WO2021039589A1 - 圧力波発生素子およびその製造方法 - Google Patents

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WO2021039589A1
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pressure wave
thickness
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wave generating
generating element
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正人 後藤
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株式会社村田製作所
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    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04—Plane diaphragms

Definitions

  • the present invention relates to a pressure wave generating element that generates a pressure wave by periodically heating air.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing a pressure wave generating element.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the principle of the pressure wave generating element.
  • the pressure wave generating element is also called a thermophone, and as an example, a resistor is provided on the heat radiating layer via a heat insulating layer.
  • the resistor When an electric current flows through the resistor, the resistor generates heat, the air in contact with the resistor thermally expands, and when the energization is subsequently stopped, the expanded air contracts. Sound waves are generated by such periodic heating.
  • the drive signal is set to an audible frequency, it can be used as an acoustic speaker.
  • the drive signal is set to the ultrasonic frequency, it can be used as an ultrasonic source. Since such a thermophone does not use a resonance mechanism, it is possible to generate a wide band and short pulse sound wave. Since a thermophone generates sound waves after converting electrical energy into thermal energy, it is required to improve energy conversion efficiency and sound pressure.
  • Patent Document 1 by providing a carbon nanotube structure in which a plurality of carbon nanotubes are arranged in parallel with each other as a resistor, the surface area in contact with air is increased and the heat capacity per unit area is reduced.
  • a silicon substrate is used as a heat radiating layer, and porous silicon having a low thermal conductivity is used as a heat insulating layer to improve heat insulating properties.
  • the pressure wave generating element is With the support A heating element membrane provided on the support and generating heat by energization is provided.
  • the heating element membrane has a metal porous structure.
  • a method for manufacturing a pressure wave generating element is described. Steps to prepare the support and A step of forming an alloy composed of two or more kinds of metals on the support, It comprises a step of performing dealloying to remove at least one metal from the formed alloy to form a heating element film having a nanoporous structure.
  • the heating element membrane has a porous metal structure, the surface area in contact with air increases, so that the sound pressure can be improved. Further, by using a metal material, the electric resistance of the heating element membrane can be set to an appropriate value.
  • a heating element membrane having a large surface area in contact with air and having appropriate electrical resistance.
  • FIG. 2A shows a plan view, a front view and a side view
  • FIG. 2B shows a cross-sectional view passing through the electrode D2.
  • Shown. 6 is an SEM image showing a nanoporous structure by dealloying an AuCu alloy. It is a top view which shows the pressure wave generating element which concerns on Example 1.
  • FIG. It is a circuit diagram which shows an example of the evaluation circuit. It is an SEM image which shows the cross section of the pressure wave generating element which concerns on Example 1.
  • FIG. Sample No. 4 according to Example 4. 12 is an SEM image showing a cross section of 12. Sample No.
  • 14 is an SEM image showing a cross section of 14. It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of a pressure wave generating element. It is an SEM image which shows the cross section of a heating layer. It is the figure which quantified the sectional view of FIG. It is explanatory drawing which shows the observation direction of FIB processing and SEM image. It is an SEM image which shows the cross section of a heating layer. Sample No. It is a 3D stereoscopic image of the heat generating layer of 2. Sample No. It is a top view which shows the surface image obtained from the 3D stereoscopic image of the heat generating layer of 2. Sample No. It is a bottom view which shows the back surface image obtained from the 3D stereoscopic image of the heat generating layer of 2.
  • the pressure wave generating element is With the support A heating element membrane provided on the support and generating heat by energization is provided.
  • the heating element membrane has a metal porous structure.
  • the heating element membrane has a porous metal structure, the surface area in contact with air increases, so that the sound pressure can be improved.
  • the porous structure is configured as an open cell structure in which local cavities communicate with each other to ensure air permeability between the internal cavity and the external space. Therefore, the contact area between the porous structure and the air will be significantly increased compared to the non-porous and smooth surface. Therefore, the heat transfer efficiency from the heating element membrane to the air is increased, and the sound pressure can be improved.
  • the electrical resistance of the heating element film can be easily set to an appropriate value according to the adjustment of the film thickness and the selection of the material. In this way, the desired electrical resistance can be obtained, and the drive voltage can be optimized. For example, as compared with carbon nanotubes, material handling is easy, and material cost and circuit cost can be reduced.
  • the heating element membrane preferably has a pore diameter (porous diameter) of 24 nm or more and 130 nm or less.
  • the "pore diameter" can be defined as the diameter when the area of the pore portion is calculated by the image analysis software A image-kun (Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.) and converted into a perfect circle.
  • the pore diameter is less than 24 nm, the air permeability between the internal cavity and the external space is lowered, and the heat transfer efficiency from the heating element membrane to the air is lowered.
  • the pore diameter exceeds 130 nm, the surface area of the heating element membrane in contact with air decreases.
  • the heating element membrane preferably has a pore ratio of 50 vol% or more and 67 vol% or less, and more preferably 50 vol% or more and 65 vol% or less.
  • the "porosity" can be defined as the ratio of the cavity volume to the total volume including the solid portion and the cavity. When this pore ratio is less than 50 vol%, the specific surface area becomes small, the heat exchange with air becomes insufficient, and the sound pressure becomes small. When the pore ratio exceeds 67 vol%, the contact area between the heating element membrane and the support becomes small, and the adhesion strength becomes low.
  • the pore ratio monotonically increases from the support toward the pressure wave generation surface.
  • the adhesion strength between the heating element membrane and the support becomes high.
  • the pore ratio increases near the pressure wave generation surface of the heating element membrane, the surface area of the heating element membrane in contact with air increases.
  • the pore ratio Pt of the front surface region and the back surface region is preferably 1.02 or more and 2.00 or less, and more preferably 1.03 or more and 2.00 or less.
  • this ratio Pt / Pb is less than 1.02, the sound pressure increases, but the adhesion strength with the support decreases.
  • the ratio Pt / Pb exceeds 2.00, the adhesion strength with the support increases, but the sound pressure decreases.
  • the heating element membrane preferably has a thickness of 25 nm or more and 1000 nm or less.
  • the heating element membrane can have an appropriate electrical resistance. Therefore, the drive voltage can be optimized. If the thickness of the heating element membrane is less than 25 nm, the electrical resistance becomes high and the drive voltage becomes too high. On the other hand, if the thickness of the heating element membrane exceeds 1000 nm, heat tends to stay inside, and heat exchange with air becomes insufficient, so that the sound pressure becomes low.
  • the support is a substrate and It is preferable to include a heat insulating layer provided on the substrate and having a thermal conductivity lower than that of the substrate.
  • the presence of the heat insulating layer can suppress the dissipation of heat from the heating element membrane to the substrate. Therefore, the heat transfer efficiency from the heating element membrane to the air is increased, and the sound pressure is improved.
  • the thermal insulation layer preferably has a thermal conductivity of 1.4 W / (m ⁇ K) or less.
  • the dissipation of heat from the heating element membrane to the substrate can be suppressed. Therefore, the heat transfer efficiency from the heating element membrane to the air is increased, and the sound pressure is improved.
  • the thermal conductivity exceeds 1.4 W / (m ⁇ K)
  • the heating element membrane is preferably formed of two or more kinds of metals.
  • a porous structure can be easily realized by forming the heating element membrane with two or more kinds of metals.
  • the ratio of the main element among the two or more kinds of metals is preferably 50 to 95 at%.
  • the adhesion between the heating element membrane and the support can be improved by setting the ratio of the main element to 50 to 95 at%.
  • a method for manufacturing a pressure wave generating element is described. Steps to prepare the support and A step of forming an alloy composed of two or more kinds of metals on the support, It comprises a step of performing dealloying to remove at least one metal from the formed alloy to form a heating element film having a nanoporous structure.
  • a nanoporous structure can be formed on the heating element membrane.
  • a heating element membrane having a large surface area in contact with air and having appropriate electrical resistance can be easily realized.
  • FIG. 2 shows an example of the pressure wave generating element 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A shows a plan view, a front view and a side view
  • FIG. 2B shows an electrode D2. The cross-sectional view through is shown.
  • the pressure wave generating element 1 includes a support 10, a heat generating layer 20, and an electrode structure 30.
  • the support 10 includes a substrate 11 and a heat insulating layer 12.
  • the substrate 11 is formed of a semiconductor such as silicon or an electrical insulator such as glass, ceramic, or polymer.
  • a heat insulating layer 12 is provided on the substrate 11.
  • the heat insulating layer 12 is formed of a metal or semiconductor oxide, nitride, oxynitride, or an electrical insulator such as glass, ceramic, or polymer, and uses an oxide formed on the surface of the substrate 11. May be good.
  • the thermal insulation layer 12 preferably has a lower thermal conductivity than that of the substrate 11, and thus can suppress heat dissipation from the heating element film 20 to the substrate 11. Therefore, the heat transfer efficiency from the heating element membrane 20 to the air is increased, and the sound pressure is improved.
  • the heat insulating layer 12 can be omitted if necessary.
  • a heat generating layer 20 is provided on the support 10.
  • the heating layer 20 includes a base film 21 and a heating element film 22.
  • the heating element membrane 22 is formed of a conductive material, is electrically driven to generate heat by flowing an electric current, and radiates a pressure wave caused by periodic expansion and contraction of air from the pressure wave generation surface 1a. To do.
  • the base film 21 has a function of improving the adhesion strength between the support 10 and the heating element film 22.
  • the base film 21 can be omitted if necessary.
  • a pair of electrodes D1 and D2 are provided on both sides of the heat generating layer 20.
  • the electrodes D1 and D2 have an electrode structure 30 including electrode layers 31 to 33.
  • an electrode having a three-layer structure is illustrated, but a structure having one layer, two layers, or four or more layers can also be adopted.
  • the dimensions of the pressure wave generating element 1 are, for example, 4 mm in length ⁇ 5 mm in width ⁇ 0.5 mm in height, and the dimensions of the electrodes D1 and D2 are 4 mm ⁇ 0.8 mm as an example. These dimensions can be changed as needed.
  • the heating element membrane 22 has a porous metal structure, the surface area in contact with air increases, so that the sound pressure can be improved. Further, by using a metal material as the heating element film 22, the electric resistance of the heating element film 22 can be easily set to an appropriate value according to the adjustment of the film thickness and the selection of the material.
  • the heating element film 22 is composed of two or more types of metal materials such as Au, Ag, Cu, Pt, Rh, Pd, Fe, Co, Ni, Cr, Mo, W, Ti, Al, Zn, Ir, and Ta. It is preferably formed of an alloy containing the above metals. Further, the ratio of the main element among the two or more kinds of metals is preferably 50 to 95 at%.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a pressure wave generating element.
  • the support 10 is prepared. As shown in FIG. 2, the support 10 may include the substrate 11 and the heat insulating layer 12, or may be the substrate 11 alone.
  • a base film 21 is formed on the support 10, and then an alloy composed of two or more kinds of metals is formed.
  • the film forming method vapor deposition, sputtering, electrolytic plating, electroless plating, coating, sintering, annealing and the like can be adopted.
  • the metal material the above-mentioned materials can be generally adopted, and Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Ni and the like can be exemplified as the metal material capable of realizing the nanoporous structure by dealloying.
  • a heating element film 22 having a nanoporous structure is formed by dealloying to remove at least one kind of metal from the formed alloy.
  • dealloying method dissolution using an acidic solution such as nitric acid, sulfuric acid or hydrogen fluoride, electrolysis and the like can be adopted.
  • step S4 a pair of electrodes D1 and D2 are formed on the obtained heating element membrane 22.
  • a film forming method for the electrode vapor deposition, sputtering, electrolytic plating, electroless plating, coating and the like can be adopted.
  • the electrode material Au, Ag, Cu, Pt, Rh, Pd, Ru, Ni, Ir, Cr, Mo, W, Ti, Al and the like can be used.
  • FIG. 3 is a SEM (scanning electron microscope) image showing a nanoporous structure by dealloying an AuCu alloy.
  • the nanoporous structure is characterized by a large specific surface area as compared to a non-porous, smooth surface. Therefore, since the heating element membrane 22 has a nanoporous structure, the surface area of the heating element membrane 22 in contact with air increases. As a result, heat exchange with air is promoted, and sound pressure is improved. Further, since the heating element membrane 22 is made of a metal material, it is easy to realize an electric resistance in an appropriate range.
  • Example 1 (Sample preparation method) A pressure wave generating element was manufactured by the following method.
  • a Si wafer (KST World Co., Ltd.) having a 15 ⁇ m SiO 2 film formed on its surface was used.
  • the thickness of the Si wafer was 0.675 mm. Since SiO 2 has a lower thermal conductivity than Si, it is used as a heat insulating layer.
  • the above-mentioned substrate may be a substrate other than Si.
  • the prepared substrate was diced (cut) to a length of 4 mm and a width of 5 mm so as to be easy to handle in the subsequent steps.
  • Ti (10 nm thickness) was formed by vapor deposition, and then Au vapor deposition and Cu vapor deposition were alternately repeated four times to obtain Au (35 nm thickness) / Cu (75 nm thickness) / Au ( A multilayer film of 35 nm thickness) / Cu (75 nm thickness) / Au (35 nm thickness) / Cu (75 nm thickness) / Au (35 nm thickness) / Cu (75 nm thickness) was formed.
  • the vapor-deposited sample was maintained at 350 ° C. for 2 hours in a reducing atmosphere and heat-treated to obtain an AuCu alloy.
  • the alloyed sample was immersed in 60% nitric acid at room temperature for 20 minutes for dealloying, and Cu was eluted from the AuCu alloy to form a nanoporous structure composed of insoluble Au.
  • FIG. 4 is a plan view showing the obtained pressure wave generating element.
  • a pressure wave generating element having a heat generating layer of Ti (10 nm thickness) / non-porous Au (40 nm thickness) was prepared. Except for the heat generating layer, the substrates and electrodes used are the same as described above.
  • the electrical characteristics of the device were measured by using a digital multimeter (Agilent 34401A) at room temperature with four terminals.
  • a MEMS microphone Knowles: SPU0410LR5H was used, and the distance between the element and the microphone was 6 cm.
  • the sound pressure was confirmed by the output voltage of the microphone (frequency 60 kHz).
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the evaluation circuit.
  • a series circuit of the pressure wave generating element 1 and the switching element SW (for example, FET) is provided between the output of the DC power supply PS and the ground, and the switching element SW is driven by a pulse wave having a frequency of 60 kHz using the pulse generator PG. did.
  • the applied voltage was 6 to 24 V.
  • a capacitor CA (for example, 3300 ⁇ F) is connected in parallel with the DC power supply PS.
  • the pressure wave generating element generates sound waves due to thermal expansion of air due to heat conduction from the heat generating layer to air. Therefore, the greater the power applied to the same element, the greater the sound pressure. Therefore, in order to determine whether sound waves can be generated efficiently, it is necessary to compare the sound pressures with the same power.
  • the microphone output As the input power to the thermophone is increased, the microphone output also increases linearly.
  • the ratio of the increase ⁇ V of the microphone output to the increment ⁇ W of the power becomes large.
  • ⁇ V / ⁇ W sound pressure slope
  • the cross section of the manufactured pressure wave generating element was observed.
  • the sample used for cross-section observation was prepared by FIB processing with HELIOS NANORAB 600i manufactured by FEI.
  • FIG. 6 is an SEM image showing a cross section of the pressure wave generating element.
  • the cross-sectional observation was carried out with a scanning electron microscope (S-4800 manufactured by Hitachi, acceleration voltage 3 kV, 30 k times). Since it has a porous structure and its cross section is uneven, the part where the thickness is maximized (indicated by the broken line) is defined as the thickness.
  • Table 1 shows the change in acoustic conversion efficiency (slope of the graph) depending on the presence or absence of the nanoporous structure. The judgment was made in three steps ( ⁇ : sound pressure inclination greater than 1.0 and resistance 100 ⁇ or less. ⁇ : sound pressure inclination greater than 1.0 and resistance greater than 100 ⁇ . ⁇ : sound pressure inclination 1.0 or less). ..
  • the device that can apply a voltage of 100 V or more is limited. Therefore, the upper limit of the resistance is set to 100 ⁇ . It can be seen that the device (No. 2) prototyped this time has almost the same resistance as the reference sample (No. 1) and has a large sound pressure slope of 2.1.
  • a metal film having a nanoporous structure with a large surface area as a heat generating layer By forming a metal film having a nanoporous structure with a large surface area as a heat generating layer in this way, heat exchange with air becomes easy, and there is an effect that the sound pressure increases. Since it can be formed directly on the substrate, it is easier to handle than carbon nanotubes. Further, since the heat generating layer can be formed of metal, the resistance can be lowered.
  • Example 2 (Sample preparation method) In Example 1, the presence or absence of the nanoporous structure was evaluated, but here, pressure wave generating elements having different thicknesses of the heat generating layer were prototyped.
  • the prepared substrate was cut into a length of 4 mm and a width of 5 mm, and then Ti (10 nm thick) was deposited as a heat generating layer by vapor deposition, followed by the vapor deposition conditions shown in Table 2. Therefore, Au / Cu was formed into a film.
  • the vapor-deposited sample was maintained at 350 ° C. for 2 hours in a reducing atmosphere and heat-treated to obtain an AuCu alloy. The process after the heat treatment is the same as in Example 1.
  • Table 2 shows the change in acoustic conversion efficiency when the thickness of the heat generating layer is changed.
  • “Au: 35 nm / Cu: 75 nm x 4" means a four-cycle structure of Au (35 nm thickness) / Cu (75 nm thickness), and "Au: 7 nm / Cu: 15 nm x 1" means. , Au (7 nm thick) / Cu (15 nm thick) single cycle structure. The determination was made in three stages as in Example 1.
  • the sound pressure slope was larger than 1.0 when the thickness of the heat-generating layer was 1000 nm or less.
  • the film thickness is large, heat tends to stay inside, and heat exchange with air becomes insufficient, so that the sound pressure becomes small. Therefore, as a condition that the sound pressure is large, it is advantageous that the heat generating layer is thinner, but since the resistance is increased when the layer is made thinner, the film thickness is 25 nm or more to be 100 ⁇ or less. It can also be seen that the resistance can be adjusted by changing the thickness of the heat generating layer.
  • V 2 / R the larger the sound pressure.
  • the required power can be input by adjusting the resistance to 1 ⁇ if the voltage of the incorporated electronic device is 10 V and 4 ⁇ if the voltage is 20 V. If the resistance cannot be adjusted, the sound pressure will be insufficient if it is higher than the required resistance (for example, the sound pressure will be halved if the resistance is doubled), and the power will be higher if it is lower than the required resistance (for example, resistance). When is halved, the power is doubled).
  • the film thickness of the heat generating layer is preferably 1000 nm or less, which facilitates heat exchange with air and increases the sound pressure. Further, in order to achieve both high sound pressure and low resistance, the film thickness is preferably 25 nm or more.
  • Example 3 (Sample preparation method)
  • the heat insulating layer was SiO 2 , but here, a pressure wave generating element made of a different material was prototyped as the heat insulating layer.
  • a Si substrate having only a natural oxide film (SiO 2 ) on its surface was used as a substrate without a thermal insulation layer (SiO 2 ), and the substrate was cut into a length of 4 mm and a width of 5 mm.
  • a polyimide film Kerpton sheet H-200 manufactured by Toray DuPont
  • a heat generating layer and electrodes were formed in the same manner as in Example 1.
  • Table 3 shows the change in the acoustic conversion efficiency when the heat insulating layer is changed. The determination was made in three stages as in Example 1. Regarding the numerical values of thermal conductivity, Si and SiO 2 referred to the literature (D.P. Almond and P.M. Patel: Photothermal Science and Techniques (Chapman & Hall, 1996) p. 17), and polyimide referred to the manufacturer's catalog value. The thermal conductivity of the Si wafer is 148 W / (m ⁇ K), which is larger than SiO 2.
  • No. 10 is a sample No. 10 using SiO 2. The sound pressure gradient became larger than 2.
  • the thermal conductivity of the heat insulating layer is preferably 1.4 W / (m ⁇ K) or less.
  • Example 4 (Sample preparation method) A pressure wave generating element was manufactured by the following method.
  • a Si wafer KST World Co., Ltd.
  • the thickness of the Si wafer was 0.675 mm. Since SiO 2 has a lower thermal conductivity than Si, it is used as a heat insulating layer.
  • the above-mentioned substrate may be a substrate other than Si.
  • the prepared substrate was diced (cut) to a length of 4 mm and a width of 5 mm so as to be easy to handle in the subsequent steps.
  • Ti (10 nm thickness) was formed by vapor deposition, and then Au vapor deposition and Cu vapor deposition were alternately repeated four times to obtain Au (35 nm thickness) / Cu (75 nm thickness) / Au ( A multilayer film of 35 nm thickness) / Cu (75 nm thickness) / Au (35 nm thickness) / Cu (75 nm thickness) / Au (35 nm thickness) / Cu (75 nm thickness) was formed.
  • the vapor-deposited sample was maintained at 350 ° C. for 2 hours in a reducing atmosphere and heat-treated to obtain an AuCu alloy.
  • the alloyed sample was immersed in 60% nitric acid at room temperature for 0 to 60 minutes to dealloy, and Cu was eluted from the AuCu alloy to form a nanoporous structure composed of insoluble Au.
  • Electrodes of 4 mm x 0.8 mm were formed on both sides of the heat generating layer.
  • the electrode has a three-layer structure of Ti (10 nm thickness), Cu (500 nm thickness), and Au (100 nm thickness) from the bottom.
  • Table 4 shows the comparison results of the tape peeling test. The judgment was made in three steps ( ⁇ : sound pressure inclination greater than 1.0, no tape peeling. ⁇ : sound pressure inclination greater than 1.0, tape peeling. ⁇ : sound pressure inclination 1.0 or less).
  • FIG. 7 shows the sample No. 12 is an SEM image showing a cross section of 12 (without tape peeling).
  • the porosity monotonically increases from the substrate side toward the pressure wave generation surface side. Since this porosity is small in the vicinity of the bonding region with the substrate, the adhesion strength between the heat generating layer and the substrate can be increased.
  • the surface area of the heat generating layer in contact with air increases due to the large porosity.
  • FIG. 8 shows the sample No. 14 is an SEM image showing a cross section of 14 (with tape peeling). As shown in FIG. 8, when the porosity is large even in the vicinity of the substrate side, the contact area between the heat generating layer and the substrate is small, and the adhesion strength is low.
  • the Au ratio is 50 to 95 at% in this way, the sound pressure is increased due to the porous structure, and the adhesion strength of the heat generating layer is also improved.
  • Example 5 (Sample preparation method) A pressure wave generating element was produced in the same manner as in Example 1.
  • nanoporous structures having various pore diameters were formed by changing the dealloying conditions such as nitric acid immersion temperature and nitric acid immersion time.
  • a Si wafer KST World Co., Ltd.
  • the thickness of the Si wafer was 0.675 mm. Since SiO 2 has a lower thermal conductivity than Si, it is used as a heat insulating layer.
  • the above-mentioned substrate may be a substrate other than Si.
  • the prepared substrate was diced (cut) to a length of 4 mm and a width of 5 mm so as to be easy to handle in the subsequent steps.
  • Ti (10 nm thickness) was formed by vapor deposition, and then Au vapor deposition and Cu vapor deposition were alternately repeated four times to obtain Au (35 nm thickness) / Cu (75 nm thickness) / Au ( A multilayer film of 35 nm thickness) / Cu (75 nm thickness) / Au (35 nm thickness) / Cu (75 nm thickness) / Au (35 nm thickness) / Cu (75 nm thickness) was formed.
  • the vapor-deposited sample was maintained at 350 ° C. for 2 hours in a reducing atmosphere and heat-treated to obtain an AuCu alloy.
  • the alloyed sample is immersed in 60% nitric acid at 3 to 40 ° C. for 3 to 90 minutes at room temperature to perform dealloying, Cu is eluted from the AuCu alloy, and the pore diameter is composed of insoluble Au. Formed different nanoporous structures. Different pore diameters were obtained depending on the nitric acid immersion temperature and the nitric acid immersion time.
  • FIG. 4 is a plan view showing the obtained pressure wave generating element.
  • a pressure wave generating element having a heat generating layer of Ti (10 nm thickness) / non-porous Au (40 nm thickness) was prepared. Except for the heat generating layer, the substrates and electrodes used are the same as described above.
  • FIG. 10 is an SEM image showing a cross section of the heat generating layer.
  • FIG. 11 is a binarized cross-sectional view of FIG. 10, and the contrast is emphasized in order to distinguish the pore portion and the metal portion of the heat generating layer.
  • the pore diameter can be defined as the diameter when the area of the pore portion is calculated by the image analysis software A image-kun (Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.) and converted into a perfect circle.
  • Table 5 shows the comparison results of the characteristic evaluation when the pore diameter of the heat generating layer changes.
  • the evaluation of resistance and sound pressure is the same as in Example 1. The judgment was made in three steps ( ⁇ : sound pressure inclination greater than 1.0 and resistance 100 ⁇ or less. ⁇ : sound pressure inclination greater than 1.0 and resistance greater than 100 ⁇ . ⁇ : sound pressure inclination 1.0 or less). ..
  • the case where the sound pressure slope was larger than 1.0 was evaluated as ⁇ .
  • the upper limit of the resistance value was 100 ⁇ .
  • the sound pressure of the pressure wave generating element increases as the input power increases. Power consumption is represented by V 2 / R (V: voltage, R: resistance).
  • V voltage, R: resistance
  • the upper limit of the resistance is set to 100 ⁇ .
  • the device (No. 2, 16 to 19) prototyped this time had a pore diameter in the range of 24 to 130 nm, and a sample with high sound pressure was obtained. If the pore diameter is less than 24 nm, the air permeability between the internal cavity and the external space is reduced, and the heat transfer efficiency from the heating element membrane to the air is reduced. When the pore diameter exceeds 130 nm, the surface area of the heating element membrane in contact with air decreases, so that the efficiency of transmission to air in the porous structure decreases.
  • the sound pressure efficiency is particularly high when the pore diameter is 24 to 130 nm.
  • Example 6 (Sample preparation method)
  • the prepared substrate was cut into a length of 4 mm and a width of 5 mm, and then Ti (10 nm thick) was deposited as a heat generating layer by vapor deposition, followed by the vapor deposition conditions shown in Table 6. Therefore, Au / Cu having different Au / Cu ratios was formed.
  • the vapor-deposited sample was maintained at 350 ° C. for 2 hours in a reducing atmosphere and heat-treated to obtain an AuCu alloy.
  • the alloyed sample was immersed in 60% nitric acid at room temperature for 20 minutes for dealloying, and Cu was eluted from the AuCu alloy to form a nanoporous structure composed of insoluble Au.
  • Electrodes of 4 mm x 0.8 mm were formed on both sides of the heat generating layer.
  • the electrode has a three-layer structure of Ti (10 nm thickness), Cu (500 nm thickness), and Au (100 nm thickness) from the bottom.
  • FIB processing was performed with HELIOS NANORAB 660i manufactured by FEI, and an SEM image was observed. Subsequently, after processing 10 nm again in the depth direction (left direction in the case of FIG. 12) by FIB, the SEM image was observed. By repeating such FIB processing and SEM observation, SEM images having a depth of 400 nm (41 images in total) were obtained. A 3D stereoscopic image of the heat generating layer was constructed from these 41 SEM images, and the pore ratio was calculated.
  • Table 6 shows the sound pressure comparison results when the pore ratio changes ( ⁇ : sound pressure inclination of 1.0 or more, no tape peeling. ⁇ : sound pressure inclination greater than 1.0, with tape peeling. ⁇ : sound. Pressure inclination 1.0 or less).
  • the sound pressure slope was smaller than 1.0 when the pore ratio was less than 50 vol%.
  • the specific surface area becomes small, and heat exchange with air becomes insufficient, so that the sound pressure becomes small.
  • the pore ratio becomes large, the adhesion strength with the substrate deteriorates, so that the pore ratio is preferably 65% or less.
  • a pore ratio of 65 vol% or less is preferable.
  • Example 7 (Sample preparation method) The pressure wave generating element was manufactured by the same method as in Example 4 described above.
  • Example 1 The evaluation of resistance and sound pressure is the same as in Example 1. A tape peeling test was performed to evaluate the adhesion strength. When the heat generating layer or the electrode part was partially peeled off after the test, it was judged as defective. SEM-EDX analysis was carried out with a scanning electron microscope (SU-8040 manufactured by Hitachi, acceleration voltage 10 kV, 30 k times) and EDX (EMAX-Evolution manufactured by Horiba) for composition analysis of the surface of the heating layer. The nitric acid immersion (dealloying) time and the Au / Cu ratio were confirmed.
  • FIB processing was performed with HELIOS NANORAB 660i manufactured by FEI, and an SEM image was observed. Subsequently, after processing 10 nm again in the depth direction (left direction in the case of FIG. 12) by FIB, the SEM image was observed. By repeating such FIB processing and SEM observation, SEM images having a depth of 400 nm (41 images in total) were obtained. A 3D stereoscopic image of the heat generating layer was constructed from these 41 SEM images, and the pore ratio was calculated.
  • FIG. 13 is an SEM image showing a cross section of the heat generating layer. Since the heat generating layer has a porous structure, the front surface and the back surface are uneven. Therefore, the portion with the maximum thickness is defined as the film thickness. Further, the position where the film thickness is halved is defined as the thickness center, and the back surface region located on the substrate side from the thickness center and the front surface region located on the opposite side from the thickness center to the substrate are divided. Then, the pore ratio Pt in the front surface region and the pore ratio Pb in the back surface region were calculated, and the ratio Pt / Pb was calculated.
  • Table 7 shows the comparison results of the tape peeling test and the sound pressure test, in which the pore ratios Pt and Pb and the ratios Pt / Pb are added to the data in Table 4. The judgment was made in three steps ( ⁇ : sound pressure inclination greater than 1.0, no tape peeling. ⁇ : sound pressure inclination greater than 1.0, tape peeling. ⁇ : sound pressure inclination 1.0 or less).
  • FIG. 14 shows the sample No. It is a 3D stereoscopic image of the heat generating layer of 2.
  • FIG. 15 shows the sample No. It is a top view which shows the surface image obtained from the 3D stereoscopic image of the heat generating layer of 2.
  • FIG. 16 shows the sample No. It is a bottom view which shows the back surface image obtained from the 3D stereoscopic image of the heat generating layer of 2.
  • Sample No. In No. 2 a high sound pressure can be obtained when the pore ratio Pt in the front surface region increases, while the pore ratio Pb in the back surface region decreases, and a part of the pore ratio Pb remains without being porous, so that the adhesion strength with the substrate can be maintained. ..
  • the ratio Pt / Pb is 1.2 or more and 2.0 or less in this way, a high sound pressure can be obtained. Further, when the ratio Pt / Pb is in the range of 1.03 to 2.0, a high sound pressure can be obtained and the adhesion strength of the heat generating layer becomes good.
  • the present invention is extremely useful in industry because it can realize a pressure wave generating element having improved sound pressure and appropriate electrical resistance.

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Abstract

改善された音圧および適切な電気抵抗を有する圧力波発生素子を提供する。圧力波発生素子は、支持体１０と、該支持体１０の上に設けられ、通電によって熱を発生する発熱体膜２２とを備え、発熱体膜２２は、金属多孔質構造を有する。

Description

圧力波発生素子およびその製造方法
　本発明は、空気を周期的に加熱することによって圧力波を発生する圧力波発生素子に関する。また本発明は、圧力波発生素子の製造方法に関する。
　図１は、圧力波発生素子の原理を示す説明図である。圧力波発生素子は、サーモホン(thermophone)とも称され、一例として、放熱層の上に断熱層を介して抵抗体が設けられる。この抵抗体に電流が流れると、抵抗体は発熱し、抵抗体に触れている空気が熱膨張し、続いて通電を停止すると、膨張した空気が収縮する。こうした周期的な加熱によって音波が発生する。駆動信号を可聴周波数に設定すると、音響スピーカとして利用できる。駆動信号を超音波周波数に設定すると、超音波源として利用できる。こうしたサーモホンは、共振機構を利用していないため、広帯域かつ短パルスの音波を発生することが可能である。サーモホンは、電気エネルギーを熱エネルギーに変換してから音波を発生するため、エネルギー変換効率や音圧の向上が要望される。
　特許文献１では、抵抗体として、複数のカーボンナノチューブが相互に平行に並列されたカーボンナノチューブ構造体を設けることによって、空気と接触する表面積を大きくし、単位面積当りの熱容量を小さくしている。特許文献２では、放熱層としてシリコン基板を使用し、断熱層として熱伝導率の小さいポーラスシリコンを使用することによって、断熱特性を改善している。
特開２００９－２９６５９１号公報 特開平１１－３００２７４号公報 国際公開第２０１２／０２０６００号
　抵抗体としてカーボンナノチューブを使用した場合、抵抗体の電気抵抗が大きくなる。そのため必要な発熱量を発生するためにはかなり高い駆動電圧が必要になり、駆動回路の実用化が困難である。またカーボンナノチューブ自体がかなり高価であり、ハンドリングも難しい。
　本発明の目的は、改善された音圧および適切な電気抵抗を有する圧力波発生素子を提供することである。また本発明の目的は、こうした圧力波発生素子を製造するための方法を提供することである。
　本発明の一態様に係る圧力波発生素子は、
　支持体と、
　該支持体の上に設けられ、通電によって熱を発生する発熱体膜とを備え、
　前記発熱体膜は、金属多孔質構造を有する。
　　本発明の他の態様に係る圧力波発生素子の製造方法は、
　支持体を用意するステップと、
　該支持体の上に、２種類以上の金属からなる合金を成膜するステップと、
　成膜した合金から少なくとも１種類の金属を除去する脱合金化を行って、ナノポーラス構造を有する発熱体膜を形成するステップと、を含む。
　本発明に係る圧力波発生素子によれば、発熱体膜は金属多孔質構造を有することによって、空気と接触する表面積が増加するため、音圧向上が図られる。また金属材料の使用により、発熱体膜の電気抵抗を適切な値に設定できる。
　また本発明に係る圧力波発生素子の製造方法によれば、空気と接触する表面積が大きく、適切な電気抵抗を有する発熱体膜を実現できる。
圧力波発生素子の原理を示す説明図である。 本発明の実施形態１に係る圧力波発生素子１の一例を示すもので、図２（Ａ）は平面図、正面図および側面図を示し、図２（Ｂ）は電極Ｄ２を通る断面図を示す。 ＡｕＣｕ合金の脱合金化によるナノポーラス構造を示すＳＥＭ画像である。 実施例１に係る圧力波発生素子を示す平面図である。 評価回路の一例を示す回路図である。 実施例１に係る圧力波発生素子の断面を示すＳＥＭ画像である。 実施例４に係るサンプルＮｏ．１２の断面を示すＳＥＭ画像である。 実施例４に係るサンプルＮｏ．１４の断面を示すＳＥＭ画像である。 圧力波発生素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。 発熱層の断面を示すＳＥＭ画像である。 図１０の断面図を２値化した図である。 ＦＩＢ加工とＳＥＭ像の観察方向を示す説明図である。 発熱層の断面を示すＳＥＭ画像である。 サンプルＮｏ．２の発熱層の３Ｄ立体像である。 サンプルＮｏ．２の発熱層の３Ｄ立体像から得られた表面画像を示す上面図である。 サンプルＮｏ．２の発熱層の３Ｄ立体像から得られた裏面画像を示す底面図である。
　本発明の一態様に係る圧力波発生素子は、
　支持体と、
　該支持体の上に設けられ、通電によって熱を発生する発熱体膜とを備え、
　前記発熱体膜は、金属多孔質構造を有する。
　この構成によれば、発熱体膜は金属多孔質構造を有することによって、空気と接触する表面積が増加するため、音圧向上が図られる。多孔質構造は、局所的な空洞が互いに連通して、内部空洞と外部空間との間で通気性が確保される連続気泡構造体として構成される。従って、多孔質構造と空気との間の接触面積は、非多孔質で平滑な表面と比べて著しく増加するようになる。そのため発熱体膜から空気への熱伝達効率が高くなり、音圧を向上させることができる。
　また発熱体膜として金属材料を使用することによって、膜厚の調整、材料の選択に応じて、発熱体膜の電気抵抗を適切な値に容易に設定できる。こうして所望の電気抵抗が得られるようになり、駆動電圧の最適化が図られる。例えば、カーボンナノチューブと比較すると、材料のハンドリングが容易であり、材料コスト、回路コストの削減が図られる。
　前記発熱体膜は、２４ｎｍ以上で１３０ｎｍ以下のポア径（ポーラス径）を有することが好ましい。「ポア径」とは、画像解析ソフトＡ像くん（旭化成エンジニアリング株式会社）にてポア部の面積を算出し、真円に換算した場合の直径として定義できる。このポア径が２４ｎｍ未満になると、内部空洞と外部空間との間で通気性が低下し、発熱体膜から空気への熱伝達効率が低下する。ポア径が１３０ｎｍを超えると、発熱体膜が空気と接触する表面積が減少する。
　前記発熱体膜は、５０ｖｏｌ％以上で６７ｖｏｌ％以下のポア率を有することが好ましく、さらに５０ｖｏｌ％以上で６５ｖｏｌ％以下のポア率を有することがより好ましい。「ポア率（空隙率）」とは、固体部分および空洞を含む全体積に対する空洞体積の比率として定義できる。このポア率が５０ｖｏｌ％未満になると、比表面積が小さくなり、空気との熱交換が不充分になり、音圧が小さくなる。ポア率が６７ｖｏｌ％を超えると、発熱体膜と支持体の接触面積が小さくなり、密着強度が低くなる。
　前記金属多孔質構造は、支持体から圧力波発生面に向けてポア率が単調増加していることが好ましい。支持体との接合領域付近においてポア率が小さくなると、発熱体膜と支持体との間の密着強度が高くなる。一方、発熱体膜の圧力波発生面付近においてポア率が大きくなると、発熱体膜が空気と接触する表面積が増加するようになる。
　前記発熱体膜を、厚さ中心から支持体側に位置する裏面領域および厚さ中心から支持体とは反対側に位置する表面領域に区分した場合、該表面領域のポア率Ｐｔと該裏面領域のポア率Ｐｂとの比率Ｐｔ／Ｐｂが、１．０２以上で２．００以下であることが好ましく、さらに１．０３以上で２．００以下であることがより好ましい。この比率Ｐｔ／Ｐｂが１．０２未満になると、音圧は大きくなるが、支持体との密着強度が低くなる。比率Ｐｔ／Ｐｂが２．００を超えると、支持体との密着強度は高くなるが、音圧は小さくなる。
　前記発熱体膜は、２５ｎｍ以上で１０００ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。
　この構成によれば、発熱体膜は適切な電気抵抗を有することが可能になる。そのため駆動電圧の最適化が図られる。発熱体膜の厚さが２５ｎｍ未満になると、電気抵抗が高くなり、駆動電圧が高くなりすぎる。一方、発熱体膜の厚さが１０００ｎｍを超えると、内部で熱が滞留しやすく、空気との熱交換が十分ではなくなるために、音圧が小さくなる。
　前記支持体は、基板と、
　該基板の上に設けられ、該基板より低い熱伝導率を有する熱絶縁層とを含むことが好ましい。
　この構成によれば、熱絶縁層の存在により、発熱体膜から基板への熱の散逸を抑制できる。そのため発熱体膜から空気への熱伝達効率が高くなり、音圧の向上が図られる。
　前記熱絶縁層は、熱伝導率が１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。
　この構成によれば、発熱体膜から基板への熱の散逸を抑制できる。そのため発熱体膜から空気への熱伝達効率が高くなり、音圧の向上が図られる。熱伝導率が１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えると、発熱体膜から基板への熱の散逸が多くなる。
　前記発熱体膜は、２種類以上の金属で形成されることが好ましい。
　この構成によれば、発熱体膜を２種類以上の金属で形成することによって、多孔質構造を容易に実現できる。
　２種類以上の金属のうち主元素の比率が、５０～９５ａｔ％であることが好ましい。
　この構成によれば、主元素の比率が５０～９５ａｔ％であることによって、発熱体膜と支持体との密着性を高めることができる。
　本発明の他の態様に係る圧力波発生素子の製造方法は、
　支持体を用意するステップと、
　該支持体の上に、２種類以上の金属からなる合金を成膜するステップと、
　成膜した合金から少なくとも１種類の金属を除去する脱合金化を行って、ナノポーラス構造を有する発熱体膜を形成するステップと、を含む。
　この構成によれば、発熱体膜にナノポーラス構造を形成できる。これにより空気と接触する表面積が大きく、適切な電気抵抗を有する発熱体膜を容易に実現できる。「脱合金化」および「ナノポーラス構造」については後述する。
（実施形態１）
　図２は、本発明の実施形態１に係る圧力波発生素子１の一例を示すもので、図２（Ａ）は平面図、正面図および側面図を示し、図２（Ｂ）は電極Ｄ２を通る断面図を示す。
　圧力波発生素子１は、支持体１０と、発熱層２０と、電極構造３０とを備える。支持体１０は、基板１１と、熱絶縁層１２とを備える。基板１１は、シリコンなどの半導体、またはガラス、セラミック、ポリマーなどの電気絶縁体で形成される。
　基板１１の上には、熱絶縁層１２が設けられる。熱絶縁層１２は、金属または半導体の酸化物、窒化物、酸窒化物、あるいは、ガラス、セラミック、ポリマーなどの電気絶縁体で形成され、基板１１の表面に形成された酸化物を使用してもよい。熱絶縁層１２は、基板１１より低い熱伝導率を有することが好ましく、これにより発熱体膜２０から基板１１への熱の散逸を抑制できる。そのため発熱体膜２０から空気への熱伝達効率が高くなり、音圧の向上が図られる。熱絶縁層１２は、必要に応じて省略することも可能である。
　支持体１０の上には、発熱層２０が設けられる。発熱層２０は、下地膜２１と、発熱体膜２２とを備える。発熱体膜２２は、導電性材料で形成され、電気的に駆動されて電流が流れることによって熱を発生し、空気の周期的な膨張および収縮に起因した圧力波を圧力波発生面１ａから放射する。
　下地膜２１は、支持体１０と発熱体膜２２との間の密着強度を改善する機能を有する。下地膜２１は、必要に応じて省略することも可能である。
　発熱層２０の両側には、一対の電極Ｄ１，Ｄ２が設けられる。電極Ｄ１，Ｄ２は、電極層３１～３３を含む電極構造３０を有する。ここでは３層構造の電極を例示するが、１層、２層または４層以上の構造も採用できる。
　圧力波発生素子１の寸法は、一例として、長さ４ｍｍ×幅５ｍｍ×高さ０．５ｍｍであり、電極Ｄ１，Ｄ２の寸法は、一例として、４ｍｍ×０．８ｍｍである。これらの寸法は、必要に応じて適宜変更できる。
　本実施形態において、発熱体膜２２は、金属多孔質構造を有することによって、空気と接触する表面積が増加するため、音圧向上が図られる。また発熱体膜２２として金属材料を使用することによって、膜厚の調整、材料の選択に応じて、発熱体膜２２の電気抵抗を適切な値に容易に設定できる。
　発熱体膜２２は、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｉｒ，Ｔａなどの金属材料のうち２種類以上の金属を含む合金で形成されることが好ましい。また、２種類以上の金属のうち主元素の比率が、５０～９５ａｔ％であることが好ましい。
（実施形態２）
　図９は、圧力波発生素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。最初にステップＳ１において、支持体１０を用意する。支持体１０は、図２に示すように、基板１１と熱絶縁層１２とを備えてもよく、あるいは基板１１単体でもよい。
　次にステップＳ２において、支持体１０の上に下地膜２１を成膜した後、続いて２種類以上の金属からなる合金を成膜する。成膜方法として、蒸着、スパッタ、電解メッキ、無電解メッキ、塗布、焼結、アニールなどが採用できる。金属材料として、一般に上述したものが採用できるが、脱合金化によるナノポーラス構造が実現できる金属材料として、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉなどが例示できる。
　次にステップＳ３において、成膜した合金から少なくとも１種類の金属を除去する脱合金化を行って、ナノポーラス構造を有する発熱体膜２２を形成する。脱合金化方法として、硝酸、硫酸、フッ化水素など酸性溶液を用いた溶解、電気分解などが採用できる。
　次にステップＳ４において、得られた発熱体膜２２の上に一対の電極Ｄ１，Ｄ２を形成する。電極の成膜方法として、蒸着、スパッタ、電解メッキ、無電解メッキ、塗布などが採用できる。電極材料として、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌなどが使用できる。
　図３は、ＡｕＣｕ合金の脱合金化によるナノポーラス構造を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像である。ナノポーラス構造は、非多孔質で平滑な表面と比べて比表面積が大きいことを特徴としている。そのため発熱体膜２２がナノポーラス構造を有することによって、発熱体膜２２が空気と接触する表面積が大きくなる。その結果、空気との熱交換が促進され、音圧向上が図られる。また、発熱体膜２２は金属材料で形成されるため、適切な範囲の電気抵抗を実現することが容易である。
（実施例１）
（試料作製方法）
　圧力波発生素子を下記の方法で作製した。基板として、表面に１５μｍのＳｉＯ２膜が形成されたＳｉウエハ（ケイ・エス・ティ・ワールド株式会社）を使用した。Ｓｉウエハの厚みは０．６７５ｍｍとした。ＳｉＯ２はＳｉよりも熱伝導率が低いため、熱絶縁層として用いている。なお、上記の基板はＳｉ以外の基板でもよい。準備した基板はその後の工程で取り扱いやすくするために、長さ４ｍｍ、幅５ｍｍにダイシング（カット）した。
　次に、発熱層として、蒸着を用いて、Ｔｉ（１０ｎｍ厚）を成膜した後、Ａｕ蒸着とＣｕ蒸着を交互に４回繰り返して、Ａｕ（３５ｎｍ厚）／Ｃｕ（７５ｎｍ厚）／Ａｕ（３５ｎｍ厚）／Ｃｕ（７５ｎｍ厚）／Ａｕ（３５ｎｍ厚）／Ｃｕ（７５ｎｍ厚）／Ａｕ（３５ｎｍ厚）／Ｃｕ（７５ｎｍ厚）の多層膜を成膜した。蒸着した試料を還元雰囲気にて３５０℃で２時間維持して熱処理を行い、ＡｕＣｕ合金を得た。
　次に、合金化した試料を室温にて６０％硝酸に２０分浸漬して脱合金化を行い、ＡｕＣｕ合金中からＣｕを溶出させ、溶解しないＡｕからなるナノポーラス構造を形成した。
　最後に、発熱層の両側に４ｍｍ×０．８ｍｍの電極をそれぞれ形成した。電極は、下からＴｉ（１０ｎｍ厚）、Ｃｕ（５００ｎｍ厚）、Ａｕ（１００ｎｍ厚）の３層構造とした。図４は、得られた圧力波発生素子を示す平面図である。比較のための基準サンプルとして、発熱層をＴｉ（１０ｎｍ厚）／非多孔質Ａｕ（４０ｎｍ厚）とした圧力波発生素子を作製した。発熱層を除いて、使用した基板、電極は前述と同様である。
（評価方法）
　素子の電気特性は、デジタルマルチメータ（アジレント３４４０１Ａ）を用いて室温で４端子による抵抗測定を行った。音圧評価としては、ＭＥＭＳマイクロホン（Ｋｎｏｗｌｅｓ：ＳＰＵ０４１０ＬＲ５Ｈ）を使用し、素子とマイクロホンの距離は６ｃｍとした。音圧は、マイクロホンの出力電圧（周波数６０ｋＨｚ）にて確認した。
　図５は、評価回路の一例を示す回路図である。直流電源ＰＳの出力とグランドとの間に、圧力波発生素子１とスイッチング素子ＳＷ（例えば、ＦＥＴ）の直列回路を設け、パルス発生器ＰＧを用いて周波数６０ｋＨｚのパルス波でスイッチング素子ＳＷを駆動した。印加電圧は６～２４Ｖとした。コンデンサＣＡ（例えば、３３００μＦ）が直流電源ＰＳと並列接続される。
　圧力波発生素子は、発熱層から空気への熱伝導が生じることで、空気が熱膨張することで音波を発生する。そのため同じ素子でも投入する電力が大きいほど、音圧も大きくなる。そのため、効率よく音波を発生できるかを判断するために、同じ電力で音圧の比較を行う必要がある。
　サーモホンへの入力電力を大きくしていくと、マイク出力も線形的に大きくなる。音響変換効率が良好な場合、電力の増分ΔＷに対するマイク出力の増加ΔＶの比率が大きくなる。ここではΔＶ／ΔＷ（音圧傾き）を音圧の指標として用いる。比較対象として、前述した非多孔質の基準サンプルを用いた。
　発熱層の厚み測定のために、作製した圧力波発生素子の断面観察を実施した。断面観察に使用した試料はＦＥＩ製ＨＥＬＩＯＳ　ＮＡＮＯＲＡＢ　６００ｉによるＦＩＢ加工にて準備した。
　図６は、圧力波発生素子の断面を示すＳＥＭ画像である。断面観察は走査電子顕微鏡（日立製Ｓ－４８００　加速電圧３ｋＶ，３０ｋ倍）にて実施した。ポーラス構造であることから断面に凹凸があるため、厚みが最大になる部分（破線で示す）を厚みと定義した。
　表１は、ナノポーラス構造の有無による音響変換効率（グラフの傾き）の変化を示す。判定は、３段階で行った（○：音圧傾き１．０より大きく、抵抗１００Ω以下。△：音圧傾き１．０より大きく、抵抗１００Ωより大きい。×：音圧傾き１．０以下）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　発熱層（Ｔｉ（１０ｎｍ厚）／非多孔質Ａｕ（４０ｎｍ厚））を含む基準サンプルと比較して、音圧傾きが１．０より大きい場合を判定○とした。抵抗値の上限は１００Ωとした。ΔＶ／ΔＷ（音圧傾き）について上述したように、素子に投入する電力が大きいほど、音圧が大きくなる。消費電力はＶ２／Ｒ（Ｖ：電圧、Ｒ：抵抗）で表される。例えば、１Ωの素子に１０Ｖ印加した場合、電力は１０２／１＝１００Ｗとなる。同じ電力を１００Ωの素子に投入する場合、電圧１００Ｖを印加する必要がある（１００２／１００＝１００Ｗ）。電子機器に組み込むことを想定した場合、１００Ｖ以上の電圧を印加できる機器は限定される。そのため、抵抗の上限を１００Ωとした。今回試作した素子（Ｎｏ．２）は、基準サンプル（Ｎｏ．１）と比べて抵抗がほぼ同程度で、音圧傾きは２．１と大きいことが判る。
　このように発熱層として表面積の大きいナノポーラス構造の金属膜を形成することにより、空気との熱交換が容易になり、音圧が大きくなる効果がある。基板上に直接形成できるため、カーボンナノチューブと比較して、ハンドリングが容易である。また発熱層を金属で形成できるため、抵抗を低くできる。
（実施例２）
（試料作製方法）
　実施例１ではナノポーラス構造の有無について評価を行ったが、ここでは発熱層の厚みの異なる圧力波発生素子を試作した。実施例１と同様に、準備した基板を長さ４ｍｍ、幅５ｍｍにカットした後、発熱層として、蒸着にてＴｉ（１０ｎｍ厚）を成膜し、続いて、表２に示す蒸着条件にそれぞれ従ってＡｕ／Ｃｕを成膜した。蒸着した試料を還元雰囲気にて３５０℃で２時間維持して熱処理を行い、ＡｕＣｕ合金を得た。熱処理から後のプロセスは実施例１と同様である。
　表２は、発熱層の厚さを変更した場合の音響変換効率の変化を示す。蒸着条件として、例えば、「Ａｕ：３５ｎｍ／Ｃｕ：７５ｎｍ×４」は、Ａｕ（３５ｎｍ厚）／Ｃｕ（７５ｎｍ厚）の４周期構造を意味し、「Ａｕ：７ｎｍ／Ｃｕ：１５ｎｍ×１」は、Ａｕ（７ｎｍ厚）／Ｃｕ（１５ｎｍ厚）の単周期構造を意味する。判定は、実施例１と同様に３段階で行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　発熱層（Ｔｉ（１０ｎｍ厚）／非多孔質Ａｕ（４０ｎｍ厚））を含む基準サンプルと比較して、発熱層の厚みが１０００ｎｍ以下の場合に、音圧傾きが１．０より大きくなった。膜厚が大きいと、内部で熱が滞留しやすく、空気との熱交換が十分ではなくなるために、音圧が小さくなる。そのため音圧が大きい条件としては、発熱層がより薄い方が有利となるが、薄くすると抵抗が高くなるため、１００Ω以下となるのは膜厚２５ｎｍ以上である。また発熱層の厚みを変えることで、抵抗を調整できることが判る。
　実施例１でも述べたように、投入電力（Ｖ２／Ｒ）が大きいほど、音圧は大きくなる。例えば、瞬時電力１００Ｗの時に必要な音圧が得られる場合、組み込んだ電子機器の電圧が１０Ｖであれば１Ω、２０Ｖであれば４Ωと抵抗を調整することで、必要な電力を投入できる。もし抵抗が調整できなければ、必要な抵抗より高くなると音圧が足りず（例えば、抵抗が２倍になると音圧は１／２）、必要な抵抗より低くなると電力が多くなる（例えば、抵抗が１／２になると電力は２倍）。
　機器側の電圧調整でも対応可能であるが、電圧調整のために、ＤＣＤＣコンバータなどの追加部品が必要となり、コストやサイズが増加してしまう。
　このように発熱層の膜厚を１０００ｎｍ以下にすることが好ましく、これにより空気との熱交換が容易になり、音圧が大きくなる。また高音圧かつ低抵抗を両立するためには、膜厚が２５ｎｍ以上であることが好ましい。
（実施例３）
（試料作製方法）
　実施例１，２では熱絶縁層をＳｉＯ２としたが、ここでは熱絶縁層として材料の異なる圧力波発生素子を試作した。あるサンプルでは、熱絶縁層（ＳｉＯ２）のない基板として、表面に自然酸化膜（ＳｉＯ２）のみを有するＳｉ基板を用い、長さ４ｍｍ、幅５ｍｍにカットした。別のサンプルでは、熱絶縁層としてポリイミドフィルム（東レ・デュポン製カプトンシートＨ－２００）を上記Ｓｉ基板に貼り付けたものを準備した。熱絶縁層を形成した後は、実施例１と同様に、発熱層および電極を形成した。
　表３は、熱絶縁層を変更した場合の音響変換効率の変化を示す。判定は、実施例１と同様に３段階で行った。なお、熱伝導率の数値に関して、ＳｉおよびＳｉＯ２は文献（D. P. Almond and P. M. Patel: Photothermal Science and Techniques (Chapman & Hall, 1996) p. 17）、ポリイミドはメーカーカタログ値をそれぞれ参照した。Ｓｉウエハの熱伝導率は、１４８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、ＳｉＯ２より大きい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　サンプルＮｏ．９は音圧傾きが０．５となった。一方で熱伝導率の低いポリイミドの熱絶縁層を用いたサンプルＮｏ．１０は、ＳｉＯ２を用いたサンプルＮｏ．２よりも音圧傾きが大きくなった。判定結果を考慮すると、熱絶縁層の熱伝導率は、１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。
　このように基板より低い熱伝導率を有する熱絶縁層を用いることで、発熱時に基板へ熱が逃げることを防ぐことができ、空気への熱伝導が効率的になり音圧が大きくなる。
（実施例４）
（試料作製方法）
　圧力波発生素子を下記の方法で作製した。基板として、表面に１５μｍのＳｉＯ２膜が形成されたＳｉウエハ（ケイ・エス・ティ・ワールド株式会社）を使用した。Ｓｉウエハの厚みは０．６７５ｍｍとした。ＳｉＯ２はＳｉよりも熱伝導率が低いため、熱絶縁層として用いている。なお、上記の基板はＳｉ以外の基板でもよい。準備した基板はその後の工程で取り扱いやすくするために、長さ４ｍｍ、幅５ｍｍにダイシング（カット）した。
　次に、発熱層として、蒸着を用いて、Ｔｉ（１０ｎｍ厚）を成膜した後、Ａｕ蒸着とＣｕ蒸着を交互に４回繰り返して、Ａｕ（３５ｎｍ厚）／Ｃｕ（７５ｎｍ厚）／Ａｕ（３５ｎｍ厚）／Ｃｕ（７５ｎｍ厚）／Ａｕ（３５ｎｍ厚）／Ｃｕ（７５ｎｍ厚）／Ａｕ（３５ｎｍ厚）／Ｃｕ（７５ｎｍ厚）の多層膜を成膜した。蒸着した試料を還元雰囲気にて３５０℃で２時間維持して熱処理を行い、ＡｕＣｕ合金を得た。
　次に、合金化した試料を室温にて６０％硝酸に０～６０分浸漬して脱合金化を行い、ＡｕＣｕ合金中からＣｕを溶出させ、溶解しないＡｕからなるナノポーラス構造を形成した。
　最後に、発熱層の両側に４ｍｍ×０．８ｍｍの電極をそれぞれ形成した。電極は、下からＴｉ（１０ｎｍ厚）、Ｃｕ（５００ｎｍ厚）、Ａｕ（１００ｎｍ厚）の３層構造とした。
（評価方法）
　密着強度を評価するためにテープ剥離試験を実施した。試験後に発熱層や電極の部分が一部でもはがれる場合を不良と判定した。発熱層表面の組成分析のためにＳＥＭ－ＥＤＸ分析を走査電子顕微鏡（日立製ＳＵ－８０４０、加速電圧１０ｋＶ、３０ｋ倍）、ＥＤＸ（堀場製ＥＭＡＸ－Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）にて実施した。硝酸浸漬（脱合金）時間とＡｕ／Ｃｕ比率の確認を行った。
　表４は、テープ剥離試験の比較結果を示す。判定は、３段階で行った（○：音圧傾き１．０より大きく、テープ剥離なし。△：音圧傾き１．０より大きく、テープ剥離あり。×：音圧傾き１．０以下）。
　図７は、サンプルＮｏ．１２（テープ剥離なし）の断面を示すＳＥＭ画像である。図７に示すように、発熱層のナノポーラス構造は、基板側から圧力波発生面側に向けて空隙率が単調増加していることが好ましい。基板との接合領域付近において、この空隙率が小さいことによって、発熱層と基板との間の密着強度を高めることができる。一方、発熱層の圧力波発生面付近において、空隙率が大きいことによって、発熱層が空気と接触する表面積が増加するようになる。
　図８は、サンプルＮｏ．１４（テープ剥離あり）の断面を示すＳＥＭ画像である。図８に示すように、基板側付近でも空隙率が大きくなると、発熱層と基板の接触面積が小さくなり、密着強度が低くなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　硝酸に浸漬しなかった（浸漬時間０分）サンプルＮｏ．１１では、Ｃｕが溶出しないため、ポーラス構造が形成されず、音圧が小さい結果となった。Ａｕが９７ａｔ％となったサンプルＮｏ．１４では、音圧は大きいもののテープ剥離が生じたため、判定△とした。
　このようにＡｕの比率を５０～９５ａｔ％とすることで、ポーラス構造により音圧が大きくなり、さらに発熱層の密着強度も良好となる。
（実施例５）
（試料作製方法）
　圧力波発生素子を実施例１と同様な方法で作製した。ここでは、硝酸浸漬温度および硝酸浸漬時間などの脱合金化条件を変化させることによって、種々のポア径を有するナノポーラス構造を形成した。基板として、表面に１５μｍのＳｉＯ２膜が形成されたＳｉウエハ（ケイ・エス・ティ・ワールド株式会社）を使用した。Ｓｉウエハの厚みは０．６７５ｍｍとした。ＳｉＯ２はＳｉよりも熱伝導率が低いため、熱絶縁層として用いている。なお、上記の基板はＳｉ以外の基板でもよい。準備した基板はその後の工程で取り扱いやすくするために、長さ４ｍｍ、幅５ｍｍにダイシング（カット）した。
　次に、発熱層として、蒸着を用いて、Ｔｉ（１０ｎｍ厚）を成膜した後、Ａｕ蒸着とＣｕ蒸着を交互に４回繰り返して、Ａｕ（３５ｎｍ厚）／Ｃｕ（７５ｎｍ厚）／Ａｕ（３５ｎｍ厚）／Ｃｕ（７５ｎｍ厚）／Ａｕ（３５ｎｍ厚）／Ｃｕ（７５ｎｍ厚）／Ａｕ（３５ｎｍ厚）／Ｃｕ（７５ｎｍ厚）の多層膜を成膜した。蒸着した試料を還元雰囲気にて３５０℃で２時間維持して熱処理を行い、ＡｕＣｕ合金を得た。
　次に、合金化した試料を室温にて、３～４０℃の６０％硝酸に３～９０分浸漬して脱合金化を行い、ＡｕＣｕ合金中からＣｕを溶出させ、溶解しないＡｕからなるポア径の異なるナノポーラス構造を形成した。硝酸浸漬温度および硝酸浸漬時間に応じて異なるポア径が得られた。
　最後に、発熱層の両側に４ｍｍ×０．８ｍｍの電極をそれぞれ形成した。電極は、下からＴｉ（１０ｎｍ厚）、Ｃｕ（５００ｎｍ厚）、Ａｕ（１００ｎｍ厚）の３層構造とした。図４は、得られた圧力波発生素子を示す平面図である。比較のための基準サンプルとして、発熱層をＴｉ（１０ｎｍ厚）／非多孔質Ａｕ（４０ｎｍ厚）とした圧力波発生素子を作製した。発熱層を除いて、使用した基板、電極は前述と同様である。
（評価方法）
　発熱層のポア径測定のために、作製した圧力波発生素子の断面観察を実施した。断面観察は走査電子顕微鏡（日立製Ｓ－４８００　加速電圧３ｋＶ，３０ｋ倍）にて実施した。
　図１０は、発熱層の断面を示すＳＥＭ画像である。図１１は、図１０の断面図を２値化した図であり、発熱層のポア部と金属部を見分けるためにコントラストを強調している。ポア径は、画像解析ソフトＡ像くん（旭化成エンジニアリング株式会社）にてポア部の面積を算出し、真円に換算した場合の直径として定義できる。
　表５は、発熱層のポア径が変化した場合の特性評価の比較結果を示す。抵抗および音圧の評価は実施例１と同様である。判定は、３段階で行った（○：音圧傾き１．０より大きく、抵抗１００Ω以下。△：音圧傾き１．０より大きく、抵抗１００Ωより大きい。×：音圧傾き１．０以下）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　基準サンプル（発熱層　Ｔｉ：１０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍ）と比較して、音圧傾きが１．０より大きい場合を○判定とした。抵抗値の上限は１００Ωとした。圧力波発生素子は、投入した電力が大きいほど音圧が大きくなる。消費電力はＶ２／Ｒ（Ｖ：電圧、Ｒ：抵抗）で表される。例えば、１Ωの素子に１０Ｖ印加した場合、電力は１０２／１＝１００Ｗとなる。同じ電力を１００Ωの素子に投入する場合、電圧１００Ｖを印加する必要がある（１００２／１００＝１００Ｗ）。電子機器に組み込むことを想定した場合、１００Ｖ以上の電圧を印加できる機器は限定される。そのため、抵抗の上限を１００Ωとした。
　今回試作した素子（Ｎｏ．２，１６～１９）は、ポア径が２４～１３０ｎｍの範囲内になり、音圧の高いサンプルが得られた。ポア径が２４ｎｍ未満の場合は、内部空洞と外部空間の間で通気性が低下し、発熱体膜から空気への熱伝達効率が低下する。ポア径が１３０ｎｍを超えると、発熱体膜が空気と接触する表面積が減少するため、ポーラス構造における空気への伝達効率が低くなる。
　このように表面積の大きいナノポーラス構造の金属膜を形成することで、空気との熱交換が容易になり、音圧が大きくなる効果がある。特に音圧効率が高いのは、ポア径が２４～１３０ｎｍである。
（実施例６）
（試料作製方法）
　ここではポア率の異なる圧力波発生素子を試作した。実施例５と同様に、準備した基板を長さ４ｍｍ、幅５ｍｍにカットした後、発熱層として、蒸着にてＴｉ（１０ｎｍ厚）を成膜し、続いて、表６に示す蒸着条件にそれぞれ従ってＡｕ／Ｃｕ比率が異なるＡｕ／Ｃｕを成膜した。蒸着した試料を還元雰囲気にて３５０℃で２時間維持して熱処理を行い、ＡｕＣｕ合金を得た。
　次に、合金化した試料を室温にて６０％硝酸に２０分浸漬して脱合金化を行い、ＡｕＣｕ合金中からＣｕを溶出させ、溶解しないＡｕからなるナノポーラス構造を形成した。
　最後に、発熱層の両側に４ｍｍ×０．８ｍｍの電極をそれぞれ形成した。電極は、下からＴｉ（１０ｎｍ厚）、Ｃｕ（５００ｎｍ厚）、Ａｕ（１００ｎｍ厚）の３層構造とした。
（評価方法）
　抵抗および音圧の評価は実施例１と同様である。密着強度を評価するためにテープ剥離試験を実施した。試験後に発熱層や電極の部分が一部でもはがれる場合を不良と判定した。
　発熱層の断面を観察するために、図１２に示すように、ＦＥＩ製ＨＥＬＩＯＳ　ＮＡＮＯＲＡＢ　６６０ｉにてＦＩＢ加工を行って、ＳＥＭ像を観察した。続いて、ＦＩＢにて再度奥行方向（図１２の場合、左方向）に１０ｎｍ加工した後、ＳＥＭ画像を観察した。こうしたＦＩＢ加工とＳＥＭ観察を繰り返すことで、奥行４００ｎｍ分（計４１枚）のＳＥＭ像を取得した。これら４１枚のＳＥＭ像から発熱層の３Ｄ立体像を構築し、ポア率の算出を行った。
　表６は、ポア率が変化した場合の音圧比較結果を示す（○：音圧傾き１．０以上、テープ剥離なし。△：音圧傾き１．０より大きく、テープ剥離あり。×：音圧傾き１．０以下）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　基準サンプル（発熱層　Ｔｉ：１０ｎｍ、Ａｕ：４０ｎｍ）と比較して、ポア率が５０ｖｏｌ％未満の場合に、音圧傾きが１．０より小さくなった。ポア率が小さいと比表面積が小さくなり、空気との熱交換が十分ではなくなるために、音圧が小さくなる。ただし、ポア率が大きくなると、基板との密着強度が悪くなるため、ポア率は６５％以下が望ましい。
　このようにポア率を５０ｖｏｌ％以上で６７ｖｏｌ％以下にすることで空気との熱交換が容易になり、音圧が大きくなる。高音圧かつ密着強度を両立するためには、ポア率６５ｖｏｌ％以下が好ましい。
（実施例７）
（試料作製方法）
　圧力波発生素子を、上述した実施例４と同じ方法で作製した。
（評価方法）
　抵抗および音圧の評価は実施例１と同様である。密着強度を評価するためにテープ剥離試験を実施した。試験後に発熱層や電極の部分が一部でもはがれる場合を不良と判定した。発熱層表面の組成分析のためにＳＥＭ－ＥＤＸ分析を走査電子顕微鏡（日立製ＳＵ－８０４０、加速電圧１０ｋＶ、３０ｋ倍）、ＥＤＸ（堀場製ＥＭＡＸ－Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）にて実施した。硝酸浸漬（脱合金）時間とＡｕ／Ｃｕ比率の確認を行った。
　さらに、実施例６と同様に発熱層の断面を観察するために、ＦＥＩ製ＨＥＬＩＯＳ　ＮＡＮＯＲＡＢ　６６０ｉにてＦＩＢ加工を行って、ＳＥＭ像を観察した。続いて、ＦＩＢにて再度奥行方向（図１２の場合、左方向）に１０ｎｍ加工した後、ＳＥＭ画像を観察した。こうしたＦＩＢ加工とＳＥＭ観察を繰り返すことで、奥行４００ｎｍ分（計４１枚）のＳＥＭ像を取得した。これら４１枚のＳＥＭ像から発熱層の３Ｄ立体像を構築し、ポア率の算出を行った。
　図１３は、発熱層の断面を示すＳＥＭ画像である。発熱層はポーラス構造であることから、表面および裏面に凹凸がある。そのため、厚さが最大となる部分を膜厚と定義した。また、膜厚が半分となる位置を厚さ中心とし、厚さ中心から基板側に位置する裏面領域および厚さ中心から基板とは反対側に位置する表面領域に区分した。そして、表面領域のポア率Ｐｔと裏面領域のポア率Ｐｂを算出し、その比率Ｐｔ／Ｐｂを算出した。
　表７は、表４のデータにポア率Ｐｔ，Ｐｂおよび比率Ｐｔ／Ｐｂを追加したものであり、テープ剥離試験および音圧試験の比較結果を示す。判定は、３段階で行った（○：音圧傾き１．０より大きく、テープ剥離なし。△：音圧傾き１．０より大きく、テープ剥離あり。×：音圧傾き１．０以下）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　硝酸に浸漬しなかった（浸漬時間０分）サンプルＮｏ．１１では、Ｃｕが溶出しないため、ポーラス構造が形成されず、音圧が小さい結果となった。Ａｕが９７ａｔ％となったサンプルＮｏ．１４では、音圧は大きいもののテープ剥離が生じたため、判定△とした。例えば、図８に示すように、基板側の裏面領域でのポア率Ｐｂが大きくなると、発熱層と基板の接触面積が小さくなり、密着強度が低くなる。詳細には、比率Ｐｔ／Ｐｂが２．０以下になると、音圧が大きくなる。さらに比率Ｐｔ／Ｐｂが１．０３以上になると、高音圧かつテープ剥離しない素子が得られる。
　図１４は、サンプルＮｏ．２の発熱層の３Ｄ立体像である。図１５は、サンプルＮｏ．２の発熱層の３Ｄ立体像から得られた表面画像を示す上面図である。図１６は、サンプルＮｏ．２の発熱層の３Ｄ立体像から得られた裏面画像を示す底面図である。サンプルＮｏ．２では、表面領域のポア率Ｐｔが大きくなると高い音圧が得られ、一方、裏面領域のポア率Ｐｂが小さくなり、一部がポーラス化せずに残ることで基板との密着強度を維持できる。
　このように比率Ｐｔ／Ｐｂが１．２以上で２．０以下になると、高い音圧が得られる。さらに、比率Ｐｔ／Ｐｂが１．０３～２．０の範囲である場合、高い音圧が得られ、かつ、発熱層の密着強度が良好となる。
　本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
　本発明は、改善された音圧および適切な電気抵抗を有する圧力波発生素子が実現できるため、産業上極めて有用である。
　　１　　圧力波発生素子
　１０　　支持体
　１１　　基板
　１２　　熱絶縁層
　２０　　発熱層
　２１　　下地膜
　２２　　発熱体膜
　３０　　電極構造
　３１～３３　電極層
　Ｄ１，Ｄ２　電極

Claims (11)

  1. 　支持体と、
    　該支持体の上に設けられ、通電によって熱を発生する発熱体膜とを備え、
    　前記発熱体膜は、金属多孔質構造を有することを特徴とする圧力波発生素子。
  2. 　前記発熱体膜は、２４ｎｍ以上で１３０ｎｍ以下のポア径を有する請求項１に記載の圧力波発生素子。
  3. 　前記発熱体膜は、５０ｖｏｌ％以上で６７ｖｏｌ％以下のポア率を有する請求項１に記載の圧力波発生素子。
  4. 　前記発熱体膜は、５０ｖｏｌ％以上で６５ｖｏｌ％以下のポア率を有する請求項１に記載の圧力波発生素子。
  5. 　前記発熱体膜を、厚さ中心から支持体側に位置する裏面領域および厚さ中心から支持体とは反対側に位置する表面領域に区分した場合、該表面領域のポア率Ｐｔと該裏面領域のポア率Ｐｂとの比率Ｐｔ／Ｐｂが、１．０２以上で２．００以下である請求項１に記載の圧力波発生素子。
  6. 　前記発熱体膜を、厚さ中心から支持体側に位置する裏面領域および厚さ中心から支持体とは反対側に位置する表面領域に区分した場合、該表面領域のポア率Ｐｔと該裏面領域のポア率Ｐｂとの比率Ｐｔ／Ｐｂが、１．０３以上で２．００以下である請求項１に記載の圧力波発生素子。
  7. 　前記発熱体膜は、２５ｎｍ以上で１０００ｎｍ以下の厚さを有する請求項１～６のいずれかに記載の圧力波発生素子。
  8. 　前記支持体は、基板と、
    　該基板の上に設けられ、該基板より低い熱伝導率を有する熱絶縁層とを含み、
    　該熱絶縁層は、熱伝導率が１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である請求項１～７のいずれかに記載の圧力波発生素子。
  9. 　前記発熱体膜は、２種類以上の金属で形成される請求項１～８のいずれかに記載の圧力波発生素子。
  10. 　２種類以上の金属のうち主元素の比率が、５０～９５ａｔ％である請求項９に記載の圧力波発生素子。
  11. 　支持体を用意するステップと、
    　該支持体の上に、２種類以上の金属からなる合金を成膜するステップと、
    　成膜した合金から少なくとも１種類の金属を除去する脱合金化を行って、ナノポーラス構造を有する発熱体膜を形成するステップと、を含むことを特徴とする圧力波発生素子の製造方法。
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