JP2008252854A - 静電型トランスデューサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】音響センサや圧力センサとして使用する場合に従来より感度が向上し、スピーカとして使用する場合には従来より出力音圧が向上する静電型トランスデューサを提供する。
【解決手段】固定板４は厚み方向に貫通する穴部１０を有し、可動板５は、固定板４に対して固定板４の厚み方向に対向する振動部１１と、振動部１１から突出し穴部１０に一部が挿入される突起部１２とを有する。可動電極８は振動部１１から突起部１２に亘って設けられ、固定電極７は固定板４における振動部１１との対向面に沿う部分と穴部１０の内側面に沿う部分とを一体に有する。可動電極８において振動部１１に設けられた部分と固定電極７において固定板４における振動部１１との対向面に沿う部分との間のギャップ長ｇは、可動電極８において突起部１２に設けられた部分と固定電極７において穴部１０の内側面に沿う部分との間のギャップ長ｄよりも大きく設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、可動板の振動エネルギを電気エネルギに変換する音響センサや、圧力変化による可動板の変位を電気エネルギに変換する圧力センサや、電気エネルギを可動板の振動エネルギに変換するスピーカ等として使用される静電型トランスデューサおよびその製造方法に関するものである。

従来から、静電型トランスデューサ１として、図１３（ａ）に示すようにギャップＧを介して互いに対向配置された固定板４および可動板５と、固定板４および可動板５にそれぞれに設けられた一対の電極７，８（ここでは、固定板４に設けられた電極７が固定電極を、可動板５に設けられた電極８が可導電極を構成する）とを備えるものが知られている（たとえば特許文献１参照）。この種の静電型トランスデューサ１は、たとえばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術などの微細加工技術を利用して作製される。

図１３（ａ）の例では、固定板４および可動板５は枠状の支持基板３に支持されている。この静電型トランスデューサ１では、一対の電極７，８がギャップＧを介して対向することで一対の電極７，８間にキャパシタが構成されており、可動板５が厚み方向に振動すると一対の電極７，８間の距離が変化しキャパシタの静電容量が変化する。そのため、一対の電極７，８間にバイアス電圧を印加しておき、キャパシタの静電容量変化を電気信号に変換して取り出すことにより、可動板５が音波を受けた際に、当該音波に応じた可動板５の振動エネルギを電気エネルギ（ここでは、電気信号）として取り出すことができる。したがって、静電型トランスデューサ１はたとえば音響センサとして使用される。同様に、一対の電極７，８間にバイアス電圧を印加しておき圧力変化による可動板５の変位を電気エネルギとして取り出すことにより、圧力を検出する圧力センサとして使用することもできる。

この種の静電型トランスデューサ１において、受波音波に対する出力電圧の感度（電圧感度）は、音圧をＰ〔Ｐａ〕とすれば、
感度＝２０・ｌｏｇ_１０（Ｅ／Ｐ）
で表される。ここで、Ｅは外部に流す電流が０〔Ａ〕のときの電極７，８間の電圧である開放端電圧〔Ｖ〕であって、電極７，８間の静電容量をＣ〔Ｆ〕、静電容量の変化量をΔＣ〔Ｆ〕、電極７，８に印加している直流バイアス電圧をＶ_０〔Ｖ〕とすれば、
Ｅ∝（ΔＣ／Ｃ）・Ｖ_０
の関係が成り立つ。要するに、ΔＣ／Ｃ（静電容量の変化率）が大きいほど、静電型トランスデューサ１の感度は高くなる。

以下に、一対の電極７，８間に直流バイアス電圧Ｖ_０〔Ｖ〕が印加されている初期状態から可動板５が厚み方向に沿って固定板４側にｘ〔ｍ〕だけ変位したときの静電容量の変化率について、図１３（ｂ）に示すように静電型トランスデューサ１における固定板４および可動板５の小領域に着目して説明する。なお、可動板５が固定板４から離れる向きに変位したときにはｘ〔ｍ〕は負になる。ここでは、図１３（ａ）にＡで示す領域であって、可動板５の振動方向に直交する断面が一辺ａ〔ｍ〕の正方形となる領域を小領域とする。

可動板５の変位前における電極７，８間距離（ここではギャップＧのギャップ長）をｇ〔ｍ〕とすれば、可動板５の変位前における小領域の静電容量Ｃ_parallel〔Ｆ〕は、ギャップＧの誘電率をεとすると、

で表される。同様に、可動板５の変位後における小領域の静電容量Ｃ_parallel’は、

で表される。ここにおいて、小領域の静電容量の変化量ΔＣ_parallel〔Ｆ〕はＣ_parallel’−Ｃ_parallelで表されるから、結果的に、静電容量の変化率（ΔＣ_parallel／Ｃ_parallel）は、上述したＣ_parallel、Ｃ_parallel’を用いて、

で表される。

ところで、可動板５の作製時に可動板５に生じる残留応力により可動板５のコンプライアンスが低下することが知られている。そこで、支持基板３が複数のアーム（図示せず）を介して可動板５を支持するようにし、可動板５が支持基板３に対して移動可能となるようにアームを歪ませることで可動板５の残留応力を緩和し、可動板５のコンプライアンスを向上させた静電型トランスデューサ１も提案されている（たとえば特許文献２参照）。この構成では、可動板５のコンプライアンスを向上させた分だけ、音波を受けた際の可動板５の変位ｘが大きくなるので、上述した静電容量の変化率（ΔＣ_parallel／Ｃ_parallel）が大きくなり、比較的高い感度を確保することができる。

なお、上述した静電型トランスデューサ１は、一対の電極７，８間に駆動電圧を印加すれば、一対の電極７，８間に静電力が作用し可動板５が固定板４側に引き寄せられるので、一対の電極７，８間に印加する駆動電圧を変化させることで、可動板５を振動させて可動板５から音波を発生することができる。つまり、上述した静電型トランスデューサ１は、音響センサに限らず、電気エネルギ（駆動電圧）を可動板５の振動エネルギに変換することで可動板５から音波を発生するスピーカとして使用することも可能である。
特表２００４−５０６３９４号公報（図１） 特表２００５−５３５１５２号公報（第６−７頁）

しかし、特許文献２に記載の静電型トランスデューサ１であっても、音響センサや圧力センサとして使用する場合に、一般に普及しているエレクトレットコンデンサマイクロホン等に比べると感度が低く、さらなる感度の向上が望まれている。また、静電型トランスデューサ１をスピーカとして使用する場合に、出力音圧の向上が望まれている。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、音響センサや圧力センサとして使用する場合には従来よりも感度が向上し、スピーカとして使用する場合には従来よりも出力音圧が向上する静電型トランスデューサおよびその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明では、ギャップを介して互いに対向配置された固定板および可動板と、固定板および可動板にそれぞれ設けられた一対の電極とを備え、一対の電極間にキャパシタが形成される静電型トランスデューサであって、固定板は、少なくとも可動板側の一表面に開口する穴部を有し、可動板は、固定板に対して固定板の厚み方向に対向する振動部と、振動部における固定板側の表面から突出し少なくとも振動部が変位する前の初期状態において穴部に一部が挿入される突起部とを有し、可動板側の電極は振動部から突起部に亘って設けられ、固定板側の電極は固定板における振動部との対向面に沿う部分と穴部の内側面に沿う部分とを一体に有し、可動板側の電極において振動部に設けられた部分と固定板側の電極において固定板における振動部との対向面に沿う部分との間の距離は、可動板側の電極において突起部に設けられた部分と固定板側の電極において穴部の内側面に沿う部分との間の距離よりも大きく設定されていることを特徴とする。

この発明によれば、可動板側の電極は振動部から突起部に亘って設けられ、固定板側の電極は固定板における振動部との対向面に沿う部分と穴部の内側面に沿う部分とを一体に有するので、可動板が変位すると固定板と振動部との間の距離が変化して一対の電極間の距離が変化するだけではなく、穴部への突起部の挿入量に応じて一対の電極の対向面積も変化する。つまり、可動板が固定板側に変位すると、可動板側の電極のうち振動部に設けられた部分と固定板側の電極のうち固定板における振動部との対向面に沿う部分との間の距離が小さくなることでキャパシタの静電容量が増加することに加えて、可動板側の電極のうち突起部に設けられた部分と固定板側の電極のうち穴部の内側面に沿う部分との対向面積が増加することによってキャパシタの静電容量が増加する。したがって、穴部および突起部がない構成に比べると、可動板の変位量が同じ場合でも静電容量の変化率を大きくすることが可能となり、感度を向上することができる。しかも、可動板側の電極において振動部に設けられた部分と固定板側の電極において固定板における振動部との対向面に沿う部分との間の距離は、可動板側の電極において突起部に設けられた部分と固定板側の電極において穴部の内側面に沿う部分との間の距離よりも大きく設定されているので、一対の電極間の距離が全域で均一である場合に比べて、静電容量の変化率は大きくなり、より高い感度を得ることができる。なお、一対の電極間に駆動電圧を印加して一対の電極間に静電力を作用させることで可動板から音波を出力するスピーカとして使用する場合には、比較的大きな音圧を出力可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記穴部は、前記固定板の厚み方向に貫通していることを特徴とする。

この発明によれば、穴部を通して固定板の厚み方向に空気を通過させることで可動板の振動が妨げられにくくなるので、静電型トランスデューサが音響センサとして特に高周波領域で使用される場合に良好な感度特性が得られ、また、静電型トランスデューサがスピーカとして特に高周波領域で使用される場合に良好な出力特性が得られる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載の静電型トランスデューサの製造方法であって、前記固定板の基礎となる固定基板に対して固定基板の厚み方向の一方にのみ開放された状態の前記穴部を形成することで前記穴部を有し且つ前記電極が設けられた前記固定板を形成する固定板形成工程と、固定板形成工程の後で前記穴部の開口面側から前記固定板に犠牲層を堆積することで前記固定板と反対側の一表面に前記穴部に対応する凹部を有する犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、犠牲層形成工程の後で犠牲層上に前記可動板を堆積することで凹部内に堆積された部分を前記突起部とし且つ前記電極が設けられた前記可動板を形成する可動板形成工程と、可動板形成工程の後で犠牲層の一部を除去することで前記固定板と前記可動板との間に前記ギャップを形成する犠牲層除去工程とを有することを特徴とする。

この発明によれば、ステップカバレッジの低い堆積方法で犠牲層を形成することにより、犠牲層のうち穴部の内側面に堆積される部分の厚み寸法を、犠牲層のうち固定板における穴部以外の部位に堆積される部分の厚み寸法より簡単に小さくすることができる。これにより、容易に、可動板側の電極において振動部に設けられた部分と固定板側の電極において固定板における振動部との対向面に沿う部分との間の距離を、可動板側の電極において突起部に設けられた部分と固定板側の電極において穴部の内側面に沿う部分との間の距離よりも大きく設定可能となる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記犠牲層形成工程では、前記固定板に対して複数層の前記犠牲層を積層しており、前記犠牲層において前記固定板における前記穴部以外の部位に堆積される部分の層数を、前記犠牲層において前記穴部の内面に堆積される部分の層数よりも多く設定していることを特徴とする。

この発明によれば、犠牲層のうち固定板における穴部以外の部位に堆積される部分の層数を部分的に増やすことで、犠牲層のうち固定板における穴部以外の部位に堆積される部分の厚み寸法を、犠牲層のうち穴部の内面に堆積される部分の厚み寸法より簡単に大きくすることができる。これにより、容易に、可動板側の電極において振動部に設けられた部分と固定板側の電極において固定板における振動部との対向面に沿う部分との間の距離を、可動板側の電極において突起部に設けられた部分と固定板側の電極において穴部の内側面に沿う部分との間の距離よりも大きく設定可能となる。

本発明は、音響センサや圧力センサとして使用する場合には従来よりも感度が向上し、スピーカとして使用する場合には従来よりも出力音圧が向上するという効果がある。

本発明の静電型トランスデューサは、可動板の振動エネルギを電気エネルギに変換するたとえばマイクロホンなどの音響センサや、圧力変化による可動板の変位を電気エネルギに変換する圧力センサや、電気エネルギを可動板の振動エネルギに変換するスピーカ等として使用されるものであるが、以下の各実施形態では静電型トランスデューサを音響センサとして使用する例を示す。

（実施形態１）
本実施形態の静電型トランスデューサ１は、図１に示すように、矩形枠状に形成された支持基板３と、支持基板３の一表面側（図１（ａ）の上面側）に形成された固定板４と、固定板４の支持基板３と反対の一表面側において固定板４とはギャップＧを介して対向するように配置された可動板５とを備える。固定板４は矩形板状であって、支持基板３との間に矩形枠状の絶縁膜２０を介在させるように形成されている。これにより、支持基板３の他表面側（図１（ａ）の下面側）においては支持基板３と固定板４と絶縁膜２０とで囲まれたキャビティ２が形成される。絶縁膜２０については後述する。可動板５は固定板４よりも薄肉の矩形板状に形成されており、固定板４の前記一表面側に絶縁支持部６を介して積層されている。絶縁支持部６は可動板５の周部と固定板４の周部との間に介在し、この絶縁支持部６によって固定板４と可動板５との間に所定のギャップ長を有するギャップＧが形成されている。

固定板４には固定電極７が設けられ、可動板５において固定電極７に対応する位置には固定電極７と対をなす可動電極８が設けられる。一対の電極（固定電極７および可動電極８）はギャップＧを介して対向し、固定電極７および可動電極８を電極とするキャパシタが構成される。これにより、可動板５が厚み方向に振動すると固定電極７と可動電極８との間の距離が変化しキャパシタの静電容量が変化するので、この静電容量変化を電気信号に変換して取り出すことにより、可動板５が音波を受けた際に当該音波に応じた可動板５の振動エネルギを電気エネルギ（ここでは、電気信号）として取り出すことができる。ここで、静電容量変化を電気信号に変換して取り出すため、音波を検出する際には固定電極７と可動電極８との間にバイアス電圧が印加される。本実施形態では、図１（ａ）に示すように固定電極７に接続されたパッド７ａを固定板４の支持基板３と反対側の一表面の一端部に設け、可動電極８に接続されたパッド８ａを可動板５の固定板４と反対側の一表面の一端部に設けることで、パッド７ａ，８ａから固定電極７と可動電極８との間にバイアス電圧を印加可能としてある。バイアス電圧を印加する外部回路はたとえばワイヤボンディングによりパッド７ａ，８ａと接続される。ここに、可動板５はパッド８ａを露出させる形状に形成されている。なお、図１（ｂ）ではパッド７ａ，８ａ、絶縁支持部６の図示を省略している。

支持基板３は、シリコン基板からなり中央部をエッチングで除去することにより固定板４およびシリコン酸化膜からなる絶縁膜２０と共にキャビティ２を構成する形状に形成されている。キャビティ２は、矩形状に開口しており、ここではたとえばアルカリ溶液を用いた異方性エッチングなどにより内側面にテーパを付け、支持基板３の厚み方向に直交する断面の面積が固定板４から離れるほど大きくなる形状に形成しているが、支持基板３を極力小型化するために各内側面が支持基板３の前記一表面に対してそれぞれ垂直に形成されていてもよい。

固定板４は、上述のように矩形板状に形成されており、支持基板３の前記一表面の各辺に対向する各辺を支持基板３の各辺に略平行させるように支持基板３上に配置される。固定板４は、シリコン（ポリシリコン、アモルファスシリコンを含む）から形成されており、ＣＶＤ法（化学気相成長法）などによる堆積により作製される。ここで、固定板４は音圧を受けても殆ど変形しないように所定の剛性を有する材料、厚み、サイズに設計されている。さらに固定板４には、可動板５の振動を妨げないように空気を通す穴部（いわゆるアコースティックホール）１０が、キャビティ２の底板となる領域に複数貫設されている。本実施形態の穴部１０は正方形状の開口を有する形状に形成されており、矩形状の領域において等間隔で格子点状に配置されている。つまり、固定板４におけるキャビティ２の底板となる領域は格子状に形成されている。ここでは穴部１０は、たとえばフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成される。

絶縁支持部６は、シリコン酸化膜からなり、固定板４に設けた固定電極７と可動板５に設けた可動電極８とを電気的に絶縁する。絶縁支持部６は固定板４の一表面の全周に亘って設けられている。ここでは一例として、作製過程において固定板４と可動板５との間に作製された絶縁性の犠牲層を部分的に除去し、犠牲層の残存部分を絶縁支持部６として用いている。

可動板５は、固定板４の一表面の各辺に対向する各辺を固定板４の各辺に略平行させるように固定板４上に配置されており、固定板４と同様に、シリコン（ポリシリコン、アモルファスシリコンを含む)から形成されており、ＣＶＤ法などによる堆積により作製される。ここにおいて、固定板４には上述したように穴部１０が複数貫設されているので、支持基板３の他表面側からキャビティ２内に伝播された音波は穴部１０を通って可動板５に伝播される。つまり、支持基板３と固定板４と絶縁膜２０とで形成されたキャビティ２が音波の入り口となる。そのため、音波を検出する際には、静電型トランスデューサ１は、音波の検出を行う外部雰囲気にキャビティ２の開口面を晒すように配置される。

可動板５は、音波を受けて変位（振動）しやすいようにある程度大きなコンプライアンスを有しつつ、所望の共振周波数や振幅などの振動特性を実現することや、バイアス電圧を印加した際のプルイン（静電力が可動板５の復元力に比べて過大となって可動板５の姿勢を安定して制御できなくなる現象）を防止することなどを考慮して、適切なコンプライアンスを有する材料、厚み、サイズに設計される。このとき、可動板５の作製時に可動板５に生じる残留応力も考慮される。

本実施形態では、不純物をドープし導電性を付与したポリシリコンを固定板４の材料とすることにより固定板４自体が固定電極７を構成し、また、不純物をドープし導電性を付与したポリシリコンを可動板５の材料とすることにより可動板５自体が可動電極８を構成している。

ところで、本実施形態の可動板５は、固定板４のうちキャビティ２の底板となる領域に対して固定板４の厚み方向に対向し音波を受けて振動する振動部１１と、振動部１１の固定板４側の表面において穴部１０の開口面に対向する各位置にそれぞれ突設された複数の突起部１２とを有している。なお、図１（ｂ）では可動板５における突起部１２以外の部分を想像線（２点鎖線）で図示している。

突起部１２は、突出方向に直交する断面が穴部１０の開口面よりも小さく形成され、且つ突出寸法が固定板４と振動部１１との間のギャップＧのギャップ長よりも大きく設定されており、少なくとも可動板５が振動する前の初期状態で穴部１０に一部が挿入されるものである。ここでいう初期状態は、バイアス電圧が一対の電極（固定電極７および可動電極８）間に印加されている状態を意味する。本実施形態では、突起部１２は突出方向に直交する断面が穴部１０の開口面よりも小さい正方形状となる四角柱状に形成されている。ここで、突起部１２は各側面を穴部１０の各内側面に略平行させるように穴部１０の開口面内での中央部に配置される。突起部１２は、可動板５の作製過程においてたとえば一表面に凹部を有する犠牲層の前記一表面に可動板５の材料を堆積した後で犠牲層を除去することで形成される。

さらに、本実施形態の静電型トランスデューサ１においては、固定板４と振動部１１との対向面間のギャップＧのギャップ長（つまり、固定電極７において固定板４における振動部１１との対向面に沿う部分と可動電極８において振動部１１に設けられた部分との間の距離）である第１のギャップ長ｇは、可動板５が振動する前の初期状態で穴部１０の内側面と突起部１２の側面との間のギャップＤのギャップ長（つまり、固定電極７において穴部１０の内側面に沿う部分と可動電極８において突起部１２に設けられた部分との間の距離）である第２のギャップ長ｄよりも大きく設定されている。

以上説明した構成の静電型トランスデューサ１においては、可動電極８は振動部１１から突起部１２に亘って設けられ、固定電極７は固定板４における振動部１１との対向面に沿う部分と穴部１０の内側面に沿う部分とを一体に有するので、可動板５が振動すると、固定板４と振動部１１との間の距離が変化して固定電極７と可動電極８との間の距離が変化するだけではなく、穴部１０への突起部１２の挿入量が変化して穴部１０の内側面と突起部１２の側面との対向面積が変化することにより固定電極７と可動電極８との対向面積も変化する。要するに、固定電極７と可動電極８との間の距離が変化することによるキャパシタの静電容量の変化だけでなく、固定電極７と可動電極８との対向面積が変化することによるキャパシタの静電容量の変化も生じる。たとえば、振動部１１が固定板４側に変位すると、固定電極７と可動電極８との距離が小さくなるから静電容量が増加し、穴部１０の内側面と突起部１２の側面との対向面積が大きくなることによって静電容量がさらに増加する。したがって、穴部１０および突起部１２がない従来構成に比べると、可動板５の変位量が同じ場合でも静電容量の変化量は大きくなり、高い感度を確保することができる。しかも、固定板４と振動部１１との対向面間のギャップＧの第１のギャップ長ｇは、可動板５が振動する前の初期状態で穴部１０の内側面と突起部１２の側面との間のギャップＤの第２のギャップ長ｄよりも大きく設定されているので、固定電極７と可動電極８との間の距離が全域で均一である場合に比べて、静電容量の変化率は大きくなり、より高い感度を得ることができる。

以下、固定電極７と可動電極８との間にバイアス電圧が印加されている初期状態から可動板５が厚み方向に沿って固定板４側にｘ〔ｍ〕だけ変位したときの静電容量の変化率（ΔＣ／Ｃ）について、図２に示すように固定板４および可動板５の小領域に着目して説明する。なお、可動板５が固定板４から離れる向きに変位したときにはｘ〔ｍ〕は負になる。ここでは、図１（ａ）にＡで示す領域であって、１つの穴部１０および突起部１２を中央に有し、可動板５の振動方向に直交する断面が一辺ａ〔ｍ〕の正方形となる領域を小領域とする。

可動板５の変位前において、固定板４と振動部１１との対向面間の距離（つまり、第１のギャップ長）をｇ〔ｍ〕、突起部１２の断面の一辺長をｂ〔ｍ〕、穴部１０への突起部１２の挿入量をｃ〔ｍ〕、穴部１０の内側面と突起部１２の側面との間の距離（つまり、第２のギャップ長）をｄ〔ｍ〕とすれば、可動板５の変位前における小領域の静電容量Ｃ_comb〔Ｆ〕は、ギャップＧ、Ｄの誘電率をεとすると、

で表される。なお、上記数４のうち、ε・（ａ^２−（ｂ＋２ｄ）^２）／ｇの項が固定電極７のうち固定板４における振動部１１との対向面に沿う部分と可動電極８のうち振動部１１に設けられた部分との間の静電容量に相当し、ε・（４ｂ・ｃ）／ｄの項が固定電極７のうち穴部１０の内側面に沿う部分と可動電極８のうち突起部１２に設けられた部分との間の静電容量に相当する。同様に、可動板５の変位後における小領域の静電容量Ｃ_comb’は、

で表される。ここにおいて、小領域の静電容量の変化量ΔＣ_comb〔Ｆ〕はＣ_comb’−Ｃ_combで表されるから、結果的に、静電容量の変化率（ΔＣ_comb／Ｃ_comb）は、上述したＣ_comb、Ｃ_comb’を用いて、

で表される。

参考例として、上記数４、数５における各パラメータの値を、ａ＝１０×１０^−６〔ｍ〕、ｂ＝２×１０^−６〔ｍ〕、ｃ＝１×１０^−６〔ｍ〕、ｄ＝３×１０^−６〔ｍ〕、ｇ＝３×１０^−６〔ｍ〕と仮定し、可動板５が厚み方向にｘ＝５×１０^−９〔ｍ〕だけ変位したと仮定して、静電容量の変化率（ΔＣ_comb／Ｃ_comb）を計算すると、上記数４、数５、数６からΔＣ_comb／Ｃ_comb＝０．００２２８と求まる。

これに対して、穴部１０および突起部１２がない従来構成において、同様の条件（ａ＝１０×１０^−６〔ｍ〕、ｇ＝３×１０^−６〔ｍ〕、ｘ＝５×１０^−９〔ｍ〕）で静電容量の変化率（ΔＣ_parallel／Ｃ_parallel）を計算すると、上記数１、数２、数３からΔＣ_parallel／Ｃ_parallel＝０．００１６７と求まる。

要するに、本実施形態の構成の静電型トランスデューサ１では、従来の静電型トランスデューサ１に比較して、穴部１０および突起部１２を設けたことによって静電容量の変化率が大きくなり、感度が向上することになる。

また、本実施形態では、固定電極７のうち固定板４における振動部１１との対向面に沿う部分と可動電極８のうち振動部１１に設けられた部分との間の距離ｇは、固定電極７のうち穴部１０の内側面に沿う部分と可動電極８のうち突起部１２に設けられた部分との間の距離ｄよりも大きくなるように設定されているので、上記数４、数５においてｇ＞ｄに設定されることになる。一例として、ｄ以外の各パラメータの値を上記参考例と同様の条件（ａ＝１０×１０^−６〔ｍ〕、ｂ＝２×１０^−６〔ｍ〕、ｃ＝１×１０^−６〔ｍ〕、ｇ＝３×１０^−６〔ｍ〕、ｘ＝５×１０^−９〔ｍ〕）としたときに、ｄ＝０．５×１０^−６〔ｍ〕として静電容量の変化率を計算すると、上記数４、数５、数６からΔＣ_comb／Ｃ_comb＝０．００２８２と求まる。したがって、本実施形態の静電型トランスデューサ１では、ｇ＞ｄとすることで、ｄ＝ｇ（＝３×１０^−６〔ｍ〕）とした上記参考例よりもさらに静電容量の変化率が大きくなり、より一層高い感度を得ることができる。

以下、本実施形態の静電型トランスデューサ１の製造方法を例示する。

まず、支持基板３の基礎となる図３（ａ）に示すシリコン基板３’に対して、図３（ｂ）に示すように熱酸化によりシリコン酸化膜からなる絶縁膜２０を形成し、当該絶縁膜２０上にポリシリコンからなり固定板４の基礎となる固定基板４’を積層する積層工程を行う。固定基板４’には不純物（たとえば、リンやボロン）をドープすることで固定電極７を兼ねるようにしている（必要に応じてドープする領域を限定する）。

次に、固定基板４’における絶縁膜２０と反対側の一表面に、図３（ｃ）のように一部（後に穴部１０が形成される部位）を除いてレジスト２１を形成する（レジスト形成工程）。そして、レジスト２１をエッチングマスク、絶縁膜２０をエッチングストッパ層として固定基板４’をドライエッチングで除去し、図３（ｄ）に示すように穴部１０を形成することで、固定基板４’から穴部１０を有した固定板４を形成する固定板形成工程を行う。このとき、穴部１０は固定板４の厚み方向の一方（図３（ｄ）の下方）で絶縁膜２０によって塞がれている。レジスト２１は固定板形成工程後に除去される。

その後、図３（ｅ）に示すように固定板４の前記一表面（絶縁膜２０と反対側の一表面）に犠牲層２２となるシリコン酸化膜を堆積する犠牲層形成工程を行う。このとき、上述したように穴部１０は固定板４の厚み方向の一方（図３（ｆ）の下方）で塞がれているので、犠牲層２２は穴部１０内にも堆積する。ここでは犠牲層２２は穴部１０が埋まらない程度に堆積され、犠牲層２２の固定板４と反対側の一表面における穴部１０に対応する各部位にはそれぞれ凹部２２ａが形成される。犠牲層形成工程においては、反応分子の平均自由行程の短い常圧ＣＶＤ法などを利用して意図的にステップカバレッジを低くすることで、犠牲層２２のうち穴部１０の内側面に対して固定板４の厚み方向に直交する面内で堆積される部分の厚み寸法ｄを、犠牲層２２のうち固定板４の前記一表面に対して固定板４の厚み方向に堆積される部分の厚み寸法ｇに比べて薄くする。なお、ここでいうステップカバレッジは周知のように段差被覆性を表しており、ステップカバレッジを低くすれば、犠牲層２２のうち固定板４の前記一表面に堆積される部分の厚み寸法ｇに対する穴部１０の内側面に堆積される部分の厚み寸法ｄの比（つまり、ｄ／ｇ）が小さくなる。

次に、図３（ｆ）に示すように、犠牲層２２上に可動板５の材料であるポリシリコン５’を堆積することで可動板５を形成する可動板形成工程を行う。ポリシリコン５’には不純物（たとえば、リンやボロン）をドープすることで可動電極８を兼ねるようにしている（必要に応じてドープする領域を限定する）。ここにおいて、ポリシリコン５’は犠牲層２２の凹部２２ａ内にも堆積され、穴部１０は犠牲層２２とポリシリコン５’とで埋まることになる。ポリシリコン５’は犠牲層２２と反対側の一表面が概ね平坦になるように堆積される。これにより、ポリシリコン５’のうち凹部２２ａ内に堆積された部分を突起部１２とする可動板５が形成される。また、後に固定板４に形成されるパッド７ａを露出させるため、図３（ｇ）に示すように可動板５の一部をエッチングにより除去する。

その後、図３（ｈ）に示すようにシリコン基板３’と絶縁膜２０と固定板４と犠牲層２２と可動板５とを積層して成る多層構造体の厚み方向の両面に、後述する異方性エッチング時に保護マスクとなるシリコン窒化膜２３を堆積し、シリコン基板３’側のシリコン窒化膜２３のうちキャビティ２の開口面に対応する部分をエッチングにより除去する（マスク形成工程）。そして、マスク形成工程後、アルカリ溶液（たとえば、ＴＭＡＨ水溶液など）を用いて異方性エッチングを施すことで、図３（ｉ）に示すように開口部を有する支持基板３を形成してキャビティ２を形成する（キャビティ形成工程）。このとき、エッチング速度の遅い絶縁膜２０をエッチングストッパ層として利用する。

キャビティ形成工程後、シリコン窒化膜２３をエッチングにより除去し、さらに絶縁膜２０と犠牲層２２とをエッチングにより除去する犠牲層除去工程を行う。ここにおいて、犠牲層２２には固定板４の穴部１０を通してエッチャントが伝わり、犠牲層２２は絶縁支持部６となる部分を残して除去される。そのため、固定板４と可動板５の振動部１１とは、犠牲層２２のうち固定板４の前記一表面（つまり、振動部１１との対向面）に堆積された部分の厚み寸法ｔ１によってギャップ長が決まるギャップＧを介して対向し、一方、穴部１０の内側面と突起部１２の側面とは、犠牲層２２のうち穴部１０の内側面に堆積された部分の厚み寸法ｔ２と同一のギャップ長を有するギャップＤを介して対向する。なお、ここでいう厚み寸法ｔ１は固定電極７−可動電極８間にバイアス電圧が印加されていない状態でのギャップＧのギャップ長に等しいから、固定電極７−可動電極８間にバイアス電圧が印加されている初期状態では、固定電極７−可動電極８間の静電力によって可動板５が固定板４側に引き寄せられることでギャップＧの第１のギャップ長ｇが厚み寸法ｔ１より小さくなる（ｇ＜ｔ１）。

犠牲層除去工程の後、スパッタによりアルミニウム膜からなるパッド７ａ、８ａを形成することで図３（ｊ）に示す静電型トランスデューサ１が得られる。

要するに、図３に示す静電型トランスデューサ１の製造方法では、犠牲層形成工程において、ステップカバレッジの低い堆積方法（たとえば、常圧ＣＶＤ法）で犠牲層２２を形成することにより、容易に、犠牲層２２のうち穴部１０の内側面に堆積される部分の厚み寸法ｔ２を、固定板４における振動部１１との対向面に堆積される部分の厚み寸法ｔ１に比べて薄くすることができる。ここにおいて、犠牲層２２のうち固定板４における振動部１１との対向面に堆積される部分の厚み寸法ｔ１によって固定板４と振動部１１との対向面間の距離が決定し、穴部１０の内側面に堆積される部分の厚み寸法ｔ２によって穴部１０の内側面と突起部１２の側面との間の距離が決定するので、結果的に、固定板４と振動部１１との対向面間の距離を、穴部１０の内側面と突起部１２の側面との間の距離よりも大きくすることができる。また、上述したように初期状態での第１のギャップ長ｇは厚み寸法ｔ１より小さくなるので、本実施形態では、初期状態での第１のギャップ長ｇを第２のギャップ長ｄよりも大きくするため、厚み寸法ｔ１からバイアス電圧印加による静電力に起因した可動板５の移動量（ｔ１−ｇ）を差し引いても厚み寸法ｔ２（＝ｄ）より大きくなるように各厚み寸法ｔ１，ｔ２を設定している。

また、本実施形態の静電型トランスデューサ１の製造方法は、上述した図３の例に限るものではなく、たとえば図４に示す製造方法を採用してもよい。図４に示す例は、上述した図３の製造方法と比較して、固定板形成工程において用いるエッチングマスクを犠牲層２２の一部として利用する点が相違する。図４（ａ）、（ｂ）に示す工程は図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明した工程と同じであるから説明を省略する。

図４（ｃ）に示すレジスト形成工程では、固定基板４’における絶縁膜２０と反対側の一表面にＣＶＤ法を利用してシリコン酸化膜を堆積した後、シリコン酸化膜の一部（後に穴部１０が形成される部位）を除去するようにシリコン酸化膜をパターニングすることによりマスク２１’を形成する。

その後の固定板形成工程においては、図４（ｄ）に示すようにマスク２１’をエッチングマスクとして固定基板４’をドライエッチングし、穴部１０を有した固定板４を形成する。マスク２１’は後に犠牲層２２の一部として利用されるので、固定板形成工程の直後にマスク２１’を除去することはない。

そして、図４（ｅ）に示す犠牲層形成工程においては、固定板形成工程後に除去することなく残しておいたマスク２１’が犠牲層の一部（以下、第１の犠牲層２２ａと称する）となるように、マスク２１’の上からさらにシリコン酸化膜（以下、第２の犠牲層２２ｂと称する）を堆積する。このとき、犠牲層２２のうち固定板４の前記一表面（絶縁膜２０と反対側の一表面）に堆積される部分においては、第１の犠牲層２２ａと第２の犠牲層２２ｂとが積層されることとなり、一方、犠牲層２２のうち穴部１０の内側面に堆積される部分は、第２の犠牲層２２ｂのみが堆積されることとなる。したがって、仮に第２の犠牲層２２ｂが全領域で均一の厚み寸法に形成される（つまり、ステップカバレッジが高い）ものとしても、犠牲層２２のうち固定板４の前記一表面に堆積される部分の厚み寸法ｔ１は、穴部１０の内側面に堆積される部分の厚み寸法ｔ２よりも第１の犠牲層２２ａの厚み寸法分だけ大きくなる。

その後の図４（ｆ）〜（ｊ）に示す工程は図３（ｆ）〜（ｊ）を用いて説明した工程と同様であるから説明を省略する。

要するに、図４に示す静電型トランスデューサ１の製造方法によれば、固定板４に積層される犠牲層２２の層数を振動部１１との対向面に関して部分的に増やすことにより、容易に、犠牲層２２のうち固定板４における振動部１１との対向面に堆積される部分の厚み寸法ｔ１を、穴部１０の内側面に堆積される部分の厚み寸法ｔ２に比べて厚くすることができ、結果的に、固定板４と振動部１１との対向面間の距離を穴部１０の内側面と突起部１２の側面との間の距離よりも大きくすることができる。

なお、上述した静電型トランスデューサ１は、音波の検出を行う外部雰囲気にキャビティ２の開口面を晒すような配置に限らず、音波の検出を行う外部雰囲気に可動板５における固定板４と反対側の一表面を晒すように配置されてもよい。この場合には、可動板５は固定板４と反対側からの音波を受けることになるので、キャビティ２はバックチャンバとして機能する。

ところで、静電型トランスデューサ１の各部の具体的な構成は上記実施形態で説明したものに限らない。たとえば、固定板４に穴部１０を形成するにあたっては、固定板４において穴部１０が形成される以外の領域に不純物をドープし、穴部１０以外の部位について部分的に耐エッチング性を高めた状態でエッチングを施すことで形成するようにしてもよい。固定板４や可動板５は、窒化シリコンなどから形成されていてもよい。支持基板３とは別のシリコン基板にエッチングを施し穴部１０を形成することで作製した固定板４を支持基板３に貼り合わせ、さらに別のシリコン基板にエッチングを施し突起部１２を形成することで作製した可動板５を固定板４に貼り合わせるようにしてもよい。絶縁支持部６は、シリコン窒化膜などの他の絶縁体から形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、不純物をドープし導電性を付与したシリコンを固定板４の材料とすることにより固定板４自体が固定電極７を構成しているが、この構成に限らず、たとえば導電性を有する金属膜から固定板４を形成したり、絶縁体からなる固定板４に導電性を有する金属膜などを積層させたりすることによって固定電極７を形成してもよい。同様に、たとえば導電性を有する金属膜から可動板５を形成したり、絶縁体からなる可動板５に導電性を有する金属膜などを積層させたりすることによって可動電極８を形成してもよい。なお、絶縁体に導電パターンを積層させる場合には、寄生容量を小さく抑えるように、固定電極７および可動電極８の必要な部分、つまり固定板４のうち、可動板５において音波を受けて振動する部位に対向する部分（穴部１０の内側面を含む）と、固定電極７を外部回路に接続するための接続パターン（パッド７ａを含む）を形成する部分、可動板５のうち、音波を受けて振動する部分（振動部１１および突起部１２）と、可動電極８を外部回路に接続するための接続パターン（パッド８ａを含む）を形成する部分とのみに導電パターンを形成することが望ましい。ここにおいて、固定電極７を固定板４における可動板５との対向面に露出させることは必須ではなく、図５に示すように、振動部１１における固定板４との対向面に絶縁材料からなる絶縁膜１３を形成し、可動板５が固定板４に接触することによる固定電極７と可動電極８との間の短絡を防止するようにしてもよい。同様に、可動電極８を可動板５の表面に露出させることは必須ではなく、可動板１２の表面を絶縁材料からなる絶縁膜で覆ってもよい。

また、上記実施形態では四角柱状の突起部１２を例示しているが、突起部１２はこの形状に限るものではなく、少なくともバイアス電圧が印加されている初期状態で穴部１０に一部が挿入される形状であればよいので、たとえば多角柱状、角錘状、円柱状、円錐状などでもよい。図６に示すように突起部１２が中空に形成されていてもよい。さらにまた、上記実施形態では穴部１０は正方形状の開口を有する形状に形成されており、格子点状に複数設けられているので、突起部１２は図７（ａ）にように穴部１０に対応する各位置に点在しているが、穴部１０の形状および配列はこの例に限るものではなく、突起部１２の形状および配置も穴部１０に合わせて適宜変更される。たとえば、穴部１０を細長いスリット状とする場合には、図７（ｂ）に示すように細長いリブ状の突起部１２を採用することができる。

（実施形態２）
本実施形態の静電型トランスデューサ１は、基本構成が実施形態１と同様であり、固定板４と可動板５とが接触するのを防止するストッパを設けた点が実施形態１と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を適宜省略する。

ストッパ１４は、たとえば図８に示すように振動部１１における固定板４との対向面の一部に突設される。これにより、振動部１１の厚み方向における移動範囲（振幅）を規制することができ、たとえば過大な音圧を受けたときでも、振動部１１の変位量が過大となることによる可動板５の破損や、可動板５が固定板４に接触することによる固定電極７と可動電極８との間の短絡を回避することができる。ここにおいて、ストッパ１４を通して固定電極７と可動電極８とが短絡することがないように、固定板４自体が固定電極７を構成し可動板５自体が可動電極８を構成している場合、あるいは固定板４と振動部１１とのそれぞれの対向面間に固定電極７および可動電極８が露出している場合には、ストッパ１４の少なくとも一部（たとえば表面や突出方向の中間部など）を絶縁材料で形成し、固定電極７と可動電極８との間の絶縁性を確保する。ストッパ１４は固定板４における振動部１１との対向面に設けられていてもよい。

また、他の例として、図９に示すように固定板４における突起部１２との対向面（穴部１０の内側面）にストッパ１４を突設してもよい。これにより、固定板４の厚み方向に直交する面内での可動板５の移動範囲を規制することができ、たとえば静電型トランスデューサ１に衝撃が加わったときでも、固定板４の厚み方向に直交する面内で可動板５が大きく移動することによる可動板５の破損や、突起部１２が穴部１０の内側面に接触することによる固定電極７と可動電極８との間の短絡を回避することができる。ここにおいて、ストッパ１４の少なくとも一部（たとえば表面や突出方向の中間部など）を絶縁材料で形成し、固定電極７と可動電極８との間の絶縁性を確保する。ストッパ１４は突起部１２における穴部１０の内側面との対向面に設けられていてもよい。

（実施形態３）
本実施形態の静電型トランスデューサ１は、基本構成が実施形態１と同様であり、電極対（固定電極７および可動電極８）を複数組設けてキャパシタを複数形成している点が実施形態１と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略する。

本実施形態では、たとえば図１０に示すように１枚の可動板５の厚み方向の両側に固定板（以下では、第１の固定板４１および第２の固定板４２と称する）を設けている。ここで、可動板５においては第１および第２の各固定板４１，４２との対向面にそれぞれ突起部１２が突設されている。この静電型トランスデューサ１は、第１の固定板４１の固定電極７と可動板５の可動電極８との間に形成されるキャパシタＣ１と、第２の固定板４２の固定電極７と可動板５の可動電極８との間に形成されるキャパシタＣ２とを有するものであり、可動板５が厚み方向に振動すると第１および第２の各固定板４１，４２と可動電極８との間の距離が変化し各キャパシタＣ１，Ｃ２の静電容量が変化する。ここで、各静電容量変化を電気信号に変換して取り出すため、音波を検出する際にはキャパシタＣ１とキャパシタＣ２とのそれぞれにバイアス電圧が印加される。

上述した構成によれば、可動板５が音波を受けて振動した際にキャパシタＣ１から取り出される電気信号とキャパシタＣ２から取り出される電気信号とは互いに逆位相となるから、それぞれの電気信号の差分をとる差動増幅回路を後段に設ければ、音波に対して出力される電気信号（電圧）が大きくなり、感度が向上することになる。さらに、この静電型トランスデューサ１は可動板５の厚み方向の両側から音波を受波することができるので、いわゆる双指向性を持った音響センサとして使用することができる。

また、本実施形態の他の例として、図１１に示すように１枚の固定板４の両側に可動板５（以下では、第１の可動板５１および第２の可動板５２と称する）を設けてもよい。この静電型トランスデューサ１は、第１の可動板５１の可動電極８と固定板４の固定電極７との間に形成されるキャパシタＣ１と、第２の可動板５２の可動電極８と固定板４の固定電極７との間に形成されるキャパシタＣ２とを有するものであり、第１の可動板５１が振動すれば第１の可動板５１と固定板４との間の距離が変化しキャパシタＣ１の静電容量が変化する一方で、第２の可動板５２が振動すれば第２の可動板５２と固定板４との間の距離が変化してキャパシタＣ２の静電容量が変化する。この構成の静電型トランスデューサ１は、第１の可動板５１と第２の可動板５２とのそれぞれで音波を受け、各音波をそれぞれ電気信号に変換して出力することができ、いわゆる双指向性を持った音響センサとして使用することができる。

（実施形態４）
本実施形態の静電型トランスデューサ１は、基本構成が実施形態１と同様であり、図１２に示すように固定板４に形成された穴部１０が固定板４の厚み方向に貫通していない点が実施形態１と相違する。穴部１０は固定板４における可動板５側の一表面（図１２の上面）に開口している。なお、実施形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略する。

この静電型トランスデューサ１は、音波の検出を行う外部雰囲気に可動板５における固定板４と反対側の一表面を晒すように配置されるものであって、支持基板３は省略されている。本実施形態では、穴部１０が貫通していないことに加え、絶縁支持部６が固定板４の周部の全周に亘って設けられることにより、固定板４と可動板５との間に気密空間を形成している。而して、可動板５が音波を受けると、可動板５の厚み方向の両側の圧力差に応じて可動板５が変形（振動）し、固定電極７と可動電極８との間の静電容量が変化する。

ところで、静電型トランスデューサ１の製造方法として、実施形態１で説明したように固定板４上に犠牲層２２（図３参照）および可動板５を積層した後、犠牲層２２をエッチング除去することで固定板４と可動板５との間のギャップＧを形成する方法を採用する場合、本実施形態では穴部１０が貫通していないため、穴部１０を通して犠牲層２２にエッチャントを伝えることはできない。そこで、本実施形態では、可動板５の厚み方向に貫通する流入孔１５を可動板５の振動部１１に複数貫設し、この流入孔１５を通して固定板４と可動板５との間の犠牲層２２にエッチャントを流入可能としてある。さらに、固定板４と可動板５との間の空間を気密化するため、流入孔１５を閉塞する封止板１６を設けてある。封止板１６は、犠牲層２２をエッチング除去する犠牲層除去工程の後で、可動板５の固定板４と反対側の一表面に積層されることで流入孔１５を閉塞する。なお、固定板４と可動板５とを個別に製作して両者を貼り合わせる場合には、流入孔１５および封止板１６は不要である。

以上説明した本実施形態の静電型トランスデューサ１においては、可動板５が厚み方向に振動すると、固定板４と振動部１１との間の距離が変化して固定電極７と可動電極８との間の距離が変化することによるキャパシタの静電容量の変化だけではなく、穴部１０の内側面と突起部１２の側面との対向面積が変化して固定電極７と可動電極８との対向面積が変化することによるキャパシタの静電容量の変化も生じる。したがって、穴部１０および突起部１２がない従来構成に比べると、可動板５の変位量が同じ場合でも静電容量の変化量は大きくなり、高い感度を確保することができる。しかも、固定板４と振動部１１との対向面間のギャップＧの第１のギャップ長ｇは、可動板５が振動する前の初期状態で穴部１０の内側面と突起部１２の側面との間のギャップＤの第２のギャップ長ｄよりも大きく設定されているので、固定電極７と可動電極８との間の距離が全域で均一である場合に比べて、静電容量の変化率は大きくなり、より高い感度を得ることができる。

また、穴部１０が固定板４を貫通しておらず、固定板４と可動板５との間を気密空間とすることで固定板４と可動板５との間を外部雰囲気から隔離して使用することができるので、固定板４と可動板５との間に外部雰囲気から異物が入り込むことを回避でき、異物による可動板５の動作不良や振動特性の変化を防止することができる。固定板４自体が固定電極７を構成し可動板５自体が可動電極８を構成している場合、あるいは固定板４と可動板５とのそれぞれの対向面間に固定電極７および可動電極８が露出している場合には、固定板４と可動板５との間に導電性の異物が入り込むことによる固定電極７と可動電極８と間の短絡を防止することができる。さらにまた、この静電型トランスデューサ１は、音波の検出のみならず、可動板５の厚み方向の両側の圧力差を検出することにより圧力を検出する圧力センサとして使用することもできる。

なお、可動板５の材料、厚み、サイズの設計には、初期状態（可動板５に音圧が作用していない状態）での可動板５の両側の圧力差や感度が考慮される。固定板４は、圧力を受けても殆ど変形しないように、たとえば数百μｍの厚み寸法の十分な剛性を持つシリコン基板から形成される。

ところで、上述した各実施形態では、可動板５の振動エネルギを電気エネルギに変換して出力する音響センサとして本発明の静電型トランスデューサ１を使用する例を示したが、固定電極７−可動電極８間にバイアス電圧を印加しておき圧力変化による可動板５の変位を電気エネルギとして取り出すことにより、圧力を検出する圧力センサとして本発明の静電型トランスデューサ１を使用することもでき、この場合にも、音響センサとして使用する場合と同様に、従来構成に比較して高い感度を得ることができる。

また、電気エネルギを可動板５の振動エネルギに変換するスピーカとして本発明の静電型トランスデューサ１を使用することもできる。すなわち、上述した静電型トランスデューサ１は、一対の電極（固定電極７および可動電極８）間に駆動電圧（電気エネルギ）を印加すれば、固定電極７−可動電極８間に静電力が作用し可動板５が固定板４側に引き寄せられるので、固定電極７−可動電極８間に印加する駆動電圧を変化させることにより、可動板５を振動させて可動板５から音波を出力することができる。ここに、突起部１２は少なくとも可動板５が振動する前の初期状態（つまり、駆動電圧が印加されていない状態）で穴部１０に一部が挿入される。静電型トランスデューサ１をスピーカとして使用する場合、固定電極７−可動電極８間に作用する静電力Ｆは、固定電極７−可動電極８間の静電エネルギをＵ、固定電極７−可動電極８間の静電容量をＣ〔Ｆ〕、一対の電極（固定電極７および可動電極８）間に印加する駆動電圧をＶ_１〔Ｖ〕、可動板５の初期状態からの変位をｘ〔ｍ〕とすれば、

で表される。ここで、実施形態１で説明した小領域に着目すると、初期状態から可動板５が厚み方向に沿って固定板４側にｘ〔ｍ〕だけ変位した状態での小領域の静電力Ｆ_combは、上記数５、数７より、

で表される。なお、静電力Ｆ_combは可動板５を厚み方向に沿って固定板４側に引き寄せる向きの力（いわゆる静電引力）である。これに対して、穴部１０および突起部１２がない従来構成において、初期状態から可動板５が厚み方向に沿って固定板４側にｘ〔ｍ〕だけ変位した状態での小領域の静電力Ｆ_parallelは、上記数２、数７より、

で表される。したがって、一例として上記数８、数９の各パラメータの値を、ａ＝６×１０^−６〔ｍ〕、ｂ＝２×１０^−６〔ｍ〕、ｄ＝１×１０^−６〔ｍ〕、ｇ＝４×１０^−６〔ｍ〕と仮定したときに、初期状態（つまり、ｘ＝０〔ｍ〕）にある可動板５に作用する小領域の静電力について、本発明の静電型トランスデューサ１と従来構成とで比をとると、上記数８、数９からＦ_comb／Ｆ_parallel＝２．７６と求まる。これは、一対の電極（固定電極７および可動電極８）間に同じ大きさの駆動電圧Ｖ_１〔Ｖ〕を印加したときに、本発明の静電型トランスデューサ１では従来構成の２．７６倍の静電力が固定電極７と可動電極８との間に作用することを意味する。

要するに、本発明の静電型トランスデューサ１では、穴部１０および突起部１２がない従来構成に比較して、音響センサや圧力センサとして使用される場合に高い感度が得られるだけでなく、スピーカとして使用される場合に固定電極７−可動電極８間に作用する静電力が大きくなり、出力音圧が向上する。また、従来構成と同一感度の音響センサや圧力センサとして本発明の静電型トランスデューサ１を用いる場合には、従来構成に比べて静電型トランスデューサ１の小型化、バイアス電圧の低電圧化を図ることができ、従来構成と同一出力のスピーカとして本発明の静電型トランスデューサ１を用いる場合には、従来構成に比べて静電型トランスデューサ１の小型化、駆動電圧の低電圧化を図ることができる。

本発明の実施形態１の静電型トランスデューサを示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は一部を破断した概略斜視図である。 同上の小領域を示す概略斜視図である。 同上の静電型トランスデューサの製造方法を示す概略断面図である。 同上の静電型トランスデューサの他の製造方法を示す概略断面図である。 同上の他の例の要部を示す概略断面図である。 同上の他の例の要部を示し、一部破断した概略斜視図である。 （ａ）は同上の要部を示し、一部破断した概略斜視図、（ｂ）は他の例の要部を示し、一部破断した概略斜視図である。 本発明の実施形態２の静電型トランスデューサの要部を示す概略断面図である。 同上の他の例の要部を示す概略断面図である。 本発明の実施形態３の静電型トランスデューサを示す概略断面図である。 同上の他の例を示す概略断面図である。 本発明の実施形態４の静電型トランスデューサを示す概略断面図である。 従来例を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は小領域の概略斜視図である。

符号の説明

１ 静電型トランスデューサ
４ 固定板
４’ 固定基板
５ 可動板
７ 固定電極
８ 可動電極
１０ 穴部
１１ 振動部
１２ 突起部
２２ 犠牲層
２２ａ 凹部
Ｄ ギャップ
ｄ 第２のギャップ長
Ｇ ギャップ
ｇ 第１のギャップ長

Claims (4)

1. ギャップを介して互いに対向配置された固定板および可動板と、固定板および可動板にそれぞれ設けられた一対の電極とを備え、一対の電極間にキャパシタが形成される静電型トランスデューサであって、固定板は、少なくとも可動板側の一表面に開口する穴部を有し、可動板は、固定板に対して固定板の厚み方向に対向する振動部と、振動部における固定板側の表面から突出し少なくとも振動部が変位する前の初期状態において穴部に一部が挿入される突起部とを有し、可動板側の電極は振動部から突起部に亘って設けられ、固定板側の電極は固定板における振動部との対向面に沿う部分と穴部の内側面に沿う部分とを一体に有し、可動板側の電極において振動部に設けられた部分と固定板側の電極において固定板における振動部との対向面に沿う部分との間の距離は、可動板側の電極において突起部に設けられた部分と固定板側の電極において穴部の内側面に沿う部分との間の距離よりも大きく設定されていることを特徴とする静電型トランスデューサ。
2. 前記穴部は、前記固定板の厚み方向に貫通していることを特徴とする請求項１記載の静電型トランスデューサ。
3. 請求項１または請求項２記載の静電型トランスデューサの製造方法であって、前記固定板の基礎となる固定基板に対して固定基板の厚み方向の一方にのみ開放された状態の前記穴部を形成することで前記穴部を有し且つ前記電極が設けられた前記固定板を形成する固定板形成工程と、固定板形成工程の後で前記穴部の開口面側から前記固定板に犠牲層を堆積することで前記固定板と反対側の一表面に前記穴部に対応する凹部を有する犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、犠牲層形成工程の後で犠牲層上に前記可動板を堆積することで凹部内に堆積された部分を前記突起部とし且つ前記電極が設けられた前記可動板を形成する可動板形成工程と、可動板形成工程の後で犠牲層の一部を除去することで前記固定板と前記可動板との間に前記ギャップを形成する犠牲層除去工程とを有することを特徴とする静電型トランスデューサの製造方法。
4. 前記犠牲層形成工程では、前記固定板に対して複数層の前記犠牲層を積層しており、前記犠牲層において前記固定板における前記穴部以外の部位に堆積される部分の層数を、前記犠牲層において前記穴部の内面に堆積される部分の層数よりも多く設定していることを特徴とする請求項３記載の静電型トランスデューサの製造方法。
   

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