JP5260650B2 - 高ｋ誘電体を有するｃｍｕｔ - Google Patents

Description

本開示は、医用診断画像を生成するシステム及び方法に関し、特に、超音波トランスデューサに関する。

超音波トランスデューサは、一般に、電圧がトランスデューサの個々の電極に印加されるとき、音響波を送信するように構成される圧電材料から製造される。後方散乱された波は、材料において電気分極として検出される。しかしながら、圧電トランスデューサは、少なくとも部分的に圧電セラミックスと関心のある空気又は流体との間のインピーダンス不整合のため、空気又は流体結合アプリケーションにおいて不利益を示すことがある。

ＣＭＵＴ又は容量性マイクロマシン加工超音波トランスデューサは、生成するコストが比較的低く、概してサイズが比較的小さく、比較的高い周波数のイメージングを実現可能にすることができ、更に一般に、今日のセラミックトランスデューサより高い集積化レベルを達成するので、ＣＭＵＴ又は容量性マイクロマシン加工超音波トランスデューサは、トランスデューサの次世代の可能な候補である。ＣＭＵＴは、非崩壊の又は崩壊の状態又は「モード」で動作されることができる。最近の研究は、崩壊モードにおけるＣＭＵＴの動作は、少なくともいくつかの例において、改善された電力送信をもたらすことができることを示している。

ここで図１−図３を参照して、一般的なＣＭＵＴが、ＣＭＵＴ１００に示されている。ＣＭＵＴ１００は、基板１０２と、通常（例えば非アクティブのとき）は基板１０２の上方に配置され及び／又は懸架されるメンブレン１０４と、を有し、それにより、メンブレン１０４は、間隙１０６によって基板１０２から隔てられる。間隙チャンバは、空（真空）であり又は気体で満たされてもよい。メンブレン１０４が、少なくとも基板１０２の方へ弾力的に歪められることができる限り、メンブレン１０４は、ＣＭＵＴ１００の「アクティブな」部分である。

ＣＭＵＴ１００は、上部電極１０８及び下部電極１１０を更に有する。上部電極１０８は、メンブレン１０４に固着され、メンブレン１０４の上に配置される。下部電極１１０は、（例えばその上に堆積される導電材料の層を有する）基板１０２の上に形成されることができ、又は基板の一部を形成することができる。

ＣＭＵＴ１００は、図２及び図３に示されそれらを参照して後述されるように、少なくとも２つの異なるモードで動作可能である。

特に図２を参照して、ＣＭＵＴ１００の非崩壊動作モードにおいて、ＤＣ作動電圧が、上部及び下部電極１０８、１１０間に印加され、ＤＣ駆動電圧の大きさは、静電引力により基板１０２に向かって下方へメンブレン１０４を歪めるのに十分に大きいが、メンブレン１０４を基板１０２から隔てる間隙１０６を除去するほど大きくない。図１−図３は、一定の縮尺で描かれていないことに注意すべきである。メンブレン１０４の一般的な移動は、メンブレン１０４が、不安定になり、基板１０２に対し崩壊しやすくなるより前に、間隙１０６の５０％未満でありうる。

ＡＣ電圧が、上部及び下部電極１０８、１１０間のＤＣ電圧に加えられると、振動性の動き（特に図示せず）が、メンブレン１０４に生成され、これは、音響波（図示せず）をＣＭＵＴ１００から送信させることができる。メンブレン１０４が、当たる超音波圧力場（図示せず）を受けると、振動性の動き（特に図示せず）が、メンブレン１０４及び上部電極１０８において同様に生成され、それにより、バイアスＤＣ電圧が上部及び下部電極１０８、１１０間に印加されると、上部及び下部電極１０８、１１０間に結果として得られる相対的な動きが、ＡＣ検出電流を生成する。

ここで図３に戻って、ＣＭＵＴ１００の崩壊動作モードの間、上部及び下部電極１０８、１１０間に印加されるＤＣ作動電圧は、メンブレン１０４を、基板１０２に向かって下方に、下部電極１１０と物理的に接触するように、歪めるのに十分な大きさである。これは、メンブレン１０４の中心部分において、メンブレン１０４と基板１０２と間の間隙１０６（図１）を効果的に除去する。下部電極１１０に接触していないメンブレン１０４の残りの部分はなお動作されることができ、同じ電圧でより高い静電力が、低減された間隙により印加されることができる。短絡を回避するために、メンブレン１０４は、誘電材料で構成される。誘電材料における固定電荷のトラッピング及びブレークダウンは、ＣＭＵＴ１００の崩壊モードにおける動作中、ＣＭＵＴ１００の性能に好ましくない影響を与える重要な２つの問題である。例えば、メンブレン１０４の誘電材料における固定電荷は、ＣＭＵＴ１００のＤＣ作動電圧の変化を生じさせる傾向がありうる。

今日までの努力にかかわらず、効率的且つ効果的なＣＭＵＴ装置及びその使用方法のニーズが残る。これら及び他のニーズは、以下の記述から明らかになるように、開示される装置、システム及び方法によって満たされる。

本開示の見地は、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と崩壊可能に離間された関係に配置される中央領域及び中央領域の外側に配置され、第２の電極と崩壊可能に離間された関係に配置される周辺領域を有する第３の電極と、第３の電極と第１の電極との間及び第３の電極と第２の電極との間に配置される高誘電率材料の層と、を有する、容量性超音波トランスデューサを含む。本開示の見地によれば、容量性超音波トランスデューサは、第３の電極の周辺領域が第２の電極に対して振動し、高誘電率材料の層がそれらの間にサンドイッチされるように第３の電極の中央領域が第１の電極に対して完全に崩壊される、崩壊モードにおいて動作可能である。例えばｄ３１及びｄ３３圧電作動のような圧電作動が更に含められることができる。今日の基板上に配置されるこのような容量性超音波トランスデューサのアレイを有する医用撮像システムが、更に提供される。

本開示の見地による容量性超音波トランスデューサを動作させる方法は、第１の電極と、第２の電極と、第１及び第２の電極の各々に対して崩壊可能に離間された関係をもつ第３の電極と、第３の電極と第１の電極との間及び第３の電極と第２の電極との間に配置される高誘電率材料の層と、を有する容量性超音波トランスデューサを準備するステップと、高誘電率材料の層がそれらの間にサンドイッチされるように第１の電極に対して第３の電極の中央領域を崩壊させるステップと、第３の電極の中央領域の外側の周辺領域を、第２の電極に対して振動させるステップと、を含む。

当業者が開示された装置、システム及び方法を製造し、使用することを助けるために、添付の図が参照される。

従来技術のＣＭＵＴを示す図。 非崩壊動作モードにある図１のＣＭＵＴを示す図。 崩壊動作モードにある図１のＣＭＵＴを示す図。 本開示によるＣＭＵＴを示す図。 本開示による崩壊動作モードの図４のＣＭＵＴを示す図。 本開示による別のＣＭＵＴを示す図。 本開示による更に別のＣＭＵＴを示す図。 本開示による更に別のＣＭＵＴを示す図。

図４を参照して、ＣＭＵＴ４００が、本開示の例示的な見地に従って示されている。ＣＭＵＴ４００は、電極４０２及びウエハ４０４を有することができ、電極４０２は、ウエハ４０４の上方に懸架されている。電極４０２は、１又は複数の周辺領域４０６及び中央領域４０８を有することができ、中央領域４０８は、周辺領域４０６に隣り合って及び／又は周辺領域４０６間に配置されることができる。電極４０２は、ウエハ４０４に対して歪み可能でありえ（例えば、下方へ歪み可能であり）、ＣＭＵＴ４００の側部から接地されることができる。

ＣＭＵＴ４００は更に、１又は複数のスペーサ４１０を有することができ、電極４０２は、スペーサ４１０を介して、ウエハ４０４と離間された関係にアセンブルされることができる。例えば、スペーサ４１０は、ウエハ４０４に結合され、ウエハ４０４から上方へ延びることができ、電極４０２は、スペーサ４１０に結合される電極４０２の周辺領域４０６を介して、スペーサ４１０に固着されることができる。このような環境において、ＣＭＵＴ４００は、少なくとも非動作又は非作動モードで、電極４０２とウエハ４０４との間に間隙４１２を呈し又は含むことができる。本開示の見地によれば、間隙４１２は、ウエハ４０４上に（図示しない）材料の１又は複数の層を形成することによって生成されることができる。このような１又は複数の材料は、例えばＰＭＭＡ、シリコン、金属又は他の適切な材料を含むことができる。電極４０２は、このような１又は複数の材料上に形成されることができ、その後、このような１又は複数の材料は、例えば適当なエッチングプロシージャ又は熱分解ステップを使用して、除去されることができる。本開示の見地によれば、間隙４１２は、別個に電極４０２を生成し、のちに、例えば標準のウエハボンディング技法を使用して、スペーサ４１０を介してウエハ４０４に電極４０２を付着することによって、生成されることができる。間隙４１２は、空（真空）でありえ又は気体を含みうる。

ＣＭＵＴ４００は、電極４０２がその一部を形成する上部メンブレン（別個に図示せず）を有することができる。ある見地において、このような上部メンブレンは、電極４０２及び電極４０２上に形成される付加の誘電層（図示せず）を有することができる。ある見地において、このような上部メンブレンは、電極４０２の下に配置され、犠牲層除去の間の保護として提供される、薄い誘電層（図示せず）を少なくとも有することができる。

ウエハ４０４は、基板４１４を有することができる。基板４１４は、ＣＭＵＴ４００の他の素子の製作、包含又は組み立てを支援し及び／又は可能にするために適切な大きさ、構造及び組成をもつ任意の基板でありえる。基板４１４は更に、駆動エレクトロニクス及び／又は受信エレクトロニクス（図示せず）を有することができる。ウエハ４０４は更に、第１の電極４１６、第２の電極４１８及び第３の電極４２０を有することができる。図４に示されるように、第１、第２及び第３の電極４１６、４１８、４２０は、ウエハ４０４の共通平面内に、横方向に離間された関係に配置されることができ、それにより、第３の電極４２０は、第１及び第２の電極４１６、４１８の間に配置され、及び／又は第１及び第２の電極４１６、４１８が、第３の電極４２０の側方に位置する。この機構の重要性は、より詳しく後述される。第１、第２及び第３の電極４１６、４１８、４２０は、標準のリソグラフィステップを利用して製造されることができるとともに、高誘電率（「高ｋ」）処理に適合する導電材料を含むことができ、このフィーチャの重要性は、より詳しく後述される。例えば、本開示の見地によれば、第１、第２及び第３の電極４１６、４１８、４２０は、障壁層（例えばＴｉ）を用いて又は用いずに基板４１４の上部に準備され、そののちリソグラフィパターニングされる、プラチナ（Ｐｔ）から作られることができる。このような電極の他の材料も可能である。例えば、電極は、基板４１４に埋め込まれた高い導通性をもつＳｉ領域を有することができる。

第１及び第２の電極４１６、４１８は、電気的に共通でありうる。本開示の見地において、第１及び第２の電極４１６、４１８は、互いに反対の側に、及び／又は第３の電極４２０の外側に（例えば、その両側に）（例えば半径方向の外向きに）配置されることができ、及び／又は同じ電極の一部を形成することができる（例えば、リング又は他の閉じた形状を形成する）。第１及び第２の電極４１６、４１８の横方向のジオメトリは、例えば最善のカバレッジ及び最も簡単な製造のために、最適化されることができ、線形の／細長い、環状の、多項式の及び／又は矩形の形状を含むさまざまな形状を有することができる。第１及び第２の電極４１６、４１８が電気的に分離している構成を含む他の電極構成も可能である。

電極４０２は、図４に示されるように、メンブレン全体を構成することができる。代替として、以下に詳しく述べられるように、電極４０２は、第１、第２及び第３の電極４１６、４１８、４２０をカバーするようにパターニングされうる複数要素のメンブレンの一部を構成することができる。

ウエハ４０４は更に、第１、第２及び第３の電極４１６、４１８、４２０の上に配置される、高ｋ誘電材料からなる誘電層４２２を含むことができる。誘電層４２２の高ｋ誘電材料は、例えば、適切な程度の構造密度を提供するために急速熱アニーリング（ＲＴＡ）処理があとに続く、よく知られたゾルゲルプロセスのような任意の適切な及び／又は通常のプロセスを使用して、堆積されることができる。例えばスパッタリング又は化学蒸着（ＣＶＤ）のような、誘電層４２２を形成するための他のプロセスも可能である。高ｋ誘電材料は更に、これに限らないが、例えばチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）及び／又はチタンジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含む材料のような、適切な材料でありうる。このような高ｋ層は、ドープされて又はドープされずに堆積されることができる。他の高ｋ誘電材料も可能である。例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＮ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４及び／又はＩｒ０_２のような障壁及び／又は接着層（図示せず）が、誘電層４２２及び／又は第１、第２及び第３の電極４１６、４１８、４２０の下又は上において用いられることができる。このような障壁及び／又は接着層は、例えば、犠牲層エッチングの後、誘電層４２２の上部から除去され又は薄くされることができ、又は寄生電気効果を制限するために、高ｋ層又は電極４１６、４１８、４２０と共にパターンニングされる。

ＣＭＵＴにおいて使用される今日の誘電体は、一般に、酸化シリコン又は窒化シリコンであるが、本開示によりこのような材料をＢＳＴのようなより一層高い誘電率の材料と置き換えることは、間隙４１２に電界を集中させる効果を与えることができる。このようにして、ＣＭＵＴ４００は、より低いインピーダンス及び／又は動作電圧と関連付けられることができ、標準の駆動エレクトロニクスの使用を容易にすることができる。崩壊モードに関する付加の顕著な利点があり、それについてより完全に後述される。誘電層４２２内部の電界は、電荷のトラッピングが低減されることができるように、関連する誘電率Ｋと等価なファクタによって間隙４１２内の磁界より小さくなりうる。ＣＭＵＴ４００の高ｋ材料は、誘電吸収及び電荷のトラッピングがほんの少しだけそれらの能力に影響を及ぼすように、選択されることができ及び／又は形成されることができる。この性能特性は、例えば、電荷を容易に補償する大きい内部分極に起因しうる。本開示のある見地によれば、このような材料は、誘電層４２２の内部及び表面に電荷が蓄積することを防ぐために、又は電荷記憶が生じることをリーク電流が完全に意図的に防ぐことができるように、ドープされることもできる。本開示のある見地によれば、例えばチタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ）のような高ｋ圧電材料の集積化は、組み合わされた容量性（ＣＭＵＴ）及び圧電（ＰＭＵＴ）動作を可能にすることができる。更に後述されるように、ＣＭＵＴ装置の効果的な電気機械結合係数を高める本開示によるＣＭＵＴ用の電極が、提供されることができる。本開示の見地によれば、電気機械結合係数のこのような増大は、使用される特定の誘電層から独立して、達成されることができる。

ここで図５を参照して、動作中、電極４０２が、下方へ歪められてウエハ４０４と接触し、ＣＭＵＴ４００が崩壊モードで動作されることを可能にするように、ＤＣ電圧が、ＣＭＵＴ４００の電極４０２及びウエハ４０４の第３の電極４２０間に印加されることができる。本開示の見地によれば、ＡＣ信号は、第１及び第２の電極４１６、４１８にのみ印加されることができる。電極を分離することは、崩壊した部分の寄生容量を絶縁することによって、結合係数を増大することができる。本開示の見地によれば、第１及び第２の電極４１６、４１８は、結合係数を最適化するための、中央に配置される第３の電極４２０より高いバイアス電圧を保持することができる。

第３の電極４２０上のＤＣ電圧は、最適な結果のために調整されることができ、及び／又は（例えば電極４０２の歪みの程度に関して）最適な動作点を設定するために、帰還及び制御電極として利用されることができる。本開示の見地によれば、電極４０２の形状は、これに限らないが、電極構成によって課されるいかなる制約も概して最小になるような、矩形、六角形及び／又は環状形を含む任意の適切な形状でありうる。

ここで図６を参照して、ＣＭＵＴ４００の変形されたバージョンが、本開示の見地によるＣＭＵＴ６００の形で提供されることができる。ＣＭＵＴ６００は、ほとんど又はすべての重要な点において、ＣＭＵＴ４００と構造的に及び／又は機能的に同様でありえ、例えば中央に配置された第３の電極６０６の側方に位置する個々の第１及び第２の電極６０２、６０４、高ｋ誘電材料の層６０８及び電極６１０を呈すること含み、層６０８は、第１、第２及び第３の電極６０２、６０４、６０６と電極６１０と間に配置される。ＣＭＵＴ６００は更に、ＣＭＵＴ４００に対して少なくともいくつかのの違いを含むことができ、例えば、すぐ下で述べられるような違いを含む。

ＣＭＵＴ６００は、メンブレン６１１を有することができ、メンブレン６１１は、電極６１０及び高ｋ誘電材料の層６０８の両方を有することができる。より具体的には、層６０８は、メンブレン６１１を形成するプロセスの一部として、電極６１０上に堆積されることができる。層６０８が高ｋ誘電材料から製作される該高ｋ誘電材料は、例えばＢＳＴ又はＰＺＴでありうる。このようにして（例えばメンブレン６１１を形成するために電極６１０上に層６０８を堆積する）、高ｋ誘電層を有するＣＭＵＴ６００を提供することは、特定のボンディングプロセスの場合に製造を容易にすることができる。例えば、層６０８は、電極６１０と共に（及び／又は電極６１０がその一部を形成することができる更に大きいメンブレン（図示せず）の他の層と共に）別個のキャリア上に製作され、そののちスペーサ６１２にボンディングされることができる。

本開示の見地によれば、スペーサ６１２は、複数の部分から形成されることができる。例えば図６に示されるように、スペーサ６１２の第１の部分６１４は、ウエハ６１６上に形成されることができ、スペーサ６１２の第２の部分６１８は、メンブレン６１１上に又はメンブレン６１１と一緒に（例えば電極６１０上に及び／又は誘電層６０８上に）形成されることができる。このような環境において、スペーサ６１２の第１及び第２の部分６１４、６１８の個々の材料は、ボンディングの目的の最適な組み合わせを提供する観点で選択されることができる。例えば、少なくとも、スペーサ６１２の第２の部分６１８は、例えば電極６１０との電気的な接続を確立するための適当な接触を形成するように、導電材料から作られることができる。このような電気的な接触を容易にするために、誘電層６０８は、例えば、個々のバイアを形成するための必要に応じてパターニングされることができる。

ウエハ６１６は、第１、第２及び第３の電極６０２、６０４、６０６に加えて、エレクトロニクス（図示せず）を含むＣＭＯＳウエハを含むことができる。ＣＭＵＴ６００のウエハ６１６がＣＭＯＳウエハである本開示の見地において、電極６１０との電気的接触をもつ上述の機構は、特に有利でありうる。

当業者に良く知られているように、多くの高ｋ材料、特にペロブスカイト及び関連する構造の高ｋ材料もまた、圧電特性を示す。本開示の見地によれば、例えば、このような圧電特性は、ＣＭＵＴ６００のように誘電層６０８が、より大きいメンブレン６１１を形成するために電極６１０と組み合わされる場合、電極６１０の付加的な動き又は調整のために活用されることができる。図７及び図８を参照して以下に記述され示される本開示の個々の見地は、このような機構を例示している。

ここで図７を参照して、図６のＣＭＵＴ６００の変形されたバージョンが、本開示の見地によるＣＭＵＴ７００の形で提供されることができる。ＣＭＵＴ７００は、ほとんど又はすべての重要な点において、ＣＭＵＴ６００と構造的に及び／又は機能的に同様でありえ、例えば、中央に配置された第３の電極７０６の側方に位置する個々の第１及び第２の電極７０２、７０４、高ｋ誘電材料の層７０８、電極７１０（層７０８は、メンブレン７１１を提供するために電極７１０上に堆積されるとともに、第１、第２及び第３の電極７０２、７０４、７０６と電極７１０との間に配置される）及びスペーサ７１２を呈することを含み、メンブレン７１１は、スペーサ７１２上に、ウエハ７１４に対して崩壊可能であるように取り付けられる。ＣＭＵＴ７００は更に、ＣＭＵＴ６００に対して少なくともいくつかの違いを有することができ、例えば、すぐ下に述べられるような違いを有する。

ＣＭＵＴ７００のウエハ７１４は、基板７１６を有することができ、第１、第２及び第３の電極７０２、７０４、７０６は、基板７１６上に堆積されることができる。ＣＭＵＴ７００は更に、１又は複数の付加の電極７１８を含むことができ、付加の電極７１８の各々は、スペーサ７１２の個々のものの上に配置されうる。次に、誘電層７０８が、電極７１０と電極７１８との間に配置されることができる。このような環境において、電極７１８は、圧電動作のいわゆる「ｄ３１」モードによる圧電作動を容易にすることができる。より具体的には、崩壊モード動作におけるＣＭＵＴ７００の主たる作動ひずみは、方向７２０に沿って生じることが可能であり、同時に、ｄ３１モードに従って、ＣＭＵＴ７００は、方向７２０に対して実質的に垂直方向を向く分極軸７２２に沿って並ぶ電界を用いることができる。

ある見地において、電極７１０及び７１８は、例えばＰｔ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ及び／又はＣｕから形成される金属層でありえる。ある見地において、電極７０２、７０４、７０６、７１０、７１８は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｎ若しくはＳｉ、又は２若しくはそれ以上のこのような材料の組み合わせから形成されることができる。例えば導電性酸化物及び窒化物ＹＢＣＯ、ＴｉＮ、ＳＲＯのような他の材料もまた、可能である。

本開示の見地によれば、電極７１８は、メンブレン７１１のより広い横方向の範囲に対して低減されたジオメトリを有することができる。このような機構は、電極７１８が、第１、第２、又は第３の電極７０２、７０４、７０６の任意のもの又はすべてと重なり合うことを防ぐことができ、それによって、短絡のリスクを低減し及び／又は除去することができる。このような機構は更に、重要なプロセス及び駆動制御を容易にすることができる。他の見地において、少なくとも、なんらかの重なりが存在する。

ＣＭＵＴ７００のウエハ７１４は、基板７１６上に形成される１又は複数の付加の電極７２４を含むことができ、付加の電極７２４は、必要に応じて及び／又は要望に応じて電気的な中断を伴って、ウエハ７１４の同じ電極層の一部として第１、第２及び第３の電極７０２、７０４、７０６と共に形成されることができる。本開示の見地によれば、スペーサ７１２は、電極７２４においてウエハ７１４にアセンブルされることができ、適当な導電材料から作られることができ、それにより、スペーサ７１２は、ウエハ７１４及び電極７２４を通る電気的なパスの一部を形成し、かかる電気的なパスを介して、作動電圧が、電極７１０、７１８間に印加される。本開示の少なくともある見地において、スペーサ７１２は、実質的に非導電性でありえ、及び／又は他の場合には構造及び機能の点でＣＭＵＴ６００のスペーサ６１２と同様であってもよい。

図８を次に参照すると、図６のＣＭＵＴ６００の変形バージョンが、本開示の見地によるＣＭＵＴ８００の形で提供されることができる。ＣＭＵＴ８００は、ほとんど又はすべての重要な点において、ＣＭＵＴ６００と構造的に及び／又は機能的に同様でありえ、例えば、中央に配置された第３の電極８０６の側方に位置する個々の第１及び第２の電極８０２、８０４、高ｋ誘電材料の層８０８、電極８１０（層８０８は、メンブレン８１１の一部として電極８１０上に堆積されるとともに、第１、第２及び第３の電極８０２、８０４、８０６と電極８１０との間に配置される）、及びスペーサ８１２を呈することを含み、メンブレン８１１は、ウエハ８１４に対して崩壊可能に、スペーサ８１２上に取り付けられる。ウエハ８１４は更に、ウエハ８１４が基板８１６を有することができ、第１、第２及び第３の電極８０２、８０４、８０６が、基板８１６上に堆積されることができるという点で、ＣＭＵＴ７００のウエハ７１４と構造的に及び／又は機能的に同様でありうる。ＣＭＵＴ８００は更に、ＣＭＵＴ６００に対して少なくともいくつかの違いを含むことができ、例えば、すぐ下で述べられるような違いを有する。

ＣＭＵＴ８００のメンブレン８１１は、電極８１０を含む面内に、１又は複数の互いにかみ合う電極８１８を含みうる。例えば、図８に示されるように、電極８１０は、個々の圧電作動領域８２０を形成するようにパターニングされることができ、電極８１０は、個々の電極８１８の対応するデジット８２４と互いにかみ合うデジット８２２のパターンを示す。メンブレン８１１は、任意には、でこぼこを改善するとともに、例えば互いにかみ合うデジット８２２、８２４の間及び電極８１０と超音波が発せられ及び／又は受け取られる媒体との間の電気絶縁を提供するために、付加のメンブレン支持体８２６を有することができる。このような環境において、電極８１４は、圧電動作のいわゆる「ｄ３３」モードによる圧電作動を容易にすることができる。より具体的には、崩壊モード動作でのＣＭＵＴ８００の主たる作動ひずみは、方向８２８に沿って生じることができ、同時に、ｄ３３モードに従って、ＣＭＵＴ８００は、同じ方向８２８を向く分極軸を有する電界を用いることができる。圧電材料が電界分極軸と関連した同じ方向に沿って作動されるｄ３３モードは、少なくとも、付加の電極層が、誘電層８０８に対して堆積され又は形成される必要が必ずしもない限りにおいて利点を有する。

本開示の見地によれば、スペーサ８１２が、ウエハ８１４を通る電気的なパスの一部を形成し、かかる電気的なパスに沿って、作動電圧が電極８１０、８１８間に印加されるように、スペーサ８１２は、適当な導電材料から作られることができる。本開示の少なくともいくつかの見地において、スペーサ８１２は、実質的に非導電性でありえ、及び／又は他の場合にはＣＭＵＴ６００のスペーサ６１２と構造及び機能の点で同様でありうる。スペーサ８１２は、電気的に共通でありえ、誘電層８０８にエッチングされたバイアホールによって別個に電極８１８と接触するために使用されることができる。

少なくとも電極８１０が、付加のメンブレン支持体８２６とともに提供される限りにおいて、メンブレン８１１は、本開示によるすべてのＣＭＵＴの例に関して任意でありうる。メンブレン支持体８２６は、機械的性能を改善し、音響インピーダンスを調整し、及び／又は例えばエッチストップ又は障壁層を提供することによって製造プロセスを改善するために使用されることができる。

本開示の見地によれば、例えば側方に位置する電極を使用することによって、寄生容量を低く保つための注意が払われるという条件で、別個の駆動及び受信エレクトロニクス（別個に図示せず）が、使用されることができる。

開示された装置、システム及び方法は、本開示の精神又は範囲を逸脱することなく、多くの他のバリエーション及び他のアプリケーションに影響されやすい。

Claims (21)

1. 容量性超音波トランスデューサであって、
   第１の電極と、
   第２の電極と、
   間隙によって前記第１の電極及び前記第２の電極から隔てられ、中央領域及び周辺領域を有する第３の電極と、
   前記第３の電極と前記第１の電極との間及び前記第３の電極と前記第２の電極との間に配置される高誘電率材料の層と、
   を有し、前記容量性超音波トランスデューサが崩壊モードで動作する際、前記第３の電極の前記中央領域は、前記第１の電極の方へ間隙なく崩壊して、前記高誘電率材料の層が前記中央領域と前記第１の電極との間にサンドイッチされ、前記第３の電極の前記周辺領域は、前記第２の電極の方へ間隙を有して崩壊可能であり、前記第２の電極に対して振動する、容量性超音波トランスデューサ。
2. 前記高誘電率材料の層は、前記容量性超音波トランスデューサの非動作時、前記第１及び前記第２の電極の各々と離間された位置に配置される、請求項１に記載の容量性超音波トランスデューサ。
3. 前記高誘電率材料の層及び前記第３の電極が互いに固着される、請求項２に記載の容量性超音波トランスデューサ。
4. 前記高誘電率材料の層は、前記第１及び前記第２の電極に固着され、前記第３の電極の前記中央領域及び前記周辺領域が更に、前記容量性超音波トランスデューサの非動作時、前記高誘電率材料の層と離間された位置にある、請求項１に記載の容量性超音波トランスデューサ。
5. 前記容量性超音波トランスデューサが第４の電極を更に有し、前記高誘電率材料の層の少なくとも一部が、前記第３及び前記第４の電極の間にサンドイッチされた圧電層を形成し、前記第３及び前記第４の電極が、前記圧電層に電界を印加するように協働する、請求項１に記載の容量性超音波トランスデューサ。
6. 前記第３及び前記第４の電極の各々は、前記高誘電率材料の層に固着される、請求項５に記載の容量性超音波トランスデューサ。
7. 前記高誘電率材料の層は、前記圧電層の少なくとも一部を形成する、請求項６に記載の容量性超音波トランスデューサ。
8. 前記第３の電極及び前記第４の電極は、前記圧電層に対してｄ３１モード圧電結合を生成するように協働する、請求項７に記載の容量性超音波トランスデューサ。
9. 前記第３及び第４の電極は、前記高誘電率材料の層の共通の側面に沿って配置される、請求項６に記載の容量性超音波トランスデューサ。
10. 前記第３及び前記第４の電極は互いにかみ合う、請求項９に記載の容量性超音波トランスデューサ。
11. 前記第３及び前記第４の電極は、前記圧電層に対してｄ３３モード圧電結合を生成するように協働する、請求項９に記載の容量性超音波トランスデューサ。
12. 前記高誘電率材料の層の誘電率は、少なくとも１００の値を有する、請求項１に記載の容量性超音波トランスデューサ。
13. 前記容量性超音波トランスデューサが第４の電極を更に有し、前記第１の電極は、前記第２の電極と前記第４の電極との間に配置され、前記第３の電極は、前記中央領域の外側に、間隙によって前記第４の電極から隔てられる別の周辺領域を更に有し、前記高誘電率材料の層は更に、前記第３の電極と前記第４の電極との間に配置され、前記第３の電極の前記別の周辺領域は、前記容量性超音波トランスデューサが崩壊モードで動作する際、前記第４の電極の方へ間隙を有して崩壊可能であり、前記第４の電極に対して振動する、請求項１に記載の容量性超音波トランスデューサ。
14. 請求項１に記載の容量性超音波トランスデューサを有する医用撮像システム。
15. 共通基板に配置された請求項１に記載の容量性超音波トランスデューサのアレイを有する医用撮像システム。
16. 容量性超音波トランスデューサを動作させる方法であって、
    第１の電極と、第２の電極と、間隙によって前記第１の電極及び前記第２の電極から隔てられ、中央領域及び周辺領域を有する第３の電極と、前記第３の電極と前記第１の電極との間及び前記第３の電極と前記第２の電極との間に配置される高誘電率材料の層と、を有する前記容量性超音波トランスデューサを準備するステップと、
    前記第１の電極の方へ前記３の電極の前記中央領域を間隙なく崩壊させて、前記高誘電率材料の層が、前記第３の電極の前記中央領域と前記第１の電極との間にサンドイッチされるようにするステップと、
    前記第２の電極に対して、前記中央領域の外側に配置される前記第３の電極の周辺領域を振動させるステップと、
    を含む方法。
17. 前記容量性超音波トランスデューサが第４の電極を更に有し、前記高誘電率材料の層の少なくとも一部が、前記第３及び前記第４の電極の間にサンドイッチされた圧電層を形成し、前記方法が、前記圧電層に対して圧電結合を生成するように前記第３及び前記第４の電極を協働的に用いるステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記容量性超音波トランスデューサの間隙及びスチフネスのうち少なくとも１つを較正するために前記圧電結合が生成される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記容量性超音波トランスデューサが容量性駆動と前記圧電結合の組み合わせにおいて動作される、請求項１７に記載の方法。
20. 前記圧電結合は、ｄ３３モード圧電結合を含む、請求項１７に記載の方法。
21. 前記圧電結合は、ｄ３１モード圧電結合を含む、請求項１７に記載の方法。

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