KR102163729B1 - 전기 음향 변환기 - Google Patents

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KR102163729B1
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Abstract

전기 음향 변환기가 개시된다. 개시된 전기 음향 변환기는 복수개의 요소를 포함하고, 상기 요소들 각각은 복수개의 셀을 포함한다. 여기서, 상기 셀들은 서로 다른 두께를 가지는 적어도 2개의 멤브레인을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 요소를 구성하는 셀들 각각의 주파수 대역 보다 넓은 주파수 대역을 가지는 전기 음향 변환기의 요소를 구현할 수 있다.

Description

전기 음향 변환기{Electro acoustic transducer}
전기 음향 변환기에 관한 것으로, 상세하게는 미세가공 전기 음향 변환기에 관한 것이다.
전기 음향 변환기는 전기에너지를 음향에너지로 변환하거나 또는 음향에너지를 전기에너지로 변환하는 것으로, 초음파 변환기, 마이크로폰 등을 포함할 수 있다. 미세가공 전기 음향 변환기는 미세 전기기계시스템(MEMS; Micro-Electro-Mechanical System)을 이용한 변환기로서, 그 대표적인 예로서 미세가공 초음파 변환기(MUT; Micromachined Ultrasonic Transducer)를 들 수 있다. 미세가공 초음파 변환기는 전기적 신호를 초음파 신호로 변환하거나 또는 초음파 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있는 장치로서, 그 변환 방식에 따라서 압전형 미세가공 초음파 변환기(pUMT; piezoelectric MUT), 정전용량형 미세가공 초음파 변환기(cMUT; capacitive MUT), 자기형 미세가공 초음파 변환기(mMUT; magnetic MUT) 등으로 구분될 수 있다. 종래에는 압전형 초음파 변환기가 주로 사용되었으나, 최근에는 광대역 신호의 송/수신, 반도체 공정을 이용한 일괄생산, 전기회로와의 집적화 등에 있어서 장점이 있는 정전용량형 미세가공 초음파 변환기가 개발되고 있다. 이러한 정전용량형 미세가공 초음파 변환기가 의료 영상 진단 기기나 센서 등과 같은 분야에서 각광을 받고 있다.
한편, 최근에는 초음파 진단을 통해 B-mode 이미지, 도플러 이미지, 하모닉 이미지, 광음향 이미지 등과 같은 다양한 방식의 초음파 신호 획득에 대한 요구가 높아지면서 광대역 특성을 가지는 초음파 장비에 대한 개발이 증가하고 있다. 또한, 복부, 심장, 갑상선 등과 같이 크기와 깊이가 서로 다른 장기들의 진단을 커버하기 위해서도 광대역 특성을 가지는 초음파 장비에 대한 개발은 필수적이다. 정전용량형 미세가공 초음파 변환기는 일반적인 압전형 초음파 변환기에 비하여 광대역 신호의 송수신이 가능하지만, 전 주파수 대역을 수신하는데 에는 한계가 있다. 이에 따라, 서로 다른 공진 주파수를 가지는 셀들을 조합함으로써 광대역을 구현하는 방법들이 개발되고 있다.
예시적인 실시예는 미세가공 전기 음향 변환기를 제공한다.
일 측면에 있어서,
복수개의 요소(element)를 포함하는 전기 음향 변환기에 있어서,
상기 요소들 각각은 복수개의 셀(cell)을 포함하고,
상기 셀들은 서로 다른 두께를 가지는 적어도 2개의 멤브레인(membrane)을 포함하는 전기 음향 변환기가 제공된다.
상기 요소는 상기 요소를 구성하는 셀들 각각의 주파수 대역 보다 넓은 주파수 대역을 가질 수 있다.
상기 셀들 각각은 기판과, 상기 기판 상에 마련되는 것으로 캐비티(cavity)를 포함하는 지지대(support)와, 상기 캐비티를 덮도록 마련되는 상기 멤브레인과, 상기 멤브레인의 상면에 마련되는 전극을 포함할 수 있다.
상기 기판은 도전성 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판은 대략 0.01 Ωcm 이하의 비저항(specific resistance)을 가지는 저저항 실리콘(low resistivity silicon)을 포함할 수 있다. 상기 기판 상에는 절연층이 더 마련될 수 있다. 상기 멤브레인은 예를 들면 실리콘을 포함할 수 있다.
상기 요소들 및 상기 셀들은 2차원 형태로 배열될 수 있다. 여기서, 상기 셀들은 서로 동일한 크기를 가질 수 있다. 상기 전기 음향 변환기는 정전용량형 미세가공 초음파 변환기(cMUT; capacitive Micromachined Ultrasound Transducer)를 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
복수개의 셀을 포함하고,
상기 셀들은 서로 다른 두께를 가지는 적어도 2개의 멤브레인(membrane)을 포함하는 전기 음향 변환기의 요소가 제공된다.
실시예에 따른 전기 음향 변환기에 의하면, 멤브레인의 두께를 변화시킴으로써 서로 다른 주파수 특성을 가지는 셀들을 제작할 수 있으며, 이렇게 제작된 셀들을 조합하면 광대역의 주파수 특성을 가지는 요소를 구현할 수 있다. 그리고, 이러한 광대역의 주파수 특성을 가지는 요소들을 포함하는 전기 음향 변환기는 B-mode 이미지, 도플러 이미지, 하모닉 이미지, 광음향 이미지 등과 같은 다양한 방식의 초음파 신호 획득이 필요한 초음파 장비나 또는 복부, 심장, 갑상선 등과 같이 크기와 깊이가 서로 다른 장기들의 진단을 커버하는 초음파 장비 분야에 응용될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 전기 음향 변환기의 변환기 칩을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 요소(element)의 평면을 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 본 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 멤브레인들을 도시한 사시도이다.
도 5는 멤브레인들의 두께가 같은 셀들로 구성된 전기 음향 변환기의 주파수 특성과 멤브레인들의 두께가 다른 2 종류의 셀들로 구성된 전기 음향 변환기의 주파수 특성을 비교하여 도시한 것이다.
도 6은 도 2에 도시된 요소의 변형예를 도시한 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 셀들을 구성하는 멤브레인들을 도시한 사시도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 전기 음향 변환기의 요소를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 전기 음향 변환기의 변환기 칩(100)을 도시한 평면도이다. 전기 음향 변환기는 복수의 변환기 칩(transducer chip,100)을 포함할 수 있으며, 도 1에는 전기 음향 변환기를 구성하는 변환기 칩들 중 하나의 변환기 칩(100)이 도시되어 있다. 전기 음향 변환기는 예를 들면 정전용량형 미세가공 초음파 변환기(cMUT; capacitive Micromachined Ultrasound Transducer)가 될 수 있다. 도 1을 참조하면, 전기 음향 변환기의 변환기 칩(100)은 2차원적으로 배열되는 복수의 요소(element,110)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 요소들(110) 각각은 독립적으로 구동될 수 있다. 상기 요소들(110)은 서로 동일한 주파수 특성을 가질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 요소들(110) 중 적어도 일부는 다른 주파수 특성을 가질 수도 있다. 그리고, 이러한 요소들(110) 각각은 2차원적으로 배열되는 복수의 셀(111)을 포함한다. 여기서, 전기 음향 변환기의 요소(110)를 구성하는 셀들(111)은 서로 동일한 크기를 가질 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 요소들(110) 중 하나의 요소(110)를 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 요소(110)는 2차원적으로 배열되는 복수개의 셀(111)을 포함한다. 도 2에는 상기 요소(110)가 정방향으로 배열된 9개의 셀(111)로 구성된 경우가 도시되어 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로, 상기 셀들(111)의 개수 및 배열 형태는 다양하게 변형될 수 있다. 상기 요소(110)는 서로 다른 주파수 특성(즉, 공진 주파수)을 가지는 적어도 하나의 제1 셀(111a) 및 적어도 하나의 제2 셀(111b)을 포함할 수 있다. 도 2에는 상기 요소(110)가 6개의 제1 셀(111a)과 3개의 제2 셀(111b)로 구성된 경우가 도시되어 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 셀들(111a,111b)은 x 방향을 따라 교대로 배열되어 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 상기 제1 및 제2 셀들(111a,111b)의 개수 및 배열 형태는 다양하게 변형될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 셀(111a,111b)은 후술하는 바와 같이 서로 다른 두께를 가지는 제1 및 제2 멤브레인(115a,115b)을 포함한다. 이와 같이, 전기 음향 변환기의 요소(110)가 서로 다른 두께의 멤브레인들(115a,115b)을 포함하는 제1 및 제2 셀들(111a,111b)로 구성되는 경우에는 상기 요소(110)는 제1 및 제2 셀 (111a,111b) 각각의 주파수 대역보다 넓은 주파수 대역을 가질 수 있다. 한편, 상기 요소(110)를 구성하는 제1 및 제2 셀들(111a,111b)은 서로 동일한 크기를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 셀들(111a,111b)을 구성하는 제1 및 제2 멤브레인들(115a,115b)의 반지름은 서로 동일할 수 있다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 본 단면도이다. 그리고, 도 4는 도 3에 도시된 멤브레인들(115a,115b)을 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 셀들(111a) 각각은 기판(112)과, 상기 기판(112) 상에 마련되는 지지대(support,114)와, 상기 지지대(114) 상에 마련되는 제1 멤브레인(membrane,115)과, 상기 제1 멤브레인(115) 상에 마련되는 전극(116)을 포함한다. 상기 기판(112)은 하부 전극의 역할을 할 수 있다. 이를 위해 상기 기판(112)은 도전성 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(112)은 대략 0.01 Ωcm 이하의 비저항(specific resistance)을 가지는 저저항 실리콘(low resistivity silicon)을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 기판(112)의 상면에는 예를 들면 실리콘 산화물로 이루어진 절연층(113)이 더 마련될 수 있다.
상기 절연층(113) 상에는 캐비티(cavity,120)가 형성된 지지대(114)가 마련되어 있다. 이러한 지지대(114)는 예를 들면 실리콘 산화물을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 지지대(114) 상에는 캐비티(120)을 덮도록 제1 멤브레인(115a)이 마련되어 있다. 이러한 제1 멤브레인(115a)은 예를 들면 실리콘을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 제1 멤브레인(115a)은 후술하는 제2 멤브레인(115b)의 두께(t2)와는 다른 제1 두께(t1)를 가질 수 있다. 그리고, 상기 제1 멤브레인(115a)의 상면에는 전극(116)이 마련되어 있다. 상기 전극(116)은 상부 전극의 역할을 하는 것으로, 예를 들면, 금속을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 셀들(111b) 각각은 상기 기판(112)과, 상기 기판(112) 상에 마련되는 것으로 캐비티(120)를 포함하는 지지대(114)와, 상기 지지대(114) 상에 캐비티(120)를 덮도록 마련되는 제2 멤브레인(115b)과, 상기 제2 멤브레인(115b) 상에 마련되는 전극(116)을 포함한다. 여기서, 상기 기판(112), 지지대(114) 및 전극(116)은 전술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 상기 제2 멤브레인(115b)은 제1 멤브레인(115a)의 두께(t1)와는 다른 제2 두께(t2)를 가지고 있다. 도 3에는 상기 제2 멤브레인(115b)의 제2 두께(t2)가 제1 멤브레인(115a)의 제1 두께(t1)보다 작은 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 상기 제2 멤브레인(115b)은 제1 멤브레인(115a)과 같은 물질, 예를 들면 실리콘을 포함할 수 있다. 도 4에는 서로 다른 두께를 가지는 제1 및 제2 멤브레인들(115a,115b)이 x 방향을 따라 교대로 배열되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
이상과 같이, 전기 음향 변환기의 요소(110)는 서로 다른 주파수 특성을 가지는 적어도 하나의 제1 셀(111a) 및 적어도 하나의 제2 셀(111b)로 구성되어 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 셀(111a,111b)은 서로 다른 두께를 가지는 제1 및 제2 멤브레인(115a,115b)을 포함한다. 이에 따라 광대역의 주파수 특성을 가지는 전기 음향 변환기를 구현할 수 있다.
일반적으로, 정전용량형 미세가공 초음파 변환기에서 셀의 공진주파수(fr)는 식(1)과 같다.
Figure 112013105790594-pat00001
................. (1)
여기서, Y0, ρ 및 δ는 각각 멤브레인의 Young's modulus, density 및 Poisson ratio를 나타낸다. 그리고, tn 및 a는 각각 멤브레인의 두께 및 반지름을 나타낸다.
식(1)을 참조하면, 멤브레인의 반지름(a)를 변화시킴으로써 셀의 공진주파수를 바꿀 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 멤브레인의 반지름(a)을 변화시켜 제작된 서로 다른 공진 주파수들을 가지는 셀들을 조합함으로써 광대역 특성을 가지는 전기 음향 변환기의 요소를 제작할 수 있다. 그러나, 이 경우에는 한정된 영역 내에 크기가 다른 셀들을 균일하게 배치하기 어려우며, 셀들을 효율적으로 배치하기가 어려운 점이 있다. 본 실시예에서는 멤브레인의 두께를 변화시킴으로써 서로 다른 주파수 특성을 가지는 제1 및 제2 셀들(111a,111b)을 제작하고, 이렇게 제작된 제1 및 제2 셀들(111a,111b)을 조합함으로써 광대역의 주파수 특성을 가지는 전기 음향 변환기를 구현할 수 있다.
도 5는 멤브레인들의 두께가 같은 셀들로 구성된 전기 음향 변환기의 주파수 특성과 멤브레인들의 두께가 다른 2 종류의 셀들로 구성된 전기 음향 변환기의 주파수 특성을 비교하여 도시한 것이다. 도 5에서, A1은 멤브레인들의 두께가 t1인 셀들로 구성된 요소의 주파수 특성을 나타낸 그래프이며, A2는 멤브레인들의 두께가 t2(< t1)인 셀들로 구성된 요소의 주파수 특성을 나타낸 그래프이다. 여기서, 멤브레인들의 두께가 t1인 셀들로 구성된 요소의 공진 주파수가 멤브레인들의 두께가 t2(< t1)인 셀들로 구성된 요소의 공진 주파수 보다 높음을 알 수 있다. 그리고, B는 멤브레인의 두께가 t1인 셀과 멤브레인의 두께가 t2인 셀이 조합하여 제작된 요소의 주파수 특성을 나타낸 그래프이다. 여기서, 서로 다른 공진 주파수를 가지는 2개의 셀을 조합하여 요소를 제작하게 되면 2개의 셀로부터 나오는 주파수 대역들이 중첩됨으로써 상기 요소는 2개의 셀들 각각으로부터 나오는 주파수 대역보다 넓은 광대역의 주파수 특성을 가짐을 알 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에서는 멤브레인의 두께를 변화시켜 서로 다른 주파수 특성을 가지는 적어도 하나의 제1 셀(111a) 및 적어도 하나의 제2 셀(111b)을 조합함으로써 광대역의 주파수 특성을 가지는 전기 음향 변환기를 구현할 수 있다.
도 2에는 전기 음향 변환기의 요소(110)를 구성하는 서로 다른 주파수 특성을 가지는 제1 및 제2 셀들(111a,111b)이 x방향을 따라 교대로 배열되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 상기 제1 및 제2 셀들(111a,111b)의 개수 및 배열 형태는 다양하게 변형될 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 요소(110)의 변형예(110')를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 7은 도 6에 도시된 셀들(111')을 구성하는 멤브레인들(115'a,115'b)을 도시한 사시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 전기 음향 변화기의 요소(110')는 2차원 형태로 배열된 복수의 셀(111')을 포함한다. 여기서, 상기 요소(110')는 서로 다른 주파수 특성을 가지는 적어도 하나의 제1 셀(111'a) 및 적어도 하나의 제2 셀(111'b)을 포함할 수 있다. 도 6에는 상기 요소(110')가 5개의 제1 셀(111'a)과 4개의 제2 셀(111'b)로 구성된 경우가 도시되어 있으며, 여기서, 상기 제1 및 제2 셀들(111'a,111'b)은 x 및 y 방향을 따라 교대로 배열되어 있다. 상기 제1 셀(111'a)은 제1 두께(t1)를 가지는 제1 멤브레인(115'a)을 포함하며, 상기 제2 셀(111'b)은 제2 두께(t2)를 가지는 제2 멤브레인(115'b)을 포함한다. 이와 같이, 서로 다른 주파수 특성을 가지는 제1 및 제2 셀들(111'a,111'b)을 조합하여 전기 음향 변환기의 요소(110')를 제작하게 되면 전술한 바와 같이 광대역 주파수 특성을 구현할 수 있다. 한편, 이상에서 설명된 제1 및 제2 셀들(111'a,111'b)의 개수 및 배열형태는 단지 예시적인 것으로 이외에도 다양한 변형이 가능하다.
도 8은 다른 실시예에 따른 전기 음향 변환기의 요소(210)를 도시한 단면도이다. 도 8에는 요소(210)가 두께가 서로 다른 3 종류의 셀들(211a,211b,211c)로 구성된 경우가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 상기 요소(210)는 2차원적으로 배열되는 복수개의 셀(211)을 포함한다. 여기서, 상기 요소를 구성하는 셀들(211)의 개수 및 배열 형태는 다양하게 변형될 수 있다. 상기 요소(210)는 서로 다른 주파수 특성(즉, 공진 주파수)을 가지는 적어도 하나의 제1 셀(211a), 적어도 하나의 제2 셀(211b) 및 적어도 하나의 제3 셀(211c)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1, 제2 및 제3 셀들(211a,211b,211c)의 개수 및 배열 형태는 다양하게 변형될 수 있다.
상기 제1, 제2 및 제3 셀(211a,211b,211c)은 서로 다른 두께를 가지는 제1, 제2 및 제3 멤브레인(215a,215b,215c)을 포함한다. 이와 같이, 전기 음향 변환기의 요소(210)가 서로 다른 두께의 멤브레인들(215a,215b,215c)을 포함하는 제1, 제2 및 제3 셀(211a,211b,211c)로 구성되는 경우에는 상기 요소(210)는 제1, 제2 및 제3 셀(211a,211b,211c) 각각의 주파수 대역보다 넓은 주파수 대역을 가질 수 있다. 한편, 상기 요소(210)를 구성하는 제1, 제2 및 제3 셀(211a,211b,211c)은 서로 동일한 크기를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1, 제2 및 제3 셀(211a,211b,211c)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 멤브레인들(215a,215b,215c)의 반지름은 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 셀은 기판(212)과, 상기 기판(212) 상에 마련되는 지지대(214)와, 상기 지지대(214) 상에 마련되는 제1 멤브레인(215)과, 상기 제1 멤브레인(215) 상에 마련되는 전극(216)을 포함한다. 상기 기판(212)은 하부 전극의 역할을 할 수 있으며, 이를 위해 상기 기판(112)은 도전성 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(212)은 대략 0.01 Ωcm 이하의 비저항을 가지는 저저항 실리콘을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 기판(212)의 상면에는 예를 들면 실리콘 산화물로 이루어진 절연층(213)이 더 마련될 수 있다.
상기 절연층(213) 상에는 캐비티(220)가 형성된 지지대(214)가 마련되어 있다. 이러한 지지대(214)는 예를 들면 실리콘 산화물을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 지지대(214) 상에는 캐비티(220)을 덮도록 제1 멤브레인(215a)이 마련되어 있다. 이러한 제1 멤브레인(215a)은 예를 들면 실리콘을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 제1 멤브레인(215a)은 제2 및 제3 멤브레인(215b,215c)의 두께(t2,t3)와는 다른 제1 두께(t1)를 가질 수 있다. 그리고, 상기 제1 멤브레인(215a)의 상면에는 전극(116)이 마련되어 있다. 상기 전극(116)은 상부 전극의 역할을 하는 것으로, 예를 들면, 금속을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 셀(211b)은 상기 기판(212)과, 상기 기판(212) 상에 마련되는 것으로 캐비티(220)를 포함하는 지지대(214)와, 상기 지지대(214) 상에 캐비티(220)를 덮도록 마련되는 제2 멤브레인(215b)과, 상기 제2 멤브레인(215b) 상에 마련되는 전극(216)을 포함한다. 여기서, 상기 기판(212), 지지대(214) 및 전극(216)은 전술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 상기 제2 멤브레인(215b)은 제1 및 제3 멤브레인(215a,215c)의 두께(t1,t3)와는 다른 제2 두께(t2)를 가지고 있다. 도 8에는 상기 제2 멤브레인(215b)의 제2 두께(t2)가 제1 멤브레인(215a)의 제1 두께(t1)보다 작은 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 상기 제2 멤브레인(215b)은 제1 멤브레인(215a)과 같은 물질, 예를 들면 실리콘을 포함할 수 있다.
상기 제3 셀(211vc)은 상기 기판(212)과, 상기 기판(212) 상에 마련되는 것으로 캐비티(220)를 포함하는 지지대(214)와, 상기 지지대(214) 상에 캐비티(220)를 덮도록 마련되는 제3 멤브레인(215c)과, 상기 제3 멤브레인(215c) 상에 마련되는 전극(216)을 포함한다. 여기서, 상기 기판(212), 지지대(214) 및 전극(216)은 전술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 상기 제3 멤브레인(215c)은 제1 및 제2 멤브레인(215a,215b)의 두께(t1,t2)와는 다른 제3 두께(t3)를 가지고 있다. 도 8에는 상기 제3 멤브레인(215c)의 제3 두께(t3)가 제2 멤브레인(215b)의 제2 두께(t2)보다 작은 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 상기 제3 멤브레인(215c)은 제1 및 제2 멤브레인(215a,215b)과 같은 물질, 예를 들면 실리콘을 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예서는 전기 음향 변환기의 요소(210)가 서로 다른 주파수 특성을 가지는 3종류의 제1, 제2 및 제3 셀(211a,211b,211c)로 구성되어 있다. 여기서, 상기 제1, 제2 및 제3 셀(211a,211b,211c)은 두께가 서로 다른 제1, 제2 및 제3 멤브레인(215a,215b,215c)을 포함한다. 이와 같이, 서로 다른 주파수 특성을 가지는 제1, 제2 및 제3 셀(211a,211b,211c)을 조합하여 전기 음향 변환기의 요소(210)를 제작하게 되면 광대역 주파수 특성을 구현할 수 있다. 한편, 이상에서는 요소가 주파수 특성이 서로 다른 3종류의 제1, 제2 및 제3 셀(211a,211b,211c)로 구성된 경우가 설명되었으나, 이에 한정되지 않고 주파수 특성이 서로 다른 4종류 이상의 셀들로 구성된 요소도 구현될 수도 있다. 이상에서 예시적인 실시예들을 통하여 기술적 내용을 설명하였으나, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100... 변환기 칩 110,110',210... 요소
111,111',211... 셀 111a,111'a,211a... 제1 셀
111b,111'b,211b... 제2 셀 211c... 제3 셀
112,212... 기판 113,213... 절연층
114,214... 지지대 115a,115'a,215a... 제1 멤브레인
115b,115'b,215b... 제2 멤브레인 215c... 제3 멤브레인
116,216... 전극 120,220... 캐비티

Claims (20)

  1. 2차원적으로 배열되는 복수의 요소(element)를 포함하는 전기 음향 변환기에 있어서,
    상기 요소들 각각은,
    기판;
    상기 기판 상에 마련되는 것으로 제1 캐비티를 포함하는 제1 지지대와, 상기 제1 지지대 및 상기 제1 캐비티 상에 마련되며 제1 두께를 가지는 제1 멤브레인과, 상기 제1 멤브레인 상에 마련되는 제1 전극을 포함하는 제1 셀; 및
    상기 기판 상에 마련되는 것으로 제2 캐비티를 포함하는 제2 지지대와, 상기 제2 지지대 및 상기 제2 캐비티 상에 마련되며 상기 제1 두께와는 다른 제2 두께를 가지는 제2 멤브레인과, 상기 제2 멤브레인 상에 마련되는 제2 전극을 포함하는 제2 셀;을 포함하는 전기 음향 변환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 요소는 상기 제1 셀 및 제2 셀 각각의 주파수 대역 보다 넓은 주파수 대역을 가지는 전기 음향 변환기.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 도전성 재질을 포함하는 전기 음향 변환기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판은 저저항 실리콘(low resistivity silicon)을 포함하는 전기 음향 변환기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 저저항 실리콘의 비저항(specific resistance)는 0.01 Ωcm 이하인 전기 음향 변환기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 셀 및 상기 제2 셀 각각은 상기 기판 상에 마련된 절연층을 더 포함하는 전기 음향 변환기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 멤브레인 및 상기 제2 멤브레인 각각은 실리콘을 포함하는 전기 음향 변환기.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 셀과 상기 제2 셀은 서로 동일한 크기를 가지는 전기 음향 변환기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 음향 변환기는 정전용량형 미세가공 초음파 변환기(cMUT; capacitive Micromachined Ultrasound Transducer)를 포함하는 전기 음향 변환기.
  12. 기판;
    상기 기판 상에 마련되는 것으로 제1 캐비티를 포함하는 제1 지지대와, 상기 제1 지지대 및 상기 제1 캐비티 상에 마련되며 제1 두께를 가지는 제1 멤브레인과, 상기 제1 멤브레인 상에 마련되는 제1 전극을 포함하는 제1 셀; 및
    상기 기판 상에 마련되는 것으로 제2 캐비티를 포함하는 제2 지지대와, 상기 제2 지지대 및 상기 제2 캐비티 상에 마련되며 상기 제1 두께와는 다른 제2 두께를 가지는 제2 멤브레인과, 상기 제2 멤브레인 상에 마련되는 제2 전극을 포함하는 제2 셀;을 포함하는 전기 음향 변환기의 요소.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 요소는 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀 각각의 주파수 대역 보다 넓은 주파수 대역을 가지는 전기 음향 변환기의 요소.
  14. 삭제
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판은 도전성 재질을 포함하는 전기 음향 변환기의 요소.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 기판은 저저항 실리콘(low resistivity silicon)을 포함하는 전기 음향 변환기의 요소.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 셀 및 상기 제2 셀 각각은 상기 기판 상에 마련 절연층을 더 포함하는 전기 음향 변환기의 요소.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 멤브레인 및 상기 제2 멤브레인 각각은 실리콘을 포함하는 전기 음향 변환기의 요소.
  19. 삭제
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 셀과 상기 제2 셀은 서로 동일한 크기를 가지는 전기 음향 변환기의 요소.
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