JP2021019927A - 超音波探触子および超音波検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】整合回路を有する小型の超音波探触子を実現する。【解決手段】超音波探触子は、キャビティを有するキャビティ層と、該キャビティ層の上にそれぞれ位置している、接続部、整合回路および超音波トランスデューサと、を備えている。接続部が、超音波トランスデューサとの間で電気信号の送受信を行う送受信部を電気的に接続することが可能であるとともに、整合回路を介して超音波トランスデューサに接続している状態で位置している。超音波トランスデューサが、キャビティの上に位置しているとともに第１電極と第２電極とを有する超音波振動子を含む。整合回路が、送受信部のインピーダンスと超音波トランスデューサのインピーダンスとを整合させるための回路であり、インダクタおよびキャパシタのうちの少なくとも一方を含む。【選択図】図５

Description

本開示は、超音波探触子および超音波検出装置に関する。

被検体に対する超音波の送波および被検体からの反射波の受波を行う超音波探触子が知られている。

このような超音波探触子として、発振体、パルサー基板、レシーバ基板および整合回路基板を備えたものが提案されている（例えば、下記の特許文献１の記載を参照）。ここで、発振体は、被検体に超音波を送波するとともに反射波を受波して電気信号に変換して出力する。また、パルサー基板は、発振体に対して、発振体が超音波を送波するための駆動パルスを生成する。また、レシーバ基板は、発振体が出力した電気信号を増幅する。そして、パルサー基板とレシーバ基板とは整合回路基板を介して電気的に接続されている。

特開２００９−３００２３３号公報

整合回路を有する超音波探触子については、小型化を図る点で改善の余地がある。

超音波探触子および超音波検出装置が開示される。

本開示の超音波探触子の一態様は、キャビティを有するキャビティ層と、前記キャビティ層の上にそれぞれ位置している、接続部、整合回路および超音波トランスデューサと、を備えている。前記接続部が、前記超音波トランスデューサとの間で電気信号の送受信を行う送受信部を電気的に接続することが可能であるとともに、前記整合回路を介して前記超音波トランスデューサに接続している状態で位置している。前記超音波トランスデューサが、前記キャビティの上に位置しているとともに第１電極と第２電極とを有する超音波振動子を含む。前記整合回路が、前記送受信部のインピーダンスと前記超音波トランスデューサのインピーダンスとを整合させるための回路であり、インダクタおよびキャパシタのうちの少なくとも一方を含む。

本開示の超音波検出装置の一態様は、上記一態様の超音波探触子と、前記接続部に対して電気的に接続している状態で位置している前記送受信部と、を備えている。

例えば、整合回路を有する小型の超音波探触子を実現することができる。

図１は、第１実施形態に係る超音波検出装置の構成の一例を示す図である。 図２（ａ）は、図１のIIａ部におけるカテーテル部の先端部分を含む構成の一例を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のIIｂ−IIｂ線に沿ったカテーテル部の仮想的な切断面部の一例を示す図である。 図３は、第１実施形態に係る超音波検出装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。 図４は、第１実施形態に係る超音波探触子の回路構成の一例を示す図である。 図５は、第１実施形態に係る超音波探触子の構成の一例を示す平面図である。 図６（ａ）は、図５のＶＩａ−ＶＩａ線に沿った超音波探触子の仮想的な切断面部の一例を示す図である。図６（ｂ）は、図５のＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿った超音波探触子の仮想的な切断面部の一例を示す図である。図６（ｃ）は、図５のＶＩｃ−ＶＩｃ線に沿った超音波探触子の仮想的な切断面部の一例を示す図である。図６（ｄ）は、図５のＶＩｄ−ＶＩｄ線に沿った超音波探触子の仮想的な切断面部の一例を示す図である。 図７は、第１実施形態に係る超音波探触子の製造フローの一例を示す流れ図である。 図８（ａ）は、第２実施形態に係る超音波探触子の回路構成の一例を示す図である。図８（ｂ）は、第３実施形態に係る超音波探触子の回路構成の一例を示す図である。 図９は、図５のＶＩｄ−ＶＩｄ線に沿った切断面部に対応する第５実施形態に係る超音波探触子の仮想的な切断面部の一例を示す図である。 図１０（ａ）は、第６実施形態に係る超音波探触子のうちの第２導体層の構成の一例を示す平面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＸｂ−Ｘｂ線に沿った超音波探触子の仮想的な切断面部の一例を示す図である。

被検体に対する超音波の送波および被検体からの反射波の受波を行う超音波探触子が知られている。

この超音波探触子として、パルサー基板と、レシーバ基板と、がそれぞれ整合回路基板を介して発振体に対して電気的に接続された超音波探触子が考えられる。ここで、発振体は、被検体に超音波を送波するとともに反射波を受波して電気信号に変換して出力する。パルサー基板は、発振体が超音波を送波するための駆動パルスを生成する。レシーバ基板は、発振体が出力した電気信号を増幅する。

ところで、例えば、超音波の反射を測定することで血管内部の断層画像をリアルタイムで見ることができる血管内超音波検査法（ＩＶＵＳ：Intravascular Ultrasound）を実行可能な超音波検出装置が知られている。この超音波検出装置は、一般に、超音波探触子と、この超音波探触子との間で信号の送受信を行う送受信部を含むパルサーレシーバと、がカテーテル内のケーブルで電気的に接続している構成を有する。超音波検出装置では、例えば、超音波探触子内のトランスデューサが、パルサーレシーバによるカテーテル内の信号用のケーブルを介した駆動用の送信信号の付与に応答して、超音波を発生する。そして、トランスデューサは、血管の各部で反射した超音波を受けて受信信号を生じる。この受信信号は、例えば、カテーテル内の信号用のケーブルを介してパルサーレシーバに送られる。

このＩＶＵＳを実行可能な超音波検出装置では、例えば、パルサーレシーバに送信される受信信号の電圧の向上を目的として、パルサーレシーバのインピーダンスとトランスデューサ部のインピーダンスとを整合させるための整合回路を超音波探触子に設けることが考えられる。その一方で、超音波探触子には、例えば、血管内に挿入するための小型化が求められる。

このような問題は、ＩＶＵＳを実行可能な超音波検出装置だけに限られず、超音波探触子を狭い空間または限定された場所に配置するような用途で使用される小型の超音波探触子を有する超音波検出装置一般に共通する。

そこで、本発明者らは、整合回路を有する超音波探触子について、小型化を図ることができる技術を創出した。

これについて、以下、各種実施形態を図面に基づいて説明する。図面においては同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。図面は模式的に示されたものである。図５から図６（ｄ）および図９から図１０（ｂ）には、右手系のＸＹＺ座標系が付されている。このＸＹＺ座標系では、基体Ｓｓ１の厚さの方向が＋Ｚ方向とされている。また、このＸＹＺ座標系では、基体Ｓｓ１の１つの辺に沿った方向が＋Ｘ方向とされ、＋Ｘ方向と＋Ｚ方向との両方に直交する方向が＋Ｙ方向とされている。

＜１．第１実施形態＞
第１実施形態に係る超音波検出装置１００は、人体を含む生体用のカテーテルを用いた検査装置である。第１実施形態に係る超音波検出装置１００について、図１から図６（ｄ）に基づいて説明する。

＜１−１．超音波検出装置の概略的な構成＞
図１で示されるように、超音波検出装置１００は、例えば、ガイドワイヤ１、カテーテル部２、ケーブル部３、本体制御ユニット４および駆動機構５を備えている。

ガイドワイヤ１は、生体のうちの処理の対象物（被検体ともいう）としての管状体の蛇行および湾曲している管腔における所望の場所にカテーテル部２を導くための線状の部材である。ここで、管状体は、例えば、蛇行および湾曲している血管などを含み得る。このような血管は、例えば、心臓冠動脈、脳の血管あるいは足の血管などを含み得る。管状体が血管である場合には、管腔は、血管の内腔である。

カテーテル部２は、被検体としての管状体に対して各種の処理を行うことが可能な細い管状の医療器具である。図２（ａ）および図２（ｂ）で示されるように、カテーテル部２は、例えば、細長い管状体２０と、この管状体２０の内部空間（管腔ともいう）２ｉｓ内に位置している細長いセンサ部２１と、を有する。

管状体２０は、先端２ｔｐにおいて、ガイドワイヤ１の先端１ｔｐを基準としてガイドワイヤ１が管状体２０の管腔２ｉｓ内に向けて挿通している状態にある孔部２ｔｈを有する。また、管状体２０は、ガイドワイヤ１が管腔２ｉｓから外部に引き出されるように挿通している孔部２ｏｐを有する。このため、ガイドワイヤ１に沿って管状体２０を摺り動かすことができる。これにより、例えば、血管内にガイドワイヤ１を挿入し、このガイドワイヤ１に沿って血管に管状体２０を挿入することができる。そして、例えば、この管状体２０に沿わせて病変部などの対象箇所までセンサ部２１を到達させることができる。

センサ部２１は、例えば、管状体２０の管腔２ｉｓ内において、管状体２０の長手方向において管状体２０に沿って移動可能である。また、センサ部２１は、例えば、このセンサ部２１の先端部２１ｔｐの近傍に位置している超音波探触子２２と、配線部Ｗ１と、を有する。超音波探触子２２は、例えば、被検体としての管状体との間で超音波の送受波を行うことができる。具体的には、超音波探触子２２は、例えば、本体制御ユニット４からケーブル部３および配線部Ｗ１を介して入力された電気信号ｓ１に応答して、センサ部２１の長手方向に沿った仮想的な軸（仮想軸ともいう）Ａｘ２に交差する方向に向けて超音波を送り出すことができる。これにより、超音波探触子２２は、例えば、被検体としての管状体に対して超音波を送る動作（送波ともいう）を実現することができる。また、超音波探触子２２は、例えば、超音波を受けて、この超音波を電気信号に変換することができる。この超音波探触子２２は、例えば、電気信号を増幅処理した上で、配線部Ｗ１を介して本体制御ユニット４に送ることができてもよい。

ケーブル部３は、例えば、長手方向の第１の端部でカテーテル部２に接続している状態で位置している。また、ケーブル部３は、例えば、長手方向の第２の端部において本体制御ユニット４に着脱可能に接続している状態で位置しているコネクタ３ｃを有する。このため、例えば、本体制御ユニット４は、ケーブル部３を介して、カテーテル部２との間で各種の信号の送受信が可能である。また、本体制御ユニット４は、例えば、ケーブル部３を介して、カテーテル部２に電力を供給してもよい。

駆動機構５は、例えば、管状体２０の管腔２ｉｓ内に位置しているセンサ部２１を、このセンサ部２１の長手方向に沿った仮想軸Ａｘ２を中心として機械的に回転せることができる。このため、例えば、超音波探触子２２は、仮想軸Ａｘ２を中心として１回転するごとに、被検体としての管状体の長手方向における１箇所について断層構造に係る電気信号を得ることができる。このようにして、機械的な回転によって超音波探触子２２が回転する方式は、機械式と称される。

本体制御ユニット４は、例えば、超音波検出装置１００における各部の動作を制御することができる。この本体制御ユニット４は、例えば、入力部４１、出力部４２および送受信部４ｐなどを有する。

入力部４１は、例えば、本体制御ユニット４を使用するユーザの動作などに応じた信号を入力することができる。入力部４１は、例えば、操作部、マイクおよび各種センサなどを含み得る。操作部は、ユーザの操作に応じた信号を入力することができるマウスおよびキーボードなどを含み得る。マイクは、ユーザの音声に応じた信号を入力することができる。各種センサは、ユーザの動きに応じた信号を入力することができる。

出力部４２は、例えば、各種情報を出力することができる。出力部４２は、例えば、表示部およびスピーカなどを含み得る。表示部は、例えば、各種情報をユーザが認識可能な態様で可視的に出力することができる。ここで、表示部は、入力部４１の少なくとも一部と一体化されたタッチパネルの形態を有していてもよい。スピーカは、例えば、各種情報をユーザが認識可能な態様で可聴的に出力することができる。出力部４２が出力する各種情報は、例えば、センサ部２１を用いて得られた、被検体としての管状体の断層構造に係る画像情報などを含み得る。

送受信部４ｐは、例えば、超音波探触子２２との間における電気信号の送受信および超音波探触子２２に対する電源電圧の付与を実行することができる。送受信部４ｐと超音波探触子２２との間において送受信される電気信号は、例えば、電圧信号および電流信号を含み得る。送受信部４ｐは、例えば、パルサーレシーバとも称される。また、送受信部４ｐは、内部抵抗を有しており、この内部抵抗によって、超音波探触子２２から受信する電流信号に応じた電圧を検出することができる。内部抵抗の電気抵抗は、例えば、５０Ω程度の所定の値に設定される。送受信部４ｐは、電流信号を増幅した後に、増幅後の電流信号に応じて内部抵抗によって電圧を検出するためのアンプ、または電流信号に応じて内部抵抗で発生させた電圧を増幅した後に検出するためのアンプ、を有していてもよい。

＜１−２．超音波検出装置における回路の構成＞
図３で示されるように、超音波検出装置１００は、送受信部４ｐと、超音波探触子２２と、を有する。配線部Ｗ１は、送受信部４ｐと、超音波探触子２２と、を電気的に接続している状態で位置している。ここでは、配線部Ｗ１が、超音波探触子２２の接続部（第１接続部ともいう）Ｃｒ１に対して電気的に接続している状態で位置している。この第１接続部Ｃｒ１は、例えば、超音波トランスデューサＴｒ１との間で電気信号の送受信を行う送受信部４ｐを電気的に接続することが可能な部分である。

図３で示されるように、配線部Ｗ１は、第１ｆ配線Ｗ１ｆおよび第１ｓ配線Ｗ１ｓを含む。

第１ｆ配線Ｗ１ｆは、例えば、送受信部４ｐと超音波探触子２２とを電気的に接続している状態で位置している。具体的には、第１ｆ配線Ｗ１ｆが、超音波探触子２２における第１接続部Ｃｒ１のうちの第１ｆ接続部Ｃｒ１ｆに対して電気的に接続している状態で位置している。第１ｆ配線Ｗ１ｆは、例えば、送受信部４ｐによって超音波探触子２２に基準の電位（基準電位ともいう）Ｖｏを付与することができる。第１実施形態では、基準電位Ｖｏは、例えば、所定の正の電位である＋１０Ｖなどに設定される。基準電位Ｖｏには、例えば、＋１Ｖから＋３０Ｖ程度の所定の正の電位が適用されてもよい。別の観点から言えば、第１ｆ配線Ｗ１ｆは、例えば、超音波探触子２２に対して電源を供給するための配線（電源線ともいう）としての機能を有する。

第１ｓ配線Ｗ１ｓは、例えば、送受信部４ｐと超音波探触子２２とを電気的に接続している状態で位置している。具体的には、第１ｓ配線Ｗ１ｓが、超音波探触子２２における第１接続部Ｃｒ１のうちの第１ｓ接続部Ｃｒ１ｓに対して電気的に接続している状態で位置している。この第１ｓ配線Ｗ１ｓは、例えば、送受信部４ｐから超音波探触子２２への電気信号の送信と、超音波探触子２２から送受信部４ｐへの電気信号の送信と、を実行することができる。

図３で示されるように、超音波探触子２２は、例えば、整合回路Ｍｃ１と、超音波トランスデューサＴｒ１と、を有する。

超音波トランスデューサＴｒ１は、例えば、送受信部４ｐからの整合回路Ｍｃ１を介した電気信号の付与に応答して、被検体に超音波を送る送波を実行することができる。また、超音波トランスデューサＴｒ１は、例えば、被検体からの超音波を受けて、この超音波を電気信号に変換することができる。超音波トランスデューサＴｒ１には、例えば、ｐＭＵＴ（Piezo Micromachined Ultrasonic Transducer）と称される圧電素子を用いたタイプのトランスデューサが適用される。

整合回路Ｍｃ１は、第１接続部Ｃｒ１と超音波トランスデューサＴｒ１との間に位置している。このため、第１接続部Ｃｒ１が、整合回路Ｍｃ１を介して超音波トランスデューサＴｒ１に電気に接続された状態で位置している。この整合回路Ｍｃ１は、例えば、送受信部４ｐのインピーダンスＺｉと、超音波トランスデューサＴｒ１のインピーダンスＺｌと、の整合（インピーダンス整合ともいう）を行うための回路である。例えば、整合回路Ｍｃ１は、送受信部４ｐ側から見える超音波トランスデューサＴｒ１のインピーダンスＺｉ^※を、送受信部４ｐのインピーダンスＺｉの複素共役とする。また、例えば、整合回路Ｍｃ１は、超音波トランスデューサＴｒ１側から見える送受信部４ｐのインピーダンスＺｌ^※を、超音波トランスデューサＴｒ１のインピーダンスＺｌの複素共役とする。このようなインピーダンス整合によって、例えば、送受信部４ｐと超音波トランスデューサＴｒ１との間における電気信号の伝送において、エネルギーの損失が生じにくく、電気信号の電圧が低下しにくい。これにより、例えば、送受信部４ｐは、超音波トランスデューサＴｒ１からの電気信号をより高い電圧で受信することができる。

図４で示されるように、整合回路Ｍｃ１は、例えば、インダクタＬ１とキャパシタＣ１とを有する。

図４の例では、第２ｆ配線Ｗ２ｆが、第１ｆ接続部Ｃｒ１ｆと超音波トランスデューサＴｒ１の第１電極Ｅ１とを電気的に接続している状態にある。第２ｓ配線Ｗ２ｓが、第１ｓ接続部Ｃｒ１ｓと超音波トランスデューサＴｒ１の第２電極Ｅ２とを電気的に接続している状態にある。そして、第２ｓ配線Ｗ２ｓの経路の途中にインダクタＬ１が位置している。換言すれば、インダクタＬ１は、超音波トランスデューサＴｒ１に対して電気的に直列に接続している。

インダクタＬ１および超音波トランスデューサＴｒ１は、第２接続部Ｃｒ２（第２ｓ接続部Ｃｒ２ｓおよび第２ｆ接続部Ｃｒ２ｆ）を介してキャパシタＣ１と電気的に接続している。具体的には、第２ｓ配線Ｗ２ｓのうちの第１ｓ接続部Ｃｒ１ｓとインダクタＬ１との間に位置している第２ｓ接続部Ｃｒ２ｓと、第２ｆ配線Ｗ２ｆのうちの第１ｆ接続部Ｃｒ１ｆと超音波トランスデューサＴｒ１との間に位置している第２ｆ接続部Ｃｒ２ｆと、の間にキャパシタＣ１が位置している。さらに具体的には、キャパシタＣ１の第３電極Ｅ３が、第２ｆ接続部Ｃｒ２ｆに電気的に接続しており、キャパシタＣ１の第４電極Ｅ４が、第２ｓ接続部Ｃｒ２ｓに電気的に接続している状態にある。換言すれば、キャパシタＣ１は、超音波トランスデューサＴｒ１に対して電気的に並列に接続している状態にある。

図４で示される整合回路Ｍｃ１の構成が採用されれば、例えば、超音波トランスデューサＴｒ１が６０メガヘルツ（ＭＨｚ）程度の狭帯域の周波数を有する超音波の送受波を行う際に、送受信部４ｐのインピーダンスＺｉと超音波トランスデューサＴｒ１のインピーダンスＺｌとの間におけるインピーダンス整合が実現される。ここでは、例えば、送受信部４ｐのインピーダンスＺｉと超音波トランスデューサＴｒ１のインピーダンスＺｌとの間における大小関係に応じて、スミスチャートなどを用いて、インダクタＬ１におけるコイルの巻き数およびキャパシタＣ１における容量の大きさが設定され得る。

＜１−３．超音波探触子の構成＞
図５から図６（ｄ）で示されるように、超音波探触子２２は、例えば、基体Ｓｓ１と、超音波トランスデューサＴｒ１と、第１接続部Ｃｒ１と、整合回路Ｍｃ１と、を有する。また、超音波探触子２２は、例えば、絶縁層Ｉｌ４を有する。

基体Ｓｓ１は、キャビティＣｖ１を有する層（キャビティ層ともいう）である。基体Ｓｓ１は、例えば、キャビティＣｖ１を構成する凹部が上面（振動層Ｓｅ１側の面）に開口している形状を有する。キャビティＣｖ１形状には、例えば、ＸＹ平面に沿った円形状の断面を有する形状が適用される。キャビティＣｖ１のＸＹ平面に沿った断面の形状は、キャビティＣｖ１の深さ方向において一定であってもよいし、凹部の開口側（振動層Ｓｅ１側）ほど径が大きくなっていてもよい。基体Ｓｓ１の材料には、任意の材料が適用される。基体Ｓｓ１は、一体的に形成されていてもよいし、複数の部材が組み合わされて構成されていてもよい。例えば、基体Ｓｓ１の材料には、例えば、絶縁材料および半導体材料が適用される。換言すれば、キャビティ層としての基体Ｓｓ１は、半導体材料の層（半導体層ともいう）および絶縁材料（絶縁体層ともいう）の何れであってもよい。絶縁材料は、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよい。例えば、半導体材料として、シリコン（Ｓｉ）などが適用される。この場合には、例えば、図６（ａ）から図６（ｄ）で示されるように、基体Ｓｓ１のうちの−Ｚ方向を向いた下面に沿った部分（絶縁部分ともいう）Ｉｌ１および＋Ｚ方向を向いた上面に沿った部分（絶縁部分ともいう）Ｉｌ２が、それぞれ二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などの絶縁材料によって構成されている。

超音波トランスデューサＴｒ１は、例えば、超音波振動子ＵＶ１を有する。図５から図６（ｄ）の例では、超音波トランスデューサＴｒ１は、それぞれｐＭＵＴの構成を有する複数の超音波振動子ＵＶ１を含む。複数の超音波振動子ＵＶ１は、＋Ｘ方向に沿って並んでいる４つの超音波振動子ＵＶ１をそれぞれ有する４列の超音波振動子列Ｌｉ１が＋Ｙ方向に並んでいる構成を有する。別の観点から言えば、複数の超音波振動子ＵＶ１は、＋Ｙ方向に沿って並んでいる４つの超音波振動子ＵＶ１をそれぞれ有する４列の超音波振動子列Ｃｏ１が＋Ｘ方向に並んでいる構成を有する。換言すれば、超音波トランスデューサＴｒ１は、１６個の超音波振動子ＵＶ１を有する。複数の超音波振動子ＵＶ１のそれぞれは、基体Ｓｓ１の上面に接合している状態で位置している振動層Ｓｅ１上に順に積層している層状の第１電極Ｅ１と圧電体部Ｄ１と層状の第２電極Ｅ２とを有する。換言すれば、各超音波振動子ＵＶ１は、振動層Ｓｅ１上において、第１電極Ｅ１と圧電体部Ｄ１と第２電極Ｅ２とがこの記載順に積層された積層体を有する。また、各積層体は、振動層Ｓｅ１のうちのキャビティＣｖ１とは逆側に位置している。このため、各超音波振動子ＵＶ１は、キャビティＣｖ１上に位置しているとともに、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２とを有する。第１実施形態では、各超音波振動子ＵＶ１は、第１電極Ｅ１と圧電体部Ｄ１と第２電極Ｅ２との積層体と、振動層Ｓｅ１のうちの積層体とキャビティＣｖ１との間の部分と、を含む。

振動層Ｓｅ１は、例えば、複数の超音波振動子ＵＶ１に亘る広さを有する、厚さが略一定の層である。振動層Ｓｅ１は、例えば、圧電体部Ｄ１の平面方向の変形を規制して、面外振動を生じさせることに寄与する。振動層Ｓｅ１は、基体Ｓｓ１の＋Ｚ方向を向いた上面のうちのキャビティＣｖ１の周囲の部分によって支持されている状態で位置している。換言すれば、振動層Ｓｅ１は、複数のキャビティＣｖ１の開口を塞ぐように基体Ｓｓ１の上面を覆っている状態で位置している。これにより、振動層Ｓｅ１は、各超音波振動子ＵＶ１を構成する部分において容易に振動し得る。この振動層Ｓｅ１には、例えば、絶縁材料または半導体材料が適用される。絶縁材料は、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよい。半導体材料には、例えば、シリコンなどが適用される。この場合には、例えば、図６（ａ）から図６（ｄ）で示されるように、振動層Ｓｅ１のうちの＋Ｚ方向を向いた上面に沿った部分（絶縁部分ともいう）Ｉｌ３が、それぞれ二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などの絶縁材料によって構成されている。この振動層Ｓｅ１は、互いに異なる材料でそれぞれ構成されている複数の層が積層された積層体であってもよい。振動層Ｓｅ１は、例えば、窒化シリコンによって構成されてもよい。

第１電極Ｅ１は、第２ｆ配線Ｗ２ｆによって、第１ｆ接続部Ｃｒ１ｆに接続している状態で位置している。ここでは、複数の第１電極Ｅ１に共通の第２ｆ配線Ｗ２ｆが接続している状態にある。これにより、複数の第１電極Ｅ１には、互いに同一の電位が付与され得る。図５から図６（ｄ）の例では、超音波振動子列Ｃｏ１ごとに、第２ｆ配線Ｗ２ｆによって４つの第１電極Ｅ１が電気的に直列に接続している状態にある。第２ｆ配線Ｗ２ｆによる複数の第１電極Ｅ１の接続態様は、これに限られず、適宜種々の接続態様が採用されてもよい。第１電極Ｅ１および第２ｆ配線Ｗ２ｆは、例えば、振動層Ｓｅ１上に位置している第１導体層Ｃｌ１に含まれている。第１電極Ｅ１および第２ｆ配線Ｗ２ｆのそれぞれは、例えば、互いに同一の材料によって一体的に構成されており、同一の厚さを有する。第１電極Ｅ１および第２ｆ配線Ｗ２ｆは、互いに異なる材料によって構成されていてもよいし、互いに異なる厚さを有していてもよい。第１電極Ｅ１の平面形状および大きさは、例えば、キャビティＣｖ１の開口の平面形状および大きさと略同一である。−Ｚ方向に平面透視した場合に、第１電極Ｅ１は、例えば、その大部分（例えば８割以上）または全体がキャビティＣｖ１に重なっている状態にある。−Ｚ方向に平面透視した場合に、第１電極Ｅ１の外縁は、例えば、キャビティＣｖ１の開口の外縁に対して、内側に位置していてもよいし、一致していてもよいし、外側に位置していてもよい。第１導体層Ｃｌ１の材料には、例えば、金属材料などの導体が適用される。金属材料は、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）もしくはクロム（Ｃｒ）またはこれらの合金を含む。第１導体層Ｃｌ１は、互いに異なる金属材料によってそれぞれ構成されている複数の導体層が積層されたものであってもよい。

複数の圧電体部Ｄ１は、複数の超音波振動子ＵＶ１の間において、互いに分離されている状態で位置している。圧電体部Ｄ１の平面形状および大きさは、例えば、キャビティＣｖ１の開口および第１電極Ｅ１の平面形状および大きさと略同一である。そして、−Ｚ方向に平面透視した場合に、圧電体部Ｄ１は、例えば、その大部分（例えば８割以上）または全体がキャビティＣｖ１の開口および第１電極Ｅ１に重なっている状態にある。−Ｚ方向に平面透視した場合に、圧電体部Ｄ１の外縁は、例えば、キャビティＣｖ１の開口および第１電極Ｅ１の外縁に対して、内側に位置していてもよいし、一致していてもよいし、外側に位置していてもよい。

複数の圧電体部Ｄ１の厚さは略一定とされる。圧電体部Ｄ１の厚さは、適宜に設定されてよい。例えば、圧電体部Ｄ１の厚さは、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２のそれぞれの厚さよりも大きくされている。ここで、圧電体部Ｄ１の厚さは、例えば、０．５マイクロメートル（μｍ）から１０μｍ程度とされる。第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２のそれぞれの厚さは、例えば、圧電体部Ｄ１の厚さの半分未満に設定される。

圧電体部Ｄ１は、単結晶の圧電体によって構成されていてもよいし、多結晶の圧電体によって構成されていてもよい。圧電体部Ｄ１の材料には、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸バリウム（ＢＴＯ：ＢａＴｉＯ_３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ：（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３）、チタン酸ビスマスナトリウム（ＮＢＴ：Ｎａ_０．５Ｂｉ_０．５ＴｉＯ_３）またはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ_ｘ，Ｔｉ_１−ｘ)Ｏ_３）などの圧電材料が適用され得る。また、圧電体部Ｄ１の材料は、例えば、上記の圧電材料にスカンジウム（Ｓｃ）を加えたものでもよい。これにより、例えば、圧電材料における圧電効果が向上し得る。ここで、圧電体は、強誘電体であってもなくてもよいし、焦電体であってもなくてもよい。また、圧電体には、例えば、ペロブスカイト型またはウルツ鉱型などの適宜の結晶構造を有する材料が適用され得る。圧電体部Ｄ１は、例えば、分極軸方向（単結晶の電気軸）が、圧電体部Ｄ１の厚さ方向（第１電極Ｅ１と圧電体部Ｄ１と第２電極Ｅ２とが積層している方向）とされた領域を含んでいる。例えば、圧電体部Ｄ１は、その全体において、分極軸方向が厚さ方向とされている。圧電体部Ｄ１は、例えば、第１電極Ｅ１上に直接形成されてもよいし、第１電極Ｅ１上に第１電極Ｅ１との密着性を向上させるためのバッファ層を介して形成されてもよい。バッファ層には、例えば、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ_３、ＳＲＯともいう）などが適用され得る。

第２電極Ｅ２は、第２ｓ配線Ｗ２ｓによって、第１ｓ接続部Ｃｒ１ｓに接続している状態で位置している。ここでは、複数の第２電極Ｅ２に共通の第２ｓ配線Ｗ２ｓが接続している状態にある。これにより、複数の第２電極Ｅ２には、互いに同一の電位が付与され得る。図５から図６（ｄ）の例では、＋Ｘ方向に沿って並んでいる４つの超音波トランスデューサＴｒ１を含む超音波振動子列Ｌｉ１ごとに、第２ｓ配線Ｗ２ｓによって４つの第２電極Ｅ２を電気的に直列に接続している状態にある。第２ｓ配線Ｗ２ｓによる複数の第２電極Ｅ２の接続態様は、これに限られず、適宜種々の接続態様が採用されてもよい。第２電極Ｅ２および第２ｓ配線Ｗ２ｓは、例えば、第２導体層Ｃｌ２に含まれている。ここでは、第２電極Ｅ２および第２ｓ配線Ｗ２ｓと第１導体層Ｃｌ１との間で短絡が生じないように、例えば、第１導体層Ｃｌ１の大部分を覆うように絶縁層Ｉｌ４が位置している。絶縁層Ｉｌ４の材料には、例えば、二酸化シリコンまたは窒化シリコンなどの絶縁材料が適用される。絶縁層Ｉｌ４の厚さは、例えば、０．１μｍから１μｍ程度とされる。ただし、第２電極Ｅ２は、圧電体部Ｄ１上における絶縁層Ｉｌ４の開口（第１開口ともいう）Ｏ１において、圧電体部Ｄ１に接するように位置している。

第２電極Ｅ２および第２ｓ配線Ｗ２ｓのそれぞれは、例えば、互いに同一の材料によって一体的に構成されており、同一の厚さを有する。第２電極Ｅ２および第２ｓ配線Ｗ２ｓは、互いに異なる材料によって構成されていてもよいし、互いに異なる厚さを有していてもよい。第２電極Ｅ２の平面形状および大きさは、例えば、圧電体部Ｄ１の平面形状および大きさと略同一である。−Ｚ方向に平面透視した場合に、第２電極Ｅ２は、例えば、その大部分（例えば８割以上）または全体が圧電体部Ｄ１に重なっている状態にある。−Ｚ方向に平面透視した場合に、第２電極Ｅ２の外縁は、例えば、圧電体部Ｄ１の外縁に対して、内側に位置していてもよいし、一致していてもよいし、外側に位置していてもよい。第２導体層Ｃｌ２の材料には、例えば、金属材料などの導体が適用される。金属材料は、例えば、金、白金、アルミニウム、銅もしくはクロムまたはこれらの合金を含む。第２導体層Ｃｌ２は、互いに異なる金属材料によってそれぞれ構成されている複数の導体層が積層されたものであってもよい。

第１接続部Ｃｒ１は、キャビティ層としての基体Ｓｓ１の上に位置している。第１接続部Ｃｒ１は、例えば、第１ｆ配線Ｗ１ｆを接続するための第１ｆ接続部Ｃｒ１ｆと、第１ｓ配線Ｗ１ｓを接続するための第１ｓ接続部Ｃｒ１ｓと、を有する。第１ｆ接続部Ｃｒ１ｆおよび第１ｓ接続部Ｃｒ１ｓには、例えば、互いに離間した状態で位置している金属製の電極パッドが適用される。電極パッドの形状には、例えば、−Ｚ方向に平面視して矩形状のものが適用される。第１ｆ接続部Ｃｒ１ｆは、第２ｆ配線Ｗ２ｆに対して電気的に接続している状態にある。具体的には、第１ｆ接続部Ｃｒ１ｆは、第２ｆ配線Ｗ２ｆの第１の端部に積層されるように位置している。第１ｓ接続部Ｃｒ１ｓは、第２ｓ配線Ｗ２ｓの第１の端部に接続している状態で位置している。第１ｆ接続部Ｃｒ１ｆおよび第１ｓ接続部Ｃｒ１ｓは、例えば、第２導体層Ｃｌ２に含まれている。ここでは、例えば、第１ｆ接続部Ｃｒ１ｆが第１導体層Ｃｌ１に含まれている構成が採用されてもよい。

整合回路Ｍｃ１は、キャビティ層としての基体Ｓｓ１の上に位置している。整合回路Ｍｃ１は、上述したように、インダクタＬ１とキャパシタＣ１とを有する。このように、例えば、１つのキャビティ層としての基体Ｓｓ１の上に、超音波トランスデューサＴｒ１に加えて、整合回路Ｍｃ１も位置している構成が採用されれば、超音波トランスデューサＴｒ１および整合回路Ｍｃ１を含む１チップの超音波探触子２２が実現され得る。したがって、整合回路Ｍｃ１を有する小型の超音波探触子２２を実現することができる。

インダクタＬ１は、例えば、第２ｓ配線Ｗ２ｓによって構成され得る。この場合には、第１ｓ接続部Ｃｒ１ｓと第２電極Ｅ２とを電気的に接続している状態で位置している第２ｓ配線Ｗ２ｓが、インダクタＬ１と同一の材料で一体的に構成されている。このような構成が採用されれば、例えば、第２ｓ配線Ｗ２ｓを形成する際にインダクタＬ１を形成することが可能となり、インダクタＬ１を容易に形成することができる。ここで、図５から図６（ｄ）の例では、超音波トランスデューサＴｒ１、整合回路Ｍｃ１および基体Ｓｓ１を−Ｚ方向に平面透視した場合に、インダクタＬ１は、超音波トランスデューサＴｒ１の周りを囲むように位置している。具体的には、例えば、第２ｓ配線Ｗ２ｓが超音波トランスデューサＴｒ１の周りを複数回回るように渦巻き状に位置していることで、インダクタＬ１が構成され得る。このような構成が採用されれば、基体Ｓｓ１、超音波トランスデューサＴｒ１およびインダクタＬ１を−Ｚ方向に平面透視した場合に、キャビティ層としての基体Ｓｓ１の上における超音波トランスデューサＴｒ１およびインダクタＬ１の配設に必要な面積が低減され得る。換言すれば、キャビティ層としての基体Ｓｓ１の上にインダクタＬ１を効率良く配置することができる。その結果、整合回路Ｍｃ１を有する超音波探触子２２の小型化が図られ得る。

キャパシタＣ１は、例えば、誘電体部Ｄ２と、この誘電体部Ｄ２を挟むように位置している第３電極Ｅ３および第４電極Ｅ４と、を含む。

第３電極Ｅ３は、例えば、振動層Ｓｅ１の絶縁部分Ｉｌ３上に位置している。具体的には、例えば、第３電極Ｅ３は、絶縁部分Ｉｌ３の上において絶縁部分Ｉｌ３に接するように位置している。第３電極Ｅ３は、例えば、第２ｆ配線Ｗ２ｆの第２ｆ接続部Ｓｒ２ｆに電気的に接続している状態にある。第３電極Ｅ３は、例えば、導電性を有する材料によって構成されている。第３電極Ｅ３は、例えば、第１導体層Ｃｌ１に含まれていてもよい。この場合には、例えば、第１電極Ｅ１と第３電極Ｅ３とが同一の材料で一体的に構成されている状態で位置していれば、第１電極Ｅ１と第３電極Ｅ３とを同時に形成することが可能となり、キャパシタＣ１を容易に形成することができる。また、第３電極Ｅ３は、第１電極Ｅ１および第２ｆ配線Ｗ２ｆと互いに同一の材料によって一体的に構成されており、同一の厚さを有していてもよい。これにより、キャパシタＣ１を容易に形成することができる。第１電極Ｅ１、第２ｆ配線Ｗ２ｆおよび第３電極Ｅ３は、互いに異なる材料によって構成されていてもよいし、互いに異なる厚さを有していてもよい。−Ｚ方向に平面透視した場合に、第３電極Ｅ３の平面形状は、例えば、矩形状とされる。

誘電体部Ｄ２は、例えば、第３電極Ｅ３と第４電極Ｅ４とに挟まれている状態で位置している。具体的には、例えば、誘電体部Ｄ２は、第３電極Ｅ３の上において第３電極Ｅ３に接するように位置している。誘電体部Ｄ２の平面形状および大きさは、例えば、第３電極Ｅ３の平面形状および大きさと略同一である。そして、−Ｚ方向に平面透視した場合に、誘電体部Ｄ２は、例えば、その全体が第３電極Ｅ３に重なっている状態にある。−Ｚ方向に平面透視した場合に、誘電体部Ｄ２の外縁は、第３電極Ｅ３の外縁に対して、内側に位置していてもよいし、一致していてもよいし、外側に位置していてもよい。誘電体部Ｄ２の厚さは、略一定とされる。誘電体部Ｄ２の厚さは、適宜に設定されてよい。例えば、誘電体部Ｄ２の厚さは、第３電極Ｅ３および第４電極Ｅ４のそれぞれの厚さよりも大きくされている。ここで、誘電体部Ｄ２の厚さは、例えば、０．５μｍから１０μｍ程度とされる。第３電極Ｅ３および第４電極Ｅ４のそれぞれの厚さは、例えば、誘電体部Ｄ２の厚さの半分未満に設定される。誘電体部Ｄ２は、単結晶の誘電体によって構成されていてもよいし、多結晶の誘電体によって構成されていてもよい。誘電体部Ｄ２の材料には、例えば、圧電体部Ｄ１の材料と同様な圧電効果を奏する誘電材料が適用されてもよい。例えば、圧電体部Ｄ１の材料と誘電体部Ｄ２の材料とが同一であれば、圧電体部Ｄ１を形成する際に、誘電体部Ｄ２を形成することができる。これにより、キャパシタＣ１を容易に形成することができる。また、例えば、圧電体部Ｄ１と誘電体部Ｄ２とを同一の材料で同一の厚さで同時に形成すると、超音波振動子ＵＶ１の特性とキャパシタＣ１の特性との間に相関関係が生じ、整合回路Ｍｃ１によるインピーダンス整合が適正に行われ得る。また、ここで、例えば、高い誘電率を有するＰＺＴが、誘電体部Ｄ２および圧電体部Ｄ１の材料として採用されれば、キャパシタＣ１の小型化が図られ得る。その結果、整合回路Ｍｃ１を有する超音波探触子２２の小型化が図られ得る。

第４電極Ｅ４は、例えば、誘電体部Ｄ２の上に位置している。具体的には、第４電極Ｅ４は、誘電体部Ｄ２上における絶縁層Ｉｌ４の開口（第２開口ともいう）Ｏ２において、誘電体部Ｄ２に接するように位置している。第４電極Ｅ４は、例えば、第２ｓ配線Ｗ２ｓの第２ｓ接続部Ｓｒ２ｓに電気的に接続している状態にある。第４電極Ｅ４は、例えば、導電性を有する材料によって構成されている。第４電極Ｅ４は、例えば、第２導体層Ｃｌ２に含まれていてもよい。この場合には、例えば、第２電極Ｅ２と第４電極Ｅ４とが同一の材料で一体的に構成されている状態で位置していれば、第２電極Ｅ２と第４電極Ｅ４とを同時に形成することが可能となり、キャパシタＣ１を容易に形成することができる。また、例えば、第４電極Ｅ４は、第２電極Ｅ２および第２ｓ配線Ｗ２ｓと互いに同一の材料によって一体的に構成されており、同一の厚さを有していてもよい。これにより、キャパシタＣ１を容易に形成することができる。第２電極Ｅ２、第２ｓ配線Ｗ２ｓおよび第４電極Ｅ４は、互いに異なる材料によって構成されていてもよいし、互いに異なる厚さを有していてもよい。第４電極Ｅ４の平面形状および大きさは、例えば、誘電体部Ｄ２の平面形状および大きさと略同一である。そして、−Ｚ方向に平面透視した場合に、第４電極Ｅ４は、例えば、その大部分（例えば８割以上）または全体が誘電体部Ｄ２に重なっている状態にある。−Ｚ方向に平面透視した場合に、第４電極Ｅ４の外縁は、誘電体部Ｄ２の外縁に対して、内側に位置していてもよいし、一致していてもよいし、外側に位置していてもよい。

＜１−４．超音波トランスデューサの動作＞
振動層Ｓｅ１、第１導体層Ｃｌ１、複数の圧電体部Ｄ１および第２導体層Ｃｌ２のうちの複数のキャビティＣｖ１の上にそれぞれ位置している部分は、振動することによって超音波の送波および受波を直接に担う、振動部Ｖｐ１となっている。振動部Ｖｐ１の厚さは、例えば、数μｍから数十μｍ程度に設定される。振動部Ｖｐ１の動作は、例えば、以下のとおりである。

第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２によって、圧電体部Ｄ１に分極の向き（Ｚ軸方向の一方側）と同じ向きで電界が印加されると、圧電体部Ｄ１は、平面方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）において収縮する。この収縮は、振動層Ｓｅ１によって規制されるため、振動部Ｖｐ１は、バイメタルのようにキャビティＣｖ１側（−Ｚ方向）へ撓むように変位する。逆に、圧電体部Ｄ１に分極の向きと逆の向きで電界が印加されると、振動部Ｖｐ１は、キャビティＣｖ１とは反対側（＋Ｚ方向）へ撓むように変位する。

上記のような振動部Ｖｐ１の変位によって、振動部Ｖｐ１の周囲の媒質（例えば流体）においては圧力波が形成される。そして、所定の波形で電圧が変化する電気信号が第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２に入力されることで、その電気信号の波形（例えば周波数）を反映した超音波が生成される。

振動部Ｖｐ１は、例えば、上記のような振動部Ｖｐ１が面する方向（Ｚ軸方向）における振動（面外振動、屈曲振動）であって、平面視の中央が振動の腹となり、外縁が振動の節となる１次モードの振動に関して、共振周波数が超音波の周波数帯に位置するように構成されている。

電気信号は、例えば、振動部Ｖｐ１をキャビティＣｖ１側（−Ｚ方向）へ変位させる電圧印加と、振動部Ｖｐ１をキャビティＣｖ１とは反対側（＋Ｚ方向）へ変位させる電圧印加とが繰り返されるものであってよい。すなわち、電気信号は、極性（正負）が反転するものであってよい。換言すれば、電気信号は、電圧および電界の向きがＺ軸方向において交互に入れ替わるものであってよい。また、例えば、電気信号は、振動部Ｖｐ１をキャビティＣｖ１側（−Ｚ方向）へ変位させる電圧印加のみ、または振動部Ｖｐ１をキャビティＣｖ１とは反対側（＋Ｚ方向）へ変位させる電圧印加のみが繰り返されるものであってもよい。この場合にも、撓みと、復元力による撓みの解消との繰り返しによって、超音波が生成される。

また、電気信号の波形は適宜なものとされてよい。例えば、１つの超音波信号（エコー信号）において、波の数は適宜に設定されてよい。また、例えば、周波数および電圧は一定であってもよいし、一定でなくてもよい。また、例えば、電気信号の極性が変化する場合には、正側の電圧と負側の電圧とは同一の大きさであってもよいし、異なっていてもよい。

以上では、超音波の送波について述べたが、超音波の受波は、超音波の送波時とは逆の原理によって実現される。超音波トランスデューサＴｒ１は、例えば、超音波の送波を間欠的に行い、超音波の送波が行われていない間において超音波の受波を行う。これにより、超音波トランスデューサＴｒ１は、例えば、自らが送波し、被検体における反射によって帰ってきた超音波を受波することができる。

＜１−５．超音波探触子の製造プロセス＞
例えば、図７のステップＳｐ１からステップＳｐ１２の動作がこの記載順に行われることで、超音波探触子２２を製造することができる。

まず、ステップＳｐ１において、基体Ｓｓ１の上面にキャビティＣｖ１を形成する。ここでは、例えば、基体Ｓｓ１として半導体基板の一種であるシリコン基板を用いる。キャビティＣｖ１は、例えば、深掘り反応性イオンエッチング（Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ（Reactive Ion Etching））によって形成することができる。キャビティＣｖ１の深さは、例えば、２．５μｍから５μｍ程度とされ、キャビティＣｖ１のＸＹ平面に沿った断面の径は、１６μｍから１８μｍ程度とされる。キャビティＣｖ１の数および位置は、超音波振動子ＵＶ１の数および位置の設計に合わせたものとされる。

ステップＳｐ２において、基体Ｓｓ１の表面に存在している酸化膜（ＳｉＯ_２など）を湿式エッチングによって除去する。湿式エッチングには、例えば、フッ酸を用いた水溶液が用いられる。

ステップＳｐ３において、熱処理炉によって基体Ｓｓ１を加熱することで、基体Ｓｓ１の表面に熱酸化膜を形成する。これにより、基体Ｓｓ１の下面に沿った部分が絶縁部分Ｉｌ１となり、基体Ｓｓ１の上面に沿った部分が絶縁部分Ｉｌ２となる。

ステップＳｐ４において、基体Ｓｓ１のキャビティＣｖ１が形成された上面に基板を接合する。基板には、例えば、シリコン基板などの半導体基板が用いられる。ここでは、例えば、基体Ｓｓ１の上面に基板を常温で接合した後に、２００℃から３００℃の低温でアニールを施すことで、基体Ｓｓ１の上面に基板を十分に接合することができる。これにより、振動層Ｓｅ１が形成される。また、基体Ｓｓ１は、キャビティＣｖ１を有するキャビティ層とみなすことができる。

ステップＳｐ５において、振動層Ｓｅ１の厚さを調整する。ここでは、例えば、基体Ｓｓ１上に接合した振動層Ｓｅ１の上面を研磨することで、振動層Ｓｅ１の厚さを所望の厚さまで薄くする。ここで、この基体Ｓｓ１上に振動層Ｓｅ１が接合されたものは、キャビティ付きの絶縁層上のシリコン（ＳＯＩ：Silicon On Insulator）とも称する。

ステップＳｐ６において、キャビティ付きのＳＯＩを加熱することで、振動層Ｓｅ１の上面に沿った部分に熱酸化膜を形成する。ここでは、熱処理炉によってキャビティ付きのＳＯＩを加熱することで、振動層Ｓｅ１の上面に沿った部分に０．５μｍ程度の厚さの熱酸化膜を形成することができる。これにより、振動層Ｓｅ１の上面に沿った部分が絶縁部分Ｉｌ３となる。

ステップＳｐ７において、振動層Ｓｅ１上に、第１導体層Ｃｌ１のもととなる第１の導体の層と、圧電体部Ｄ１および誘電体部Ｄ２のもととなる圧電体の層と、を順に形成する。ここでは、例えば、スパッタリングおよびゾルゲル法などを用いて、第１の導体の層と圧電体の層とが形成され得る。導体には、例えば、金属などが適用される。圧電体には、例えば、ＰＺＴなどが適用される。このとき、例えば、０．００５μｍ程度の厚さを有するＴｉの薄膜を形成した後に、このＴｉの薄膜上に０．２μｍ程度の厚さを有する白金の薄膜を形成することで、第１の導体の層を形成することができる。また、例えば、第１の導体の層上に０．０５μｍ程度の厚さを有するバッファ層の薄膜を形成した後に、このバッファ層の薄膜上に０．５μｍから５μｍ程度の厚さを有する圧電体の層を形成する。ここでは、例えば、バッファ層としてＳＲＯの層を形成し、圧電体の層としてＰＺＴの層を形成する。

ステップＳｐ８において、ステップＳｐ７で形成した圧電体の層に対してパターンニングを行う。ここでは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの乾式エッチングを用いて、圧電体の層に対してパターンニングを行う。これにより、例えば、圧電体部Ｄ１と誘電体部Ｄ２とを同時に形成することができる。ここで、乾式エッチングの工程の代わりに、例えば、レジスト膜の形成と酸溶液を用いたエッチングとレジストの剥離と行う湿式エッチングの工程を行ってもよい。

ステップＳｐ９において、ステップＳｐ７で形成した第１の導体の層に対してパターンニングを行う。ここでは、乾式エッチングまたは湿式のエッチングを用いて、第１の導体の層に対してパターンニングを行う。これにより、第１電極Ｅ１、第３電極Ｅ３および第２ｆ配線Ｗ２ｆを含む第１導体層Ｃｌ１を形成することができる。

ステップＳｐ１０において、振動層Ｓｅ１の上面の略全面に対して、第１導体層Ｃｌ１、圧電体部Ｄ１および誘電体部Ｄ２を覆うように、二酸化シリコンなどの絶縁体の層を成膜する。ここでは、例えば、ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane）−化学気相蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）によって、絶縁体の層を成膜することができる。絶縁体の層の厚さは、０．３μｍ程度とされる。ここで、絶縁体には、例えば、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン（ＳｉＮＯ）などが適用されてもよい。

ステップＳｐ１１において、ステップＳｐ１０で形成した絶縁体の層に、第１開口Ｏ１および第２開口Ｏ２を形成する。ここでは、例えば、乾式エッチングなどを用いて、絶縁体の層のうちの圧電体部Ｄ１上の部分に第１開口Ｏ１を形成するとともに、絶縁体の層のうちの誘電体部Ｄ２上の部分に第２開口Ｏ２を形成することができる。これにより、絶縁層Ｉｌ４が形成される。

ステップＳｐ１２において、第２導体層Ｃｌ２を形成する。ここでは、例えば、マスクとしてのレジスト膜の形成、導電材料の蒸着による成膜およびレジスト膜の剥離などによって、第２導体層Ｃｌ２を形成することができる。このとき、例えば、０．０１μｍ程度の厚さを有するＴｉの薄膜を形成した後に、このＴｉの薄膜上に０．６μｍ程度の厚さを有するＡｕの薄膜を形成することで、第２導体層Ｃｌ２の層を形成することができる。第２導体層Ｃｌ２には、例えば、圧電体部Ｄ１上の第２電極Ｅ２と、誘電体部Ｄ２上の第４電極Ｅ４とが含まれる。また、ここでは、例えば、リフトオフ法を用いて、第２導体層Ｃｌ２を形成してもよいし、導電材料のスパッタリングまたは蒸着による成膜後にパターンニングによって第２導体層Ｃｌ２を形成してもよい。

＜１−６．第１実施形態のまとめ＞
以上のように、第１実施形態に係る超音波探触子２２は、例えば、１つのキャビティ層としての基体Ｓｓ１の上に位置する、超音波トランスデューサＴｒ１と整合回路Ｍｃ１とを有する。換言すれば、１つのキャビティ層としての基体Ｓｓ１の上に、超音波トランスデューサＴｒ１に加えて、整合回路Ｍｃ１も位置している。これにより、例えば、超音波トランスデューサＴｒ１および整合回路Ｍｃ１を含む１チップの超音波探触子２２を実現することができる。その結果、整合回路Ｍｃ１を有する小型の超音波探触子２２を実現することができる。また、ここでは、例えば、整合回路Ｍｃ１によるインピーダンス整合によって、送受信部４ｐは、超音波トランスデューサＴｒ１からの電気信号をより高い電圧で受信することができる。

そして、例えば、このような小型の超音波探触子２２と送受信部４ｐとを有する超音波検出装置１００が採用されれば、超音波探触子２２を狭い空間または限定された場所に配置するような用途で使用される超音波検出装置１００が実現される。

また、例えば、超音波トランスデューサＴｒ１の圧電体部Ｄ１の材料と、整合回路Ｍｃ１におけるキャパシタＣ１の誘電体部Ｄ２の材料と、を同一とすれば、圧電体部Ｄ１と誘電体部Ｄ２とを同一工程において同時に形成することができる。これにより、例えば、キャパシタＣ１を形成するための工程を追加することなく、キャパシタＣ１を容易に形成することができる。

＜２．他の実施形態＞
本開示は上述の第１実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更および改良などが可能である。

＜２−１．第２実施形態＞
上記第１実施形態において、例えば、整合回路Ｍｃ１が、整合回路Ｍｃ１とは異なる構成を有する第２実施形態に係る整合回路Ｍｃ１Ａに変更されてもよい。整合回路Ｍｃ１Ａは、例えば、図８（ａ）で示されるように、超音波トランスデューサＴｒ１に対して電気的に並列に接続している状態で位置しているインダクタＬ１と、超音波トランスデューサＴｒ１に対して電気的に直列に接続している状態で位置しているキャパシタＣ１と、を有する。ここでは、超音波トランスデューサＴｒ１は、第３接続部Ｃｒ３（第３ｓ接続部Ｃｒ３ｓおよび第３ｆ接続部Ｃｒ３ｆ）を介してキャパシタＣ１およびインダクタＬ１と電気的に接続している。具体的には、第２ｓ配線Ｗ２ｓのうちのキャパシタＣ１と超音波トランスデューサＴｒ１との間に位置している第３ｓ接続部Ｃｒ３ｓと、第２ｆ配線Ｗ２ｆのうちの第１ｆ接続部Ｃｒ１ｆと超音波トランスデューサＴｒ１との間に位置している第３ｆ接続部Ｃｒ３ｆと、の間にインダクタＬ１が位置している。さらに具体的には、インダクタＬ１の第１の端部が第２ｆ配線Ｗ２ｆの第３ｆ接続部Ｃｒ３ｆに接続し、インダクタＬ１の第２の端部が第２ｓ配線Ｗ２ｓの第３ｓ接続部Ｃｒ３ｓに接続している状態で位置している。また、第２ｓ配線Ｗ２ｓによって、キャパシタＣ１の第３電極Ｅ３が第１ｓ接続部Ｃｒ１ｓと電気的に接続しているとともに、キャパシタＣ１の第４電極Ｅ４が第３ｓ接続部Ｃｒ３ｓと電気的に接続している状態で位置している。この場合には、例えば、超音波トランスデューサＴｒ１が６０ＭＨｚ程度の狭帯域の周波数を有する超音波の送受波を行う際に、送受信部４ｐのインピーダンスＺｉと超音波トランスデューサＴｒ１のインピーダンスＺｌとの間におけるインピーダンス整合が実現される。ここでは、例えば、スミスチャートなどを用いて、インダクタＬ１におけるコイルの巻き数およびキャパシタＣ１における容量の大きさなどが設定される。

図８（ａ）で示されるような構成が採用されれば、インダクタＬ１は、第１導体層Ｃｌ１および第２導体層Ｃｌ２の何れに含まれていてもよい。換言すれば、インダクタＬ１は、例えば、第２ｆ配線Ｗ２ｆと同一の材料で一体的に構成されていてもよいし、第２ｓ配線Ｗ２ｓと同一の材料で一体的に構成されていてもよい。これにより、例えば、第２ｆ配線Ｗ２ｆまたは第２ｓ配線Ｗ２ｓを形成する際にインダクタＬ１を形成することが可能となり、インダクタＬ１を容易に形成することができる。

＜２−２．第３実施形態＞
上記第１実施形態および上記第２実施形態のそれぞれにおいて、例えば、整合回路Ｍｃ１および整合回路Ｍｃ１Ａが、整合回路Ｍｃ１および整合回路Ｍｃ１Ａとは異なる構成を有する第３実施形態に係る整合回路Ｍｃ１Ｂに変更されてもよい。整合回路Ｍｃ１Ｂは、例えば、図８（ｂ）で示されるように、第２実施形態に係る整合回路Ｍｃ１Ａをベースとして、第４電極Ｅ４と第３ｓ接続部Ｃｒ３ｓとの間に２つ目のインダクタＬ２を追加した構成を有する。この場合には、例えば、超音波トランスデューサＴｒ１が３０ＭＨｚから９０ＭＨｚ程度の広帯域の周波数を有する超音波の送受波を行う際に、送受信部４ｐのインピーダンスＺｉと超音波トランスデューサＴｒ１のインピーダンスＺｌとの間におけるインピーダンス整合が実現される。ここでは、例えば、スミスチャートなどを用いて、インダクタＬ１，Ｌ２におけるコイルの巻き数およびキャパシタＣ１における容量の大きさなどが設計される。

＜２−３．第４実施形態＞
上記第１実施形態から上記第３実施形態のそれぞれにおいて、例えば、送受信部４ｐのインピーダンスＺｉと超音波トランスデューサＴｒ１のインピーダンスＺｌとの間における大小関係によっては、整合回路Ｍｃ１，Ｍｃ１Ａ，Ｍｃ１Ｂは、インダクタＬ１を有していなくてもよいし、キャパシタＣ１を有していなくてもよい。例えば、第１実施形態に係る整合回路Ｍｃ１は、図４の構成からキャパシタＣ１を除いたものとされてもよいし、図４の構成からインダクタＬ１を除いたものとされてもよい。換言すれば、整合回路Ｍｃ１は、例えば、少なくともインダクタＬ１およびキャパシタＣ１のうちの少なくとも一方を含むものであってもよい。

＜２−４．第５実施形態＞
上記第１実施形態から上記第４実施形態のそれぞれにおいて、例えば、絶縁層Ｉｌ４のうちのインダクタＬ１が接している部分が、凹凸または複数の開口を有することで、インダクタＬ１が凹凸面に沿って波打つように位置していてもよい。例えば、図９で示されるように、絶縁層Ｉｌ４が複数の開口Ｈｌ１を有することで、インダクタＬ１が凹凸面Ｆｒ１に沿って波打つように位置している構成が考えられる。これにより、例えば、キャビティ層としての基体Ｓｓ１の上において、インダクタＬ１の長手方向における長さを大きくすることができる。ここでは、例えば、絶縁体の層に対して、第１開口Ｏ１および第２開口Ｏ２を形成する際に、複数の開口Ｈｌ１を形成することができる。例えば、絶縁層Ｉｌ４の厚さを１μｍとし、間隔ｄ１が５μｍとなるように径ｄ２が１５μｍである複数の開口Ｈｌ１を形成すると、インダクタＬ１の全長が９％程度長くなり得る。間隔ｄ１および径ｄ２は、適宜変更されてもよい。

＜２−５．第６実施形態＞
上記第１実施形態から上記第５実施形態のそれぞれにおいて、例えば、図１０（ａ）および図１０（ｂ）で示されるように、第２ｓ配線Ｗ２ｓが、インダクタＬ１の部分において、下層の配線部分Ｗ２ｓｂと、上層の配線部分Ｗ２ｓｕと、を有していてもよい。図１０（ａ）では、基材Ｓｓ１の上の第２導体層Ｃｌ２以外の構成の記載が省略されている。このような構成が採用されれば、例えば、キャビティ層としての基体Ｓｓ１の上において、インダクタＬ１の長手方向における長さを大きくすることができる。図１０（ａ）および図１０（ｂ）の例では、上層の配線部分Ｗ２ｓｕは、下層の配線部分Ｗ２ｓｂを覆うように位置している絶縁層Ｉｌ５上に位置している。絶縁層Ｉｌ５の材料は、例えば、二酸化シリコンなどの無機絶縁材料であってもよいし、有機絶縁材料であってもよい。絶縁層Ｉｌ５の厚さは、例えば、適宜設定される。そして、下層の配線部分Ｗ２ｓｂの第１の端部と、上層の配線部分Ｗ２ｓｕの第１の端部とが、絶縁層Ｉｌ５が有するスルーホールＴＨ１を介して電気的に接続している状態にある。絶縁層Ｉｌ５は、例えば、ＴＥＯＳ−ＣＶＤなどを用いて形成され得る。スルーホールＴＨ１は、例えば、乾式または湿式のエッチングによって形成され得る。ここでは、図１０（ａ）で示されるように、−Ｚ方向に平面透視した場合に、下層の配線部分Ｗ２ｓｂと上層の配線部分Ｗ２ｓｕとが重ならないようにずれた位置関係を有していれば、下層の配線部分Ｗ２ｓｂと上層の配線部分Ｗ２ｓｕとの間における寄生容量が低減され得る。

＜３．その他＞
上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、例えば、第１電極Ｅ１と第３電極Ｅ３とが同一の材料で一体的に構成されている状態、および第２電極Ｅ２と第４電極Ｅ４とが同一の材料で一体的に構成されている状態のうちの少なくとも一方の状態にあってもよい。

上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、例えば、基体Ｓｓ１上において、第１導体層Ｃｌ１の配置と第２導体層Ｃｌ２の配置とを上下逆転させたような構成が採用されてもよい。

上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、例えば、超音波トランスデューサＴｒ１は、１つの超音波振動子ＵＶ１を有するものであってもよいし、複数の超音波振動子ＵＶ１を有するものであってもよい。

上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、例えば、超音波振動子ＵＶ１は、ｐＭＵＴの構成を有する代わりに、ｃＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasound Transducers）と称されるタイプの構成を有していてもよい。

上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、例えば、キャビティＣｖ１のＸＹ平面に沿った円形状の断面は、円形状以外の適宜の形状を有していてもよい。

上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、例えば、基体Ｓｓ１は、他の支持基板上に直接的または他の層を介して間接的に接合されてもよい。この場合には、基体Ｓｓ１は、支持基板の上に位置しているキャビティＣｖ１を有するキャビティ層となる。

上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれに係る超音波検出装置１００は、例えば、配管内もしくは狭い空間において、周囲に位置している物体の断層画像を見るような、血管内部の断層画像を見る用途以外に適用されてもよい。この場合には、超音波検出装置１００は、例えば、細長いセンサ部２１と、送受信部４ｐと、を有していればよい。

上記第１実施形態から上記第６実施形態および各種変形例をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。

４ｐ 送受信部
２２ 超音波探触子
１００ 超音波検出装置
Ｃ１ キャパシタ
Ｃｌ１ 第１導体層
Ｃｌ２ 第２導体層
Ｃｒ１ 第１接続部
Ｃｒ１ｆ 第１ｆ接続部
Ｃｒ１ｓ 第１ｓ接続部
Ｃｖ１ キャビティ
Ｄ１ 圧電体部
Ｄ２ 誘電体部
Ｅ１ 第１電極
Ｅ２ 第２電極
Ｅ３ 第３電極
Ｅ４ 第４電極
Ｌ１，Ｌ２ インダクタ
Ｍｃ１，Ｍｃ１Ａ，Ｍｃ１Ｂ 整合回路
Ｓｅ１ 振動層
Ｓｓ１ 基体
Ｔｒ１ 超音波トランスデューサ
ＵＶ１ 超音波振動子
Ｗ１ 配線部
Ｗ１ｆ 第１ｆ配線
Ｗ１ｓ 第１ｓ配線
Ｗ２ｆ 第２ｆ配線
Ｗ２ｓ 第２ｓ配線

Claims (7)

1. キャビティを有するキャビティ層と、
   前記キャビティ層の上にそれぞれ位置している、接続部、整合回路および超音波トランスデューサと、を備え、
   前記接続部が、前記超音波トランスデューサとの間で電気信号の送受信を行う送受信部を電気的に接続することが可能であるとともに、前記整合回路を介して前記超音波トランスデューサに接続している状態で位置し、
   前記超音波トランスデューサが、前記キャビティの上に位置しているとともに第１電極と第２電極とを有する超音波振動子を含み、
   前記整合回路が、前記送受信部のインピーダンスと前記超音波トランスデューサのインピーダンスとを整合させるための回路であり、インダクタおよびキャパシタのうちの少なくとも一方を含む、超音波探触子。
2. 請求項１に記載の超音波探触子であって、
   前記整合回路が、前記キャパシタを含み、
   前記超音波振動子が、前記第１電極と前記第２電極とによって挟まれた状態で位置している圧電体部を含み、
   前記キャパシタが、誘電体部を含み、
   前記圧電体部の材料と、前記誘電体部の材料と、が同一である、超音波探触子。
3. 請求項１に記載の超音波探触子であって、
   前記整合回路が、前記キャパシタを含み、
   前記キャパシタが、誘電体部と、該誘電体部を挟んでいる状態で位置している第３電極および第４電極と、を含み、
   前記第１電極と前記第３電極とが同一の材料で一体的に構成されている状態および前記第２電極と前記第４電極とが同一の材料で一体的に構成されている状態のうちの少なくとも一方の状態にある、超音波探触子。
4. 請求項１から請求項３の何れか１つの請求項に記載の超音波探触子であって、
   前記接続部と前記第１電極とを電気的に接続している状態で位置している配線または前記接続部と前記第２電極とを電気的に接続している状態で位置している配線が、前記インダクタと同一の材料で一体的に構成されている状態で位置している、超音波探触子。
5. 請求項１から請求項４の何れか１つの請求項に記載の超音波探触子であって、
   前記超音波トランスデューサ、前記整合回路および前記キャビティ層を平面透視した場合に、前記インダクタが、前記超音波トランスデューサの周りを囲むように位置している、超音波探触子。
6. 請求項１から請求項５の何れか１つの請求項に記載の超音波探触子であって、
   前記インダクタが、凹凸面に沿って波打つように位置している、超音波探触子。
7. 請求項１から請求項６の何れか１つの請求項に記載の超音波探触子と、
   前記接続部に対して電気的に接続している状態で位置している前記送受信部と、を備えている、超音波検出装置。

Images