KR100855788B1

KR100855788B1 - 압력파 발생장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100855788B1
Application number: KR1020067025008A
Authority: KR
Inventors: 요시후미 와타베; 요시아키 혼다
Original assignee: 마츠시다 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2008-09-01
Also published as: CN1954640B; EP1761105A1; CN1954640A; EP1761105A4; US20070217289A1; US7474590B2; WO2005107318A1; KR20070015214A

Abstract

공기 중의 산소 등에 의해 열절연층(2)이 산화되고, 부피팽창에 의한 압축응력이 발생하여도, 압축응력을 분산되게 해서, 크랙의 발생 및 그것에 기인하는 열절연층과 발열체(3)의 파손을 방지한다. 기판(1)과, 기판(1)의 두께 방향의 1표면에 형성된 다공체의 열절연층(2)과, 열절연층(2)상에 형성된 박막의 발열체(3)를 구비하고, 발열체(3)와 매체와의 사이의 열교환에 의해 압력파를 발생시키는 압력파 발생장치이며, 열절연층(2)의 폭방향 W의 중앙부의 두께를 기준두께 t로 하여, 폭방향에 있어서의 열절연층의 두께의 분포를 기준두께 t로 평균화한다고 가정하고, 열절연층(2)의 외주부에 있어서의 다공도를 중앙부에 있어서의 다공도보다 작게 한다. 열절연층(2)의 외주부의 다공도를 작게 하는 것에 의해, 열절연층(2)의 외주 중 기판(1)에 구속되어 있는 고정점의 수가 불어나는 동시에, 그 위치가 분산되므로, 열절연층(2)의 외주부에 집중하는 압축응력을 분산되게 할 수 있다.

열절연층, 압력파 발생장치

Description

압력파 발생장치 및 그 제조방법{PRESSURE WAVE GENERATOR AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은, 예컨대, 스피커를 대상으로 삼은 음파나 초음파나 단펄스적인 조밀파등의 압력파를 발생하는 압력파 발생장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래부터, 압전효과에 의한 기계적 진동을 이용한 초음파발생 장치가 널리 알려져 있다. 기계적 진동을 이용한 초음파발생 장치에서는, 예컨대, 티타늄산 바륨과 같은 압전재료의 결정의 양면에 전극이 설치되어 있으며, 양쪽전극간에 전기 에너지를 주어서 기계적 진동을 발생시키고, 공기등의 매체를 진동시켜서 초음파를 발생시키고 있다. 그렇지만, 기계적 진동을 이용한 초음파발생 장치는, 고유의 공진 주파수를 갖기 위해서 주파수대역이 좁고, 또한, 외부의 진동이나 외기압의 변동의 영향을 받기 쉽다.

한편, 예컨대, 특개평11-300274호 공보 또는 특개2002-186097호 공보에 기재되어 있는 것과 같이, 기계적 진동을 따르지 않고 초음파를 발생시키는 것이 가능한 장치로서, 매체에 열을 가하고, 열유기(熱誘起)에 의해 공기의 조밀을 형성하는 방법을 이용한 압력파 발생장치가 제안되고 있다.

열유기를 이용한 압력파 발생장치는, 도 35 및 도 36B에 나타낸 바와 같이, 단결정의 실리콘 기판의 반도체기판(1)과, 반도체기판(1)의 두께 방향의 1표면으로부터 반도체기판(1)의 내측을 향해서 소정깊이에 형성된 열절연층(2)과, 열절연층(2)상에 형성된 금속박막 (예컨대, Al박막등)의 발열체(3)를 구비하고 있다. 열절연층(2)은, 다공질 실리콘층으로 형성되어, 반도체기판(1)에 비해서 충분히 작은 열전도율 및 부피열용량을 갖고 있다.

교류 전원(Vs)으로부터 발열체(3)에 교류 전류를 전류가 통전하면, 발열체(3)가 발열하는 동시에, 발열체(3)의 온도(또는 발열량)가 전류가 통전되는 교류 전류의 주파수에 따라 변화된다. 한편, 발열체(3)의 바로 아래에는 열절연층(2)이 형성되며, 발열체(3)가 반도체기판(1)으로부터 열적으로 절연되어 있으므로, 발열체(3)와 그 근방의 공기와의 사이에서 효율적인 열교환이 일어난다. 그리고, 발열체(3)의 온도변화(또는 발열량의 변화)에 따라, 공기가 팽창과 수축을 반복하고, 그 결과로서, 초음파등의 압력파가 발생한다 (도 35중의 상향의 화살표는 압력파의 진행 방향을 나타내고 있다).

이러한 열유기(熱誘起)를 이용한 압력파 발생장치는, 발열체(3)에 인가하는 교류 전압(구동 전압)의 주파수를 변화시키는 것에 의해, 발생되는 초음파의 주파수를 광범위에 걸쳐 변화시킬 수 있다. 그 때문에, 예컨대, 초음파음원이나 스피커의 음원으로서 이용할 수 있다.

상기 특개평11-300274호 공보에 의하면, 열절연층(2)의 열전도도 및 부피열용량을 반도체기판(1)의 열전도도 및 부피열용량에 비해서 작게 하는 것이 바람직하고, 또한, 열절연층(2)의 열전도도와 부피열용량과의 곱을 반도체기판(1)의 열전 도도와 부피열용량과의 곱에 비해서 충분히 작게 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 반도체기판(1)이 단결정의 실리콘 기판에 의해 형성되어, 열절연층(2)이 다공질 실리콘층에 의해 형성되어 있을 경우, 열절연층(2)의 열전도도와 부피열용량과의 곱이, 반도체기판(1)의 열전도도와 부피열용량과의 곱의 약1/400의 값이 된다.

단결정의 실리콘 기판의 반도체기판(1)의 1표면측에, 다공질 실리콘층의 열절연층(2)을 형성하기 위해서는, 예컨대 도 37A 및 37B에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(1)의 1표면상에, 열절연층(2)이 형성되는 예정의 영역에 대응하는 부위가 개공(開孔)된 마스크층을 형성한다. 그리고, 반도체기판(1)의 다른 표면의 전면에 형성한 통전용 전극(4)을 양극으로서 이용하고, 전해액중에서, 반도체기판(1)의 1표면에 대향하도록 배치된 음극과의 사이에 전류가 통전하고, 양극 산화처리를 한다.

(제 1의 과제)

그런데, 이러한 압력파 발생장치를 장기간에 걸쳐 사용하고 있으면, 다공체에서 형성된 열절연층(2)이 공기중의 산소나 수분에 의해 산화되는 등의 화학변화를 일으킨다. 예컨대, 표1은, 열절연층(2)으로서 다공질 실리콘을 이용할 경우에, 공기 중에서의 장기간의 사용에 의한 산화 변화의 일례로서, 온도 85℃、습도 85％의 고온 고습 분위기에 250시간 폭로(暴露)시켜서 평가했을 때의 원소비율을 나타낸다.

[표1]

표1로부터, 이 폭로 처리전과 후에서는 산소의 원소비율이 26.5%부터 38.5％로 크게 증가하고, 다공질 실리콘층의 산화가 현저하게 진행하고 있는 것을 안다. 이러한 다공체로 형성된 열절연층의 산화반응이 진행하면, 부피팽창에 의해 열절연층에 압축응력이 발생한다.

그러나, 상기 종래의 압력파 발생장치에서는, 예컨대, 도 36B에 나타내는 A-A단면에 있어서, 다공질층인 열절연층(2)의 두께가, 그 주변부도 포함시켜서 거의 균일하다. 그 때문에, 공기중에서의 장기사용에 의한 산화반응 등에 의해 열절연층(2)이 부피팽창하고, 압축응력이 발생한다. 열절연층(2)의 외주(外周)(2e)가 반도체기판(1)과 접촉하는 경계부분에서는, 열절연층(2)의 밑바닥의 부분(점P2)은, 반도체기판(1)에 구속되고 있으며, 고정점이 된다. 그 때문에, 열절연층(2)에 발생한 열응력은, 예컨대, 열절연층(2)의 외주(2e) 중 반도체기판(1)의 표면에 접하는 개소(점P1)에 집중한다. 그 때문에, 다공체의 열절연층(2)의 점P1부근에 크랙이 발생하고, 열절연층(2)이 파손할 가능성이 있다. 이러한 열절연층(2)의 크랙은 그 내부에도 진행한다. 열절연층(2)의 크랙이 발열체(3)의 하부에까지 달하면, 발열체(3)의 외주부에도 크랙이 발생한다.

그러한 상태에서, 도 36A에 나타낸 바와 같이, 발열체(3)의 양단부간에 교류 전류를 인가하면, 원래, 발열체(3)에 크랙이 없으면 전류는 균일하게 흐를 것이지만, 발열체(3)의 크랙의 단부에 전류가 집중해서 흐른다. 그 때문에, 발열체(3)의 크랙부의 발열량이 증가하고, 열응력등에 의해, 크랙이 발열체(3)의 내부로 더 진행한다. 최종적으로는, 발열체(3)자체가 파탄할 가능성이 있다.

(제2의 과제)

또한, 상기 종래의 열유기를 이용한 압력파 발생장치에서는, 도 36A에 나타낸 바와 같이, 발열체(3)의 긴 쪽 방향의 양단부간에 교류 전류가 인가되지만, 인가되는 전압의 on/off에 따라 발열체(3)가 팽창 수축을 반복한다. 발열체(3)가 반도체기판(1)으로부터 열적으로 절연되어 있으므로, 발열체(3)의 급격한 온도변화에 의해 발열체(3)에 생기는 열응력에 기인해서 발열체(3)가 파손해버릴 가능성이 있다.

열유기를 이용한 압력파 발생장치를 설계하는 것에 대하여, 압력파 발생장치의 사이즈를, 종래부터 널리 사용되고 있는 기계적 진동을 이용한 초음파발생 장치의 일반적인 사이즈인 15mm×15mm정도로 하여 기계적 진동을 이용한 초음파발생 장치와 동등한 음압 (예컨대, 주파수가 40kHz에서 30cm 떨어진 위치에 있어서 20Pa정도)을 발생시키도록 하고, 발열체(3)의 온도에 대해서 검토했다. 그 결과, 발열체(3)의 온도가 순간적으로 1000도를 넘는 대단히 높은 온도가 되는 것을 알았다.

본 발명의 목적은, 장기적인 사용에 의한 다공체의 화학변화에 의해 생기는 압축응력이나, 구동에 의한 열응력에 기인하는 열절연층 및 발열체의 파손이 생기기 어려운 열유기를 이용한 압력파 발생장치 및 그 제조방법을 제공 하는 것에 있다.

본 발명의 1형태에 관한 압력파 발생장치는, 기판과, 기판의 두께 방향의 1표면에 형성된 다공체의 열절연층과, 열절연층 위로 형성된 박막의 발열체를 구비하고, 발열체로의 전기입력의 파형에 따라 발열체의 온도가 변화되고, 발열체와 매체와의 사이의 열교환에 의해 압력파를 발생시키는 압력파 발생장치이며, 열절연층의 폭방향의 중앙부의 두께를 기준두께로 하여, 상기 폭방향에 있어서의 열절연층의 두께의 분포를 상기 기준두께로 평균화한다고 가정하고, 열절연층의 외주부에 있어서의 다공도가, 중앙부에 있어서의 다공도보다 작아져 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 기판과, 기판의 두께 방향의 1표면에 형성된 다공체의 열절연층과, 열절연층 위로 형성된 박막의 발열체를 구비하고, 발열체로의 전기입력의 파형에 따라 발열체의 온도가 변화하고, 발열체와 매체와의 사이의 열교환에 의해 압력파를 발생시키는 압력파 발생장치이며, 열절연층의 폭방향의 중앙부의 두께를 기준두께로 하여, 상기 폭방향에 있어서의 열절연층의 두께의 분포를 상기 기준두께로 평균화한다고 가정하고, 열절연층의 외주부에 있어서의 다공도가, 중앙부에 있어서의 다공도보다 작아져 있다. 그 때문에, 공기중에서 장기간 사용했을 경우에, 열절연층의 산화 등에 의한 화학변화에 의해 열절연층의 부피가 팽창해 압축응력이 발생하여도, 열절연층의 외주부의 다공도가 작은 부분에 의해 압축응력을 분산되게 하는 것이 가능해진다. 즉, 열절연층의 외주부의 다공도를 작게 함으로써, 종래의 압력파 발생장치와 비교하여, 예컨대, 열절연층의 외주 중 기판에 구속되어 있는 고정점의 수가 불어나는 동시에, 그 위치가 분산되므로, 열절연층의 외주부에 집중하는 압축응력을 분산되게 할 수 있다. 그 결과, 열절연층에 크랙이 발생할 가능성을 저감하고, 열절연층의 크랙에 기인하는 발열체의 파손을 방지할 수가 있다. 더욱이, 압력파 발생장치의 파손을 방지할 수가 있고, 안정한 초음파를 장기간에 걸쳐 발생할 수가 있다.

또한, 열절연층의 외주부에 있어서의 두께가 중앙부에 있어서의 두께보다 작아져 있어도 좋다.

이 경우, 열절연층의 외주부에서는, 공기중에서 장기간 사용했을 경우에, 열절연층의 산화 등에 의한 화학반응에 의해 열절연층의 부피가 팽창했다고 하여도, 종래의 압력파 발생장치에서는, 열절연층의 외주 중 기판의 표면으로 접하는 개소(個所)에 집중하고 있었던 압축응력을, 열절연층의 외주면 (예컨대, 경사면)에 따라 분산되게 할 수 있다. 그 결과, 열절연층에 크랙이 발생할 가능성을 저감할 수가 있고, 더욱이, 열절연층의 크랙에 기인하는 발열체의 파손을 방지할 수가 있다. 더욱이, 압력파 발생장치의 파손이 방지되어, 안정한 초음파를 장기간에 걸쳐 발생시킬 수 있다.

더욱이, 열절연층의 외주부에서는, 기판의 두께 방향에 따라 방열되는 열량이, 중앙부에 있어서의 기판의 두께 방향에 따라 방열되는 열량에 비해서 커지고, 기판과 열절연층의 경계의 근방에 있어서의 열절연층 및 발열체의 기계적 강도를 높게 할 수가 있다. 그 결과, 응력에 의한 열절연층 및 발열체의 파손을 방지할 수가 있다. 더욱이, 재료나 조성을 변화시킬 필요가 없고, 용이하게 제조할 수가 있다.

혹은, 열절연층의 외주부에 있어서의 단위부피당의 다공도가 중앙부에 있어서의 단위부피당의 다공도보다 작아져 있어도 좋다.

이 경우, 단위부피당의 다공도를 변화시키는 것에 따라, 열절연층의 외주부의 물성을 불균일하게 하는 것에 의해, 열절연층의 외주 중 기판에 구속되어 있는 고정점위치가 단위부피당의 다공도를 변화시키고 있는 영역으로 분산된다. 그 때문에, 종래의 압력파 발생장치에서는, 열절연층의 외주 중 기판의 표면과 접하는 개소에 집중하고 있었던 압축응력을, 열절연층의 외주면 (예컨대, 다공도의 경사면)에 따라 분산되게 할 수 있다. 열절연층의 외주부에서는, 기판의 두께 방향에 따라 방열되는 열량이, 중앙부에 있어서의 기판의 두께 방향에 따라 방열되는 열량에 비해서 커지고, 기판과 열절연층의 경계의 근방에 있어서의 열절연층 및 발열체의 기계적 강도를 높게 할 수가 있다. 더욱이, 제2항의 특징인 열절연층의 외주부에 있어서의 두께가 중앙부에 있어서의 두께보다 작게 하는 것과의 조합도 가능하다.

더욱이, 기판의 두께 방향의 1표면으로부터 기판의 내측을 향해서 열절연층의 폭방향의 중앙부의 기준두께로 규정한 폭방향의 범위내에 있어서, 발열체의 외주보다 내측부분의 두께 방향의 평균 열전도율을 αin, 평균 부피열용량을 Cin으로 해서 발열체의 외주보다 외측부분의 두께 방향의 평균 열전도율을 αout, 평균 부피열용량을 Cout로서, αin×Cin <αout×Cout의 조건을 만족하며, 또한, 상기 내측부분과 상기 외측부분과의 경계부근에서는 αin×Cin의 값이 외측만큼 커져 있어도 좋다.

이 발명은, 하기의 관계식으로부터, 열절연층의 열전도율과 부피열용량과의 곱을 크게 하는 것에 의해, 단위시간당의 방열량을 크게 할 수가 있다는 관점에 근거하여, 발열체의 주부의 온도상승을 억제하도록 방열량을 증대시키는 것으로써 발열체의 외주부의 온도구배를 완화한다는 기술사상에 근거한다.

[수1]

또한, 상기식1에 있어서, α은 열절연층의 열전도율, C은 열절연층의 부피열용량, ω은 발열체의 양단간에 입력되는 교류 전압의 각주파수(角周波數), q(ω)은 발열체에 입력되는 전기 에너지, T(ω)은 발열체의 온도이다.

이와 같이, 발열체의 외주보다 내측부분의 두께 방향의 평균 열전도율을 αin, 평균 부피열용량을 Cin으로 해서 발열체의 외주보다 외측부분의 두께 방향의 평균 열전도율을 αout, 평균 부피열용량을 Cout로 하고, αin×Cin <αout×Cout의 조건을 만족하며 , 또한 , 상기 내측부분과 상기 외측부분과의 경계부근에서는 αin×Cin의 값이 외측만큼 커지고 있으므로, 발열체의 외주부에서는, 기판의 두께 방향에 따라 방열되는 열량이 발열체의 중앙부에서 방열되는 열량에 비해서 커지므로, 종래의 압력파 발생장치에 비하여, 발열체에 걸리는 열응력을 저감할 수가 있다. 그 때문에, 종래의 압력파 발생장치에 비하여, 열응력에 기인한 발열체의 파손이 일어나기 어려워져서, 압력파 발생장치의 장수명화를 꾀할 수 있다. 즉, 압력파 발생장치를 구동할 때, 발열체의 온도상승 및 온도강하에 따르는 발열체의 팽창 및 수축에 의해 열응력이 발생해도, 발열체는 거의 파손할 일이 없고, 장기간에 걸쳐, 안정해서 초음파를 발생시킬 수 있다.

도 1A는 본 발명의 제 1실시형태에 관한 압력파 발생장치의 1구성예를 나타내는 단면도이다.

도 1B은 다른 구성예를 나타내는 단면도이다.

도 2A는, 본 발명의 제2실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 2B는, 도 2A에 있어서의 A-A단면도이다. 도 2C는, 열절연층의 표면과 반도체기판의 제 1면을 포함하는 평면의 온도분포를 유한요소법에 의해 시뮬레이션할 때의 기준점을 나타내는 설명도이다.

도 3은, 제2실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다.

도 4A는, 압력파 발생장치에 인가되는 교류 전압의 파형을 나타내는 파형도면이다.

도 4B는, 발열체의 온도변화를 나타내는 파형도면이다. 도 4C은, 압력파 발생장치에 의해 발생되는 압력파(음파)의 파형을 나타내는 파형도면이다.

도 5A∼도 5C은, 제2실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법을 나타내는 공정도면이다.

도 6은, 제2실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법의 다른 공정을 나 타내는 공정도면이다.

도 7은, 제2실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법에 이용할 수 있는 양극 산화처리장치를 나타내는 도면이다.

도 8은, 제2실시형태에 관한 압력파 발생장치 및 종래의 압력파 발생장치의 온도분포 특성을 나타내는 그래프이다.

도 9는, 제2실시형태에 관한 압력파 발생장치의 다른 구성예를 나타내는 단면도이다.

도 10A∼도 10C는, 본 발명의 제3실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법을 나타내는 공정도면이다.

도 11은, 제3실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법에 이용할 수 있는 양극 산화처리장치를 나타내는 도면이다.

도 12는, 본 발명의 제 4실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 13A∼도 13E는, 제 4실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법을 나타내는 공정도면이다.

도 14는, 제 4실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법의 다른 공정을 나타내는 공정도면이다.

도 15A는, 본 발명의 제5실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 평면도이다. 도 15B는, 도 15A에 있어서의 A-A단면도이다. 도 15C은, 도 15A에 있어서의 B-B단면도이다.

도 16은, 본 발명의 제 6실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 17은, 본 발명의 제 7실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 18은, 본 발명의 제 8실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 19는, 본 발명의 제 9실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 20은, 제 9실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법에 있어서의 양극 산화처리시의 전류밀도 패턴의 1예를 나타내는 그래프이다.

도 21은, 본 발명의 제 10실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 22는, 제 10실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법에 있어서의 양극 산화처리시의 전류밀도 패턴의 1예를 나타내는 그래프이다.

도 23A는, 제 10실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법에 있어서의 양극 산화처리시의 전류밀도 패턴의 다른 예를 나타내는 그래프이다. 도 23B는, 제 10실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법에 있어서의 양극 산화처리시의 전류밀도 패턴의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다.

도 24는, 본 발명의 제 11실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 25는, 제 11실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법에 있어서의 양극 산화처리시의 전류밀도 패턴의 1예를 나타내는 그래프이다.

도 26A는, 제 11실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법에 있어서의 양극 산화처리시의 전류밀도 패턴의 다른 예를 나타내는 그래프이다. 도 26B는, 제 11실시형태에 관한 압력파 발생장치의 제조방법에 있어서의 양극 산화처리시의 전류밀도 패턴의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다.

도 27은, 본 발명의 제 12실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 28은, 여러가지의 재료를 이용해서 시작한 제 12실시형태에 관한 압력파 발생장치의 출력 특성을 나타내는 그래프이다.

도 29는, 여러가지의 재료를 이용해서 시작한 제 12실시형태에 관한 압력파 발생장치의 수명특성을 나타내는 그래프이다.

도 30A는, 제 12실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 평면도이다. 도 30B은, 도 30A에 있어서의 A-A단면도이다. 도 30C은, 도 30A에 있어서의 B-B단면도이다.

도 31A는, 본 발명의 제 13실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 평면도이다. 도 31B은, 제 13실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 32는, 압력파 발생장치의 발열체에 전류가 통전되는 전기입력과 발생되는 음압 및 발열체의 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 33A는, 본 발명의 제 14실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 평면도이다. 도 33B은, 제 14실시형태에 관한 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 34A는, 제 14실시형태에 관한 압력파 발생장치의 다른 구성을 나타내는 평면도이다. 도 34B는, 제 14실시형태에 관한 압력파 발생장치의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.

도 35은, 종래의 압력파 발생장치의 구성 및 동작을 나타내는 단면도이다.

도 36A는, 종래의 압력파 발생장치의 구성을 나타내는 평면도이다. 도 36B은, 도 36A의 A-A단면도이다. 도 36C은, 열절연층의 표면과 반도체기판의 제 1면을 포함하는 평면의 온도분포를 유한요소법에 의해 시뮬레이션할 때의 기준점을 나타내는 설명도이다.

도 37A는, 종래의 압력파 발생장치의 제조방법의 1공정을 나타내는 평면도이다. 도 37B는, 도 36A의 A-A단면도이다.

(제 1실시형태)

본 발명의 제 1실시형태에 대해서 설명한다. 도 1A는 제 1실시형태에 관한 압력파 발생장치의 기본적 구성을 나타내는 단면도이다. 도 1A에 나타낸 바와 같이, 압력파 발생장치는, 예컨대 반도체기판에서 형성된 기판(1)과, 기판(1)의 두께 방향의 1표면(제 1면)(1a)에 형성된 예컨대 다공질 실리콘층등의 다공체의 열절연층(2)과, 열절연층(2)상에 형성된 알루미늄 박막등의 박막의 발열체(3)를 구비하고 있다. 이 압력파 발생장치는, 발열체(3)로의 전기입력의 파형에 따라 발열체(3)의 온도가 변화하고, 발열체(3)와 공기등의 매체와의 사이의 열교환에 의해 압력파를 발생시키는 것이다.

제 1실시형태에 관한 압력파 발생장치에서는, 열절연층(2)의 폭방향의 중앙부의 두께t를 기준두께로 하여, 폭방향 W에 있어서의 열절연층(2)의 두께의 분포를 기준두께 t에서 평균화한다고 가정하고, 열절연층(2)의 외주부에 있어서의 다공도(多孔度) D1이, 중앙부에 있어서의 다공도D2보다 작아져 있는 것을 특징으로 한다. 이 구성은, 주로 상기 제 1의 과제에 대응한다. 열절연층(2)과 발열체(3)의 대소관계는 특별히 한정되지는 않고, 도 1A에 나타내는 예에서는, 발열체(3)는, 열절연층(2)의 외주보다 내측에 형성되어 있다. 또한, 열절연층(2)의 외주부에 경사부(2a)를 형성함으로써, 반도체기판(1)의 폭방향에 있어서의 열절연층(2)의 외주부의 다공도를 중심부의 다공도보다 작게 하고 있다.

이러한 구성에 의해, 열절연층(2)의 외주부에서는, 공기중에서 장기간 사용했을 경우에, 열절연층의 산화등에 의한 화학반응에 의해 열절연층(2)의 부피가 팽창했다고 하여도, 도 36B에 나타내는 종래의 압력파 발생장치에서는, 열절연층(2)의 외주(2e) 중 반도체기판(1)의 표면으로 접하는 개소(점P1)에 집중하고 있었던 압축응력을, 경사부(2a)에 따라 분산되게 할 수 있다. 그 결과, 열절연층(2)에 크랙이 발생할 가능성을 저감할 수가 있고, 더욱이, 열절연층(2)의 크랙에 기인하는 발열체(3)의 파손을 방지할 수가 있다. 또한, 압력파 발생장치의 파손이 방지되어, 안정한 초음파를 장기간에 걸쳐 발생시킬 수 있다.

더욱이, 기판의 두께 방향에 따라 방열되는 열량이, 중앙부에 있어서의 기판의 두께 방향에 따라 방열되는 열량에 비해서 커지고, 반도체기판(1)과 열절연층(2)의 경계의 근방에 있어서의 열절연층(2) 및 발열체(3)의 기계적 강도를 높게 할 수가 있다. 그 결과, 응력에 의한 열절연층(2) 및 발열체(3)의 파손을 방지할 수가 있다.

또한, 열절연층(2)의 외주부의 다공도(D1)를 중앙부의 다공도D2보다 작게 하는 방법은, 상기한 바와 같이 열절연층(2)의 외주부에 경사부(2a)를 설치해서 외주부의 두께를 중앙부의 두께보다 작게 하는 것에는 한정되지 않고, 도 1B에 나타낸 바와 같이, 열절연층(2)의 외주부에 있어서의 단위부피당의 다공도가 중앙부에 있어서의 단위부피당의 다공도보다 작게 해도 좋다. 이 경우, 단위부피당의 다공도를 변화시키는 것에 따라, 열절연층(2)의 외주부의 물성을 불균일하게 하는 것에 의해, 열절연층(2)의 외주 중 반도체기판(1)에 구속되어 있는 고정점위치가 단위부피당의 다공도를 변화시키고 있는 영역으로 분산된다. 그 때문에, 종래의 압력파 발생장치에서는, 열절연층(2)의 외주 중 반도체기판(1)의 표면(1a)과 접하는 개소(점P1)에 집중하고 있었던 압축응력을, 열절연층(2)의 외주면 (예컨대, 다공도의 경사부)에 따라 분산되게 할 수 있다. 열절연층(2)의 외주부에서는, 반도체기판(1)의 두께 방향에 따라 방열되는 열량이, 중앙부에 있어서의 반도체기판(1)의 두께 방향에 따라 방열되는 열량에 비해서 커지고, 반도체기판(1)과 열절연층(2)의 경계의 근방에 있어서의 열절연층(2) 및 발열체(3)의 기계적 강도를 높게 할 수가 있다. 더욱이, 도 1A의 특징인 열절연층(2)의 외주부에 있어서의 두께가 중앙부에 있어서 의 두께보다 작게 하는 것과의 조합도 가능하다.

제 1실시형태의 효과를 요약하면, 공기중에서 장기간 사용했을 경우에, 열절연층(2)의 산화등에 의한 화학변화에 의해 열절연층(2)의 부피가 팽창해 압축응력이 발생하여도, 열절연층(2)의 외주부의 다공도가 작은 부분에 의해 압축응력을 분산되게 하는 것이 가능해진다. 즉, 열절연층(2)의 외주부의 다공도를 작게 함으로써, 종래의 압력파 발생장치와 비교하여, 예컨대, 열절연층(2)의 외주 중 반도체기판(1)에 구속되어 있는 고정점의 수가 불어나는 동시에, 그 위치가 분산되므로, 열절연층(2)의 외주부에 집중하는 압축응력을 분산되게 할 수 있다. 그 결과, 열절연층(2)에 크랙이 발생할 가능성을 저감하고, 열절연층의 크랙에 기인하는 발열체의 파손을 방지할 수가 있다. 더욱이, 압력파 발생장치의 파손을 방지할 수가 있고, 안정한 초음파를 장기간에 걸쳐 발생할 수가 있다.

(제2실시형태)

본 발명의 제2실시형태에 대해서 설명한다. 도 2A는 제2실시형태에 관한 압력파 발생장치의 평면도이며, 도 2B은 도 2A에 있어서의 A-A단면도이다.

도 2B에 나타낸 바와 같이, 제2실시형태의 압력파 발생장치는, 단결정의 p형 실리콘 기판의 반도체기판(기판)(1)과, 반도체기판(1)의 두께 방향의 1표면(제 1면)(1a)로부터 반도체기판(1)의 내측을 향해서 형성된 다공질 실리콘층 (다공체)의 열절연층(2)과, 열절연층(2)상에 형성된 박막 (예컨대, 알루미늄 박막과 같은 금속박막등)의 발열체(3)를 구비하고 있다. 도 2A에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(1)의 평면형상은 구(矩)형모양 (예컨대, 장방(長方)형상)이며, 열절연층(2) 및 발열 체(3)의 평면형상도 구형모양 (예컨대, 장방형상)에 형성되어 있다.일례로서, 발열체(3)는, 장변의 길이12mm, 단변의 길이10mm에 설정되어 있다. 또한, 반도체기판(1)의 두께는 525μm, 열절연층(2)의 두께는 10μm, 발열체(3)의 두께는 50nm으로 설정되어 있다. 또한, 이것들의 치수는 특별히 한정되는 것은 아니다.

또한, 도 2B에 나타낸 바와 같이, 열절연층(2)은, 반도체기판(1)의 두께 방향과 직교하는 폭방향(상기직사각형의 장변방향 및 단변방향의 양쪽을 포함한다)에 있어서, 발열체(3)의 외주부에 대향하는 부분을 제외하고, 소정깊이에 달하도록 거의 균일한 두께로 형성되어 있다. 또한, 발열체(3)의 외주부에 대향하는 부분에서는, 열절연층(2)의 두께가 외측만큼 서서히 작아지도록 경사부(2a)가 형성되어 있다. 즉, 제2실시형태에 있어서도, 열절연층(2)의 폭방향의 중앙부의 두께를 기준두께로 하여, 폭방향에 있어서의 열절연층(2)의 두께의 분포를 기준두께에서 평균화한다고 가정하고, 경사부(2a)에 의해, 열절연층(2)의 외주부에 있어서의 다공도가, 중앙부에 있어서의 다공도보다 작아지도록 형성되어 있다.

압력파 발생장치에서는, 발열체(3)에 대하여 전압 및/ 또는 전류가 시간적으로 변화되는 전기입력 (예컨대, 교류 전류)을 통전(전기 에너지의 공급)하는 것에 의해 발열체(3)를 발열시키는 동시에, 발열체(3)의 온도(또는 발열량)을 시간적으로 변화시킨다. 그리고, 발열체(3)와 매체 (예컨대, 공기)과의 열교환에 의해 압력파 (예컨대, 초음파등)을 발생시킨다. 교류 전원(도 15의 Vs참조 )으로부터 발열체(3)의 긴 쪽방향의 양단부 간에, 예컨대 도 4A에 나타내는 것 같은 정현파상의 교류 전압을 인가했을 경우에는, 발열체(3)의 온도가 쥴 열의 발생에 의해 도 4B에 나타낸 바와 같이 변화된다. 또한, 발열체(3)의 온도변화에 따라 도 4C에 나타내는 것 같은 파형의 압력파(음파)가 발생된다.

열절연층(2)을 구성하는 다공질 실리콘층은, 후술하는 제조방법에 있어서 설명하는 것과 같이, 반도체기판(1)으로서의 p형 실리콘 기판의 일부를 전해액중으로 양극 산화처리하는 것에 의해 형성된다. 또한, 양극 산화처리의 조건을 적절하게 변화시키는 것에 의해, 열절연층(2)의 다공도를 변화시킬 수 있다. 다공질 실리콘층은, 다공도가 높아짐에 따라서 열전도율 및 열용량이 작아진다. 따라서, 다공도를 적절하게 설정하는 것에 의해, 다공질 실리콘층의 열전도율을 단결정 실리콘에 비해서 충분히 작게 할 수가 있다.

발열체(3)의 바로 밑의 열절연층(2)의 열전도율을 α, 부피열용량을 C, 발열체(3)에 인가하는 정현파상의 교류 전압의 각주파수를 ω, 발열체(3)의 온도를 T(ω) (온도T를 ω의 함수로 한다)로서, 반도체기판(1)의 두께 방향에 있어서의 열절연층(2)의 표면으로부터의 거리(깊이)에 관해서, 열절연층(2)의 표면의 온도의 1/e배(e는 자연대수의 아래자)가 되는 거리를 열확산장 L로 정의하면, 이하의 식 2로 나타난다.

[수2]

열절연층(2)의 두께는, 열확산장 L의 0.5∼3배정도의 두께인 것이 바람직하다.

제2실시형태의 압력파 발생장치에서는, 도 2B에 나타낸 바와 같이, 열절연층(2) 중, 발열체(3)의 외주부 근방에 대향하는 부분의 두께가 외측만큼 얇아지도록, 경사부(2a)가 형성되어 있다. 이 압력파 발생장치에 있어서, 발열체(3)로의 통전을 행할 경우(전기 에너지를 주었을 경우)의 발열체(3)의 외주근방에 있어서의 열절연층(2)의 표면(열절연층(2)과 발열체(3)와의 경계)이라고 반도체기판(1)의 제 1면(1a)을 포함하는 평면의 온도분포를, 유한요소법에 의해 시뮬레이션을 행했다. 그 결과를 도 8의 곡선 a로 나타낸다. 또한, 도 35에 나타내는 종래 예에 대해서 같은 시뮬레이션을 행한 결과를 도 8의 곡선 b에 나타낸다.

도 8에 있어서의 곡선 A 및 B은, 각각 도 2C 및 도 36C에 나타낸 바와 같이, 발열체(3)의 단변방향의 단면(A-A단면)에 있어서의 열절연층(2)과 발열체(3)의 외주와의 접점을 원점0으로 하고, 열절연층(2)으로부터 떨어진 방향(도 2C 및 도 36C의 오른쪽 방향)을 X축의 정방향으로서, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)을 포함하는 평면의 온도분포의 시뮬레이션을 행한 결과이다. 또한, 시뮬레이션을 할 때의 열전도율 및 부피열용량의 데이터로서는, 상기 특개평11-300274호 공보에 개시되어 있는 수치 데이터를 이용하고, 단결정의 실리콘 기판으로 이루어진 반도체기판(1)의 열전도율을 168W/ (m·K), 열용량을 1.67×10⁶J/ (m³·K)으로 해서 다공도가 60％의 다공질 실리콘층으로 이루어지는 열절연층(2)의 열전도율을 1W/ (m·K), 열용량을 0.7×10⁶J/ (m³·K)으로 했다.

도 8로부터 알 수 있는 것처럼, 제2실시형태의 압력파 발생장치 및 종래의 압력파 발생장치의 어느 것에 있어서도, X축방향에 따라 온도구배(勾配)(-dT/dx)가 존재하지만, 제2실시형태의 압력파 발생장치쪽이, 종래의 압력파 발생장치에 비해서 온도구배가 완만해져 있다. 그 이유는, 제2실시형태의 압력파 발생장치의 발열체(3)의 외주부에 대향하는 부분에서는, 열절연층(2)의 두께가 외측만큼 얇아지도록 경사면(2a)이 형성되어 있기 때문에, 반도체기판(1)의 두께 방향에 따라 방열되는 열량이, 발열체(3)의 중앙부에 비해서 커지기 때문이다.

바꾸어 말하면, 제2실시형태의 압력파 발생장치에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(1)의 두께 방향D의 1표면(제 1면)(1a)으로부터 반도체기판(1)의 내측을 향해서 열절연층(2)의 폭방향의 중앙부의 기준두께 t로 규정한 폭방향 W의 범위내에 있어서, 발열체(3)의 외주(3e)보다 내측부분의 두께 방향의 평균 열전도율을 αin, 평균 부피열용량을 Cin으로 해서 발열체의 외주보다 외측부분의 두께 방향의 평균 열전도율을 αout, 평균 부피열용량을 Cout로 하고, αin×Cin <αout×Cout의 조건을 만족하며, 또한, 내측부분과 외측부분과의 경계부근에서는 αin×Cin의 값이 외측만큼 커지고 있다. 요컨대, 열전도율과 부피열용량과의 곱이 클수록 방열성이 높아지고, 단위시간당의 방열량을 크게 할 수가 있으므로, 제2실시형태에서는, 발열체(3)의 외주부 근방의 바로 밑에 있어서의 열절연층(2)의 방열성을 발열체(3)의 중앙부의 바로 밑에 있어서의 열절연층(2)의 방열성보다 크게 하는 것에 의해, 발열체(3)의 외주부 근방에 있어서의 온도구배를 완만하게 하고 있다.

이와 같이, 제2실시형태의 압력파 발생장치에서는, 발열체(3)의 외주부에 있어서 반도체기판(1)의 두께 방향에 따라 방열되는 열량이, 발열체(3)중앙부에 있어 서 방열되는 열량에 비해서 커지므로, 종래의 압력파 발생장치에 비해서 발열체(3)에 걸리는 열응력을 저감할 수가 있고, 열응력에 기인한 발열체(3)의 파손이 일어나기 어려워져서, 압력파 발생장치를 장수명화할 수가 있다.

또한, 상기 기준두께 t로 규정한 폭방향 W의 범위내에서, αin×Cin의 값이 변화되는 영역의 경계 (즉, 경사부(2a)의 외주단)을 발열체(3)의 외주와 거의 일치시키고 있으므로, 열절연층(2)의 외주부의 물성치과 중앙부의 물성치를 거의 동일하게 한 채로, 즉, 열절연층(2)을 형성하는 다공질 실리콘층의 물성을 균일하게 한 채, 발열체(3)의 외주부에서 반도체기판(1)에 방열되는 열량을 남아 증대시키는 일없이, 압력파의 진폭의 저하를 억제할 수가 있다.

다음으로, 제2실시형태에 있어서의 압력파 발생장치의 제조방법에 대해서, 도 5A∼도 5C, 도 6 및 도 7을 참조하면서 설명한다. 도 5A에 나타낸 바와 같이, p형 실리콘 기판의 반도체기판(1)의 두께 방향의 타표면(제2면)(1b)에, 양극(陽極)산화시에 이용할 수 있는 평면형상이 구(矩)형모양인 통전용 전극(4)을 형성한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 통전용 전극(4)의 중심은, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)에 평행한 면내에 있어서, 구형모양의 발열체(3)가 형성되는 예정의 영역(발열체 형성영역)(3a)의 중심과 거의 일치하고 있다. 또한, 통전용 전극(4)의 각 변의 길이는, 발열체 형성영역(3a)이 대응하는 각 변의 길이보다 소정의 축소 치수분만큼 짧아지도록 설정되어 있다.

통전용 전극(4)의 형성공정에 있어서는, 예컨대 도전성층을 반도체기판(1)의 제2면(1b)위로 스퍼터법이나 증착법등에 의해 성막하고, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술을 이용하여, 도전성층 중 통전용 전극(4)에 이용할 수 있는 부분이외의 불필요부분을 제거하면 좋다. 또한, 제2실시형태에서는, 발열체 형성영역(3a)의 장변을 12mm, 단변을 10mm으로 해서 상기 축소치수가 1mm로 설정되어 있다. 즉, 통전용 전극(4)은 발열체 형성영역(3a)보다 작고, 장변을 11mm, 단변을 9mm에 설정하고 있다.

또한, 이것들의 수치는 특별히 한정되지 않는다.

통전용 전극(4)의 형성후, 통전용 전극(4)에 통전용의 리드선(도시하지 않음)의 일단(一端)을 설치하고, 통전용 전극(4)과 리드선의 일단부의 설치부위를, 양극 산화처리에 이용하는 전해액에 닿지 않도록 내불산성을 갖는 씰 재에 의해 피복한다. 그 후, 도 7에 나타내는 것과 같은 양극 산화처리장치를 이용해서 양극 산화처리를 하는 것에 의해, 도 5B에 나타내는 것 같은 다공질 실리콘층으로 이루어지는 열절연층(2)이 반도체기판(1)위로 형성된다. 그 후에, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)의 발열체 형성영역(3a)에 발열체 형성공정을 행하는 것에 의해, 도 5C에 나타내는 것 같은 발열체(3)를 갖는 구조를 얻을 수 있다.

제2실시형태의 압력파 발생장치의 제조방법에서는, 상기한 바와 같이, 양극 산화처리에 의해 열절연층(2)이 형성된다. 양극 산화처리에 대해서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(1)을 주구성으로 하는 피처리물(24)을 처리조(22)중의 전해액(23)에 침지한다. 다음으로, 전해액(23)중에 있어서, 백금전극(21)을 반도체기판(1)의 제 1면(1a)에 대향하도록 배치한다. 더욱이, 통전용 전극(4)에 설치된 리드선을 전류원(20)의 플러스측에, 백금전극(21)을 전류원(20)의 마이너스측에 각 각 접속한다. 그리고, 통전용 전극(4)을 양극, 백금전극(21)을 음극으로 하고, 전류원(20)으로부터 통전용 전극(4)과 백금전극(21)과의 사이에 소정의 전류밀도 (예컨대, 20mA/cm²)의 전류를 소정의 통전시간 (예컨대, 8분)만큼 흘린다.

이러한 양극 산화처리에 의해, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측에, 외주부를 제외하고 두께가 거의 일정(예컨대, 10μm)한 열절연층(2)이 형성된다. 그 후, 처리조(槽)(22)로부터 피처리물(24)을 추출하고, 피처리물(24)의 상기 씰 재를 벗기고, 통전용 전극(4)에 접속하고 있었던 리드선을 뗀다.

또한, 양극 산화처리시의 조건은 특별히 한정되는 것은 아니고, 전류밀도는, 예컨대, 1∼500mA/cm²정도의 범위내에서 적절하게 설정하면 좋다. 또한, 상기 소정의 통전시간이나, 열절연층(2)의 두께에 따라 적절하게 설정하면 좋다.

또한, 양극 산화처리에 이용하는 전해액으로서는, 예컨대, 55wt％의 불화수소 수용액과 에탄올을 1:1로 혼합한 혼합액을 이용한다. 또한, 씰 재로서는, 예컨대, 테플론(등록상표)과 같은 불소수지로 이루어지는 씰 재를 이용할 수 있다.

발열체(3)의 형성에 대해서는, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)상에 발열체(3)용의 금속박막 (예컨대, Al박막등)을 스퍼터법등에 의해 형성한다. 그 후, 금속박막위로 포토레지스트를 도포하고, 포토 리소그래피 기술에 의해 발열체(3)형성용으로 패터닝된 레지스트층 (도시하지 않음)을 형성한다. 그리고, 레지스트층을 마스크로 하여, 금속박막의 불필요부분을 드라이 에칭 공정에 의해 제거하는 것에 의해, 발열체(3)가 형성된다.

최후에, 레지스트층을 제거하는 것에 의해, 도 5C에 나타내는 구조를 얻을 수 있다.

일반적으로, 상기한 바와 같이 통전용 전극(4)의 크기를 형성해야 할 열절연층(2)의 크기보다 약간 작게 하면서, 백금전극(21)의 크기를 열절연층(2)의 크기보다 크게 하면, 형성되어야 할 열절연층(2)의 외주부에서 전계의 방향이 비스듬하면서, 또한, 외측만큼 전계강도가 약해진다. 그 때문에, 이러한 조건에서 양극 산화처리를 하면, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측에 형성되는 산화막, 즉 열절연층(2)의 외주부에 흐르는 전류가 적어지고, 막두께가 외측만큼 얇게 형성된다. 따라서, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측에 형성된 열절연층(2)의 외주부에는, 도 2B등에 나타낸 바와 같이, 외측만큼 두께가 서서히 작아지도록 경사부(2a)가 형성된다. 여기에서, 발열체를 경사부(2a)에 맞춰서 형성하면, 종래의 압력파 발생장치에 비하여, 발열체(3)에 걸리는 열응력을 저감할 수가 있고, 열응력에 기인한 발열체(3)의 파손이 생기기 어려워진다.

또한, 열절연층(2)의 단면형상을 주사형 전자현미경에 의해 관찰한 결과, 도 3을 참조하고, 열절연층(2)의 외주부에서는, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)을 포함하는 제 1기준평면으로부터의 깊이가 깊어짐에 따라서, 발열체(3)의 단면 (外周)(3e)를 포함하는 제2기준평면으로부터의 폭방향의 거리d가 길어지도록, 열절연층(2)과 반도체기판(1)의 경계가 경사져 있는 것을 알았다. 구체적으로는, 제 1기준평면으로부터의 깊이가 10μm의 위치에서는, 발열체(3)의 제2기준평면으로부터의 거리가 거의 0.5mm가 되어 있는 것이 확인되었다.

또한, 상기한 바와 같이, 통전용 전극(4)을 발열체 형성영역(3a)보다 작게 하는 것에 의해, 열절연층(2)의 경사부(2a)의 외주를 발열체(3)의 외주와 거의 일치시키거나, 또는 발열체(3)의 외주보다 내측에 위치시킬 수 있다. 구체적으로는, 상기한 바와 같이 통전용 전극(4)의 각 변의 길이를 발열체 형성영역(3a)의 각 변보다 1mm만큼 짧게 했을 경우(상기 축소치수를 1mm로 했을 경우)에는, 열절연층(2)의 경사부(2a)의 외주가 발열체(3)의 외주와 거의 일치한다. 한편, 통전용 전극(4)의 각 변의 길이를 발열체 형성영역(3a)의 각 변보다 2mm만큼 짧게 했을 경우(상기 축소치수를 2mm으로 했을 경우)에는, 열절연층(2)은 발열체(3)의 외주보다 내측에 형성된다.

후자의 경우, 발열체(3)로의 열절연층(2)의 투영 영역이 발열체(3)의 외주보다 내측으로 수습되므로, 발열체(3)의 외주부가 반도체기판(1)의 제 1면(1a)에 직접적으로 접한다. 이렇게 열절연층(2)의 외주가 발열체(3)의 외주보다 내측에 형성될 경우, 도 9A에 나타낸 바와 같이, 열절연층(2)의 외주부의 두께를 중앙부의 두께(상기 기준두께)와 거의 같아지도록 형성해도 좋다.

그 경우도, 반도체기판(1)의 재료인 단결정 실리콘의 열전도율 및 부피열용량이 각각 상기의 αout, Cout가 되고, 열절연층(2)의 재료인 다공질 실리콘의 열전도율 및 부피열용량이 각각 상기의 αin, Cin이 되므로, 열전도율과 열용량과의 곱의 대소관계는, αin×Cin <αout×Cout의 조건을 만족하는 것이 된다. 또한, 상기 기준두께의 범위내에서 αin×Cin의 값이 변화되는 영역의 경계를 발열체(3)의 외주보다 내측에 위치시키고 있으므로, 발열체(3)의 외주부에 있어서의 온도구배를 보다 완만하게 할 수가 있고, 종래의 압력파 발생장치에 비해서 발열체(3)에 걸리는 열응력을 보다 저감할 수가 있다.

또한, 도 37B에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(1)의 제2면(1b)의 전면에 통전용 전극(4)을 형성해도, 상기와 같이 열절연층(2)을 형성할 수가 있다. 그 경우, 양극 산화처리에 의해 열절연층(2)을 형성할 때에, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)상에 마스크층(5)을 설치해서 열절연층(2)이 형성되는 영역을 규정하면 좋다.

또한, 제2실시형태에서는, 반도체기판(1)으로서 단결정의 p형 실리콘 기판을 채용하고 있지만, 반도체기판(1)은 단결정의 p형 실리콘 기판에 한하지 않고, 다결정 혹은 비결정성의 p형 실리콘 기판에서도 좋다. 또한, 반도체기판(1)은, p형 기판에 한정되지 않고, n형 기판이나 논 도프 기판이여도 좋다. 그리고, 반도체기판(1)의 종류에 따라, 양극 산화처리의 조건을 적절하게 변경하면 좋다. 따라서, 열절연층(2)을 구성하는 다공체도, 다공질 실리콘층에 한정되지 않고, 예컨대, 다결정 실리콘을 양극산화하는 것에 의해 형성한 다공질 다결정 실리콘층이나, 실리콘이외의 반도체재료로 이루어지는 다공질 반도체층이여도 좋다. 또한, 발열체(3)의 재료도 Al에 한정되는 것은 아니고, Al 에 비해서 내열성의 높은 금속재료 (예컨대, W, Mo, Pt, Ir등)을 이용해도 좋다.

(제3실시형태)

다음으로, 본 발명의 제3실시형태에 대해서 설명한다. 제3실시형태의 압력파 발생장치의 기본구성은, 상기 제2실시형태와 같으며, 반도체기판(1)으로서 단결정의 n형 실리콘 기판을 채용하고 있는 점만이 상이하다. 따라서, 압력파 발생장치 의 구조에 관한 도시 및 설명을 생략하고, 제조방법에 대해서만 도 10A∼10C을 참조하면서 설명한다.

도 10A에 나타낸 바와 같이, n형 실리콘 기판으로 이루어진 반도체기판(1)의 두께 방향의 제2면(1b)의 전면에, 양극(陽極)산화시에 이용할 수 있는 통전용 전극(4)을 형성한다. 또한, 통전용 전극(4)로서, 도전성층을 반도체기판(1)의 제2면(1b)위로 예컨대 스퍼터법이나 증착법등에 의해 성막하면 좋다.

통전용 전극(4)의 형성후, 통전용 전극(4)에 통전용의 리드선(도시하지 않음)의 일단을 설치하고, 통전용 전극(4)과 리드선의 일단부의 설치부위를, 양극 산화처리에 이용하는 전해액에 닿지 않도록 내불산성을 갖는 씰 재에 의해 피복한다. 그 후에, 도 11A에 나타내는 것 같은 양극 산화처리장치를 이용해서 양극 산화처리를 하는 것에 의해, 도 10B에 나타내는 것과 같은 다공질 실리콘층으로 이루어지는 열절연층(2)이 반도체기판(1)사에 형성된다. 그 후에, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)의 발열체 형성영역(3a)에 발열체 형성공정을 행하는 것에 의해, 도 10C에 나타내는 것과 같은 발열체(3)를 갖는 구조를 얻을 수 있다.

제3실시형태의 압력파 발생장치의 제조방법에서도, 상기한 바와 같이, 양극 산화처리에 의해 열절연층(2)이 형성된다. 양극 산화처리에 대해서는, 도 11A에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(1)을 주구성으로 하는 피처리물(24)을 처리조(22)중의 전해액(23)에 침지한다. 다음으로, 전해액(23)중에 있어서, 전해액(23)에 내성을 갖는 재료로 형성된 광차폐판(30)을 반도체기판(1)의 제 1면(1a)에 대향하도록 배치하고, 더욱이, 광차폐판(30) 및 반도체기판(1)의 제 1면(1a)에 대향하도록, 백금 전극(21)을 배치한다.또한 통전용 전극(4)에 설치된 리드선을 전류원(20)의 플러스측에, 백금전극(21)을 전류원(20)의 마이너스측에 각각 접속한다. 그리고, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)에 대하여, 도시하지 않는 광원 (예컨대, 텅스텐 램프등)에 의해 광조사를 행하면서, 통전용 전극(4)을 양극, 백금전극(21)을 음극으로서, 전류원(20)으로부터 통전용 전극(4)과 백금전극(21)과의 사이에 소정의 전류밀도 (예컨대, 20mA/cm²)의 전류를 소정의 통전시간 (예컨대, 8분)만큼 흘린다.

이러한 양극 산화처리에 의해, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측에, 외주부를 제외하고 두께가 거의 일정한(예컨대, 10μm) 열절연층(2)이 형성된다. 그 후, 처리조(22)로부터 피처리물(24)을 추출하고, 피처리물(24)의 상기 씰 재를 벗기고, 통전용 전극(4)에 접속하고 있었던 리드선을 뗀다.

또한, 양극 산화처리시의 조건은 특별히 한정되는 것은 아니고, 전류밀도는, 예컨대, 1∼500mA/cm²정도의 범위내로 적절하게 설정하면 좋다. 또한, 상기 소정의 통전시간이나, 열절연층(2)의 두께에 따라 적절하게 설정하면 좋다.

광차폐판(30)은, 전해액(23)에 대하여 내성을 갖는 재료 (예컨대, 실리콘 등)에 의해 도 11B에 나타내는 것과 같은 평면형상으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 광차폐판(30)의 반도체기판(1)에 있어서의 열절연층(2)이 형성되는 예정의 영 역(열절연층 형성영역)의 중앙부에 대응하는 부위(32)의 개구율을 100％、열절연층(2)의 외측에 대응하는 부위(31)의 개구율을 0％으로 해서 열절연층(2)의 외주부에 대향하는 부위(33)의 개구율을 내측으로부터 외측을 향해서 작아지도록 변화시키고 있다.

발열체(3)를 형성하는 공정은, 상기 제2실시형태의 경우와 마찬가지이며, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)상에 발열체(3)용의 금속박막 (예컨대, Al 박막등)을 스퍼터법 등에 의해 형성한다. 그 후, 금속박막 상에 포토레지스트를 도포하고, 포토리소그래피 기술에 의해 발열체(3)형성용으로 패터닝된 레지스트층 (도시하지 않음)을 형성한다. 그리고, 레지스트층을 마스크로 하여, 금속박막의 불필요부분을 드라이 에칭 공정에 의해 제거하는 것에 의해, 발열체(3)가 형성된다. 최후에, 레지스트층을 제거하는 것에 의해, 도 10C에 나타내는 구조를 얻을 수 있다.

제3실시형태의 압력파 발생장치의 제조방법에 의하면, 열절연층(2)의 형성공정에 있어서, 광차폐판(30)을 이용하여, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)상의 열절연층 형성영역의 외주부에 조사되는 빛의 강도를, 중앙부에 조사되는 광의 강도보다 작으며 , 또한 외측처럼 약해지도록 광을 조사하면서 양극 산화처리를 행한다. 그 때문에, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)상의 열절연층 형성영역의 외주부에 있어서의 다공질화의 속도가 중앙부에 있어서의 다공질화의 속도에 비해서 지연되므로, 도 2B등에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측에 형성된 열절연층(2)의 외주부에는, 외측처럼 두께가 서서히 작아지도록 경사부(2a)가 형성된다. 그 결과, 종래의 압력파 발생장치에 비하여, 발열체(3)에 걸리는 열응력을 저감할 수가 있 고, 열응력에 기인한 발열체(3)의 파손이 생기기 어려워진다.

(제 4실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 4실시형태에 대해서 설명한다. 제 4실시형태의 압력파 발생장치의 기본구성은 상기 제2실시형태와 거의 같지만, 도 12에 나타낸 바와 같이, 열절연층(2)의 외주부의 두께를 중앙부의 두께(상기 기준두께)와 같이 설정하고, 열절연층(2)을 구성하는 다공질 실리콘층의 다공도가 중앙부에서 주부를 향해서 서서히 높아지도록 구성되어 있는 점이 상이하다. 또한, 제2실시형태와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.

제 4실시형태의 압력파 발생장치에서는, 열절연층(2)의 외주와 발열체(3)의 외주와가 거의 일치하며(즉, 상기 기준두께 범위내에서 αin×Cin의 값이 변화되는 영역의 경계가 발열체(3)의 외주와 일치하고), 또한, 열절연층(2)의 두께를 중앙부와 외주부와로 거의 동일하게 설정하면서, 열절연층(2)의 외주부에 있어서의 평균 열전도율과 평균 열용량과의 곱을 중앙부에 있어서의 평균 열전도율과 평균 부피열용량과의 곱보다 크게 하고 있다. 즉, 열절연층(2)의 물성치를 불균일하게 하고, 열절연층(2)의 외주부에 있어서의 단위부피당의 다공도가 중앙부에 있어서의 단위부피당의 다공도보다 작아지도록 하고 있다.

제 4실시형태의 압력파 발생장치에 있어서도, 발열체(3)의 외주부로부터 반도체기판(1)의 두께 방향에 따라 방열되는 열량을 증가시킬 수 있고, 발열체(3)에 걸리는 열응력을 저감시킬 수가 있다. 한편, 발열체(3)의 외주부에서 반도체기판(1)으로 방열되는 열량을 증대시키는 일없이, 압력파의 진폭의 저하를 억제할 수 가 있다.

다음으로, 제 4실시형태의 압력파 발생장치의 제조방법에 있어서 도 13A∼13E 및 도 14을 참조하면서 설명한다. 우선, p형 실리콘 기판의 반도체기판(1)의 제 1면(1a)상의 열절연층(2)을 형성할 예정의 영역(열절연층 형성영역)에, 도 13A에 나타내는 것과 같은 소정두께 (예컨대, 2μm)의 불순물 도핑영역(11)을, 이온 주입법이나 열확산법등을 이용한 도핑 처리에 의해 형성한다. 불순물 도핑영역(11)은, 그 외주부의 비저항이 중앙부의 비저항에 비해서 작아진다 (제 4실시형태에서는, 중앙부에서 외주부를 향해서 비저항이 작아진다) 불순물 농도분포를 갖도록 형성되어 있다

발열체(3)의 평면 사이즈에 있어서의 장변은 12mm, 단변은 10mm으로 설정되어, 불순물 도핑영역(11)의 중심부의 비저항은 거의 30Ω·cm, 외주부의 비저항은 거의 2Ω·cm으로 설정되어 있다. 또한, 중심부와 외주부와의 사이에서, 비저항이 서서히 변화되도록 도핑되어 있다. 또한, 이것들의 수치는 일례이며 특별히 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)의 전면에, 양극산화시의 마스크 형성용의 실리콘 질화막을 플라즈마 CVD법등에 의해 성막하고, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술을 이용해서 실리콘 질화막 중 열절연층 형성영역에 겹치는 부분을 개공(開孔)한다. 그 결과, 도 13B에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)상에, 나머지의 실리콘 질화막으로 이루어지는 마스크층(5)이 형성된다.

다음으로, 도 13C에 나타낸 바와 같이, p형 실리콘 기판의 반도체기판(1)의 제2면(1b)의 전면에, 양극산화시에 이용하는 통전용 전극(4)을 형성한다. 또한, 통전용 전극(4)으로서, 도전성층을 반도체기판(1)의 제2면(1b)상에, 예컨대 스퍼터법이나 증착법 등에 의해 성막하면 좋다.

통전용 전극(4)의 형성후, 통전용 전극(4)에 통전용의 리드선(도시하지 않음)의 일단을 설치하고, 통전용 전극(4)과 리드선의 일단부의 설치부위를, 양극 산화처리에 이용하는 전해액에 닿지 않도록 내불산성을 갖는 씰 재에 의해 피복한다. 그 후, 도 7에 나타내는 것과 같은 양극 산화처리장치를 이용해서 양극 산화처리를 하는 것에 의해, 중앙부와 외주부의 다공도가 다른 다공질 실리콘층의 열절연층(2)이 형성된다. 계속해서, 마스크층(5)을 제거하는 것에 의해, 도 13D에 나타내는 구조를 얻을 수 있다. 그 후, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)의 발열체 형성영역(3a)에 발열체 형성공정을 행하는 것에 의해, 도 13E에 나타내는 것 같은 발열체(3)를 갖는 구조를 얻을 수 있다.

또한, 도 7에 나타내는 것과 같은 양극 산화처리장치를 이용한 양극 산화처리는, 기본적으로 제2실시형태의 경우와 마찬가지이다. 통전용 전극(4)을 양극, 백금전극(21)을 음극으로 하고, 전류원(20)으로부터 통전용 전극(4)과 백금전극(21)의 사이에 소정의 전류밀도 (예컨대, 20mA/cm²)의 전류를 소정시간 (예컨대, 2분)만큼 흘리는 것에 의해, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측에, 소정두께 (예컨대, 2.5μm)의 열절연층(2)이 형성된다. 열절연층(2)의 중심부의 다공도는 거의 60％이며, 외주부의 다공도는 거의 0%가 된다.

발열체(3)를 형성하는 공정은, 상기 제2실시형태의 경우와 마찬가지이며, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)상에 발열체(3)용의 금속박막 (예컨대, Al박막등)을 스퍼터법 등에 의해 형성한다. 그 후, 금속박막상에 포토레지스트를 도포하고, 포토리소그래피 기술에 의해 발열체(3)형성용으로 패터닝된 레지스트층 (도시하지 않음)을 형성한다. 그리고, 레지스트층을 마스크로 하여, 금속박막의 불필요부분을 드라이 에칭 공정에 의해 제거하는 것에 의해, 발열체(3)가 형성된다. 최후로, 레지스트층을 제거하는 것에 의해, 도 13E에 나타내는 구조를 얻을 수 있다.

제 4실시형태의 압력파 발생장치의 제조방법에 의하면, 반도체기판(1)에 형성되는 열절연층(2)의 두께를 거의 균일하게 하면서, 열절연층(2)의 폭방향의 중앙부의 다공도보다 외주부의 다공도를 낮게 할 수가 있다. 즉, 열절연층(2)의 외주부에 있어서의 평균 열전도와 평균 부피열용량과의 곱은, 중앙부에 있어서의 평균 열전도율과 평균 부피열용량과의 곱보다 커지므로, 종래의 압력파 발생장치에 비하여, 발열체(3)에 걸리는 열응력을 저감할 수가 있고, 열응력에 기인한 발열체의 파 손이 생기기 어려워진다.

또한, 폭방향에 있어서, 열절연층(2)의 외주부와 반도체기판(1)의 열절연층(2)으로부터 외측부분의 경계에서, 서로의 열팽창 계수가 일치하도록 열절연층(2)을 형성하면, 열팽창 계수의 불연속개소가 없어진다. 결국, αin×Cin의 값이 변화되는 영역에 있어서, 열절연층(2)을 형성하는 재료자체의 열전도율과 열용량의 적어도 한 방향을 외측을 향해서 커지도록 변화시키고, α in ×Cin=αout×Cout가 되는 부분으로 재료조성이 일치하도록 하면, αin×Cin=αout×Cout가 되는 부분으로의 열팽창 계수의 불연속개소가 없어진다. 그 결과로, 열절연층(2)의 외주부와 반도체기판(1)과의 열팽창 계수차이에 기인한 응력에 의해 열절연층(2)에 크랙의 발생이 생기기 어려워진다.

또한, 도 14에 나타낸 바와 같이, 통전용 전극(4)의 평면형상을 반도체기판(1)의 제 1면(1a)에 있어서의 발열체 형성영역(3a)과 정합하는 형상으로 형성해 두면, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)상에 마스크층(5)을 설치하는 일없이, 불순물 도핑영역(11)만을 다공질화해서 다공질 실리콘층으로 이루어지는 열절연층(2)을 형성할 수가 있다.

(제5실시형태)

다음으로, 본 발명의 제5실시형태에 대해서 설명한다. 제5실시형태의 압력파 발생장치는, 도 15A 및 15B에 나타낸 바와 같이, 단결정의 p형 실리콘 기판의 반도체기판(1)과, 반도체기판(1)의 두께 방향의 1표면(제 1면)(1a)측에 형성된 다공질 실리콘층의 열절연층(2)과, 열절연층(2)상에 형성된 박막 (예컨대, 알루미늄 박막 과 같은 금속박막등)의 발열체(3)를 구비하고 있다. 또한, 열절연층(2)은, 다공질 실리콘층에 한정되지 않고, 예컨대, SiO₂막이나 Si₃N₄막등에 의해 구성해도 좋다.

상기 제 1로부터 제 4실시형태에 관한 압력파 발생장치와 비교하여, 제5실시형태의 압력파 발생장치는, 열절연층(2)이 반도체기판(1)의 거의 전면에 형성되어 있는 것, 및 반도체기판(1)의 제 1면(1a)(열절연층(2)의 표면(2c))에 있어서 발열체(3)의 장변측의 양쪽 외주부의 단면(3e)에 접하도록 온도구배 완화부(15)가 형성되어 있는 점이 다르다.

온도구배 완화부(15)는, 열절연층(2)보다 열전도율의 높은 재료에 의해 형성된 고열전도성층이다. 온도구배 완화부(15)의 재료로서는, 발열체(3)에 비해서 전기절연성이 높으며, 또한, 열절연층(2)에 비해서 열전도성이 높은 무기재료 (예컨대, AIN계 재료나 SiC계 재료등)을 채용하면 좋고, AIN이나 SiC은 Si와의 열팽창 계수차이가 작다고 하는 점에서도 바람직하다. 이것들의 무기재료로 형성된 온도구배 완화부(15)는, 스퍼터법에 의해, 마스크를 이용해서 소정의 장소에 형성할 수가 있다. 또한, 온도구배 완화부(15)는, 열절연층(2)상에 형성되어 발열체(3)의 외주면 중의 상기 장변측 양쪽 외주면에 접하지만, 발열체(3)의 표면(3c)(도 15B참조)에는 접하지 않도록 형성되어 있다.

제5실시형태의 압력파 발생장치에 의하면, 발열체(3)의 장변측 외주부에서 발생한 열의 일부가 온도구배 완화부(15)에 전달되므로, 발열체(3)의 장변측 외주부에 있어서의 온도구배, 즉, 열절연층(2)의 표면근방의 온도구배가 완화된다. 그 때문에, 종래의 압력파 발생장치에 비하여, 발열체(3)에 걸리는 열응력을 저감할 수가 있고, 열응력에 기인한 발열체(3)의 파탄이 생기기 어려워진다. 그 결과로서, 압력파 발생장치의 장수명화를 꾀할 수 있는 동시에, 발열체(3)에 전류가 통전할 때에, 종래의 것보다 전력을 증가시킬 수 있으며, 발생되는 압력파의 진폭을 증대하는 것이 가능해진다.

또한, 온도구배 완화부(15)가 발열체(3)의 장변측 외주부의 단면(3e)에 접하면서, 외주부 근방의 표면(3c)에는 접하지 않도록 형성되어 있으므로, 발열체(3)의 외주부 근방의 온도저하를 적게 하면서, 온도구배를 완화할 수가 있다. 또한, 온도구배 완화부(15)의 재료로서 상기와 같은 무기재료를 사용하는 것에 의해, 유기재료를 사용할 경우에 비하여, 온도구배 완화부(15)의 내열성을 높일 수 있다. 더욱이, 발열체(3)에 전류가 흐르는 방향에 있어서, 온도구배 완화부(15)의 저항이 발열체(3)의 저항보다 충분히 크(온도구배 완화부(15)에 흐르는 전류를 무시할 수 있는 정도로 크다)므로, 온도구배 완화부(15)에 전류가 흐르는 것에 의한 전력손실을 저감할 수가 있다.

(제 6실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 6실시형태에 대해서 설명한다. 제 6실시형태의 압력파 발생장치에서는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 열절연층(2)이 반도체기판(1)의 전면이 아니라 소정영역내에 형성되어 있다. 또한, 온도구배 완화부(15)가, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)상뿐만 아니라, 열절연층(2)의 표면(2c), 발열체(3)의 외주부의 단면(3e) 및 외주부 근방에 있어서의 표면(3c)에도 접하도록 형성되어 있다.

제 6실시형태의 압력파 발생장치에서는, 온도구배 완화부(15)가 발열체(3)의 외주부에 있어서의 단면(3e)뿐만 아니라 표면(3c)에도 접하고 있으므로, 상기 제5실시형태의 압력파 발생장치에 비하여, 구조가 약간 복잡해지지만, 발열체(3)의 주부의 온도구배를 보다 완화할 수가 있다. 또한, 발열체(3)의 외주부 근방에서 발생한 열의 일부가 온도구배 완화부(15)를 통과시켜서 반도체기판(1)에 전달되므로, 온도구배 완화부(15)가 반도체기판(1)에 접하지 않고 있을 경우에 비하여, 발열체(3)의 주부에서 발생한 열을 효율 좋게 분산시킬 수 있다.

또한, 제 6실시형태의 압력파 발생장치에서는, 열절연층(2)이 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측에서 소정영역내에만 형성되어 있지만, 제5실시형태의 경우와 같이, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측의 전면에 열절연층(2)을 형성해도 좋다.

(제 7실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 7실시형태에 대해서 설명한다. 제 7실시형태의 압력파 발생장치에서는, 도 17에 나타낸 바와 같이, 제 6실시형태의 압력파 발생장치에 비하여, 반도체기판(1)의 두께 방향에 있어서의 온도구배 완화부(15)의 두께가, 반도체기판(1)의 폭방향의 외주부에서 발열체(3)의 내측을 향할 만큼 얇아지고 있는 점이 다르다. 이러한 온도구배 완화부(15)는, 예컨대 반도체기판(1)과 마스크와의 사이에 스페이스를 설치해서 스퍼터법에 의한 성막을 행하는 것에 의해 형성하는 것이 가능하다.

제 7실시형태의 압력파 발생장치에서는, 상기 제 6실시형태의 압력파 발생장치에 비하여, 온도구배 완화부(15)의 형상이 복잡하며, 제조시의 수율이 저하할 가 능성이 있지만, 발열체(3)의 외주부의 온도구배를 더 완화할 수가 있다. 또한, 제5실시형태의 경우와 같이, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측의 전면에 열절연층(2)을 형성해도 좋다.

(제 8실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 8실시형태에 대해서 설명한다. 제 8실시형태의 압력파 발생장치에서는, 도 18에 나타낸 바와 같이, 온도구배 완화부(15)의 물성이 균일하지 않고, 반도체기판(1)의 폭방향에 있어서, 발열체(3)의 내측으로부터 외주부를 향할 정도로 열전도율이 높아지는 것과 같은 분포를 갖도록 형성되어 있다. 그 밖의 구성은, 상기 제 6실시형태의 경우와 같다. 이러한 열전도율의 분포를 갖는 온도구배 완화부(15)는, 예컨대, AIN이나 SiC에 의한 고열전도성층에 있어서, AIN이나 SiC의 조성비를 경사시키는 것에 의해 실현할 수가 있다.

제 8실시형태의 압력파 발생장치에서는, 상기 제 6실시형태의 압력파 발생장치에 비하여, 온도구배 완화부(15)의 제조 공정이 복잡해지지만, 발열체(3)의 외주부의 온도구배를 더 완화할 수가 있다. 또한, 제5실시형태의 경우와 같이, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측의 전면에 열절연층(2)을 형성해도 좋다.

(제 9실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 9실시형태에 대해서 설명한다. 제 9실시형태의 압력파 발생장치는, 도 19에 나타낸 바와 같이, 단결정의 p형 실리콘 기판의 반도체기판(1)과, 반도체기판(1)의 두께 방향의 1표면(제 1면)(1a)측에 형성된 다공질층의 열절연층(2)과, 열절연층(2)상에 형성된 박막 (예컨대, 알루미늄 박막과 같은 금속 박막 등)의 발열체(3)와, 발열체(3)의 양단부 각각의 위로 형성된 한 쌍의 패드(14)를 구비하고 있다. 패드(14)는, 발열체(3)에 전류가 통전하기 위해서 이용할 수 있다.

제 9실시형태에서는, 열절연층(2)이 고다공도층(26)과 저다공도층(27)의 2층에서 형성되어 있다. 다공도가 높은 고다공도층(26)은, 예컨대 다공도가 70％의 다공질 실리콘층으로 형성되고 있으며, 발열체(3)측에 위치하고 있다. 또한, 다공도가 낮은 저다공도층(27)은, 예컨대, 다공도가 40％인 다공질 실리콘층으로 형성되고 있으며, 반도체기판(1)측에 위치하고 있다.

이러한 다공질층은, 반도체기판(1)으로서의 p형 실리콘 기판의 일부를 전해액중으로 양극 산화처리하는 것에 의해 형성할 수가 있다. 다공질 실리콘층은, 다공도가 높아짐에 따라서 열전도율 및 부피열용량이 작아지므로, 다공도를 적절하게 설정하는 것에 의해, 열전도율을 단결정 실리콘에 비해서 충분히 작게 할 수가 있다.

제 9실시형태의 압력파 발생장치에서는, 반도체기판(1)의 두께를 525μm, 열절연층(2)의 고다공도층(26)의 두께를 5μm, 열절연층(2)의 저다공도층(27)의 두께를 5μm, 발열체(3)의 두께를 50nm으로 하고 있다. 또한, 이것들의 두께는 일례이며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 고다공도층(26)의 두께는, 열확산장 L이상의 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 제 9실시형태의 압력파 발생장치의 1사용예로서, 발열체(3)로의 전기적인 입력의 파형의 주파수를 20kHz라고 해서 압력파로서 주파수가 40kHz의 초음파를 발생시키는 초음파발생 장치로서 사용하는 것 을 상정하고 있다. 열절연층(2)을 다공도가 60％의 다공질 실리콘층으로 가정하고, 열전도율을 1W/ (m·K), 부피열용량을 0.7×10⁶J/ (m³·K), 주파수 f를 40kHz로서, 상기 식2에 의해 구한 열확산장 L=3.37μm에 근거하고, 고다공도층(26)의 두께를 설정하고 있다.

다음으로, 제 9실시형태의 압력파 발생장치의 제조방법에 대해서 설명한다. 제2실시형태에서 설명한 압력파 발생장치의 제조방법과 동일하게, 우선, 반도체기판(1)의 제2면(1b)에 양극 산화처리시에 이용하는 통전용 전극(도시하지 않음)을 형성한다. 그 후, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측에 있어서의 고다공도층(26)의 형성 예정영역 및 저다공도층(27)의 형성 예정영역을 양극 산화처리로 다공질화하고, 고다공도층(26)과 저다공도층(27)과의 열절연층을 형성한다.

양극 산화처리에서는, 전해액으로서 55wt％의 불화수소 수용액과 에탄올을 1:1로 혼합한 혼합액을 이용한다. 반도체기판(1)을 주구성으로 하는 피처리물을, 처리조 중의 전해액에 침지하고, 통전용 전극을 양극, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)에 대향 배치된 백금전극을 음극으로 하여, 전원으로부터 양극과 음극과의 사이에 소정의 전류밀도의 전류를 흘린다.

도 20에 나타낸 바와 같이, 고다공도층(26)의 형성을 위해, 제 1의 전류밀도 J1 (예컨대, 100mA/cm²)로 제 1의 소정시간 T1 (예컨대, 2분)의 양극 산화처리를 하고, 저다공도층(27)의 형성을 위하여, 제2의 전류밀도 J2 (예컨대, 10mA/cm²)에서 제2의 소정시간 T2 (예컨대, 15분)의 양극 산화처리를 한다. 이렇게 하면, 고다공 도층(26)과 저다공도층(27)을 연속적으로 형성할 수가 있다.

상기의 양극 산화처리에 있어서의 통전종료후, 전해액으로부터 피처리물을 추출하고, 세정 및 건조를 순차 행하고 나서, 발열체(3)를 형성하고, 더욱이 패드(14)를 형성하는 것에 의해, 도 19에 나타내는 압력파 발생장치가 완성된다. 또한, 건조 공정에서는 질소가스에 의한 건조, 원심건조기에 의한 건조등 각종의 건조 방법을 적절하게 채용하면 좋다. 또한, 발열체 형성공정에서는 메탈 마스크 등을 이용해서 증착법 등에 의해 발열체(3)를 형성하면 좋다. 패드 형성공정에서도, 메탈 마스크 등을 이용해서 증착법등에 의해 패드(14)를 형성하면 좋다.

이와 같이, 제 9실시형태의 압력파 발생장치에 의하면, 열절연층(2)이 반도체기판(1)의 두께 방향에 있어서 발열체(3)측에 형성된 고다공도층(26)과 반도체기판(1)측에 형성된 저다공도층(27)으로 구성되고 있으며, 또한, 반도체기판(1)측에 위치하는 저다공도층(27)의 다공도가 발열체(3)측에 위치하는 고다공도층(26)의 다공도보다 작아져 있다. 그 때문에, 열절연층(2)에 있어서의 발열체(3)측의 부분에서의 열절연 성능의 저하를 억제하면서, 열절연층(2)에 있어서의 반도체기판(1)의 경계근방의 기계적 강도를 높일 수 있다. 더욱이, 열절연층(2)에 있어서의 반도체기판(1)과의 경계근방에서 발생하는 응력을 완화할 수가 있고, 제조시나 구동시에 있어서의 열절연층(2)으로의 크랙의 발생이나 발열체(3)의 파탄을 방지할 수가 있다. 더욱이, 반도체기판(1)으로부터의 열절연층(2)의 박리를 방지할 수가 있다. 그 결과, 제조시의 제품 비율의 향상 및 신뢰성의 향상을 꾀할 수 있다.

더욱이, 제 9실시형태의 압력파 발생장치에서는, 열절연층(2)이 발열체(3)측 에 위치하는 고다공도층(26)과, 반도체기판(1)측에 위치하는 저다공도층(27)으로 구성되어 있으므로, 열절연층(2)의 열절연 성능을 고다공도층(26)의 다공도 및 두께 치수에 의해 결정하는 것이 가능해진다. 한편, 열절연층(2)에 있어서의 반도체기판(1)측의 부분의 기계적 강도를 저다공도층(27)의 다공도 및 두께 치수에 의해 설계하는 것이 가능해지므로, 열절연층(2)자체는 2층이 되지만, 열절연층(2)의 열절연 성능의 설계가 용이해지는 동시에, 열절연층(2)의 형성도 비교적 용이하다. 더욱이, 상기한 바와 같이, 열절연층(2)의 고다공도층(26)의 두께를 상기 열확산장 L이상의 값으로 설정하면, 반도체기판(1)측으로의 열전도에 기인한 압력파의 진폭의 대폭적인 저하를 방지할 수가 있다. 바꾸어 말하면, 제 9실시형태의 압력파 발생장치에서는, 반도체기판(1)의 두께 방향에 있어서, 열절연층(2)의 다공도를 균일하게 할 때보다, 열절연 성능을 저하시키는 일없이, 제조시 및 구동시의 기계적 강도를 높일 수 있다. 또한, 종래의 압력파 발생장치에 비해서 내열성이 향상하므로, 전류가 통전시에 발열체(3)에 주는 전력을 증가시키는 것에 의해, 압력파의 진폭을 증대시키는 것도 가능하다.

(제 10실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 10실시형태에 대해서 설명한다. 제 10실시형태의 압력파 발생장치는, 도 21에 나타낸 바와 같이, 상기 제 9실시형태의 압력파 발생장치와 같은 구성이지만, 열절연층(2)이 반도체기판(1)의 두께 방향에 있어서 발열체(3)측에 형성된 고다공도층(26)과, 반도체기판(1)측에 형성되어 반도체기판(1)에 접근함에 따라서 다공도가 연속적으로 작아진 저다공도 경사층(28)으로 구성되어 있는 점이 상이하다. 저다공도 경사층(28)은, 고다공도층(26)과의 경계에서 다공도가 연속하고, 반도체기판(1)과의 경계근방에서 다공도가 0이 되도록, 다공도의 깊이 프로필이 설정되어 있다.

제 10실시형태의 압력파 발생장치의 제조방법은, 상기 제 9실시형태의 압력파 발생장치의 제조방법과 거의 같으며, 도 22에 나타낸 바와 같이, 고다공도층(26)의 형성을 위하여, 제 1의 전류밀도 J1 (예컨대, 100mA/cm²)에서 제 1의 소정시간 T1 (예컨대, 2분)의 양극 산화처리를 행한다. 저다공도 경사층(28)의 형성시에는, 저다공도 경사층(28)의 형성에 알맞도록 설정된 소정의 전류밀도의 감소패턴에 의해, 제2의 소정시간 T3 (예컨대, 10분)의 양극 산화처리를 행한다. 도 22에 나타내는 전류밀도의 감소패턴의 일례에서는, 전류밀도를, 제2의 소정시간 T3의 사이에, 제 1의 전류밀도 J1로부터 제2의 전류밀도 J3 (예컨대, OmA/cm²)까지 연속적으로 감소시키는 단조감소패턴이 설정되어 있다. 또한, 전류밀도의 감소패턴은, 도 22에 나타내는 것 같은 경사가 일정한 단조감소패턴에 한정되지 않고, 예컨대, 도 23A에 나타낸 바와 같이, 시간경과와 함께 경사가 커지는 것 같은 단조감소패턴이라도 좋고, 도 23B에 나타낸 바와 같이 시간경과와 함께 경사가 작아지는 것 같은 단조감소패턴이라도 좋다.

제 10실시형태의 압력파 발생장치에 있어서도, 제 9실시형태의 압력파 발생장치와 같이, 반도체기판(1)의 두께 방향에 있어서, 반도체기판(1)측에 위치하는 저다공도 경사층(28)의 다공도가 발열체(3)측에 위치하는 고다공도층(26)의 다공도 보다 작아져 있으므로, 열절연층(2)에 있어서의 발열체(3)측의 부분에서의 열절연 성능의 저하를 억제하면서, 열절연층(2)에 있어서의 반도체기판(1)측의 부분의 기계적 강도를 높일 수 있다.

또한, 제조시나 구동시에 있어서의 열절연층(2)으로의 크랙의 발생을 방지할 수가 있고, 발열체(3)의 파탄을 방지할 수가 있다. 더욱이, 반도체기판(1)으로부터의 열절연층(2)의 박리를 방지할 수가 있다. 그 결과, 제조 수율의 향상 및 신뢰성의 향상을 꾀할 수 있다.

또한, 제 10실시형태의 압력파 발생장치에서는, 반도체기판(1)의 두께 방향에 있어서, 열절연층(2)의 고다공도층(26)과 저다공도 경사층(28)의 경계에서 다공도가 연속하고 있으므로, 저다공도층을 형성할 때의 전류밀도제어가 복잡해지지만, 제 9실시형태의 압력파 발생장치와 같이 열절연층(2)의 다공도가 스텝상(狀)으로 변화되고 있을 경우에 비하여, 고다공도층(26)과 저다공도 경사층(28)과의 경계근방에서 발생하는 응력을 분산되어서 작게 할 수가 있고, 열절연층(2)의 기계적 강도를 높일 수 있다. 더욱이, 저다공도 경사층(28)은, 반도체기판(1)과의 경계근방에서 다공도가 0이 되도록 형성되어 있으므로, 열절연층(2)에 있어서의 반도체기판(1)과의 경계근방의 기계적 강도를 높일 수 있는 동시에, 경계근방에서 발생하는 응력을 보다 완화할 수가 있다. 그 때문에, 제조시나 구동시에 있어서의 열절연층(2)으로의 크랙의 발생, 열절연층(2)의 크랙에 기인한 발열체(3)의 파탄이나 반도체기판(1)으로부터의 열절연층(2)의 박리를 더한층 확실하게 방지할 수가 있다.

(제 11실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 11실시형태에 대해서 설명한다. 제 11실시형태의 압력파 발생장치는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 상기 제 9실시형태의 압력파 발생장치와 같은 구성이지만, 반도체기판(1)의 두께 방향에 있어서, 열절연층(2)의 다공도가 발열체(3)측으로부터 반도체기판(1)측에 접근함에 따라서 연속적으로 작아지도록 형성되어 있는 점이 상이하다. 즉, 반도체기판(1)의 두께 방향에 있어서, 열절연층(2)에서는, 발열체(3)에 가까운 영역일수록 다공도가 높고, 반도체기판(1)에 가까운 영역일수록 다공도가 낮아져 있다. 또한, 열절연층(2)은, 반도체기판(1)과의 경계근방에서 다공도가 0이 되도록 다공도의 깊이 프로필이 설정되어 있다.

제 11실시형태의 압력파 발생장치의 제조방법은, 상기 제 9실시형태의 압력파 발생장치의 제조방법과 같으며, 도 25에 나타낸 바와 같이, 열절연층(2)의 형성에 알맞도록 설정된 소정의 전류밀도의 감소패턴에 의해, 소정시간 T4 (예컨대, 10분)의 양극 산화처리를 한다. 도 25에 나타내는 전류밀도의 감소패턴의 일례에서는, 전류밀도를, 소정시간 T4의 사이에, 제 1의 전류밀도 J4 (예컨대, 100mA/cm²)부터 제2의 전류밀도 J5 (예컨대, OmA/cm²)까지 연속적으로 감소시키는 단조감소패턴이 설정되어 있다. 또한, 전류밀도의 감소패턴은, 도 25에 나타내는 것과 같은 경사가 일정한 단조감소패턴에 한정되지 않고, 예컨대, 도 26A에 나타낸 바와 같이, 시간경과와 함께 경사가 커지는 것과 같은 단조감소패턴이라도 좋고, 도 26B에 나타낸 바와 같이 시간경과와 함께 경사가 작아지는 것 같은 단조감소패턴이라도 좋다.

이와 같이, 제 11실시형태의 압력파 발생장치에서는, 반도체기판(1)의 두께 방향에 있어서 발열체(3)측으로부터 반도체기판(1)측에 접근함에 따라서 열절연층(2)의 다공도가 연속적으로 작아져 있으므로, 열절연층(2)의 기계적 강도를 의해 높일 수 있는 동시에, 열절연층(2)에 있어서의 반도체기판(1)과의 경계근방에서 발생하는 응력을 완화할 수가 있다. 더욱이, 열절연층(2)의 다공도가 반도체기판(1)과의 경계근방에서 다공도가 0이 되도록 형성되어 있으므로, 열절연층(2)에 있어서의 반도체기판(1)과의 경계근방의 기계적 강도를 보다 높게 할 수가 있는 동시에, 경계근방에서 발생하는 응력을 보다 완화할 수가 있다. 그 때문에, 제조시나 구동시에 있어서의 열절연층(2)으로의 크랙의 발생, 열절연층(2)의 크랙에 기인한 발열체(3)의 파탄이나 반도체기판(1)으로부터의 열절연층(2)의 박리를 한층 더 확실하게 방지할 수가 있다.

(제 12실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 12실시형태에 대해서 설명한다. 제 12실시형태의 압력파 발생장치는, 도 27에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(1)의 1표면(제 1면)(1a)측에 형성된 다공질층의 열절연층(2)과, 열절연층(2)상에 형성된 박막 (예컨대, 알루미늄 박막과 같은 금속박막등)의 발열체(3)와, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)에 있어서 발열체(3)의 양측부에 형성된 절연막(25)과, 절연막(25) 및 열절연층(2)의 표면의 일부를 덮도록 형성된 보호막(16)과, 보호막(16) 및 발열체(3)의 일부 위에 형성된 한 쌍의 패드(14)를 구비하고 있다.

제 12실시형태의 압력파 발생장치에서는, 열절연층(2)이 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측의 소정영역에 형성되는 동시에, 발열체(3)가, 열절연층(2)상이면서, 열절연층(2)의 외주보다 내측에 형성되어 있다. 절연막(25)은, SiO₂막으로 형성되어, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)상이면서, 또한, 발열체(3)이외의 영역에 형성되어 있다. 보호막(16)은, 열절연층(2) 중 발열체(3)가 적층되지 않은 영역의 표면 및 절연막(25)을 덮도록 형성되어 있다. 또한, 패드(14)는 발열체(3)상과 보호막(16)상에 걸치는 모양으로 형성되어 있다. 보호막(16)은, 열절연층(2)의 산화를 방지하기 위해서, 발열체(3)의 전주(全周)를 둘러싸도록 설치되어 있다.

제 12실시형태에서는, 반도체기판(1)으로서 단결정의 실리콘 기판을 이용하고 있으며, 열절연층(2)을 다공도가 거의 70％인 다공질 실리콘층에 의해 구성하고 있다. 반도체기판(1)으로서 이용하는 실리콘 기판의 일부인 상기 소정영역을 불화수소 수용액중에서 양극 산화처리하는 것에 의해, 열절연층(2)이 되는 다공질 실리콘층을 형성할 수가 있다. 여기에, 양극 산화처리의 조건 (예컨대, 전류밀도, 통전시간 등)을 적절하게 설정하는 것에 의해, 열절연층(2)이 되는 다공질 실리콘층의 다공도나 두께 각각을 원하는 값으로 할 수가 있다. 다공질 실리콘층은, 다공도가 높아짐에 따라서 열전도율 및 부피열용량이 작아지고, 예컨대, 열전도율이 148W/ (m·K), 부피열용량이 1.63×10⁶J/ (m³·K)의 단결정의 실리콘 기판을 양극산화해서 형성되는 다공도가 60％의 다공질 실리콘층은, 열전도율이 1W/ (m·K), 부피열용량이 0.7×10⁶J/ (m³·K)인 것이 알려져 있다. 또한, 제 12실시형태에서는, 상기한 바와 같이 열절연층(2)을 다공도가 거의 70％의 다공질 실리콘층에 의해 구성해 있 어, 열절연층(2)의 열전도율이 0.12W/ (m·K), 부피열용량이 0.5×10⁶J/ (m³·K)가 되어 있다.

보호막(16)의 재료로서는, 탄화물, 질화물, 붕화물, 실리사이드의 군으로부터 선택된 재료이며, 또한, 실리콘보다 고융점인 재료를 채용하면 좋다. 여기에서는, 보호막(16)은, 예컨대, 실리콘보다 고융점의 HfC에 의해 형성되어 있다. 실리콘에서도 고융점의 탄화물로는, TaC, HfC, NbC, ZrC, TiC, VC, WC, ThC, SiC등을 채용가능하다. 실리콘에서도 고융점의 질화물로는, HfN, TiN, TaN, BN, Si₃N₄등을 채용가능하다. 실리콘에서도 고융점의 붕화물로는, HfB, TaB, ZrB, TiB, NbB, WB, VB, MoB, CrB등을 채용가능하다. 실리콘보다 고융점의 실리사이드로서는, WSi₂, MoSi₂, TSi₂등을 채용가능하다. 발열체(3)의 재료에 관해서는 후술한다. 또한, 제 12실시형태의 압력파 발생장치에서는, 열절연층(2)의 두께를 2μm, 발열체(3)의 두께를 50nm, 각 패드(14)두께를 0.5μm로 하고 있다. 이것들의 두께는 일례이며, 특별히 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 제 12실시형태의 압력파 발생장치의 제조방법에 대해서 설명한다. 우선, 반도체기판(1)으로서 이용하는 실리콘 기판의 제2면(1b)측에, 양극 산화처리시에 이용하는 통전용 전극(도시하지 않음)을 형성한다. 그 후, 실리콘 기판의 제 1면(1a)측에, 상기 소정영역에 대응한 부분이 개공된 절연막(25)을 형성하고, 실리콘 기판의 상기 소정영역을 양극 산화처리로 다공질화한다. 그것에 의해, 다공질 실리콘층의 열절연층(2)이 형성된다. 양극 산화처리 공정에서는 전해액으로서 55wt ％의 불화수소 수용액과 에탄올을 1:1로 혼합한 혼합액을 이용하고, 실리콘 기판을 주구성으로 하는 피처리물을 처리조중의 전해액에 침지한다. 통전용 전극을 양극, 실리콘 기판의 제 1면(1a)측에 대향 배치된 백금전극을 음극으로 하여, 전원으로부터 양극과 음극과의 사이에 소정의 전류밀도의 전류를 소정시간만 흘리는 것에 의해, 다공질 실리콘층의 열절연층(2)이 형성된다.

반도체기판(1)의 제 1면(1a)측에 열절연층(2)을 형성한 후, 보호막(16), 발열체(3), 패드(14)를 순차로 형성한다. 최후에 다이싱공정을 하고, 압력파 발생장치가 완성된다. 또한, 보호막(16), 발열체(3) 및 패드(14)의 각 형성공정에서는 예컨대, 각종의 스퍼터법, 각종의 증착법, 각종의 CVD법등에 의해 막형성을 행하면 좋다. 패터닝은, 예컨대, 리소그래피 기술 및 에칭 기술을 적절하게 이용하면 좋다.

다음으로, 발열체(3)의 재료에 대해서 검토한 결과에 대해서 설명한다. 도 27에 나타내는 압력파 발생장치에 관해서, 발열체(3) 중 압력파를 발생하는 부분의 평면 사이즈 (이하, 간단히 평면 사이즈라고 한다)를 20mm×20mm으로 해서 발열체(3)의 재료로서, 하기 표1에 나타낸 금속재료 중 Au, Pt, Mo, Ir, W를 각각 이용한 압력파 발생장치를 시작(試作)했다. 단, Au를 이용한 압력파 발생장치에 있어서는, 발열체(3)를 열절연층(2)상의 10nm의 크롬막과 해당 크롬막상의 40nm의 금막으로 구성하고, Pt, Mo, Ir, W를 각각 이용한 압력파 발생장치에서는, 발열체(3)를 두께가 50nm로 단일한 금속재료의 금속박막에 의해 구성했다. 또한, 표 2의 각 수치는, 일본금속학회편 「금속 데이터 북」

(마루젠주식회사, 1984년 1월30째 발행, 개정2판)에 근거하는 값이다.

[표2]

단, 융점의 단위는 〔℃〕、열전도율의 단위는 〔W/ (m·K)〕, 비열의 단위는 〔J/(kg ·K )〕, 비저항의 단위는〔μΩ˙cm〕, 열팽창 계수의 단위는 〔×10^-4/K], 인장강도의 단위는〔N/mm²], 내력(耐力)의 단위는 〔N/mm²〕, 신장의 단위는 〔％〕、영 율의 단위는 [GPa〕,강성율의 단위는 〔GPa]이다.

시작(試作)한 각 압력파 발생장치에 대해서, 발열체(3)로의 입력 전력을 여러가지 변화시켰을 때의 출력 음압을 측정한 결과를 도 28에 나타낸다. 도 28에 있어서, 횡축은, 주파수가 30kHz의 정현파의 전압을 입력으로 하여 피크치를 여러가지로 변화시켰을 경우의 입력 전력의 피크치(최대입력)를 나타내고, 세로축은, 발 열체(3)의 표면으로부터 30cm만 떨어진 위치에서 측정한 주파수가 60kHz인 초음파의 음압(출력 음압)을 나타낸다.

여기서, 발열체(3)의 재료를, Au/Cr, Pt, Mo, Ir, W로 했을 경우, 최대 출력음압은, 각각, 48Pa, 150Pa, 236Pa, 226Pa, 264Pa이었다.

상기의 결과를 정리하면 하기 표2와 같아진다. 표 2에는, 평면 사이즈를 5mm×5mm으로 했다고 가정했을 경우의 최대 출력음압의 환산 값도 더불어서 표시하고 있다.

[표3]

표3으로부터, 발열체(3)의 재료로서, Pt, Mo, Ir 및 W 중의 어떤 것을 이용하는 것에 의해, 발열체(3)의 재료로서 금을 이용할 경우에 비하여, 내파괴 전력이 높아지고, 고출력화하는 것이 가능한 것을 알 수 있다.

그런데, 압력파 발생장치로부터 발생되는 압력파의 지향성을 억제하고, 넓은 영역으로 초음파를 방출시키기 위해서는, 상기 평면 사이즈를 작게 할 필요가 있다. 한편, 발생 음압은 상기 평면 사이즈에 비례하므로, 상기 평면 사이즈를 지나치게 작게 하면, 음압의 절대량이 작아지게 된다.

음원으로부터 발생된 압력파이며, 대상물에서 반사된 반사파를 검출하고, 대상물까지의 거리나 방향을 검출하려고 하면, 최저 수 Pa정도의 음압이 필요하다. 예컨대, 감도가 수 mV/Pa의 디텍터를 이용해서 반사파를 검출하기 위해서는, 최저 8Pa정도의 음압을 얻을 수 있는 압력파를 음원으로부터 출력시킬 필요가 있다.

표 2로부터 알 수 있는 것과 같이, 발열체(3)의 재료로서, Pt, Mo, Ir, W를 채용한 압력파 발생장치에서는, 상기 평면 사이즈를 5mm×5mm으로서도, 8Pa를 넘는 음압을 얻을 수 있다.본 발명자들은, 상기 표1의 각 물리적 성질에 대해서, Pt, Mo, Ir, W와 Au와의 상대적인 대소관계를 비교한 결과, Pt, Mo, Ir, W의 모두에 있어서 Au와의 대소관계가 같아지는 물리적 성질로서, 영 율을 들 수 있다는 사실을 알게 되었다. 즉, Pt, Mo, Ir, W의 각 영 율은, 어느것이나 Au의 영 율보다 높은 값이며, Au의 영 율이 88GPa인 것에 대해서, Pt, Mo, Ir, W의 영 율은 각각, 170GPa, 327GPa, 570GPa, 403GPa이다. 따라서, 발열체(3)의 재료로서, Pt의 영 율인 170GPa이상의 영 율을 갖는 금속재료를 이용하는 것에 의해, 발열체(3)의 재료로서 Au를 채용할 경우에 비하여, 내파괴 전력을 높게 할 수가 있고, 고출력화하는 것이 가능해진다.

또한, 종래부터 JIS규격(JISC2524)에 있어서 「전열선 및 대의 수명시험 방법」이 규격화되고 있으며, 이 규격에서는, 수명시험을 정격의 1.2배의 출력으로 행하는 것이 기재되어 있다. 이 수명시험 방법에 준거하면, 압력파 발생장치의 음압의 정격을 8Pa로 했을 경우, 음압을 9.6Pa로서 수명시험을 할 필요가 있다. 상기 평면 사이즈가 5mm×5mm인 압력파 발생장치에 대해서 보면, 최대 출력음압이 9.6Pa 보다 큰 압력파 발생장치에 있어서의 발열체(3)의 재료는, Mo, Ir, W이며, 상기 표1로부터, Mo, Ir, W의 모두에 대해서 Pt와의 대소관계가 같아지는 물리적 성질로서 단단함 (여기서는, 비커즈 경도)을 들 수 있다는 사실을 알았다. 즉, Mo, Ir, W의 각 비커즈 경도는, 어느것이나 Pt의 비커즈 경도보다 높은 값이며, Pt의 비커즈 경도가 39Hv인 것에 대해서, Mo, Ir, W의 비커즈 경도는 각각, 160Hv, 200Hv, 360Hv이다. 따라서, 발열체(3)의 재료로서, 영 율이 170GPa이상이며, 또한, 비커즈 경도가 160Hv이상인 금속재료를 이용하는 것에 의해, 발열체(3)의 재료로서 Au, Pt를 채용할 경우에 비하여, 내파괴 전력을 높게 할 수가 있고, 고출력화 및 신뢰성의 향상이 가능해진다.

여기서, Mo, Ir, W 중, 최대 출력음압이 최소인 Ir를 이용한 압력파 발생장치와, 최대인 W를 이용한 압력파 발생장치에 대해서, 초기 구동시의 음압을 12Pa로 하여, 수 샘플의 수명시험을 행했다. 그 결과를 도 29에 나타낸다. 도 29에 있어서, 횡축은 구동 회수를 나타내고, 세로축은 음압(출력음압)을 나타낸다. 도면 중, 곡선 a1∼a5은, 발열체(3)의 금속재료로서 lr를 이용한 샘플의 연속 구동 수명특성을 나타내고, 곡선 b1∼b3은, 발열체(3)의 금속재료로서 W를 이용한 샘플의 수명특성을 나타낸다. 또한, 도 29중의 아래를 향한 화살표는, 곡선 b1∼b3에 있어서, 압력파 출발장치가 파손한 타이밍을 나타낸다.

도 29에 의하면, 수명특성으로 비교하면, 최대 출력음압이 큰 W를 이용한 압력파 발생장치에서는 최대구동 회수가 8000만회였던 것에 대해서, Ir를 이용한 압력파 발생장치에서는 모든 샘플에 대해서 3억회 구동해도 발열체(3)가 단선하지 않 고 음압이 안정하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 최대 출력음압이 큰 W를 이용한 압력파 발생장치에 비하여, Ir를 이용한 압력파 발생장치쪽이, 훨씬 연속 구동 수명특성이 우수하다.

압력파 발생장치의 구동조건으로서 여러가지의 조건이 생각되지만, 예컨대, 1초간에 1회, 밤낮을 막론하고 연속 구동하는 것 같은 제품의 수명을 10년으로 하면, 3억회 정도의 구동 회수보증이 필요하다. 여기에서, 상기의 W를 이용한 압력파 발생장치에서는 8000만회 정도밖에 구동할 수 없었던 것에 대해서, Ir를 이용한 압력파 발생장치에서는, 모든 샘플에 대해서 3억 6000만회까지 구동해도 단선하지 않는 것이 확인되었다. 연속구동 수명특성에 관해서, 발열체(3)의 재료로서 lr를 이용한 압력파 발생장치쪽이 W를 이용한 압력파 발생장치에 비해서 우수한 요인으로서는, W는 고융점 금속이지만 수백℃로 산화가 일어나기 쉬운 것에 대해, Ir는 귀금속이며, W에 비해서 내산화성이 높고, 발열체(3)의 산화가 방지된다는 것이 생각된다.

또한, 제 12실시형태의 압력파 발생장치에서는, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측에 상기의 보호막(16)이 설치되어 있으므로, 열절연층(2)의 산화를 방지할 수가 있다. 그 때문에, 열절연층(2)의 산화에 의한 출력 저하를 방지할 수가 있는 동시에, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 보호막(16)의 재료로서, 탄화물, 질화물, 붕화물, 실리사이드의 군으로부터 선택되는 재료 중 실리콘보다 고융점의 재료를 이용하는 것에 의해, 보호막(16)을, 스퍼터법, 증착법, CVD법등의 반도체 제조 프로세스에서 이용되는 일반적인 박막형성법에 의해 형성할 수가 있다.

도 27에 나타낸 구성예에서는, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측에 있어서, 발열체(3)의 전주(全周)를 둘러싸도록 보호막(16)을 형성했지만, 도 30A∼30C에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(1)의 제 1면(1a)측에 있어서, 발열체(3)의 양쪽 단변근방과 절연막(25)의 사이에 패드(14)의 일부를 개재시켜서, 발열체(3)의 주위이며 패드(14)가 형성되지 않고 있는 영역에만 보호막(16)을 형성하도록 해도 좋다. 이 경우, 각 패드(14)의 일부 및 보호막(16)에 의해 열절연층(2)의 산화를 방지할 수가 있다.

(제 13실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 13실시형태에 대해서 설명한다. 제 13실시형태의 압력파 발생장치는, 도 31A 및 31B에 나타낸 바와 같이, 단결정의 실리콘 기판의 반도체기판(1)의 1표면(제 1면)(1a)측에 열절연층(2)이 형성되며, 더욱이 열절연층(2)을 덮도록 산화 방지층(35)이 더 형성되어 있다. 금속막의 발열체(3)는, 산화 방지층(35) 위에 형성되어 있다.

한 쌍의 패드(14)는, 반도체기판(1)의 제 1면(1a), 산화 방지층(35) 및 발열체(3)의 양측부 근방에 제 각각 접하는 형태로 형성되어 있다. 도 31A에 있어서의 산화 방지층(35)의 장변 및 단변의 길이는, 각각 열절연층(2)의 장변 및 단변의 길이보다 크게 설정되어 있으므로, 열절연층(2)에 있어서 발열체(3)가 적층되지 않은 영역의 표면은, 산화 방지층(35)에 의해 덮어져 있다.

발열체(3)는, 고융점 금속의 일종인 텅스텐에 의해 형성되어 있다. 발열 체(3)의 열전도율은 174W/(m·K), 부피열용량은 2.5×10⁶J/(m³·K)이다. 발열체(3)의 재료는 텅스텐에 한정되지 않고, 실리콘보다 고융점의 금속이면 좋고, 예컨대, 탄탈, 몰리브덴, 이리듐등을 이용할 수 있다.

산화 방지층(35)의 재료로서는, 탄화물, 질화물, 붕화물, 실리사이드의 군으로부터 선택되는 재료이며, 또한, 실리콘보다 고융점의 재료를 채용하면 좋다. 여기에서는, 산화 방지층(35)은, 예컨대, 실리콘보다 고융점의 HfC에 의해 형성되어 있다. 실리콘에서도 고융점의 탄화물로는, TaC, HfC, NbC, ZrC, TiC, VC, WC, ThC, SiC등을 채용가능하다. 실리콘에서도 고융점의 질화물로는, HfN, TiN, TaN, BN, Si₃N₄등을 채용가능하다. 실리콘에서도 고융점의 붕화물로는, HfB, TaB, ZrB, TiB, NbB, WB, VB, MoB, CrB 등을 채용가능하다. 실리콘에서도 고융점의 실리사이드로서는, WSi, MoSi, TiSi 등을 채용가능하다.

또한, 제 13실시형태의 압력파 발생장치에서는, 열절연층(2)의 형성전의 실리콘 기판의 두께를 525μm, 열절연층(2)의 두께를 2μm, 발열체(3)의 두께를 50nm, 각 패드(14)의 두께를 0.5μm, 산화 방지층(35)의 두께를 50nm로 하고 있다. 또한, 이것들의 두께는 일례이며, 특별히 한정되는 것은 아니다.

이하에서, 제 13실시형태의 압력파 발생장치의 제조방법에 관해서 설명한다. 우선, 반도체기판(1)으로서 이용하는 실리콘 기판의 제2면(1b)측에, 양극 산화처리시에 이용하는 통전용 전극(도시하지 않음)을 형성한다. 그 후, 실리콘 기판의 제 1면(1a)측에, 상기 소정영역에 대응한 부분이 개공(開孔)된 절연막(25)을 형성하 고, 실리콘 기판의 상기 소정영역을 양극 산화처리로 다공질화한다. 그것에 의해, 다공질 실리콘층의 열절연층(2)이 형성된다. 양극 산화처리 공정에서는 전해액으로서 55 wt％의 불화수소 수용액과 에탄올을 1:1로 혼합한 혼합액을 이용하고, 실리콘 기판을 주구성으로 하는 피처리물을 처리조중의 전해액에 침지한다. 통전용 전극을 양극, 실리콘 기판의 제 1면(1a)측에 대향 배치된 백금전극을 음극으로서, 전원으로부터 양극과 음극과의 사이에 소정의 전류밀도의 전류를 소정시간만 흘리는 것에 의해, 다공질 실리콘층의 열절연층(2)이 형성된다.

반도체기판(1)의 제 1면(1a)측에 열절연층(2)을 형성한 후, 산화 방지층(35), 발열체(3), 패드(14)를 순차로 형성한다. 최후에 다이싱공정을 행하고, 압력파 발생장치가 완성된다. 또한, 보호막(16), 발열체(3) 및 패드(14)의 각 형성공정에서는 예컨대, 각종의 스퍼터법, 각종의 증착법, 각종의 CVD법등에 의해 막형성을 행하면 좋다. 패터닝은, 예컨대, 리소그래피 기술 및 에칭 기술을 적절하게 이용하면 좋다.

제 13실시형태의 압력파 발생장치의 비교예로서, 도 31A 및 31B에 나타내는 구조로부터 산화 방지층(35)을 제외한 압력파 발생장치를 시작(試作)했다. 그리고, 발열체(3)로의 입력 전력을 여러가지로 변화시키고, 출력 음압 및 발열체(3)의 온도 각각을 측정했다. 그 결과를 도 32에 나타낸다. 도 32에 있어서, 횡축은, 주파수가 30kHz의 정현파의 전압을 입력으로서 피크치를 여러가지 변화시켰을 경우의 입력 전력의 피크치를 나타낸다. 좌측의 세로축은, 발열체(3)의 표면으로부터 30cm만큼 떨어진 위치에서 측정한 주파수가 60kHz의 초음파의 음압(출력 음압)을 나타 낸다. 오른쪽의 세로축은, 발열체(3)의 표면의 온도를 나타낸다. 도면 중, 곡선 C는 음압의 변화를 나타내고, 곡선 D는 발열체(3)의 온도의 변화를 나타낸다.

도 32로부터 알 수 있는 것처럼, 발열체(3)로의 입력 전력의 증가에 따라 음압 및 발열체(3)의 온도가 상승하는 경향이 있다. 15Pa 정도의 음압을 얻기 위해서는, 발열체(3)의 온도를 400℃정도까지 상승시킬 필요가 있고, 30Pa 정도의 음압을 얻기 위해서는 발열체(3)의 온도를 1000℃이상의 고온으로 상승시킬 필요가 있다. 그렇지만, 이 비교예와 같이 다공질 실리콘층의 열절연층(2)의 일부의 표면이 노출되어 있는 구조에서는, 발열체(3)의 온도가 400℃정도가 되면, 공기중으로 열절연층(2)의 산화가 일어나기 시작하고, 열절연층(2)의 부피열용량이 증가한다. 일반적으로, 다공질 실리콘층은, 같은 두께의 벌크의 실리콘에 비해서 표면적이 크고, 대단히 활성이기 때문에, 공기중으로 산화되기 쉽다. 그 때문에, 발열체(3)의 열에 의해 가열되면, 열절연층(2)의 산화가 보다 가속된다고 생각된다.

이것에 대하여, 제 13실시형태의 압력파 발생장치에서는, 열절연층(2)의 산화를 방지하기 위해서 산화 방지층(35)을 발열체(3)와 열절연층(2)과의 사이에 개재시켜, 열절연층(2)에 있어서 발열체(3)가 적층되지 않은 부분의 표면이 노출되지 않도록 하고 있다. 여기에서, 산화 방지층(35)을 구성하는 고융점막의 막두께가 지나치게 두꺼우면, 산화 방지층(35)의 부피열용량이 지나치게 커져서, 열절연층(2)의 기능이 발휘되지 않게 되고, 압력파 발생장치의 출력이 저하하게 된다. 제 13실시형태에서는, 산화 방지층(35)으로서 허용되는 고융점막의 막두께를, 열전도율 및 부피열용량과 발열체(3)에 전류가 통전되는 전기입력의 파형으로 결정되는 열확산 장 L이하로 설정하고 있다. 열확산장 L은, 제2실시형태에서 말한 식 2에 의해 도출된다.

제 13실시형태의 압력파 발생장치로부터 초음파를 발생시킬 경우의 수치예에 대해서 설명한다. 산화 방지층(35)의 재료가 HfC인 경우, 주파수 f가 20kHz인 때 (즉, 주파수가 20kHz의 초음파를 발생시킬 때)에는, 열확산장 L=11μm이 되므로, 산화 방지층(35)의 두께를 11μm이하로 하면 좋다. 또한, 주파수 f가 100kHz인 때 (즉, 주파수가 100kHz의 초음파를 발생시킬 때)에는, 열확산장 L이 5.1μm이 되므로, 산화 방지층(35)의 두께를 5.1μm이하로 하면 좋다. 제 13실시형태에서는, 상기한 바와 같이 산화 방지층(35)의 재료로서 HfC을 채용하고, 산화 방지층(35)의 두께를 50nm로 설정하고 있다.

산화 방지층(35)이 TaN인 경우, 주파수 f가 20kHz인 경우에는, 열확산장 L=5.9μm이 되므로, 산화 방지층(35)의 두께를 5.9μm이하로 하면 좋다. 또한, 주파수 f가 100kHz인 경우에는, 열확산장 L이 2.6μm이 되므로, 산화 방지층(35)의 두께를 2.6μm이하로 하면 좋다.

이와 같이, 제 13실시형태의 압력파 발생장치에서는, 발열체(3)와 다공질 실리콘층의 열절연층(2)의 사이에 열절연층(2)의 산화를 방지하기 위한 산화 방지층(35)을 개재시키고 있으므로, 발열체(3)가 고온이 될 경우이여도, 다공질 실리콘층의 열절연층(2)의 산화를 방지할 수가 있고, 다공질 실리콘층의 산화에 의한 출력 저하를 방지할 수가 있다. 또한, 발열체(3)가 실리콘보다 고융점의 금속에 의해 형성되는 동시에, 산화 방지층(35)이 실리콘보다 고융점의 재료에 의해 형성되어 있으므로, 발열체(3)의 온도를 실리콘의 최고 사용가능온도까지 상승시킬 수 있다 (실리콘의 융점은 1410℃). 그 때문에, 발열체(3)를 알루미늄등의 비교적 저융점의 금속재료에 의해 형성할 경우에 비해서 고출력화할 수가 있다. 더욱이, 산화 방지층(35)의 막두께를 상기의 열확산장 L이하로 하고 있으므로, 산화 방지층(35)을 설치한 것에 의한 출력의 저하를 억제할 수가 있다.

또한, 산화 방지층(35)의 재료로서, 상기의 탄화물, 질화물, 붕화물, 실리사이드 중의 어떤 것을 채용하는 것에 의해, 산화 방지층(35)을, 스퍼터법, 증착법, CVD법등의 반도체 제조 프로세스에서 이용되는 일반적인 박막형성법에 의해 형성할 수가 있다.

(제 14실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 14실시형태에 대해서 설명한다. 제 14실시형태의 압력파 발생장치는, 도 33A 및 33B에 나타낸 바와 같이, 단결정의 실리콘 기판의 반도체기판(1)의 1표면(제 1면)(1a)측에 열절연층(2)이 형성되고, 열절연층(2) 상에 금속막의 발열체(3)가 더 형성되어 있다. 더욱이, 발열체(3) 및 열절연층(2) 중 발열체(3)가 형성되지 않고 있는 영역을 덮도록 산화 방지층(35)이 형성되어 있다. 한 쌍의 패드(14)는, 반도체기판(1)의 제 1면(1a), 발열체(3)의 양측부 근방 및 산화 방지층(35)에 각각 접하는 형태로 형성되어 있다. 즉, 도 31A 및 31B에 나타내는 상기 제 13실시형태의 압력파 발생장치와 비교하여, 산화 방지층(35)이 발열체(3) 위에 형성되어 있는 점이 다르다. 그외에는, 제 13실시형태의 압력파 발생장치와 같다.

상기와 같이 , 15Pa정도의 음압을 얻기 위해서는 발열체(3)의 온도를 400℃정도까지 상승시킬 필요가 있고, 30Pa 정도의 음압을 얻기 위해서는 발열체(3)의 온도를 1000℃이상의 고온까지 상승시킬 필요가 있다. 그렇지만, 발열체(3)의 표면이 노출되어 있는 구조에서는, 발열체(3)의 온도가 400℃정도가 되면, 공기중에서 산화가 일어나기 시작하고, 발열체(3)의 저항치가 증가하게 된다. 이것에 대하여, 제 14실시형태의 압력파발생 소자에서는, 실리콘보다 고융점의 재료에 의해 형성된 고융점막의 산화 방지층(35)을 발열체(3)의 표면에 설치하고 있으므로, 발열체(3)의 온도가 400℃이상의 고온이 되었다고 하여도, 발열체(3)가 산화되는 경우는 없으며, 발열체(3)의 저항치 및 부피열용량을 장기간에 걸쳐 일정하게 유지할 수가 있다.

또한, 도 34A에 나타낸 바와 같이, 발열체(3), 열절연층(2) 및 산화 방지층(35)의 어떤 쪽의 평면형상도 장방형상으로 되어 있지만, 산화 방지층(35)의 장변 및 단변의 길이를 열절연층(2)의 장변 및 단변의 길이보다 크게 설정되어 있으므로, 열절연층(2) 중 발열체(3)가 형성되지 않고 있는 영역의 표면이 산화 방지층(35)에 의해 덮어져 있다. 그 때문에, 산화 방지층(35)에 의해 열절연층(2)의 산화도 방지할 수가 있고, 열절연층(2)의 산화에 의한 열절연층(2)의 열용량증가에 기인한 출력 저하를 방지할 수가 있다.

또한, 도 34A 및 34B에 나타낸 바와 같이, 각 패드(14)의 일부도 산화 방지층(35)에 의해 덮여지도록 구성해도 같은 효과를 얻을 수 있다.

(기타의 변형예)

상기 각 실시형태에서는, 반도체기판(1)의 재료로서 Si를 이용했지만, 반도체기판(1)의 재료는 Si에 한정되지 않고, 예컨대, Ge, SiC, GaP, GaAs, InP등의 양극 산화처리에 의한 다공질화가 가능한 다른 반도체재료라도 좋다.

또한, 각 실시형태에서는, 압력파 발생장치의 발열체(3)에 대하여, 예컨대, 정현파나 방형파 등의 주기적으로 파형이 변화되는 전기입력을 공급할 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 발열체(3)에 주는 전기적인 입력의 파형을 고립파라고 하면, 압력파로서 단펄스적인 조밀파(임펄스 음파)를 발생시킬 수 있다.

본원은 일본국 특허출원 2004-134312, 2004-134313, 2004-188785, 2004-188790, 2004-188791 및 2004-280417에 근거하고 있으며, 그 내용은, 상기 특허출원의 명세서 및 도면을 참조함으로써 결과적으로 본원발명에 합체되어야 할 것이다.

또한, 본원발명은, 첨부한 도면을 참조한 실시형태에 의해 충분히 기재되어 있지만, 여러가지의 변경이나 변형이 가능하다는 것은, 이 분야의 통상의 지식을 갖는 자에 있어서 분명할 것이다. 그 때문에, 그러한 변경 및 변형은, 본원발명의 범위를 일탈하는 것은 아니고, 본원발명의 범위에 포함된다고 해석되어야 한다.

Claims

기판과, 기판의 두께 방향의 1표면에 형성된 다공체의 열절연층과, 열절연층 위로 형성된 금속발열체를 구비하고, 발열체로의 전기입력의 파형에 따라 발열체의 온도가 변화되고, 발열체와 매체와의 사이의 열교환에 의해 압력파를 발생시키는 압력파 발생장치이며,

열절연층의 폭방향의 중앙부의 두께를 기준두께로 하여, 상기 폭방향에 있어서의 열절연층의 두께의 분포를 상기 기준두께로 평균화하고, 열절연층의 외주부에 있어서의 다공도(多孔度)가, 중앙부에 있어서의 다공도보다 작아져 있는 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 1항에 있어서,

열절연층의 외주부에 있어서의 두께가 중앙부에 있어서의 두께보다 작아져 있는 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

열절연층의 외주부에 있어서의 단위부피당의 다공도가 중앙부에 있어서의 단위부피당의 다공도보다 작아져 있는 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

기판의 두께 방향의 1표면으로부터 기판의 내측을 향해서 열절연층의 폭방향의 중앙부의 기준두께로 규정한 폭방향의 범위내에 있어서, 발열체의 외주보다 내측부분의 두께 방향의 평균 열전도율을 αin, 평균 부피열용량을 Cin으로 해서 발열체의 외주보다 외측부분의 두께 방향의 평균 열전도율을 αout, 평균 부피열용량을 Cout로서, αin×Cin <αout×Cout의 조건을 만족하고, 또한, 상기 내측부분과 상기 외측부분과의 경계부근에서는 αin×Cin의 값이 외측만큼 커지고 있는 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 4항에 있어서,

αin×Cin의 값이 변화되는 영역의 경계를, 발열체의 외주와 일치시켜, 또는 발열체의 외주보다 내측에 위치시키고 있는 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 4항에 있어서,

αin×Cin의 값이 변화되는 영역에 있어서, 열절연층을 형성하는 재료자체의 열전도율과 열용량중의 적어도 한 쪽을 외측을 향해서 커지도록 연속적으로 변화시킨 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 1항에 있어서,

발열체의 외주부에 접하도록 형성된 열절연층보다 열전도율의 높은 재료로 형성된 온도구배(勾配) 완화부를 설치한 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 1항에 있어서,

기판의 두께 방향에 있어서, 열절연층의 기판에 가까운 부분의 다공도가, 발열체에 가까운 부분의 다공도보다 작은 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 8항에 있어서,

기판의 두께 방향에 있어서, 열절연층은, 발열체측에 형성된 제1의 다공도치를 갖는 고다공도층과, 기판측에 형성된 상기 제1의 다공도치 보다 작은 제2의 다공도치를 갖는 저다공도층을 갖고,

고다공도층의 두께가, 고다공도층의 열전도율과 부피열용량 및 발열체로의 전기입력의 파형에 의해 결정되는 열확산장의 값 이상으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 1항에 있어서,

170GPa이상의 영 율을 갖는 금속재료를 이용해서 발열체를 형성한 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 1항에 있어서,

160Hv이상의 비커즈 경도를 갖는 금속재료를 이용해서 발열체를 형성한 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 10항 또는 제 11항에 있어서,

발열체의 재료가 귀금속인 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 1항에 있어서,

발열체와 열절연층의 사이에, 열절연층의 산화를 방지하기 위한 산화 방지층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 1항에 있어서,

열절연층이 기판의 1표면측에 형성되는 동시에, 발열체가 열절연층상에서 열절연층의 외주보다 내측에 형성되어, 적어도 열절연층 중 발열체가 형성되지 않고 있는 부분의 표면에, 열절연층의 산화를 방지하기 위한 산화 방지층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 1항에 있어서,

적어도 발열체의 표면에, 발열체의 산화를 방지하기 위한 산화 방지층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 13항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,

산화 방지층의 두께가, 산화 방지층의 열전도율 및 부피열용량과 발열체로의 전기입력의 파형으로 결정되는 열확산장(熱擴散長) 이하인 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
제 13항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,

산화 방지층이, 탄화물, 질화물, 붕화물, 실리사이드의 군으로부터 선택되는 어떤 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치.
기판으로서 반도체기판을 이용하고, 반도체기판의 두께 방향의 1표면측에 있어서의 열절연층을 형성할 예정의 영역을 양극 산화처리로 다공질화하는 것에 의해, 다공질 반도체층의 열절연층을 형성하는 열절연층 형성공정과, 열절연층 형성공정후에, 반도체기판의 상기 1표면측에 발열체를 형성하는 발열체 형성공정을 구비하고,

열절연층 형성공정에 있어서, 반도체기판의 두께 방향의 타(他)표면에, 형성되어야 할 열절연층의 크기보다 작은 통전용 전극을, 발열체를 형성할 예정의 영역에 대응하도록 형성하고, 통전용 전극을 양극으로서 양극 산화처리를 하는 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치의 제조방법.
기판으로서 n형 의 반도체기판을 이용하여, 반도체기판의 두께 방향의 1표면측을, 두께 방향의 타표면에 형성한 통전용 전극을 양극으로서 양극 산화처리를 하는 것에 따라 다공질화하고, 다공질 반도체층의 열절연층을 형성하는 열절연층 형성공정과, 열절연층 형성공정후에, 반도체기판의 상기 1표면측에 발열체를 형성하는 발열체 형성공정을 구비하고,

열절연층 형성공정에 있어서, 위치 표면상의 외주부에 조사되는 빛의 강도가 중앙부에 조사되는 광의 강도보다 작아지도록, 상기 표면에 광을 조사하면서 양극 산화처리를 하는 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치의 제조방법.
기판으로서 반도체기판을 이용하고, 반도체기판의 두께 방향의 1표면측에 있어서의 열절연층을 형성할 예정의 영역에, 그 외주부의 비저항(比抵抗)이 중앙부의 비저항에 비해서 작아지는 것과 같은 불순물 농도분포를 갖는 불순물 도핑영역을 형성하는 도핑 공정과,

반도체기판의 두께 방향의 타(他)표면에 형성한 통전용 전극을 양극으로 하여, 불순물 도핑영역에 양극 산화처리를 하는 것에 따라 다공질화하고, 다공질 반도체층의 열절연층을 형성하는 열절연층 형성공정과, 열절연층 형성공정 후에, 반도체기판의 상기 1표면측에 발열체를 형성하는 발열체 형성공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 압력파 발생장치의 제조방법.