JP2017092535A - 圧電素子、超音波プローブ、超音波測定装置及び圧電素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】振動板の薄化とは異なる圧電素子の受信感度を向上させる新たな技術を提供する。
【解決手段】圧電素子は、圧電体と、相対的にポアソン比が高い方位と低い方位(以下「低ポアソン比方位」という)とを有する異方性の単結晶シリコン7を振動用素材とする振動板63と、を備え、低ポアソン比方位が、圧電体の支持構造に応じて生じる相対的に伸縮する程度の高い方向(以下「高伸縮方向」という)と低い方向とのうちの高伸縮方向に沿った方向となるように圧電体と振動板とが積層される。
【選択図】図8
【解決手段】圧電素子は、圧電体と、相対的にポアソン比が高い方位と低い方位(以下「低ポアソン比方位」という)とを有する異方性の単結晶シリコン7を振動用素材とする振動板63と、を備え、低ポアソン比方位が、圧電体の支持構造に応じて生じる相対的に伸縮する程度の高い方向(以下「高伸縮方向」という)と低い方向とのうちの高伸縮方向に沿った方向となるように圧電体と振動板とが積層される。
【選択図】図8
Description
本発明は、圧電素子等に関する。
圧電素子を超音波の送信用及び受信用のトランスデューサーとして利用する超音波プローブ及び超音波測定装置を用いて生体情報を測定し、血管機能の評価や血管疾患の判断が行われている。例えば、特許文献1には、受信した超音波の振幅情報を処理することによって得られる生体組織からの反射波信号強度と、受信した超音波の位相情報を処理することによって得られる生体組織の移動速度とを用いて、血管壁を自動的に検出する超音波プローブ及び超音波測定装置が開示されている。
こうした超音波プローブ及び超音波測定装置に使用される圧電素子は、例えば特許文献2に開示されるように、薄膜上の振動板の上に圧電体を積層して作成される。
さて、圧電素子の受信感度に着目すると、超音波の受信時に生じる発生電荷をいかに高めるかが重要である。その1つの方法として、振動板を薄くすることが考えられるが、製造技術上の制約から薄くするにも限界があり振動板の薄化による感度の向上策が限界に達していた。
本発明は、振動板の薄化とは異なる圧電素子の受信感度を向上させる新たな技術を提供することを目的とする。
以上の課題を解決するための第1の発明は、圧電体と、相対的にポアソン比が高い方位と低い方位(以下「低ポアソン比方位」という)とを有する異方性の単結晶シリコンを振動用素材とする振動板と、を備え、前記低ポアソン比方位が、前記圧電体の支持構造に応じて生じる相対的に伸縮する程度の高い方向(以下「高伸縮方向」という)と低い方向とのうちの高伸縮方向に沿った方向となるように前記圧電体と前記振動板とが積層された圧電素子である。
振動板の低ポアソン比方位に圧電体の高伸縮方向が沿うように作成された振動板は、それ以外の方向に沿って作成された振動板よりも、いわばピンと張った状態にあり超音波への応答性が良くなる。よって、第1の発明によれば、振動板を切り出す素材の薄さが同じでも受信感度の高い圧電素子を作成することができる。
より具体的には、第2の発明として、前記単結晶シリコンは、面方位が[001]であり、前記低ポアソン比方位は、[−110]又は「110」である第1の発明の圧電素子を構成することができる。
また、第3の発明として、前記単結晶シリコンは、面方位が[010]であり、前記低ポアソン比方位は、[101]又は「10−1」である第1の発明の圧電素子を構成することができる。
また、第4の発明として、前記単結晶シリコンは、面方位が[100]であり、前記低ポアソン比方位は、[011]又は「01−1」である第1の発明の圧電素子を構成することができる。
また、第5の発明として、前記単結晶シリコンは、面方位が[110]であり、前記低ポアソン比方位は、[1−11]、「1−12」、[−112]、[−111]の何れかである第1の発明の圧電素子を構成することができる。
また、第6の発明として、前記単結晶シリコンは、面方位が[011]であり、前記低ポアソン比方位は、[11−1]、「21−1」、[2−11]、[1−11]の何れかである第1の発明の圧電素子を構成することができる。
また、第7の発明として、前記単結晶シリコンは、面方位が[101]であり、前記低ポアソン比方位は、[−111]、「−121」、[12−1]、[11−1]の何れかである第1の発明の圧電素子を構成することができる。
第8の発明は、第1〜第7の何れかの発明の圧電素子を、超音波の受信用に備えた超音波プローブである。
第8の発明によれば、より受信感度の高い超音波プローブを実現できる。
第9の発明は、第8の発明の超音波プローブを備えた超音波測定装置である。
第9の発明によれば、より受信感度の高い超音波測定装置を実現できる。
第10の発明は、相対的にポアソン比が高い方位と低い方位(以下「低ポアソン比方位」という)とを有する異方性の単結晶シリコンウエハーから、振動板に用いる振動用素材を切り出す工程と、前記低ポアソン比方位が、圧電体の支持構造に応じて生じる相対的に伸縮する程度の高い方向(以下「高伸縮方向」という)と低い方向とのうちの高伸縮方向に沿った方向となるように、前記圧電体と前記振動板とを積層する工程と、を含む圧電素子の製造方法である。
第10の発明によれば、第1の発明の作用効果を有する圧電素子を製造できる。
[第1実施形態]
図1は、本実施形態における超音波測定装置10のシステム構成例を示す図である。
超音波測定装置10は、超音波を被測定者2へ送信して反射波を測定することにより被測定者2の生体情報を測定する装置である。本実施形態では、生体情報の1つとして頸動脈3のIMT(Intima Media Thickness:血管の内膜中膜複合体厚)といった血管機能情報を測定する。勿論、IMT以外にも、血管径や、血管径から血圧を推定する、血管径の変化から脈拍を算出するといった別の血管機能情報や生体情報を測定することとしてもよい。また、測定対象は人間に限らない。
図1は、本実施形態における超音波測定装置10のシステム構成例を示す図である。
超音波測定装置10は、超音波を被測定者2へ送信して反射波を測定することにより被測定者2の生体情報を測定する装置である。本実施形態では、生体情報の1つとして頸動脈3のIMT(Intima Media Thickness:血管の内膜中膜複合体厚)といった血管機能情報を測定する。勿論、IMT以外にも、血管径や、血管径から血圧を推定する、血管径の変化から脈拍を算出するといった別の血管機能情報や生体情報を測定することとしてもよい。また、測定対象は人間に限らない。
超音波測定装置10は、測定制御装置20と、貼り付け型の超音波プローブ40とを有する。
測定制御装置20は、携帯型のコンピューターであって、測定結果や操作情報を画像表示するための手段及び操作入力するための手段を兼ねるタッチパネル22と、超音波プローブ40との間で信号の送受信を制御するインターフェース回路24と、制御基板30と、を備える。その他、図示されない内臓バッテリーなどを適宜備える。
測定制御装置20は、携帯型のコンピューターであって、測定結果や操作情報を画像表示するための手段及び操作入力するための手段を兼ねるタッチパネル22と、超音波プローブ40との間で信号の送受信を制御するインターフェース回路24と、制御基板30と、を備える。その他、図示されない内臓バッテリーなどを適宜備える。
制御基板30には、CPU(Central Processing Unit)31や、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、各種集積回路の他、ICメモリー32と、インターフェース回路24を介して外部装置(本実施形態では超音波プローブ40)とのデータ通信を実現する通信IC33とが搭載されている。制御基板30は、CPU31等でICメモリー32に記憶されている制御プログラムを実行することにより、超音波測定をはじめとする本実施形態に係る各種機能を実現する。
すなわち、超音波測定装置10は、制御基板30の演算処理等により、被測定者2に貼り付けられた超音波プローブ40から生体内組織へ向けて超音波ビームを送信・照射し反射波を受信する。そして反射波の受信信号を増幅・信号処理することにより、被測定者2の生体内構造に係る反射波データを生成することができる。そして、反射波データに基づいて各種生体情報の連続的な計測とデータ記憶とを実現する。
図2は、本実施形態における超音波プローブ40の構成例を示す図であって、被測定者2への貼り付け面(超音波送受信面)側から見た図である。
超音波プローブ40は、貼り付け面側に、被測定者2の皮膚に超音波プローブ40を着脱自在に粘着させる粘着部42と、超音波センサー44とを有する。
超音波プローブ40は、貼り付け面側に、被測定者2の皮膚に超音波プローブ40を着脱自在に粘着させる粘着部42と、超音波センサー44とを有する。
超音波センサー44は、超音波送受信面の長辺方向と短辺方向に複数の超音波トランスデューサー46を2次元配列した集合体である。超音波プローブ40は、超音波センサー44の長辺が頸動脈3の短軸方向に横断する相対姿勢で被測定者2の皮膚面に貼り付けられる。
1つの超音波トランスデューサー46は、第1圧電素子50と第2圧電素子60とを含み、第1圧電素子50が超音波の送信を、第2圧電素子60が反射波の受信を担う。
図3は、本実施形態における第2圧電素子60の構成例を示す上面図である。図4は、図3におけるA−A断面図である。図5は、図3におけるB−B断面図である。
本実施形態の第2圧電素子60は、圧電体が受けた外力(本実施形態の場合は超音波)に応じて電圧を生み出す素子である。本実施形態の第2圧電素子60は、空洞部61が設けられた(空洞部61が開けられた)上面視矩形状の支持基板62の上面に、薄膜状のケイ素層67が接合されている。なお、支持基板62の上面にケイ素層67を形成してから空洞部61を形成することとしてもよい。
ケイ素層67は、空洞部61を渡る両持ち梁構造(両端固定支持構造)の振動板63を有する。すなわち、ケイ素層67は、空洞部61を覆うように接合されるが、上面視矩形の空洞部61の長手方向の辺縁部に沿って2本のスリット64が設けられる。この2本のスリット64が、丁度、空洞部61を長手方向に渡る薄板の橋梁構造、すなわち薄板の両持ち梁を成す。これが、第2圧電素子60の上方(図3に向かって手前側、図4及び図5に向かって上側)或いは下方(図3に向かって裏面側、図4及び図5に向かって下側)から入力された超音波を受けて振動する振動板63となる。
そして、振動板63の上面には発電素子部65が積層されている。
本実施形態の発電素子部65は、圧電効果を生む主体である圧電体651を、上部電極652と下部電極653で挟んで構成される。本実施形態では圧電体651を、圧電セラミック、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)とするが、その他の圧電材料も適宜選択可能である。
本実施形態の発電素子部65は、圧電効果を生む主体である圧電体651を、上部電極652と下部電極653で挟んで構成される。本実施形態では圧電体651を、圧電セラミック、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)とするが、その他の圧電材料も適宜選択可能である。
第1圧電素子50から発せられた超音波は、被測定者2の体内で反射する。第2圧電素子60は、反射波を受ける。反射波を受けると、一体に形成された発電素子部65及び振動板63が撓み、その撓み量に応じた電荷が圧電体651内に発生し、上部電極652と下部電極653との間が生じる。超音波測定装置10は、この電圧を測定制御装置20で演算処理することで生体情報を算出する。
さて、発電素子部65の受信感度は、振動板63を如何に薄くするかにかかってくるが、製造技術上の制約からそれにも限界が有る。
そこで、本実施形態では、発電素子部65の受信感度を高めるために、振動板63とする薄板素材を、方位によりポアソン(Poisson)比が異なる異方性を有する素材とする。そして、第2圧電素子60を、振動板63の高伸縮方向が、ポアソン比が相対的に低い方位(低ポアソン比方位)に沿うように作成する。振動板63の高伸縮方向は、振動板63の支持構造によるが、本実施形態の場合、長手形状の圧電体651を両端で支持する構造であるため、長手方向となる。
そこで、本実施形態では、発電素子部65の受信感度を高めるために、振動板63とする薄板素材を、方位によりポアソン(Poisson)比が異なる異方性を有する素材とする。そして、第2圧電素子60を、振動板63の高伸縮方向が、ポアソン比が相対的に低い方位(低ポアソン比方位)に沿うように作成する。振動板63の高伸縮方向は、振動板63の支持構造によるが、本実施形態の場合、長手形状の圧電体651を両端で支持する構造であるため、長手方向となる。
図6は、単結晶シリコンの[001]面内におけるポアソン比の異方性の例を示すグラフであって、図6に向かって手前方向が面方位[001]となり、図6に向かって下側が面方位[110]となるように記している。
図6に示すように、単結晶シリコンの[001]面内におけるポアソン比は、四つ葉状の異方性を有している。本実施形態で振動板63とする素材は、長手方向が、ポアソン比が局所的に低くなる面方位[110]及び面方位[−110]の何れかに沿った方向となるように切り出す。ポアソン比が低い方向ほど、いわば当該方向にピンと張った状態となるため、振動板63の高伸縮方向(この場合、長手方向)への伸縮効果が期待でき、超音波受信への応答性が向上する。
図7は、本実施形態における第2圧電素子60の製造工程を説明するためのフローチャートである。本実施形態における第2圧電素子60の製造工程は、まず、単結晶シリコンインゴットを、ポアソン比の異方性が生じる、[001]面方位でスライスすることでシリコンウエハー7を作成する(ステップS6)。なお、単結晶シリコンインゴットからスライスしてシリコンウエハー7を作成するのではなく、[001]面方位のシリコンウエハー7を別途購入する等して用意することとしてもよい。
次いで、当該シリコンウエハー7に振動板63の長手方向が低ポアソン比方位に沿うようにして、第2圧電素子60をパターニングして振動板63とする素材を含む第2圧電素子60のケイ素層67を切り出す(ステップS8)。そして、上部電極652及び下部電極653を含む、圧電体層651と振動板63とを積層して第2圧電素子60を作成する(ステップS10)。
図8は、本実施形態における[001]面方位シリコンウエハー7における、振動板63を含むケイ素層67のパターニングの位置関係を説明するための概念図である。
図8において、[001]面方位シリコンウエハー7には、面方位[110]及び面方位[−110]に対応する縁部にオリエンテーションフラット71が形成されているとしている。このため、当該オリエンテーションフラット71を目印として、1つ1つの第2圧電素子60のケイ素層67がパターニングされる。具体的には、振動板63の長手方向が、低ポアソン比方位である面方位[110]及び面方位[−110]のうちの何れかに沿った方向となるようにパターニングされる。
なお、図8では、理解を容易にするために1つの第2圧電素子60に用いるケイ素層67の大きさは実際より大きく表している。
図9は、[001]面方位シリコンウエハー7から、1)振動板63の長手方向を面方位[110](低ポアソン比方位)に沿わせて作成した第2圧電素子60aと、2)振動板63の長手方向を面方位[100](高ポアソン比方位)に沿わせて作成した第2圧電素子60bと、のセンサー感度の違いを表す試験結果のグラフである。図9に示すように、同じ厚さのシリコンウエハー7から作成された振動板であっても、長手方向を面方位[110](低ポアソン比方位)に沿わせて作成した第2圧電素子60aは、面方位[100](高ポアソン比方位)に沿わせて作成した第2圧電素子60bに比べて、超音波への応答性がおよそ1.3倍向上した。
以上、本実施形態によれば、振動板63の厚さをそのままに、第2圧電素子60の応答性を向上させた高感度なセンサーを実現できる。
なお、本実施形態の第2圧電素子60の積層構造であるが、上面側に更に薄膜シート層を設ける構成を採用することとしてもよい。
[第2実施形態]
次に、本発明を適用した第2実施形態について述べる。
本実施形態は、基本的に第1実施形態と同様にして実現されるが、使用するシリコンウエハーの面方位が異なり、振動板63を含むケイ素層67のパターニングの方向が異なる。なお、以降では主に第1実施形態との差異について述べることとし、同様の構成要素には同じ符号を付与して説明は省略するものとする。
次に、本発明を適用した第2実施形態について述べる。
本実施形態は、基本的に第1実施形態と同様にして実現されるが、使用するシリコンウエハーの面方位が異なり、振動板63を含むケイ素層67のパターニングの方向が異なる。なお、以降では主に第1実施形態との差異について述べることとし、同様の構成要素には同じ符号を付与して説明は省略するものとする。
図10は、単結晶シリコンの[110]面内におけるポアソン比の異方性の例を示すグラフであって、図10に向かって手前方向が面方位[110]となり、図10の下側が面方位[−111]となるように記している。
図10に示すように、シリコン[110]面内におけるポアソン比は、四つ葉状の異方性を有している。よって、本実施形態では、振動板63の長手方向が、ポアソン比が局所的に低くなる面方位[−111]、面方位[−112]、面方位[1−11]、面方位[1−12]、の何れかに沿うように振動板63を含むケイ素層67を切り出す。
図11及び図12は、[110]面方位シリコンウエハー7Bにおける、振動板63を含むケイ素層67のパターニングの位置関係を説明するための概念図である。
[110]面方位シリコンウエハー7Bには、面方位[−111]、面方位[−112]、面方位[1−11]、面方位[1−12]の何れかに対応する縁部にオリエンテーションフラット71が形成されているとしている。このため、オリエンテーションフラット71を基準にして1つ1つの第2圧電素子60のケイ素層67がパターニングされる。具体的には、振動板63の長手方向が、低ポアソン比方位である面方位[−111]、面方位[−112]、面方位[1−11]、面方位[1−12]のうちの何れかに沿った方向となるようにパターニングされる。
図11では、面方位[1−12]に対応する縁部にオリエンテーションフラット71が形成されており、面方位[1−12]及び面方位[−111]に沿ってパターニングする例を示している。なお、図11において、面方位[−112]及び面方位[1−11]に沿ってパターニングすることとしてもよい。何れも低ポアソン比方位である。
なお、図10において、面方位[−111]と面方位[−112]との間、面方位[1−12]と面方位[1−11]との間にも低ポアソン比方位がある。そこで、図12に示すように、面方位[−111]と面方位[−112]との間の方位と、面方位[1−12]と面方位[1−11]との間の方位に沿ってパターニングすることとしてもよい。この場合も、振動板63の長手方向が、低ポアソン比方位に沿った方向となる。
第2実施形態でも、第1実施形態と同様、振動板63の厚さをそのままに、第2圧電素子60の応答性を向上させた高感度なセンサーを実現できる。
[第3実施形態]
次に、本発明を適用した第3実施形態について述べる。
本実施形態は、基本的に第1実施形態と同様にして実現されるが、第2圧電素子60の構造が異なる。なお、以降では主に第1実施形態との差異について述べることとし、同様の構成要素には同じ符号を付与して説明は省略するものとする。
次に、本発明を適用した第3実施形態について述べる。
本実施形態は、基本的に第1実施形態と同様にして実現されるが、第2圧電素子60の構造が異なる。なお、以降では主に第1実施形態との差異について述べることとし、同様の構成要素には同じ符号を付与して説明は省略するものとする。
図13は、本実施形態における第2圧電素子60Cの構成例を示す上面図である。図14は、図13のC−C断面図である。図15は、図13のD−D断面図である。本実施形態の第2圧電素子60Cでは、振動板63が空洞部61に対して延設された薄板の片持ち梁構造を成している。
振動板63を含むケイ素層67のシリコンウエハー7のパターニングは、第1実施形態又は第2実施形態と同様である。
本実施形態によれば、第1形態と同様の効果が得られる。当該構成は、本発明が適用された圧電素子を加速度センサーとして応用する場合や、エナジーハーベスター素子として応用する場合に好適である。
〔変形例〕
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、適宜構成要素の追加・省略・変更をすることができる。
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、適宜構成要素の追加・省略・変更をすることができる。
[その1]
例えば、上記実施形態では振動板63をケイ素の単層構造としたが、図16の振動板長手方向断面図(図5に相当)に示すように、発電素子部65との間に酸化ジルコニア層68や二酸化珪素層69を有した複層構造としてもよい。
例えば、上記実施形態では振動板63をケイ素の単層構造としたが、図16の振動板長手方向断面図(図5に相当)に示すように、発電素子部65との間に酸化ジルコニア層68や二酸化珪素層69を有した複層構造としてもよい。
[その2]
また、上記実施形態では支持基板62とケイ素層67とを別材としたが、図17の振動板長手方向断面図に示すように、支持基板62とケイ素層67とを同一材とし、空洞部61をエッチング等により作成することとしてもよい。
また、上記実施形態では支持基板62とケイ素層67とを別材としたが、図17の振動板長手方向断面図に示すように、支持基板62とケイ素層67とを同一材とし、空洞部61をエッチング等により作成することとしてもよい。
[その3]
また、上記実施形態では振動板63の周囲にスリット64を設けたが、図18の断面図(図4相当)に示すように、スリット64を省略した構成としてもよい。例えば、振動板63を上面視矩形とするならば、その四片を支持基板62で支持した支持構造と呼ぶことができる。この場合、外力を受けたときの高伸縮方向は、振動板63(圧電体651)の短手方向となるため、この方向が低ポアソン比方位に沿うように振動板63を作成・積層すればよい。同様のことは、図16及び図17の構成にも適用できる。
また、上記実施形態では振動板63の周囲にスリット64を設けたが、図18の断面図(図4相当)に示すように、スリット64を省略した構成としてもよい。例えば、振動板63を上面視矩形とするならば、その四片を支持基板62で支持した支持構造と呼ぶことができる。この場合、外力を受けたときの高伸縮方向は、振動板63(圧電体651)の短手方向となるため、この方向が低ポアソン比方位に沿うように振動板63を作成・積層すればよい。同様のことは、図16及び図17の構成にも適用できる。
[その4]
また、上記実施形態では、1つの超音波トランスデューサー46が、送信用の第1圧電素子50と、受信用の第2圧電素子60とを別々に有する構成としているが、第2圧電素子60が送信用途も兼ねる構成として、第1圧電素子50を不用とする構成としてもよいのは勿論である。
また、上記実施形態では、1つの超音波トランスデューサー46が、送信用の第1圧電素子50と、受信用の第2圧電素子60とを別々に有する構成としているが、第2圧電素子60が送信用途も兼ねる構成として、第1圧電素子50を不用とする構成としてもよいのは勿論である。
[その5]
また、上記実施形態では、振動板63の素材を単結晶シリコンとしたが、偏角方向にポアソン比の異方性を有する結晶方位面で薄板を作成できる素材であれば、他の物質でも構わない。例えば、ガリウムヒ素などシリコンと同じ炭素属の他元素(第14属元素)の素材なども利用可能である。
また、上記実施形態では、振動板63の素材を単結晶シリコンとしたが、偏角方向にポアソン比の異方性を有する結晶方位面で薄板を作成できる素材であれば、他の物質でも構わない。例えば、ガリウムヒ素などシリコンと同じ炭素属の他元素(第14属元素)の素材なども利用可能である。
[その6]
また、第1実施形態は、面方位[010]の単結晶シリコン及び面方位[100]の単結晶シリコンにも適用できる。
すなわち、単結晶シリコンの[010]面内におけるポアソン比も、図19に示すように異方性を有する。よって、振動板63とする素材を、長手方向が、ポアソン比が局所的に低くなる面方位[101]及び面方位[10−1]の何れかに沿った方向となるように面方位[010]の単結晶シリコンから切り出せばよい。
また、第1実施形態は、面方位[010]の単結晶シリコン及び面方位[100]の単結晶シリコンにも適用できる。
すなわち、単結晶シリコンの[010]面内におけるポアソン比も、図19に示すように異方性を有する。よって、振動板63とする素材を、長手方向が、ポアソン比が局所的に低くなる面方位[101]及び面方位[10−1]の何れかに沿った方向となるように面方位[010]の単結晶シリコンから切り出せばよい。
同様に、単結晶シリコンの[100]面内におけるポアソン比も、図20に示すように異方性を有する。よって、振動板63とする素材を、長手方向が、ポアソン比が局所的に低くなる面方位[011]及び面方位[01−1]の何れかに沿った方向となるように面方位[100]の単結晶シリコンから切り出せばよい。
[その7]
また、第2実施形態は、面方位[011]の単結晶シリコン及び面方位[101]の単結晶シリコンにも適用できる。
すなわち、単結晶シリコンの[011]面内におけるポアソン比も、図21に示すように異方性を有する。よって、振動板63とする素材を、長手方向が、ポアソン比が局所的に低くなる面方位[11−1]、面方位[21−1]、面方位[2−11]、面方位[1−11]の何れかに沿った方向となるように面方位[011]の単結晶シリコンから切り出せばよい。
また、第2実施形態は、面方位[011]の単結晶シリコン及び面方位[101]の単結晶シリコンにも適用できる。
すなわち、単結晶シリコンの[011]面内におけるポアソン比も、図21に示すように異方性を有する。よって、振動板63とする素材を、長手方向が、ポアソン比が局所的に低くなる面方位[11−1]、面方位[21−1]、面方位[2−11]、面方位[1−11]の何れかに沿った方向となるように面方位[011]の単結晶シリコンから切り出せばよい。
同様に、単結晶シリコンの[101]面内におけるポアソン比も、図22に示すように異方性を有する。よって、振動板63とする素材を、長手方向が、ポアソン比が局所的に低くなる面方位[−111]、面方位[−121]、面方位[12−1]、面方位[11−1]の何れかに沿った方向となるように面方位[101]の単結晶シリコンから切り出せばよい。
2…被測定者、3…頸動脈、7…シリコンウエハー、10…超音波測定装置、20…測定制御装置、22…タッチパネル、24…インターフェース回路、30…制御基板、32…ICメモリー、33…通信IC、40…超音波プローブ、42…粘着部、44…超音波センサー、46…超音波トランスデューサー、50…第1圧電素子、60…第2圧電素子、61…空洞部、62…支持基板、63…振動板、64…スリット、65…発電素子部、651…圧電体、652…上部電極、653…下部電極、67…ケイ素層、68…酸化ジルコニア層、69…二酸化珪素層、71…オリエンテーションフラット
Claims (10)
- 圧電体と、
相対的にポアソン比が高い方位と低い方位(以下「低ポアソン比方位」という)とを有する異方性の単結晶シリコンを振動用素材とする振動板と、
を備え、前記低ポアソン比方位が、前記圧電体の支持構造に応じて生じる相対的に伸縮する程度の高い方向(以下「高伸縮方向」という)と低い方向とのうちの高伸縮方向に沿った方向となるように前記圧電体と前記振動板とが積層された圧電素子。 - 前記単結晶シリコンは、面方位が[001]であり、前記低ポアソン比方位は、[−110]又は「110」である
請求項1に記載の圧電素子。 - 前記単結晶シリコンは、面方位が[010]であり、前記低ポアソン比方位は、[101]又は「10−1」である
請求項1に記載の圧電素子。 - 前記単結晶シリコンは、面方位が[100]であり、前記低ポアソン比方位は、[011]又は「01−1」である
請求項1に記載の圧電素子。 - 前記単結晶シリコンは、面方位が[110]であり、前記低ポアソン比方位は、[1−11]、「1−12」、[−112]、[−111]の何れかである
請求項1に記載の圧電素子。 - 前記単結晶シリコンは、面方位が[011]であり、前記低ポアソン比方位は、[11−1]、「21−1」、[2−11]、[1−11]の何れかである
請求項1に記載の圧電素子。 - 前記単結晶シリコンは、面方位が[101]であり、前記低ポアソン比方位は、[−111]、「−121」、[12−1]、[11−1]の何れかである
請求項1に記載の圧電素子。 - 請求項1〜7の何れか一項に記載の圧電素子を、超音波の受信用に備えた超音波プローブ。
- 請求項8に記載の超音波プローブを備えた超音波測定装置。
- 相対的にポアソン比が高い方位と低い方位(以下「低ポアソン比方位」という)とを有する異方性の単結晶シリコンウエハーから、振動板に用いる振動用素材を切り出す工程と、
前記低ポアソン比方位が、圧電体の支持構造に応じて生じる相対的に伸縮する程度の高い方向(以下「高伸縮方向」という)と低い方向とのうちの高伸縮方向に沿った方向となるように、前記圧電体と前記振動板とを積層する工程と、
を含む圧電素子の製造方法。
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