JP2002271897A - 超音波変換器のアレイ - Google Patents
超音波変換器のアレイInfo
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Abstract
る改善された超音波変換器を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 本発明は、基板(1)と、膜(2)と、
第1の電極(4)と、圧電層(5)と、第2の電極
(6)とを夫々有する超音波変換器のアレイに関わり、
基板(1)は、膜(2)と一つの側において隣り合う少
なくとも一つの開口部(3)を有し、圧電層(5)は高
い圧電結合係数kを有しテクスチャされている。本発明
は、超音波変換器、及び、超音波変換器のアレイを製造
する方法に更に関わる。
Description
1の電極と、圧電層と、第2の電極とを夫々が有し、上
記基板が、膜と一つの側で隣り合う少なくとも一つの開
口部を有する超音波変換器のアレイに関わる。本発明
は、更に、超音波変換器、及び、超音波変換器を製造す
る方法に関わる。
は、磁気ひずみ或いは圧電効果を利用する電気音響変換
器を用いて行われる。超音波は、今日では技術的に容易
に実現できるため、幅広く使用されている。従って、超
音波は、医学診断又は非破壊材料試験において画像を生
成するために使用される。
は、圧電効果に基づいている。実際、一次元の又は二次
元のアレイシステムが単一の変換器システムに加えて最
も使用されている。二次元アレイシステムは、三次元画
像を表示することに関して特に好ましい。
kHz乃至数MHzの周波数でAC場において、又は、
特に画像生成のいずれかにおいて、数MHzの基礎周波
数及び100%までの相対帯域幅の短い発振バーストに
よって行われる。場の方向における圧電素子の往復運動
は、例えば、水又は生物学的組織のような結合された媒
体中で連続的な又は脈打つ超音波を生成する。組織の密
度に依存して変化する反射、及び、路の長さと共に変化
するスループット時間は、医学診断における画像生成の
ために利用される。
ックブロックから製造されている。正確に定められた寸
法を有し、上側及び下側に電極のある圧電セラミックブ
ロックは、実装予備的形成品においてアレイに取り付け
られる。
御回路が別個で構成され、システム中に組み込まれ得な
い点である。
は、いわゆる圧電マイクロマシン超音波変換器(PMU
T)によって形成される。圧電超音波変換器のアレイ
は、シリコン上に直接的に設けられる。このような超音
波変換器は、シリコン基板以外に第1の電極、圧電層、
及び、第2の電極が設けられる膜を有する。膜は、開口
部が形成されるようシリコンをエッチングすることを通
じて簡単に得られ得る。圧電素子の長さにおける変化
は、膜を振動させるように励起させる。このような超音
波変換器のアレイを製造するためには、一つのシリコン
基板上に幾つかの膜を形成するよう幾つかの開口部が生
成される。
6,292から公知である。圧電層のために使用される
材料は、例えば、ZnO、AlN、LiNbO4、Pb
Zr xTi1−xO3(O<x<1)、BaTiO3、
又は、SrTiO3のようなセラミック材料である。
て、特に高い圧電結合係数kの材料が要求される。
い圧電結合係数kの圧電層を有する改善された超音波変
換器を提供することを目的とする。
と、第1の電極と、圧電層と、第2の電極とを夫々有
し、上記基板が、膜と一つの側で隣り合う開口部を少な
くとも一つ有する超音波変換器のアレイを用いて実現さ
れ、このとき上記圧電層はテクスチャ表面である。
ャリングすることを通じて圧電結合係数kが明らかに増
加される。
い。
合、完全に理想的なテクスチャ模様が得られる。
ことも更に好ましい。
ることは、圧電層の材料をテクスチャ構造で提供するこ
とを可能にする。
r、Niのドープ剤又はこれらドープ剤の組み合せを有
する、及び、有しない
しい。
られることが有利である。
上にある層との間の化学的相互作用を防止する。
置されることが好ましい。
り、圧電層のポールされた動作が可能となる。
とも好ましい。
と第2の電極との間に配置されることが更に好ましい。
配置によって減少される。
少なくとも一つの電極が反対の極性を有することが有利
であり、同じ極性の電極は並列に結合される。
減少される。
圧電層と、第2の電極とを夫々有し、上記基板が、膜と
一つの側で隣り合う少なくとも一つの開口部を有する超
音波変換器のアレイに関わり、このアレイは膜の圧電層
に面する側に障壁層が設けられることを特徴とする。
上にある層との間の化学的相互作用を防止する。
チャ構造の電極であることが好ましい。
げ剛性を有することが更に好ましい。
電層の厚さよりも大きいことが有利である。
れる。
に有利である。
圧電層と、第2の電極とを夫々有し、基板が、膜と一つ
の側で隣り合う少なくとも一つの開口部を有する超音波
変換器に更に関わり、上記圧電層はテクスチャ構造の層
である。
圧電層と、第2の電極とを夫々有し、基板が、膜と一つ
の側で隣り合う少なくとも一つの開口部を有する超音波
変換器のアレイを製造する方法に更に関わり、このとき
上記圧電層はテクスチャ構造で製造される。
を参照して以下に詳細に説明する。
例は、例えば、シリコン、(100)配向又は(11
1)配向を有するシリコン、(100)配向を有するM
gO、LaAlO3、サファイア、GaAs、例えば、
ZrO2或いはAl2O3のようなセラミック材料、例
えば、平坦化層を夫々有するZrO2或いはAl2O3
のようなセラミック材料、ガラスセラミック材料、又
は、ガラス材料を有し得る基板1を含む。無機材料、有
機材料、又は、無機及び有機材料の組み合せを有し得る
膜2が基板1に設けられる。使用される無機材料は、例
えば、SiC、SiO2、多結晶シリコン、Si
3N4、又は、これら材料から成る積層システムでもよ
い。少なくとも一つの開口部3がエッチング又はスタン
ピングを手段として基板1に形成される。開口部3は、
膜2と一つの側で隣り合う。開口部3上にある膜2は、
この開口部により振動することが可能である。基板1
が、配向、例えば、(100)配向を有するMgOの材
料を有する場合、開口部3が基板1を完全に通らず、薄
層が残留し膜2を形成することが好ましくなり得る。
極は、例えば、50nm乃至1μmの層の厚さを有する
Pt、1乃至20nmの層の厚さを有するTi/20乃
至600nmの層の厚さを有するPt、1乃至20nm
の層の厚さを有するTi/20乃至600nmの層の厚
さを有するPt、1乃至20nmの層の厚さを有するT
i、
電層5の層の厚さは、1乃至50μmであることが好ま
しい。より高い帯域幅を実現するためには、高い圧電結
合係数kの材料が圧電層5に使用される。第2の電極6
が圧電層5に設けられ、この電極は、例えば、Al、S
iでドーピングされたAl、CuでドーピングされたA
l、50nm乃至1μmの層の厚さを有するPt、1乃
至20nmの層の厚さを有するTi/20乃至600n
mの層の厚さを有するPt、1乃至20nmの層の厚さ
を有するTi/20乃至600nmの層の厚さを有する
Pt、1乃至20nmの層の厚さを有するTi、
6は、圧電層5の横方向のポール動作のために圧電層5
の横の両端に配置されてもよい。変換器の電気インピー
ダンスを減少するために、更なる電極が圧電層5の端の
間で横方向に分散されてもよい。例えば、4つの電極が
圧電層5の横の表面にわたって別個の位置で形成されて
もよく、このとき交流の極性を有する交番電極、及び、
同じ極性を有する電極は減少された電気インピーダンス
のために並列して結合される。
けられることも有利である。この障壁層7は、膜2とそ
の上にある層、例えば、第1の電極4又は圧電層5との
間の可能な化学的相互作用を防止する。障壁層7は、例
えば、Al2O3、ZrO2、TiO2、HfO2、Mg
O、又は、LaAlO3、並びに幾つかのこれら材料の
合成物を有してもよい。更に、テクスチャ構造の電極が
障壁層7上に容易に形成され得る。障壁層7は、膜の層
の曲げ剛性よりも実質的に少ない曲げ剛性を有すること
が好ましい。この特性は、障壁層7の厚さと共に、変換
器の中立面と圧電層5との間の距離を圧電層5の厚さよ
りも幾らか大きくすることを可能にし、変換器の有効な
結合係数を改善する。障壁層7が圧電層5よりも厚いこ
とが好ましい。
の電流供給接触9を通じて圧電層5に印加され得、各電
流供給接触部は夫々の電極4、6に接続され、圧電層5
は従って振動され得る。圧電層5が音響エネルギーによ
って励起される場合、結果となる電圧は、第1の及び第
2の電流供給接触部8、9を通じて切断され、測定され
得る。
料の組み合せの保護層は、超音波変換器全体にわたって
設けられてもよい。使用される有機材料は、例えば、ポ
リベンゾシクロブテン又はポリイミドでもよく、無機材
料は、例えば、Si3N4、SiO2、又はSixOy
Nz(0<x<1、0<y<1、0<z<1)でもよ
い。
を実現するために好ましくはカラム型成長でテクスチャ
される。テクスチャ構造の圧電層5中の圧電材料の結晶
は、外部のサンプリング幾何学に対して好ましい方向を
有し、夫々の結晶学的向きに関して互いに対して統計的
にランダムに配置されていない。
ル・ゲル処理、スパッタリング、CVD(化学気相成
長)処理、又は、印刷技法のような薄膜処理を用いて実
現されてもよい。圧電層5は、予め焼結され機械的に処
理された圧電材料の層を結合又は接着することで第1の
電極4上に設けられてもよい。
レイン成長(DGG)方法によって形成される。この方
法では、多結晶層が単結晶テンプレート上に設けられ
る。多結晶層は、高温で加熱することでテクスチャ構造
の単結晶層に変換される。
強誘電体、電気歪材料、並びに特別な圧電材料である。
従って、例えば、La、Mn、Fe、Sb、Sr、Ni
のドープ剤又はこれらドープ剤の組み合せを有する、及
び、有しない
構造の障壁層7、又は、テクスチャ構造の膜2上への圧
電層5の構成された堆積は、圧電層5のテクスチャ構造
に影響を与えることができる。
1)配向を有するPtの第1の電極4を用いることで
(111)配向を有する圧電層を成長することができ
る。(111)配向を有するPtの熱的に予熱された第
1の電極を使用することで、(100)及び(111)
配向、又は、(100)配向だけの圧電層を成長するこ
とが可能となる。
された第1の電極4上に堆積する以外に圧電層5の材料
の成長に影響を与える別の方法が使用されてもよい。
障壁層7を使用することは、(100)配向を有するP
tを第1の電極4として成長することを可能にする。結
果として、上記圧電材料は、テクスチャ構造の層の形態
でテクスチャ構造の第1の電極4上で成長され得る。
アニーリングのような更なる処理を通じて単結晶状態の
方に更に改善され得る。
するためには、第1の電極4上に核生成された層が設け
られてもよい。
圧電層5におけるセラミック材料を極性化することであ
る。セラミック材料は、第1の及び第2の電極4、6に
バイアス電圧を印加することを通じて場の方向に分極さ
れ得る。
1の電極4は、圧電層5の下に配置され、第2の電極6
は圧電層5の上に配置される。第1の及び第2の電流供
給接触部8、9を通じて電極4、6にAC電圧を印加す
ることは、圧電層5を縦方向又は層の厚さに対して垂直
な横方向に振動するように励起させる。
側、例えば、膜2と反対側にだけ構成された方法で設け
られてもよい。この場合、AC電圧を印加することは、
層の面において圧電層5を縦方向に振動にさせるように
励起させる。核生成層は、この場合、成長、結晶度、及
び配向のために障壁層7に設けられてもよい。
又はSi3N4、或いは、これら材料の組み合せの絶縁
層を有してもよい。
に設けられてもよい。超音波変換器の一次元の又は二次
元のアレイは、個々の超音波変換器の適切な電気接続を
通じて製造され得る。圧電層5と、第1の及び第2の電
極4、6と、存在するならば核生成層とは、個々の超音
波変換器が互いから空間的に分離されるようにしてこの
場合構成される。
ために基板1上に形成される。この目的のために、適切
な材料の層が基板1上に堆積されてもよい。開口部3
は、エッチング処理を手段として基板1中に形成されて
もよく、この開口部は、基板1を完全に通り、膜によっ
て一つの側に境界が付けられる。
エッチングされ、それにより薄層が残留し、膜2とな
る。
第1の電極4は、開口部3が存在する基板の全ての場所
において適用可能であれば膜2又は障壁層7に設けられ
る。テクスチャ構造の圧電層5は、各第1の電極4上に
設けられ、第2の電極6は各圧電層5の上に設けられ
る。第1の及び第2の電極4、6には、第1の及び第2
の電流供給接触8、9が夫々設けられる。
延在してもよい。この目的のためには、開口部3の相互
に対向する領域にある膜2の一部分は、例えば、エッチ
ング又はスパッタリングを通じて除去される。膜2の共
振振動数及び音響インピーダンスは、この対策によって
音響的に振動されるよう媒体に適合され得る。
す。本実施例では、開口部3の相互に対向する領域にあ
る膜2の一部分が例えば、エッチング又はスパッタリン
グを手段として除去される。更に、例えば、障壁層7、
第1の電極4、圧電層5、及び、第2の電極6のような
膜2の上にある層の幅は、最大でも開口部3と隣り合う
膜2の領域位の幅である。層は、従って、図2に対して
垂直にとられる断面で基板1に接続されている。
換器の製造は、代替の方法で行われてもよい。このため
には、最初に基板1が例えば、ZrO2或いはAl2O
3のようなセラミックパウダー、及び有機結合剤からフ
ィルムキャスティング処理において製造される。開口部
は、超音波変換器のアレイに対して要求される数におい
てスタンピング処理で基板1中に形成される。このとき
基板は、セラミック材料のフィルムで完全に覆われ、ラ
ミネートされ、焼結される。第1の電極4は、開口部3
がある基板1中の全ての場所において焼結された膜2の
上に設けられる。核生成層、例えば、Bi4Ti3O
12を有する核生成層は、各電極4に設けられる。核生
成層は、第1の電極4を部分的に、好ましくはその10
%を覆う。このとき圧電層5のセラミック材料が核生成
層上に、好ましくは厚フィルム処理で設けられ、127
5℃でテクスチャ構造で焼結される。圧電層5において
どの配向が存在するかは、セラミック材料の正確な組成
及びドーピングに依存する。最後に、第2の電極6は、
核圧電層5上に設けられ、各電極4、6は夫々の電流供
給接触部8、9を具備する。
層5を製造するために使用されてもよく、例えば、テク
スチャ構造の基板1、テクスチャ構造の障壁層7、又
は、テクスチャ構造の第1の電極4を使用してもよい。
換器の構成、及び、様々な層及び/又は開口部3の成形
における代替物は、当業者に公知である。
し、本発明がどのようにして実際に実現されるかを示
す。 実施例1 超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びS
iO2の絶縁層を有するシリコン基板1を有する。反対
側には、SiO2/Si3N4/SiO2の積層システ
ムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一つの
側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。TiO2の
障壁層7が膜2上にある。Ti/Ptの第1の電極4
は、基板1中の開口部3がエッチングされた全ての場所
において障壁層7に設けられる。第1の電極4のPtを
含む層は、(111)配向を有するように成長される。
(100)配向及び(111)配向を有するPbZr
0.3 5Ti0.65O3の層は、圧電層5を形成する
よう各第1の電極4上に設けられる。Ptの第2の電極
6は、各圧電層5上に設けられる。各超音波変換器の第
1の及び第2の電極4、6は、第1の及び第2の電流供
給接触部8、9に夫々接続されている。個々の超音波変
換器は、一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基
板1に電気的に接続されている。個々の超音波変換器夫
々に高められた温度でバイアス電圧を印加することは、
圧電層5中のセラミック材料を場の方向に分極する。そ
れにより、超音波変換器夫々が非常に高い圧電結合係数
kを有する超音波変換器のアレイが得られる。 実施例2 超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びS
iO2の絶縁層を有するシリコン基板1を有する。反対
側には、SiO2/多結晶シリコン/SiO2の積層シ
ステムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一
つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。TiO
2の障壁層7が膜2上にある。Ti/Ptの第1の電極
4は、基板1中の開口部3がエッチングされた全ての場
所において障壁層7に設けられる。第1の電極4のPt
を含む層は、(111)配向を有するように成長される
PbZr0.35Ti0.65O3。の薄い核生成層
は、各第1の電極4に設けられる。(001)配向を有
するPb(Zn1/3Nb2 /3)O3−PbTiO3
の層は、圧電層5を形成するよう各核生成層に生長され
る。各超音波変換器の第1の及び第2の電極4、6は、
第1の及び第2の電流供給接触部8、9に夫々接続され
ている。個々の超音波変換器は、一次元アレイの超音波
変換器が得られるよう基板1に電気的に接続されてい
る。個々の超音波変換器夫々に高められた温度でバイア
ス電圧を印加することは、圧電層5中のセラミック材料
を場の方向に分極する。それにより、超音波変換器夫々
が非常に高い圧電結合係数kを有する超音波変換器のア
レイが得られる。 実施例3 超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びS
iO2の絶縁層を有するシリコン基板1を有する。反対
側には、SiO2/多結晶シリコン/SiO2の積層シ
ステムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一
つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。TiO
2の障壁層7が膜2上にある。Ti/Ptの第1の電極
4は、基板1中の開口部3がエッチングされた全ての場
所において障壁層7に設けられる。第1の電極4のPt
を含む層は、(111)配向を有するように成長され
る。PbZr0.35Ti0.65O3の薄い核生成層
は、各第1の電極4に設けられる。(001)配向及び
(111)配向を有するPb(Mg1/3Nb2/3)
O3−PbTiO3の層は、圧電層5を形成するよう各
核生成層に生長される。各超音波変換器の第1の及び第
2の電極4、6は、第1の及び第2の電流供給接触部
8、9に夫々接続されている。個々の超音波変換器は、
一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基板1に電
気的に接続されている。個々の超音波変換器夫々に高め
られた温度でバイアス電圧を印加することは、圧電層5
中のセラミック材料を場の方向に分極する。それによ
り、超音波変換器夫々が非常に高い圧電結合係数kを有
する超音波変換器のアレイが得られる。 実施例4 超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びS
iO2の絶縁層を支持するシリコンの基板1を有する。
反対側には、SiO2/多結晶シリコン/SiO2の積
層システムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2
と一つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。開
口部3の相互に対向する領域にある膜2の一部分は、エ
ッチングを手段として除去される。ZrO2の障壁層7
が膜2上にある。Ti/Ptの第1の電極4は基板1中
の、開口部3がある全ての場所において障壁層7に設け
られる。第1の電極4のPtを含む層は、(111)配
向を有するように成長される。PbZr0.35Ti
0.65O3の薄い核生成層は、各第1の電極4に設け
られる。(001)配向及び(111)配向を有するP
b(Ni1/3Nb2/3)O3−PbTiO3の層
は、圧電層5を形成するよう各核生成層に生長される。
TiW/Alの第2の電極6は、各圧電層5上にある。
膜の上にある層の幅は、開口部3の領域において最大で
も膜2の幅である。各超音波変換器の第1の及び第2の
電極4、6は、第1の及び第2の電流供給接触部8、9
に夫々接続されている。個々の超音波変換器は、一次元
アレイの超音波変換器が得られるよう基板1に電気的に
接続されている。これにより、超音波変換器夫々が非常
に高い圧電結合係数kを有する超音波変換器のアレイが
得られる。 実施例5 超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びS
iO2の絶縁層を有するシリコンの基板1を含む。反対
側には、SiO2/多結晶シリコン/SiO2の積層シ
ステムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一
つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。(10
0)配向を有するMgOの障壁層7が膜2上にある。P
bZr0.35Ti0.65O3の薄い核生成層は、基
板1中の開口部3がある全ての場所において障壁層7に
設けられる。(001)配向を有するPb(Zn1/3
Nb2/3)O3−PbTiO3の層は、圧電層5とし
て各核生成層上に設けられる。TiW/Alの第1の及
び第2の電極4、6は各圧電層5上にある。2つの電極
4、6は、圧電層5の上側にある2つの電極表面が毎回
超音波変換器を形成するように構成される。各超音波変
換器の第1の及び第2の電極4、6は、第1の及び第2
の電流供給接触部8、9に夫々接続されている。個々の
超音波変換器は、一次元アレイの超音波変換器が得られ
るよう基板1に電気的に接続されている。これにより、
各超音波変換器が非常に高い圧電結合係数kを有する超
音波変換器のアレイが得られる。 実施例6 超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びS
iO2の絶縁層を有するシリコンの基板1を含む。反対
側には、SiO2/Si3N4の積層システムから成る
膜2が設けられる。基板1は、膜2と一つの側で夫々隣
り合う複数の開口部3を有する。(100)配向を有す
るMgOの障壁層7が膜2上にある。(100)配向を
有しランタン及びマンガンでドーピングされたPbZr
0.15Ti0.85O3の層は、圧電層5を形成する
よう障壁層7に成長される。Ptの第1の及び第2の電
極4、6が各圧電層5上にある。2つの電極4、6は、
圧電層5の上側にある2つの電極表面が毎回超音波変換
器を形成するように構成される。超音波変換器の第1の
及び第2の電極4、6は、第1の及び第2の電流供給接
触部8、9に夫々接続されている。個々の超音波変換器
は、一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基板1
に電気的に接続されている。個々の超音波変換器夫々に
高められた温度でバイアス電圧を印加することは、圧電
層5中のセラミック材料を場の方向に分極する。これに
より、超音波変換器夫々が非常に高い圧電結合係数kを
有する超音波変換器のアレイが得られる。 実施例7 超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びS
iO2の絶縁層を有するシリコン基板1を有する。反対
側には、SiO2/Si3N4/SiO2の積層システ
ムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一つの
側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。(100)
配向を有するMgOの障壁層7が膜2上にある。Ti/
Ptの第1の電極4は、基板1中の開口部3がある全て
の場所において障壁層7に設けられる。第1の電極4の
Ptを含む層は、(100)配向を有するように成長さ
れる。PbZr0.35Ti0.65O3の薄い核生成
層は、各第1の電極4に設けられる。(001)配向を
有するPb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO
3の層は、圧電層5を形成するよう各核生成層に生長さ
れる。Ptの第2の電極6が各圧電層5上にある。各超
音波変換器の第1の及び第2の電極4、6は、第1の及
び第2の電流供給接触部8、9に夫々接続されている。
個々の超音波変換器は、一次元アレイの超音波変換器が
得られるよう基板1に電気的に接続されている。これに
より、超音波変換器夫々が非常に高い圧電結合係数kを
有する超音波変換器のアレイが得られる。 実施例8 超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びS
iO2の絶縁層を有するシリコン基板1を有する。反対
側には、SiO2/Si3N4/SiO2の積層システ
ムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一つの
側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。(100)
配向を有するMgOの障壁層7が膜2上にある。Ti/
Ptの第1の電極4は、基板1中の開口部3がある全て
の場所において障壁層7に設けられる。第1の電極4の
Ptを含む層は、(100)配向を有するように成長さ
れる。(001)配向を有するPb(Zn1/3Nb
2/ 3)O3−PbTiO3の層は、圧電層5を形成す
るよう各第1の電極4に生長される。Ptの第2の電極
6が各圧電層5上にある。各超音波変換器の第1の及び
第2の電極4、6は、第1の及び第2の電流供給接触部
8、9に夫々接続されている。個々の超音波変換器は、
一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基板1に電
気的に接続されている。これにより、超音波変換器夫々
が非常に高い圧電結合係数kを有する超音波変換器のア
レイが得られる。 実施例9 超音波変換器のアレイは、一方の側にSi3N4及びS
iO2の絶縁層を有するシリコン基板1を有する。反対
側には、SiO2/多結晶シリコン/SiO2の積層シ
ステムから成る膜2が設けられる。基板1は、膜2と一
つの側で夫々隣り合う複数の開口部3を有する。(10
0)配向を有するMgOの障壁層7が膜2上にある。P
bZr0.35Ti0.65O3の薄い核生成層は基板
1の開口部3がある全ての場所において障壁層7に設け
られる。(001)配向を有するPb(Mg1/3Nb
2/3)O3−PbTiO3の層は、圧電層5を形成す
るよう各核生成層に生長される。TiW/Alの第1の
及び第2の電極4、6は、各圧電層5上にある。2つの
電極は、圧電層5の上側にある2つの電極表面が毎回超
音波変換器を形成するように構成される。各超音波変換
器の第1の及び第2の電極4、6は、第1の及び第2の
電流供給接触部8、9に夫々接続されている。これら
は、一次元アレイの超音波変換器が得られるよう基板1
上の他の超音波変換器に電気的に接続されている。 実施例10 超音波変換器のアレイは、平均的な粒の大きさが0.4
μmのイットリウム安定化されたZrO2及び適切な有
機結合剤からフィルムキャスティング処理で製造される
400μmの厚さの基板1を有する。開口部3は、超音
波変換器の予想されるアレイに対して必要な数のスタン
ピング処理で基板1中に形成される。開口部3は、基板
の中を完全に通る。基板1は、その後第2の、10μm
の厚さのフィルムのイットリウム安定化されたZrO2
で完全に覆われ、ラミネートされ、焼結される。それに
より、焼結された膜2を有する基板1が得られる。Pt
の第1の電極4は、基板1中の開口部がある全ての場所
において焼結された膜2に設けられる。第1の電極4
は、2乃至5μmの平均的な径を有するBi4Ti3O
12の針状結晶の核生成層で約10%コーティングされ
る。針状結晶は、第1の電極4上に平坦におかれ、それ
により、好ましい方向を示し、その後の焼結処理におい
て結晶核として機能する。次に30μmの厚さのセラミ
ックパウダーの形態で厚フィルム処理において各核生成
層上にPb(Sc1/3Nb2/3)O 3−PbTiO
3が設けられ、1275℃でテクスチャ構造で焼結され
る。Agの夫々の第2の電極6がその後に設けられる。
第1の及び第2の電極4、6夫々には第1の及び第2の
電流供給接触部8、9が設けられ、一次元のアレイの超
音波変換器が得られるように基板1上の他の超音波変換
器と接続される。
る。
Claims (17)
- 【請求項1】 基板と、膜と、第1の電極と、圧電層
と、第2の電極とを夫々有し、上記基板が、上記膜と一
つの側において隣り合う少なくとも一つの開口部を有す
る超音波変換器のアレイであって、 上記圧電層がテクスチャ構造の層である超音波変換器の
アレイ。 - 【請求項2】 上記圧電層が単結晶層であることを特徴
とする請求項1記載の超音波変換器のアレイ。 - 【請求項3】 一方の電極の材料がテクスチャされてい
ることを特徴とする請求項1記載の超音波変換器のアレ
イ。 - 【請求項4】 上記圧電層が、La、Mn、Fe、S
b、Sr、Niのドープ剤又はこれらドープ剤の組み合
わせを有する、及び、有しない 【表1】 からなる群から選択される材料を有することを特徴とす
る請求項1記載の超音波変換器のアレイ。 - 【請求項5】 上記膜の上記圧電層に面する側に障壁層
が設けられることを特徴とする請求項1記載の超音波変
換器のアレイ。 - 【請求項6】 上記第1の及び上記第2の電極が上記圧
電層の両端に配置されることを特徴とする請求項1記載
の超音波変換器のアレイ。 - 【請求項7】 上記電極が上記圧電層の同じ表面上に配
置されることを特徴とする請求項6記載の超音波変換器
のアレイ。 - 【請求項8】 少なくとも一つの更なる電極が上記第1
の電極と上記第2の電極との間に配置されることを特徴
とする請求項6記載の超音波変換器のアレイ。 - 【請求項9】 少なくとも2つの電極が同じ極性を有
し、少なくとも一つの極性が反対の極性を有し、上記同
じ極性の電極が並列に結合されることを特徴とする請求
項8記載の超音波変換器のアレイ。 - 【請求項10】 上記電極が同心環を形成することを特
徴とする請求項6記載の超音波変換器のアレイ。 - 【請求項11】 基板と、膜と、第1の電極と、圧電層
と、第2の電極とを夫々有し、上記基板が、上記膜と一
つの側において隣り合う少なくとも一つの開口部を有す
る超音波変換器のアレイであって、 上記膜の上記圧電層に面する側に障壁層が設けられるこ
とを特徴とする超音波変換器のアレイ。 - 【請求項12】 一方の電極が上記障壁層に形成される
テクスチャ構造の電極であることを特徴とする請求項1
1記載の超音波変換器のアレイ。 - 【請求項13】 上記障壁層が上記膜の層の曲げ剛性よ
りも小さい曲げ剛性を有することを特徴とする請求項1
1記載の超音波変換器のアレイ。 - 【請求項14】 変換器の中立面と上記圧電層との間の
距離が上記圧電層の厚さよりも大きいことを特徴とする
請求項13記載の超音波変換器のアレイ。 - 【請求項15】 上記障壁層が上記圧電層よりも厚いこ
とを特徴とする請求項11記載の超音波変換器のアレ
イ。 - 【請求項16】 基板と、膜と、第1の電極と、圧電層
と、第2の電極とを有し、上記基板が、上記膜と一つの
側において隣り合う少なくとも一つの開口部を有する超
音波変換器であって、 上記圧電層がテクスチャ構造の層である超音波変換器。 - 【請求項17】 基板と、膜と、第1の電極と、圧電層
と、第2の電極とを夫々有し、上記基板が、上記膜と一
つの側において隣り合う少なくとも一つの開口部を有す
る超音波変換器のアレイを製造する方法であって、 上記圧電層がテクスチャ構造で製造される方法。
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