JP6184534B2 - 電気機械変換装置及びその作製方法 - Google Patents
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Description
図1(a)は、本発明の電気機械変換装置の上面図であり、図1(b)、図1(c)は、それぞれ、図1(a)のA−B断面図、C−D断面図である。本発明の電気機械変換装置は、セル構造1を有する素子2を複数有している。素子2は、電気的に接続された複数のセル構造1からなる。図1では、素子2は、9個のセル構造から構成されているが、個数はいくつであっても構わない。また、素子数も、4つの素子のみ記載しているが、個数はいくつでも構わない。セル構造の形状は、図1では円形であるが、四角形、六角形等の形状でも構わない。
本発明の駆動原理を説明する。電気機械変換装置で超音波を受信する場合、図示しない電圧印加手段で、第一の電極と第二の電極との間に電位差が生じるように、第一の電極13に直流電圧を印加しておく。超音波を受信すると、第二の電極4を有する振動膜が撓むため、第二の電極4と第一の電極13との間隔(キャビティ3の深さ方向の距離)が変わり、静電容量が変化する。この静電容量変化によって、引き出し配線6に電流が流れる。
この電流を図示しない電流−電圧変換素子によって電圧に変換し、超音波の受信信号とする。上述したように、引き出し配線の構成を変更することによって、第二の電極4に直流電圧を印加し、第一の電極13から素子毎に電気信号を引き出してもよい。
次に、図3、図4を用いて、本発明の作製方法を説明する。図3は、電気機械変換装置の断面図であり、図1とほぼ同様の構成である。図3は、図1のA−B断面図であり、図4は、図1のC−D断面図である。
また、大きな引張り応力の場合、第一のメンブレンが破壊されることがある。従って、第一のメンブレン55は、低い引張り応力となるように形成することが望ましい。
次に、本発明において好適な形態を説明する。本発明では、第一のメンブレン55の厚さは犠牲層54の厚さの2倍以上となるように形成することが好ましい。第一のメンブレン55の厚さが犠牲層54の深さの2倍より薄い場合、犠牲層形成時の段差部分を第一のメンブレン55によって良好に覆うことができない可能性がある。特に、犠牲層54の側面と上面との角部の被覆状態が悪いと、犠牲層エッチングしてキャビティを形成した場合、各セル間、各素子間での第一のメンブレン55の機械特性がばらついてしまう。
そこで、第一のメンブレン55を薄くしておき、第二のメンブレン57で振動膜全体の厚みを調整するほうが、所望なばね定数に調整しやすい。図1において、本形態により作製した電気機械変換装置は、第二のメンブレン18の厚さが、第一のメンブレン16の厚さより厚い。
また、チタンは表面粗さも小さくできるため、メンブレンのたわみばらつきを抑制できる。
エッチングホール19を封止している封止部の厚さは、第二の電極4上の第二のメンブレン18の厚さと同じである。よって、第二のメンブレン18を形成する膜をエッチングすることなく、成膜工程だけで所望のばね定数を有する振動膜を形成することができる。
特に、犠牲層54の除去後の乾燥工程により、第一のメンブレン55は、第一の電極52側に付着しやすくなるが、第一のメンブレンのばね定数を1250N/mにしているため、スティッキングを防止して、キャビティを形成することができる。さらに、クロムエッチング液は、窒化シリコン、チタン、シリコン酸化膜をエッチングしないため、振動膜の厚みばらつきや第一の電極と第二の電極との間の距離ばらつきを防止することができる。
2 電気機械変換装置素子
3 キャビティ
4 第二の電極
5 封止部の厚み
6 キャビティ深さ
7 第一のメンブレンの厚さ
8 第二のメンブレンの厚さ
11 基板
12 第一の絶縁膜
13 第一の電極
14 第二の絶縁膜
16 第一のメンブレン
18 第二のメンブレン
19 エッチングホール
20 メンブレン支持部
Claims (7)
- 第一の電極と、
前記第一の電極上に、前記第一の電極の積層方向に積層されている絶縁膜と、
前記絶縁膜と間隙を隔てて前記積層方向に積層されている第一のメンブレンと、前記第一のメンブレン上の前記積層方向に積層されている、前記第一の電極と対向する第二の電極と、前記間隙とは反対側の前記第二の電極上に形成された第二のメンブレンと、からなる振動膜と、
を備える静電容量型の電気機械変換装置であって、
前記間隙を封止している封止部の厚みは、前記第二の電極上の前記第二のメンブレンの厚みと同じであり、
前記第一のメンブレンの厚さは、前記間隙の厚さの2倍以上であり、
前記第二のメンブレンの厚さは、前記間隙の厚さの3倍以上であり、
第二のメンブレンの厚さは、前記第一のメンブレンの厚さより厚いことを特徴とする電気機械変換装置。 - 複数の素子を含み構成される静電容量型の電気機械変換装置であって、
前記複数の素子は、それぞれ複数のセルを備えており、
前記セルは、
第一の電極と、
前記第一の電極上に、前記第一の電極の積層方向に積層されている絶縁膜と、
前記絶縁膜と間隙を隔てて前記積層方向に積層されている第一のメンブレンと、前記第一のメンブレン上の前記積層方向に積層されている、前記第一の電極と対向する第二の電極と、前記間隙とは反対側の前記第二の電極上に形成された第二のメンブレンと、からなる振動膜と、を備え、
前記間隙を封止している封止部の厚みは、前記第二の電極上の前記第二のメンブレンの厚みと同じであり、
前記第一のメンブレンの厚さは、前記間隙の厚さの2倍以上であり、
前記第二のメンブレンの厚さは、前記間隙の厚さの3倍以上であり、
第二のメンブレンの厚さは、前記第一のメンブレンの厚さより厚いことを特徴とする電気機械変換装置。 - 前記第一のメンブレンのばね定数が500N/m以上3000N/m以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の電気機械変換装置。
- 前記第一のメンブレンと前記第二のメンブレンとは同一の材料で構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電気機械変換装置。
- 前記第一のメンブレンと前記第二のメンブレンとはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電気機械変換装置。
- 前記第二の電極は、前記第一のメンブレン上の前記積層方向に直交する面内方向に関して、前記第一のメンブレンが形成されている領域よりも小さな領域に設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電気機械変換装置。
- 前記封止部は、前記第一のメンブレンの、前記面内方向に関して前記第二の電極が形成されている領域の外側に設けられていることを特徴とする請求項6に記載の電気機械変換装置。
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