JP2013126241A - Sonic wave generation device and sonic wave generation device manufacturing method - Google Patents

Sonic wave generation device and sonic wave generation device manufacturing method Download PDF

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進三 吉門
Yusuke Yoda
祐介 依田
Masashi Inoue
雅司 井上
Toshiyuki Matsumoto
松本　　俊行
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize, in a sonic wave generation device, a resistance value of a heating element film with respect to a temperature change while improving reliability by suppressing oxidation of the heating element film.SOLUTION: A sonic wave generation device 1 includes: a heat conductive substrate 10; a heat insulation layer 11 formed on a principal surface of a substrate 10; and a heating element film 12 formed on the heat insulation layer 11 and made of a conductive film electrically driven by flow of an electric current containing an AC component. The heating element film 12 is made of a metallic silicide, such as tungsten silicide. The heating element film 12 is formed by sputtering a mixture of tungsten and silicon or tungsten silicide and has a crystalline structure where tungsten atoms are coupled to each other through silicon atoms. A film thickness of the heating element film 12 is 300 nm or less.

Description

本発明は、空気に熱を付与することで当該空気に疎密波を形成して、音波を発生する音波発生装置、及び当該音波発生装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a sound wave generator that generates a sound wave by forming a dense wave in the air by applying heat to the air, and a method of manufacturing the sound wave generator.

従来、音波を発生する音波発生装置として、例えば機械振動を空気の振動へと変換する装置が用いられている。しかしながら、かかる機械振動を用いる音波発生装置は、固有の共振周波数を有するために周波数帯域が狭い、周囲の環境条件に影響を受けやすい、微細化やアレイ化が困難である等の問題を有していた。   Conventionally, as a sound wave generator that generates sound waves, for example, an apparatus that converts mechanical vibration into air vibration is used. However, a sound wave generator using such mechanical vibration has problems such as a narrow frequency band because it has a specific resonance frequency, being easily affected by surrounding environmental conditions, and being difficult to miniaturize and array. It was.

そこで、機械振動を全く行わない新しい発生原理の音波発生装置（音波発生素子）が提案されている（特許文献１）。この音波発生装置は、基板と、基板上の一方の面に形成された断熱層と、断熱層上に設けられた電気的に駆動される発熱体薄膜から構成されている。この熱伝導率の小さい多孔質層や高分子層などの断熱層により発熱体薄膜を基板から熱的に絶縁することによって、発熱体薄膜表面の空気層の温度変化が大きくなるようにしている。そして、発熱体薄膜に交流電流を流して、当該発熱体薄膜に発生する熱が上記空気層に疎密波を形成し、音波を発生させるようにしている。   Therefore, a sound generation device (sound wave generation element) based on a new generation principle that does not perform mechanical vibration at all has been proposed (Patent Document 1). This sound wave generator is composed of a substrate, a heat insulating layer formed on one surface of the substrate, and an electrically driven heating element thin film provided on the heat insulating layer. By thermally insulating the heating element thin film from the substrate by a heat insulating layer such as a porous layer and a polymer layer having a low thermal conductivity, the temperature change of the air layer on the surface of the heating element thin film is increased. Then, an alternating current is passed through the heating element thin film, and heat generated in the heating element thin film forms a dense wave in the air layer to generate a sound wave.

特開２００９−２３９５１８号公報JP 2009-239518 A

ところで、特許文献１に記載された音波発生装置では、発熱体薄膜には、金属薄膜、例えばタングステンやアルミニウムが用いられている。   By the way, in the sound wave generator described in Patent Document 1, a metal thin film such as tungsten or aluminum is used for the heating element thin film.

本発明者らが評価した結果、このようなタングステンやアルミニウムのみで構成される発熱体薄膜は、使用されるに従ってその表面の酸化が進行し、抵抗値が上昇することが分かった。抵抗値が上昇していけば発熱体薄膜の断線を引き起こし易くなり、音波発生装置の信頼性低下につながる。ここで、このような断線を防ぐために発熱体薄膜の断面積を大きくすることも可能である。しかしながら、音波発生装置は空気に熱を伝えることでその機能を発揮するので、発熱体薄膜自体の熱容量が小さい方が、空気により効率よく熱を伝えることができる。したがって、熱容量を小さく保ちつつ、信頼性の高い発熱体薄膜が要求されることが分かった。   As a result of the evaluation by the present inventors, it has been found that the heating element thin film composed of only tungsten or aluminum is oxidized on the surface as it is used, and the resistance value is increased. If the resistance value increases, the heating element thin film is likely to be disconnected, leading to a decrease in the reliability of the sound wave generator. Here, in order to prevent such disconnection, the cross-sectional area of the heating element thin film can be increased. However, since the sound wave generating device exhibits its function by transferring heat to the air, the heat generating thin film itself having a smaller heat capacity can transfer heat more efficiently to the air. Therefore, it has been found that a highly reliable heating element thin film is required while keeping the heat capacity small.

さらに、本発明者らが評価した結果、タングステンやアルミニウムのみで構成される発熱体薄膜は、温度変化に追従して抵抗値も大きく変化することが分かった。抵抗値が不安定だと所望の音圧を出すための制御が困難になる。したがって、温度変化に対して安定した抵抗値を示す発熱体薄膜が求められる。   Furthermore, as a result of the evaluation by the present inventors, it has been found that the resistance value of the heating element thin film made of only tungsten or aluminum changes greatly following the temperature change. If the resistance value is unstable, control for producing a desired sound pressure becomes difficult. Therefore, there is a need for a heating element thin film that exhibits a stable resistance value with respect to temperature changes.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、音波発生装置において、発熱体膜の酸化を抑制して信頼性を向上させつつ、温度変化に対する発熱体膜の抵抗値を安定させることを目的とする。   The present invention has been made in view of such points, and in the sound wave generator, the resistance value of the heating element film against temperature change is stabilized while suppressing the oxidation of the heating element film and improving the reliability. Objective.

前記の目的を達成するため、本発明は、音波発生装置であって、熱伝導性の基板と、前記基板の一方の主面に形成された断熱層と、前記断熱層上に形成され、交流成分を含む電流が流されて電気的に駆動される導電性膜からなる発熱体膜と、を有し、前記発熱体膜は金属ケイ化物からなることを特徴としている。   In order to achieve the above object, the present invention provides a sound wave generator, a thermally conductive substrate, a heat insulating layer formed on one main surface of the substrate, and formed on the heat insulating layer. And a heating element film made of a conductive film that is electrically driven by passing a current containing a component, and the heating element film is made of a metal silicide.

本発明によれば、発熱体膜に金属ケイ化物を用いているので、当該発熱体膜の酸化を抑制することができる。このため、発熱体膜の断線を抑制することができ、音波発生装置の信頼性を向上させることができる。また、発熱体膜の断線を抑制することができるので、発熱体膜を薄膜化することができる。このため、発熱体膜の熱容量を小さく保つことができ、発熱体膜表面の空気に効率よく熱を伝えることができる。そうすると、音波発生装置で発生する音波の音圧を向上させることができる。さらに、本発明者らが鋭意検討したところ、発熱体膜に金属ケイ化物を用いると、当該発熱体膜の抵抗温度係数を小さくできることが分かった。すなわち、温度変化に対する発熱体膜の抵抗値が安定することが分かった。この発熱体膜の抵抗温度係数を小さくできることについては、後述の発明を実施するための形態において詳しく説明するが、例えば抵抗温度係数を０．００４２％／Ｋまで小さくすることができる。そして、このように発熱体膜の抵抗値を安定させることができるので、音波発生装置で発生する音波の音圧を安定させることができる。   According to the present invention, since the metal silicide is used for the heating element film, the oxidation of the heating element film can be suppressed. For this reason, disconnection of the heating element film can be suppressed, and the reliability of the sound wave generator can be improved. Moreover, since the disconnection of the heating element film can be suppressed, the heating element film can be thinned. For this reason, the heat capacity of the heating element film can be kept small, and heat can be efficiently transferred to the air on the surface of the heating element film. Then, the sound pressure of the sound wave generated by the sound wave generator can be improved. Furthermore, as a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that when a metal silicide is used for the heating element film, the temperature coefficient of resistance of the heating element film can be reduced. That is, it was found that the resistance value of the heating element film with respect to temperature change is stable. The fact that the temperature coefficient of resistance of the heating element film can be reduced will be described in detail in a mode for carrying out the invention described later. For example, the resistance temperature coefficient can be reduced to 0.0042% / K. And since the resistance value of a heat generating body film | membrane can be stabilized in this way, the sound pressure of the sound wave which generate | occur | produces with a sound wave generator can be stabilized.

前記発熱体膜はタングステンシリサイドからなっていてもよい。   The heating element film may be made of tungsten silicide.

前記発熱体膜は、タングステンとケイ素との混合物又はタングステンシリサイドをスパッタリングすることにより成膜され、タングステン原子がケイ素原子を介して互いに結合された結晶構造を有していてもよい。   The heating element film may be formed by sputtering a mixture of tungsten and silicon or tungsten silicide, and may have a crystal structure in which tungsten atoms are bonded to each other through silicon atoms.

前記断熱層はナノクリスタルシリコンからなっていてもよい。   The heat insulating layer may be made of nanocrystal silicon.

前記発熱体膜の膜厚は３００ｎｍ以下であってもよい。   The heating element film may have a thickness of 300 nm or less.

別な観点による本発明は、音波発生装置の製造方法であって、熱伝導性の基板の一方の主面に断熱層を形成する断熱層形成工程と、前記断熱層上において、タングステンとケイ素との混合物又はタングステンシリサイドをスパッタリングして、タングステンシリサイドからなる発熱体膜を形成する発熱体膜形成工程と、を有することを特徴としている。   Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a sound wave generator, comprising a heat insulating layer forming step of forming a heat insulating layer on one main surface of a thermally conductive substrate, and tungsten and silicon on the heat insulating layer. And a heating element film forming step of forming a heating element film made of tungsten silicide by sputtering a mixture of the above and tungsten silicide.

前記断熱層形成工程において、前記基板の一方の主面を陽極酸化することにより、ナノクリスタルシリコンからなる前記断熱層を形成してもよい。   In the heat insulating layer forming step, the heat insulating layer made of nanocrystal silicon may be formed by anodizing one main surface of the substrate.

前記発熱体膜形成工程において、前記発熱体膜はその膜厚が３００ｎｍ以下になるように形成されてもよい。   In the heating element film forming step, the heating element film may be formed to have a thickness of 300 nm or less.

本発明によれば、音波発生装置において、発熱体膜の酸化を抑制して信頼性を向上させることができる。また、発熱体膜を薄膜化し熱容量を小さくして、音圧を向上させることができる。さらに、温度変化に対する発熱体膜の抵抗値を安定させることができ、音圧を安定させることができる。   According to the present invention, in the sound wave generator, it is possible to improve the reliability by suppressing the oxidation of the heating element film. In addition, the sound pressure can be improved by reducing the heat capacity by reducing the thickness of the heating element film. Furthermore, the resistance value of the heating element film against temperature changes can be stabilized, and the sound pressure can be stabilized.

本実施の形態にかかる音波発生装置の構成の概略を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of the sound wave generator concerning this Embodiment. タングステンシリサイドからなる発熱体膜中の酸化タングステンの濃度を示したグラフである。It is the graph which showed the density | concentration of the tungsten oxide in the heat generating body film | membrane which consists of tungsten silicide. タングステンからなる発熱体膜中の酸化タングステンの濃度を示したグラフである。It is the graph which showed the density | concentration of the tungsten oxide in the heat generating body film | membrane which consists of tungsten. 発熱体膜の表面温度と発熱体膜の抵抗値との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the surface temperature of a heat generating body film | membrane, and the resistance value of a heat generating body film | membrane.

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態にかかる音波装置１の構成の概略を示す縦断面図である。なお、以下の説明で用いる本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、図面において、各構成要素の寸法は、技術の理解の容易さを優先させるため、必ずしも実際の寸法に対応していない。   Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an outline of a configuration of a sound wave device 1 according to the present embodiment. Note that in the present specification and drawings used in the following description, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the drawings, the dimensions of each component do not necessarily correspond to actual dimensions in order to prioritize easy understanding of the technology.

音波発生装置１は、基板１０と、基板１０の一方の主面に形成された断熱層１１と、断熱層１１上に形成され、交流成分を含む電流が流されて電気的に駆動させる発熱体膜１２とを有している。   The sound wave generator 1 includes a substrate 10, a heat insulating layer 11 formed on one main surface of the substrate 10, and a heating element that is formed on the heat insulating layer 11 and is electrically driven when a current containing an AC component is supplied. And a film 12.

基板１０は、熱伝導性を有している。基板１０の材料には、例えばシリコン（単結晶シリコン）が用いられる。   The substrate 10 has thermal conductivity. For example, silicon (single crystal silicon) is used as the material of the substrate 10.

断熱層１１の材料には、例えばナノクリスタルシリコンが用いられる。ナノクリスタルシリコンの断熱層１１は、多孔質であり且つナノオーダのシリコンの量子効果（フォノン閉じ込め効果）により、例えば単結晶シリコンに比べて、熱伝導率と熱容量を共に非常に小さくできる。また、断熱層１１は少なくとも発熱体膜１２より大きく形成されており、当該断熱層１１上に発熱体膜１２を形成できる。そして、この断熱層１１によって発熱体膜１２は基板１０から熱的に絶縁される。   For example, nanocrystal silicon is used as the material of the heat insulating layer 11. The heat insulating layer 11 made of nanocrystal silicon is porous and can have both a thermal conductivity and a heat capacity much smaller than that of, for example, single crystal silicon due to the quantum effect (phonon confinement effect) of nano-order silicon. The heat insulating layer 11 is formed to be at least larger than the heat generating body film 12, and the heat generating body film 12 can be formed on the heat insulating layer 11. The heat generating layer 12 is thermally insulated from the substrate 10 by the heat insulating layer 11.

なお、断熱層１１は、例えばシリコンからなる基板１０の一方の主面を陽極酸化することによって形成される。   The heat insulating layer 11 is formed, for example, by anodizing one main surface of the substrate 10 made of silicon.

発熱体膜１２は、導電性を有している。発熱体膜１２の材料には、金属ケイ化物、本実施の形態ではタングステンシリサイド（ＷＳｉ２）が用いられる。 The heating element film 12 has conductivity. As a material for the heating element film 12, a metal silicide, tungsten silicide (WSi 2 ) in the present embodiment, is used.

発熱体膜１２は、例えばスパッタリングによって形成される。具体的には、例えばタングステン（Ｗ）とケイ素（Ｓｉ）の原子数比が１：２になるように、２ケイ化タングステンとケイ素の混合物を形成する。そして、一般的なマグネトロンスパッタ装置において、上記タングステンとケイ素の混合物をスパッタターゲットとして用い、断熱層１１上にタングステンシリサイドを堆積させて発熱体膜１２を形成する。このようにスパッタリングによってタングステンシリサイドの発熱体膜１２を形成することにより、当該発熱体膜１２は、タングステン原子がケイ素原子を介して互いに結合された結晶構造を有する。   The heating element film 12 is formed by sputtering, for example. Specifically, for example, a mixture of tungsten disilicate and silicon is formed so that an atomic ratio of tungsten (W) and silicon (Si) is 1: 2. Then, in a general magnetron sputtering apparatus, the mixture of tungsten and silicon is used as a sputtering target, and tungsten silicide is deposited on the heat insulating layer 11 to form the heating element film 12. By forming the tungsten silicide heating element film 12 by sputtering as described above, the heating element film 12 has a crystal structure in which tungsten atoms are bonded to each other through silicon atoms.

また、発熱体膜１２は、スパッタリングによってその膜厚が３００ｎｍ以下になるように形成される。   Moreover, the heat generating body film | membrane 12 is formed so that the film thickness may be set to 300 nm or less by sputtering.

本実施の形態にかかる音波発生装置１は以上のように構成されている。この音波発生装置１において音波を発生させる際には、発熱体膜１２に交流成分を含む電流を流す。この交流電流によって発熱体膜１２に熱が発生する。発熱体膜１２は断熱層１１によって基板１０から熱的に絶縁されているため、発熱体膜１２で発生した熱によって、当該発熱体膜１２の表層、すなわち発熱体膜１２における断熱層１１と反対側の表層における空気の温度が大きく変化する。そして、この発熱体膜１２に発生する熱が上記空気に疎密波を形成し、図１の矢印に示す方向に音波が発生する。   The sound wave generator 1 according to the present embodiment is configured as described above. When a sound wave is generated in the sound wave generator 1, a current containing an AC component is passed through the heating element film 12. Heat is generated in the heating element film 12 by this alternating current. Since the heat generating body film 12 is thermally insulated from the substrate 10 by the heat insulating layer 11, the heat generated in the heat generating body film 12 is opposite to the surface layer of the heat generating body film 12, that is, the heat insulating layer 11 in the heat generating body film 12. The air temperature in the surface layer on the side changes greatly. The heat generated in the heating element film 12 forms a dense wave in the air, and a sound wave is generated in the direction indicated by the arrow in FIG.

以上の実施の形態によれば、発熱体膜１２に金属ケイ化物であるタングステンシリサイドを用いているので、当該発熱体膜１２の酸化を抑制することができる。そうすると、発熱体膜１２における導体としての断面積を大きく維持することができるので、発熱体膜１２の抵抗値を小さい値に維持でき、発熱体膜１２の断線を抑制することができる。したがって、音波発生装置１の信頼性を向上させることができる。また、発熱体膜１２の酸化を抑制することで、当該発熱体膜１２の長寿命化を図ることもできる。   According to the above embodiment, since tungsten silicide, which is a metal silicide, is used for the heating element film 12, the oxidation of the heating element film 12 can be suppressed. Then, since the cross-sectional area as a conductor in the heating element film 12 can be maintained large, the resistance value of the heating element film 12 can be maintained at a small value, and disconnection of the heating element film 12 can be suppressed. Therefore, the reliability of the sound wave generator 1 can be improved. In addition, by suppressing the oxidation of the heating element film 12, the lifetime of the heating element film 12 can be extended.

ここで、タングステンシリサイドからなる発熱体膜１２の酸化を抑制できることについて、本発明者らによる測定結果を用いて詳しく説明する。   Here, the fact that the oxidation of the heating element film 12 made of tungsten silicide can be suppressed will be described in detail using measurement results obtained by the present inventors.

本実施の形態として発熱体膜１２にタングステンシリサイドを用いた場合において、発熱体膜１２に対する交流電流の通電前と通電後において、当該発熱体膜１２中の酸化タングステン（ＷＯ３）の濃度を測定した。発熱体膜１２における通電前とは、音波発生装置１の使用前であって、断熱層１１上に発熱体膜１２を形成した直後の状態である。また、発熱体膜１２における通電後とは、音波発生装置１の使用後であって、周波数が５０ｋｈｚ、ｄｕｔｙ比が５０％、実効値（Ｖｒｍｓ）が６５Ｖの交流電流を発熱体膜１２に流し、７時間を経過した後の状態である。そして、これら通電前と通電後の発熱体膜１２を、飛行時間二次イオン質量分析計（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ：Ｔｉｍｅ−Ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いてデスプロファイル分析を行った。その測定結果を図２に示す。図２の横軸は発熱体膜１２の表面からの深さを示し、縦軸は発熱体膜１２中の酸化タングステンの濃度を示している。 When tungsten silicide is used for the heating element film 12 as the present embodiment, the concentration of tungsten oxide (WO 3 ) in the heating element film 12 is measured before and after the AC current is supplied to the heating element film 12. did. The pre-energization in the heat generating body film 12 is a state immediately before the sound wave generator 1 is used and immediately after the heat generating body film 12 is formed on the heat insulating layer 11. Further, after the energization of the heating element film 12 is after the use of the sound wave generator 1, an alternating current having a frequency of 50 kHz, a duty ratio of 50%, and an effective value (Vrms) of 65 V is passed through the heating element film 12. , After 7 hours. The heating element film 12 before and after the energization was subjected to desprofile analysis using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS: Time-Of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometer). The measurement results are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 2 indicates the depth from the surface of the heating element film 12, and the vertical axis indicates the concentration of tungsten oxide in the heating element film 12.

一方、比較例として発熱体膜にタングステンを用いた場合において、発熱体膜に対する交流電流の通電前と通電後において、当該発熱体膜中の酸化タングステン（ＷＯ３）の濃度を測定した。発熱体膜における通電前とは、音波発生装置の使用前であって、断熱層上に発熱体膜を形成した直後の状態である。また、発熱体膜における通電後とは、音波発生装置の使用後であって、周波数が５０ｋｈｚ、ｄｕｔｙ比が５０％、実効値が１４Ｖの交流電流を発熱体膜に流し、当該発熱体膜が断線した状態である。そして、これら通電前と通電後の発熱体膜を、飛行時間二次イオン質量分析計を用いてデスプロファイル分析を行った。その測定結果を図３に示す。図３の横軸は発熱体膜の表面からの深さを示し、縦軸は発熱体膜中の酸化タングステンの濃度を示している。 On the other hand, when tungsten was used for the heating element film as a comparative example, the concentration of tungsten oxide (WO 3 ) in the heating element film was measured before and after application of an alternating current to the heating element film. “Before energization in the heating element film” refers to a state immediately before the heating element film is formed on the heat insulating layer, before the sound wave generator is used. In addition, after energization in the heating element film is after use of the sound wave generator, an alternating current having a frequency of 50 kHz, a duty ratio of 50%, and an effective value of 14 V is passed through the heating element film, and the heating element film It is in a disconnected state. The heating element film before and after the energization was subjected to a death profile analysis using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer. The measurement results are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 3 indicates the depth from the surface of the heating element film, and the vertical axis indicates the concentration of tungsten oxide in the heating element film.

図２を参照すると、通電前の発熱体膜１２と通電後の発熱体膜１２において、酸化タングステンの濃度はほとんど変化がないことが分かる。したがって、発熱体膜１２にタングステンシリサイドを用いた場合、当該発熱体膜１２は通電されても経時的に酸化し難いことが分かった。これに対して、図３を参照すると、通電前の発熱体膜に比べて通電後の発熱体膜では、その表面における酸化タングステンの濃度が上昇していることが分かる。すなわち、発熱体膜の表層は酸化されている。したがって、発熱体膜にタングステンを用いた場合、当該発熱体膜は通電されると酸化し易いことが分かった。以上より、発熱体膜１２の酸化を抑制するためには、タングステンシリサイド、すなわち金属ケイ化物を発熱体膜１２に用いるのが有用である。   Referring to FIG. 2, it can be seen that the tungsten oxide concentration hardly changes between the heating element film 12 before energization and the heating element film 12 after energization. Therefore, it has been found that when tungsten silicide is used for the heating element film 12, the heating element film 12 is hardly oxidized over time even when energized. On the other hand, referring to FIG. 3, it can be seen that the concentration of tungsten oxide on the surface of the heating element film after energization is higher than that of the heating element film before energization. That is, the surface layer of the heating element film is oxidized. Therefore, it was found that when tungsten is used for the heating element film, the heating element film is easily oxidized when energized. From the above, it is useful to use tungsten silicide, that is, metal silicide for the heating element film 12 in order to suppress oxidation of the heating element film 12.

また、上記実施の形態によれば、発熱体膜１２の酸化を抑制して発熱体膜１２の断線を抑制することができるので、発熱体膜１２を薄膜化、すなわち発熱体膜１２の膜厚を３００ｎｍ以下にすることができる。このため、発熱体膜１２の熱容量を小さく保つことができ、発熱体膜１２の表面の空気に効率よく熱を伝えることができる。そうすると、音波発生装置１で発生する音波の音圧を向上させることができる。また、音波発生装置１で発生する音波のパワー効率（同じ電力に対する音圧）も向上させることができる。   Further, according to the embodiment, since the oxidation of the heating element film 12 can be suppressed and the disconnection of the heating element film 12 can be suppressed, the heating element film 12 is thinned, that is, the thickness of the heating element film 12. Can be made 300 nm or less. For this reason, the heat capacity of the heating element film 12 can be kept small, and heat can be efficiently transferred to the air on the surface of the heating element film 12. Then, the sound pressure of the sound wave generated by the sound wave generator 1 can be improved. In addition, the power efficiency of sound waves generated by the sound wave generator 1 (sound pressure for the same power) can be improved.

なお、本発明者らが鋭意検討した結果、発熱体膜１２の膜厚を３００ｎｍ以下にすると、発熱体膜１２の熱容量を十分に小さく保つことができ、音波発生装置１で発生する音波の音圧を十分に向上させ、且つ音波のパワー効率も十分に向上させることができることが分かった。すなわち、発熱体膜１２の膜厚が３００ｎｍ以下であれば、音波発生装置１で発生する音波を所望の音波にできることが分かった。さらに、本発明者らが調べたところ、発熱体膜１２の膜厚は１０ｎｍまで薄くできることが分かった。したがって、発熱体膜１２の膜厚が１０ｎｍであっても、当該発熱体膜１２の酸化を抑制して発熱体膜１２の断線を抑制できることが分かった。   As a result of intensive studies by the present inventors, when the thickness of the heating element film 12 is set to 300 nm or less, the heat capacity of the heating element film 12 can be kept sufficiently small, and the sound of the sound wave generated by the sound wave generator 1 can be maintained. It has been found that the pressure can be sufficiently improved and the power efficiency of sound waves can be sufficiently improved. That is, it was found that if the film thickness of the heating element film 12 is 300 nm or less, the sound wave generated by the sound wave generator 1 can be a desired sound wave. Furthermore, when the present inventors examined, it turned out that the film thickness of the heat generating body film | membrane 12 can be thinned to 10 nm. Therefore, it was found that even if the thickness of the heating element film 12 is 10 nm, the oxidation of the heating element film 12 can be suppressed and the disconnection of the heating element film 12 can be suppressed.

また、上記実施の形態において、本発明者らが鋭意検討したところ、発熱体膜１２に金属ケイ化物であるタングステンシリサイドを用いると、当該発熱体膜１２の抵抗温度係数を小さくできることが分かった。すなわち、温度変化に対する発熱体膜１２の抵抗値が安定することが分かった。そして、このように発熱体膜１２の抵抗値を安定させることができるので、音波発生装置１で発生する音波の音圧を安定させることができる。すなわち、音波発生装置１で発生する音の再現性を安定させることができる。   Further, in the above embodiment, the present inventors diligently studied and found that the use of tungsten silicide, which is a metal silicide, as the heating element film 12 can reduce the resistance temperature coefficient of the heating element film 12. That is, it was found that the resistance value of the heating element film 12 with respect to the temperature change is stable. And since the resistance value of the heat generating body film | membrane 12 can be stabilized in this way, the sound pressure of the sound wave which generate | occur | produces in the sound wave generator 1 can be stabilized. That is, the reproducibility of the sound generated by the sound wave generator 1 can be stabilized.

ここで、発熱体膜１２の抵抗温度係数を小さくできることについて、本発明者らによる測定結果を用いて詳しく説明する。   Here, the fact that the temperature coefficient of resistance of the heating element film 12 can be reduced will be described in detail using the measurement results of the present inventors.

本発明者らは、本実施の形態として発熱体膜１２にタングステンシリサイドを用いた場合において、発熱体膜１２の抵抗温度係数を測定した。その結果を図４に示す。図４の横軸は発熱体膜１２の表面温度を示し、縦軸は発熱体膜１２の抵抗値を示している。そして、この測定の結果、発熱体膜１２の抵抗温度係数は０．００４２％／Ｋになることが分かった。これに対して、タングステンのバルク値は０．５３％／Ｋであり、アルミニウムのバルク値は０．４２％／Ｋである。したがって、発熱体膜１２にタングステンシリサイド、すなわち金属ケイ化物を用いた場合、抵抗温度係数を極めて小さくできることが分かった。   The present inventors measured the resistance temperature coefficient of the heating element film 12 when tungsten silicide was used for the heating element film 12 as the present embodiment. The result is shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 4 indicates the surface temperature of the heating element film 12, and the vertical axis indicates the resistance value of the heating element film 12. As a result of this measurement, it was found that the temperature coefficient of resistance of the heating element film 12 was 0.0042% / K. In contrast, the bulk value of tungsten is 0.53% / K and the bulk value of aluminum is 0.42% / K. Therefore, it has been found that when tungsten silicide, that is, metal silicide is used for the heating element film 12, the temperature coefficient of resistance can be made extremely small.

また、上記実施の形態によれば、発熱体膜１２をスパッタリングによって形成しているので、当該発熱体膜１２を適切な結晶構造を有する膜にすることができる。ここで、タングステンシリサイドの膜を成膜するためには、例えばシリコン上にタングステンを付着させて加熱する、いわゆるシリサイド化を行うことも考えられる。しかしながら、かかるシリサイド化を行う場合、適切に温度調節することが非常に困難であり、その結果、アモルファス等の膜が形成され、適切な結晶構造を有する膜を形成することができない。したがって、スパッタリングを用いることは、発熱体膜１２を適切に結晶化させるのに非常に有用である。   In addition, according to the above embodiment, since the heating element film 12 is formed by sputtering, the heating element film 12 can be a film having an appropriate crystal structure. Here, in order to form the tungsten silicide film, for example, so-called silicidation may be considered in which tungsten is deposited on silicon and heated. However, when such silicidation is performed, it is very difficult to adjust the temperature appropriately. As a result, a film such as an amorphous film is formed, and a film having an appropriate crystal structure cannot be formed. Therefore, using sputtering is very useful for properly crystallizing the heating element film 12.

しかも、発熱体膜１２をスパッタリングによって形成する場合、スパッタターゲット中のタングステンとケイ素の原子数比を変更することによって、発熱体膜１２中のタングステンとケイ素の原子数比を任意に設定することができる。このように原子数比を変更することで、発熱体膜１２の抵抗温度係数を所望の値に調節することができる。   Moreover, when the heating element film 12 is formed by sputtering, the atomic ratio of tungsten and silicon in the heating element film 12 can be arbitrarily set by changing the atomic ratio of tungsten and silicon in the sputtering target. it can. Thus, by changing the atomic ratio, the resistance temperature coefficient of the heating element film 12 can be adjusted to a desired value.

なお、以上の実施の形態では、発熱体膜１２を形成する際、タングステンとケイ素との混合物をスパッタリングしていたが、タングステンシリサイドをスパッタリングしてもよい。すなわち、タングステンシリサイドをスパッタターゲットとして用いてもよい。かかる場合でも、発熱体膜１２を適切に結晶化させることができる。   In the above embodiment, when the heating element film 12 is formed, a mixture of tungsten and silicon is sputtered, but tungsten silicide may be sputtered. That is, tungsten silicide may be used as a sputtering target. Even in such a case, the heating element film 12 can be appropriately crystallized.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the idea described in the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. It is understood.

本発明は、空気に熱を付与することで当該空気に疎密波を形成して、音波を発生する音波発生装置、及び当該音波発生装置の製造方法に有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for a sound wave generator that generates a sound wave by forming a dense wave in the air by applying heat to the air, and a method for manufacturing the sound wave generator.

１ 音波発生装置
１０ 基板
１１ 断熱層
１２ 発熱体膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sound wave generator 10 Board | substrate 11 Heat insulation layer 12 Heat generating body film

Claims (8)

音波発生装置であって、
熱伝導性の基板と、
前記基板の一方の主面に形成された断熱層と、
前記断熱層上に形成され、交流成分を含む電流が流されて電気的に駆動される導電性膜からなる発熱体膜と、を有し、
前記発熱体膜は金属ケイ化物からなることを特徴とする、音波発生装置。 A sound wave generator,
A thermally conductive substrate;
A heat insulating layer formed on one main surface of the substrate;
A heating element film formed on the heat insulating layer and made of a conductive film that is electrically driven by flowing an electric current containing an alternating current component, and
The sound generator is characterized in that the heating element film is made of a metal silicide. 前記発熱体膜はタングステンシリサイドからなることを特徴とする、請求項１に記載の音波発生装置。 The sound generator according to claim 1, wherein the heating element film is made of tungsten silicide. 前記発熱体膜は、タングステンとケイ素との混合物又はタングステンシリサイドをスパッタリングすることにより成膜され、タングステン原子がケイ素原子を介して互いに結合された結晶構造を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の音波発生装置。 The heating element film is formed by sputtering a mixture of tungsten and silicon or tungsten silicide, and has a crystal structure in which tungsten atoms are bonded to each other through silicon atoms. 2. The sound wave generator according to 2. 前記断熱層はナノクリスタルシリコンからなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の音波発生装置。 The sound generator according to claim 1, wherein the heat insulating layer is made of nanocrystal silicon. 前記発熱体膜の膜厚は３００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の音波発生装置。 5. The sound wave generator according to claim 1, wherein the heating element film has a thickness of 300 nm or less. 音波発生装置の製造方法であって、
熱伝導性の基板の一方の主面に断熱層を形成する断熱層形成工程と、
前記断熱層上において、タングステンとケイ素との混合物又はタングステンシリサイドをスパッタリングして、タングステンシリサイドからなる発熱体膜を形成する発熱体膜形成工程と、を有することを特徴とする、音波発生装置の製造方法。 A method of manufacturing a sound wave generator,
A heat insulating layer forming step of forming a heat insulating layer on one main surface of the thermally conductive substrate;
A heating element film forming step of forming a heating element film made of tungsten silicide by sputtering a mixture of tungsten and silicon or tungsten silicide on the heat insulating layer. Method. 前記断熱層形成工程において、前記基板の一方の主面を陽極酸化することにより、ナノクリスタルシリコンからなる前記断熱層を形成することを特徴とする、請求項６に記載の音波発生装置の製造方法。 The method for manufacturing a sound wave generator according to claim 6, wherein, in the heat insulating layer forming step, the heat insulating layer made of nanocrystal silicon is formed by anodizing one main surface of the substrate. . 前記発熱体膜形成工程において、前記発熱体膜はその膜厚が３００ｎｍ以下になるように形成されることを特徴とする、請求項６又は７に記載の音波発生装置の製造方法。 The method of manufacturing a sound wave generating device according to claim 6 or 7, wherein, in the heating element film forming step, the heating element film is formed to have a film thickness of 300 nm or less.
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