JP6331513B2 - 音響センサー、超音波探触子及び超音波診断装置 - Google Patents
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Description
半導体基板に対して直接又は間接的に圧電体薄膜が積層配置され、
当該圧電体薄膜に入射した音圧に応じて前記圧電体薄膜に誘起される電荷の量に基づいて、前記半導体基板における所定の領域の通電状態が変化し、
当該通電状態に応じた信号を出力する半導体チップを備え、
前記圧電体薄膜は、強誘電体部材により、その分極状態を反転させる抗電界電圧が前記半導体チップの耐電圧未満となるように形成されており、複数のブロックに分割されて少なくとも一方向に配列され、
前記半導体チップは、前記圧電体薄膜の分極状態を設定するための電圧印加回路が設けられており、1又は複数の前記ブロックごとに前記信号を出力し、
前記電圧印加回路は、前記分極状態を前記ブロックごとに設定可能に設けられている
ことを特徴とする音響センサーである。
ここで、薄膜とは、スパッタリング法、CVD法やゾル−ゲル法といった各種薄膜製造プロセスによって形成されるものを指す。
前記半導体基板に設けられたチャンネル領域の電気伝導度を前記誘起された電荷により生じる電界によって変化させることで、当該チャンネル領域の前記通電状態を変化させることを特徴としている。
前記半導体チップは、
前記半導体基板に設けられたチャンネル領域の導通可否を切り替えるための電極が設けられ、
前記チャンネル領域が導通状態の場合に、前記誘起された電荷の量に応じた電荷が前記チャンネル領域を流れることで前記通電状態が変化するように、前記圧電体薄膜が前記チャンネル領域の一端に対して接続配置される
ことを特徴としている。
前記圧電体薄膜の分極状態を定め、当該定められた分極状態に応じて前記電圧印加回路の動作を制御する制御部を備えることを特徴としている。
前記制御部は、受信される音波に対して行われる所定の空間的相関に係る処理に応じて分極状態を定めることを特徴としている。
請求項1〜5の何れか一項に記載の音響センサーを用いた超音波探触子である。
請求項6に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子により受信された超音波に係る信号を解析する信号処理部と、
前記信号処理部の解析結果を所定の様式で出力する出力部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置である。
請求項1〜3のいずれか一項に記載の音響センサーを用いた超音波探触子と、
前記超音波探触子により受信された超音波に係る信号を解析する信号処理部と、
前記信号処理部の解析結果を所定の様式で出力する出力部と、
前記圧電体薄膜の分極状態を定め、当該定められた分極状態に応じて前記電圧印加回路の動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置である。
[第1実施形態]
図1は、本実施形態の音響センサーを用いた超音波探触子を備える超音波診断装置Sの全体図である。図2は、超音波診断装置Sの内部構成を示すブロック図である。
本実施の形態の超音波探触子2では、例えば、振動子配列210には、二次元アレイ状に配置された3(幅方向)×192(走査方向)=576個の振動子21が含まれる。或いは、振動子21は、走査方向に一次元配列されたものであっても良い。また、振動子21の個数を任意に設定することが出来る。超音波探触子2は、電子走査方式或いは機械走査方式の何れを採用したものであっても良く、また、走査方式として、リニア走査方式、セクター走査方式或いはコンベックス走査方式の何れの方式を採用したものであっても良い。また、超音波探触子2における超音波の受信周波数の帯域幅を任意に設定することが出来る。
また、この超音波診断装置Sは、診断対象に応じて異なる複数の超音波探触子2の何れかを超音波診断装置本体1に接続して利用することが出来る構成とすることが出来る。
本実施形態の振動子21は、半導体基板100上にゲート絶縁膜111を挟んで強誘電体薄膜層112(圧電体薄膜)と、ゲート電極113とが積層配置された半導体チップとして形成されている。強誘電体薄膜層112の両側面には、側壁114、115が設けられている。半導体基板100の上面には、ゲート電極113下の領域(所定の領域、チャンネル領域となる部分)を間に挟んでエクステンション領域116、117(導電領域)、ソース領域101及びドレイン領域102が形成される。ソース領域101及びドレイン領域102は、それぞれ金属配線103、104に接続されている。
複数の振動子21及び各々に対応する強誘電体薄膜層112(ブロック)は、個別に形成されることも可能であるが、一枚又は少ない枚数のウェハ上に複数個まとめて形成されることで、複数の振動子21を精度良く配置しながら容易且つ低コストで振動子配列210を形成することが出来る。
また、ここで、強誘電体薄膜層112を利用して超音波の送信を行う場合、膜厚に応じて送信時に印加される電圧も小さくすることが出来るが、抗電界電圧より小さい範囲で分極状態を変化させず、且つ、発熱量が問題にならない範囲において、適宜な値に設定することが出来る。
また、特に、アーチファクトなどの影響を軽減するために受信したくない位置の振動子21の受信感度をゼロレベルまで落とし、受信ウィンドウ(例えば、ハニング窓)を形成するように分極状態を変化させることが出来る。
ここでは、両矢印の長さで分極量の大きさの傾向が示されている。この振動子配列210では、中央付近の振動子21に係る強誘電体薄膜層112の分極量が大きく、即ち、多分域、多結晶の各領域(グレイン)の分極方向が揃うように設定され、四隅の振動子21に係る強誘電体薄膜層112に向けて分極量が徐々に小さくなるように、即ち、各分域、結晶領域の分極方向が揃わないように設定されている。これにより、中央付近の振動子21による受信感度が高く、四隅の振動子21による受信感度を小さくするようにアポダイゼーションの設定がなされる。
なお、ここでは、二次元方向の何れにも中心から端部に向けて分極量(受信感度)が小さくなるように設定したが、走査方向にのみ分極量を変化させても良い。
このように、スパッタリング法などを用いて形成された薄膜を用いて超音波を受信することで、より高精度な圧電体層を形成することが出来るので、容易により高解像度、高分解能のデータを取得することが出来る。
また、一枚又は少ない枚数のウェハ上にまとめてこのような振動子210を形成することが出来るので、複数の振動子21を精度良く配置しながら容易且つ低コストで振動子配列210を形成することが出来る。
次に、第2実施形態の超音波探触子2について説明する。
この超音波探触子2は、振動子21bの構造が振動子21と異なる点以外は第1実施形態の超音波探触子2と同一であり、同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
また、ここでは、ドレイン領域102が配列された転送電極118に隣接している。
このように強誘電体キャパシターを設けてチャンネル領域に導くことで、超音波受信に係る強誘電体キャパシター(強誘電体薄膜層132)のサイズを受信周波数のサイズに合わせながら、信号出力に係るFET構造を容易に小型化することが出来る。また、このときに強誘電体を薄膜により形成するので、場所をとらずにFET構造と積層させながら高精度な音響センサーを設けることが出来る。
例えば、上記実施の形態では、強誘電体薄膜層を用いたが、強誘電性を有しない又は弱い通常の圧電体の薄膜を用いて音響センサーを形成する場合でも、同様に本発明を適用することが出来る。この場合には、所望の分極状態に保つことが出来ないので、電圧供給部からゲート−ソース間に電圧を印加して分極状態の設定を行うための構成は必要ない。一方で、アポダイゼーションなどを行う場合には、従来通り、増幅器の増幅レベルを変更するなどで対処する必要がある。
その他、上記実施の形態で示した構成や構造などの具体的な細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
2 超音波探触子
12 送信部
13 受信部
14 送受信切替部
15 制御部
16 画像処理部
17 記憶部
18 操作入力部
19 出力表示部
21 振動子
21b 振動子
22 ケーブル
100 半導体基板
101 ソース領域
102 ドレイン領域
103 金属配線
103b コンタクトプラグ
104 金属配線
111 ゲート絶縁膜
112 強誘電体薄膜層
112b ゲート電極
113 ゲート電極
113b 金属配線
114、115 側壁
116、117 エクステンション領域
118 転送電極
121、131 絶縁膜
132 強誘電体薄膜層
133 電極
134 電極
135 金属配線
210 振動子配列
S 超音波診断装置
Claims (8)
- 半導体基板に対して直接又は間接的に圧電体薄膜が積層配置され、
当該圧電体薄膜に入射した音圧に応じて前記圧電体薄膜に誘起される電荷の量に基づいて、前記半導体基板における所定の領域の通電状態が変化し、
当該通電状態に応じた信号を出力する半導体チップを備え、
前記圧電体薄膜は、強誘電体部材により、その分極状態を反転させる抗電界電圧が前記半導体チップの耐電圧未満となるように形成されており、複数のブロックに分割されて少なくとも一方向に配列され、
前記半導体チップは、前記圧電体薄膜の分極状態を設定するための電圧印加回路が設けられており、1又は複数の前記ブロックごとに前記信号を出力し、
前記電圧印加回路は、前記分極状態を前記ブロックごとに設定可能に設けられている
ことを特徴とする音響センサー。 - 前記半導体基板に設けられたチャンネル領域の電気伝導度を前記誘起された電荷により生じる電界によって変化させることで、当該チャンネル領域の前記通電状態を変化させることを特徴とする請求項1記載の音響センサー。
- 前記半導体チップは、
前記半導体基板に設けられたチャンネル領域の導通可否を切り替えるための電極が設けられ、
前記チャンネル領域が導通状態の場合に、前記誘起された電荷の量に応じた電荷が前記チャンネル領域を流れることで前記通電状態が変化するように、前記圧電体薄膜が前記チャンネル領域の一端に対して接続配置される
ことを特徴とする請求項1記載の音響センサー。 - 前記圧電体薄膜の分極状態を定め、当該定められた分極状態に応じて前記電圧印加回路の動作を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の音響センサー。
- 前記制御部は、受信される音波に対して行われる所定の空間的相関に係る処理に応じて分極状態を定めることを特徴とする請求項4記載の音響センサー。
- 請求項1〜5の何れか一項に記載の音響センサーを用いた超音波探触子。
- 請求項6に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子により受信された超音波に係る信号を解析する信号処理部と、
前記信号処理部の解析結果を所定の様式で出力する出力部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の音響センサーを用いた超音波探触子と、
前記超音波探触子により受信された超音波に係る信号を解析する信号処理部と、
前記信号処理部の解析結果を所定の様式で出力する出力部と、
前記圧電体薄膜の分極状態を定め、当該定められた分極状態に応じて前記電圧印加回路の動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
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