JP2023549917A - 超音波トランスデューサアレイデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、超音波トランスデューサ多層構造体であって、ダイオードを画定する半導体層スタック、当該ダイオードと電気的に直列であり、かつダイオード上に少なくとも部分的に配設された第１の導電層を含むマイクロマシン超音波トランスデューサ、ＭＵＴ、層スタック、半導体層スタックの少なくとも一部分と第１の導電層とを含む領域上に延在するキャビティを含み、ＭＵＴ層スタックは、当該領域上に少なくとも部分的に延在する膜を含む、超音波トランスデューサ多層構造体に関する。本発明による超音波トランスデューサ多層構造体は、対象物の少なくとも１つの特性を測定するためのセンサ装置において使用され、センサ装置は、心臓画像診断、産科、婦人科、腹部画像診断、血管内画像診断、及びマンモグラフィなどの医療画像診断、又は非破壊検査（ＮＤＡ）、指紋センサ、距離計、ジェスチャ認識、超音波触覚フィードバック、超音波通信、若しくはＭＥＭｓスピーカに使用されてもよい。

Description

本発明は、一般に、超音波トランスデューサの分野、具体的には、超音波信号を伝送及び受信するように構成された超音波トランスデューサアレイデバイス、並びにそのような作製方法に関する。

超音波イメージング、具体的には３Ｄ超音波イメージングは、イメージングの強力な手段であり、ソナー、ジェスチャ認識、指紋センサ、医療イメージング、非破壊検査（ＮＤＴ）などの用途で特に有用である。３Ｄ画像を取得する１つの方途は、超音波トランスデューサの二次元アレイを使用することであり、これにより、トランスデューサの一次元アレイの機械的なモータ移動又は手動移動の必要性が排除される。

トランスデューサの２Ｄアレイを作製する際の主な困難のうちの１つは、個々のトランスデューサにアクセスするための配線である。２Ｄアレイ内の個々のトランスデューサは、例えばＣＭＯＳチップ（すなわち、ＣＭＯＳ集積）の上に、完全なダイス化された圧電トランスデューサ又は容量性トランスデューサマトリクスをフロントエンド電子装置と直接結合するか、又はこれに集積することによってアクセスされ得る。このようにして、各圧電素子又は容量性素子は、独自のフロントエンドにアクセスし、個別に制御され得る。これには、ＣＭＯＳチップのサイズがトランスデューサアレイデバイスのマトリクスのサイズと同じであることが必要となり、これにより、デバイス全体が非常に高価になり、このことは、非常に大きな２Ｄアレイを作成する障壁である。その上、この技術は、シリコーンエラストマーのような可撓性基板上で作製されるものなどの可撓性超音波トランスデューサでは使用できない。

高分解能イメージング用途には、マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）を使用することができる。マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）技術は、半導体材料及びリソグラフィ技術に基づいており、種々の用途でバルクＰＺＴベースのトランスデューサの主要な代替手段になりつつある。ＭＵＴは、比較的単純な作製プロセスを有し、より良い画像分解能のために小型化できる。

一般に、ＭＵＴは、２つの異なる機構で動作する：容量性力（「容量性ＭＵＴ」又は「ｃＭＵＴ」と称される）覚作動又は圧電（「圧電ＭＵＴ」又は「ｐＭＵＴ」とも称される）感知作動。それゆえ、ｃＭＵＴ及びｐＭＵＴは、一般的に使用されるタイプのＭＵＴである。

ＣＭＵＴは、膜間に非常に小さい真空ギャップ（約２００ｎｍ）を有する２つの平行な膜に基づいている。上部膜は、膜にかかる印加電圧によって誘導される静電気力によって下部膜に誘引される。ＣＭＵＴにはいくつかの制限があり、その中にあるのが、トランスデューサがハンドヘルドデバイスの一部である用途において特に欠点である高ＤＣバイアス電圧の要件、必要とされる高電圧動作中の蓄積電荷に起因する性能の傷害又はドリフト、及び十分に高い音圧を生成することの困難さである。

ｐＭＵＴは、薄い圧電層によって生成される印加力に起因して振動する薄い膜を含む。圧電層は、膜の上に堆積されており、電気信号によって駆動される。ＰＭＵＴは、低帯域幅と、低電気機械的結合係数に起因する低出力圧力と、に悩まされており、これらは、とりわけ、医療用途及びＮＤＴ用途の両方における超音波イメージングの２つの重要な要素である。低帯域幅は、高空間分解能に必要とされる短パルス応答を達成することの困難さをもたらす。低出力圧力は、低振幅の放射超音波をもたらし、低信号対雑音比を生じさせ得る。したがって、容易に小型化され、かつ十分に高い出力圧力及び帯域幅を有することができる超音波トランスデューサの必要性が依然としてある。

ＭＵＴは、従来のトランスデューサと比較して、より単純かつ安価な作製プロセスを有する。その上、ＭＵＴは、より良い画像分解能のために小型化できる。例えば、小サイズのマトリクス、例えば、ＭＵＴの１６×１６マトリクス配置の場合、マトリクス内の全てのトランスデューサに個別にアクセスするために、個々のワイヤボンディングが依然として可能である。ワイヤボンディングは、安価なプロセスであり、ＣＭＯＳチップをマトリクスの寸法とは独立に設計及び作製することを可能にする。しかしながら、より大きいマトリクスの場合、ｃＭＵＴ及びｐＭＵＴの両方のＭＵＴ技術は、２Ｄアレイを作成する従来の技術と同じ問題を有する。トランスデューサマトリクス内の素子の密度に起因して、ワイヤボンディングされた接点によるアドレス指定は、非常に困難である。

”Acoustical cross-talk in row-column addressed 2-D transducer arrays for ultrasound imaging” (T. Christiansen et al., Ultrasonics, Vol.63, Dec.2015, pp.174-178）は、ｃＭＵＴの２Ｄ配列に必要な接点の数を低減するための行列アドレス指定配置について記載している。これは、トランスデューサのｎ×ｎアレイに必要な電気接点の数を、ｎ^２から２ｎに低減する。

しかしながら、ＭＵＴのアレイ内の行列アドレス指定は、クロスカップリングに悩まされている：特定のトランスデューサが行列ペアに信号を印加することによってアドレス指定されるとき、信号は、隣接する行及び列に容量結合されることによって、他のトランスデューサを、これが所望されない場合でも作動させ得る。したがって、行列アドレス指定単独では、ＭＵＴ配列の２Ｄ配列のための非効率的な解決策である。

したがって、容易に小型化され、かつ十分に高い出力圧力及び帯域幅を有し得る超音波トランスデューサの必要性に加えて、上記に概説した問題の少なくともいくつかに対処する超音波トランスデューサ及び関連付けられたアレイのための必要性が、当技術分野に依然としてある。

本発明の実施形態の目的は、電子接点の数を最小限に抑え、かつ近隣の電極間のクロスカップリングを低減しながら、トランスデューサ、具体的にはＭＵＴ、の個々のアドレス指定を可能にする超音波トランスデューサアレイ又は超音波トランスデューサアレイデバイスを提供することである。この目的は、本発明による超音波トランスデューサアレイデバイス及び超音波トランスデューサ多層構造体によって達成される。

本発明の実施形態の利点は、最先端のフロントエンド電子装置、例えばＣＭＯＳチップ、がアレイ構成で個々の超音波トランスデューサにアクセスする必要がないことであり、これにより、超音波アレイデバイスを含むフロントエンド電子装置と比較して比較的安価なデバイスを提供することが可能になる。

本発明の実施形態の更なる利点は、アレイ構成における第１の方向に沿って超音波トランスデューサを接続するための第１の電極と、アレイ構成における第２の方向に沿って超音波トランスデューサを接続するための第２の電極と、を使用することにより、必要な電気接点の数が大幅に低減されることである。

本発明の実施形態の更なる利点は、アレイ構成の少なくとも１つの超音波トランスデューサについて、第１の電極が、それぞれの超音波トランスデューサと直列にダイオードを介して第２の電極に接続され、電極間の容量性クロスカップリングを低減することである。

本発明の実施形態の更なる利点は、アレイ構成における超音波トランスデューサ多層構造体及び関連するアレイデバイスの製造プロセスが、安価な市販部品の使用と、超音波トランスデューサに個々にアクセスするための高価なフロントエンド電子装置の必要がないことと、に起因して、簡易かつ安価であり得ることである。

本発明の実施形態の別の利点は、キャビティが定在波を支持することができ、これにより、放射超音波の帯域幅を調整することが可能になることである。キャビティの周波数が膜の周波数と組み合わさることに起因して、帯域幅を増加させ、こうして、複数の共振周波数を有するトランスデューサを提供し、したがって、定在波を支持することができるキャビティを備えないトランスデューサよりも広い帯域幅を提供することができる。

本発明の実施形態の更なる利点は、キャビティ内の少なくとも１つの音響的に好適な媒体が、膜の振動を減衰させるのに役立つことができ、このことが、膜上に減衰層を提供することを必要とせずにリンギングを防止するのに役立つ。

一態様では、本発明は、超音波信号を伝送及び受信するように構成された超音波トランスデューサアレイデバイスであって、アレイ構成で配置された複数の超音波トランスデューサ、アレイ構成における第１の方向に沿って超音波トランスデューサを接続するための少なくとも１つの第１の電極、アレイ構成における第２の方向に沿って超音波トランスデューサを接続するための少なくとも１つの第２の電極を備え、少なくとも１つの第１の電極は、それぞれの超音波トランスデューサと直列にダイオードを介して少なくとも１つの第２の電極に接続されており、使用中に、アノードからカソードへの方向が、それぞれの超音波トランスデューサの高電位側から低電位側への方向と一致し、それぞれの超音波トランスデューサの低電位側は、ダイオードのアノードと接続されている、超音波トランスデューサアレイデバイスに関する。

いくつかの実施形態では、アレイ構成は、ｍ行及びｎ列のｍｎ行列構成であり、ｍ及びｎは、３以上の和を有する正の整数であり、第１の方向は、行ｍに沿った方向に対応し、第２の方向は、列ｎに沿った方向に対応する。

各第１の電極は、それぞれの超音波トランスデューサと直列にダイオードを介して各第２の電極に接続され得、使用中に、ダイオードのアノードからカソードへの方向が、それぞれの超音波トランスデューサの高電位側から低電位側への方向と一致し、それぞれの超音波トランスデューサの低電位側は、ダイオードのアノードに接続されている。

好ましくは、複数の超音波トランスデューサは、少なくとも１つのマイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）を含み、少なくとも１つのＭＵＴは、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ）又は容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）である。

有利には、ダイオード及びダイオードと直列のそれぞれの超音波トランスデューサは、以下に記載されるような多層構造体によって提供される。

本発明の目的は、電子接点の数を最小限に抑え、かつ近隣の電極間のクロスカップリングを低減しながら、トランスデューサ、具体的にはＭＵＴ、の個々のアドレス指定を可能にする超音波トランスデューサアレイデバイスのための超音波トランスデューサ多層構造体を提供することである。この目的は、本発明に従った超音波トランスデューサ多層構造体によって達成される。

一態様では、本発明は、超音波トランスデューサ多層構造体であって、ダイオードを画定する半導体層スタック、ダイオードと電気的に直列であり、かつ第１の導電層、例えば金属層、を含むマイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）層スタックであって、ＭＵＴ層スタックは、ダイオード上に少なくとも部分的に配設されている、ＭＵＴ層スタック、半導体層スタックの少なくとも一部分と第１の導電層とを含む領域上に延在するキャビティを備え、ＭＵＴ層スタックは、領域上に少なくとも部分的に延在する膜を備える、超音波トランスデューサ多層構造体に関する。

別の態様において、本発明は、先の態様のいずれかの実施形態による超音波多層構造体又は超音波トランスデューサアレイデバイスを製造する方法であって、アレイ構成に従って第１のウエハを提供するステップであって、第１のウエハは、半導体層スタックを画定し、当該半導体層スタックは、ダイオードを画定する、提供するステップ、第２のウエハ、好ましくは、ＳｉＯ２層又は窒化ケイ素層を備えるシリコンベースのウエハを提供するステップ、第１のウエハを第２のウエハに接合するステップ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハを画定するステップであって、第２のウエハは、ＳＯＩウエハの埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層を画定する、画定するステップ、第１のウエハを超音波トランスデューサアレイデバイスの所定の厚さまで加工するステップ、ダイオード上にＭＵＴ層スタックを作製するステップであって、当該ＭＵＴ層スタックは、第１の導電層を備える、作製するステップ、当該半導体層スタックの少なくとも一部分と当該第１の導電層とを含む領域上に延在するキャビティを作成するステップを含む、方法に関する。

本発明はまた、対象物の少なくとも１つの特性を測定するためのセンサ装置における、第１の態様の任意の実施形態による超音波トランスデューサアレイデバイスの使用に関し、センサ装置は、心臓画像診断、産科、婦人科、腹部画像診断、血管内画像診断、及びマンモグラフィなどの医療画像診断、又は非破壊検査（ＮＤＡ）、指紋センサ、距離計、ジェスチャ認識、超音波触覚フィードバック、超音波通信、若しくはＭＥＭｓスピーカに使用される。

本発明の目的はまた、容易に小型化され、かつ十分に高い出力圧力及び帯域幅を有し得る超音波トランスデューサを提供することである。この目的は、キャビティと、建設的干渉が発生しない状況と比較して振動の振幅の増加をもたらす膜の振動のための追加の駆動力を提供する建設的干渉を有する音響的に結合された膜と、を含むマイクロマシン超音波トランスデューサを提供することによって達成される。

本発明の実施形態の別の利点は、キャビティが定在波を支持することができ、これにより、放射超音波の帯域幅を調整することが可能になることである。キャビティの周波数が膜の周波数と組み合わさることに起因して、帯域幅を増加させ、こうして、複数の共振周波数を有するトランスデューサを提供し、したがって、定在波を支持することができるキャビティを備えないトランスデューサよりも広い帯域幅を提供することができる。

本発明の実施形態の更なる利点は、キャビティ内の少なくとも１つの音響的に好適な媒体が、膜の振動を減衰させるのに役立つことができ、このことが、膜上に減衰層を提供することを必要とせずにリンギングを防止するのに役立つ。

一態様では、本発明は、超音波源を含むマイクロマシン超音波トランスデューサであって、第１の方向に沿って画定される膜厚を有する少なくとも１つの振動可能な膜、及び超音波を放射するため又は受信するために、少なくとも１つの振動可能な膜の振動を引き起こすか、又は検出するための少なくとも１つの手段、定在超音波を支持することができ、かつ第１の端部、第２の端部、及び側壁によって画定されるキャビティであって、第１の端部は、第１の方向に沿って第２の端部と対向し、側壁は、第１の端部と第２の端部との間に延在する、キャビティを備え、少なくとも１つの振動可能な膜は、キャビティに音響的に結合されており、キャビティの第１の端部を閉鎖している、マイクロマシン超音波トランスデューサに関する。

一実施形態では、マイクロマシン超音波トランスデューサは、キャビティの第２の端部に配設された端部壁を備え、端部壁は、第１の方向に沿って画定される端部壁厚を有する。端部壁厚は、少なくとも１つの膜の厚さよりも実質的に大きい場合がある。他の実施形態では、端部壁厚は、少なくとも１つの膜の厚さよりも実質的に小さい。

別の実施形態では、側壁は、端部壁の音響インピーダンスよりも小さい音響インピーダンスを有する。

有利には、マイクロマシン超音波トランスデューサは、第１のマイクロチャネルと、場合によっては、端部壁を通る第２のマイクロチャネルと、を更に備える。

いくつかの実施形態では、キャビティは、少なくとも１つの振動可能な膜の断面寸法と実質的に同一である断面寸法を有する。

更なる実施形態では、少なくとも１つの振動可能な膜は、超音波を放射又は受信するために、対応する振動可能な膜の振動を引き起こすか、又は検出するための少なくとも２つの隣接する振動可能な膜及び少なくとも２つの対応する手段を含む。

一実施形態では、超音波源は、近視野距離を有し、キャビティは、近視野距離よりも小さいキャビティ長を有する。

好ましくは、キャビティは、定在波を支持するように適合され、かつ少なくとも１つの振動可能な膜に少なくとも部分的に接続された、少なくとも１つの音響的に好適な媒体を含み、音響的に好適な媒体は、空気、ヘリウム、シリコーン油、ヒマシ油、ゲル、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂、発泡プラスチック、発泡金属、軟質ゴム、シリコーンゴム、吸音ゴム、ブチルゴム、ガラスウール、ガラス繊維、フェルト、シルク、布、及びマイクロパーフォレーテッドパネルを含む気体媒体、固体媒体、又は液体媒体である。

好ましい実施形態では、超音波源及びキャビティは、記載されているような多層構造体によって画定される。

別の態様では、本発明は、超音波信号を伝送及び受信するように構成された超音波トランスデューサアレイデバイスであって、アレイ構成で配置された本発明の第１の態様の少なくとも１つの実施形態による複数のマイクロマシン超音波トランスデューサ、アレイ構成における第１の方向に沿ってマイクロマシン超音波トランスデューサを接続するための少なくとも１つの第１の電極、アレイ構成における第２の方向に沿ってマイクロマシン超音波トランスデューサを接続するための少なくとも１つの第２の電極を備え、少なくとも１つの第１の電極は、それぞれのマイクロマシン超音波トランスデューサと直列にダイオードを介して少なくとも１つの第２の電極に接続されており、使用中に、ダイオードのアノードからカソードへの方向が、それぞれのマイクロマシン超音波トランスデューサの高電位側から低電位側への方向と一致し、それぞれのマイクロマシン超音波トランスデューサの低電位側は、ダイオードのアノードと接続されている、超音波トランスデューサアレイデバイスに関する。

更なる態様では、本発明は、先に述べたようなマイクロマシン超音波トランスデューサ又は先に述べたような超音波トランスデューサアレイデバイスの使用に関し、そのような使用は、マイクロマシン超音波トランスデューサ又はマイクロマシン超音波トランスデューサアレイによって生成される超音波の伝送媒体として、少なくとも１つの膜を液体又はゲルと接触させることを含む。

更に別の態様では、本発明は、上述したようなマイクロマシン超音波トランスデューサを作製する方法であって、ウエハを提供するステップ、ウエハの背面にキャビティを形成するステップ、及びキャビティの第２の端部を封止するステップを含む方法に関する。

本発明及び従来技術に対して達成された利点を概要する目的で、本発明の特定の目的及び利点は、上記で本明細書に記載されている。もちろん、必ずしも全てのそのような目的又は利点が本発明の任意の特定の実施形態に従って達成され得るわけではないことを理解されたい。したがって、例えば、当業者は、本発明が、本明細書で教示又は示唆され得る他の目的又は利点を必ずしも達成せずに、本明細書で教示されているような１つの利点又は利点のグループを達成又は最適化する様式で具現化又は実施され得ることを認識するであろう。

本発明の上記及び他の態様は、以下に記載された実施形態から明らかであろうし、これを参照して説明されるであろう。

ここで、様々な図において同様の参照番号が同様の要素を指す添付の図面を参照して、本発明を例として更に説明する。

本発明の実施形態による超音波トランスデューサアレイデバイスの概略図を例示する。 本発明の実施形態による超音波トランスデューサアレイデバイスの簡略化された概略電気モデルを描示するものであり、アレイデバイスの各超音波トランスデューサは、それぞれのダイオードと直列である。 本発明の実施形態によるダイオードを含まない超音波トランスデューサアレイデバイスの簡略化された概略電気モデルを例示する。 本発明の実施形態による超音波トランスデューサアレイデバイスの簡略化された概略電気モデルである。 本発明の実施形態によるそれぞれの超音波トランスデューサと直列のダイオードを例示する多層構造体の概略断面側面図であり、多層構造体は、ｐＭＵＴ層スタックを備えている。 本発明の実施形態によるそれぞれの超音波トランスデューサと直列のダイオードを例示する多層構造体の概略断面側面図であり、多層構造体は、ｐＭＵＴ層スタックを備えている。 図４ｂに示された多層構造体の上面図を例示する。 本発明の実施形態によるそれぞれの超音波トランスデューサと直列のダイオードを例示する多層構造体の概略断面側面図であり、多層構造体は、ｐＭＵＴ層スタックを備えている。 本発明の実施形態によるそれぞれの超音波トランスデューサと直列のダイオードを例示する多層構造体の概略断面側面図であり、多層構造体は、ｐＭＵＴ層スタックを備えている。 本発明の別の実施形態による多層構造体の概略断面側面図である。 本発明の更に別の実施形態による多層構造体の概略断面側面図である。 本発明の実施形態によるそれぞれの超音波トランスデューサと直列のダイオードを例示する多層構造体の概略断面側面図であり、多層構造体は、ｃＭＵＴ層スタックを備えている。 本発明の実施形態によるそれぞれの超音波トランスデューサと直列のダイオードを例示する多層構造体の概略断面側面図であり、多層構造体は、ｃＭＵＴ層スタックを備えている。 本発明の実施形態による「停止した」マイクロマシン超音波トランスデューサのｚ－ｘ平面内の概略断面側面図である。 本発明の実施形態による「作動した」マイクロマシン超音波トランスデューサの概略断面側面図である。 本発明の実施形態による「作動した」マイクロマシン超音波トランスデューサの概略断面側面図である。 本発明の実施形態による第１のマイクロチャネルを備えるマイクロマシン超音波トランスデューサの概略断面側面図である。 本発明の実施形態による第２のマイクロチャネルを備えるマイクロマシン超音波トランスデューサの概略断面側面図である。 本発明の実施形態による圧電層を備えるマイクロマシン超音波トランスデューサの概略断面側面図である。 本発明の実施形態によるマイクロマシン超音波トランスデューサの概略断面側面図である。 本発明の実施形態による代替のマイクロマシン超音波トランスデューサの概略断面側面図である。 本発明の実施形態による代替マイクロマシン超音波トランスデューサのアレイの概略断面側面図である。 本発明の実施形態によるマイクロマシン超音波トランスデューサを作製する方法の例示的な断面側面図である。 本発明の実施形態によるマイクロマシン超音波トランスデューサを作製する方法の例示的な上面図である。 本発明の実施形態によるマイクロマシン超音波トランスデューサを作製する方法の例示的な断面側面図である。 本発明の実施形態によるマイクロマシン超音波トランスデューサを作製する方法の例示的な上面図である。 本発明の実施形態によるマイクロマシン超音波トランスデューサを作製する方法の例示的な断面側面図である。 本発明の実施形態によるマイクロマシン超音波トランスデューサを作製する方法の例示的な上面図である。 本発明の実施形態によるキャビティの例示的な概略図である。 本発明の実施形態によるキャビティの例示的な概略図である。

本発明を、特定の実施形態に関して特定の図面を参照して記載するが、本発明は、それらに限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。

更に、説明における、及び特許請求の範囲における第１の用語、第２の用語などは、類似する要素を区別するために使用され、必ずしも、時間的にも、空間的にも、序列でも、またいかなる他の様式でも順序を記載するために使用されない。そのように使用される用語は、適切な条件下で交換可能であること、及び本明細書に記載された本発明の実施形態が、本明細書に記載又は例示されたもの以外の他の順序での動作が可能であることを理解されたい。

特許請求の範囲において使用されている「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、その後に列記される手段に制限されるものとして解釈されるべきでなく、他の要素又はステップを排除しないことに留意されたい。したがって、これは、言及される特徴、整数、ステップ、又は構成要素の存在を特定するものとして解釈されることとなるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、若しくは構成要素、又はそれらのグループの存在又は付加を排除しない。したがって、「手段Ａ及びＢを備える／含むデバイス」という表現の範囲は、構成要素Ａ及びＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。この表現は、本発明に関して、デバイスの関連する構成要素のみがＡ及びＢであることを意味する。

本明細書全体を通した「一実施形態」又は「ある実施形態」への言及は、この実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所での「一実施形態では」又は「ある実施形態では」という語句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているわけではないが、その場合がある。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ以上の実施形態において、本開示から当業者には明らかであろうように、任意の好適な様式で組み合わされてもよい。

同様に、本発明の例示的な実施形態の説明において、本開示を合理化し、かつ様々な発明の態様のうちの１つ以上の理解を助ける目的で、本発明の様々な特徴が、単一の実施形態、図、又はその説明において合わせてグループ化されることがあることを理解されたい。しかしながら、この開示方法は、特許請求される発明が各請求項に明示的に記載されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、本発明の態様は、単一の前述の開示された実施形態の全ての特徴よりも少ない特徴にある。したがって、詳細な説明に続く特許請求の範囲は、この詳細な説明に明示的に組み込まれており、各請求項は、本発明の別個の実施形態として自立している。

更に、本明細書に記載されたいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれるいくつかの特徴を含むが、他の特徴を含まず、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、当業者によって理解されるであろうように、本発明の範囲内であり、かつ異なる実施形態を形成することを意味する。例えば、以下の特許請求の範囲では、特許請求の範囲の実施形態のいずれかを、任意の組み合わせで使用することができる。

本発明の特定の特徴又は態様を記載するときの特定の術語の使用は、その術語が関連付けられている本発明の特徴又は態様の任意の特定の特性を含むように制限されるように、術語が本明細書で再定義されていることを意味すると解釈されるべきではないことに留意されたい。

本明細書で提供される説明において、多数の具体的な詳細が詳説されている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実施され得ることが理解される。他の事例では、この説明の理解を不明瞭にしないために、周知の方法、構造、及び技法は、詳細に示されていない。

図１を参照すると、本発明の実施形態による超音波トランスデューサアレイデバイス１（以下、トランスデューサアレイデバイス１とも称される）が示されている。図１に描示された構成は、本発明の実施形態による、支持表面に位置するｍ列及びｎ列のアレイ構成に対応する。この支持表面は、実質的に、平坦であり得るか、又は凸状であり得る。例えば、線形アレイ、対称マトリクス形アレイ、非対称マトリクス形アレイ、湾曲アレイ、若しくは環状アレイ、又はそれらの組み合わせのような、他のアレイ構成もまた可能であり得るが、それらに限定されない。

トランスデューサアレイデバイス１は、アレイ構成、例えばｍ行及びｎ列のアレイ構成、で配置された複数の超音波トランスデューサ２（図１、２、３ａ、及び図３ｂにキャパシタ記号によって示されている）を備える。この構成内の個々の各トランスデューサ２_ｍｎは、その行ｍ及び列ｎの位置によって一意に識別できる。

トランスデューサアレイデバイス１は、第１の方向に沿って超音波トランスデューサ２を接続するための少なくとも１つの第１の電極３と、第２の方向に沿って超音波トランスデューサ２を接続するための少なくとも１つの第２の電極４と、を備える。

例えば、ｍ列及びｎ列のアレイ構成では、第１の電極３は、行電極３_ｍに対応し得、第２の電極４は、列電極４_ｎに対応し得る。各行電極３_ｍは、列_ｍに沿って超音波トランスデューサ２_ｍｎを電気的に接続する。各列電極４_ｎは、列ｎに沿って超音波トランスデューサ２_ｍｎを電気的に接続する。

例えば、図２に示された配置について、使用中、行電極３_ｍは、超音波トランスデューサ２_ｍｎのアノードを接続し、列電極４_ｎは、超音波トランスデューサ２_ｍｎのカソードを接続し、超音波トランスデューサ２_ｍｎの高電位側は、行電極３_ｍと接続され、超音波トランスデューサ２_ｍｎの低電位側は、列電極４_ｎと接続される。

図２の各超音波トランスデューサ２_ｍｎは、それぞれのダイオード５_ｍｎと直列に接続されており、それぞれの第１の又は行電極３_ｍは、それぞれの超音波トランスデューサ２_ｍｎと直列に、それぞれのダイオード５_ｍｎを介してそれぞれの第２の又は列電極４_ｎに接続されており、使用中、それぞれのダイオード５_ｍｎのアノードからカソードへの方向が、それぞれの超音波トランスデューサ２_ｍｎの高電位側から低電位側への方向と一致し、それぞれの超音波トランスデューサ２_ｍｎの低電位側は、それぞれのダイオード５_ｍｎのアノードに接続されている。代わりに、図２に示されるダイオード方向が反転されるならば、第１の又は行電極３_ｍは、超音波トランスデューサ２_ｍｎのカソードを接続してもよく、第２の又は列電極４_ｎは、超音波トランスデューサ２_ｍｎのアノードを接続してもよい。

そのようなｍｎ行列様式で超音波トランスデューサ２_ｍｎを接続することによって、各超音波トランスデューサ２_ｍｎの個々のアドレス指定を達成するために必要とされる電気接点（ｍ＋ｎ）の数は、各超音波トランスデューサ２_ｍｎが固有の個々の（例えば、ワイヤボンディングされた）電気接点（ｍ×ｎの接点が必要とされる）を必要とする配置と比較して大きく低減される。

本発明の実施形態によれば、各第１の又は行電極３_ｍは、それぞれのダイオード５_ｍｎを介して各第２の又は列電極４_ｎに接続されている。したがって、例えば、図２に示されるように、４つの第１の又は行電極３_１、３_２、３_３、３_４、及び４つの第２の又は列電極４_１、４_２、４_３、４_４を備える超音波トランスデューサアレイ１において、行電極３_３は、ダイオード５_３１を介して列電極４_１に接続されている。同じ行電極３_３は、ダイオード５_３２を介して列電極４_２に接続されている。同じ行電極３_３は、ダイオード５_３３を介して列電極４_３に接続されており、ダイオード５_３４を介して列電極_４４に接続されている。しかしながら、本発明は、４つの第１の又は行電極３_ｍ及び４つの第２の又は列電極４_ｎに限定されず、他の数の行電極及び列電極が可能であることが理解されよう。

各第１の又は行電極３_ｍは、行電極３_ｍの第１の端部に電圧入力Ｖ_ｉｎ，ｍを有する。各第２の又は列電極４_ｎは、列電極４_ｎの第２の端部に電圧出力Ｖ_ｇ，ｎを有する。ダイオード５_ｍｎは、第１の端部Ｖ_ｉｎ，ｍと第２の端部Ｖ_ｇ，ｎとの間に適切な電圧差が確立されるならば、行電極３_ｍの第１の端部Ｖ_ｉｎ，ｍから列電極４_ｎの第２の端部Ｖ_ｇ，ｎまで、ダイオード５_ｍｎを通って、かつ対応するトランスデューサ２_ｍｎを通って電流が流れることを可能にするように配置されている。換言すれば、本発明の実施形態による超音波トランスデューサアレイデバイスが使用中である場合、ダイオード５_ｍｎのアノードからカソードへの方向が、それぞれの超音波トランスデューサ２_ｍｎの高電位側から低電位側への方向と一致し、それぞれの超音波トランスデューサ２_ｍｎの低電位側は、ダイオード５_ｍｎのアノードと接続されている。

例えば、第１の又は行電極３_２の第１の端部Ｖ_ｉｎ，２に、第１の又は行電極３_２の第１の端部Ｖ_ｉｎ，２と第２の又は列電極４_１の第２の端部Ｖ_ｇ，１との間に正の電圧差が存在するように、電圧が印加されると、電流が、ダイオード５_２１を介して、かつトランスデューサ２_２１を介して、第１の端部Ｖ_ｉｎ，２と第２の端部Ｖ_ｇ，１との間に流れることとなる。

それゆえ、本発明の実施形態による超音波トランスデューサアレイデバイス１の利点は、本発明の実施形態によるダイオード５_ｍｎを集積することによって、静電容量結合による超音波トランスデューサ２_ｍｎの作動を回避することができることである。

例えば、図３ａを参照すると、本発明の実施形態によるトランスデューサアレイデバイス１が示されている。このトランスデューサアレイデバイス１は、図２に提示されているようなダイオード５_ｍｎを含まない。超音波トランスデューサ２_２２を作動させるために、第１の又は行電極３_２の第１の端部Ｖ_ｉｎ，２と、第２の又は列電極４_２の第２の端部Ｖ_ｇ，２と、の間に電圧差が存在するように、第１の又は行電極３_２の第１の端部Ｖ_ｉｎ，２に電圧が印加される。これにより、電流は、トランスデューサ２_２２を通って第１の又は行電極３_２に沿って第１の経路Ｐ１に沿って流れ、次いで、第２の又は列電極４_２を通ってその第２の端部Ｖ_ｇ，２に流れる。しかしながら、容量性結合に起因して、電流がまた、順番に、超音波トランスデューサ２_２１、２_３１、及び２_３２を作動させる第２の経路Ｐ２に沿って流れるように誘導される。追加的に、電流が、順番に、超音波トランスデューサ２_２２、２_１３、及び２_１２を作動させる第３の経路Ｐ３に沿って流れるように誘導される。

図３ｂを参照すると、本発明の実施形態によるトランスデューサアレイデバイス１では、第２の経路Ｐ２は、ダイオード５_３１によって終端されているため、閉回路がなく、電流がトランスデューサ２_３１を通って流れることができず、このトランスデューサ２は、非作動のままとなる。第３の経路Ｐ３は、ダイオード５_１３によって終端されているため、閉回路がなく、電流は、超音波トランスデューサ２_１３及び２_２３を通って流れることができず、これらの超音波トランスデューサは、非作動のままとなる。第１の経路Ｐ１は、不変である。したがって、所望のトランスデューサ２_２２のみが作動する。

本発明による先行実施形態は、各超音波トランスデューサ２_ｍｎが対応するダイオード５_ｍｎを有するか、又は有さない超音波トランスデューサアレイデバイス１を参照して、又は参照せずに記載されているが、本発明の実施形態はまた、あらゆる超音波トランスデューサ２_ｍｎが対応するダイオード５_ｍｎを有するわけではないアレイ構成を包含する。本明細書に記載されているような利点は、超音波トランスデューサアレイデバイス１に依然として存在し、例えば、図３ｂのダイオード５_３１が依然として、超音波トランスデューサ２_２２が標的化されている間に３つの超音波トランスデューサの作動を依然として防止することができるように、それぞれの超音波トランスデューサ_２ｍｎと直列の少なくとも１つのダイオード５_ｍｎが設けられている。したがって、それぞれの超音波トランスデューサ２_ｍｎのうちの１つと直列の１つのダイオード５_ｍｎのみを備える複数の超音波トランスデューサ２_ｍｎのうちの超音波トランスデューサアレイデバイス１であっても、アレイ構成の超音波トランスデューサ２_ｍｎのアドレス指定の選択性の改善を依然として提供することができる。

本発明の実施形態によれば、複数の超音波トランスデューサ２_ｍｎ（以下、参照番号２とも称される）は、少なくとも１つのマイクロマシン超音波トランスデューサ（「ＭＵＴ」とも称される）を含み、少なくとも１つのＭＵＴは、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（「ｐＭＵＴ」とも称される）又は容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（「ｃＭＵＴ」とも称される）である。

本発明の実施形態によれば、直列の超音波トランスデューサ２及びそれぞれのダイオード５_ｍｎ（以下、参照番号５とも称される）は、多層構造体として設けられている。例えば、ダイオード５は、ドーパント導電性タイプと、導電層と直接接触する半導体層の濃度と、に依存するショットキーダイオード又はｐ－ｎダイオードを形成するように半導体層スタック及び半導体層スタック上に配設された導電層によって少なくとも部分的に設けられ得る。

導電層、例えば金属層、及び半導体層は、超音波トランスデューサ２と同じ多層構造体の一部であり、超音波トランスデューサ２は、ダイオード上に少なくとも部分的に配設されたＭＵＴ層スタックによって画定され得る。

図４ａを参照すると、この実施形態によるそれぞれの超音波トランスデューサと直列のダイオードによって画定される第１の多層構造体１０の概略断面側面図が例示されている。第１の多層構造体１０は、基板１１及び絶縁層１２を含む基板構造体を備える。基板１１は、シリコン基板であり得る。絶縁層１２は、基板１１上に配設された二酸化ケイ素層であり得る。基板構造体１１、１２上に、ダイオード５を画定する半導体層スタック１３が配設され得る。本発明のいくつかの実施形態では、二酸化ケイ素層１２は、窒化ケイ素層で置き換えられ得る。好ましくは、シリコン基板１１及び二酸化ケイ素層１２は、好ましくは（１１１）デバイス層結晶方位を有するシリコンオンインシュレータ（「ＳＯＩ」）ウエハから形成されている。本発明のいくつかの実施形態では、絶縁層がない場合がある。

上述した実施形態によるダイオード５を画定する半導体層スタック１３は、好ましくは二酸化ケイ素層から作られた絶縁層１２上に、かつ絶縁層１２と接触して配設されている第１の半導体層１４を含む。第１の半導体層１４は、第１の導電性タイプのドーパントで重ドープされている。本発明の実施形態によれば、第１の半導体層１４は、重ｎドープされている。第１の半導体層１４は、第１の多層構造体１０の第１の中心領域Ｒ１においてｚ方向に測定された第１の厚さｔ_１と、第１の厚さｔ１よりも小さい第２の厚さｔ_２と、を他の箇所に有する。第１の中心領域Ｒ１は、ｘ方向に測定される。

第１の領域Ｒ１の外側の第１の半導体層１４上に、すなわち第１の半導体層１４の厚さがｔ_２であるｘ－ｙ平面内の場所に、第２の層１５が配設され得る。第２の層１５は、第１の導電性タイプのドーパントでドープされた半導体層基板であり得る。ドープされた基板とは、第３の半導体層１６のドーピング濃度よりも約１０^２～１０^３倍少ない、非常に低いドーピング（又はドーピングなし）濃度を有することを意味する（以下を参照）。他の実施形態によれば、層１５は、分離層、例えばポリマー層、である。

半導体層スタック１３は、第１の中心領域Ｒ１における第１の半導体層１４上に、すなわち第１の半導体層１４の厚さがｔ_１であるｘ－ｙ平面内の場所に、配設されている第３の半導体層１６を含む。半導体層スタック１３の第３の半導体層１６は、第１の導電性タイプのドーパントで弱ドープされている。本発明の実施形態によれば、第３の半導体層１６は、ｎドープされており、好ましくは１００ナノメートル（ｎｍ）～５００ナノメートル（ｎｍ）の厚さを有する。

第１の多層構造体１０は、好ましくは白金を含む第１の導電層１７を更に備えるが、アルミニウム、モリブデン、クロム、金、及び／又は銀などの他の材料が使用されてもよい。

第１の導電層１７は、半導体層スタック１３の第３の半導体層１６及び第２の半導体層１５上に少なくとも部分的に配設され得、第１の導電層１７は、第３の半導体層１６上に配設された第１の導電層１７の部分が、第２の半導体層１５上に配設された第１の導電層１７の部分に接続されていないように、導電層ギャップＧ（ギャップＧとも称される）を画定する。換言すれば、第１の導電層１７の第１の部分は、第１の領域Ｘ_１内の第１の中心領域Ｒ１上の第３の半導体層１６と圧電層１８の少なくとも一部分との間に挟まれており、第１の導電層１７の第１の部分及び第２の部分が第１の導電層Ｇを画定するように、第２の導電層１５の少なくとも一部分上に第１の導電層１７の第２の部分が配設されている。

本発明の実施形態によれば、圧電層１８は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、スカンジウムドープされた窒化アルミニウム（Ｓｃ－ＡｌＮ）、ＰＭＮ（化学式：Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３）、ＰＺＮ（化学式：Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３）、ＰＭＮ－ＰＴ、ＰＺＴ－ＰＭＮ、ＺｎＯ、ＺｎＯ２、又は薄膜として作製できる任意の他の圧電材料であり得る。圧電層１８は、導電層１７上に配設され得、第１の導電層ギャップ又はギャップＧを充填し得る。第１の多層構造体１０は、圧電層１８上に配設された上部電極１９を更に備えてもよい。この上部電極１９は、本発明の実施形態で先述したような第１又は第２の電極であり得る。第１の多層構造体１０は、圧電層１８、導電層１７、及び第２の半導体層１５を通って延在し得る凹部Ｐ１を更に備える。第１の半導体層１４上の凹部Ｐ１に、第２の電極２０が設けられ得る。

本発明の実施形態によれば、多層構造体１０は、図４ａに関連する上述した層及び特徴を備え得、半導体層スタック１３の上部の層は、２つ以上の圧電層及び対応する電極に加え、圧電層及び／又は導電層間に、及び／又はデバイス全体の上に、いくつかの絶縁及び保護層を有し得る。絶縁層は、ポリイミドなどのポリマー、又はＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、若しくはＳｉＮなどのセラミック、又はそれらの組み合わせであり得るが、それらに限定されない。

導電層１７と、ドープされた、好ましくは低ドープされた、半導体層と、の間の界面に、ショットキー接合部が形成されている。この界面が参照される場合、金属／ｎドープされた界面又はアノードが参照される。他方の側は、金属／ｎ＋ドープされた界面又はカソードと称される。

シリコン基板１１及び二酸化ケイ素層１２を貫いてキャビティＣ１が設けられており、これにより、半導体層スタック１３、導電層１７、及び圧電層１８を備える第１の多層構造体の第１の部分が、第１の領域上のキャビティＣ１上に架設されているか、又はこのキャビティＣ１上に重なるように、第１の領域Ｘ_１は、ｘ方向に測定されたキャビティＣ１の幅に実質的に対応する距離にわたってｘ方向に延在する。キャビティがｙ方向に延在することにも留意されたく、このことは、図には示されていない。

第１の領域Ｘ_１上に延在するこの第１の部分は、少なくとも１つの膜と、超音波を受信及び放射するようにこの少なくとも１つの膜を振動させるための少なくとも１つの手段と、備える超音波源を画定する。領域第１のＸ_１にわたって延在する少なくとも１つの膜は、半導体層スタック１３の第１の部分及び導電層１７を備え得るのに対して、膜を振動させるための手段は、圧電層１８の一部分を備え得る。それゆえ、膜を振動させるための手段は、例えば、圧電ＭＵＴ（「ｐＭＵＴ」）を形成するための圧電材料の層、又は容量性ＭＵＴ（「ｃＭＵＴ」）を形成するための真空キャビティを合わせた多層構造体を備え得る。各ＭＵＴは、音波を伝送及び受信することができる。膜を振動させる手段と接触した第１の電極と第２の電極との間に電圧差が印加されると、音響波が生成される。逆に、到達するか又は検出された音波は、ＭＵＴに運動を生成し、手段によって検出される電気信号を生成する。

第１の多層構造体１０は、電極１９及び２０とともに、超音波トランスデューサ２を提供する。しかしながら、以下により詳細に記載するように、いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ２は、図４ａに例示されたキャビティＣ１とは異なるキャビティを画定するｃＭＵＴである。

圧電層１８は、高電位及び低電位の電極１９、２０の間の電圧差を印加すると、膨張及び収縮することができる。これにより、圧電層１８及び導電層１７及び半導体層スタック１３の、第１の領域Ｘ_１上の架設部分の、ｚ方向（多層構造体１０の平面に垂直である）の振動が引き起こされ、これが、超音波を放射させる。逆に、到達するか又は検出された音響波は、ｐＭＵＴにおける少なくとも１つの膜の運動を生成し、電極１９、２０によって検出される電気信号を生成する。

第１の電極１９、例えば高電位電極は、本明細書で前述したように、超音波トランスデューサアレイデバイス１の行電極３に接続され得るか、又は行電極３の一部を形成し得る。第２の電極２０、例えば低電位電極は、本明細書で前述したように、超音波トランスデューサアレイデバイス１の列電極４に接続され得るか、又は列電極４の一部を形成し得る。

図４ｂを参照すると、修正された第１の多層構造体１０’は、修正された第１の多層構造体１０’がまた、半導体層スタック１３と絶縁層１２との間の接地導体の抵抗率を低減するために、金属層２２を備えることを除いて、図４ａの第１の多層構造体１０と同じであり、絶縁層１２は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層１２であり得る。図４ａ及び図４ｂに示される実施形態は、上に保護分離層を有し得る。

図５に、図４ｂの多層構造体の上面図が提示されている。第１の１９及び第２の２０の電極を、金属層２２とともに確認することができる。領域Ｘ１がキャビティＣ１の幅を画定することがまた、示されている。層１８、１７、１５は、層２２を可視化するために図に示されていないことに留意されたい。

図６を参照すると、本発明の実施形態による超音波トランスデューサアレイデバイス１に備えられ得る第２の多層構造体５０が示されている。図４ａに描示されているような第１の多層構造体１０と同様に、第２の多層構造体５０は、第２の基板構造体を備え、第２の基板構造体は、例えば、第２のシリコン基板５１と、シリコン基板５１上に配設された第２の二酸化ケイ素層５２と、を備え得る。第２の多層構造体５０は、二酸化ケイ素層５２上に配設された第２の半導体層スタック５３と、第２の半導体層スタック５３の少なくとも一部上に配設された第２の導電層５６、例えば金属層と、第２の導電層５６上に配設された第２の圧電層５７と、を更に備える。

第２の多層構造体５０の第２の半導体層スタック５３は、第２の基板構造体、具体的には二酸化ケイ素層５２、上に配設され、かつこれと接触した第４の半導体層６０を備え得る。第４の半導体層６０は、第１の導電性タイプのドーパントで重ドープされ得る。実際、本発明の実施形態によれば、第４の半導体層６０は、（シリコン）ｎ＋ドープされ、１ｃｍ^３当たり１０^１８～１０^２１の相対濃度を有し得る。

第２の中央領域Ｒ_２を除いて、第４の半導体層６０の上に、層６１が配設され得る。第２の中央領域Ｒ２は、第２の多層構造体５０の少なくとも一部分を備え、ｘ方向に延在し、この方向に、第２の上部電極５９が第２の多層構造体５０の少なくとも一部分と接続されている。層６１は、第１の導電性タイプのドーパントのドーピング濃度が非常に低い、又は更にはまったくドーピングがない、第５の半導体層であり得る。本発明のいくつかの実施形態によれば、第５の層６１は、好ましくは第６の半導体層６２（次の段落を参照）のドーパント濃度よりも少なくとも１０^２倍小さい、第１の導電性タイプのドーパントでドープされた基板である。他の実施形態によれば、層６１は、分離層、例えばポリマー層、である。

第２の半導体層スタック５３はまた、第２の中央領域Ｒ_２における第４の半導体層６０上に配設されている第６の半導体層６２と、第２の中央領域Ｒ_２における第６の半導体層６２上に配設されている第７の半導体層６３と、を備えてもよい。本発明の実施形態によれば、第６の半導体層６２は、ｎドープされており、第７の半導体層６３は、ｐ＋ドープされている。第６の半導体層６２及び第７の半導体層６３の組み合わされた厚さは、およそ１～５マイクロメートル（μｍ）であり得るが、それらに限定されない。

基板のドープされた領域は、概して、ｎ－（又はｐ－）ドープされた領域よりもおよそ１０^２～１０^３倍小さいドーピング濃度を有する。ｎ－（又はｐ－）ドープされた領域は、概して、ｎ＋（又はｐ＋）領域よりもおよそ１０^２～１０^４倍小さいドーピング濃度を有する。

第２の多層構造体５０は、第２の導電層５６上に配設され、かつ第２の導電層ギャップＧを充填している第２の圧電層５７を更に備える。第２の多層構造体５０は、第２の中心領域Ｒ_２内の第２の圧電層５７上に配設された第２の上部電極５９を更に備える。第２の多層構造体５０はまた、第２の圧電層５７、第２の導電層５６を通って、かつ第２の半導体層スタック５３を部分的に通って延在する第２の凹部Ｐ２を有する。第４の半導体層６０の凹部Ｐ２に、第２の電極７０が設けられている。第６及び第７の半導体層６２、６３間の境界に、ｐ－ｎ接合ダイオードが形成されている。電極５９、７０間に正の電圧差が印加されると、ｐ－ｎ接合部に空乏層が形成され、電極５９、７０間に電流が流れることができる。電極５９及び７０の間のキャパシタが完全には充電されていない本発明の特定の実施形態では、電極５９、７０間に正の電圧差が印加されると、ｐ－ｎ接合部に空乏層が形成され、電極間に電流が流れることができる。

第２の基板、具体的にはシリコン基板５１及び二酸化ケイ素層５２を貫いて第２のキャビティＣ_２が設けられており、これにより、半導体層スタック５３、第２の導電層５６、及び圧電層５７の一部分を含む層構造体の一部分Ｘ_２が、第２のキャビティＣ_２上に架設されている。この部分Ｘ_２は、電極５９及び７０とともに、図４ａに関連して本明細書で前述したように、超音波を放射及び受信することができる超音波トランスデューサ２を提供する。第２のキャビティＣ_２上に重なっているか、又は架設されている第２の多層構造体５０の部分Ｘ_２は、膜と、超音波を放射するように膜を振動させるための手段と、を備える超音波源及び受信器を画定し得る。膜は、第２の領域Ｘ_２内に延在する半導体層スタック５３及び第２の導電層５６の一部分によって画定され得るのに対して、膜を振動させるための手段は、第２の領域Ｘ_２内の圧電層５７の少なくとも一部分及び上部電極５９によって画定され得る。

第１の上部又は正電極５９は、本明細書で前述したように、トランスデューサアレイの行電極３に接続され得るか、又は行電極３の一部を形成し得る。第２の下部又は負電極７０は、本明細書で前述したように、トランスデューサアレイの列電極４に接続され得るか、又は列電極４の一部を形成し得る。

図６に示されるような第２の多層構造体５０の実施形態は、ｐ－ｎ接合ダイオードと要されるダイオード構造体を含む。このダイオードは、ｐ＋／ｎ－接合部を有する。導電性領域又は層をｐ＋領域又は層に接続することによって、アノードがアクセスされ得る。ｎ＋領域又は層は、接地信号コネクタとして機能し、カソードとして導電層７０によってアクセスされる。非常に低いドープされた領域又はドープされていない領域の利点は、全ての寄生成分の低減である。

図７に描示されたような多層構造体は、半導体層スタック８３の下の金属層８９を除いて、図６における、かつ前に議論したような第２の多層構造体と同様である。これは、ｎ＋が接地信号として働く高抵抗率を有し、かつ金属層に付着しているためである。

図７を更に参照すると、本発明の実施形態による超音波トランスデューサアレイデバイス１に備えられ得る第３の多層構造体８０が示されている。第３の多層構造体８０は、第２の多層構造体５０と同様であり、第３の基板８１及び第３の絶縁層、具体的には第３の基板８１上に配設された二酸化ケイ素層８２、を備える第３の基板構造体を備える。第３の半導体層構造体８０は、第３の基板構造体８１，８２上に配設された第３の半導体層スタック８３と、第３の半導体層スタック８３の少なくとも一部分上に配設された第３の導電層８６と、少なくとも一部分が第３の導電層８６上に配設された第３の圧電層８８を更に備えてもよい。

第３の多層構造体８０は、第３の絶縁層８２、具体的には二酸化ケイ素層と、第３の半導体層スタック８３と、の間に配設された第４の導電層８９を追加的に備える。

第３の半導体層スタック８３は、以下のように構成され得る。ｚ方向の上部電極９８と第３の基板構造体８１、８２との間の第３の中央領域Ｒ_３を除いて、第４の金属層８９上に、層９１が配設され得る。層９１は、いくつかの実施形態では、非常に低い（又はドーピングなしの）基板ドーピング濃度を有する第８の半導体層９１であり得る。他の実施形態によれば、層９１は、分離層、例えばポリマー層、である。

第３の半導体層スタック８３は、第９、第１０、及び第１１の半導体層９２、９３、９４を更に含み得、それぞれ、第３の中心領域Ｒ_３にその順に第２の金属層８９上に配設されている。すなわち、第９の半導体層９２は、第４の金属層８９に隣接しており、第１１の半導体層９４は、第３の導電層８６に隣接しており、第１０の半導体層９３は、第９及び第１１の半導体層９２、９４間にある。第１０及び第１１の半導体層９３、９４の組み合わされた厚さは、およそ１～５マイクロメートル（μｍ）である。

本発明の実施形態によれば、第９の半導体層９２は、ｎ＋ドープされ得る。第１０の半導体層９３は、ｎ－ドープされ得る。第１１の半導体層９４は、ｐ＋ドープされ得る。これらの特徴の機能は、図６における対応する層について説明したものと同じである。

第３の圧電層８８は、第３の金属層８６上に配設され、ギャップＧを充填している。第３の多層構造体８０は、圧電層８８上に配設された上部電極９８を更に備える。第３の多層構造体８０はまた、第３の圧電層８８、第３の金属層８６を通り、かつ第３の半導体層８３を通って延在する第３の凹部Ｐ_３を有する。第２の金属層８９上の第３の凹部Ｐ_３に、負電圧電極９５が設けられている。

第３の基板構造体、具体的にはシリコン基板８１及び二酸化ケイ素層８２によって、第３のキャビティＣ_３が画定され、これにより、第４の金属層８９、第３の半導体層スタック８３、第３の金属層８６、及び第３の圧電層８８を含む第３の多層構造体の一部分Ｘ_３が、キャビティＣ３上に架設されている。この第３の部分Ｘ３は、少なくとも１つの膜と、超音波を放射するように膜を振動させるための少なくとも１つの手段と、を画定し得る。実際、この部分Ｘ_３は、電極９８及び９５とともに、図４に関連して本明細書で前述したように、超音波を放射することができる超音波トランスデューサ２を提供する。

電極９８は、本明細書で前述したように、超音波トランスデューサアレイデバイス１の行電極３に接続され得るか、又は行電極３の一部を形成し得る。電極９５は、本明細書で前述したように、トランスデューサアレイの列電極４に接続され得るか、又は列電極４の一部を形成し得る。

本発明の実施形態によるアレイデバイスに備えられたダイオードは、本明細書で前述したように、ショットキーダイオード又はｐ－ｎダイオードによって提供され得る。しかしながら、ダイオードを提供するための他の可能性は、本発明の範囲内である。例えば、電界効果トランジスタは、方向性の電流フローを提供するように、ダイオードとして使用され得る。

図８を参照すると、本発明による多層構造体の別の実施形態が提示されている。図８の実施形態は、別の半導体層（例えば、Ｓｉ又はＳｉＣ）又はポリマー若しくはＳｉＯ２若しくはＳｉＮ層であり得る機構層１１５を含む。機構層１１５が半導体層である場合、この層は、ドープされている場合があるか、例えば第１の導電性タイプのドーパントでドープされた基板である場合があるか、又はまったくドープされていない場合がある。いくつかの実施形態では、層１１５は、存在しない場合がある。ＭＵＴ層は、圧電層１８及び第１の導電層１７を備える。第１の導電層は、機構層１１５上に配設されている。図８に示される特定の実施形態では、導電層１７の第１の部分は、圧電層１８の少なくとも一部分と機構層１１５との間に挟まれている。重ドープされた半導体層１４及び弱ドープされた半導体層１６の位置は、図４の実施形態と比較して反転され、重ドープされた半導体層は、ここでは、弱ドープされた半導体層よりもキャビティから遠く離れている。図８の構造体の上に、絶縁層１２５の一部とダイオードを画定する半導体層スタックとを覆う上部電極導電性配線路４７（例えば、金属配線路）が示されている。この半導体層スタックは、この実施形態では、導電層１１９上に配置されている。半導体スタックは、図８において厚さｔ８を有する。この半導体層スタックは、スタックの異なる層がｚ方向に逆の順序で配置されるならば、他の実施形態で示される半導体層スタックのいずれかとして実装され得ることに留意されたい。いくつかの実施形態では、導電層１１９は、複数の層を備えるため、多層構造体を形成し得る。分離層１２５は、半導体層を、例えばアレイにおける近隣のダイオードから、保護する。半導体層スタックは、いくつかの実施形態では、領域Ｒ１内で第１の半導体層と第１の導電層の第１の部分との間に挟まれた、第２の導電性タイプのドーパントで重ドープされた半導体層を備え得る。

先述の本発明の多層構造体の実施形態は、対応する分離層とともに、例えば、２つの又は更にはより多いキャビティを有する、かつ／又は追加の半導体層スタック及び／又は導電性配線路、例えば金属配線路、のスタックを有する多層構造体をもたらす、様々な方法で組み合わせられ得る。例えば、図９は、図８と同じであるが、領域Ｘ１及びＸ２にｐＭＵＴを有し、領域Ｒ１及びＲ２に２つの半導体多層スタックを有する。第１の導電性配線路４７はまた、領域Ｒ２の第２の半導体多層上に部分的に配設されている。第２の導電性配線路４８は、第２の領域Ｒ２上の第１の導電性配線路４７の上に配設されている。領域Ｒ１における第１の導電性配線路４７及び絶縁層１２５は、絶縁層１２６で覆われている。分離層１２６の一部と領域Ｒ２においてダイオードを画定する半導体層スタックとを覆う第３の導電性配線路４９（例えば、金属配線路）が示されている。第３の導電層４９は、領域Ｘ２において第２の超音波トランスデューサの上部電極として機能する。同様に、短絡を回避するために、中間絶縁層によって、より高い導電性の配線路を互いの上に配設することができる。

本明細書で前述した例示的な多層構造体は、ｐＭＵＴを形成するための圧電層を備えるが、この原理は、ｃＭＵＴを提供するために等しく適用可能である。例えば、図１０を参照すると、本発明の実施形態による超音波トランスデューサアレイデバイス１に含まれ得る第４の多層構造体１００が示されている。第４の多層構造体１００は、好ましくはシリコン製の、第４の基板構造体１０１と、シリコン基板１０１上に配設された第４の半導体層スタック１０３と、を備える。このｃＭＵＴダイオード構成の第４の半導体層スタック１０３は、本明細書で前述した半導体層スタック１３、５３、８３のいずれであり得る。第５の導電層１０４、例えば金属層は、第４の半導体層スタック１０３上に配設されている。第１の非導電層１０５は、第４の中央領域Ｒ_４を除いて、第５の導電層１０４の少なくとも一部分上に配設されている。第２の非導電層１０６は、第４の中央領域Ｒ_４にｃＭＵＴキャビティ１０７を形成するように、第１の非導電層１０５上に配設されている。ｃＭＵＴキャビティ１０７は、真空キャビティであり得る。電極１０８は、第４の中心領域Ｒ_４における第２の非導電層１０６上に配設されている。第４の凹部Ｐ４は、第２の非導電層１０６、第１の非導電層１０５、及び第５の導電層１０４を貫いて設けられている。電極１０９は、半導体層１０３上の第４の凹部Ｐ_４に配設されている。電極１０８と電極１０９との間に交流電圧が印加されると、第４の中央領域Ｒ_４にある、すなわちｃＭＵＴキャビティ１０７上に架設されている、第２の非導電層の一部分が、電極１０８と導電層１０４との間の交互する誘引及び反発に起因して振動する。これにより、超音波が放射される。振動はまた、キャパシタとして機能するｃＭＵＴキャビティ１０７の内部の、及び２つの電極１０４及び１０８間の交番静電力が原因で存在し得る。

非導電層１０５、１０６は、例えば、ポリＳｉ、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、又は他のポリマーを含み得る。

図６～１０のいずれかに示されるような超音波トランスデューサ多層構造体の実施形態は、上に保護絶縁層を有し得る。

図１１に、ｃＭＵＴを有する別の実施形態が例示されている。ｃＭＵＴキャビティは、導電層１０４と非導電層１０５及び１０６との間に、図１０に関して説明したように作成されている。第４の半導体層スタック１０３（既述したように、先述した半導体層スタック１３、５３、８３のいずれであり得る）は、ここでは、電極１０８の上に、ただしｚ方向に逆の順序で位置決めされている。図８とまったく同じように、半導体層スタック１０３を少なくとも部分的に覆う上部電極導電性配線路４７（例えば、金属配線路）が設けられている。様々なＭＵＴの下部電極が互いに接続されるのを避けるために、導電層１０４にギャップＧが備えられている。

本発明の実施形態によれば、超音波トランスデューサアレイデバイスは、ダイオードをオンに保ち、かつ超音波信号の受信機能を作動させるために、超音波トランスデューサに電力を供給するように適合された少なくとも１つの電源を更に備える。この電源は、超音波トランスデューサ及び対応するダイオードと直列に配置されたＤＣ電源であり得る。

本発明の別の態様に従って、先行実施形態のいずれかによる超音波トランスデューサアレイデバイスを製造する方法が以下に提示されている。この方法は、アレイ構成に従って第１のウエハを提供するステップであって、第１のウエハは、半導体層スタックを画定する、提供するステップ、第２のウエハ、好ましくはＳｉＯ２層又は窒化ケイ素層を備えるシリコンベースのウエハ、を提供するステップ、第１のウエハを第２のウエハに接合して、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハを画定するステップであって、第２のウエハは、ＳＯＩウエハの埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層を画定する、画定するステップ、第１のウエハを超音波トランスデューサアレイデバイスの所定の厚さまで加工するステップ、を含む。

本発明の実施形態は、超音波トランスデューサアレイデバイスの製造のための本発明が、ダイオードのアレイを備えるベース層を提供するステップと、ベース層上に超音波トランスデューサのアレイを作製するステップと、を含むことを更に含む。

具体的には、本発明によるｐＭＵＴ層スタックを有する超音波トランスデューサアレイデバイスの製造のための方法の実施形態は、所定のアレイ構成に従って、第１のウエハを提供するステップであって、第１のウエハは、前述した本発明の少なくとも１つの実施形態による半導体層スタックを画定する、提供するステップ、第２のウエハ、好ましくはＳｉＯ２層又は窒化ケイ素層を備えるシリコンベースのウエハ、を提供するステップ、第１のウエハを第２のウエハに接合して、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハを画定するステップであって、第２のウエハは、ＳＯＩウエハの埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層を画定する、画定するステップ、第１のウエハをトランスデューサアレイデバイス層の所定の厚さまで加工するステップ、を含む。

第１のウエハの加工は、薄化及び研磨ステップを含む。

本発明による方法の実施形態は、イオン実装されている第１のウエハを提供し得る。イオン実装はまた、ＳＯＩウエハが形成された後に実行されてもよい。

本発明による方法の実施形態は、物理的蒸着（ＰＶＤ）又は化学的蒸着（ＣＶＤ）のような、それらに限定されない、堆積技法を使用して第２のウエハを提供する前に、第１のウエハ上に、所定のアレイ構成に対応する所定のパターンを有する導電層を追加するステップを含み得る。

この方法は、
－第２の電極又は下部電極をＳＯＩウエハ上に堆積するステップと、
－圧電層をＳＩＯウエハ上に堆積し、圧電層をパターニングして接地電極にアクセスするステップと、
－各膜の上に、第１の電極又は上部電極を堆積するステップと、
－第２のウエハの背面上に、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）プロセスを使用して膜を実現するステップと、
－エッチングによってボックス層を除去するステップであって、エッチングプロセスは、フッ化水素（ＨＦ）エッチングプロセスであり得るが、それに限定されない、除去するステップと、を更に含む。

本発明の実施形態によれば、第１の電極又は上部電極は、各膜よりも小さい場合がある。

図１２ａ～１２ｃを参照すると、本発明の実施形態によるマイクロマシン超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）が示されている。容量性ＭＵＴ（以下、１つ又は複数の「ｃＭＵＴ」とも称される）及び圧電ＭＵＴ（以下、「ｐＭＵＴ」又は「ｐＭＵＴ」とも称される）の両方は、半導体バッチ作製を使用して製造された微小電気機械システム（ＭＥＭｓ）デバイスである。

トランスデューサ８０１は、超音波源８０２と、少なくとも１つの超音波源８０２に音響的に結合されたキャビティ８０３と、を備える。キャビティ８０３は、上記の本発明に関連して記載されているように、ｐＭＵＴ又はｃＭＵＴキャビティであり得る。

超音波源８０２は、第１の方向（ｚ方向）に沿って画定される膜厚を有する少なくとも１つの振動可能な膜８０４と、超音波を放射するように少なくとも１つの振動可能な膜８０４を振動させるための、かつ／又は超音波を受信するために少なくとも１つの振動可能な膜８０４の振動を検出するための少なくとも１つの手段８０５と、を備える。少なくとも１つの振動可能な膜８０４は、上記の本発明の実施形態に関連して説明されているように、ダイオードと半導体層上に配設された第１の導電層とを画定する半導体層スタックの少なくとも一部分であり得る。超音波を放射するように少なくとも１つの振動可能な膜８０４を振動させるための、かつ／又は超音波を受信するために少なくとも１つの振動可能な膜８０４の振動を検出するための、少なくとも１つの手段８０５は、第１の導電層上に配設されたＭＵＴ層スタックの一部分、及びＭＵＴ層スタック上に配設された電極であり得る。

本明細書で使用される場合、かつ別段明記しない限り、少なくとも１つの振動可能な膜を参照する場合、膜８０４も参照され得る。

本明細書で使用される場合、かつ別段明記しない限り、超音波を放射するように少なくとも１つの振動可能な膜を振動させるための、かつ／又は超音波を受信するために少なくとも１つの振動可能な膜の振動を検出するための、少なくとも１つの手段を参照する場合、膜を振動させるための手段、すなわち手段８０５も参照され得る。

キャビティ８０３は、第１の端部８０６及び第２の端部８０７を有し、第２の端部８０７は、第１の方向（ｚ方向）に沿って第１の端部８０６に対向している。キャビティ８０３は、側壁８０８、第１の端部８０６における膜８０４、及び第２の端部８０７における端部壁８０９（以下、第２の端部壁８０９とも称される）によって境界付けられている。膜８０４は、キャビティの第１の端部８０６に位置し、キャビティの第１の端部８０６を閉鎖している。例えば、この膜は、キャビティの第１の端部において側壁８０８に接合され得る。好ましくは、側壁８０８及び第２の端部壁８０９は、モノリシックである。このことは、トランスデューサ８０１の作製を簡素化するのに役立ち得る。いくつかの実施形態では、側壁８は、第２の端部壁８０９に別個に設けられ得、例えば、接着剤を塗布するか、又は接合プロセスを使用して、第２の端部壁９に固定され得る。

以下により詳細に記載するように、膜を振動させるための少なくとも１つの手段８０５は、例えば、ｐＭＵＴを形成するための圧電材料の層又はｃＭＵＴを形成するための真空キャビティと一緒になった多層構造体を含み得る。各ＭＵＴは、音波を伝送及び受信することができる。音響波は、手段８０５と接触した第１の電極と第２の電極との間に電圧差が印加されると生成される。逆に、到達するか又は検出された音波は、ＭＵＴに運動を生成し、手段８０５によって検出される電気信号を生成する。

具体的には、本発明の実施形態による「停止」構成又は状態のトランスデューサのｚ－ｘ平面内の概略断面図を描示している図１２ａを参照すると、膜８０４は、変形していない。

本発明の実施形態による「作動した」構成のトランスデューサの図１２ａと同じ概略断面図を描示している図１２ｂ及び１２ｃを参照すると、膜８０４は、手段８０５によって振動し、膜８０４は、ｚ方向に定期的に変位し、キャビティ（図１２ｂ）から離れるｚ方向の最大変位と、キャビティ（図１２ｃ）内でのｚ方向の最大変位と、の間で移動する。

側壁８０８は、例えば、キャビティ８０３が円筒形状を有し、したがって、停止時に膜８０４に平行な平面、すなわちｙ軸が図に示されるｘ及びｚ軸に垂直であるｘ－ｙ平面、で取られる円形断面を有する場合、単一の連続的な側壁であり得る。側壁８０８は、例えばキャビティがｘ－ｙ平面内に多角形である断面を有する場合、いくつかの隣接する側壁で構成され得る。例えば、キャビティ８０３は、立方体形状を有し得、断面は、正方形形状であり得る。

キャビティの第１の端部８０６が閉鎖されるように膜８０４を設けることにより、液体又はゲルがキャビティ内に漏れてトランスデューサの音響特性を変化させ、かつトランスデューサを損傷させ得るリスクを伴わずに、液体又はゲルと接触したままトランスデューサを使用することが可能になる。

膜は、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ、又はＡｌ_２Ｏ_３などのセラミック、シリコンなどの半導体、ポリマー、ダイヤモンド薄膜などの炭素系材料、ガラス若しくは石英、又は他の好適な薄膜を含み得る。

キャビティ８０３は、キャビティの内部の少なくとも１つの媒体又は材料を介して膜８０４に音響的に結合され、膜８０４によって生成された定在波を支持することができる。キャビティ８０４の内部の少なくとも１つの媒体又は材料は、膜８０４に少なくとも部分的に接続されており、空気、ヘリウム、シリコーン油、ヒマシ油、ゲル、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂、発泡プラスチック、発泡金属、軟質ゴム、シリコーンゴム、吸音ゴム、ブチルゴム、ガラスウール、ガラス繊維、フェルト、シルク、布、及びマイクロパーフォレーテッドパネルを含むが、それらに限定されない、気体材料、固体材料、又は液体材料である。

膜８０４の周期的な振動は、膜８０４の振動の周波数ｆが、式（１）に提示されているような関係を満たすならば、キャビティ８０３内の圧力の対応する周期的な変化を引き起こす：

式中、ｎは、正の整数であり、ｖは、キャビティ８０３内の音速であり、Ｌは、キャビティの長さである。第２の端部８０７における節と、膜８０４における腹と、を有する定在波を、キャビティ８０３内に設定することができる。キャビティ８０３の長さＬは、膜８０４が変形していないときに、キャビティ８０３の第１の端部８０６と第２の端部８０７との間で測定される。膜８０４の共振周波数は、幾何学形状、厚さ、直径などの膜８０４の機械的特性、並びに膜の上の他の層の機械的特性、及び一方の層の残留応力の他方への影響などの互いに対するそれらの相互効果に依存する。超音波源がｃＭＵＴである場合、すなわち、その膜８０４が手段８０５に埋め込まれた真空キャビティ上に浮遊するｃＭＵＴの膜であることを意味する場合には、共振周波数はまた、ｃＭＵＴのＤＣバイアス電圧に依存する。

定在波を支持するために、キャビティ８０３は、真空を内有せず、空気、ヘリウム、シリコーン油、ヒマシ油、ゲル、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂、発泡プラスチック、発泡金属、軟質ゴム、シリコーンゴム、吸音ゴム、ブチルゴム、ガラスウール、ガラス繊維、フェルト、シルク、布、及びマイクロパーフォレーテッドパネルを含むがこれらに限定されない、気体媒体、固体媒体、又は液体媒体などの少なくとも１つの音響的に好適な媒体で充填されている。少なくとも１つの音響的に好適な媒体により、定在波は、キャビティ８０３の所与の長さＬと定在波が発生する周波数とに対する特定の波長を有することが可能になる。

本発明の好ましい実施形態によれば、音響的に好適な材料は、共振の減衰及びＭＵＴの帯域幅の拡大につながり得る。

真空を内有するキャビティ８０３は、定在波を支持することができない。音響的に好適な材料は、膜８０４が振動中に材料との接触を失わないように、膜８０４の移動に起因する力を受けるときに圧縮及び膨張することができる材料である。キャビティ８０３が非気体媒体で充填されている場合、キャビティ充填材料は、キャビティ充填材料が膜８０４の振動を防止又は制限し、かつデバイス全体の機械的特性を望ましくないように変化させることを回避するために、キャビティ充填材料のスティフネス及び剛性は、膜８０４のスティフネス及び剛性よりも著しく低いとよい。いくつかの実施形態では、例えば、キャビティ８０３の壁８０８、８０９が導電性材料を含む場合、壁の材料は、作製プロセスに干渉しないように、比較的小さい導電率を有する材料として選定され得る。

好ましくは、キャビティ８０３に内有される媒体又は材料の音響インピーダンスは、キャビティ８０３の第２の端部８０７における第２の端部壁８０９の音響インピーダンスと実質的に異なる。このことは、キャビティ３内の超音波のかなりの割合が、第２の端部８０７における第２の端部壁８０９によって反射され、かつ強い定在波に寄与することができるという利点を有する。キャビティに内有される媒体の音響インピーダンスは、第２の端部壁８０７における第２の端部壁８０９の音響インピーダンスと異なり得る。本発明の実施形態によれば、音響インピーダンスは、第２の端部８０７における第２の端部壁８０９の音響インピーダンスよりも少なくとも５０倍小さいか又は大きい、より好ましくは、少なくとも１００倍大きいか又は小さい、更により好ましくは、少なくとも５００倍又は少なくとも１０００倍大きいか又は小さい場合がある。

膜８０４は、膜８０４をキャビティ８０３の共振周波数ではない周波数で振動させるときと比較して、キャビティ８０３の共振周波数の中の周波数で振動させるときに、振動の振幅の増加を呈する。λをキャビティ８０３内の伝送される超音波の波長として、キャビティ長Ｌがλ／４の奇数倍である場合、第１の端部８０６からの伝送波と反対側の第２の端部８０７からの反射波との最大の建設的干渉は、キャビティ８０３と膜８０４との間の界面で生じる。この建設的干渉は、膜８０４の振動のための追加の駆動力を提供し、建設的干渉が生じない状況と比較して振動の振幅を増加させる。したがって、適切なキャビティ長Ｌを選定することによって、トランスデューサの出力圧力を増加させることができる。出力された超音波は、図１２ｂに示されるように、一般にｚ方向にある方向Ｒに放射される。

キャビティ長Ｌは、トランスデューサの出力圧力の増加を得るために、λ／４と正確に等しい必要はない。実際、キャビティの長さＬは、±λ／２の誤差マージンを有する、λ／４の任意の奇数積であり得る。例えば、λを定数として、λ／４の５倍又はλ／４の７倍のキャビティ長Ｌは、ｆ＝ｃ／λの共振周波数を有する定在波を支持するのに十分であり、ここで、ｃは真空中の光速である。±λ／２間の長さＬの任意の変動は、定在波共振周波数の誤差を引き起こし得る。許容公差の量は、用途に依存し得る。例えば、撮像用途については、水中又はゲルで１～１０メガヘルツ（ＭＨｚ）の共振周波数の膜は、中心周波数ｆ_０の約５０～１００％の帯域幅を有する（これは、用途に依存する）。したがって、定在波の周波数は、

の範囲内であり得る。その結果、キャビティの長さＬは、Ｌ＝ｎ×λ／４、かつｎは奇数であるとして、０．８×Ｌ＜Ｌ＜１．３３×Ｌの間であり得る。

定在波を支持することができるキャビティ８０３を提供することの更なる利点は、このことが、放射超音波の帯域幅を調整することを可能にすることである。キャビティ８０３の周波数が膜８０４の周波数と組み合わさることに起因して、帯域幅を増加させ、こうして、複数の共振周波数を有するトランスデューサ８０１を提供し、したがって、定在波を支持することができるキャビティを備えないトランスデューサよりも広い帯域幅を提供することができる。

更に、キャビティ８０３内の少なくとも１つの音響的に好適な媒体は、膜８０４の振動を減衰させるのに役立ち得、これは、膜８０４上に減衰層を設けることを必要とせずにリンギングを防止するのに役立つ。キャビティ充填材料としての空気は、いくらかの減衰を提供し、キャビティ充填材料が例えば、油又はゲルなどの永久液体を含む場合に、より多くの減衰を提供することができる。本発明によるトランスデューサ８０１のキャビティはまた、固体材料、例えば固体樹脂、で充填され得る。

十分な減衰を提供するキャビティ充填材料は、膜の変位、したがって出力圧力を低減して、より低い信号対雑音比をもたらす可能性があり、これを、例えば、低雑音アナログ増幅器の使用によって補償することができる。好ましくは、固体材料は、超音波源の膜よりも高い少量の弾性を有する。したがって、膜が本発明の実施形態による固体材料に完全に取り付けられていることから、振動は、固体材料の弾性によって減衰される。

好ましくは、第２の端部壁８０９の曲げ剛性は、膜８０４の曲げ剛性よりも大きく、これを、ｚ方向の第２の端部壁８０９の厚さｔ８０９を、膜８０４の厚さｔ８０４よりも十分に大きいように選定することによって実装することができる。これは、キャビティ８０３内の定在波と干渉することとなり、かつトランスデューサ全体に不所望な振動モードを追加し得る第２の端部壁８０９の音響励起を低減又は回避するのに役立ち得る。好適な厚さは、膜８０４及び第２の端部壁８０９の材料の機械的特性に依存し、例えば、厚さｔ１及び／又はｔ２を変化させ、かつトランスデューサの出力モードを測定することによる実験を通して決定され得る。例えば、いくつかの実施形態では、膜８０４は、シリコンを含み、厚さ５マイクロメートル（μｍ）を有し、第２の端部壁８０９は、ステンレス鋼を含み、０．５ミリメートル（ｍｍ）の厚さを有する。

同様の理由、すなわち側壁８０８の音響励起を防止又は低減するために、好ましくは側壁８０８の音響インピーダンスは、キャビティ８０３内の材料の音響インピーダンスよりも十分に大きい。

図１３ａを参照すると、本発明の実施形態による第１の修正されたトランスデューサ９１０１の断面図が示されている。第１の修正されたトランスデューサ９１０１は、図１２ａ～１２ｃに関連して記載したトランスデューサ８０１と同様である。トランスデューサ８０１の特徴に加えて、第１の修正されたトランスデューサ９１０１は、第２の端部壁９１０９を貫く第１のマイクロチャネル９１２０を備え、キャビティ９１０３の第２の端部９１０７に開口部を有する。第１のマイクロチャネル９１２０は、キャビティ１０３を第１の修正されたトランスデューサ９１０１の外部環境に接続する。

図１３ｂを参照すると、本発明の実施形態による第２の修正されたトランスデューサ９２０１。第２の修正されたトランスデューサ９２０１は、図１２ａ～１２ｃに関連して記載したトランスデューサ８０１と同様である。トランスデューサ８０１の特徴に加えて、第２の修正されたトランスデューサ９２０１は、側壁９２０８を貫く第２のマイクロチャネル９２２１を備える。第２のマイクロチャネル９２２１は、キャビティ９２０３を第２の修正されたトランスデューサ９２０１の外部環境に接続する。いくつかの実施形態では、トランスデューサは、第１のマイクロチャネル９１２０及び第２のマイクロチャネル９２２１の両方を含むことができる。

マイクロチャネル９１２０、９２２１は、好ましくはキャビティ９１０３、９２０３内での圧力が一定であるように、キャビティ９１０３、９２０３内の媒体の圧力を調節するための手段を提供することができる。マイクロチャネル９１２０、９２２１は、例えば漸次の漏れが発生した場合に、キャビティ内の媒体を補充するための入口を提供することができる。マイクロチャネル９１２０、９２２１は、媒体の温度が上昇した場合に媒体に漏出経路を提供し、媒体を膨張させ、かつキャビティ９１０３、９２０３内の圧力を増加させることによって、変動する温度でのトランスデューサ９１０１、９２０１の信頼性の高い性能を提供するのに役立ち得る。

例えば、媒体が空気である場合、マイクロチャネル９１２０、９２２１は、更なる構成要素を必要とすることなく、トランスデューサを取り囲む環境への漏出経路を提供することができる。いくつかの実施形態では、例えば、媒体が、トランスデューサ９１０１、９２０１の周囲の環境に存在しないガスを含む場合、又は媒体が流体を含む場合、オーバーフローコンパートメント（図示せず）が、オーバーフローコンパートメントとキャビティ９１０３、９２０３との間の媒体の交換を可能にするように、例えばマイクロフルイディクスを介して、マイクロチャネル９１２０、９２２１に接続されているトランスデューサ９１０１、９２０１に隣接して設けられ得る。

好ましくは、キャビティ９１０３、９２０３は、膜８０４の断面寸法と実質的に同じである断面寸法を有する。断面寸法は、ｘ－ｙ平面内で測定される。このことは、断面寸法が測定される方向において、キャビティ内でトランスデューサによって生成された音響波の発散を防止又は低減するのに役立ち得る。発散を低減することによって、定在波の振幅を増大させることができる。

より好ましくは、ｘ－ｙ平面内のキャビティ８０３の断面は、ｘ－ｙ平面内の膜８０４の断面と実質的に同じである。これにより、発散が２つ以上の方向で低減されることが可能になり得る。

キャビティの長さＬがトランスデューサの近視野（以下に定義される）に匹敵する実施形態では、キャビティの断面寸法又は断面は、キャビティの長さＬが、キャビティの第２の端部において遠視野の挙動に到達しないほど小さいため、必ずしも膜の断面寸法又は断面と実質的に同じである必要がない。

超音波源８０２は、近視野距離Ｄ_ｎｆ＝Ａ／πλを有し、式中、Ａは、膜８０４の面積であり、膜面積とも称され、λは、キャビティ内の超音波の波長である。膜面積は、ｘ－ｙ平面内の平面内で、又はｘ－ｙ平面に平行な平面内で測定される。例えば、半径ａの円形膜について、近視野距離は、ａ^２／λであり、式中、ａは、膜の半径である。

いくつかの実施形態では、キャビティ長Ｌは、近視野距離Ｄ_ｎｆ未満である。そのような構成は、超音波が反射前にキャビティ内で伝播する距離が近視野距離未満であり、そのため、有意な発散が生じないため、膜の寸法及びｘ－ｙ平面内のキャビティが同様であることを必要とすることなく、定在波の高振幅を可能にする。そのような構成のための好適なキャビティ長Ｌは、本明細書で前述したように膜及びキャビティ充填材料の材料特性に依存する定在波の周波数に依存し、例えば、シミュレーション又は実験によって決定され得る。

いくつかの実施形態では、キャビティ長Ｌは、近視野距離Ｄ_ｎｆよりも大きい。これにより、トランスデューサのより容易な作製が可能になる。そのような配置の別の利点は、近視野距離Ｄ_ｎｆよりも長いキャビティ長Ｌを必要とする超音波の特定の周波数を達成することができることである。そのような構成のための好適なキャビティ長Ｌは、本明細書で前述したように膜及びキャビティ充填材料の材料特性に依存する定在波の周波数に依存し、例えば、シミュレーション又は実験によって決定され得る。

図１４を参照すると、膜８０４を振動させるための手段８０５は、好ましくは、膜８０４上に配設された圧電層８０１０と、第１及び第２の電極８０１１、８０１２と、をそれぞれ備える。

圧電層８０１０を形成するための好適な材料としては、とりわけ、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、ＰＭＮ－ＰＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が挙げられる。第１の電極８０１１は、圧電層上に配設されており、第２の電極８０１２は、圧電層８０１０と膜８０４との間に配設されている。第１及び第２の電極８０１１、８０１２を介して圧電層８０１０にＡＣ電圧を印加することによって、圧電層８０１０をＡＣ電圧の周波数で膨張及び収縮させることができる。圧電層は、圧電層の横方向の界面によって膜８０４に取り付けられているため、圧電層の横方向の膨張及び収縮は、膜を振動させる。

いくつかの実施形態では、圧電層８０１０は、膜８０４に備えられる。例えば、膜８０４は、導電層及び圧電層を備える多層スタックを備え得る。

図１５を参照すると、いくつかの実施形態では、手段８０５は、膜８０４上に配設された第１の導電層８０１３、例えば金属層を備え、第１の導電層８０１３は、膜８０４がｚ方向に第１の導電層８０１３と第２の導電層８０１４との間にあるように配置された、第２の導電層８０１４との組み合わせで、キャパシタとして機能することができる電極の対を形成する。電極間にＡＣ電圧を印加することによって、膜をＡＣ電圧の周波数で振動させる。第２の導電層８０１４は、例えば、キャビティ８０３の第２の端部８０７を封止し、かつ上で側壁８０８が支持された基板８０１５によって提供され得る。いくつかの実施形態では、基板８０１５は、多層スタックを備え、第２の導電層８０１４は、多層スタック内の層、例えばチタン／白金層、によって提供され得る。いくつかの実施形態では、第２の導電層８０１４は、例えば、ＳｒＲｕＯ３（ＳＲＯ）／／Ｌａ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３（ＬＳＣＯ）／／ＣｅＯ２／／イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）構成の、多層スタック内のバッファ層によって提供され得る。

第１の導電層８０１３は、例えば、アルミニウム、銀、白金、モリブデン、チタン、クロム、又は他の好適な金属を含み得る。

図１６ａを参照すると、本発明の実施形態による代替的なトランスデューサ３０１が示されている。トランスデューサ３０１は、超音波源３０２及びキャビティ３０３を備える。キャビティ３０３は、第１の端部３０６では膜３０４によって、第２の端部３０７では第２の端部壁３０９によって、及び側壁３０８によって境界付けされている。キャビティ３０３は、第２の端部壁３０９を側壁３０８に接合することによって形成されており、本明細書で前述したような定在波を支持することができる。超音波放射の方向Ｒは、第２の端部壁３０９から最も遠い膜３０４の側から、膜３０４から離れるほうである。膜３０４は、ｚ方向に膜３０４から離れる方向に、かつ第２の端部壁３０９から最も遠い膜３０４の側で延在する第２の側壁３１０によって、膜３０４の縁部で支持されている。第２の側壁３１０及び膜３０４は、開放キャビティ３１３の境界を形成しており、開放キャビティ３１３は、第１の端部３１４で膜３０４によって閉鎖され、ｚ方向に第１の端部３１４と反対の第２の端部３１５で開放されている。第２の側壁３１０を設けることによって、かつ膜３０４及び手段３０５上に第２の端部壁３０９を接合することによりキャビティ３０３を設けることによって、壊れやすい構成要素を備え得る膜３０４及び手段３０５を損傷から保護することができる。更に、そのような構成は、作製中にキャビティ寸法を選定する際のより大きな自由度を可能にする。

図１６ｂを参照すると、本発明の実施形態による代替的なトランスデューサ４０１において、少なくとも１つの膜４０４は、２つの隣接する膜４０４_１、４０４_２、及び対応する膜を振動させるための対応する手段４０５_１、４０５_２を備える。膜４０４_１、４０４_２は、同じキャビティ４０３内に超音波を放射することができる。膜４０４_１、４０４_２は、ｘ－ｙ平面内で互いに隣接しており、ｚ方向において同じ又は異なる座標を有し得、すなわち、キャビティ長Ｌは、各膜において同じ又は異なり得、対応する膜を振動させるための少なくとも２つの対応する手段を有し得る。キャビティ４０３は、少なくとも１つの単一の膜によって、又は両方の膜４０４_１、４０４_２によって生成された定在波を支持することができる。各膜によって生成された定在波は、互いに独立しており、対応する膜の共振周波数に依存する異なる共振周波数を有することができる。代替的なトランスデューサ４０１の側壁４１０は、本明細書で前述したように、超音波源４０２を損傷から保護するのに役立つ第１及び第２の開放キャビティ４１３_１、４１３_２を提供する。

いくつかの実施形態では、同じキャビティに超音波を提供する３つ以上の膜を、トランスデューサに備えることができる。複数の膜は、例えばアレイ構成で、配置され得る。

図１６ｂでは、複数膜構成が、開放キャビティを含むトランスデューサ構成で示されているが、本発明の実施形態は、開放キャビティを更に提供することを伴わない複数膜構成、例えば、同じキャビティに対して複数の膜及び手段が設けられた、図１６ａに示されるものと同様の配置を含む。

本発明の実施形態は、本明細書で前述したような複数のトランスデューサからなるアレイを提供する。そのようなアレイは、二次元超音波画像を取得するのに好適である、トランスデューサの一次元アレイ（すなわち、ライン）であり得る。そのようなアレイは、三次元超音波画像を取得するのに好適なトランスデューサの二次元アレイであり得る。

本明細書に記載されているような超音波トランスデューサ又はトランスデューサアレイの使用は、少なくとも１つの膜を、トランスデューサ又はトランスデューサアレイによって生成された超音波の伝送媒体としての液体又はゲルと接触させて配置することを含み得る。

図１２ａ～１４に関連して本明細書で前述したような超音波トランスデューサが、以下の方法に従って作製され得る。まず、基板が提供される。次いで、キャビティが、例えば、基板の上面での深掘り反応性イオンエッチング又は湿式エッチングによって、基板の前面に形成される。キャビティを実現する前又は後に、導電層及び圧電層が膜上に堆積され、閉鎖キャビティを有する超音波源を形成する。

図１５に関連して本明細書で前述したような超音波トランスデューサが、以下の方法に従って作製され得る。まず、基板が提供される。次いで、キャビティが、例えば、基板の背面での深掘り反応性イオンエッチング又は湿式エッチングによって、基板の背面に形成される。キャビティを実現する前又は後に、導電層及び圧電層が基板の上面の膜上に堆積され、超音波源を形成する。次いで、第２の層又はウエハ又は基板が、閉鎖キャビティを形成するキャビティの第２の端部上のエポキシによって接合されるか、又は取り付けられる。

図１６ａ及び１６ｂに関して本明細書で前述したような超音波トランスデューサが、以下の方法に従って作製され得る。まず、基板又はウエハが提供される。次いで、１つ又は複数の開放キャビティが、例えば、シリコン又はシリコンオンインシュレータ基板／ウエハに好ましい深掘り反応性イオンエッチング、又は湿式エッチングによって、ウエハの背面に形成される。キャビティを実現する前又は後に、導電層及び圧電層が、膜の上面の膜上に堆積され、超音波源８０２を形成する。次に、閉鎖キャビティの側壁が、例えば、厚い導電層、ガラス層、及び／又はシリコン層を堆積させることによって、別のウエハ又は基板上に設けられる。又は、キャビティ及び側壁は全て、第２のウエハ（基板）を第１のウエハに接合することによって形成され得る一方、キャビティは、例えばガラス又はシリコンウエハへの湿式エッチング又は深掘り反応性イオンエッチングによって、第２の基板内に既に形成されている。最後に、キャビティは、第２の端部壁をキャビティの側壁に接合することによって閉鎖され得るか、又はこの場合に、側壁は、第２の基板をエッチングすることによって既に形成されている。

図１７ａ（トランスデューサの断面側面図）及び図１７ｂ（図１７ａにおけるトランスデューサの上面図）を参照すると、膜８０４の隣のトランスデューサの側壁８０８にマイクロチャネルＭを備える本発明の実施形態によるトランスデューサ８０１を作製する方法は、基板又はウエハ上に膜８０４を設ける前に、基板又はウエハの前面にマイクロチャネルＭを形成するための追加のエッチングステップを実行するステップを含み、マイクロチャネルＭは、キャビティから外側に延在する８０１５。次いで、膜８０４が、第２のウエハを基板の上部に接合し、かつ任意選択で第２のウエハを適切な厚さに薄化することによって設けられる。最後に、第２のウエハ内で更なるエッチングステップが実行され、チャネルの開口部を形成する。

キャビティ８０３は、代替的に、基板ウエハの裏面でのエッチングプロセスによって設けられてもよい。キャビティ８０３は、ＳＯＩウエハの背面を貫いてエッチングすることによって実現される。キャビティ８０３は、キャビティの閉鎖された端部におけるウエハの残りの層が膜８０４を提供するのに好適な厚さを有するような深さまでエッチングされる。次いで、キャビティの第２の端部が、キャビティ８０７の第２の端部に層を接合することによって封止される。次いで、マイクロチャネルが、エッチングプロセスによってウエハの前面に設けられる。

キャビティ８０３は、ＳＯＩウエハ上での背面ＤＲＩＥプロセスによって実現され得る。次いで、キャビティ８０３が、第２の層によって封止されるとよい。マイクロチャネルは、膜／ＢＯＸ／及び必要に応じてＳＯＩウエハのハンドル層（ＢＯＸは埋め込み酸化物層であり、ＤＲＩＥ以外の別の方法によって除去され得る）を貫くＤＲＩＥプロセスによってＳＯＩウエハの前面で実現されるとよい。次いで、開口部８０１５を除くマイクロチャネルＭは、いくつかの表面マイクロマシン技法によって封止されるとよい。

図１８ａ（トランスデューサの断面図）及び図１８ｂ（上面図）を参照すると、トランスデューサの側壁８０８に、ｚ方向に膜８０４から離れたマイクロチャネルＭを備える本発明の実施形態によるトランスデューサ８０１を作製する方法は、ウエハを提供するステップと、エッチングプロセスによってウエハの背面にキャビティを形成するステップと、エッチングプロセスによってウエハの背面にマイクロチャネルを形成するステップと、キャビティの第２の端部において層を接合することによってキャビティの第２の端部を閉鎖するステップと、を含む。

図１９ａを参照すると、トランスデューサの第２の端部壁８０９にマイクロチャネルＭを備える本発明の実施形態によるトランスデューサ８０１を作製する方法は、以下のステップを含み得る：まず、ウエハが提供され、次いで、キャビティ８０３が、ウエハの前面にエッチングプロセスによって形成され、次に、第２のウエハが、膜を提供するためにウエハの前面に接合され、任意選択で、適切な厚さに薄化される。次いで、マイクロチャネルＭが、エッチングプロセスによってウエハの背面に形成される。

図１９ｂを参照すると、トランスデューサの第２の端部壁にマイクロチャネルＭを備える本発明の実施形態によるトランスデューサ８０１を作製する方法は、以下のステップを含み得る：まず、ウエハが提供され、次に、キャビティがウエハの背面でのエッチングプロセスによって形成され、次に、キャビティの第２の端部が、ウエハの背面に層を接合するか又は付着させることによって封止され、次いで、マイクロチャネルが、例えばシール層１６がシリコンを含む場合にエッチングプロセスによって、又は例えば封止層が鋼若しくはセラミックを含む場合にレーザ切断によって、又は任意の他の好適な切断方法によって、封止層８０１６に形成される。

図２０ａ及び図２０ｂを参照すると、本発明の実施形態によるキャビティ８０３が例証されており、キャビティ３は、ｚ方向に変動する、ｘ－ｙ平面で測定される断面寸法を有する。本発明の好ましい実施形態によれば、キャビティ８０３の断面寸法は、基準断面寸法と比較して１０％を超える変動を有しない場合があり、基準断面寸法は、膜８０４の、ｘ－ｙ平面で測定される断面寸法に対応する。破線は、図１１ａ又は１４としての作製方法を指し、これは、下部部分が本体全体と統一され得るか、又は後で別個の層として接続され得ることを示す。

本発明によるデバイスについて、好ましい実施形態、特定の構造体及び構成、並びに材料が本明細書で議論されているが、本発明の範囲及び技法的教示から逸脱することなく、形態及び詳細の様々な変更又は修正が行われてもよいことを理解されたい。例えば、上記に与えられた任意の式は、単に、使用され得る手順を表す。ステップが、本発明の範囲内で記載された方法に対して追加又は削除されてもよい。

開示された実施形態に対する他の変形が、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求された発明を実施する当業者によって理解され、もたらされ得る。特許請求の範囲において、「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、特許請求の範囲に記載されたいくつかの項目の機能を果たし得る。特定の尺度が相互に異なる従属請求項に記載されているという事実だけでは、これらの尺度の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。コンピュータプログラムが、他のハードウェアとともに又はその一部として供給される光学記憶媒体又はソリッドステート媒体などの好適な媒体上に記憶／配布され得るが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介するなどの他の形態でも配布され得る。特許請求の範囲における任意の参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (13)

1. 超音波トランスデューサ多層構造体であって、
   －ダイオードを画定する半導体層スタック、
   －前記ダイオードと電気的に直列であり、かつ第１の導電層を含むマイクロマシン超音波トランスデューサ、ＭＵＴ、層スタックであって、前記ＭＵＴ層スタックは、前記ダイオード上に少なくとも部分的に配設されている、ＭＵＴ層スタック、
   －前記半導体層スタックの少なくとも一部分と前記第１の導電層とを含む領域上に延在するキャビティ、を含み、
   前記ＭＵＴ層スタックは、前記領域上に少なくとも部分的に延在する膜を含む、超音波トランスデューサ多層構造体。
2. －前記多層構造体を支持するための第１の基板構造体、
   －前記ＭＵＴ層スタックの一部である第１の非導電層及び第２の非導電層、を更に含み、
   前記キャビティは、前記第１の導電層、前記第１の非導電層、及び前記第２の非導電層によって画定されるｃＭＵＴ閉鎖キャビティであり、
   前記領域内の前記第２の非導電層の少なくとも一部分上に第１の電極が配設されており、前記半導体層スタックの凹部に第２の電極が配設されている、請求項１に記載の超音波トランスデューサ多層構造体。
3. －前記多層構造体を支持するための第２の基板構造体、
   －第１の導電性タイプのドーパントで弱ドープされている、前記半導体層スタックの第１の半導体層、
   －好ましくは前記第１の半導体層のドーパント濃度よりも少なくとも１０^２倍小さく前記第１の導電性タイプのドーパントでドープされた基板である半導体層、又は分離層である、第２の層、
   －前記第１の導電性タイプのドーパントで重ドープされている、前記半導体層スタックの第３の半導体層、を更に含み、
   前記キャビティは、前記第２の基板構造体と、前記半導体層スタックの少なくとも前記一部分と前記第１の導電層とを含む前記領域とによって画定されるｐＭＵＴキャビティであり、
   前記ＭＵＴ層スタックは、圧電層を含み、
   前記第１の導電層の第１の部分が、前記領域内の前記第１の半導体層と前記圧電層の少なくとも一部分との間に挟まれており、前記第１の導電層の第２の部分が、前記第１の導電層の前記第１の部分及び前記第２の部分が第１の導電層ギャップを画定するように、前記第２の半導体層の少なくとも一部上に配設されており、前記第１の半導体層は、前記第３の半導体層の少なくとも一部と前記領域内の前記第１の導電層の前記第１の部分との間に挟まれている、請求項１に記載の超音波トランスデューサ多層構造体。
4. 第２の導電性タイプのドーパントで重ドープされている、前記半導体層スタックの第４の半導体層を更に含み、前記第４の半導体層は、前記第１の半導体層と前記領域内の前記第１の導電層の前記第１の部分との間に挟まれている、請求項３に記載の超音波トランスデューサ多層構造体。
5. －前記多層構造体を支持するための第３の基板構造体、
   －第１の導電性タイプのドーパントで弱ドープされている、前記半導体層スタックの第１の半導体層、
   －分離層である第２の層、
   －前記第１の導電性タイプのドーパントで重ドープされている、前記半導体層スタックの第３の半導体層、を更に含み、
   前記キャビティは、前記第３の基板と、前記半導体層スタックの少なくとも前記一部分と前記第１の導電層とを含む前記領域構造体によって画定されるｐＭＵＴキャビティであり、
   前記ＭＵＴ層スタックは、圧電層及び１つ以上の更なる導電層を含み、
   前記第１の導電層の第１の部分が、前記領域内の前記圧電層の少なくとも一部分と、前記第１の導電性タイプのドーパントでドープされた基板である半導体層又は更なる分離層である機構層と、の間に挟まれており、前記第１の導電層の第２の部分が、前記第１の導電層の前記第１の部分及び前記第２の部分が第１の導電層ギャップを画定するように、前記機構層上に配設されている、請求項１に記載の超音波トランスデューサ多層構造体。
6. 第２の導電性タイプのドーパントで重ドープされている、前記半導体層スタックの第４の半導体層を更に含み、前記第４の半導体層は、前記第１の半導体層と前記領域内の前記第１の導電層の前記第１の部分との間に挟まれている、請求項５に記載の超音波トランスデューサ多層構造体。
7. 前記領域の外側で前記第２の基板構造体と前記半導体層スタックとの間に挟まれた第２の導電層を更に含む、請求項３又は４に記載の超音波トランスデューサ多層構造体。
8. 前記キャビティは、閉鎖されている、請求項３～７のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ多層構造体。
9. 前記第１又は第２の基板構造体は、シリコンウエハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハ、集積回路を有するシリコン又はＳＯＩウエハ、半導体基板、及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）回路を有しているか又は有していないガラス又はポリマー基板、のうちの１つ以上を含む、請求項２～８のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ多層構造体。
10. 前記ダイオードは、電界効果トランジスタによって提供されている、請求項１～９のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ多層構造体。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の複数の超音波トランスデューサ多層構造体を含む超音波トランスデューサアレイデバイス。
12. 請求項１～１１のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ多層構造体を製造する方法であって、
    －アレイ構成による第１のウエハを提供するステップであって、前記第１のウエハは、半導体層スタックを画定し、前記半導体層スタックは、ダイオードを画定する、ステップ、
    －第２のウエハ、好ましくはシリコンベースのウエハを提供するステップ、
    －前記第１のウエハを前記第２のウエハに接合し、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハを画定するステップであって、前記第２のウエハは、前記ＳＯＩウエハの埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層を画定する、ステップ、
    －前記第１のウエハを前記超音波トランスデューサ多層構造体の所定の厚さまで加工するステップ、
    －前記ダイオード上にＭＵＴ層スタックを作製するステップであって、前記ＭＵＴ層スタックは、第１の導電層を含む、ステップ、
    －前記半導体層スタックの少なくとも一部分と前記第１の導電層とを含む領域上に延在するキャビティを作製するステップ、を含む、方法。
13. 対象物の少なくとも１つの特性を測定するためのセンサ装置における、請求項１～１０のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ多層構造体の使用であって、前記センサ装置は、心臓画像診断、産科、婦人科、腹部画像診断、血管内画像診断、及びマンモグラフィなどの医療画像診断、又は非破壊検査（ＮＤＡ）、指紋センサ、距離計、ジェスチャ認識、超音波触覚フィードバック、超音波通信、若しくはＭＥＭｓスピーカに使用される、超音波トランスデューサ多層構造体の使用。

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