図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2010年11月18日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題・解決手段

容量性超音波トランスデューサは、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極と崩壊可能に離間された関係に配置される中央領域及び中央領域の外側に配置され、第2の電極と崩壊可能に離間された関係に配置される周辺領域を有する第3の電極と、を有する。トランスデューサは、第3の電極と第1の電極との間及び第3の電極と第2の電極との間に配置される高誘電率材料の層を更に含む。トランスデューサは、崩壊モードで動作可能でありえ、崩壊モードにおいて、第3の電極の周辺領域は、第2の電極に対して振動し、第3の電極の中央領域は、第1の電極に対して完全に崩壊され、それにより、誘電層が、それらの間にサンドイッチされる。圧電作動、例えばd31及びd33モード圧電作動、が更に含まれうる。医用撮像システムは、共通基板上に配置されるこのような容量性超音波トランスデューサのアレイを有する。

概要

背景

超音波トランスデューサは、一般に、電圧トランスデューサの個々の電極印加されるとき、音響波を送信するように構成される圧電材料から製造される。後方散乱された波は、材料において電気分極として検出される。しかしながら、圧電トランスデューサは、少なくとも部分的に圧電セラミックスと関心のある空気又は流体との間のインピーダンス不整合のため、空気又は流体結合アプリケーションにおいて不利益を示すことがある。

MUT又は容量性マイクロマシン加工超音波トランスデューサは、生成するコストが比較的低く、概してサイズが比較的小さく、比較的高い周波数イメージングを実現可能にすることができ、更に一般に、今日のセラミックトランスデューサより高い集積化ベルを達成するので、CMUT又は容量性マイクロマシン加工超音波トランスデューサは、トランスデューサの次世代の可能な候補である。CMUTは、非崩壊の又は崩壊の状態又は「モード」で動作されることができる。最近の研究は、崩壊モードにおけるCMUTの動作は、少なくともいくつかの例において、改善された電力送信をもたらすことができることを示している。

概要

容量性超音波トランスデューサは、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極と崩壊可能に離間された関係に配置される中央領域及び中央領域の外側に配置され、第2の電極と崩壊可能に離間された関係に配置される周辺領域を有する第3の電極と、を有する。トランスデューサは、第3の電極と第1の電極との間及び第3の電極と第2の電極との間に配置される高誘電率材料の層を更に含む。トランスデューサは、崩壊モードで動作可能でありえ、崩壊モードにおいて、第3の電極の周辺領域は、第2の電極に対して振動し、第3の電極の中央領域は、第1の電極に対して完全に崩壊され、それにより、誘電層が、それらの間にサンドイッチされる。圧電作動、例えばd31及びd33モード圧電作動、が更に含まれうる。医用撮像システムは、共通基板上に配置されるこのような容量性超音波トランスデューサのアレイを有する。

目的

このようにして(例えばメンブレン611を形成するために電極610上に層608を堆積する)、高k誘電層を有するCMUT600を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
6件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

容量性超音波トランスデューサであって、第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極と崩壊可能に離間された関係に配置される中央領域と、前記中央領域の外側に配置され、前記第2の電極と崩壊可能に離間された関係に配置される周辺領域と、を有する第3の電極と、前記第3の電極と前記第1の電極との間及び前記第3の電極と前記第2の電極との間に配置される高誘電率材料の層と、を有する容量性超音波トランスデューサ。

請求項2

前記容量性超音波トランスデューサは、崩壊モードで動作可能であり、前記崩壊モードにおいて、前記第3の電極の前記周辺領域は、前記第2の電極に対して振動し、前記第3の電極の前記中央領域は、前記第1の電極に対して完全に崩壊され、それにより、前記高誘電率材料の層が、前記中央領域と前記第1の電極との間にサンドイッチされる、請求項1に記載の容量性超音波トランスデューサ。

請求項3

前記高誘電率材料の層は、前記第1及び前記第2の電極の各々と崩壊可能に離間された関係に配置される、請求項1に記載の容量性超音波トランスデューサ。

請求項4

前記高誘電率材料の層及び前記第3の層が互いに固着される、請求項3に記載の容量性超音波トランスデューサ。

請求項5

前記高誘電率材料の層は、前記第1及び前記第2の電極に固着され、前記第3の電極の前記中央領域及び前記周辺領域が更に、前記高誘電率材料の層と崩壊可能に離間された関係にある、請求項1に記載の容量性超音波トランスデューサ。

請求項6

圧電層及び第4の電極を更に有し、前記第3及び前記第4の電極は、前記圧電層に電界印加するように協働する、請求項1に記載の容量性超音波トランスデューサ。

請求項7

前記第3及び前記第4の電極の各々は、前記高誘電率材料の層に固着される、請求項6に記載の容量性超音波トランスデューサ。

請求項8

前記高誘電率材料の層は、前記第3及び前記第4の電極の間にサンドイッチされ、前記圧電層の少なくとも一部を形成する、請求項7に記載の容量性超音波トランスデューサ。

請求項9

前記第3の電極及び前記第4の電極は、前記圧電層に対してd31モード圧電結合を生成するように協働する、請求項8に記載の容量性超音波トランスデューサ。

請求項10

前記第3及び第4の電極は、前記高誘電率材料の層の共通の側面に沿って配置される、請求項7に記載の容量性超音波トランスデューサ。

請求項11

前記第3及び前記第4の電極は互いにかみ合う、請求項10に記載の容量性超音波トランスデューサ。

請求項12

前記第3及び前記第4の電極は、前記圧電層に対してd33モード圧電結合を生成するように協働する、請求項10に記載の容量性超音波トランスデューサ。

請求項13

前記高誘電率材料の層の誘電率は、少なくとも100の値を有する、請求項1に記載の容量性超音波トランスデューサ。

請求項14

第4の電極を更に有し、前記第2の電極は、前記第1の電極と前記第4の電極との間に配置され、前記第3の電極は、前記中央領域の外側に、前記第4の電極と崩壊可能に離間された関係に配置される別の周辺領域を更に有し、前記高誘電率材料の層は更に、前記第3の電極と前記第4の電極との間に配置される、請求項1に記載の容量性超音波トランスデューサ。

請求項15

請求項1に記載の容量性超音波トランスデューサを有する医用撮像システム

請求項16

共通基板に配置された請求項1に記載の容量性超音波トランスデューサのアレイを有する医用撮像システム。

請求項17

容量性超音波トランスデューサを動作させる方法であって、第1の電極と、第2の電極と、前記第1及び前記第2の電極の各々に対して崩壊可能に離間された関係にある第3の電極と、前記第3の電極と前記第1の電極との間及び前記第3の電極と前記第2の電極との間に配置される高誘電率材料の層と、を有する前記容量性超音波トランスデューサを準備するステップと、前記高誘電率材料の層が、前記第3の電極の中央領域と前記第1の電極との間にサンドイッチされるように、前記第1の電極に対して前記3の電極の前記中央領域を崩壊させるステップと、前記第2の電極に対して、前記中央領域の外側に配置される前記第3の電極の周辺領域を振動させるステップと、を含む方法。

請求項18

前記容量性超音波トランスデューサが、圧電層及び第4の電極を更に有し、前記方法が、前記圧電層に対して圧電結合を生成するように前記第3及び前記第4の電極を協働的に用いるステップを更に含む、請求項17に記載の方法。

請求項19

前記容量性超音波トランスデューサの間隙スチフネス及び性能を含むグループから選択される少なくとも1つを較正するために圧電結合を利用するステップを更に含む、請求項18に記載の方法。

請求項20

前記容量性超音波トランスデューサの容量性駆動を支援するために圧電結合を利用するステップを更に含む、請求項18に記載の方法。

請求項21

前記圧電結合は、d33モード圧電結合を含む、請求項18に記載の方法。

請求項22

前記圧電結合は、d31モード圧電結合を含む、請求項18に記載の方法。

技術分野

0001

本開示は、医用診断画像を生成するシステム及び方法に関し、特に、超音波トランスデューサに関する。

背景技術

0002

超音波トランスデューサは、一般に、電圧トランスデューサの個々の電極印加されるとき、音響波を送信するように構成される圧電材料から製造される。後方散乱された波は、材料において電気分極として検出される。しかしながら、圧電トランスデューサは、少なくとも部分的に圧電セラミックスと関心のある空気又は流体との間のインピーダンス不整合のため、空気又は流体結合アプリケーションにおいて不利益を示すことがある。

0003

MUT又は容量性マイクロマシン加工超音波トランスデューサは、生成するコストが比較的低く、概してサイズが比較的小さく、比較的高い周波数イメージングを実現可能にすることができ、更に一般に、今日のセラミックトランスデューサより高い集積化ベルを達成するので、CMUT又は容量性マイクロマシン加工超音波トランスデューサは、トランスデューサの次世代の可能な候補である。CMUTは、非崩壊の又は崩壊の状態又は「モード」で動作されることができる。最近の研究は、崩壊モードにおけるCMUTの動作は、少なくともいくつかの例において、改善された電力送信をもたらすことができることを示している。

発明が解決しようとする課題

0004

ここで図1図3を参照して、一般的なCMUTが、CMUT100に示されている。CMUT100は、基板102と、通常(例えば非アクティブのとき)は基板102の上方に配置され及び/又は懸架されるメンブレン104と、を有し、それにより、メンブレン104は、間隙106によって基板102から隔てられる。間隙チャンバは、空(真空)であり又は気体で満たされてもよい。メンブレン104が、少なくとも基板102の方へ弾力的に歪められることができる限り、メンブレン104は、CMUT100の「アクティブな」部分である。

0005

CMUT100は、上部電極108及び下部電極110を更に有する。上部電極108は、メンブレン104に固着され、メンブレン104の上に配置される。下部電極110は、(例えばその上に堆積される導電材料の層を有する)基板102の上に形成されることができ、又は基板の一部を形成することができる。

0006

CMUT100は、図2及び図3に示されそれらを参照して後述されるように、少なくとも2つの異なるモードで動作可能である。

0007

特に図2を参照して、CMUT100の非崩壊動作モードにおいて、DC作動電圧が、上部及び下部電極108、110間に印加され、DC駆動電圧の大きさは、静電引力により基板102に向かって下方へメンブレン104を歪めるのに十分に大きいが、メンブレン104を基板102から隔てる間隙106を除去するほど大きくない。図1図3は、一定の縮尺で描かれていないことに注意すべきである。メンブレン104の一般的な移動は、メンブレン104が、不安定になり、基板102に対し崩壊しやすくなるより前に、間隙106の50%未満でありうる。

0008

AC電圧が、上部及び下部電極108、110間のDC電圧に加えられると、振動性動き(特に図示せず)が、メンブレン104に生成され、これは、音響波(図示せず)をCMUT100から送信させることができる。メンブレン104が、当たる超音波圧力場(図示せず)を受けると、振動性の動き(特に図示せず)が、メンブレン104及び上部電極108において同様に生成され、それにより、バイアスDC電圧が上部及び下部電極108、110間に印加されると、上部及び下部電極108、110間に結果として得られる相対的な動きが、AC検出電流を生成する。

0009

ここで図3に戻って、CMUT100の崩壊動作モードの間、上部及び下部電極108、110間に印加されるDC作動電圧は、メンブレン104を、基板102に向かって下方に、下部電極110と物理的に接触するように、歪めるのに十分な大きさである。これは、メンブレン104の中心部分において、メンブレン104と基板102と間の間隙106(図1)を効果的に除去する。下部電極110に接触していないメンブレン104の残りの部分はなお動作されることができ、同じ電圧でより高い静電力が、低減された間隙により印加されることができる。短絡を回避するために、メンブレン104は、誘電材料で構成される。誘電材料における固定電荷トラッピング及びブレークダウンは、CMUT100の崩壊モードにおける動作中、CMUT100の性能に好ましくない影響を与える重要な2つの問題である。例えば、メンブレン104の誘電材料における固定電荷は、CMUT100のDC作動電圧の変化を生じさせる傾向がありうる。

0010

今日までの努力にかかわらず、効率的且つ効果的なCMUT装置及びその使用方法ニーズが残る。これら及び他のニーズは、以下の記述から明らかになるように、開示される装置、システム及び方法によって満たされる。

課題を解決するための手段

0011

本開示の見地は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極と崩壊可能に離間された関係に配置される中央領域及び中央領域の外側に配置され、第2の電極と崩壊可能に離間された関係に配置される周辺領域を有する第3の電極と、第3の電極と第1の電極との間及び第3の電極と第2の電極との間に配置される高誘電率材料の層と、を有する、容量性超音波トランスデューサを含む。本開示の見地によれば、容量性超音波トランスデューサは、第3の電極の周辺領域が第2の電極に対して振動し、高誘電率材料の層がそれらの間にサンドイッチされるように第3の電極の中央領域が第1の電極に対して完全に崩壊される、崩壊モードにおいて動作可能である。例えばd31及びd33圧電作動のような圧電作動が更に含められることができる。今日の基板上に配置されるこのような容量性超音波トランスデューサのアレイを有する医用撮像システムが、更に提供される。

0012

本開示の見地による容量性超音波トランスデューサを動作させる方法は、第1の電極と、第2の電極と、第1及び第2の電極の各々に対して崩壊可能に離間された関係をもつ第3の電極と、第3の電極と第1の電極との間及び第3の電極と第2の電極との間に配置される高誘電率材料の層と、を有する容量性超音波トランスデューサを準備するステップと、高誘電率材料の層がそれらの間にサンドイッチされるように第1の電極に対して第3の電極の中央領域を崩壊させるステップと、第3の電極の中央領域の外側の周辺領域を、第2の電極に対して振動させるステップと、を含む。

0013

業者が開示された装置、システム及び方法を製造し、使用することを助けるために、添付の図が参照される。

図面の簡単な説明

0014

従来技術のCMUTを示す図。
非崩壊動作モードにある図1のCMUTを示す図。
崩壊動作モードにある図1のCMUTを示す図。
本開示によるCMUTを示す図。
本開示による崩壊動作モードの図4のCMUTを示す図。
本開示による別のCMUTを示す図。
本開示による更に別のCMUTを示す図。
本開示による更に別のCMUTを示す図。

実施例

0015

図4を参照して、CMUT400が、本開示の例示的な見地に従って示されている。CMUT400は、電極402及びウエハ404を有することができ、電極402は、ウエハ404の上方に懸架されている。電極402は、1又は複数の周辺領域406及び中央領域408を有することができ、中央領域408は、周辺領域406に隣り合って及び/又は周辺領域406間に配置されることができる。電極402は、ウエハ404に対して歪み可能でありえ(例えば、下方へ歪み可能であり)、CMUT400の側部から接地されることができる。

0016

CMUT400は更に、1又は複数のスペーサ410を有することができ、電極402は、スペーサ410を介して、ウエハ404と離間された関係にアセンブルされることができる。例えば、スペーサ410は、ウエハ404に結合され、ウエハ404から上方へ延びることができ、電極402は、スペーサ410に結合される電極402の周辺領域406を介して、スペーサ410に固着されることができる。このような環境において、CMUT400は、少なくとも非動作又は非作動モードで、電極402とウエハ404との間に間隙412を呈し又は含むことができる。本開示の見地によれば、間隙412は、ウエハ404上に(図示しない)材料の1又は複数の層を形成することによって生成されることができる。このような1又は複数の材料は、例えばPMMAシリコン、金属又は他の適切な材料を含むことができる。電極402は、このような1又は複数の材料上に形成されることができ、その後、このような1又は複数の材料は、例えば適当なエッチングプロシージャ又は熱分解ステップを使用して、除去されることができる。本開示の見地によれば、間隙412は、別個に電極402を生成し、のちに、例えば標準ウエハボンディング技法を使用して、スペーサ410を介してウエハ404に電極402を付着することによって、生成されることができる。間隙412は、空(真空)でありえ又は気体を含みうる。

0017

CMUT400は、電極402がその一部を形成する上部メンブレン(別個に図示せず)を有することができる。ある見地において、このような上部メンブレンは、電極402及び電極402上に形成される付加の誘電層(図示せず)を有することができる。ある見地において、このような上部メンブレンは、電極402の下に配置され、犠牲層除去の間の保護として提供される、薄い誘電層(図示せず)を少なくとも有することができる。

0018

ウエハ404は、基板414を有することができる。基板414は、CMUT400の他の素子製作包含又は組み立てを支援し及び/又は可能にするために適切な大きさ、構造及び組成をもつ任意の基板でありえる。基板414は更に、駆動エレクトロニクス及び/又は受信エレクトロニクス(図示せず)を有することができる。ウエハ404は更に、第1の電極416、第2の電極418及び第3の電極420を有することができる。図4に示されるように、第1、第2及び第3の電極416、418、420は、ウエハ404の共通平面内に、横方向に離間された関係に配置されることができ、それにより、第3の電極420は、第1及び第2の電極416、418の間に配置され、及び/又は第1及び第2の電極416、418が、第3の電極420の側方に位置する。この機構重要性は、より詳しく後述される。第1、第2及び第3の電極416、418、420は、標準のリソグラフィステップを利用して製造されることができるとともに、高誘電率(「高k」)処理に適合する導電材料を含むことができ、このフィーチャの重要性は、より詳しく後述される。例えば、本開示の見地によれば、第1、第2及び第3の電極416、418、420は、障壁層(例えばTi)を用いて又は用いずに基板414の上部に準備され、そののちリソグラフィパターニングされる、プラチナ(Pt)から作られることができる。このような電極の他の材料も可能である。例えば、電極は、基板414に埋め込まれた高い導通性をもつSi領域を有することができる。

0019

第1及び第2の電極416、418は、電気的に共通でありうる。本開示の見地において、第1及び第2の電極416、418は、互いに反対の側に、及び/又は第3の電極420の外側に(例えば、その両側に)(例えば半径方向の外向きに)配置されることができ、及び/又は同じ電極の一部を形成することができる(例えば、リング又は他の閉じた形状を形成する)。第1及び第2の電極416、418の横方向のジオメトリは、例えば最善のカバレッジ及び最も簡単な製造のために、最適化されることができ、線形の/細長い、環状の、多項式の及び/又は矩形の形状を含むさまざまな形状を有することができる。第1及び第2の電極416、418が電気的に分離している構成を含む他の電極構成も可能である。

0020

電極402は、図4に示されるように、メンブレン全体を構成することができる。代替として、以下に詳しく述べられるように、電極402は、第1、第2及び第3の電極416、418、420をカバーするようにパターニングされうる複数要素のメンブレンの一部を構成することができる。

0021

ウエハ404は更に、第1、第2及び第3の電極416、418、420の上に配置される、高k誘電材料からなる誘電層422を含むことができる。誘電層422の高k誘電材料は、例えば、適切な程度の構造密度を提供するために急速熱アニーリングRTA)処理があとに続く、よく知られたゾルゲルプロセスのような任意の適切な及び/又は通常のプロセスを使用して、堆積されることができる。例えばスパッタリング又は化学蒸着CVD)のような、誘電層422を形成するための他のプロセスも可能である。高k誘電材料は更に、これに限らないが、例えばチタン酸バリウムストロンチウムBST)及び/又はチタンジルコン酸鉛PZT)を含む材料のような、適切な材料でありうる。このような高k層は、ドープされて又はドープされずに堆積されることができる。他の高k誘電材料も可能である。例えばAl2O3、TiN、TiO2、ZrO2、SiO2、Si3N4及び/又はIr02のような障壁及び/又は接着層(図示せず)が、誘電層422及び/又は第1、第2及び第3の電極416、418、420の下又は上において用いられることができる。このような障壁及び/又は接着層は、例えば、犠牲層エッチングの後、誘電層422の上部から除去され又は薄くされることができ、又は寄生電気効果を制限するために、高k層又は電極416、418、420と共にパターンニングされる。

0022

CMUTにおいて使用される今日の誘電体は、一般に、酸化シリコン又は窒化シリコンであるが、本開示によりこのような材料をBSTのようなより一層高誘電率の材料と置き換えることは、間隙412に電界を集中させる効果を与えることができる。このようにして、CMUT400は、より低いインピーダンス及び/又は動作電圧と関連付けられることができ、標準の駆動エレクトロニクスの使用を容易にすることができる。崩壊モードに関する付加の顕著な利点があり、それについてより完全に後述される。誘電層422内部の電界は、電荷のトラッピングが低減されることができるように、関連する誘電率Kと等価なファクタによって間隙412内の磁界より小さくなりうる。CMUT400の高k材料は、誘電吸収及び電荷のトラッピングがほんの少しだけそれらの能力に影響を及ぼすように、選択されることができ及び/又は形成されることができる。この性能特性は、例えば、電荷を容易に補償する大きい内部分極起因しうる。本開示のある見地によれば、このような材料は、誘電層422の内部及び表面に電荷が蓄積することを防ぐために、又は電荷記憶が生じることをリーク電流が完全に意図的に防ぐことができるように、ドープされることもできる。本開示のある見地によれば、例えばチタン酸ジルコン酸塩(PZT)のような高k圧電材料の集積化は、組み合わされた容量性(CMUT)及び圧電(PMUT)動作を可能にすることができる。更に後述されるように、CMUT装置の効果的な電気機械結合係数を高める本開示によるCMUT用の電極が、提供されることができる。本開示の見地によれば、電気機械結合係数のこのような増大は、使用される特定の誘電層から独立して、達成されることができる。

0023

ここで図5を参照して、動作中、電極402が、下方へ歪められてウエハ404と接触し、CMUT400が崩壊モードで動作されることを可能にするように、DC電圧が、CMUT400の電極402及びウエハ404の第3の電極420間に印加されることができる。本開示の見地によれば、AC信号は、第1及び第2の電極416、418にのみ印加されることができる。電極を分離することは、崩壊した部分の寄生容量を絶縁することによって、結合係数を増大することができる。本開示の見地によれば、第1及び第2の電極416、418は、結合係数を最適化するための、中央に配置される第3の電極420より高いバイアス電圧を保持することができる。

0024

第3の電極420上のDC電圧は、最適な結果のために調整されることができ、及び/又は(例えば電極402の歪みの程度に関して)最適な動作点を設定するために、帰還及び制御電極として利用されることができる。本開示の見地によれば、電極402の形状は、これに限らないが、電極構成によって課されるいかなる制約も概して最小になるような、矩形、六角形及び/又は環状形を含む任意の適切な形状でありうる。

0025

ここで図6を参照して、CMUT400の変形されたバージョンが、本開示の見地によるCMUT600の形で提供されることができる。CMUT600は、ほとんど又はすべての重要な点において、CMUT400と構造的に及び/又は機能的に同様でありえ、例えば中央に配置された第3の電極606の側方に位置する個々の第1及び第2の電極602、604、高k誘電材料の層608及び電極610を呈すること含み、層608は、第1、第2及び第3の電極602、604、606と電極610と間に配置される。CMUT600は更に、CMUT400に対して少なくともいくつかのの違いを含むことができ、例えば、すぐ下で述べられるような違いを含む。

0026

CMUT600は、メンブレン611を有することができ、メンブレン611は、電極610及び高k誘電材料の層608の両方を有することができる。より具体的には、層608は、メンブレン611を形成するプロセスの一部として、電極610上に堆積されることができる。層608が高k誘電材料から製作される該高k誘電材料は、例えばBST又はPZTでありうる。このようにして(例えばメンブレン611を形成するために電極610上に層608を堆積する)、高k誘電層を有するCMUT600を提供することは、特定のボンディングプロセスの場合に製造を容易にすることができる。例えば、層608は、電極610と共に(及び/又は電極610がその一部を形成することができる更に大きいメンブレン(図示せず)の他の層と共に)別個のキャリア上に製作され、そののちスペーサ612にボンディングされることができる。

0027

本開示の見地によれば、スペーサ612は、複数の部分から形成されることができる。例えば図6に示されるように、スペーサ612の第1の部分614は、ウエハ616上に形成されることができ、スペーサ612の第2の部分618は、メンブレン611上に又はメンブレン611と一緒に(例えば電極610上に及び/又は誘電層608上に)形成されることができる。このような環境において、スペーサ612の第1及び第2の部分614、618の個々の材料は、ボンディングの目的の最適な組み合わせを提供する観点で選択されることができる。例えば、少なくとも、スペーサ612の第2の部分618は、例えば電極610との電気的な接続を確立するための適当な接触を形成するように、導電材料から作られることができる。このような電気的な接触を容易にするために、誘電層608は、例えば、個々のバイアを形成するための必要に応じてパターニングされることができる。

0028

ウエハ616は、第1、第2及び第3の電極602、604、606に加えて、エレクトロニクス(図示せず)を含むCMOSウエハを含むことができる。CMUT600のウエハ616がCMOSウエハである本開示の見地において、電極610との電気的接触をもつ上述の機構は、特に有利でありうる。

0029

当業者に良く知られているように、多くの高k材料、特にペロブスカイト及び関連する構造の高k材料もまた、圧電特性を示す。本開示の見地によれば、例えば、このような圧電特性は、CMUT600のように誘電層608が、より大きいメンブレン611を形成するために電極610と組み合わされる場合、電極610の付加的な動き又は調整のために活用されることができる。図7及び図8を参照して以下に記述され示される本開示の個々の見地は、このような機構を例示している。

0030

ここで図7を参照して、図6のCMUT600の変形されたバージョンが、本開示の見地によるCMUT700の形で提供されることができる。CMUT700は、ほとんど又はすべての重要な点において、CMUT600と構造的に及び/又は機能的に同様でありえ、例えば、中央に配置された第3の電極706の側方に位置する個々の第1及び第2の電極702、704、高k誘電材料の層708、電極710(層708は、メンブレン711を提供するために電極710上に堆積されるとともに、第1、第2及び第3の電極702、704、706と電極710との間に配置される)及びスペーサ712を呈することを含み、メンブレン711は、スペーサ712上に、ウエハ714に対して崩壊可能であるように取り付けられる。CMUT700は更に、CMUT600に対して少なくともいくつかの違いを有することができ、例えば、すぐ下に述べられるような違いを有する。

0031

CMUT700のウエハ714は、基板716を有することができ、第1、第2及び第3の電極702、704、706は、基板716上に堆積されることができる。CMUT700は更に、1又は複数の付加の電極718を含むことができ、付加の電極718の各々は、スペーサ712の個々のものの上に配置されうる。次に、誘電層708が、電極710と電極718との間に配置されることができる。このような環境において、電極718は、圧電動作のいわゆる「d31」モードによる圧電作動を容易にすることができる。より具体的には、崩壊モード動作におけるCMUT700の主たる作動ひずみは、方向720に沿って生じることが可能であり、同時に、d31モードに従って、CMUT700は、方向720に対して実質的に垂直方向を向く分極軸722に沿って並ぶ電界を用いることができる。

0032

ある見地において、電極710及び718は、例えばPt、Au、Ti、Cr、Ni、Al及び/又はCuから形成される金属層でありえる。ある見地において、電極702、704、706、710、718は、Pt、Au、Ti、Cr、Ni、Al、Cu、Sn若しくはSi、又は2若しくはそれ以上のこのような材料の組み合わせから形成されることができる。例えば導電性酸化物及び窒化物YBCO、TiN、SROのような他の材料もまた、可能である。

0033

本開示の見地によれば、電極718は、メンブレン711のより広い横方向の範囲に対して低減されたジオメトリを有することができる。このような機構は、電極718が、第1、第2、又は第3の電極702、704、706の任意のもの又はすべてと重なり合うことを防ぐことができ、それによって、短絡のリスクを低減し及び/又は除去することができる。このような機構は更に、重要なプロセス及び駆動制御を容易にすることができる。他の見地において、少なくとも、なんらかの重なりが存在する。

0034

CMUT700のウエハ714は、基板716上に形成される1又は複数の付加の電極724を含むことができ、付加の電極724は、必要に応じて及び/又は要望に応じて電気的な中断を伴って、ウエハ714の同じ電極層の一部として第1、第2及び第3の電極702、704、706と共に形成されることができる。本開示の見地によれば、スペーサ712は、電極724においてウエハ714にアセンブルされることができ、適当な導電材料から作られることができ、それにより、スペーサ712は、ウエハ714及び電極724を通る電気的なパスの一部を形成し、かかる電気的なパスを介して、作動電圧が、電極710、718間に印加される。本開示の少なくともある見地において、スペーサ712は、実質的に非導電性でありえ、及び/又は他の場合には構造及び機能の点でCMUT600のスペーサ612と同様であってもよい。

0035

図8を次に参照すると、図6のCMUT600の変形バージョンが、本開示の見地によるCMUT800の形で提供されることができる。CMUT800は、ほとんど又はすべての重要な点において、CMUT600と構造的に及び/又は機能的に同様でありえ、例えば、中央に配置された第3の電極806の側方に位置する個々の第1及び第2の電極802、804、高k誘電材料の層808、電極810(層808は、メンブレン811の一部として電極810上に堆積されるとともに、第1、第2及び第3の電極802、804、806と電極810との間に配置される)、及びスペーサ812を呈することを含み、メンブレン811は、ウエハ814に対して崩壊可能に、スペーサ812上に取り付けられる。ウエハ814は更に、ウエハ814が基板816を有することができ、第1、第2及び第3の電極802、804、806が、基板816上に堆積されることができるという点で、CMUT700のウエハ714と構造的に及び/又は機能的に同様でありうる。CMUT800は更に、CMUT600に対して少なくともいくつかの違いを含むことができ、例えば、すぐ下で述べられるような違いを有する。

0036

CMUT800のメンブレン811は、電極810を含む面内に、1又は複数の互いにかみ合う電極818を含みうる。例えば、図8に示されるように、電極810は、個々の圧電作動領域820を形成するようにパターニングされることができ、電極810は、個々の電極818の対応するデジット824と互いにかみ合うデジット822のパターンを示す。メンブレン811は、任意には、でこぼこを改善するとともに、例えば互いにかみ合うデジット822、824の間及び電極810と超音波が発せられ及び/又は受け取られる媒体との間の電気絶縁を提供するために、付加のメンブレン支持体826を有することができる。このような環境において、電極814は、圧電動作のいわゆる「d33」モードによる圧電作動を容易にすることができる。より具体的には、崩壊モード動作でのCMUT800の主たる作動ひずみは、方向828に沿って生じることができ、同時に、d33モードに従って、CMUT800は、同じ方向828を向く分極軸を有する電界を用いることができる。圧電材料が電界分極軸と関連した同じ方向に沿って作動されるd33モードは、少なくとも、付加の電極層が、誘電層808に対して堆積され又は形成される必要が必ずしもない限りにおいて利点を有する。

0037

本開示の見地によれば、スペーサ812が、ウエハ814を通る電気的なパスの一部を形成し、かかる電気的なパスに沿って、作動電圧が電極810、818間に印加されるように、スペーサ812は、適当な導電材料から作られることができる。本開示の少なくともいくつかの見地において、スペーサ812は、実質的に非導電性でありえ、及び/又は他の場合にはCMUT600のスペーサ612と構造及び機能の点で同様でありうる。スペーサ812は、電気的に共通でありえ、誘電層808にエッチングされたバイアホールによって別個に電極818と接触するために使用されることができる。

0038

少なくとも電極810が、付加のメンブレン支持体826とともに提供される限りにおいて、メンブレン811は、本開示によるすべてのCMUTの例に関して任意でありうる。メンブレン支持体826は、機械的性能を改善し、音響インピーダンスを調整し、及び/又は例えばエッチストップ又は障壁層を提供することによって製造プロセスを改善するために使用されることができる。

0039

本開示の見地によれば、例えば側方に位置する電極を使用することによって、寄生容量を低く保つための注意が払われるという条件で、別個の駆動及び受信エレクトロニクス(別個に図示せず)が、使用されることができる。

0040

開示された装置、システム及び方法は、本開示の精神又は範囲を逸脱することなく、多くの他のバリエーション及び他のアプリケーションに影響されやすい

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ