は各圧電層5上にある。2つの電極4、6は、圧電層5の上側にある2つの電極表面が毎回超音波変換器を形成するように構成される。各超音波変換器の第1の及び第2の電極4、6は、第1の及び第2の電流供給接触部8、9に夫々接続されている。個々の超音波変換器は、一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基板1に電気的に接続されている。これにより、各超音波変換器が非常に高い圧電結合係数kを有する超音波変換器のアレイが得られる。
超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びSiO2の絶縁層を有するシリコンの基板1を含む。反対側には、SiO2/Si3N4の積層システムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。(100)配向を有するMgOの障壁層7が膜2上にある。(100)配向を有しランタン及びマンガンでドーピングされたPbZr0.15Ti0.85O3の層は、圧電層5を形成するよう障壁層7に成長される。Ptの第1の及び第2の電極4、6が各圧電層5上にある。2つの電極4、6は、圧電層5の上側にある2つの電極表面が毎回超音波変換器を形成するように構成される。超音波変換器の第1の及び第2の電極4、6は、第1の及び第2の電流供給接触部8、9に夫々接続されている。個々の超音波変換器は、一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基板1に電気的に接続されている。個々の超音波変換器夫々に高められた温度でバイアス電圧を印加することは、圧電層5中のセラミック材料を場の方向に分極する。これにより、超音波変換器夫々が非常に高い圧電結合係数kを有する超音波変換器のアレイが得られる。
超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びSiO2の絶縁層を有するシリコン基板1を有する。反対側には、SiO2/Si3N4/SiO2の積層システムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。(100)配向を有するMgOの障壁層7が膜2上にある。Ti/Ptの第1の電極4は、基板1中の開口部3がある全ての場所において障壁層7に設けられる。第1の電極4のPtを含む層は、(100)配向を有するように成長される。PbZr0.35Ti0.65O3の薄い核生成層は、各第1の電極4に設けられる。(001)配向を有するPb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3の層は、圧電層5を形成するよう各核生成層に生長される。Ptの第2の電極6が各圧電層5上にある。各超音波変換器の第1の及び第2の電極4、6は、第1の及び第2の電流供給接触部8、9に夫々接続されている。個々の超音波変換器は、一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基板1に電気的に接続されている。これにより、超音波変換器夫々が非常に高い圧電結合係数kを有する超音波変換器のアレイが得られる。
超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びSiO2の絶縁層を有するシリコン基板1を有する。反対側には、SiO2/Si3N4/SiO2の積層システムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。(100)配向を有するMgOの障壁層7が膜2上にある。Ti/Ptの第1の電極4は、基板1中の開口部3がある全ての場所において障壁層7に設けられる。第1の電極4のPtを含む層は、(100)配向を有するように成長される。(001)配向を有するPb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3の層は、圧電層5を形成するよう各第1の電極4に生長される。Ptの第2の電極6が各圧電層5上にある。各超音波変換器の第1の及び第2の電極4、6は、第1の及び第2の電流供給接触部8、9に夫々接続されている。個々の超音波変換器は、一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基板1に電気的に接続されている。これにより、超音波変換器夫々が非常に高い圧電結合係数kを有する超音波変換器のアレイが得られる。
超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びSiO2の絶縁層を有するシリコン基板1を有する。反対側には、SiO2/多結晶シリコン/SiO2の積層システムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。(100)配向を有するMgOの障壁層7が膜2上にある。PbZr0.35Ti0.65O3の薄い核生成層は基板1の開口部3がある全ての場所において障壁層7に設けられる。(001)配向を有するPb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3の層は、圧電層5を形成するよう各核生成層に生長される。TiW/Alの第1の及び第2の電極4、6は、各圧電層5上にある。2つの電極は、圧電層5の上側にある2つの電極表面が毎回超音波変換器を形成するように構成される。各超音波変換器の第1の及び第2の電極4、6は、第1の及び第2の電流供給接触部8、9に夫々接続されている。これらは、一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基板1上の他の超音波変換器に電気的に接続されている。
超音波変換器のアレイは、平均的な粒の大きさが0.4μmのイットリウム安定化されたZrO2及び適切な有機結合剤からフィルムキャスティング処理で製造される400μmの厚さの基板1を有する。開口部3は、超音波変換器の予想されるアレイに対して必要な数のスタンピング処理で基板1中に形成される。開口部3は、基板の中を完全に通る。基板1は、その後第2の、10μmの厚さのフィルムのイットリウム安定化されたZrO2で完全に覆われ、ラミネートされ、焼結される。それにより、焼結された膜2を有する基板1が得られる。Ptの第1の電極4は、基板1中の開口部がある全ての場所において焼結された膜2に設けられる。第1の電極4は、2乃至5μmの平均的な径を有するBi4Ti3O12の針状結晶の核生成層で約10%コーティングされる。針状結晶は、第1の電極4上に平坦におかれ、それにより、好ましい方向を示し、その後の焼結処理において結晶核として機能する。次に30μmの厚さのセラミックパウダーの形態で厚フィルム処理において各核生成層上にPb(Sc1/3Nb2/3)O3−PbTiO3が設けられ、1275℃でテクスチャ構造で焼結される。Agの夫々の第2の電極6がその後に設けられる。第1の及び第2の電極4、6夫々には第1の及び第2の電流供給接触部8、9が設けられ、一次元のアレイの超音波変換器が得られるように基板1上の他の超音波変換器と接続される。
2 膜
3 開口部
4 第1の電極
5 圧電層
6 第2の電極
7 障壁層
8 第1の電流供給接触部
9 第2の電流供給接触部
Claims (17)
- 基板と、膜と、第1の電極と、圧電層と、第2の電極とを夫々有し、上記基板が、上記膜と一つの側において隣り合う少なくとも一つの開口部を有する超音波変換器のアレイであって、上記圧電層がテクスチャ構造の層である超音波変換器のアレイ。
- 上記圧電層が単結晶層であることを特徴とする請求項1記載の超音波変換器のアレイ。
- 一方の電極の材料がテクスチャされていることを特徴とする請求項1記載の超音波変換器のアレイ。
- 上記膜の上記圧電層に面する側に障壁層が設けられることを特徴とする請求項1記載の超音波変換器のアレイ。
- 上記第1の及び上記第2の電極が上記圧電層の両端に配置されることを特徴とする請求項1記載の超音波変換器のアレイ。
- 上記電極が上記圧電層の同じ表面上に配置されることを特徴とする請求項6記載の超音波変換器のアレイ。
- 少なくとも一つの更なる電極が上記第1の電極と上記第2の電極との間に配置されることを特徴とする請求項6記載の超音波変換器のアレイ。
- 少なくとも2つの電極が同じ極性を有し、少なくとも一つの極性が反対の極性を有し、上記同じ極性の電極が並列に結合されることを特徴とする請求項8記載の超音波変換器のアレイ。
- 上記電極が同心環を形成することを特徴とする請求項6記載の超音波変換器のアレイ。
- 基板と、膜と、第1の電極と、圧電層と、第2の電極とを夫々有し、上記基板が、上記膜と一つの側において隣り合う少なくとも一つの開口部を有する超音波変換器のアレイであって、上記膜の上記圧電層に面する側に障壁層が設けられることを特徴とする超音波変換器のアレイ。
- 一方の電極が上記障壁層に形成されるテクスチャ構造の電極であることを特徴とする請求項11記載の超音波変換器のアレイ。
- 上記障壁層が上記膜の層の曲げ剛性よりも小さい曲げ剛性を有することを特徴とする請求項11記載の超音波変換器のアレイ。
- 変換器の中立面と上記圧電層との間の距離が上記圧電層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項13記載の超音波変換器のアレイ。
- 上記障壁層が上記圧電層よりも厚いことを特徴とする請求項11記載の超音波変換器のアレイ。
- 基板と、膜と、第1の電極と、圧電層と、第2の電極とを有し、上記基板が、上記膜と一つの側において隣り合う少なくとも一つの開口部を有する超音波変換器であって、上記圧電層がテクスチャ構造の層である超音波変換器。
- 基板と、膜と、第1の電極と、圧電層と、第2の電極とを夫々有し、上記基板が、上記膜と一つの側において隣り合う少なくとも一つの開口部を有する超音波変換器のアレイを製造する方法であって、上記圧電層がテクスチャ構造で製造される方法。
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