JP2023511802A - 端部溝、仮想ピボット、および非拘束状態の境界を介する、ｍｕｔ結合効率および帯域幅の増加 - Google Patents

端部溝、仮想ピボット、および非拘束状態の境界を介する、ｍｕｔ結合効率および帯域幅の増加 Download PDF

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Abstract

【解決手段】マイクロマシン超音波トランスデューサ、すなわち ＭＵＴ、の電気機械結合係数および帯域幅を改善するための方法、ならびに本方法によって改善されたＭＵＴの製造の方法が、提供される。【選択図】図１１ｂ

Description

相互参照
本特許出願は、２０１９年９月１２日に出願された、米国仮特許出願第６２／８９９，６０２号の利益を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）は、電気領域と音響領域との間でエネルギーを変換するデバイスである。それらは一般に、容量性ＭＵＴ（ｃＭＵＴ）および圧電性ＭＵＴ（ｐＭＵＴ）の、２つの種類が存在する。ｃＭＵＴは、電気機械的変換用の２つのプレート間の静電容量を利用し、一方で、ｐＭＵＴは、電気機械的変換を遂行するために圧電フィルムの圧電特性を利用する。
従来の円形ダイアフラムｐＭＵＴおよびｃＭＵＴの例が、図１ａ－１ｂおよび図２ａ－２ｄにそれぞれ示される。ダイアフラム（１０１）は、基板（１００）から形成される。ｐＭＵＴの場合、底部電極（２００）で構成される圧電層堆積部、圧電層（２０１）、および上部電極（２０２）は、誘電体層（１０２）の上部のダイアフラム（１０１）上に、またはその近くに、配置される。ｃＭＵＴの場合には、基板は、ハンドル基板（１０３）の上部の誘電体層（１０２）に取り付けられている。ダイアフラム（１０１）は、電導性を有するものであると仮定され、そして、第２の底部電極（２００）は、ダイアフラムの下に配置されて、（１０１）と（２００）との間にキャパシタを形成する。
多くの測定基準でＭＵＴが説明される一方で、最も重要なもののうちの２つは、ＭＵＴの有効な電気機械的結合であるｋｅｆｆ ２、および、その電気的および機械的品質係数である、それぞれＱｅとＱｍ、である。デバイスのｋｅｆｆ ２は、それがどの程度効率的に電気エネルギーを音響エネルギーに変換するかを判定する。その結果、ｋｅｆｆ ２は、そのＭＵＴを使用する製品の電力仕様の重要な要素である。ｋｅｆｆ ２は、一般に、０～１の間で変動し、１の方が好ましい。機械的および電気的品質係数は、トランスデューサの帯域幅を駆動し、帯域幅は、トランスデューサが最も効果的に機能する周波数である。ほとんどの用途、特に撮像に関しては、より大きな帯域幅の方が良く、つまり、より低い品質係数の方が良いことを意味する。
有利に、電気機械的な結合および品質係数は関連している：
Figure 2023511802000002
このことは、ｋｅｆｆ ２を最大化すると、変換効率が最大化され、それと共にシステムの品質係数が最小化されるという両方を意味する。
ｋｅｆｆ ２に影響を及ぼす複数の方法が存在するが、本開示は、ＭＵＴダイアフラムのクランピング条件に焦点を当てる。［２］より、ｎ番目の軸対称モードで振動する円形ｐＭＵＴについては、以下の式を有し：
Figure 2023511802000003
式中、ｋ３１ ２は材料の結合係数（材料係数）であり、λ０ｎは、ｎ番目のモードの自然周波数パラメータ（端部のクランピング条件に大きく依存する）であり、Ｊ０は、０次の第１種のベッセル関数であり、および、Ｃｎは、特定のｐＭＵＴ設計に依存する定数（電極結合定数、曲げ剛性、および電極面積対ダイアフラム面積の割合、完全な等式は［２］を参照）である。所与のｋ３１ ２結合係数および設計定数のＣｎについて、ｋｅｆｆ，ｎ ２は、λ０ｎを０に近付けることによって最大化することができる。
自然周波数パラメータは、比較用棒グラフ図３に示される通り、対象としている境界条件に大きく依存する。従来のＭＵＴ設計は、クランプされた端部を利用する。図３の「非拘束状態の端部」は、理想的なピストン運動と等しく、そして最適な結合を表わす。これらの２つの極の間で、複数の端部条件が、電気機械結合および帯域幅を改善するための興味の対象である。
複数の要因がｋｅｆｆ ２に影響を及ぼす一方で、結合係数の増加は、直観的に、正規化された容積変位量に逆に関連し得る。例えば、図４の比較用グラフは、３つの標準的な円形ダイアフラムＭＵＴ：つまり、クランプされた端部（図１ａ－１ｂおよび図２ａ－２ｄに類似する）、単純支持端部（つまり、回転は許可するが変位は許可しない端部）、および非拘束状態の端部・クランプされた中心、を有するものの、正規化された変位曲線を示す。変位を表面面積で積分して、理想的なピストンに対する各ＭＵＴの変位容積を計算することができる：
クランプされた端部＝ピストン変位容積の３１％。
単純支持端部ＭＵＴ＝ピストン変位容積の４５％。
非拘束状態の端部・クランプされた中心のＭＵＴ＝ピストン変位容積の５４％。
より高い変位容積は、より良い結合を示す。
一態様では、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）が本明細書に開示され、ＭＵＴは：実質的に非拘束状態の端部を有するダイアフラムと、１以上の電極と、ダイアフラムを、ダイアフラム外縁内で、ダイアフラム外縁に沿って、またはダイアフラム外縁内およびダイアフラム外縁に沿った両方で、基板にクランプする、１以上のアンカーと、を含む。ダイアフラムは、１以上の電極および１以上のアンカーが任意の形状を有することができる。いくつかの実施形態では、端部は非拘束状態であり、そして、アンカーは完全にダイアフラム内にある。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、圧電フィルムを含むｐＭＵＴである。さらなる実施形態では、１以上の電極は、圧電フィルムに電気的に結合されている。さらなる実施形態では、圧電フィルムは、１以上のアンカーの反対側に位置している。他の実施形態では、圧電フィルムは、１以上のアンカーと同じ側に位置している。いくつかの実施形態では、圧電フィルムは、１以上のアンカーとダイアフラムとの間にある。いくつかの実施形態では、ダイアフラムは、溝を含む。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、複数のアンカーを含み、ここで、複数のアンカーのサブセットは、１以上の垂直カンチレバーシェルに取り付けられている。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、複数のアンカーを含み、ここで、複数のアンカーのサブセットは、１以上の垂直カンチレバーシェルに取り付けられており、そして、ダイアフラムは、溝を含む。いくつかの実施形態では、ＭＵＴはｃＭＵＴである。さらなる実施形態では、１以上の電極は、間隙の間でダイアフラムに電気的に結合されている。さらなる実施形態では、ダイアフラムは、溝を含む。またさらなる実施形態では、ＭＵＴは、複数のアンカーを含み、ここで、複数のアンカーのサブセットは、１以上の垂直カンチレバーシェルに取り付けられている。またさらなる実施形態では、ＭＵＴは、複数のアンカーを含み、ここで、複数のアンカーのサブセットは、１以上の垂直カンチレバーシェルに取り付けられており、そして、ダイアフラムは、溝を含む。
別の態様では、垂直カンチレバーシェルを含む、クランプされたダイアフラムを含む、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）が本明細書に開示され、垂直カンチレバーシェルは、ダイアフラムの端部に取り付けられている。ダイアフラムは、いずれの形状をも有することができる。いくつかの実施形態では、垂直カンチレバーシェルは、実質的に平面運動を防止するが、逆トルクを与えながらダイアフラム端部の回転を可能にする、仮想ピボットを形成する。様々な実施形態では、垂直カンチレバーシェルは、０．１μｍ～５０μｍの厚みを有しており、そして、ここで、垂直カンチレバーシェルは、その厚みを１～１００倍上回る高さを有している。またさらなる実施形態では、垂直カンチレバーシェルは、ダイアフラム端部について連続的ではないが、仮想ピボットの存在しないエリアを有する。またさらなる実施形態では、ＭＵＴは、マルチモーダルである。
別の態様では、溝を含む、クランプされたダイアフラムを含む、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）が本明細書に開示される。クランプされたダイアフラムは、いずれの形状をも有することができる。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、ｐＭＵＴである。様々な実施形態では、溝は、ダイアフラム境界の２０のダイアフラム厚み内にあり、そして、ここで、溝は、最大で１０のダイアフラム厚みである幅を有し、そして、ここで、溝は、ダイアフラム厚みの１％～１００％である深度を有している。いくつかの実施形態では、溝は一定の幅を有している。他の実施形態では、溝は可変的な幅を有している。いくつかの実施形態では、溝は、電気的引き回しを可能にする１以上の位置で分裂させられている。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、マルチモーダルである。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、ｃＭＵＴである。様々な実施形態では、溝は、ダイアフラム境界の２０のダイアフラム厚み内にあり、そして、ここで、溝は、最大で１０のダイアフラム厚みである幅を有し、そして、ここで、溝は、ダイアフラム厚みの１％～１００％である深度を有している。いくつかの実施形態では、溝は一定の幅を有している。他の実施形態では、溝は可変的な幅を有している。いくつかの実施形態では、溝は、電気的引き回しを可能にする１以上の位置で分裂させられている。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、マルチモーダルである。
さらに別の態様では、超音波撮像のために構成されたＭＵＴアレイが本明細書に開示され、ここで、アレイは、本明細書に記載される複数のＭＵＴを含む。いくつかの実施形態では、複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、ｐＭＵＴである。他の実施形態では、複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、ｃＭＵＴである。いくつかの実施形態では、複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、複数のエッチングによって形成された、垂直カンチレバーシェルを含む。
さらに別の態様では、本明細書に記載されるＭＵＴおよびＭＵＴアレイを製造する方法が、本明細書に開示される。
一態様では、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）が本明細書に開示され、ＭＵＴは：基板、絶縁層、上部電極、圧電層、および底部電極を含む圧電層堆積部であって、ここで、圧電層堆積部は、端部部分および中心部分を有し、ここで、圧電層堆積部は、少なくとも上部電極、圧電層、底部電極、および絶縁層を通り、そして基板の少なくとも一部の中に延在する、１以上の溝を有し、そして、ここで、１以上の溝は、圧電層堆積部の端部部分と中心部分との間に配置される、圧電層堆積部と、ベースと、圧電層堆積部の中心部分をベースに結合し、圧電層堆積部の端部部分を非拘束状態のままに維持する、１以上のアンカーであって、そして、圧電層堆積部の中心部分はベースにクランプされ、１以上のアンカーは、ベースと圧電層堆積部との間で電気的結合を提供する、１以上のアンカーと、複数の導体であって、複数の導体は（ｉ）圧電層堆積部の上部電極を、圧電層堆積部の厚みを通る第１のビアを通って、ベースに電気的に結合する第１の導体と、（ｉｉ）圧電層堆積部の底部電極を、圧電層堆積部の厚みを通る第２のビアを通って、ベースに電気的に結合する第２の導体と、を含み、ここで、第１のビアと第２のビアは、圧電層堆積部の端部部分と中心部分との間に配置される、複数の導体と、を含む。
本主題の特徴および利点のよりよい理解は、例示となる実施形態を説明する以下の詳細な説明と添付図面とを参照することによって得られるであろう。
従来の円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 従来の円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 従来の円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 従来の円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 図２ａおよび２ｂのｃＭＵＴにあるような底部電極の代わりに、ハンドル基板の上部に導電部分を備える、従来の円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で、それぞれ示す。 図２ａおよび２ｂのｃＭＵＴにあるような底部電極の代わりに、ハンドル基板の上部に導電部分を備える、従来の円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で、それぞれ示す。 境界条件の関数としての、基本モード、λ０１、の自然周波数パラメータを示す棒グラフである。［１］より、［２］によって解釈される。青は、最も一般的なＭＵＴ端部条件、つまりクランプされている状態、を示す。赤は、［２］を「物理的に実現可能である」と仮定する境界条件を示す。 半径ａの円形ダイアフラムのための、異なる端部条件について正規化された変位曲線のグラフを示す。 上部面溝を有する例示的な円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 上部面溝を有する例示的な円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 上部面溝を有し、絶縁体（ＳＯＩ）ウエハー上にシリコンを使用し、デバイス層とハンドル層との間に埋め込まれた酸化物層を含む、例示的な円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で、それぞれ示す。 上部面溝を有し、絶縁体（ＳＯＩ）ウエハー上にシリコンを使用し、デバイス層とハンドル層との間に埋め込まれた酸化物層を含む、例示的な円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で、それぞれ示す。 上部面溝を有する例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 上部面溝を有する例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 上部面溝を有し、かつ、図６ａおよび６ｂのｃＭＵＴにあるような底部電極の代わりに、ハンドル基板の上部に導電部分を有する、例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で、それぞれ示す。 上部面溝を有し、かつ、図６ａおよび６ｂのｃＭＵＴにあるような底部電極の代わりに、ハンドル基板の上部に導電部分を有する、例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で、それぞれ示す。 上部面仮想ピボットエッチングを有する例示的な円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 上部面仮想ピボットエッチングを有する例示的な円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 上部面仮想ピボットエッチングを有し、絶縁体（ＳＯＩ）ウエハー上にシリコンを使用し、デバイス層とハンドル層との間に埋め込まれた酸化物層を含む、例示的な円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で、それぞれ示す。 上部面仮想ピボットエッチングを有し、絶縁体（ＳＯＩ）ウエハー上にシリコンを使用し、デバイス層とハンドル層との間に埋め込まれた酸化物層を含む、例示的な円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で、それぞれ示す。 上部面仮想ピボットエッチングを有する例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 上部面仮想ピボットエッチングを有する例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 上部面仮想ピボットエッチングを有し、かつ、図８ａおよび８ｂのｃＭＵＴにあるような底部電極の代わりに、ハンドル基板の上部に導電部分を有する、例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で、それぞれ示す。 上部面仮想ピボットエッチングを有し、かつ、図８ａおよび８ｂのｃＭＵＴにあるような底部電極の代わりに、ハンドル基板の上部に導電部分を有する、例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で、それぞれ示す。 端部溝についての例示的な変異形：（ａ）任意のダイアフラム形状、（ｂ）複数の溝、（ｃ）可変的な幅を有する溝、および（ｄ）溝無しの選択エリアを、それぞれ示す。単純化のために、ダイアフラム端部（点線）および溝（実線）のみが示される。 端部溝についての例示的な変異形：（ａ）任意のダイアフラム形状、（ｂ）複数の溝、（ｃ）可変的な幅を有する溝、および（ｄ）溝無しの選択エリアを、それぞれ示す。単純化のために、ダイアフラム端部（点線）および溝（実線）のみが示される。 端部溝についての例示的な変異形：（ａ）任意のダイアフラム形状、（ｂ）複数の溝、（ｃ）可変的な幅を有する溝、および（ｄ）溝無しの選択エリアを、それぞれ示す。単純化のために、ダイアフラム端部（点線）および溝（実線）のみが示される。 端部溝についての例示的な変異形：（ａ）任意のダイアフラム形状、（ｂ）複数の溝、（ｃ）可変的な幅を有する溝、および（ｄ）溝無しの選択エリアを、それぞれ示す。単純化のために、ダイアフラム端部（点線）および溝（実線）のみが示される。 仮想ピボットについての例示的な変異形：（ａ）任意のダイアフラム形状、（ｂ）複数の仮想ピボットトレンチ部、（ｃ）可変的な幅を有する仮想ピボットトレンチ部、および（ｄ）仮想ピボットトレンチ部無しの選択エリアを、それぞれ示す。単純化のために、ダイアフラム端部（点線）および第１と第２の仮想ピボットエッチング（実線、それぞれ黒とグレー）のみが示される。 仮想ピボットについての例示的な変異形：（ａ）任意のダイアフラム形状、（ｂ）複数の仮想ピボットトレンチ部、（ｃ）可変的な幅を有する仮想ピボットトレンチ部、および（ｄ）仮想ピボットトレンチ部無しの選択エリアを、それぞれ示す。単純化のために、ダイアフラム端部（点線）および第１と第２の仮想ピボットエッチング（実線、それぞれ黒とグレー）のみが示される。 仮想ピボットについての例示的な変異形：（ａ）任意のダイアフラム形状、（ｂ）複数の仮想ピボットトレンチ部、（ｃ）可変的な幅を有する仮想ピボットトレンチ部、および（ｄ）仮想ピボットトレンチ部無しの選択エリアを、それぞれ示す。単純化のために、ダイアフラム端部（点線）および第１と第２の仮想ピボットエッチング（実線、それぞれ黒とグレー）のみが示される。 仮想ピボットについての例示的な変異形：（ａ）任意のダイアフラム形状、（ｂ）複数の仮想ピボットトレンチ部、（ｃ）可変的な幅を有する仮想ピボットトレンチ部、および（ｄ）仮想ピボットトレンチ部無しの選択エリアを、それぞれ示す。単純化のために、ダイアフラム端部（点線）および第１と第２の仮想ピボットエッチング（実線、それぞれ黒とグレー）のみが示される。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心、およびアンカーの反対側に圧電層堆積部を有する、例示的なｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心、およびアンカーの反対側に圧電層堆積部を有する、例示的なｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心、およびアンカーと同じ側に圧電層堆積部を有する、例示的なｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心、およびアンカーと同じ側に圧電層堆積部を有する、例示的なｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心、および、基板と（この例示的実施形態では導電性を有するものと仮定する）ダイアフラムとの間に位置する対向電極を有する、例示的なｃＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心、および、基板と（この例示的実施形態では導電性を有するものと仮定する）ダイアフラムとの間に位置する対向電極を有する、例示的なｃＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 固定内部エリアおよび／または固定端部エリアを有する、非拘束状態の端部についての例示的な変異形：（ａ）任意のダイアフラム形状、（ｂ）複数のアンカーエリア、（ｃ）任意の形状を有する複数のアンカーエリア、および（ｄ）アンカーが端部と重なり合う固定端部を有する選択エリアを、それぞれ示す。 単純化のために、ダイアフラム（１０１）およびアンカーのみが示される（点線はダークグレー内部）。 固定内部エリアおよび／または固定端部エリアを有する、非拘束状態の端部についての例示的な変異形：（ａ）任意のダイアフラム形状、（ｂ）複数のアンカーエリア、（ｃ）任意の形状を有する複数のアンカーエリア、および（ｄ）アンカーが端部と重なり合う固定端部を有する選択エリアを、それぞれ示す。 単純化のために、ダイアフラム（１０１）およびアンカーのみが示される（点線はダークグレー内部）。 固定内部エリアおよび／または固定端部エリアを有する、非拘束状態の端部についての例示的な変異形：（ａ）任意のダイアフラム形状、（ｂ）複数のアンカーエリア、（ｃ）任意の形状を有する複数のアンカーエリア、および（ｄ）アンカーが端部と重なり合う固定端部を有する選択エリアを、それぞれ示す。 単純化のために、ダイアフラム（１０１）およびアンカーのみが示される（点線はダークグレー内部）。 固定内部エリアおよび／または固定端部エリアを有する、非拘束状態の端部についての例示的な変異形：（ａ）任意のダイアフラム形状、（ｂ）複数のアンカーエリア、（ｃ）任意の形状を有する複数のアンカーエリア、および（ｄ）アンカーが端部と重なり合う固定端部を有する選択エリアを、それぞれ示す。 単純化のために、ダイアフラム（１０１）およびアンカーのみが示される（点線はダークグレー内部）。 端部溝エッチングと仮想ピボットエッチグの両方を有する例示的な円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 端部溝エッチングと仮想ピボットエッチグの両方を有する例示的な円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す。 端部溝エッチングと仮想ピボットエッチグの両方を有し、絶縁体（ＳＯＩ）ウエハー上にシリコンを使用し、デバイス層とハンドル層との間に埋め込まれた酸化物層を含む、例示的な円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で、それぞれ示す。 端部溝エッチングと仮想ピボットエッチグの両方を有し、絶縁体（ＳＯＩ）ウエハー上にシリコンを使用し、デバイス層とハンドル層との間に埋め込まれた酸化物層を含む、例示的な円形ダイアフラムｐＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で、それぞれ示す。 端部溝エッチングと仮想ピボットエッチングの両方を有する例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で（端部溝（３００）はベージュで、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はグレーで）、それぞれ示す。 端部溝エッチングと仮想ピボットエッチングの両方を有する例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で（端部溝（３００）はベージュで、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はグレーで）、それぞれ示す。 端部溝エッチングと仮想ピボットエッチングの両方を有し、かつ、図１６ａおよび図１６ｂのｃＭＵＴにあるような底部電極の代わりに、ハンドル基板の上部に導電部分を有する、例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で（端部溝（３００）はベージュで、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はグレーで）、それぞれ示す。 端部溝エッチングと仮想ピボットエッチングの両方を有し、かつ、図１６ａおよび図１６ｂのｃＭＵＴにあるような底部電極の代わりに、ハンドル基板の上部に導電部分を有する、例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ｃ）レイアウトの形態で、および（ｄ）断面図で（端部溝（３００）はベージュで、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はグレーで）、それぞれ示す。 端部溝エッチングと仮想ピボットエッチングの両方を有し、かつハンドル部に形成されるダイアフラムを画定する間隙を有する、例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ｅ）レイアウトの形態で、および（ｆ）断面図で（端部溝（３００）はベージュで、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はグレーで）、それぞれ示す。 端部溝エッチングと仮想ピボットエッチングの両方を有し、かつハンドル部に形成されるダイアフラムを画定する間隙を有する、例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ｅ）レイアウトの形態で、および（ｆ）断面図で（端部溝（３００）はベージュで、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はグレーで）、それぞれ示す。 端部溝エッチングと仮想ピボットエッチングの両方を有し、かつハンドル部に形成されるダイアフラムを画定する間隙を有する、例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ｇ）レイアウトの形態で、および（ｈ）断面図で（端部溝（３００）はベージュで、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はグレーで）、それぞれ示す。 端部溝エッチングと仮想ピボットエッチングの両方を有し、かつハンドル部に形成されるダイアフラムを画定する間隙を有する、例示的な円形ダイアフラムｃＭＵＴを、（ｇ）レイアウトの形態で、および（ｈ）断面図で（端部溝（３００）はベージュで、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はグレーで）、それぞれ示す。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心、およびアンカーの反対側に圧電層堆積部を有する、例示的なｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す（明確さを目的として、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はレイアウト形態では示されない）。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心、およびアンカーの反対側に圧電層堆積部を有する、例示的なｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す（明確さを目的として、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はレイアウトの形態では示されない）。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心、およびアンカーと同じ側に圧電層堆積部を有する、例示的なｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す（明確さを目的として、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はレイアウト形態では示されない）。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心、およびアンカーと同じ側に圧電層堆積部を有する、例示的なｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す（明確さを目的として、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はレイアウトの形態では示されない）。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心、および、基板と（この例示的実施形態では導電性を有するものと仮定する）ダイアフラムとの間に位置する対向電極を有する、例示的なｃＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す（明確さを目的として、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はレイアウトの形態では示されない）。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心、および、基板と（この例示的実施形態では導電性を有するものと仮定する）ダイアフラムとの間に位置する対向電極を有する、例示的なｃＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、それぞれ示す（明確さを目的として、仮想ピボットエッチング（３０１ｂ）はレイアウトの形態では示されない）。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心を有し、並列する２つの独立した電極と、圧電層堆積部の上部電極と底部電極に接触する再分配層とを有する、例示的なｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、示す。 非拘束状態の端部およびクランプされた中心を有し、並列する２つの独立した電極と、圧電層堆積部の上部電極と底部電極に接触する再分配層とを有する、例示的なｐＭＵＴを、（ａ）レイアウトの形態で、および（ｂ）断面図で、示す。
いくつかの実施形態では、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）が本明細書に開示され、ＭＵＴは：実質的に非拘束状態の端部を有するダイアフラムと、１以上の電極と、ダイアフラムを、ダイアフラム内で、ダイアフラム外縁に沿って、またはダイアフラム外縁内およびダイアフラム外縁に沿った両方で、基板にクランプする、１以上のアンカーと、を含む。ダイアフラムは、１以上の電極および１以上のアンカーが任意の形状を有することができる。いくつかの実施形態では、端部は非拘束状態であり、そして、アンカーは完全にダイアフラム内にある。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、圧電フィルムを含むｐＭＵＴである。さらなる実施形態では、１以上の電極は、圧電フィルムに電気的に結合されている。さらなる実施形態では、圧電フィルムは、１以上のアンカーの反対側に位置している。他の実施形態では、圧電フィルムは、１以上のアンカーと同じ側に位置している。いくつかの実施形態では、圧電フィルムは、１以上のアンカーとダイアフラムとの間にある。いくつかの実施形態では、ダイアフラムは、溝を含む。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、複数のアンカーを含み、ここで、複数のアンカーのサブセットは、１以上の垂直カンチレバーシェルに取り付けられている。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、複数のアンカーを含み、ここで、複数のアンカーのサブセットは、１以上の垂直カンチレバーシェルに取り付けられており、そして、ここで、ダイアフラムは、溝を含む。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、ｃＭＵＴである。さらなる実施形態では、１以上の電極は、間隙の間でダイアフラムに電気的に結合されている。さらなる実施形態では、ダイアフラムは、溝を含む。またさらなる実施形態では、ＭＵＴは、複数のアンカーを含み、ここで、複数のアンカーのサブセットは、１以上の垂直カンチレバーシェルに取り付けられている。またさらなる実施形態では、ＭＵＴは、複数のアンカーを含み、ここで、複数のアンカーのサブセットは、１以上の垂直カンチレバーシェルに取り付けられており、そして、ダイアフラムは、溝を含む。
いくつかの実施形態では、垂直カンチレバーシェルを含む、クランプされたダイアフラムを含む、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）が本明細書に開示され、垂直カンチレバーシェルは、ダイアフラムの端部に取り付けられている。ダイアフラムは、いずれの形状をも有することができる。いくつかの実施形態では、垂直カンチレバーシェルは、実質的に平面運動を防止するが、逆トルクを与えながらダイアフラム端部の回転を可能にする、仮想ピボットを形成する。様々な実施形態では、垂直カンチレバーシェルは、０．１μｍ～５０μｍの厚みを有しており、そして、ここで、垂直カンチレバーシェルは、その厚みを１～１００倍上回る高さを有している。またさらなる実施形態では、垂直カンチレバーシェルは、ダイアフラム端部について連続的ではないが、仮想ピボットの存在しないエリアを有する。またさらなる実施形態では、ＭＵＴは、マルチモーダルである。
いくつかの実施形態では、溝を含む、クランプされたダイアフラムを含む、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）が本明細書に開示される。クランプされたダイアフラムは、いずれの形状をも有することができる。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、ｐＭＵＴである。様々な実施形態では、溝は、ダイアフラム境界の２０のダイアフラム厚み内にあり、そして、ここで、溝は、最大で１０のダイアフラム厚みである幅を有し、そして、ここで、溝は、ダイアフラム厚みの１％～１００％である深度を有している。いくつかの実施形態では、溝は一定の幅を有している。他の実施形態では、溝は可変的な幅を有している。いくつかの実施形態では、溝は、電気的引き回しを可能にする１以上の位置で分裂させられている。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、マルチモーダルである。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、ｃＭＵＴである。様々な実施形態では、溝は、ダイアフラム境界の２０のダイアフラム厚み内にあり、そして、ここで、溝は、最大で１０のダイアフラム厚みである幅を有し、そして、ここで、溝は、ダイアフラム厚みの１％～１００％である深度を有している。いくつかの実施形態では、溝は一定の幅を有している。他の実施形態では、溝は可変的な幅を有している。いくつかの実施形態では、溝は、電気的引き回しを可能にする１以上の位置で分裂させられている。いくつかの実施形態では、ＭＵＴは、マルチモーダルである。
様々な実施形態では、超音波撮像のために構成されたＭＵＴアレイが本明細書に開示され、ここで、アレイは、本明細書に記載される複数のＭＵＴを含む。いくつかの実施形態では、複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、ｐＭＵＴである。他の実施形態では、複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、ｃＭＵＴである。いくつかの実施形態では、複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、複数のエッチングによって形成された、垂直カンチレバーシェルを含む。
様々な実施形態では、本明細書に記載されるＭＵＴおよびＭＵＴアレイを製造する方法が、本明細書に開示される。
特定の実施形態では、マイクロマシントランスデューサ（ＭＵＴ）が本明細書に開示され、ＭＵＴは：基板、絶縁層、上部電極、圧電層、および底部電極を含む圧電層堆積部であって、ここで、圧電層堆積部は、端部部分および中心部分を有し、ここで、圧電層堆積部は、少なくとも上部電極、圧電層、底部電極、および絶縁層を通り、そして基板の少なくとも一部の中に延在する、１以上の溝を有し、そして、ここで、１以上の溝は、圧電層堆積部の端部部分と中心部分との間に配置される、圧電層堆積部と、ベースと、圧電層堆積部の中心部分をベースに結合し、圧電層堆積部の端部部分を非拘束状態のままに維持する、１以上のアンカーであって、そして、圧電層堆積部の中心部分はベースにクランプされ、１以上のアンカーは、ベースと圧電層堆積部との間で電気的結合部を提供する、１以上のアンカーと、複数の導体であって、複数の導体は（ｉ）圧電層堆積部の上部電極を、圧電層堆積部の厚みを通る第１のビアを通って、ベースに電気的に結合する第１の導体と、（ｉｉ）圧電層堆積部の底部電極を、圧電層堆積部の厚みを通る第２のビアを通って、ベースに電気的に結合する第２の導体と、を含み、ここで、第１のビアと第２のビアは、圧電層堆積部の端部部分と中心部分との間に配置される、複数の導体と、を含む。
特定の定義
別段の定義がない限り、本明細書で使用される専門用語はすべて、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されているのと同一の意味を有する。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される時、単数形の「ａ（１つの）」、「ａｎ（１つの）」、および「ｔｈｅ（その）」は、文脈上明確に指示されていない限り、複数の言及も含む。本明細書における「ｏｒ（または）」へのいずれの言及も、別段の定めがない限り、「ａｎｄ／ｏｒ（および／または）」を包含することが意図されている。
方法論の概説
マイクロマシン超音波トランスデューサ、すなわちＭＵＴの、電気機械結合係数および帯域幅を改善するための３つの方法が提示される：
１）クランプされたダイアフラムの端部に沿って溝を形成して、その端部でダイアフラムの順応性を局所的に増加させること、
２）垂直カンチレバーシェルを介して仮想ピボットを形成し、それによって平面運動は拘束するが、逆トルクによる逆向きの回転を可能にし、そのため、トーションバネによって抑制された、単純支持端部と同様の境界条件を形成すること、そして、
３）大部分が非拘束状態である端部を有し、かつ、ダイアフラム内、またはその外縁の１以上の位置でクランプされている、ダイアフラムを形成すること。
端部溝を有するダイアフラム
本明細書において、ダイアフラム端部の近くの溝のエッチングによって、ダイアフラム端部の近くのダイアフラムの剛性を低下させる方法が開示される。これにより、結果として、クランプされた端部とトーションバネによる単純支持端部との間で作用する境界を有するダイアフラムがもたらされる。この「端部溝」は、ピストン様運動、より良い結合、およびより広い帯域幅を促進する。
図５ａ－５ｂおよび図６ａ－６ｂに示される通り、この端部溝（３００）は、ｐＭＵＴおよびｃＭＵＴの両方の実施形態に適用することができる。効果的なものであるためには、ダイアフラム端部（１０１ａ）が、およそ５のダイアフラム厚み内であるべきである。溝の幅は剛性に影響を及ぼし、より溝を広くすると、単純支持作用を促進し、一方同時に平面の曲げ剛性を低下させ、その結果、その周波数をより大きくシフトさせる。
仮想ピボットを有するダイアフラム
同様にトーションバネによって抑制された単純支持端部に作用する「仮想ピボット」を形成する方法論が、さらに開示される。このことは、ダイアフラム端部に垂直カンチレバーシェルを形成することによって遂行される。このカンチレバーシェルは、垂直変位に対して非常に堅固であり、ｚ－方向の変位を効果的に防止する。カンチレバーシェルは、ダイアフラム端部のねじれに関しては比較的順応性があり、回転を可能にするが、シェルの寸法に基づく逆モーメント（ｃｏｕｎｔｅｒ－ｍｏｍｅｎｔ）を付与する。また、カンチレバーシェルは、外部の横力を介した、ｘ方向およびｙ方向の側方変位に対しても感受性が高い。そのような横力が存在しない状態では、したがって、カンチレバーシェルは、ダイアフラム端部の変位を防止し、その一方で回転を可能にし、かつ、逆モーメントを付与する。
カンチレバーシェルの形成は、多くの方法で遂行することができる。ｐＭＵＴについての１例が図７ａおよび７ｂに示され、ここでは、仮想ピボットトレンチ部（３０１ａ）が、ダイアフラム端部（１０１ａ）の外部で、かつダイアフラム厚みより深くエッチングされている。カンチレバーシェルは、仮想ピボットエッチング（３０１ａ）とダイアフラム（１０１）を形成する（１００）の空洞との間に、残りの材料によって形成される。仮想ピボットの特性（例えばトーションバネの剛性、横力に対する抵抗など）は、カンチレバーシェルの寸法に左右される。シェルがより長く、そしてより薄ければ、仮想ピボットの順応性がより高くなる。
図８ａおよび８ｂに示される通り、同様のアプローチはｃＭＵＴにも使用することができる。仮想ピボットトレンチ部（３０１ａ）は、ダイアフラムの外縁の周りでエッチングされる。最も一般的なｃＭＵＴ構築について、ダイアフラム（１０１）と底部電極との間に形成された空洞は非常に狭い。単一の仮想ピボットトレンチ部（３０１ａ）を配する事で、結果として生じるカンチレバーシェル（１０ｂ）は短くかつ広くなり、その結果、トーションバネが非常に堅固なものとなる。より順応性の高いカンチレバーシェル（１０１ｂ）を作成するために、第２の仮想ピボットトレンチ部（３０１ｂ）を第１のトレンチ部（３０１ａ）の内部にエッチングすることができ、両トレンチ部は、誘電体層（１０２）を通ってハンドル基板（１０３）の中へと延在する。このことで、より順応性の高い仮想ピボットがもたらされる。
端部溝を有する、任意形状のダイアフラム
本明細書の開示に照らし、端部溝の基本的設計特徴が、図９ａに示される通り、任意のダイアフラム形状に適用することができることは当業者に明らかであろう。また、溝の数と位置（図９ｂ）ならびに溝の幅（図９ｃ）を変化させることも可能である。実際、端部溝は、有益な効果を提供するのに、一定の幅である必要はない。電気信号を引き回すという実用上の目的のために、溝の全体としての有益性を損なうことなく、選択エリアで溝を切断する必要があるかもしれない（図９ｄ）。
仮想ピボットを有する、任意形状のダイアフラム
同様に、本明細書の開示に照らし、仮想ピボットの基本的設計特徴が、図１０ａに示される通り、任意のダイアフラム形状に適用することができることは当業者に明らかであろう。また、仮想ピボットエッチングの数と位置（図１０ｂ）ならびにエッチングの幅（図１０ｃ）を変化させることも可能である。溝についてよりもさらに言える事として、仮想ピボットエッチングは、意図された機能を遂行するのに一定の幅を必要としない。溝と同様に、仮想ピボットトレンチ部は、電気的引き回しなどのタスクを可能にするために、選択エリアで切断することができる（図１０ｄ）。
非拘束状態の端部とクランプされた中央エリアとを有するダイアフラム
電気機械結合係数をさらに増加させ、そして帯域幅をさらに広げるために、設計的方法論が開示され、ここで、ダイアフラムは、大部分、非拘束状態の端部を有しており、かつ、１以上のアンカーによって中心で任意にクランプされている。この設計は図３に言及される、非拘束状態の端部・中心クランプ設計と同様の有益性を有する。
図１１ａおよび１１ｂは、ｐＭＵＴの形態の代表的な実施形態を示し、円形ダイアフラム（１０１）および中央アンカー（１０５）が、ハンドル基板（１０３）の上に位置する。この場合、圧電層堆積部（底部電極（２００）、圧電フィルム（２０１）、および上部電極（２０２））は、ダイアフラム（１０１）上の誘電体フィルム（１０２）の上に位置する。図１２ａおよび１２ｂは、別のｐＭＵＴ構成を示し、ここで、圧電層堆積部は、ダイアフラム（１０１）とアンカー（１０５）との間に位置する。
図１３ａおよび１３ｂは、同様の構成のｃＭＵＴを示し、ここで、電極（２００）および（２０２）は、ハンドル基板（１０３）上の誘電体フィルム（１０２）の上に位置する。アンカー（１０５）は、電極（２０２）をダイアフラム（１０１）に取り付ける。多くの構成が、非拘束状態の端部を有し、１以上のアンカーで固定されているダイアフラムを作成するのに可能であり、それによって、互いに離間されている２電極のキャパシタを形成する。
内部の１以上の任意のエリアでクランプされた非拘束状態の端部を有する、または非拘束状態の端部に取り付けられた、任意の形状の電極を有する、任意の形状のダイアフラム
本明細書の開示に照らし、１以上の任意形状のクランプエリアを有し、任意形状の上部電極と下部電極とを有する任意形状のダイアフラムに対して、非拘束状態の端部を有するＭＵＴの概念を適用できることは、当業者に明らかであろう。図１４ａ－１４ｃは、そのような変異形のいくつかの例を提供する。重要なことに、図１４ｄに例証される通り、アンカーをダイアフラムの端部に重ね合わせて、可変的な非拘束状態の境界およびクランプ境界を有するダイアフラムを製造することが可能である。
端部溝および仮想ピボットを組み合わせること
本明細書の開示に照らし、端部溝および仮想ピボットの概念を組み合わせることで、いずれか一方の概念を単独で適用するよりも、端部条件をより順応性の高いものに作り上げることができることは、当業者に明らかであろう。両発明で構成されたｐＭＵＴおよびｃＭＵＴの例が、図１５ａ－１５ｄおよび図１６ａ－１６ｄにそれぞれ示される。
非拘束状態の端部、端部溝、および仮想ピボットを組み合わせること
本明細書の開示に照らし、端部溝および仮想ピボットの概念を、共に、または別々に、非拘束状態の端部ＭＵＴ発明に適用することができることはまた、当業者には明らかであろう。図１７ａ－１７ｂ、１８ａ－１８ｂ、および１９ａ－１９ｂは、ダイアフラム（１０１）の上に圧電層堆積部を有するｐＭＵＴ、圧電層堆積部がダイアフラム（１０１）とアンカー（１０５）との間に位置するｐＭＵＴ、およびｃＭＵＴ、に対するこの概念を、それぞれ示す。
溝および仮想ピボットを有するｐＭＵＴのための製造の方法
図１５ａ－１５ｂおよび１５ｃ－１５ｄによって示されるｐＭＵＴなどの、溝および仮想ピボットを有するｐＭＵＴのための製造の例示的な方法が、ここで説明される。
（ａ）第１に、一般に単結晶シリコンの基板が配される。
（ｂ）その後、絶縁層（１０２）を基板上に堆積することができる。絶縁層（１０２）は、一般に、ＳｉＯ２の何らかの形態であり、約０．１μｍ～３μｍの厚みである。それは、一般に、熱酸化、ＰＥＣＶＤ堆積、または他の技術を介して堆積される。
（ｃ）その後、（Ｍ１または金属１としても言及される）第１の金属層（２００）が、堆積され得る。一般に、これは、基板に付着して、圧電素子の拡散を防ぎ、圧電素子の構造化された堆積／成長を補助する、かつ導電性の、フィルムの組み合わせである。ＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ３）が、粘着層としてのＴｉの上部の拡散バリアおよび導電性のためのＰｔの上部で、構造化されたフィルムの成長のために使用されてもよい（ＰｔがＳｉＯ２に）。通常、これらの層は薄く、２００ｎｍ未満であり、１０～４０ｎｍのフィルムも存在する。荷重、生産面、およびコストに関わる問題により、通常、この堆積層は１μｍ未満に制限されるだろう。導体（Ｐｔ）は、一般に、構造層（ＳＲＯ）および粘着層（Ｔｉ）よりも厚い。他の共通の構造層は、ＳＲＯというよりはむしろ、いくつかの例を挙げるとすると、（Ｌａ０．５Ｓｒ０．５）ＣｏＯ３、（Ｌａ０．５Ｓｒ０．５）ＭｎＯ３、ＬａＮｉＯ３、ＲｕＯ２、ＩｒＯ２、ＢａＰｂＯ３を含む。Ｐｔは、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、およびＮｉＣｒなどの他の導体材料で置き換えることができる。これらの他の材料は、通常、弱い拡散バリア、脆性、または接着不良などの不利な点を有し、そして、Ｐｔは最も一般的に使用される導体である。粘着層、すなわちＴｉは、ＴｉＷ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｒ等などの任意の一般的な粘着層で置き換えることができる。
（ｄ）その後、圧電材料（２０１）を堆積することができる。適切な圧電材料のいくつかの一般的な例は、ＰＺＴ、ＫＮＮ、ＰＺＴ－Ｎ、ＰＭＮ－Ｐｔ、ＡｌＮ、Ｓｃ－ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＰＶＤＦ、およびＬｉＮｉＯ３を含む。圧電層の厚みは、１００ｎｍ～５μｍまたはそれ以上で変化してもよい。
（ｅ）その後、（Ｍ２または金属２としても言及される）第２の金属層（２０２）が、堆積され得る。この第２の金属層（２０２）は、第１の金属層（２００）と同様であってもよく、また、同様の目的に資するものであってよい。Ｍ２については、Ｍ１と同じ堆積部が逆向きに使用されてもよく、接着用のＴｉがＰｔの上部に配置されて、構造化のために、ＳＲＯの上部での拡散を防止する。
（ｆ）その後、第２の金属層またはＭ２（２０２）がパターニングおよびエッチングされて、圧電層で停止してもよい。エッチングは、本明細書の多くの方法でなされてもよく、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、イオンミリング、湿式化学エッチング、等方性ガスエッチング（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｇａｓ ｅｔｃｈｉｎｇ）等を介したものを含む。パターニングおよびエッチングの後、Ｍ２をパターニングするために使用されるフォトレジスターは、湿式および／または乾式エッチングを介して取り外されてもよい。本明細書に記載されるｃＭＵＴおよびｐＭＵＴを製造するための多くの実施形態では、任意の数のエッチングの方法が使用されてもよく、そして、フォトレジストは、一般に、パターニング工程とエッチング工程がほぼ終了した後に取り外される。
（ｇ）その後、圧電層は同様にパターニングおよびエッチングされて、第１の金属層またはＭ１（２００）で停止してもい。一般に、湿式エッチング、ＲＩＥ、および／またはイオンミリングエッチングが使用される。
（ｈ）その後、第１の金属層またはＭ１（１００）が同様にパターニングおよびエッチングされて、誘電体（１０２）で停止してもよい。
（ｉ）望ましい場合には、以下の方法の１または両方が追加されてもよい：
（１）Ｈ２バリア。圧電層の中へのＨ２の拡散は、その寿命を制限し得る。これを防止するために、Ｈ２バリアを使用することができる。このことを遂行するために、４０ｎｍのＡＬＤ（原子層堆積）酸化アルミニウム（Ａｌ２０３）が使用されてもよい。他の適切な材料は、ＳｉＣ、ダイヤモンド様炭素等を含んでもよい。
（２）再分配層（ＲＤＬ）。この層は、Ｍ１およびＭ２との間の接続性、および他の接続（例えばワイヤによる結合（ｗｉｒｅｂｏｎｄ）、突起による結合（ｂｕｍｐ ｂｏｎｄ）等）を提供することができる。ＲＤＬは、最初に酸化物などの誘電体を追加すること、誘電体でビアをエッチングすること、導体（一般にＡｌ）を堆積させること、そして最後に導体をパターニングすることによって形成される。追加的に、保護層（一般に酸化物＋窒化物）を追加して、物理的スクラッチ、偶発的短絡、および／または湿気進入を防止してもよい。
（ｊ）その後、溝（３００）が、パターニングされてもよい。誘電体層（１０２）は、ＲＩＥまたは湿式エッチングを介してエッチングされてもよい。基板（１００）はエッチングされてもよく、また、基板（１００）が一般にシリコンであるため、エッチングは一般に、ＤＲＩＥ（深層反応性イオンエッチング（ｄｅｅｐ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ））である。これらの溝（３００）は、１００ｎｍ～１０００μｍの側方寸法を有することができるが、一般には２μｍ～１０μｍである。溝（３００）は、デバイス（１００）の厚みの０．１％～１００％のうちの任意の深度を有することができるが、一般にはデバイス（１００）の厚みの２５％～７５％に及ぶ。
（ｋ）仮想ピボット（３０１ａ）は、パターニングおよびエッチングされてもよい。誘電体層（１０２）は、ＲＩＥまたは湿式エッチングを介してエッチングされてもよい。基板（１００）は、一般にシリコンであり、そして一般に、ＤＲＩＥ（深層反応性イオンエッチング）を介してエッチングされてもよい。これらの仮想ピボット（３０１ａ）は、１００ｎｍ～１０００μｍの側方寸法を有することができるが、一般には２μｍ～１０μｍである。仮想ピボットは、ハンドル（１０３）の厚みの０．１％～９９．９％のうちの任意の深度を有することができるが、一般にはハンドル（１０３）の厚みの１０％～５０％（およそ１０μｍ～１００μｍ）に及ぶ。
（ｌ）図１５ｃ－１５ｄに示される通り、ＳＯＩ基板が頻繁に使用される。この場合、ダイアフラム（１０１）の直下に、埋め込まれた絶縁体層またはＢＯＸ層（１０４）が存在する。その結果、ダイアフラムは、「デバイス」層（１００）（ＢＯＸの上の層）、およびＢＯＸ層の下の「ハンドル」層（１０３）から構成される。（１００）の空洞は、ＢＯＸで停止してもよく、そして、ハンドル層（１０３）から外にエッチングされてもよい。この場合、（３０１ａ）のエッチングは、２つの追加の工程を含んでもよい：（１）デバイス層がＤＲＩＥを介してエッチングされた後に、ＢＯＸをエッチングする工程（一般に乾式を介して、または場合によって湿式エッチングを介して）、および、（２）ＤＲＩＥを介してハンドル層を望ましい深度にエッチングする工程。ほとんどのＳＯＩウエハーはシリコンであり、つまり、デバイス層およびハンドル層は、一般に単結晶シリコンである。この場合、絶縁体ＢＯＸは、一般に、熱成長二酸化ケイ素であり、これは、「埋め込み酸化物（ｂｕｒｉｅｄ ｏｘｉｄｅ）」と呼ばれ、「ＢＯＸ」という用語の由来である。単結晶シリコンハンドルを有するシリコンＳＯＩウエハー、および酸化物ＢＯＸを有するデバイス層が、一般に使用されてもよい。デバイス層は５μｍであってもよいが、一般に１００ｎｍ～１００μｍで変化し、一方で、ハンドル層厚みは一般に１００μｍ～１０００μｍで変化する。ＢＯＸは一般に１００ｎｍ～５μｍであるが、多くの場合に１μｍが使用されてもよい。
（ｍ）望ましい場合には、ウエハーまたはハンドルの背面を研削を介して薄くしてもよく、随意に、この点で研磨を行ってもよい。多くの実施形態では、ハンドル層は５００μｍ～３００μｍの厚みまで薄くされる。一般的な厚みは通常、５０μｍ～１０００μｍで変化する。
（ｎ）空洞はウエハーまたはハンドルの背面にパターニングされてもよく、そして、空洞はエッチングされてもよい。一般に、ウエハー／ハンドルはシリコンで構成され、そして、エッチングはＤＲＩＥによって遂行される。エッチングは、図１５ａ－１５ｂの場合に時限的に行われるものであってもよい。エッチングは、図１５ｃ－１５ｄで、ＢＯＸで選択的に停止してもよい。空洞は、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＨＮＡ、およびＲＩＥなどの他の技術を介してエッチングすることができる。ウエハーは、フォトレジスト取り外し後に、完全な状態であると考えることができる。
溝を有するｐＭＵＴのための製造の方法
図５ａ－５ｄによって示されるｐＭＵＴなどの、溝を有するｐＭＵＴのための製造の例示的な方法が、さらに提供される。この方法は、工程（ｋ）、つまり仮想ピボットのパターニングとエッチングが、一般に省略されることを除いて、溝および仮想ピボットを有するｐＭＵＴのための製造の上記方法と同様であってもよい（図１５ａ－１５ｂおよび１５ｃ－１５ｄ）。
仮想ピボットを有するｐＭＵＴのための製造の方法
図７ａ－７ｄによって示されるｐＭＵＴなどの、カンチレバーシェルを有するｐＭＵＴのための製造の例示的な方法が、さらに提供される。この方法は、工程（ｊ）、つまり溝のパターニングとエッチングが、一般に省略されることを除いて、溝および仮想ピボットを有するｐＭＵＴのための製造の上記方法と同様であってもよい（図１５ａ－１５ｂおよび１５ｃ－１５ｄ）。
溝および仮想ピボットを有するｃＭＵＴのための製造の方法
図１６ｅおよび１６ｆによって示されるｃＭＵＴなどの、溝および仮想ピボットを有するｃＭＵＴのための製造の例示的な方法が、ここで説明される。
（ａ）方法は、一般にハンドル（１０３）となる基板から開始する。一般に、この基板は単結晶シリコンである。
（ｂ）その後、浅い空洞は、パターニングおよびエッチングされてもよい。この空洞は一般に１０ｎｍ～５μｍであり、最も一般的なものは１００ｎｍ～１μｍである。一般的な単結晶シリコン基板については、この空洞はＤＲＩＥ、ＲＩＥ、ＨＮＡ、または酸化を使用する、時限エッチングによるものである。
（ｃ）その後、絶縁層（１０２）が堆積されてもよい。一般に、この絶縁層はＳｉＯ２の何らかの形態であり、約０．１μｍ～３μｍの厚みである。それは一般に熱酸化を介して堆積され、そして場合によってはＰＥＣＶＤ堆積またはＬＰＣＶＤ堆積、あるいは何らかの他の技術を介して堆積される。
（ｄ）その後、金属層または導体（２００）が堆積されてもよく、そのような導体の例としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ等が挙げられる。この導体は、Ｔｉ、ＴｉＷ、ＴｉＮ、Ｃｒ等などの粘着層および／または拡散バリア層の上に位置していてもよい。
（ｅ）導体（および粘着層および／または拡散バリア層）は、パターニングおよびエッチングされ、絶縁体で停止してもよい。
（ｆ）仮想ピボット（３０１ｂ）および仮想ピボットの底部（３０１ａ）は、パターニングおよびエッチングされてもよい。最初に、絶縁体（１０２）が、ＲＩＥ、湿式エッチング、または別の技術を介してエッチングされてもよい。次に、ハンドル（１０３）がエッチングされてもよい。一般に、ハンドル（１０３）はシリコンであり、そして、このエッチングはＤＲＩＥを介してなされ、そして、時限的に行われるものである。図１５ａ－１５ｂおよび１５ｃ－１５ｄを参照して上述される処理については、仮想ピボットは１μｍ～１０００μｍの深度に及ぶことが可能であるが、一般には１０μｍ～１００μｍ、またはハンドル（１０３）の約１０％～５０％である。
（ｇ）デバイス（１００）層は、ハンドル（１０３）上の絶縁体（１０２）に接着されてもよい。これは多くの技術を介して遂行することができ、その技術の例は、溶融、Ａｌ－Ｇｅ、Ａｕ－Ｓｉ、陽極、ＳＬＩＤ（固体液体相互拡散（ｓｏｌｉｄ ｌｉｑｕｉｄ ｉｎｔｅｒｄｉｆｆｕｓｉｏｎ））、接着剤、Ａｕ－Ａｕ、Ａｕ－Ｓｎ、Ｃｕ－Ｃｕ、Ｃｕ－Ｓｎ等を含むが、これらに限定されない。接着法の選択は、許容可能な熱予算および利用可能なプロセスおよび統合要件に応じて決定されてもよい。図１６ｅおよび１６ｆに示される接着は、酸化物（１０２）のシリコン（１００）への溶融接着である。
（ｈ）端部溝（３００）は、デバイス（１００）にパターニングおよびエッチングされてもよい。これは、一般に、時限ＤＲＩＥによって遂行される。図１５ａ－１５ｂおよび１５ｃ－１５ｄのプロセスについては、これらの溝は、１００ｎｍ～１０００μｍの側方寸法を有することができるが、一般には２μｍ～１０μｍである。溝は、デバイス（１００）厚みの０．１％～１００％のうちの任意の深度を有することができるが、一般にはデバイス（１００）厚みの２５％～７５％に及ぶ。
（ｊ）仮想ピボット（３０１ａ）の上部は、パターニングおよびエッチングされてもよい。これは、一般に、時限ＤＲＩＥによって遂行される。（３０１ａ）の上部の側方寸法は、一般に、（３０１ａ）の底部よりも、側方に沿って小さいかまたは大きく、これによって位置合わせ上の問題を克服する。
この方法は、多くのやり方で変更されてもよい。いくつかの実施形態では、図１６ｇおよび１６ｈに示されるｃＭＵＴを製造するために、工程（ｄ）および工程（ｅ）が省略されてもよい。いくつかの実施形態では、図１６ａおよび１６ｂに示されるｃＭＵＴを製造するために、工程（ｂ）がデバイスの底部で代わりに実施されてもよい。いくつかの実施形態では、図１６ｃおよび１６ｄに示されるｃＭＵＴを製造するために、工程（ｄ）および工程（ｅ）が省略されてもよく、そして、工程（ｂ）がデバイスの底部で代わりに実施されてもよい。
名目上の非拘束状態の端部の設計、および製造の方法
ｐＭＵＴに対する名目上の非拘束状態の端部の設計は、一般に、２つの独立した基板への接触部を必要とする。これは、ｐＭＵＴが一般にその圧電材料にわたる電圧差を必要とし、そのため、少なくとも２つの電圧を必要とするからである。少なくとも２つの電圧を印加するための多くの方法が存在する。図２０ａおよび２０ｂは、１つの例示的なｐＭＵＴの非拘束状態の端部の設計を示し、そして、その製造のためのプロセスまたは方法は、以下のように説明される。
（ａ）方法は、ＳＯＩウエハーで開始されてもよい。一般に、これは、ハンドル層の上部のＢＯＸ（酸化物）の上部の単結晶シリコンのデバイス層である。このウエハーのこのデバイス層は、図２０ａおよび２０ｂに逆さまに示される。
（ｂ）その後、絶縁層（１０２）が堆積されてもよい。一般に、この堆積はＳｉＯ２の何らかの形態であり、約０．１μｍ～３μｍの厚みである。それは、一般に、熱酸化、ＰＥＣＶＤ堆積、または他の技術を介して堆積される。
（ｃ）第１の金属層またはＭ１（金属１）（２００）が堆積されてもよい。一般に、この堆積は、基板に付着して、圧電素子の拡散を防ぎ、圧電素子の構造化された堆積／成長を補助する、かつ導電性の、フィルムの組み合わせである。ＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ３）が、粘着層としてのＴｉの上部の拡散バリアおよび導電性のためのＰｔの上部で、構造化されたフィルムの成長のために使用されてもよい（ＰｔがＳｉＯ２に）。通常、これらの層は薄く、２００ｎｍ未満であり、１０～４０ｎｍのフィルムも存在する。荷重、生産面、およびコストに関わる問題により、通常、この堆積層は１μｍ未満に制限されるだろう。導体（Ｐｔ）は、一般に、構造層（ＳＲＯ）および粘着層（Ｔｉ）よりも厚い。他の共通の構造層は、ＳＲＯというよりはむしろ、いくつかの例を挙げるとすると、（Ｌａ０．５Ｓｒ０．５）ＣｏＯ３、（Ｌａ０．５Ｓｒ０．５）ＭｎＯ３、ＬａＮｉＯ３、ＲｕＯ２、ＩｒＯ２、ＢａＰｂＯ３を含む。Ｐｔは、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、およびＮｉＣｒなどの他の導体材料で置き換えることができる。これらの他の材料は、通常、弱い拡散バリア、脆性、または接着不良などの不利な点を有し、そして、Ｐｔは最も一般的に使用される導体である。粘着層、すなわちＴｉは、ＴｉＷ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｒ等などの任意の一般的な粘着層で置き換えることができる。
（ｄ）その後、圧電材料（２０１）が堆積されてもよい。圧電材料の一般的な例としては、ＰＺＴ、ＫＮＮ、ＰＺＴＮ、ＰＭＮ－Ｐｔ、ＡｌＮ、Ｓｃ－ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＰＶＤＦ、およびＬｉＮｉＯ３が挙げられる。圧電材料の厚みは、１００ｎｍ～５μｍ（恐らくはそれ以上）で変化してもよい。
（ｅ）第２の金属層またはＭ２（金属２）（２０２）が堆積されてもよい。Ｍ２は、Ｍ１（２００）と同様であってもよく、また、同様の目的に資するものであり得る。Ｍ２については、Ｍ１と同じ堆積層が逆向きに使用されてもよく、接着用のＴｉがＰｔの上部に配置されて、構造化のために、ＳＲＯの上部での拡散を防止する。
（ｆ）Ｍ２（２０２）は、パターニングおよびエッチングされ、圧電素子で停止してもよい。エッチングは、本明細書の多くの方法でなされてもよく、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、イオンミリング、湿式化学エッチング、等方性ガスエッチング（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｇａｓ ｅｔｃｈｉｎｇ）等を介したものを含む。パターニングおよびエッチングの後、Ｍ２をパターニングするために使用されるフォトレジスターは取り外されてもよく、それは湿式および／または乾式であってもよい。本明細書に記載されるｃＭＵＴおよびｐＭＵＴを製造するための多くの実施形態では、任意の数のエッチングの方法が使用されてもよく、そして、フォトレジストは、一般に、パターニング工程とエッチング工程がほぼ終了した後に取り外される。
（ｇ）その後、圧電層は同様にパターニングおよびエッチングされて、第１の金属層またはＭ１（２００）で停止してもい。一般に、湿式エッチング、ＲＩＥ、および／またはイオンミリングエッチングが使用される。
（ｈ）その後、第１の金属層またはＭ１（１００）が同様にパターニングおよびエッチングされて、誘電体（１０２）で停止してもよい。
（ｉ）望ましい場合には、Ｈ２バリアが追加されてもよい。圧電層の中へのＨ２の拡散は、その寿命を制限し得る。これを防止するために、Ｈ２バリアを使用することができる。このことを遂行するために、４０ｎｍのＡＬＤ（原子層堆積）酸化アルミニウム（Ａｌ２０３）が使用されてもよい。他の適切な材料は、ＳｉＣ、ダイヤモンド様炭素等を含んでもよい。
（ｊ）誘電体層（１０６）が堆積されてもよい。この層は一般に酸化物および／または窒化物の層（一般にＰＥＣＶＤ）であり、通常１００ｎｍ～２μｍの厚みである。
（ｋ）ビア（または孔）（１０８）は、誘電体層（１０６）でパターニングおよびエッチングされてもよい。これは、一般に、ＲＩＥエッチングまたは湿式エッチングの何らかの形態を介して行われる。エッチングは、Ｍ１またはＭ２で停止してもよい。
（ｌ）再分配導体（１０７）が、堆積、パターニング、およびエッチングされてもよい。典型的な導体は、金属（Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｒ等）、および／またはポリ－Ｓｉ、ポリ－Ｇｅ、あるいはポリ－ＳｉＧｅなどの半導体である。この層は、トポグラフィーおよび低い抵抗を克服するためには一般に比較的厚く、１００ｎｍ～５μｍであるが、通常、０．５μｍ～２μｍである。ある例では、１．６μｍのＡｌの上部の１００ｎｍのＴｉの上部に、１μｍのＡｕが使用される。Ａｕは、以下にさらに説明される工程における統合接着のためのものである。
（ｍ）その後、溝（３００）が、パターニングされてもよい。誘電体層（１０２）は、ＲＩＥまたは湿式エッチングを介してエッチングされてもよい。基板（１００）はエッチングされてもよく、また、基板（１００）が一般にシリコンであるため、エッチングは一般に、ＤＲＩＥ（深層反応性イオンエッチング（ｄｅｅｐ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ））である。これらの溝（３００）は、１００ｎｍ～１０００μｍの側方寸法を有することができるが、一般には２μｍ～１０μｍである。溝（３００）は、デバイス（１００）の厚みの０．１％～９９％のうちの任意の深度を有することができるが、一般にはデバイス（１００）の厚みの２５％～７５％に及ぶ。
（ｎ）デバイス層（１０１）は、パターニングおよびエッチングされてもよい。誘電体層（１０６）は、ＲＩＥまたは湿式エッチングを介してエッチングされてもよい。基板（１００）はエッチングされてもよく、これは一般にシリコンであり、そのため、エッチングは一般に、ＤＲＩＥ（深層反応性イオンエッチング）である。このエッチングは、ＢＯＸで停止するまで、デバイス層（１００）全体を通過するものであってもよい。これらのエッチングは、１００ｎｍ～数ｃｍの側方寸法を有することができるが、一般には５μｍ～１０００μｍである。
（ｏ）随意に、保護層が堆積、パターニング、およびエッチングされて、物理的スクラッチ、偶発的短絡、および／または湿気進入を防止してもよい。この保護は、一般に酸化物および／または窒化物であり、そして一般に、３００ｎｍ～２μｍの厚みに及ぶ。
（ｐ）望ましい場合には、ウエハーまたはハンドルの背面を研削を介して薄くしてもよく、随意に、この点で研磨を行ってもよい。多くの実施形態では、ハンドル層は５００μｍ～３００μｍの厚みまで薄くされる。一般的な厚みは通常、５０μｍ～１０００μｍで変化する。
（ｑ）ＭＥＭＳウエハー（１０１－１０２、１０６－９、２００－２０２、３００、１０１ａ、およびハンドル層）は、ここで、接着に備えてダイスに切断（ｄｉｃｅｄ）される。
（ｒ）導電接着材料（１１０）が、ベース基板（１１１）上に、堆積、パターニング、およびエッチングされてもよい。例えば、ベース基板（１１１）は、平坦化されたＡＳＩＣウエハーであり得る。導電接着材料は、工程（ｓ）の接着が可能になるように、１μｍのＡｕであってもよい。
（ｓ）ＭＥＭＳダイ（１０１－１０２、１０６－９、２００－２０２、３００、１０１ａ、およびハンドル層）は、ベース基板（１１１）と位置合わせされ、かつ接着され、再分配導体（１０７）と導電接着材料（１１０）との間に導電接着（１０９）を形成してもよい。随意に、良好なＭＥＭＳダイスのみが選択される。ＭＥＭＳダイは、収量を維持するために、検証済みの良好なＡＳＩＣダイスのみに接着されてもよい。劣悪なＡＳＩＣダイスは、エッチングローディグのために、ダミーのＭＥＭＳダイスと接着される（工程（ｔ）で）。接着は、Ａｕ－Ａｕ熱圧縮、ＳＬＩＤ、Ａｌ－Ｇｅ、Ａｕ－Ｓｎ、Ｃｕ－Ｃｕ等を含む、任意の導電接着であり得る。例えば、Ａｕ－Ａｕ熱圧縮が使用されてもよい。
（ｔ）ベース基板（１１１）に、ＭＥＭＳダイスを装着することができる。ＭＥＭＳダイスの背面は、ハンドルのシリコン（図示されず）を取り除くために、ＤＲＩＥツールでエッチングされることが可能であり、ＢＯＸで停止する。
（ｕ）ＭＥＭＳダイスの背面は、ＢＯＸを取り除くために、酸化ＲＩＥでエッチングされてもよく、デバイス層（１０１）で停止する。一度完了すると、図２０ａと２０ｂのレイアウトおよび断面が達成されたものと考えられ得る。
図２０ａと２０ｂのｐＭＵＴのためのメモ：
（ａ）導電接着（１０９）は、ベース基板（１１１）からの電気信号が、再分配導体（１０７）への導電接着材料（１１０）を通って、ＭＥＭＳダイに渡されることを可能にし得る。
（ｂ）少なくとも２つの独立した信号が存在していてもよく、一方は、ビア（１０８）を通ってＭ１層（２０２）に接続され、他方は、同様のビア（１０８）を通ってＭ２層（２００）に接続される。これによって、設計者は、既知の電圧差を圧電層（２０１）に印加することができるようになり、ｐＭＵＴの駆動が可能になる。
（ｃ）端部溝（３００）は、強化されたｋｅｆｆ ２を提供することができる。
（ｄ）随意に、仮想ピボットを形成して、ｋｅｆｆ ２を増加させることが可能である。導電接着材料（１１０）がその側方寸法よりもはるかに大きな高さを有している場合、接着は、カンチレバーシェルを形成することができる。
（ｅ）上記のプロセスは、非拘束状態の端部、溝、およびカンチレバーシェルを有するｐＭＵＴを作り出すことができ、収量を強化するために、既知の良好なダイスのみを組み合わせることができる。
（ｆ）当業者は、この製造の方法を、溝、非拘束状態の端部、および仮想ピボットの設計概念と組み合わせて使用して、広範囲の新規なｐＭＵＴを作成してもよい。
ｐＭＵＴおよびｃＭＵＴを製造する様々な方法が多くの実施形態に従って上に説明されているが、当業者は、本明細書に記載された教示に基づいて多くの変形を認識するであろう。工程は、異なる順序で完了されてもよい。工程は、追加されたり、削除されたりしてもよい。工程の中には、サブ工程を含むものがあってもよい。当技術分野で既知の生産技術が、工程の１以上に対して適用されてもよい。工程の多くは、有益である限り反復されてもよい。
参考文献
［１］ Ｒ．Ｄ． Ｂｌｅｖｉｎｓ． Ｆｏｒｍｕｌａｓ ｆｏｒ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｍｏｄｅ ｓｈａｐｅ． Ｋｒｅｉｇｅｒ， １９７９．
［２］ Ｋ．Ｍ． Ｓｍｙｔｈ． Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｉｃｒｏ－ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ｆｏｒ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ． Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１７．
本発明の好ましい実施形態が本明細書に示され、そして説明されてきたが、このような実施形態はほんの一例として提供されているに過ぎないことが、当業者には明らかであろう。当業者であれば、多くの変更、変形、および置換が、本発明から逸脱することなく考えつくであろう。本明細書に記載される本発明の実施形態の様々な代替案が、本発明の実施に際して利用され得ることを理解されたい。

Claims (40)

  1. マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）であって、前記ＭＵＴは：
    ａ）実質的に非拘束状態の端部を有するダイアフラムと、
    ｂ）１以上の電極と、
    ｃ）前記ダイアフラムを、前記ダイアフラム外縁内で、および／または前記ダイアフラム外縁に沿って、基板にクランプする、１以上のアンカーと、を含む、ＭＵＴ。
  2. 前記端部は非拘束状態であり、そして、前記アンカーは完全に前記ダイアフラム内にある、請求項１に記載のＭＵＴ。
  3. 前記ＭＵＴは、圧電フィルムを含むｐＭＵＴである、請求項２に記載のＭＵＴ。
  4. 前記１以上の電極は、前記圧電フィルムに電気的に結合されている、請求項３に記載のＭＵＴ。
  5. 前記圧電フィルムは、前記１以上のアンカーの反対側に位置している、請求項３に記載のＭＵＴ。
  6. 前記圧電フィルムは、前記１以上のアンカーと同じ側に位置している、請求項３に記載のＭＵＴ。
  7. 前記圧電フィルムは、前記１以上のアンカーと前記ダイアフラムとの間にある、請求項３に記載のＭＵＴ。
  8. 前記ダイアフラムは、溝を含む、請求項４－７のいずれか１項に記載のＭＵＴ。
  9. 複数のアンカーを含み、ここで、前記複数のアンカーのサブセットは、１以上の垂直カンチレバーシェルに取り付けられている、請求項４－７のいずれか１項に記載のＭＵＴ。
  10. 複数のアンカーを含み、ここで、前記複数のアンカーのサブセットは、１以上の垂直カンチレバーシェルに取り付けられており、そして、ここで、前記ダイアフラムは、溝を含む、請求項４－７のいずれか１項に記載のＭＵＴ。
  11. 前記ＭＵＴは、ｃＭＵＴである、請求項２に記載のＭＵＴ。
  12. 前記１以上の電極は、間隙の間で前記ダイアフラムに電気的に結合されている、請求項１１に記載のＭＵＴ。
  13. 前記ダイアフラムは、溝を含む、請求項１１に記載のＭＵＴ。
  14. 複数のアンカーを含み、ここで、前記複数のアンカーのサブセットは、１以上の垂直カンチレバーシェルに取り付けられている、請求項１１に記載のＭＵＴ。
  15. 複数のアンカーを含み、ここで、前記複数のアンカーのサブセットは、１以上の垂直カンチレバーシェルに取り付けられており、そして、前記ダイアフラムは、溝を含む、請求項１１に記載のＭＵＴ。
  16. 垂直カンチレバーシェルを含む、クランプされたダイアフラムを含む、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）であって、前記垂直カンチレバーシェルは、前記ダイアフラムの端部に取り付けられている、ＭＵＴ。
  17. 前記垂直カンチレバーシェルは、実質的に平面運動を防止するが、逆トルクを与えながらダイアフラム端部の回転を可能にする、仮想ピボットを形成する、請求項１６に記載のＭＵＴ。
  18. 前記垂直カンチレバーシェルは、０．１μｍ～５０μｍの厚みを有しており、そして、前記垂直カンチレバーシェルは、その厚みを１～１００倍上回る高さを有している、請求項１７に記載のＭＵＴ。
  19. 前記垂直カンチレバーシェルは、前記ダイアフラム端部について連続的ではないが、仮想ピボットの存在しないエリアを有する、請求項１８に記載のＭＵＴ。
  20. 前記ＭＵＴは、マルチモーダルである、請求項１９に記載のＭＵＴ。
  21. 超音波撮像のために構成されたＭＵＴアレイであって、前記ＭＵＴアレイは、請求項２０の複数のＭＵＴを含む、ＭＵＴアレイ。
  22. 前記複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、ｐＭＵＴである、請求項２１に記載のＭＵＴアレイ。
  23. 前記複数のＭＵＴの各ＭＵＴは、ｃＭＵＴである、請求項２１に記載のＭＵＴアレイ。
  24. 各ＭＵＴは、複数のエッチングによって形成された、垂直カンチレバーシェルを含む、請求項２３に記載のＭＵＴアレイ。
  25. 溝を含む、クランプされたダイアフラムを含む、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）。
  26. 前記ＭＵＴは、ｐＭＵＴである、請求項２５に記載のＭＵＴ。
  27. 前記溝は、ダイアフラム境界の２０のダイアフラム厚み内にあり、そして、前記溝は、最大で１０のダイアフラム厚みである幅を有し、そして、前記溝は、ダイアフラム厚みの１％～１００％である深度を有している、請求項２６に記載のＭＵＴ。
  28. 前記溝は、一定の幅を有している、請求項２７に記載のＭＵＴ。
  29. 前記溝は、可変的な幅を有している、請求項２７に記載のＭＵＴ。
  30. 前記溝は、電気的引き回しを可能にする１以上の位置で分裂させられている、請求項２７に記載のＭＵＴ。
  31. 前記ＭＵＴは、マルチモーダルである、請求項３０に記載のＭＵＴ。
  32. 超音波撮像のために構成されたＭＵＴアレイであって、前記ＭＵＴアレイは、請求項３１の複数のＭＵＴを含む、ＭＵＴアレイ。
  33. 前記ＭＵＴは、ｃＭＵＴである、請求項２５に記載のＭＵＴ。
  34. 前記溝は、ダイアフラム境界の２０のダイアフラム厚み内にあり、そして、前記溝は、最大で１０のダイアフラム厚みである幅を有し、そして、前記溝は、ダイアフラム厚みの１％～１００％である深度を有している、請求項３３に記載のＭＵＴ。
  35. 前記溝は、一定の幅を有している、請求項３４に記載のＭＵＴ。
  36. 前記溝は、可変的な幅を有している、請求項３４に記載のＭＵＴ。
  37. 前記溝は、電気的引き回しを可能にする１以上の位置で分裂させられている、請求項３４に記載のＭＵＴ。
  38. 前記ＭＵＴは、マルチモーダルである、請求項３７に記載のＭＵＴ。
  39. 超音波撮像のために構成されたＭＵＴアレイであって、前記アＭＵＴレイは、請求項３８の複数のＭＵＴを含む、ＭＵＴアレイ。
  40. マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）であって、前記ＭＵＴは：
    ａ）基板、絶縁層、上部電極、圧電層、および底部電極を含む圧電層堆積部であって、
    ここで、前記圧電層堆積部は、端部部分および中心部分を有し、
    ここで、前記圧電層堆積部は、少なくとも上部電極、圧電層、底部電極、および絶縁層を通り、そして基板の少なくとも一部の中に延在する、１以上の溝を有し、そして、
    ここで、前記１以上の溝は、前記圧電層堆積部の前記端部部分と前記中心部分との間に配置される、圧電層堆積部と、
    ａ）ベースと、
    ｂ）前記圧電層堆積部の前記中心部分を前記ベースに結合し、前記圧電層堆積部の前記端部部分を非拘束状態のままに維持する、１以上のアンカーであって、そして、前記圧電層堆積部の前記中心部分は前記ベースにクランプされ、前記１以上のアンカーは、前記ベースと前記圧電層堆積部との間で電気的結合部を提供する、１以上のアンカーと、
    ｃ）複数の導体であって、前記複数の導体は、（ｉ）前記圧電層堆積部の上部電極を、前記圧電層堆積部の厚みを通る第１のビアを通って、前記ベースに電気的に結合する第１の導体と、（ｉｉ）前記圧電層堆積部の底部電極を、前記圧電層堆積部の厚みを通る第２のビアを通って、前記ベースに電気的に結合する第２の導体と、を含み、
    ここで、前記第１のビアと前記第２のビアは、前記圧電層堆積部の前記端部部分と前記中心部分との間に配置される、複数の導体と、を含む、ＭＵＴ。
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