JPH0441877B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0441877B2 JPH0441877B2 JP60054190A JP5419085A JPH0441877B2 JP H0441877 B2 JPH0441877 B2 JP H0441877B2 JP 60054190 A JP60054190 A JP 60054190A JP 5419085 A JP5419085 A JP 5419085A JP H0441877 B2 JPH0441877 B2 JP H0441877B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- transducer
- interdigital
- piezoelectric thin
- propagation velocity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
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- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 8
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Landscapes
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は圧電体基板上にすだれ状電極を設け
てなるインターデイジタル・トランスジユーサ
（IDT）に関し、更に詳細には液体中に超音波を
放射させるのに好適な２層構造のインターデイジ
タル・トランスジユーサに関する。
てなるインターデイジタル・トランスジユーサ
（IDT）に関し、更に詳細には液体中に超音波を
放射させるのに好適な２層構造のインターデイジ
タル・トランスジユーサに関する。
（従来の技術）
圧電体基板上のすだれ状電極に水を接触させた
状態で電気信号を印加すると、漏洩弾性表面波
（以下、漏洩波という）が励振される。この漏洩
波は直ちにモード変換され、縦波の形で水中に放
射される。このようなタイプのインターデイジタ
ル・トランスジユーサは、超音波撮像やセンサ等
への応用が可能であることから、最近注目されて
いる。特に、圧電性薄膜は誘電体あるいは半導体
基板と組み合わせることにより、デバイス設計の
自由度を高くできることが知られている。
状態で電気信号を印加すると、漏洩弾性表面波
（以下、漏洩波という）が励振される。この漏洩
波は直ちにモード変換され、縦波の形で水中に放
射される。このようなタイプのインターデイジタ
ル・トランスジユーサは、超音波撮像やセンサ等
への応用が可能であることから、最近注目されて
いる。特に、圧電性薄膜は誘電体あるいは半導体
基板と組み合わせることにより、デバイス設計の
自由度を高くできることが知られている。
（発明が解決しようとする問題点）
この発明は圧電性薄膜と誘電体あるいは半導体
基板との２層構造を有し、液体中に超音波を放射
させるのに好適なインターデイジタル・トランス
ジユーサ（特に、漏洩弾性表面波トランスジユー
サと呼ぶ）を提供することを目的とする。
基板との２層構造を有し、液体中に超音波を放射
させるのに好適なインターデイジタル・トランス
ジユーサ（特に、漏洩弾性表面波トランスジユー
サと呼ぶ）を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
この発明は、誘電体基板または半導体基板と、
この一面に設けられるすだれ状電極と、該すだれ
状電極を覆う如く設けられる圧電性薄膜を設け、
該圧電性薄膜は液体に接して構成される漏洩弾性
表面波トランスジユーサである。
この一面に設けられるすだれ状電極と、該すだれ
状電極を覆う如く設けられる圧電性薄膜を設け、
該圧電性薄膜は液体に接して構成される漏洩弾性
表面波トランスジユーサである。
（実施例）
以下、この発明を一実施例に基づき図面を参照
して詳細に説明する。
して詳細に説明する。
まず、この発明の原理について説明する。
第２図はこの発明による２層構造のインターデ
イジタル・トランスジユーサの座標系を示す図で
ある。同図において、１０は圧電性薄膜を形成す
るZnO薄膜で、X3＝ｈの面は液体に接し、これ
に対向する面には誘電体基板を形成する溶融石英
が位置決めされている。ここで、X3＝０，X3＝
ｈにおける機械的及び電気的境界条件を満足する
伝搬速度Ｖを、Farnell等の方法を改良した形に
おいて数値代入法で求める。すだれ状電極を用い
て漏洩波を励振する場合、２層構造での電気的境
界条件は第３図ａ〜ｄに示す４種類となる。同図
において、１４及び１６はそれぞれ金属薄膜であ
る。従つて、それぞれの条件に対応する伝搬速度
Ｖの値を求め、これらの値を用いて、インターデ
イジタル・トランスジユーサの電気機械結合係数
k2及び電気エネルギの水中音波への変換の度合を
表わすfigure of merit η（以下、変換効率ηと
いう）を求めることができる。
イジタル・トランスジユーサの座標系を示す図で
ある。同図において、１０は圧電性薄膜を形成す
るZnO薄膜で、X3＝ｈの面は液体に接し、これ
に対向する面には誘電体基板を形成する溶融石英
が位置決めされている。ここで、X3＝０，X3＝
ｈにおける機械的及び電気的境界条件を満足する
伝搬速度Ｖを、Farnell等の方法を改良した形に
おいて数値代入法で求める。すだれ状電極を用い
て漏洩波を励振する場合、２層構造での電気的境
界条件は第３図ａ〜ｄに示す４種類となる。同図
において、１４及び１６はそれぞれ金属薄膜であ
る。従つて、それぞれの条件に対応する伝搬速度
Ｖの値を求め、これらの値を用いて、インターデ
イジタル・トランスジユーサの電気機械結合係数
k2及び電気エネルギの水中音波への変換の度合を
表わすfigure of merit η（以下、変換効率ηと
いう）を求めることができる。
そこで、始めに伝搬速度特性を求める。一例と
して、電気的境界条件が第３図ａに該当する場合
に、励振周波数ｆと膜厚ｈの積の関数として漏洩
波の伝搬速度を求めた結果を第４図に示す。対象
とする波は漏洩波のため、伝搬速度Ｖに虚数成分
V1が含まれており、この値が大きいほど表面波
から水中縦波へのモード変換効率が大きいことが
わる。尚、図中Vrは伝搬速度Ｖの実数成分であ
る。また、第３図ｂ〜ｄの電気的境界条件に対し
ても、図示しないが同様にして伝搬速度特性を得
ることができる。
して、電気的境界条件が第３図ａに該当する場合
に、励振周波数ｆと膜厚ｈの積の関数として漏洩
波の伝搬速度を求めた結果を第４図に示す。対象
とする波は漏洩波のため、伝搬速度Ｖに虚数成分
V1が含まれており、この値が大きいほど表面波
から水中縦波へのモード変換効率が大きいことが
わる。尚、図中Vrは伝搬速度Ｖの実数成分であ
る。また、第３図ｂ〜ｄの電気的境界条件に対し
ても、図示しないが同様にして伝搬速度特性を得
ることができる。
次に、電気機械結合係数を求める。２層構造で
可能なインターデイジタル・トランスジユーサは
第１図ａ〜ｃと第５図ａ，ｂに示す５種類のもの
が考えられる。これらの図で、１８及び２０はそ
れぞれ第１図ｄに示すようなすだれ状電極の断面
を示している。これらの構成に対する電気機械結
合係数k2は次式によつて与えられる。
可能なインターデイジタル・トランスジユーサは
第１図ａ〜ｃと第５図ａ，ｂに示す５種類のもの
が考えられる。これらの図で、１８及び２０はそ
れぞれ第１図ｄに示すようなすだれ状電極の断面
を示している。これらの構成に対する電気機械結
合係数k2は次式によつて与えられる。
k2＝２｜Vo−Vs｜／Vo×100（％）
ここで、Vo及びVsはそれぞれ電気的開放及び
短絡状態に対応する伝搬速度の実数成分である。
短絡状態に対応する伝搬速度の実数成分である。
次に、変換効率ηを求める。この値は伝搬速度
の虚数成分の度合いと電気機械結合係数k2との積
で与えられる。第６図は上記５種類の２層構造の
インターデイジタル・トランスジユーサに対応す
る変換効率ηとfhとの関係の係数結果を示す。図
中、曲線Ａ，Ｂ及びＣはそれぞれ第１図のａ，ｂ
及びｃに対応し、また曲線Ｄ及びＥはそれぞれ第
５図のａ及びｂに対応する。第６図から、すだれ
状電極をZnO薄膜１０と溶融石英１２との間に設
けた構成は、液中超音波用トランスジユーサとし
て高い変換効率ηを有することがわかる。しか
も、この構成は図示の如くダブルピーク特性を有
するので、デバイス設計上の自由度が向上する。
従つて、第１図ａ〜ｃの構成のインターデイジタ
ル・トランスジユーサは液中超音波用トランスジ
ユーサとして極めて好ましいものであることがわ
かる。
の虚数成分の度合いと電気機械結合係数k2との積
で与えられる。第６図は上記５種類の２層構造の
インターデイジタル・トランスジユーサに対応す
る変換効率ηとfhとの関係の係数結果を示す。図
中、曲線Ａ，Ｂ及びＣはそれぞれ第１図のａ，ｂ
及びｃに対応し、また曲線Ｄ及びＥはそれぞれ第
５図のａ及びｂに対応する。第６図から、すだれ
状電極をZnO薄膜１０と溶融石英１２との間に設
けた構成は、液中超音波用トランスジユーサとし
て高い変換効率ηを有することがわかる。しか
も、この構成は図示の如くダブルピーク特性を有
するので、デバイス設計上の自由度が向上する。
従つて、第１図ａ〜ｃの構成のインターデイジタ
ル・トランスジユーサは液中超音波用トランスジ
ユーサとして極めて好ましいものであることがわ
かる。
第７図は、第１図ａのインターデイジタル・ト
ランスジユーサのZnOの薄膜上に膜厚h2のSiO2か
らなる保護膜２２を設けた構成を示し、第８図は
この膜厚h2とｆの積をパラメータとして計算した
変換効率ηを示す図である。同図から、fh2が大
きくなるとともに変換効率ηのピーク値は一端増
加するが、その後減少するため、SiO2の適正な
膜厚h2を選ぶことによつて、トランスジユーサと
しての特性を損わずに保護膜としての機能を持た
せることが可能であることがわかる。尚、第１図
ｂ及びｃの場合にも、同様の効果が得られる。
ランスジユーサのZnOの薄膜上に膜厚h2のSiO2か
らなる保護膜２２を設けた構成を示し、第８図は
この膜厚h2とｆの積をパラメータとして計算した
変換効率ηを示す図である。同図から、fh2が大
きくなるとともに変換効率ηのピーク値は一端増
加するが、その後減少するため、SiO2の適正な
膜厚h2を選ぶことによつて、トランスジユーサと
しての特性を損わずに保護膜としての機能を持た
せることが可能であることがわかる。尚、第１図
ｂ及びｃの場合にも、同様の効果が得られる。
尚、上記実施例では圧電性薄膜及び誘電体又は
半導体基板の材質は上記のものに限定されず、適
宜に選択可能である。
半導体基板の材質は上記のものに限定されず、適
宜に選択可能である。
（発明の効果）
以上説明したように、この発明によれば、液体
中に超音波を効率よく放射させることが可能なイ
ンターデイジタル・トランスジユーサを提供する
ことができる。この発明は、超音波顕微鏡などに
好適に適用される。
中に超音波を効率よく放射させることが可能なイ
ンターデイジタル・トランスジユーサを提供する
ことができる。この発明は、超音波顕微鏡などに
好適に適用される。
第１図ａ〜ｄはこの発明の実施例を示す図、第
２図は２層構造のトランスジユーサの座標系を示
すための図、第３図ａ〜ｄは２層構造の電気的境
界条件を示す図、第４図は第３図ａの構成におけ
る伝搬速度特性を示す図、第５図ａ及びｂは第１
図に示される２層構造以外の構成を示す図、第６
図は第１図ａ〜ｃ並びに第５図ａ及びｂに示す構
成における変換効率ηとfhとの関係を示す図、第
７図はこの発明の他の実施例を示す図、及び第８
図は第７図に示す構成における変換効率ηとfhと
の関係を示す図である。 １０……ZnO薄膜、１２……溶融石英、１４，
１６……金属薄膜、１８，２０……すだれ状電
極、２２……保護膜。
２図は２層構造のトランスジユーサの座標系を示
すための図、第３図ａ〜ｄは２層構造の電気的境
界条件を示す図、第４図は第３図ａの構成におけ
る伝搬速度特性を示す図、第５図ａ及びｂは第１
図に示される２層構造以外の構成を示す図、第６
図は第１図ａ〜ｃ並びに第５図ａ及びｂに示す構
成における変換効率ηとfhとの関係を示す図、第
７図はこの発明の他の実施例を示す図、及び第８
図は第７図に示す構成における変換効率ηとfhと
の関係を示す図である。 １０……ZnO薄膜、１２……溶融石英、１４，
１６……金属薄膜、１８，２０……すだれ状電
極、２２……保護膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 誘電体基板または半導体基板と、この一面に
設けられるすだれ状電極と、該すだれ状電極を覆
う如く設けられる圧電性薄膜を設け、該圧電性薄
膜は液体に接することを特徴とする漏洩弾性表面
波トランスジユーサ。 ２ 前記液体に接する圧電性薄膜上に保護膜を設
けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の漏洩弾性表面波トランスジユーサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5419085A JPS61214700A (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | 漏洩弾性表面波トランスジユ−サ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5419085A JPS61214700A (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | 漏洩弾性表面波トランスジユ−サ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61214700A JPS61214700A (ja) | 1986-09-24 |
| JPH0441877B2 true JPH0441877B2 (ja) | 1992-07-09 |
Family
ID=12963621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5419085A Granted JPS61214700A (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | 漏洩弾性表面波トランスジユ−サ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61214700A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01101799A (ja) * | 1987-10-15 | 1989-04-19 | Koji Toda | 液中超音波トランスデューサ |
| JPH01101800A (ja) * | 1987-10-15 | 1989-04-19 | Koji Toda | 液中超音波トランスデューサ |
| JP2754648B2 (ja) * | 1989-01-13 | 1998-05-20 | 耕司 戸田 | 超音波トランスデューサ及び該トランスデューサを用いた音響撮像装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52113713A (en) * | 1976-03-22 | 1977-09-24 | Hitachi Ltd | Array type ultra-high frequency sound oscillator |
| JPS5474695A (en) * | 1977-11-26 | 1979-06-14 | Tdk Corp | Ultrasonic wave pick up system |
| JPS5515807B2 (ja) * | 1977-05-17 | 1980-04-26 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5515807U (ja) * | 1978-07-14 | 1980-01-31 |
-
1985
- 1985-03-20 JP JP5419085A patent/JPS61214700A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52113713A (en) * | 1976-03-22 | 1977-09-24 | Hitachi Ltd | Array type ultra-high frequency sound oscillator |
| JPS5515807B2 (ja) * | 1977-05-17 | 1980-04-26 | ||
| JPS5474695A (en) * | 1977-11-26 | 1979-06-14 | Tdk Corp | Ultrasonic wave pick up system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61214700A (ja) | 1986-09-24 |
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