JP6555869B2 - 静電容量型トランスデューサ - Google Patents

Description

本発明は、超音波変換素子などとして用いられる静電容量型トランスデューサ等に関する。

従来、マイクロマシニング技術によって製造される微小機械部材はマイクロメータオーダの加工が可能であり、これらを用いて様々な微小機能素子が実現されている。こうした技術を用いた静電容量型トランスデューサは、圧電素子の代替品として研究されている。このような静電容量型トランスデューサによると、振動膜の振動を用いて超音波を送信ないし受信することができ、特に液中において優れた広帯域特性を容易に得ることができる。この種のものとして、基板上に形成された第一の電極や、セル間を接続する電気配線がチタンで形成される静電容量型トランスデューサが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−２２２５１４号公報

上記従来技術において、第一の電極や、セル間を接続する電気配線がチタンで形成される静電容量型トランスデューサでは、送信効率或は受信感度が低下することがある。

上記課題に鑑み、素子を１つ以上備える本発明の第一の静電容量型トランスデューサは次の特徴を有する。前記素子は、共通の信号取り出し電極に電気的に接続される、一対の電極のうちの一方の電極と、前記一方の電極と間隙を隔てて設けられた他方の電極と、を備えるセルを複数有するセル群を、複数備え、各セル群内では、各セルから前記信号取り出し電極までの配線長が等しい。そして、各セル群の静電容量をΔＣｇ、隣り合う２つのセル群間の配線抵抗をΔＲｇ、前記素子内のセル群の数をＮｇ、前記素子の中心周波数をｆｃとしたとき、次の式（１）が満たされる。
ｆｃ≦１／（２×π×Ｎｇ^２×ΔＲｇ×ΔＣｇ） （１）

また、上記課題に鑑み、セルを１つ以上備える本発明の第二の静電容量型トランスデューサは次の特徴を有する。前記セルは、共通の信号取り出し電極に電気的に接続される、一対の電極のうちの一方の電極と、前記一方の電極と間隙を隔てて設けられた他方の電極と、を備え、各セルから前記信号取り出し電極までの配線長が異なる。そして、各セルの静電容量をΔＣｓ、隣り合う２つのセル間の配線抵抗をΔＲｓ、セルの数をＮｓ、当該トランスデューサの中心周波数をｆｃとしたとき、次の式（２）が満たされる。
ｆｃ≦１／（２×π×Ｎｓ^２×ΔＲｓ×ΔＣｓ） （２）
第二の静電容量型トランスデューサの構成は、第一の静電容量型トランスデューサにおいて各セル群が１つのセルからなるものと見做すこともできる。

本発明によれば、所定の関係式を満足させる構成によって、送信効率或は受信感度の低下を防止することができる。

本発明の実施形態１ないし実施例１の静電容量型トランスデューサの説明図。 図１の静電容量型トランスデューサの作製方法を説明する断面図。 本発明の原理を説明する図。 本発明の実施例２の静電容量型トランスデューサを説明する上面図。 本発明の実施例３の静電容量型トランスデューサを説明する上面図。 本発明の実施例４の静電容量型トランスデューサを説明する上面図。 伝達特性のシミュレーション結果を示す図。 本発明の実施形態２の被検体情報取得装置に関する説明図。

本発明では、素子がセル群或いはセルを複数備え、セル群ないしセルの静電容量、隣り合うセル群ないしセル間の配線抵抗、セル群ないしセルの数、動作周波数の中心周波数を含む所定の関係式を満足させることで所期の目的を達成する。以下、本発明の実施形態や実施例について説明するが、本発明はこれらの実施形態や実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（実施形態１）
以下に、本発明の実施形態について図を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施形態の静電容量型トランスデューサの上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。また、図２は、図１（ａ）のＣ−Ｄ断面図であり、本実施形態の静電容量型トランスデューサの作製方法を示す。

本実施形態の静電容量型トランスデューサは、セル構造（セル）１を有する静電容量型トランスデューサ素子（エレメント）２を１つ以上備えている。図１では、１つの静電容量型トランスデューサ素子のみ記載しているが、素子数はいくつでも構わない。セル構造１は、基板９、基板上に形成された第一の絶縁膜１０、第一の絶縁膜１０上に形成された第一の電極（下電極）４、第一の電極４上の第二の絶縁膜１１を有する。さらに、第一のメンブレン１３と第二の電極（上電極）５、第二のメンブレン１９、第三のメンブレン２０で構成される振動膜１２と、振動膜１２を振動可能に支持する振動膜支持部１８、キャビティ（間隙）３とを有している。基板９がガラス基板などの絶縁性基板の場合、第一の絶縁膜１０は無くてもよい。第一のメンブレン１３、第二のメンブレン１９、第三のメンブレン２０は絶縁膜である。これらの材料として、特に、窒化シリコン膜は、低い引張り応力、例えば、３００ＭＰａ以下の引張り応力で形成できるので、窒化シリコン膜の残留応力により振動膜の大きな変形を防止することができるため、望ましい。

セル群１４を構成する複数のセル１はセル群間の配線１６で接続されている。セル群１４とは、素子において共通の信号取り出し電極１５からの配線長が等しい複数のセルで構成されるものをいう。すなわち、電気配線１６は、第二の電極同士を接続し、隣り合うセル群のセル同士を接続している。セル群間の配線１６を平行射影する面が第一の電極４に重なる場合、寄生容量となる。寄生容量はノイズの増加につながるため、セル群間の配線１６を平行射影する面が第一の電極４に重なる部分は少ないことが望ましい。従って、セル群間の配線の幅は小さく本数は少ないことが望ましい。また、第一の電極４上にキャビティ３などの立体構造を形成しやすくするために、第一の電極４は凹凸のない平面であることが望ましい。図１において、６はエッチング路、７はエッチング孔、８は封止部である。これらについては後述する。

本実施形態の静電容量型トランスデューサでは、素子において共通の信号取り出し電極１５からの配線長がセル群内では等しい複数のセルで構成されるセル群１４を複数有する。つまり、素子（エレメント）２は複数のセル群１４を有する。信号取り出し電極は素子毎に設けられ、ここでは、一対の一方の電極（振動膜の一部である第二の電極５）は素子間で電気的に絶縁され、他方の電極（第一の電極４）は素子間で電気的に接続されている。こうした構成において、送信効率或は受信感度を低下させないように、セル群の静電容量ΔＣｇと、隣り合うセル群の間の配線１６の電気抵抗ΔＲｇと、セル群の数Ｎｇと、トランスデューサの動作周波数の中心周波数ｆｃとが、（１）式の関係を満足する。静電容量は、セル自体の静電容量と寄生容量を含むものであり、電気抵抗は、並列的な複数の配線１６の合成抵抗である。
ｆｃ≦１／（２×π×Ｎｇ^２×ΔＲｇ×ΔＣｇ） （１）

本構成とすることによって、セル群の静電容量とセル群の間の電気抵抗のＲＣカップリングによる、送信効率或は受信感度の低下を防止することができる。ここで、ＲＣカップリングによる送信効率或は受信感度の低下を説明する。一般的に、電気抵抗Ｒと静電容量Ｃが直列に接続される場合、ＲＣカップリングによりローパスフィルタを形成する。このローパスフィルタのカットオフ周波数は１／（２×π×Ｒ×Ｃ）で表現することができる。一般的な静電容量型トランスデューサの場合、素子内の静電容量或は電気抵抗が小さいことが知られており、これらのＲＣカップリングによるカットオフ周波数が非常に高いため、考慮しない。素子の外部の寄生抵抗が大きい場合には、この外部の寄生抵抗と素子内の静電容量Ｃとのカップリングを考慮することがある。その場合、寄生抵抗を低減して、これらのＲＣカップリングによるカットオフ周波数を高くする。

本発明では、セル群の静電容量ΔＣとセル群の間の電気抵抗ΔＲが小さい場合でも、セル群の数が多くなることで、これらのＲＣカップリングにより送信効率或は受信感度が低下する課題が存在することを見出した。特に、セル群を構成するセルの数が少なく、セル群を構成するセル数よりセル群の数が多い場合や、セル群の数が５０個以上の場合に、ＲＣカップリングにより、送信効率或は受信感度が低下する。

図３は、本発明の原理を説明するもので、本発明の静電容量型トランスデューサの素子の回路構成である。本発明の静電容量型トランスデューサでは、信号取り出し電極からの配線長が等しいセルは電気的に等価とみなせる。従って、これらのセルを１つのセル群とする。図３に示すように、セル群の数が多い場合、１つのセル群の静電容量とセル群の間の電気抵抗によるＲＣカップリングが多段（Ｎ段）に形成されることになる。その場合、Ｖ１とＶ２の関係は下記のように記述できる。特に、セル群の数（Ｎ）が５０個以上の場合は、（３）式と厳密解との差が１％未満となる。

上記（３）式で、√（ΔＲ／ｊωΔＣ）はＺ（インピーダンス）であり、Ｚ＝√（Ｒ＋ｊωＬ）／（Ｇ＋ｊωＣ）と表されるが、ここではＬ（インダクタンス）とＧ（コンダクタンス）がゼロであるので、Ｚ＝√（ΔＲ／ｊωΔＣ）となる。γは√（Ｒ＋ｊωＬ）（Ｇ＋ｊωＣ）と表されるが、ここでもＬ、Ｇがゼロであるので、γ＝√（ｊωΔＲΔＣ）となる。

（３）式において、信号取り出し電極から最も遠いセル群の外側にセルが存在しないことから、非常に大きいインピーダンスを持つとみなすことができるため、Ｉ２はゼロとなる。従って、Ｖ１とＶ２の関係は下記のように記述できる。
Ｖ１／Ｖ２＝ｃｏｓｈ（Ｎ√（ｊωΔＲΔＣ）） ω＝２πｆ （４）

静電容量型トランスデューサの周波数帯域は広いため、所望の中心周波数ｆｃに対して、２倍の周波数帯域まで、上記（４）式のＶ１／Ｖ２がほぼ一定であれば、ＲＣカップリングによる送信効率或は受信感度の低下を防止できることになる。すなわち、Ｖ１／Ｖ２は伝達特性（感度）であり、これが２ｆｃ辺りまであまり低下しなければカットオフ周波数が十分に高くなって、送信効率或は受信感度の低下を防止できる。ここで、ほぼ一定とは、伝達特性の低下率が、超音波の圧力を測定する装置やシステムの精度である１ｄＢ以下であることを指す。

（４）式より、変数であるＮ√（ωΔＲΔＣ）が一定の場合、Ｖ１／Ｖ２は一定となる。図７は、Ｎ√（ωΔＲΔＣ）を横軸として、Ｖ１／Ｖ２をｄＢで表示したものである。図７に示すように、シミュレーション結果として、Ｎ√（ωΔＲΔＣ）が１.５以下のとき、２ｆｃでの伝達特性の低下率が１ｄＢ以下であることが分かっている。従って、下記の（５）式を満たせば良いことになる。つまり、１（ｄＢ）≧ｃｏｓｈ（Ｎ√（ωΔＲΔＣ））と記述できて、下記（５）式が導ける。
Ｎ√（２π（２ｆｃ）ΔＲΔＣ）≦１.５ （５）

１.５の２乗はほぼ２であるから、（５）式から上述した（１）式が導ける。以上より、セル群の静電容量ΔＣｇと、隣り合うセル群の間の配線１６の電気抵抗ΔＲｇと、 前記セル群の数Ｎｇと、中心周波数ｆｃとが、（１）式の関係を満足することにより、Ｖ１／Ｖ２はほぼ一定となることから、送信効率或は受信感度を低下させない。

トランスデューサの駆動原理を説明する。静電容量型トランスデューサの素子は、信号取り出し電極１５から電気信号を取り出すことができる。本実施形態では、第二の電極を取り出し電極に接続して、電気信号を取り出しているが、第一の電極から取り出してもよい。静電容量型トランスデューサで超音波を受信する場合、図示しない電圧印加手段で、直流電圧を第一の電極４に印加しておく。超音波を受信すると、第二の電極５を有する振動膜１２が変形するため、第二の電極５と第一の電極４との間のキャビティ３の距離（高さ）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、信号取り出し電極１５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として、超音波を受信することができる。上述したように、直流電圧を第二の電極に印加し、第一の電極から電気信号を取り出してもよい。一方、第二の電極に直流電圧と交流電圧を印加し、静電気力によって振動膜１２を振動させることができ、これによって、超音波を送信することができる。送信する場合も、引き出し配線の構成を変更することによって、直流電圧と交流電圧を第一の電極に印加し、振動膜を振動させてもよい。

図２を用いて、本実施形態の作製方法を説明する。図２は、静電容量型トランスデューサの断面図であり、図１とほぼ同様の構成である。図２は、図１のＣ−Ｄ断面図である。図２（ａ）に示すように、基板９上に第一の絶縁膜１０を形成する。基板９はシリコン基板であり、第一の絶縁膜１０は第一の電極４との絶縁を形成するためのものである。基板９がガラス基板のような絶縁性基板の場合、絶縁膜１０は形成しなくともよい。また、基板９は、表面粗さの小さな基板が望ましい。表面粗さが大きい場合、本工程の後工程の成膜工程でも、表面粗さが転写されていくとともに、表面粗さによる第一の電極と第二の電極間の距離が、各セル間、各素子間において、ばらついてしまう。このばらつきは、変換効率のばらつきとなるため、感度、帯域ばらつきとなる。従って、基板９は、表面粗さの小さな基板が望ましい。

次に、第一の電極４を形成する。第一の電極４は、表面粗さが小さい導電材料が望ましく、例えば、チタン、アルミニウムとネオジウムなどのアルミ合金等である。基板と同様に、第一の電極の表面粗さが大きい場合、表面粗さにより第一の電極と第二の電極間の距離が、各セル間、各素子間でばらついてしまう。そのため、表面粗さが小さい導電材料が望ましい。次に、第二の絶縁膜１１を形成する。第二の絶縁膜１１は、表面粗さが小さい絶縁材料が望ましく、第一の電極４と第二の電極５との間に電圧が印加された場合の第一の電極と第二の電極間の電気的短絡或は絶縁破壊を防止するために形成する。低電圧で駆動し、後述のメンブレン１３が絶縁体である場合、第二の絶縁膜１１を形成しなくともよい。基板と同様に、第二の絶縁膜１１の表面粗さが大きい場合、表面粗さにより第一の電極と第二の電極間の距離が、各セル間、各素子間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい第二の絶縁膜が望ましい。例えば、窒化シリコン膜、シリコン酸化膜等である。

次に、図２（ｂ）に示すように、犠牲層１７を形成する。犠牲層１７は、表面粗さが小さい材料が望ましい。基板９と同様に、犠牲層の表面粗さが大きい場合、表面粗さにより第一の電極と第二の電極間の距離が、各セル間、各素子間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい犠牲層１７が望ましい。また、犠牲層を除去するエッチングのエッチング時間を短くするために、エッチング速度の速い材料が望ましい。犠牲層を除去するエッチング液或はエッチングガスに対して、第二の絶縁膜１１、メンブレンがほぼエッチングされないような犠牲層材料が求められる。犠牲層を除去するエッチング液或はエッチングガスに対して、第二の絶縁膜、メンブレンが多少ともエッチングされる場合、振動膜の厚さのばらつき、第一の電極と第二の電極との間の距離のばらつきが発生する。振動膜１２の厚さばらつき、第一の電極と第二の電極との間の距離ばらつきは、各セル間、各素子間の感度、帯域ばらつきとなる。第二の絶縁膜１１、第一のメンブレン１３が窒化シリコン膜或はシリコン酸化膜の場合、犠牲層材料として、表面粗さが小さく、第二の絶縁膜、第一のメンブレンがエッチングされないエッチング液を用いるクロムが望ましい。

次に、図２（ｃ）に示すように、第一のメンブレン１３と第二の電極５、第二のメンブレン１９を形成する。第一のメンブレン１３と第二のメンブレン１９は、低い引張り応力のものが望ましい。例えば、３００ＭＰａ以下の引張り応力がよい。窒化シリコン膜は応力コントロールが可能であり、３００ＭＰａ以下の低い引張り応力にすることができる。第一のメンブレン１３が圧縮応力を有する場合、第一のメンブレンがスティッキング（キャビティの底面に接触してしまうこと）或は座屈を引き起こし、大きく変形する。また、大きな引張り応力の場合、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１３と第二のメンブレン１９は、低い引張り応力が望ましい。第二の電極５は、残留応力が小さい材料が望ましい。第二の電極の残留応力が大きい場合、振動膜１２の大きな変形を引き起こすため、残留応力の小さな第二の電極が望ましい。また、追加でメンブレンを形成する場合は、第二の電極は、耐熱性を有する材料が望ましい。例えば、チタン、アルミ合金等である。特に、アルミニウムとネオジウムのアルミ合金は熱耐性が高いため、第二のメンブレンや第三のメンブレンを形成する際の温度による第二の電極の変質を防止することができる。

次に、図２（ｄ）に示すように、エッチングホール７を形成する。その後、エッチングホールを介して、犠牲層１３を除去する。次に、図２（ｅ）に示すように、封止部８を形成する。本工程では、エッチングホール７を封止する封止部８と第三のメンブレン２０を同時に形成する。エッチングホールの封止工程と第三のメンブレンを形成する工程を別工程とする場合、エッチングホールを封止するための膜が振動膜上に堆積する。この堆積した膜を除去するためにエッチングを行うと、振動膜の厚さばらつきや応力ばらつきが発生する。これに対して本工程のように、エッチングホール７の封止工程と第三のメンブレン２０を形成する工程が同じであると、振動膜は成膜工程だけで形成することができる。

また、封止部８を含む層は、低い引張り応力を有する材料が望ましい。第一のメンブレンや第二のメンブレンと同様に、封止部８を含む層が圧縮応力を有する場合、メンブレンがスティッキング或は座屈を引き起こし、大きく変形する。また、大きな引張り応力の場合、メンブレンが破壊されることがある。従って、第三のメンブレン２０は、低い引張り応力のものが望ましい。窒化シリコン膜は応力コントロールが可能であり、３００ＭＰａ以下の低い引張り応力にすることができる。本工程の後、図示しない工程により、第一の電極４と接続する配線や、第二の電極５と接続する配線、信号取り出し電極を形成する。配線材料はアルミニウム等でよい。

本構成のように、犠牲層を除去することによりキャビティ３を形成して、セル間に段差がある場合、セル群間の配線１６の電気抵抗が高くなることがある。特に、セル間隔が狭い場合や段差が大きい場合には、ステップカバレッジが悪くなり、電気配線の厚みが薄くなることがある。本実施形態の静電容量型トランスデューサの場合、セル群の静電容量ΔＣｇと、隣り合うセル群の間の配線１６の電気抵抗ΔＲｇと、セル群の数Ｎｇと、中心周波数ｆｃとが、（１）式の関係を満足することにより、送信効率或は受信感度を低下させない。

複数のセルの第二の電極を接続する電気配線は、隣り合うセル群の間にのみ配置され、該電気配線は、すべての最隣接セルの電極を接続する構成とすることもできる（後述する実施例２参照）。こうした構成とすることで、ノイズの増加につながる不要な寄生容量の増加を抑制して、セル群間の電気抵抗を低減することができる。

また、セル群間の電気配線がアルミニウムとネオジウムの合金である構成とすることもできる。図２のように、第二の電極５を形成した後に、第二のメンブレン１９を形成する場合、形成する際の熱によって、アルミニウムなどの金属には、ヒロックと呼ばれる微細な突起が形成され、振動膜を突き破り、破損することがある。本構成の材料を第二の電極５に用いることにより、ヒロックの発生を防止して、振動膜１２の破損を防止することができる。

また、静電容量型トランスデューサでは、信号取り出し電極からの配線長が異なるセルを複数有する構成とすることもできる（後述する実施例４参照）。ここでは、送信効率或は受信感度を低下させないように、セルの静電容量ΔＣｓと、隣り合うセル間の配線抵抗ΔＲｓと、配線長の異なるセルの数Ｎｓと、中心周波数ｆｃとが、上記（２）式の関係を満足する。

さらに、信号取り出し電極と第二の電極を接続するバイパス配線を有し、バイパス配線を平行射影する面が第一の電極の上に重ならない構成とすることもできる（後述する実施例３参照）。本構成とすることで、ノイズの増加につながる寄生容量の増加を抑制して、セル群間の電気抵抗を低減することができる。

（実施形態２）
上記実施形態で説明したトランスデューサは、音響波を用いた被検体情報取得装置に適用することができる。被検体からの音響波をトランスデューサで受信し、出力される電気信号を用い、光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した被検体情報や音響インピーダンスの違いを反映した被検体情報を取得することができる。

図８（ａ）は、光音響効果を利用した被検体情報取得装置を示したものである。光源４０から発生したパルス光は、レンズ、ミラー、光ファイバー等の光学部材４２を介して、被検体４４に照射される。被検体４４の内部にある光吸収体４６は、パルス光のエネルギーを吸収し、音響波である光音響波４８を発生する。プローブ（すなわち探触子）５２内のトランスデューサ５０は、光音響波４８を受信して電気信号に変換し、信号処理部５４に出力する。信号処理部５４は、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部５６へ出力する。データ処理部５６は、入力された信号を用いて被検体情報（光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した特性情報）を画像データとして取得する。なお、ここでは、信号処理部５４とデータ処理部５６を含めて、処理部という。表示部５８は、データ処理部５６から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。

図８（ｂ）は、音響波の反射を利用した超音波エコー診断装置等の被検体情報取得装置を示したものである。プローブ（すなわち探触子）７２内のトランスデューサ７０から被検体６４へ送信された音響波は、反射体６６により反射される。トランスデューサ７０は、反射された音響波６８（反射波）を受信して電気信号に変換し、信号処理部７４に出力する。信号処理部７４は、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部７６へ出力する。データ処理部７６（取得部）は、入力された信号を用いて被検体情報（音響インピーダンスの違いを反映した特性情報）を画像データとして取得する。なお、ここでも、信号処理部７４とデータ処理部７６を含めて、処理部という。表示部７８は、データ処理部７６から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。

プローブは、機械的に走査するものであっても、医師や技師等のユーザが被検体に対して移動させるもの（ハンドヘルド型）であってもよい。また、図８（ｂ）のように反射波を用いる装置の場合、音響波を送信するプローブは受信するプローブと別に設けても良い。

さらに、図８（ａ）と図８（ｂ）の装置の機能をどちらも兼ね備えた装置とし、被検体の光学特性値を反映した被検体情報と、音響インピーダンスの違いを反映した被検体情報と、をどちらも取得するようにしてもよい。この場合、図８（ａ）のトランスデューサ５０が光音響波の受信だけでなく、音響波の送信と反射波の受信を行うようにしてもよい。

以下、より具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
（実施例１）
本発明の実施例１について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施例の静電容量型トランスデューサの上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。本実施例の静電容量型トランスデューサは、セル構造１を有する静電容量型トランスデューサ素子２を有している。図１では、１つの素子のみ記載しているが、素子数はいくつでも構わない。また、素子は、８６８個のセル構造から構成されている。本実施例の振動膜形状は、円形であるが、形状は四角形、六角形等でも構わない。

セル構造１は、３００μｍの厚さのシリコン基板９、シリコン基板９上に形成される第一の絶縁膜１０、第一の絶縁膜１０上に形成される第一の電極４、第一の電極４上の第二の絶縁膜１１を有する。さらに、第一のメンブレン１３、第二のメンブレン１９、第二の電極５、第三のメンブレン２０で構成される振動膜１２、振動膜を支持する振動膜支持部１８、キャビティ３を有している。第一の絶縁膜１０は、熱酸化により形成した厚さ１μｍのシリコン酸化膜である。第二の絶縁膜１１は、Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＥ−ＣＶＤ）により形成したシリコン酸化膜である。第一の電極４は厚さが５０ｎｍのチタンであり、第二の電極５は厚さが１００ｎｍのアルミニウムとネオジウムの合金である。第一のメンブレン１３、第二のメンブレン１９はＰＥ−ＣＶＤにより作製した窒化シリコン膜であり、２００ＭＰａ以下の引張り応力で形成する。

また、キヤビティの直径は３０μｍであり、第一のメンブレンと第二のメンブレンと第三のメンブレンのそれぞれの厚さは、０．４μｍ、０．５μｍ、０．７μｍであり、第一の電極４の直径は２６μｍである。キャビティの深さは、０．２μｍである。また、信号取り出し電極からの配線長が等しい７個のセルで構成されるセル群１４を１２４個有する。セル群の静電容量ΔＣｇが０．２ｐＦ、隣り合うセル群間の配線１６の電気抵抗ΔＲｇが６Ω、セル群の数Ｎｇが１２４、中心周波数ｆｃが８ＭＨｚとしたことで、上記（１）式の関係を満足する。本構成とすることによって、送信効率或は受信感度の低下を防止することができる。

また、第二の電極を形成した後に、第二のメンブレンを形成する。第二の電極として、アルミニウムとネオジウムの合金を用いていることから、第二のメンブレンを形成する時の熱によってヒロックと呼ばれる微細な突起が形成されることが防止され、振動膜の破損を防止できる。

（実施例２）
実施例２の静電容量型トランスデューサの構成を図４を用いて説明する。図４は、本実施例の静電容量型トランスデューサの上面図である。実施例２の静電容量型トランスデューサの構成は、実施例１とほぼ同様である。

本実施例の静電容量型トランスデューサ素子２２の複数のセル２１の第二の電極２５を接続する電気配線３６は、隣り合うセル群２４の間にのみ配置され、複数のセルの第二の電極２５を接続する電気配線は、すべての最隣接セルの電極を接続する構成である。同セル群中のセル間を接続する電気配線がないため、ノイズの増加につながる寄生容量の増加を抑制できる。

また、１つのセルに対して二本の電気配線でセル群間が接続されており、セル群間の電気抵抗を低減することができる。本構成とすることによって、送信効率或は受信感度の低下を防止することができる。なお、図４において、２３はキャビティ、２６はエッチング路、２７はエッチング孔、２８は封止部、３５は信号取り出し電極である。

（実施例３）
実施例３の静電容量型トランスデューサの構成を図５を用いて説明する。図５は、本実施例の静電容量型トランスデューサの上面図である。実施例３の静電容量型トランスデューサの構成は、実施例１とほぼ同様である。

本実施例の静電容量型トランスデューサは、信号取り出し電極５５と第二の電極４５を接続するバイパス配線５７を有し、バイパス配線５７を平行射影する面が第一の電極の上に重ならない構成である。本構成とすることで、ノイズの増加につながる寄生容量の増加を抑制して、セル群４４間の電気抵抗を大幅に低減することができる。従って、本構成によって、送信効率或は受信感度の低下を防止することができる。なお、図５において、４２は静電容量型トランスデューサ素子、４３はキャビティ、４６はエッチング路、４７はエッチング孔、４８は封止部、５６はセル群間の配線である。

（実施例４）
実施例４の静電容量型トランスデューサの構成を図６を用いて説明する。図６は、本実施例の静電容量型トランスデューサの上面図である。実施例４の静電容量型トランスデューサの構成は、実施例１とほぼ同様である。

本実施例の静電容量型トランスデューサは、信号取り出し電極７５からの配線長が異なる、セル６１（１セルからなるセル群）を１２４段有する。セルの静電容量ΔＣｓが０．０３ｐＦ、隣り合うセルの間の配線７６の電気抵抗ΔＲｓが３６Ω、セルの数Ｎｇが１２４、中心周波数ｆｃが８ＭＨｚとしたことで、（２）式の関係を満足する。
ｆｃ≦１／（２×π×Ｎｓ^２×ΔＲｓ×ΔＣｓ） （２）

本実施例の構成とすることによって、前述と同じく、送信効率或は受信感度を低下させない。なお、図６において、６２は静電容量型トランスデューサ素子、６３はキャビティ、６５は第二の電極、６６はエッチング路、６７はエッチング孔、６８は封止部である。

１・・セル構造（セル）、２・・素子、３・・キャビティ（間隙）、４・・第一の電極（他方の電極）、５・・第二の電極（一方の電極）、１４・・セル群、１５・・信号取り出し電極、１６・・セル群間の配線

Claims (16)

1. 素子を１つ以上備える静電容量型トランスデューサであって、
   前記素子は、間隙を隔てて設けられた一方の電極と他方の電極と、を含む一対の電極を備えるセルを複数有するセル群を、複数備え、
   前記複数のセル群は、共通の信号取り出し電極に電気的に接続されており、
   各セル群内では、各セルから前記信号取り出し電極までの配線長が等しく、
   隣り合う２つのセル群間は配線で接続されており、
   各セル群の静電容量をΔＣｇ、隣り合う２つのセル群間の配線抵抗をΔＲｇ、前記素子内のセル群の数をＮｇ、前記素子の中心周波数をｆｃとしたとき、
   ｆｃ≦１／（２×π×Ｎｇ^２×ΔＲｇ×ΔＣｇ）
   が満たされることを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
2. 複数の前記素子と、各素子毎に設けられた信号取り出し電極と、を備え、
   前記一方の電極は素子間で電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型トランスデューサ。
3. 前記他方の電極は素子間で電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型トランスデューサ。
4. 前記セルは振動可能に支持された振動膜を備え、
   前記一方の電極は振動可能に支持された振動膜の一部であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
5. 前記一方の電極はアルミニウムとネオジウムの合金であることを特徴とする請求項４に記載の静電容量型トランスデューサ。
6. 前記素子は、前記一方の電極同士を接続する電気配線を備え、
   前記電気配線は、隣り合う異なるセル群のセル同士を接続し、同じセル群内ではセル同士を接続していないことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
7. 前記複数のセル群は、隣り合う第一のセル群と第二のセル群とを含み、
   前記電気配線は、前記第一のセル群内の１つのセルと、前記第二のセル群内の複数のセルと、を接続することを特徴とする請求項６に記載の静電容量型トランスデューサ。
8. 前記電気配線はアルミニウムとネオジウムの合金であることを特徴とする請求項６または７に記載の静電容量型トランスデューサ。
9. 前記他方の電極はアルミニウムとネオジウムの合金であることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
10. 前記信号取り出し電極と、各セル群内の前記一方の電極と、を接続する、隣り合う２つの前記セル群間の配線とは別に設けられたバイパス配線を有し、
    前記バイパス配線を平行射影する面が前記他方の電極の上に重ならないことを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
11. 複数の前記セル群の静電容量（複数の前記セル自体の静電容量と寄生容量を含むもの）が互いに等しく、隣り合う２つの前記セル群間の配線抵抗（並列的な複数の配線の合成抵抗）が互いに等しいことを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
12. 前記セル群の数が５０個以上である請求項１から１１の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
13. 被検体からの音響波を受信して電気信号に変換する静電容量型トランスデューサと、
    前記電気信号を用いて前記被検体の情報を取得する取得部と、を有し、
    前記静電容量型トランスデューサが請求項１から１２の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサであることを特徴とする情報取得装置。
14. 前記静電容量型トランスデューサは、前記静電容量型トランスデューサから前記被検体に音響波を送信し、前記被検体から反射された音響波を受信することを特徴とする請求項１３に記載の情報取得装置。
15. 前記静電容量型トランスデューサは、前記被検体に光を照射することにより発生する音響波を受信することを特徴とする請求項１３または１４に記載の情報取得装置。
16. 前記被検体に光を照射する光源を有することを特徴とする請求項１５に記載の情報取得装置。

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