JPH0754268B2 - 音響振動解析装置およびその製造方法 - Google Patents

音響振動解析装置およびその製造方法

Info

Publication number
JPH0754268B2
JPH0754268B2 JP61207588A JP20758886A JPH0754268B2 JP H0754268 B2 JPH0754268 B2 JP H0754268B2 JP 61207588 A JP61207588 A JP 61207588A JP 20758886 A JP20758886 A JP 20758886A JP H0754268 B2 JPH0754268 B2 JP H0754268B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
film pattern
substrate
pressure
silicon
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
Application number
JP61207588A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6361920A (ja
Inventor
淳 田近
誠 蒲池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP61207588A priority Critical patent/JPH0754268B2/ja
Publication of JPS6361920A publication Critical patent/JPS6361920A/ja
Publication of JPH0754268B2 publication Critical patent/JPH0754268B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、音響振動解析装置に係り、特に通常の音声の
周波数分析を行なう装置に関する。
〔従来技術およびその問題点〕
音声には、意味内容の情報と音声の情報たが含まれてお
り、その分析はこれらのうちの意味内容の情報を抽出す
る音声認識処理と音声の情報を抽出する話者認識処理と
に分けられる。
このような音程認識処理のための手段と話者認識処理の
ための手段とを具えた音声入力装置は、人間−機械イン
ターフェイスに音声を使うことができることから、近年
注目されているデバイスである。
ところで、音声認識処理は、通常第6図に示す如く、マ
イク100から送信されてくる音声情報を周波数スペクト
ルに分析する周波数分析手段101と、該周波数分析手段1
01から得られる周波数スペクトルを基準パターン設定手
段102の出力と比較する比較器103と、比較器103の出力
信号からいかなる音声であるかを判定する判定手段104
とからなる処理装置によって行なわれており、処理回路
も複雑なものとなっていた。
ところで、固有振動数の異なる圧電素子からなる振動子
を多数個配列し、その振動子の振動状況を検出して音響
振動の周波数分析を行なう超音波センサが提案されてい
る。
これは、単結晶シリコンのマイクロマシニング技術によ
り、第7図(a)および(b)に示す如く、単結晶シリ
コン基板200上に、酸化シリコン(又は窒化シリコン)
のカンチレバー201を形成すると共に、この表面全体に
圧電素子202を形成してなり、互いに固有周波数が異な
るように構成された振動子を多数個並設してなるもので
ある。この圧電素子は、圧電体であるチタン酸鉛(PbTi
O3)薄膜202aを電極202b,202cで挾んだもので、振動に
よって両電極間に流れる電流を検出しようとするもので
ある。この振動子の共振周波数は、第8図に示す如く、
カンチレバー長l、カンチレバー厚t等に依存してお
り、このセンサを可聴域に適用しようとする場合、カン
チレバー長を長くするかカンチレバー厚を薄くするかに
よって理論的には可能である。(図中pは酸化シリコ
ン、Qはシリコンで夫々形成したカンチレバーの特性を
示す。) しかしながら、これを通常の周波数分析に適用しようと
する場合、音圧レベルが低く、このような圧電素子では
充分な感度が得られず、実用的でないという問題があっ
た。
本発明は、前記実情に鑑みてなされてもので、簡単に音
響振動の周波数分析を行なうことのできる音響振動解析
装置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〕
そこで本発明の第1では、基板表面に形成された凹部
と、それぞれ、前記基板表面に少なくとも一端を支持せ
しめられるとともに所望の固有振動数を持つ形状に整形
せしめられ、前記凹部上に伸長して振動可能なように形
成された薄膜パターンからなる複数の振動子と、前記振
動子上の中心部に感圧部が位置するように形成せしめら
れた感圧ダイオードからなる振動検出手段とを具備した
ことを特徴とする。
また、本発明の第2では、基板表面に形成された凹部
と、それぞれ、前記基板表面に少なくとも一端を支持せ
しめられるとともに、所望の固有振動数を持つ形状に整
形せしめられ、前記凹部上に伸長して振動可能なように
配列された薄膜パターンからなる複数の振動子と、前記
振動子上の中心部に感圧部が位置するように形成せしめ
られた半導体歪ゲージからなる振動検出手段とを具備し
たことを特徴とする。
さらに本発明の第3では、シリコン基板表面に酸化シリ
コン薄膜パターンまたは窒化シリコン薄膜パターンを形
成する薄膜パターン形成工程と、前記酸化シリコン薄膜
パターンまたは窒化シリコン薄膜パターンの一部を含む
窓を有するマスクパターンを形成するマスクパターン形
成工程と、前記マスクパターンをマスクとして、前記窓
内に露呈するシリコン基板を、前記酸化シリコン薄膜パ
ターンまたは窒化シリコン薄膜パターンに対して選択性
をもつ条件でエッチンクし、凹部を形成する凹部形成工
程と、薄膜プロセスにより、前記酸化シリコン薄膜パタ
ーンまたは窒化シリコン薄膜パターン上の中心部に感圧
部が位置するように、それぞれ感圧素子を形成するセン
サ形成工程とを含むことを特徴とする。ある特定の音波
に共振する固有振動数をもつように構成した窒化シリコ
ン(SiN)、酸化シリコン(SiO2)等の振動子(はり)
を多数個配列し、この各振動子上に感圧ダイオード又は
半導体歪ゲージからなる振動検出手段を形成し、音響振
動解析装置を構成している。
〔作用〕 本発明は、窒化シリコン薄膜パターン、酸化シリコン薄
膜パターンなどの薄膜パターンは、加工性が高くかつ振
動に対して極めて高感度であることに着目し、容易に高
精度の異なるパターン形状を得ることができる半導体技
術と、ある周波数の音波をうけるとその周波数の音波に
共振する固有振動数をもつはり(振動子)が共振する現
象とを利用し、固有振動数の異なる複数の振動子を同一
基板上に配列しておき、この振動による歪みをこの振動
子上のほぼ中心部すなわち歪みの最も大きい領域に感圧
部がくるように形成された感圧ダイオードあるいは半導
体歪みゲージによってI−V特性の変化として取り出
し、高感度の音響認識を可能にしたものである。
すなわち、この音響振動解析装置では、ある周波数と音
波を受けると、その周波数の音波に共振する固有振動数
を持ったカンチレバー(はり)が共振する。そしてその
振動によってカンチレバーの中心部がたわみ、歪(応
力)が生じる。この応力により、感圧ダイオードのI−
V特性が変化し、その振動を検出することができる。
これにより、音波がいかなる周波数成分をもつものであ
るかを検出することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。
第1図に、本発明実施例の音響振動解析装置のブロック
図、第2図に、同装置の検出部の要部説明図、第3図
(a)乃至(f)に同検出部の製造工程図を示す。
この音響振動解析装置は、感圧層としてアモルファスシ
リコン(a−Si)を用いた感圧ダイオードを夫々担持し
た固有振動数の異なるカンチレバーからなる振動子を多
数個配設してなる音響振動検出部1と、基準パターンを
設定する基準パターン設定部2と、前記音響振動検出部
1の出力信号と、該基準パターン設定部2の出力とを比
較する比較器3と、該比較器の出力から、いかなる音声
であるかを判定する判定手段4とから構成されている。
そして、この音響振動検出部1は、第2図(a)および
(b)に示す如く、単結晶シリコンからなる基板10上に
夫々固有振動数の異なる振動子D1〜Dnを配設してなるも
のである。各振動子は、夫々所定の固有振動数をもつよ
うにして配設された酸化シリコンのカンチレバーK1…Kn
からなりこの上に夫々振動検出手段としての感圧ダイオ
ードを配設してなるものである。この感圧ダイオード11
は夫々、クロム層(Cr)からなる下部電極12と、アルミ
ニウム層(Al)からなる上部電極13とによってアモルフ
ァスシリコンのp層、i層、n層が順次積層せしめられ
てなる感圧層14を挾持せしめて構成したもので、カンチ
レバーの振動による歪(応力)の発生を電流−電圧特性
の変化として検出するようにしている。
次にこの音響振動検出部1の製造工程について説明す
る。
まず、第3図(a)に示す如く、単結晶シリコン基板10
を形成する。
次いで、第3図(b)に示す如く、熱酸化によって膜厚
1000Å〜1μmの酸化シリコン膜11′を形成する。
続いて、第3図(c)に示す如く、フォトリソ法によ
り、前記酸化シリコン膜11′をパターニングすると共
に、この周辺にある基板10を異方性エッチング法により
エッチングし、凹部15を形成し、該酸化シリコン膜11′
をカンチレバー状となるようにする。
この後、第3図(d)に示す如く、スパッタリング法に
よりクロム(Cr)層を堆積した後、これをフォトリソ法
によりパターニングし下部電極12を形成する。
次いで、第3図(e)に示す如く、プラズマCVD法によ
りアモルファスシリコンのp層、i層、n層を順次積層
せしめた後、これらをパターニングし、感圧層14を形成
する。
そして最後に、第3図(f)に示す如く、真空蒸着法に
よりアルミニウム(Al)層を形成しこれをパターニング
して上部電極13を形成する。
このようにして形成された音響振動検出部1では、音波
を受けてその振動数に対応するカンチレバーが振動し、
感圧層が応力を受けると、第4図に示す如く、I−V特
性が変動する。この変動を検出することにより、音波が
いかなる周波数成分をもつものであるかが検知される。
第4図中、横軸はバイアス電圧、たて軸は順方向電流を
示し、曲線aは歪を受けない状態すなわち規準状態を示
し、曲線bは張力を受けた状態、曲線cは圧縮力を受け
た状態、oは負荷抵抗線を示す。
この音響振動解析装置は、極めて構成が簡単で通常の半
導体製造技術で容易に形成できる上、感圧層としてアモ
ルファスシリコンを用いているため、単結晶を用いた圧
電素子を用いた場合に比べ、容易に大面積化が可能であ
り、高感度の音声認識を可能にするものである。
なお、実施例では、感圧素子として感圧ダイオードを用
いたが、第5図に示す如く、カンチレバーK上に感圧抵
抗層としてのマイクロクリスタルシリコン(μc−Si)
層20を形成すると共に、電極22,23を形成してなる半導
体歪ゲージ21を用いる等、他の感圧素子を用いるように
してもよい。
〔効果〕
以上説明してきたように、本発明の音響振動解析装置に
よれば、音響振動検出部をある特定の周波数をもつ音波
に共振する固有振動数をもつように構成された振動子を
多数個配列し、各振動子上に感圧ダイオード又は半導体
歪ゲージからなる振動検出手段を形成し、電気信号とし
て検出するようにしているため、極めて構成が簡単で高
感度の音声認識を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明実施例の音響振動解析装置のブロック
図、第2図(a)および(b)は、同装置の検出部を示
す図、第3図(a)乃至(f)は、同検出部の製造工程
図、第4図は、同検出部で用いられている感圧ダイオー
ドの原理説明図、第5図は、本発明の変形例を示す図、
第6図は、従来の音声認識装置のブロック図、第7図
(a)および(b)は、従来の超音波センサを示す図、
第8図は、カンチレバー長と共振周波数との関係を示す
図である。 1……音響振動検出部、2……基準パターン設定部、3
……比較器、4……判定手段。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板表面に形成された凹部と、 それぞれ、前記基板表面に少なくとも一端を支持せしめ
    られるとともに、所望の固有振動数を持つ形状に整形せ
    しめられ、前記凹部上に伸長して振動可能なように形成
    された薄膜パターンからなる複数の振動子と、 前記振動子上の中心部に感圧部が位置するように形成せ
    しめられた感圧ダイオードからなる振動検出手段とを具
    備したことを特徴とする音響振動解析装置。
  2. 【請求項2】前記基板は、シリコン基板であり、前記薄
    膜パターンは酸化シリコン薄膜パターンであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の音響振動解析装
    置。
  3. 【請求項3】前記感圧ダイオードは、アモルファスシリ
    コン薄膜を感圧部に用いたものであることを特徴とする
    特許請求の範囲第2項記載の音響振動解析装置。
  4. 【請求項4】基板表面に形成された凹部と、 それぞれ、前記基板表面に少なくとも一端を支持せしめ
    られるとともに、所望の固有振動数を持つ形状に整形せ
    しめられ、前記凹部上に伸長して振動可能なように形成
    された薄膜パターンからなる複数の振動子と、 前記振動子上の中心部に感圧部が位置するようにそれぞ
    れ配設せしめれらた半導体歪ゲージからなる振動検出手
    段とを具備したことを特徴とする音響振動解析装置。
  5. 【請求項5】前記基板は、シリコン基板であり、前記薄
    膜パターンは酸化シリコン薄膜パターンであることを特
    徴とする特許請求の範囲第4項記載の音響振動解析装
    置。
  6. 【請求項6】前記半導体歪ゲージは、マイクロクリスタ
    ルシリコン薄膜を感圧部に用いたものであることを特徴
    とする特許請求の範囲第5項記載の音響振動解析装置。
  7. 【請求項7】シリコン基板表面に酸化シリコン薄膜パタ
    ーンまたは窒化シリコン薄膜パターンを形成する薄膜パ
    ターン形成工程と、 前記酸化シリコン薄膜パターンまたは窒化シリコン薄膜
    パターンの一部を含む窓を有するマスクパターンを形成
    するマスクパターン形成工程と、 前記マスクパターンをマスクとして、前記窓内に露呈す
    るシリコン基板を、前記酸化シリコン薄膜パターンまた
    は窒化シリコン薄膜パターンに対して選択性をもつ条件
    でエッチングし、凹部を形成する凹部形成工程と、 薄膜プロセスにより、前記酸化シリコン薄膜パターンま
    たは窒化シリコン薄膜パターン上の中心部に感圧部が位
    置するように、それぞれ感圧素子を形成するセンサ形成
    工程とを含むことを特徴とする音響振動解析装置の製造
    方法。
JP61207588A 1986-09-03 1986-09-03 音響振動解析装置およびその製造方法 Expired - Lifetime JPH0754268B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61207588A JPH0754268B2 (ja) 1986-09-03 1986-09-03 音響振動解析装置およびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61207588A JPH0754268B2 (ja) 1986-09-03 1986-09-03 音響振動解析装置およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6361920A JPS6361920A (ja) 1988-03-18
JPH0754268B2 true JPH0754268B2 (ja) 1995-06-07

Family

ID=16542251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61207588A Expired - Lifetime JPH0754268B2 (ja) 1986-09-03 1986-09-03 音響振動解析装置およびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0754268B2 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5023503A (en) * 1990-01-03 1991-06-11 Motorola, Inc. Super high frequency oscillator/resonator
JP3323343B2 (ja) * 1994-04-01 2002-09-09 日本碍子株式会社 センサ素子及び粒子センサ
JP3299131B2 (ja) * 1996-05-16 2002-07-08 日本碍子株式会社 粒子センサ
JP3352462B2 (ja) * 1996-07-03 2002-12-03 インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン 損失補償手段を備えた機械式信号プロセッサ
JP3248452B2 (ja) 1997-05-26 2002-01-21 住友金属工業株式会社 音響センサ
JP3886483B2 (ja) * 2003-10-14 2007-02-28 東京エレクトロン株式会社 音響センサ
JP2018179626A (ja) * 2017-04-07 2018-11-15 新日本無線株式会社 超音波受信器
JP7361473B2 (ja) * 2019-01-21 2023-10-16 Tdk株式会社 音響装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55110924A (en) * 1979-02-20 1980-08-27 Murata Mfg Co Ltd Integrated construction type vibration detecter
JPS5772129U (ja) * 1980-10-21 1982-05-01

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6361920A (ja) 1988-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100265876B1 (ko) 미세가공된고감도압력센서및음향트랜스듀서
KR101787187B1 (ko) 마이크로폰용 시스템 및 방법
US6797631B2 (en) High sensitive micro-cantilever sensor and fabricating method thereof
TWI404671B (zh) 微機電元件
Wang et al. Design, fabrication, and measurement of high-sensitivity piezoelectric microelectromechanical systems accelerometers
US11902740B2 (en) High-sensitivity piezoelectric microphone
US6604425B1 (en) Microelectromechanical correlation device and method
JPH0754268B2 (ja) 音響振動解析装置およびその製造方法
JP5733898B2 (ja) 静電容量型電気機械変換装置
JP6606034B2 (ja) 容量検出型超音波トランスデューサおよびそれを備えた超音波撮像装置
US11905167B2 (en) Dual membrane transducer
Cianci et al. Improvements towards a reliable fabrication process for cMUT
KR100765149B1 (ko) 초소형 음향 감지 장치 및 그 제조 방법
JP2018179626A (ja) 超音波受信器
CN111952435A (zh) 一种声振测量用压电换能单元结构
US8667845B2 (en) Device and method for detecting elements in a fluid environment
JP3802014B2 (ja) 音響解析装置
JPH08262039A (ja) 走査型プローブ顕微鏡
JPH0374926B2 (ja)
US20220023915A1 (en) Piezoelectric micromachined ultrasonic transducer and method of fabricating the same
JPH08293615A (ja) 振動型圧力センサ
JP2004085419A (ja) 共振子、共振子アレイおよび音響センサ
JPH11132749A (ja) 表面形状認識センサ
CN117833856A (zh) 一种弹性波装置及制备方法、电子模组
JPH1151957A (ja) 衝撃センサ及びこれを用いた衝撃検出装置、並びに衝撃センサの製造方法