JP6141826B2 - Cmutデバイスにおける温度補償 - Google Patents
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Description
に基づかれる線形効果として表されることができる。ここで、Pは、見かけの圧力であり、P0は、実際の圧力であり、Tは、温度であり、βは、温度変化が原因で圧力に生じる変化に関する係数である。
に基づきモデル化される。ここで、hは、上記空腔の中央ポイントで上記基板に向かう上記メンブレンの温度誘導された屈折であり、
Mは、上記メンブレンの熱的に誘導された運動量であり、
Dは、プレートの曲げ剛性であり、
rmは、上記空腔の中央ポイントから規定される上記メンブレンの半径であり、
rbは、上記空腔の中央ポイントから規定される上記第2の電極の半径であり、
h1、h2及びh3はそれぞれ、上記空腔の側面を形成する上記メンブレンの側面から測定される、上記第2の電極の第1の側面の距離、上記第2の電極の第2の側面の距離及び上記メンブレンの厚みであり、
νは、ポアソン比であり、
Sは、上記メンブレンにおける熱応力であり、
Eは、上記メンブレンの物質に関するヤング率であり、E1及びE2はそれぞれ、上記第2の電極及び上記メンブレンに関連し、
ΔTは、温度変化であり、
αは、物質の拡張係数であり、α1及びα2はそれぞれ、上記第2の電極及び上記メンブレンに関連する。
として表されることができる。ここで、Mは、メンブレンの熱的に誘導された運動量であり、
Sは、メンブレンにおける熱応力であり、
δは、第2の電極の厚み(=h2−h1)であり、
zは、空腔に平行なメンブレンの中央軸から第2の電極の隣接する表面への第2の電極の距離である。
となるよう上記空腔の中央ポイントから測定される半径rb−topを持つ。
により与えられるよう、リング又はギャップの位置は最適化されることができる。
請求項1乃至11のいずれかに記載のCMUTデバイスを製造するステップと、
CMUTデバイスにテスト機能を提供するステップであって、テスト機能が温度の範囲を通り駆動されることができる、ステップと、
CMUTデバイスの温度依存性を測定するステップとを有する。
Claims (17)
- CMUTデバイスであって、
シリコン基板と、
空腔と、
メンブレンであって、前記メンブレン及び前記シリコン基板がそれぞれ、前記空腔の側面を形成するよう構成され、前記側面が、互いに対して対向するように配置される、メンブレンと、
前記空腔に隣接して平行に配置される第1の電極であって、前記シリコン基板に対して連続して構成される、第1の電極と、
前記空腔に隣接して平行に配置される第2の電極であって、前記第1の電極に対向し、前記メンブレンに埋め込まれる、第2の電極と、
温度補償手段であって、前記メンブレンの設計特性を通じて前記メンブレンの温度誘導された屈折を減らすよう構成され、前記メンブレンの設計特性は前記メンブレンの温度誘導された運動量を最小化することをもたらす、温度補償手段とを有する、CMUTデバイス。 - 前記温度補償手段が、
に基づき、前記メンブレンの温度誘導された屈折hを減らすように構成され、
hは、前記空腔の中央ポイントで前記基板に向かう前記メンブレンの前記温度誘導された屈折であり、
Mは、前記メンブレンの前記温度誘導された運動量であり、
Dは、プレートの曲げ剛性であり、
rmは、前記空腔の中央ポイントから規定される前記メンブレンの半径であり、
rbは、前記空腔の中央ポイントから規定される前記第2の電極の半径であり、
h1、h2及びh3はそれぞれ、前記空腔の側面を形成する前記メンブレンの側面から測定される、前記第2の電極の第1の側面の距離、前記第2の電極の第2の側面の距離及び前記メンブレンの厚みであり、
νは、ポアソン比であり、
Sは、前記メンブレンにおける熱応力であり、
Eは、前記メンブレンの物質に関するヤング率であり、E1及びE2はそれぞれ、前記メンブレン及び前記第2の電極に関し、
ΔTは、温度変化であり、
αは、物質の拡張係数であり、α1及びα2はそれぞれ、前記メンブレン及び前記第2の電極に関する、請求項1に記載のCMUTデバイス。 - (h1+h2)/2は、(1/2)h3に等しいか又はほぼ等しく、これにより、Mが0に減らされる、請求項1又は2に記載のCMUTデバイス。
- 前記第2の電極の位置は、前記空腔に平行な前記メンブレンの中央軸に対してオフセットされる、請求項1又は2に記載のCMUTデバイス。
- 前記第2の電極が、前記空腔に平行な全体のメンブレンにわたり延在する、請求項1又は2に記載のCMUTデバイス。
- rb=rmである、請求項5に記載のCMUTデバイス。
- 前記CMUTデバイスが更に、第2の補償板を有し、前記第2の補償板は、前記第2の電極の寸法及び構成に適合され、前記第2の補償板及び第2の電極が、前記メンブレンの中央軸に対して前記メンブレンにおいて対称的に配置され、前記空腔に対して平行である、請求項1又は2に記載のCMUTデバイス。
- 前記CMUTデバイスの第2の電極が、前記第2の電極の内側部分を外側部分から分離し、及び電気的に非接続状態にするリングを有する、請求項1又は2に記載のCMUTデバイス。
- 前記メンブレンが、窒化ケイ素を有し、前記第2の電極は、アルミニウム又はアルミニウム複合物を有する、請求項1乃至9のいずれかに記載のCMUTデバイス。
- 専用のASICを更に有し、前記ASICが、独立した要素であるか、又は前記CMUTに一体化される、請求項1乃至10のいずれかに記載のCMUTデバイス。
- 請求項1乃至11のいずれかに記載のCMUTデバイスを有する超音波撮像デバイス。
- 請求項1乃至11のいずれかに記載のCMUTデバイスを有する圧力検出デバイス。
- 請求項1乃至11のいずれかに記載のCMUTデバイスを製造する方法において、
請求項1乃至11のいずれかに記載のCMUTデバイスを製造するステップと、
前記CMUTデバイスに関するテスト機能を提供するステップであって、前記テスト機能が、好ましくは少なくとも−55℃乃至+200℃の温度の範囲、若しくは更に好ましくは少なくとも+10℃乃至+60℃の温度の範囲を有する温度の範囲を通り駆動されることができる、ステップと、
前記CMUTデバイスの、係数βにより特徴づけられる温度依存性を測定するステップとを有する、方法。 - 請求項7に記載の第1の又は追加的な第1の補償板を加えるための追加的な製造により前記CMUTデバイスの温度依存を修正するステップを更に有する、請求項14に記載のCMUTデバイスを製造する方法。
- 係数β及び/又はユニークな識別子の永久記録を前記ASICに加えるステップを更に有する、請求項11に記載のCMUTデバイスを製造する方法において、
請求項11に記載のCMUTデバイスを製造するステップと、
前記CMUTデバイスに関するテスト機能を提供するステップであって、前記テスト機能が、好ましくは少なくとも−55℃乃至+200℃の温度の範囲、若しくは更に好ましくは少なくとも+10℃乃至+60℃の温度の範囲を有する温度の範囲を通り駆動されることができる、ステップと、
前記CMUTデバイスの、前記係数βにより特徴づけられる温度依存性を測定するステップと
を有する、方法。 - 係数β及び/又はユニークな識別子の永久記録を前記ASICに加えるステップを更に有する、請求項11に記載のCMUTデバイスを製造する方法において、
請求項11に記載のCMUTデバイスを製造するステップと、
前記CMUTデバイスに関するテスト機能を提供するステップであって、前記テスト機能が、好ましくは少なくとも−55℃乃至+200℃の温度の範囲、若しくは更に好ましくは少なくとも+10℃乃至+60℃の温度の範囲を有する温度の範囲を通り駆動されることができる、ステップと、
前記CMUTデバイスの、前記係数βにより特徴づけられる温度依存性を測定するステップと
を有し、
請求項7に記載の第1の又は追加的な第1の補償板を加えるための追加的な製造により前記CMUTデバイスの温度依存を修正するステップを更に有する、方法。
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