WO2007049496A1 - 圧力波発生装置およびその製造方法 - Google Patents

圧力波発生装置およびその製造方法 Download PDF

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WO2007049496A1
WO2007049496A1 PCT/JP2006/320818 JP2006320818W WO2007049496A1 WO 2007049496 A1 WO2007049496 A1 WO 2007049496A1 JP 2006320818 W JP2006320818 W JP 2006320818W WO 2007049496 A1 WO2007049496 A1 WO 2007049496A1
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layer
porous layer
porous
pressure wave
heating element
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PCT/JP2006/320818
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yoshifumi Watabe
Yoshiaki Honda
Original Assignee
Matsushita Electric Works, Ltd.
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R23/00—Transducers other than those covered by groups H04R9/00 - H04R21/00
    • H04R23/002—Transducers other than those covered by groups H04R9/00 - H04R21/00 using electrothermic-effect transducer
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor

Definitions

  • the present invention relates to a pressure wave generator suitable for use in, for example, a speaker or an ultrasonic sensor.
  • an ultrasonic generator using mechanical vibration due to a piezoelectric effect has been widely known.
  • this type of ultrasonic generator for example, one having a structure in which electrodes are provided on both sides of a crystal made of piezoelectric material such as barium titanate is known, and electric energy is applied between both electrodes.
  • the mechanical vibrations obtained in step 1 generate ultrasonic waves in the surrounding medium (eg, air).
  • the surrounding medium eg, air
  • the pressure wave generator described in Japanese Patent Application Publication No. 11-300274 includes a substrate that also has a single crystal silicon force, a thermal insulating layer that is a porous silicon layer formed on the surface of the substrate, and a thermal A heating element layer made of an aluminum thin film formed on the insulating layer and a pair of pads electrically connected to the heating element layer are provided.
  • this pressure wave generator when electrical energy is applied to the heating element layer via a pair of pads, a temperature change is generated in the heating element layer according to the drive input waveform consisting of a drive voltage waveform or a drive current waveform. To do.
  • This temperature change of the heating element layer causes thermal expansion and contraction of the medium through heat exchange between the heating element layer and a medium (for example, air) in the vicinity of the apparatus, and as a result, in the medium. Generate pressure waves.
  • the thermal conductivity of the thermal insulating layer increases with time. If the pressure wave generator is used as a transmission element for a reflective ultrasonic sensor, the sound pressure of the generated dense waves will decrease due to the increase in heat capacity per unit volume. The maximum measurement distance will be reduced (the detection area will be narrowed), causing a problem that the target cannot be detected. Also, when used as a speaker, problems occur when the sound pressure decreases.
  • the change with time of the porous silicon layer as described above is a phenomenon that occurs regardless of the formation conditions of the porous silicon layer.
  • a heating element layer which is an electrical resistor
  • the heating element layer and the porous silicon are not removed during a long period of use of the pressure wave generator.
  • a leak current may flow locally through a part that reacts and has low resistance.
  • a conductive path is formed through a silicon substrate, a current with a very large current density is generated. It will flow locally.
  • Such a phenomenon may occur when a large sound pressure is generated by increasing the input power to the pressure wave generator, or may eventually cause the heating element layer to burn out, resulting in failure of the pressure wave generator. There is.
  • the conventional pressure wave generator still has a problem from the viewpoint of eliminating various problems caused by the diffusion of components in the surrounding medium (mainly air) into the heat insulating layer. There is room for improvement.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a pressure wave generator that can suppress a decrease in output due to a change in the heat insulation layer with time.
  • the pressure wave generator of the present invention includes a substrate, a heating element layer, and a heat insulating layer provided between the substrate and the heating element layer, and generates heat caused by energization of the heating element layer.
  • the heat insulating layer has the barrier layer formed on the surface of the porous layer on the heating element layer side, oxygen, moisture, etc. contained in the surrounding medium (for example, air) It is possible to suppress the reduction of thermal properties due to diffusion of reactive substances and impurities in the porous layer, and adsorption, adhesion, or reaction to the porous layer. It is possible to suppress a decrease in output caused by a change with time.
  • the barrier layer is formed by volume expansion of a part of the porous layer, and has a structure in which at least one of porosity and average pore diameter is smaller than that of the porous layer. It is preferable.
  • the presence of the noria layer makes it difficult for oxygen and moisture in the air to diffuse into the porous layer, and heat conduction caused by changes in the thermal properties of the porous layer and adsorption and adhesion of oxygen and moisture.
  • the noria layer is formed integrally with the porous layer, a good interface structure between the porous layer and the barrier layer can be obtained.
  • the barrier layer has a low porosity (that is, a small number of pores and / or a small pore diameter)
  • the mechanical strength of the noria layer is improved, so that the skeleton of the porous layer is prevented from being damaged. An effect is obtained.
  • the porous layer is formed of porous silicon having a mechanical strength lower than that of single crystal silicon, the effect of reinforcing the porous silicon layer by the barrier layer is high. Even if the porosity of the barrier layer is substantially the same as that of the porous layer, the same effect can be expected if the average pore diameter of the barrier layer is smaller than that of the porous layer, although the number of pores increases.
  • the porous layer is preferably made of silicon, and the noria layer preferably contains a silicon compound.
  • the surface layer of the porous silicon layer is oxidized with oxygen or moisture, carbonized by reacting with a substance containing carbon, or reacted with a substance containing nitrogen.
  • the noria layer can be formed by nitriding.
  • the noria layer is formed of a chemically stable silicon compound such as silicon oxide, silicon carbide, or silicon nitride, so that the effect of the barrier layer can be stabilized over a long period of time. Can last.
  • the thickness of the barrier layer is (2 a iZ co It is preferable that the thermal diffusion length (m) defined by Ci) 1/2 or less.
  • i is the thermal conductivity of the barrier layer
  • Ci (jZ (m 3 .K)) is the heat capacity per unit volume of the noria layer
  • ⁇ is generated in the heating element layer It is the angular frequency of the temperature oscillation.
  • the drive input waveform applied to the heating element layer is a sine wave
  • a frequency twice the frequency of this sine wave corresponds to the frequency (f (Hz)) of the temperature oscillation generated in the heating element layer.
  • At least one of the porous layer and the barrier layer has electrical insulation.
  • the material having electrical insulation it is particularly preferable to use silica among the powers that can exemplify the use of silicon compounds such as silicon oxide, silicon carbide, and silicon nitride.
  • the coating method and vapor deposition methods such as CVD make it possible to form a large area in a batch and reduce the cost of the pressure wave generator.
  • the inside of the porous layer is preferably filled with an inert gas.
  • an inert gas it is preferable to maintain the inside of the porous layer in a reduced pressure atmosphere.
  • oxygen in the air The possibility of reactive substances such as moisture adsorbing or adhering to the porous layer can be further reduced.
  • a further object of the present invention is to provide a method of manufacturing a pressure wave generator including a noria layer forming step suitable for achieving the above object. That is, the production method of the present invention includes a step of forming a porous layer on a substrate, a step of forming a barrier layer on the porous layer that suppresses diffusion of surrounding medium components into the porous layer, and a barrier layer. And a process of forming a heating element layer thereon.
  • a preferred embodiment of the porous layer forming step is an embodiment in which the substrate is subjected to anodizing treatment to form the first porous layer over a depth having a surface strength of the substrate, and under different conditions.
  • the conditions for the anodizing treatment are as follows. It is determined so as to have a smaller structure in at least one of porosity and average pore diameter than the porous layer.
  • two types of porous layers differing in at least one of porosity and average pore diameter can be formed simply by changing the conditions of the anodizing treatment, and a good interface between the porous layers can be obtained. be able to.
  • the first porous layer provides the basis for the barrier layer that is formed in the next step.
  • the conditions of the anodizing treatment are such that at least one of the porosity of the porous layer and the average pore diameter is gradually increased in the depth direction of the substrate surface force. You may change so that it may become large. In this case, the surface layer portion of the porous layer provides the basis for the barrier layer formed in the next step.
  • a part of the porous layer having excellent heat insulation provided on the substrate is volume-expanded. That is, by physically or chemically altering a part of the porous layer, the apparent volume of the skeleton of the porous layer is increased, and a structure in which gas is difficult to diffuse inside is formed in the surface layer portion of the porous layer.
  • the heat treatment is preferably performed in the presence of at least one of an oxidizing gas, a carbonizing gas, and a nitriding gas.
  • a part of the porous layer is electrochemically oxidized in an electrolyte solution to form a barrier layer. You may make it.
  • the barrier layer can be formed using the same processing apparatus by simply changing the electrolyte solution. Can be reduced.
  • the porous layer forming step includes the step of forming the first porous layer over a certain depth of the surface force of the substrate, and the first porous layer. Forming a second porous layer having a large porosity and / or average pore diameter in the substrate adjacent to the first porous layer, wherein the forming of the noria layer comprises the step of forming a porous layer of the first porous layer. And a process of reducing at least one of the degree and the average pore diameter.
  • the first porous layer having at least one of the porosity and the average pore diameter smaller than that of the second porous layer is further subjected to a treatment for reducing at least one of the porosity and the average pore diameter to form the barrier layer.
  • a treatment for reducing at least one of the porosity and the average pore diameter to form the barrier layer oxygen and moisture in the air can be more effectively prevented from diffusing into the second porous layer.
  • the surface layer portion of the porous layer may be melted by laser heating to form a noria layer.
  • the inside of the porous layer can be sealed.
  • the porous layer can be maintained in a state filled with an inert gas or in a reduced-pressure state, and the inside of the porous layer can be kept in air. It can be shielded from oxygen and moisture inside.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a pressure wave generator according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the principle of anodizing treatment.
  • FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing a first porous layer provided on a substrate
  • FIG. 3B is a schematic view showing a structure of the first porous layer.
  • (A) is a schematic cross-sectional view showing a second porous layer provided in the substrate adjacent to the first porous layer
  • (B) is a schematic view showing a structure of the second porous layer.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the pore diameter and the pore volume of the first porous layer and the second porous layer.
  • FIG. 6A is a schematic cross-sectional view showing a barrier layer formed by subjecting a second porous layer to volume expansion treatment, and
  • FIG. 6B is a schematic view showing the structure of the barrier layer.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the pore diameter and the pore volume of the second porous layer and the barrier layer.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a process for forming a heating element layer and a pad.
  • FIG. 9 is a graph showing stability over time of output of a pressure wave generator having a barrier layer.
  • FIG. 10 is a diagram showing a result of analyzing a thermal insulation layer of the pressure wave generator of the present embodiment by an Auger electron spectroscopy method before an evaluation test.
  • FIG. 11 is a view showing a result of analyzing a thermal insulation layer of the pressure wave generator of the present embodiment by an Auger electron spectroscopy after an evaluation test.
  • FIG. 12 is a diagram showing a result of analyzing a thermal insulating layer of a conventional pressure wave generator by an Auger electron spectroscopy after an evaluation test.
  • the pressure wave generator of this embodiment includes a substrate 1 having a single crystal silicon force, a heating element layer 3 made of a metal thin film, and a gap between the substrate 1 and the heating element layer 3.
  • a heat insulating layer 2 provided, and a pair of pads 4 provided at both ends of the heat generating layer 3, and the heat generating layer 3 is energized by energizing the heat generating layer 3 through the pair of pads 4.
  • Temperature change force A thermal shock is applied to the surrounding medium air to generate a pressure wave.
  • the drive voltage waveform or the drive current waveform is applied to the heat generating layer 3, the temperature change corresponding to this drive input waveform occurs in the heat generating layer 3.
  • This temperature change of the heating element layer causes expansion and contraction of the medium through heat exchange between the heating element layer and the medium (for example, air) in the vicinity of the device, and as a result, in the medium. Generate pressure waves.
  • An insulating film (not shown) made of a silicon oxide film is formed in a region where the thermal insulating layer 2 is not formed on the upper surface of the substrate 1.
  • the material constituting the substrate 1 is not particularly limited, but when a porous layer is integrally formed in the substrate by an anodic oxidation process to be described later, half of Si, Ge, SiC, GaP, GaAs, InP, etc. It is preferable to use a conductor material.
  • a conductor material For example, when using Si as substrate 1, single connection A crystalline silicon substrate, a polycrystalline or amorphous silicon substrate, or the like can be used.
  • the si substrate may be doped p-type or n-type. Also, there is no particular limitation on the crystal plane orientation. In this embodiment, a p-type silicon single crystal is used as the substrate 1.
  • a high melting point metal such as iridium, tantalum, molybdenum, or tungsten can be used. Further, when high sound pressure is not required, platinum, palladium, gold, etc., which are noble metals that are not deteriorated by oxidation, may be used. In the present embodiment, refractory metal and noble metal iridium is used as the heating element layer 3. Further, as the material constituting the nod 4, it is sufficient to use a conductive material. In this embodiment, aluminum is used.
  • the thermal insulating layer 2 of the present embodiment includes a porous layer 20 formed on the substrate 1, and a barrier layer 25 provided between the porous layer 20 and the heating element layer 3.
  • the barrier layer 25 is preferably provided to shield the porous layer 20 from outside air in order to make it difficult for reactive substances such as oxygen and moisture in the air to diffuse into the porous layer 20.
  • the formation of the noria layer 25 can prevent the heat insulation of the porous layer from deteriorating even when the pressure wave generator is used in an environment where oxygen and reactive substances are present for a long time. It is possible to provide a pressure wave generator excellent in output temporal stability.
  • the material constituting the porous layer 20 is preferably the same material as that of the substrate 1 or a material having higher thermal insulation than the substrate.
  • the noria layer 25 is not particularly limited as long as it can suppress diffusion of moisture and contaminants into the porous layer 20.
  • the porous layer 20 is formed by porously forming a part of the substrate 1 as described later. In particular, a part of the porous layer 20 thus obtained is used. It is preferable to form the Noria layer 25.
  • the porous layer 20 is formed of porous silicon obtained by porously sealing the silicon substrate 1, and the barrier layer 25 is formed by applying a volume expansion treatment described later to a part of the porous silicon layer. Can be formed.
  • the noria layer 25 has a completely dense structure, and it is only necessary to have a porous structure that satisfies the following conditions.
  • the porosity of the porous layer 20 is Ps and the average pore diameter is Rs
  • the porosity Pi of the barrier layer 25 The average pore diameter Ri may satisfy any of the following conditions (1) to (3).
  • the noria layer 25 that can suppress the diffusion of contaminants into the porous layer 20.
  • the condition of Ps> Pi + 10 (%) is satisfied, the porous layer 20 can be reinforced by the noria layer 25 and the mechanical strength of the entire heat insulating layer 2 can be increased.
  • the Noria layer 25 preferably has a thickness that does not exceed the thermal diffusion length D [m] expressed by the following formula.
  • d (m) is the thickness of the barrier layer 25
  • o WZ (m'K)
  • Ci Z (m 3 'K)
  • ⁇ 2 f [radZs]
  • f (Hz) the ideal temperature oscillation frequency
  • the ai of the Noria layer is about 1.55 [WZ (m'K)] if the frequency of the drive input waveform is 30 kHz.
  • Ci is about 1.01 X 10 6 CiZ (m3'K)]
  • the heating element layer is 10 ⁇ 200nm, preferably 20 ⁇ : very thin about LOOnm Formed in thickness. Since such a very thin heating element layer cannot be expected to shield the surrounding medium such as gas, it is necessary to provide a noria layer separately from the heating element layer to improve the shielding ability of the surrounding medium. is there.
  • the heating element layer Since it is possible to suppress the leakage current from flowing through the thermal insulating layer 2 when the current is supplied to 3, it is possible to stably generate a pressure wave with a larger sound pressure.
  • the pressure wave generation efficiency is a value defined by the ratio of the sound pressure of the pressure wave generated to the input power.
  • the porous layer 20 is formed of porous silica.
  • Moisture in the air is adsorbed in the pores of the porous layer 20 made of porous silica.
  • the average pore diameter is preferably 5 nm or less.
  • an increase in volumetric heat capacity including the pores of the thermal insulating layer 2 can be prevented, and a decrease in pressure wave generation efficiency can be suppressed.
  • it is difficult for moisture to be adsorbed in the porous layer 20 it is possible to prevent leakage current from flowing through the adsorbed moisture, and to stably generate a pressure wave with a large sound pressure even in a high humidity atmosphere. it can.
  • This manufacturing method includes the steps of forming the porous layer 20 on the substrate 1, the step of forming the barrier layer 25 on the porous layer 20, the heating element layer 3 on the barrier layer 25, and the heating element. It is roughly divided into a process of forming a pair of knots 4 at both ends of the layer 3.
  • the porous layer 20 is preferably formed by subjecting a predetermined region of the surface of the p-type silicon single crystal substrate used as the substrate 1 to an anodic oxidation treatment.
  • the anodizing treatment is performed in a treatment tank 10 containing an electrolytic solution 12 (for example, a mixture of 50 wt% hydrogen fluoride aqueous solution and ethanol in a ratio of 1.2: 1). This is performed by immersing the silicon substrate 1 as the object to be processed.
  • the platinum electrode 14 connected to the current source 16 is disposed in the electrolytic solution 12 so as to face the surface on which the porous layer of the silicon substrate 1 is to be formed.
  • Anodization is performed on the surface of the silicon substrate 1 by passing a current having a predetermined current density from the current source 16 using the current-carrying electrode as the anode and the platinum electrode 14 as the cathode.
  • the porous layer 20 forms the first porous layer P1 over a depth having a surface force of the substrate 1.
  • the second porous layer P2 having at least one of the porosity and the average pore diameter larger than that of the first porous layer is preferably formed in the substrate 1 adjacent to the first porous layer.
  • at least a part of the first porous layer P1 is used for forming a barrier layer 25 described later.
  • the first porous layer P1 is formed over a certain depth from the substrate surface by subjecting the substrate 1 to anodization under the first condition, and subsequently the anodization under the second condition different from the first condition.
  • the second porous layer P2 adjacent to the first porous layer P1 can be formed in the substrate 1.
  • the first condition and the second condition of the anodizing treatment are such that the first porous layer P1 is smaller than the second porous layer P2 in at least one of porosity and average pore diameter, and has a structure. To be determined.
  • first porous layer P1 and the second porous layer P2 by anodic oxidation will be described in more detail.
  • a current having a preset current density for example, 5mAZcm 2
  • the first anodizing treatment is performed on the surface of the substrate 1.
  • a first porous layer P1 having a predetermined porosity and average pore diameter is formed over a predetermined depth from the substrate surface.
  • a current having a current density different from that of the first anodizing treatment (for example, lOOmAZcm 2 ) is allowed to flow for a predetermined time to perform the second anodizing treatment on the surface of the substrate 1, whereby FIG.
  • the second porous layer P2 having at least one of the porosity and the average pore diameter larger than that of the first porous layer P1 is formed inside the substrate adjacent to the first porous layer.
  • the 3 (B) and 4 (B) show that the second porous layer P2 formed by the second anodizing treatment has a more porous structure than the first porous layer P1. Show me.
  • the second anodizing treatment proceeds with little influence on the porosity and average pore diameter of the first porous layer P1 formed by the first anodizing treatment, and the first porous layer
  • the second porous layer P2 can be formed with a predetermined thickness immediately below the surface. This is because the anodic acid treatment preferentially proceeds at the site where the electrolyte contacts the fresh substrate 1, and the treatment hardly proceeds for the porous structure already formed by the anodic oxidation treatment. by.
  • the thickness of the first porous layer formed under the above conditions is 0 .: m, and the thickness of the second porous layer is 1.6 m.
  • the thickness of the substrate 1 used was 525 m. is there. These values are examples and do not limit the present invention.
  • the current density and processing time are not particularly limited, and the current density may be set appropriately within a range of, for example, about 1 to 500 mAZcm 2 .
  • FIG. 5 shows the result of analyzing the pore size distribution of the obtained first porous layer P1 and second porous layer P2 by the gas adsorption method.
  • the first porous layer P1 has a peak indicating that it has a large number of pores having a pore diameter of about 2.73 nm, whereas the second porous layer P2 has 3.
  • the porosity of the first porous layer P1 and the second porous layer P2 was analyzed by the gas adsorption method, the porosity of the first porous layer P1 was 64.5%. The porosity of the second porous layer was 75.8%, and it was confirmed that the first porous layer P1 was also smaller than the second porous layer P2.
  • the first porous layer P1 is formed so that at least one of the average pore diameter and the porosity, more preferably both the average pore diameter and the porosity, are smaller than those of the second porous layer P2.
  • the barrier layer 25 that is preferable in achieving the object of the present invention in the next step can be formed.
  • the porous layer forming step at least one of the porosity and the average pore diameter of the porous layer 20 is the surface force of the substrate 1 so as to gradually increase in the depth direction.
  • the conditions of the acid treatment may be continuously changed.
  • the surface layer portion of the obtained porous layer 20 at least one of the average pore diameter and the porosity is the smallest.
  • the noria layer 25 is formed on the surface layer portion.
  • the noria layer 25 can be formed by a treatment for reducing at least one of the average pore size and the porosity of the surface layer portion of the porous layer, preferably both the average pore size and the porosity.
  • a treatment for volume expansion of the surface layer portion of the porous layer 20 it is preferable to employ a treatment for volume expansion of the surface layer portion of the porous layer 20.
  • the first porous layer P1 formed by the first anodic oxidation treatment is subjected to volume expansion, the first porous layer P1 may be heat-treated in the presence of an acidic gas. As a result, as shown in FIGS.
  • FIG. 6 (B) conceptually shows that the first porous layer P1 shown in FIG. 3 (B) has undergone volume expansion and has changed to a barrier layer 25 having a reduced pore size and number of pores. .
  • a region 27 indicated by hatching in FIG. 6 (B) represents a volume expanded part.
  • the barrier layer 25 obtained by volume expansion of the first porous layer P1 contains a silicon compound having silicon oxide physical strength. The conditions for the heat treatment are appropriately set according to the material of the porous layer to be volume-expanded and the thickness of the porous layer.
  • the first porous layer P1 can be oxidized and volume-expanded by exposure to a high-temperature and high-humidity atmosphere at a temperature of 120 ° C and a humidity of 85%. Alternatively, heat it up to about 200 ° C in the atmosphere and oxidize it!
  • the volume expansion process described above is carried out by heating in the presence of a reactive gas, so that the reactive gas supplied from the outside (here, the oxidizing gas) ) Is consumed to oxidize the first porous layer P1 before entering the second porous layer P2 via the first porous layer P1.
  • the reactive gas supplied from the outside here, the oxidizing gas
  • the noria layer 25 can be formed by reducing at least one of the porosity. It should be noted that the smaller the average pore diameter of the first porous layer, the more the volume expansion can proceed in the first porous layer P1.
  • FIG. 7 shows the results of analyzing the relationship between the pore volume and the pore diameter of the first porous layer P1 before and after performing the volume expansion treatment by the gas adsorption method.
  • the first porous layer P1 before the volume expansion treatment includes 2. 2. many pores having a pore diameter of around 73 nm, whereas the volume expansion treatment is performed.
  • the Noria layer 25 formed by the above most of the pores having a pore diameter of around 73 nm disappeared, and the pore volume was greatly reduced, that is, most of the initial pores were The fact that it was sealed is powerful.
  • the purpose of forming the barrier layer 25 of the present invention is to form a porous layer of the heat insulating layer 2 in which reactive substances and contaminants contained in the medium (mainly air) around the pressure wave generating device.
  • Only the (surface layer part) volume expansion The purpose can be achieved simply by stretching. Further, the treatment for volume expansion is not limited to heating in the presence of oxidizing gas, and any reaction involving volume expansion can be used.
  • the first porous layer P1 may be carbonized or nitrided by heating in the presence of a carbonizing gas or a nitriding gas to expand the volume.
  • the barrier layer 25 includes a chemically stable silicon compound such as silicon nitride or silicon carbide.
  • the obtained barrier layer 25 contains silicon carbonitride or silicon oxynitride.
  • the volume expansion treatment described above it is possible to easily form a homogeneous noria layer that does not require a sealing material to be embedded in the surface layer portion of the porous layer 20 or the pores of the first porous layer P1.
  • the noria layer 25 formed by the volume expansion process is formed integrally with the porous layer 20 formed of the second porous layer P2, a noria layer made of a different material is formed on the porous layer 20. Compared to the case, a good interface strength between the noria layer 25 and the porous layer 20 can be obtained.
  • the skeleton of the porous layer 20 whose mechanical strength is lower than that of single-crystal silicon is reinforced by the volume-expanded Noria 25 layer, and as a result, the thermal diffusion layer 2 machine comprising the porous layer 20 and the barrier layer 25 There is also an effect of improving the strength of the target.
  • the volume expansion treatment of the present invention is not limited to heating in the presence of a reactive gas.
  • a part of the porous layer may be electrochemically oxidized in an electrolyte solution for oxidation.
  • a substrate in which a porous layer is formed in a treatment tank 10 containing an electrolyte solution made of 1 M sulfuric acid aqueous solution instead of the electrolyte solution 12 used in the formation process of the porous layer 20 described above, for example, a substrate in which a porous layer is formed in a treatment tank 10 containing an electrolyte solution made of 1 M sulfuric acid aqueous solution.
  • a part of the porous layer may be electrochemically oxidized by flowing a current having a predetermined current density (for example, lOmAZcm 2 ) using the substrate as an anode and the platinum electrode 14 as a cathode.
  • a current having a predetermined current density for example, lOmAZcm 2
  • the timing of terminating the electrochemical oxidation is a predetermined value (for example, 15 V) set so that the increase in voltage between the anode and the cathode corresponds to the desired thickness of the barrier layer. more than It can be when.
  • the electrolyte solution used for forming the noria layer is not limited to the one described above, and a solution obtained by dissolving potassium nitrate as an oxidizing agent in an organic solvent such as ethylene dalycol may be used.
  • the porous layer is electrochemically oxidized in the electrolyte solution to form the barrier layer
  • the same processing apparatus as that used to form the porous layer may be used.
  • the treatment can be performed simply by changing the electrolyte solution, there is an advantage that the manufacturing cost can be reduced.
  • the barrier layer 25 may be formed by heating and melting at least the surface layer portion of the porous layer 20 with a laser beam. That is, the barrier layer may be formed by a laser annealing method. In this case, by performing the treatment in an inert gas or in a vacuum, the pores of the porous layer can be maintained in a state filled with the inert gas or in a reduced pressure atmosphere. In addition, since the barrier layer has a dense structure, it functions as a sealing layer that closes the pores of the porous layer, and can block the entry of reactive substances and contaminants into the porous layer. .
  • a barrier layer may be formed by applying a paste-like sealing agent to the surface layer portion of the porous layer 20 and applying pressure. Good.
  • the heating element layer 3 can be formed on the surface of the noria layer 25 by sputtering or vapor deposition using a metal mask or the like.
  • the node 4 can also be formed at a predetermined position on the heating element layer 3 by sputtering or vapor deposition using a metal mask or the like.
  • the heating element layer 3 is formed of an iridium thin film having a thickness of 50 nm
  • the nod 4 is formed of an aluminum thin film having a thickness of 0.5 ⁇ m.
  • the efficiency of the conventional pressure wave generator (D2) decreases rapidly as the test time elapses, whereas the efficiency of the pressure wave generator (D1) of the present invention decreases. It can be seen that the stability over time of the output is remarkably improved with less decrease.
  • the “efficiency change” on the vertical axis in FIG. 8 is [( ⁇ 2 ⁇ 1) ⁇ ⁇ 1] ⁇ 100, where ⁇ 1 is the efficiency before the start of the test and ⁇ 2 is the efficiency after the start of the test. The value obtained as.
  • the pressure wave generator (D1) the distribution of silicon (Si) and oxygen (O) in the depth direction of the porous layer 20 of the thermal insulation layer 2 was measured by the Auger electron spectroscopy before and after the evaluation test. The determined results are shown in Figs.
  • the conventional pressure wave generator (D2) the results of measuring the distribution of silicon (Si) and oxygen (O) in the depth direction of the porous layer 20 of the thermal insulating layer 2 after the evaluation test by Auger electron spectroscopy Figure 12 shows this. From these results, in the pressure wave generator (D2) according to the present invention in which the barrier layer 25 is provided, compared with the conventional pressure wave generator (D2) without the noria layer, the oxidation of the porous layer 20 proceeds. It can be seen that is markedly suppressed.
  • a semiconductor material is used as the substrate material.
  • a metal substrate having high thermal conductivity can also be used.
  • a thermal insulation layer and an electrical insulation layer having a higher thermal insulation property than the substrate such as a porous silica layer are formed on the metal substrate, and the diffusion of moisture and contaminants on the surface layer is suppressed.
  • a barrier layer may be formed.
  • the provision of the noria layer on the surface of the porous layer on the heating element layer side allows the reactive substances and impurities such as oxygen and moisture contained in the air to be porous. It is possible to provide a pressure wave generator that suppresses the diffusion into the quality layer and is excellent in output stability over time. Furthermore, according to the manufacturing method of the present invention, the function as a noria layer can be provided by volume expansion of the surface layer portion of the porous layer, and the heat insulating layer is formed only by the porous layer. In comparison, the mechanical strength of the heat insulating layer can be improved.
  • the present invention generates pressure waves such as ultrasonic waves without mechanical vibration.
  • pressure waves such as ultrasonic waves without mechanical vibration.

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Abstract

　出力の経時安定性に優れる圧力波発生装置を提供する。この圧力波発生装置は、基板と、発熱体層と、基板と発熱体層との間に設けられる熱絶縁層とを含み、発熱体層への通電によって引き起こされる発熱体層の温度変化が周囲の媒質（空気）中に圧力波を発生させる。熱絶縁層は、多孔質層と、多孔質層と発熱体層との間に設けられ、多孔質層内に空気中に含まれる酸素や水分などの反応性物質や不純物が拡散するのを抑制するバリア層とを含む。バリア層の形成により、多孔質層の経時変化に起因する圧力波発生装置の出力低下を防止することができる。

Description

明 細 書
圧力波発生装置およびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、例えば、スピーカや超音波センサ等への使用に好適な圧力波発生装置
、およびその製造方法に関するものである。
背景技術
[0002] 従来から、圧電効果による機械的振動を利用した超音波発生装置が広く知られて いる。この種の超音波発生装置としては、例えば、チタン酸バリウムのような圧電材料 力 なる結晶の両面に電極を設けた構造のものが知られており、両電極間に電気工 ネルギーを印加することで得られる機械的振動が周囲の媒質 (例えば、空気）中に超 音波を発生させる。し力しながら、上述の超音波発生装置は、固有の共振周波数を もつので、周波数帯域が狭ぐまた外部の振動や外気圧の変動の影響を受けやすい といった問題点があった。
[0003] これに対して、近年、機械的振動を伴わずに超音波などの圧力波を媒質中に発生 させることのできる圧力波発生装置が注目されている。例えば、 日本公開特許公報 1 1 - 300274号に記載されて 、る圧力波発生装置は、単結晶シリコン力もなる基板と 、基板の表面に形成される多孔質シリコン層でなる熱絶縁層と、熱絶縁層上に形成 されるアルミニウム薄膜でなる発熱体層と、発熱体層に電気的に接続される一対のパ ッドとを具備している。この圧力波発生装置においては、一対のパッドを介して発熱 体層に電気エネルギーが印加されると、駆動電圧波形もしくは駆動電流波形からな る駆動入力波形に応じた温度変化が発熱体層に発生する。この発熱体層の温度変 化は、発熱体層と装置近傍の媒質 (例えば、空気)との間の熱交換を通じて、媒質の 膨張と収縮を熱誘起的に生じさせ、結果的に媒質中に圧力波を発生させる。
[0004] し力しながら、この種の熱誘起式圧力波発生装置を空気中で使用した場合、入力 電力に対する発生した粗密波の音圧の比率として定義される効率が経時的に低下 する現象が指摘されている。すなわち、空気中の酸素や水分などによって経時的に 多孔質シリコン層の酸化が進行すると、多孔質シリコン層の断熱性が低下し、結果的 に上記した効率の低下が生じるのである。
[0005] ここに、上述の圧力波発生装置を駆動するにあたって駆動条件が一定 (発熱体層 へ与える入力電力が一定)であるとすると、熱絶縁層の熱伝導率が経時的に増加す ることによって、もしくは単位体積当たりの熱容量が増加することによって、発生する 粗密波の音圧が低下するので、圧力波発生装置を反射式の超音波センサの送波素 子として用いている場合には最大測定距離が低下する (検知エリアが狭くなる)ことに なり、対象物が検出できなくなる不具合が生じる。また、スピーカとして使用する場合 においても、音圧が低下するといつた問題を生じる。尚、上述のような多孔質シリコン 層の経時変化は、多孔質シリコン層の形成条件によらずに起こる現象である。
[0006] また、多孔質シリコン層上には電気的な抵抗体である発熱体層が形成されるので、 圧力波発生装置を長期間使用して 、る間に発熱体層と多孔質シリコンが部分的に 反応し、低抵抗ィ匕した部分を介して局所的にリーク電流が流れる恐れがある、更には 、シリコン基板を介して導電パスが形成されると、非常に大きな電流密度の電流が局 所的に流れることになる。このような現象は、圧力波発生装置への入力電力を増加さ せて大きな音圧を発生させる場合に生じやすぐ結果的に発熱体層を焼損させて圧 力波発生装置の故障を招く恐れがある。
[0007] ここでは、多孔質シリコンでなる熱絶縁層の特性が空気中の酸素などと反応して劣 化する場合にっ 、て説明したが、多孔質シリカや多孔質アルミナなど不活性材料に より熱絶縁層を形成する場合にぉ 、ても、空気中に含まれる水分やその他の不純物 等の吸着や付着によって熱絶縁層の熱伝導率や単位体積当たりの熱容量に経時変 化が生じると予想される。
[0008] このように、従来の圧力波発生装置には、周囲の媒質 (主として空気）中の成分が 熱絶縁層内に拡散することによって生じる種々の不具合を解消する観点から、依然と して改善の余地が残されて 、る。
発明の開示
[0009] そこで、本発明は上記した問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、熱絶 縁層の経時変化による出力低下を抑制できる圧力波発生装置を提供することにある [0010] すなわち、本発明の圧力波発生装置は、基板と、発熱体層と、基板と発熱体層との 間に設けられる熱絶縁層とを含み、発熱体層への通電によって引き起こされる発熱 体層の温度変化が、周囲の媒質中に圧力波を発生させる圧力波発生装置であって 、熱絶縁層は、多孔質層と、多孔質層と発熱体層との間に設けられ、多孔質層への 前記媒質成分の拡散を抑制するバリア層を含むことを特徴とする。
[0011] 本発明によれば、熱絶縁層が、多孔質層の発熱体層側の表面に形成されるバリア 層を有するので、周囲の媒質 (たとえば、空気）中に含まれる酸素や水分などの反応 性物質や不純物が多孔質層内に拡散し、多孔質層に吸着したり、付着したり、または 反応したりして熱物性が低下するのを抑制でき、結果的に熱絶縁層の経時変化に起 因する出力低下を抑制することができる。
[0012] 上記した圧力波発生装置において、バリア層は、多孔質層の一部を体積膨張させ ることにより形成され、多孔質層より多孔度と平均細孔径の少なくとも一方が小さい構 造を有することが好ましい。
[0013] この場合は、ノリア層の存在によって空気中の酸素や水分が多孔質層内に拡散し 難くなり、多孔質層の熱物性変化および酸素や水分の吸着や付着に起因する熱伝 導率や単位体積当たりの熱容量の増大を抑制できることに加えて、ノリア層が多孔 質層と一体に形成されるので、多孔質層とバリア層の間の良好な界面構造を得ること ができる。また、バリア層の多孔度が小さい (すなわち、細孔数が少ない、あるいは細 孔径が小さい、若しくはその両方)場合は、ノリア層の機械的強度が向上するので、 多孔質層の骨格の破損防止効果が得られる。特に、多孔質層が単結晶シリコンに比 ベて機械的強度の低い多孔質シリコンで形成される場合は、バリア層による多孔質 シリコン層の補強効果が高い。尚、バリア層の多孔度が多孔質層とほぼ同じであって も、バリア層の平均細孔径が多孔質層より小さければ、細孔数が多くなるものの、同 様の効果を期待できる。
[0014] 尚、多孔質層の一部を体積膨張させて形成したバリア層が多孔質構造を有する場 合は、多孔質層の細孔の少なくとも一部がバリア層の細孔に連結された構造となる。 一方、ノリア層が実質的に空隙のない緻密な構造を有する場合は、多孔質層の孔を 塞ぐ封孔層として機能する。 [0015] また、上記発明において、多孔質層はシリコンで形成され、ノリア層はシリコンィ匕合 物を含むことが好ましい。この場合は、多孔質シリコン層を形成した後、多孔質シリコ ン層の表層部を酸素や水分などで酸化したり、炭素を含む物質と反応させて炭化し たり、あるいは窒素を含む物質と反応させて窒化したりしてノリア層を形成できる。こ の場合のノリア層は、シリコン酸ィ匕物、シリコン炭化物、シリコン窒化物のような化学 的に安定なシリコンィ匕合物によって形成されるため、バリア層の効果を長期間にわた つて安定に持続することができる。
[0016] また、バリア層の形成による入力電力 Qに対する発生音圧 Pの割合を効率 (PZQ) とする場合、効率の低下を防止する観点から、バリア層の厚さは、（2 a iZ co Ci)1/2で 規定される熱拡散長 (m)以下であることが好ましい。ここに、 ひ iはバリア層の熱伝導率 、 Ci(jZ (m3.K) )はノリア層の単位体積あたりの熱容量、 ω ( = 2 f(rad/s) )は発熱 体層で生じる温度振動の角振動数である。尚、発熱体層に印加される駆動入力波形 を正弦波とすると、この正弦波の周波数の 2倍の周波数が、発熱体層で生じる温度 振動の周波数 (f (Hz) )に相当する。この場合は、電気入力によって発熱体層に発生 するジュール熱のうちバリア層で奪われる熱量を低減して、ノリア層下の多孔質層の 高い断熱性を有効に活用することができ、結果的に音波発生の効率を高い状態に 維持することができる。
[0017] また、多孔質層とバリア層の少なくとも一方は、電気絶縁性を有することが好ましい 。この場合は、長期間使用しても発熱体と熱絶縁層の間で局所的な電気的リーク経 路が形成されず、大きな音圧の圧力波を安定して発生させることのできる動作信頼 性の高い圧力波発生装置を提供できる。尚、電気絶縁性を有する材料としては、シリ コン酸化物、シリコン炭化物、シリコン窒化物などのシリコン化合物の使用を例示でき る力 なかでもシリカを用いることが特に好ましい。塗布法や CVDなどの気相蒸着法 によって大面積に一括形成が可能になり、圧力波発生装置の低コストィ匕を図れる。ま た、大型スピーカや位相制御による方向性を持つ超音波発生装置の実現が容易に なるという長所がある。
[0018] また、多孔質層の内部には不活性ガスを充填することが好ましい。あるいは、多孔 質層の内部を減圧雰囲気に保持することが好ましい。この場合は、空気中の酸素や 水分などの反応性物質が多孔質層に吸着もしくは付着する可能性をさらに低減する ことができる。
[0019] 本発明のさらなる目的は、上記目的の達成に適したノリア層の形成工程を含む圧 力波発生装置の製造方法を提供することにある。すなわち、本発明の製造方法は、 基板上に多孔質層を形成する工程と、多孔質層への周囲の媒質成分の拡散を抑制 するバリア層を多孔質層上に形成する工程と、バリア層上に発熱体層を形成するェ 程とを含むことを特徴とする。
[0020] 多孔質層の形成工程の好ま 、実施形態としては、基板に陽極酸化処理を施すこ とで基板表面力 ある深さにわたって第 1多孔質層を形成する工程と、続いて異なる 条件で陽極酸化処理を基板に施すことで第 1多孔質層に隣接する第 2多孔質層を 基板内に形成する工程とを含み、陽極酸化処理の条件は、第 1多孔質層が、第 2多 孔質層より多孔度と平均細孔径の少なくとも一方において小さい構造を有するように 決定される。この場合は、多孔度および平均細孔径の少なくとも一方が異なる 2種類 の多孔質層を陽極酸ィ匕処理の条件を変えるだけで形成することができ、また、多孔 質層間の良好な界面を得ることができる。この場合は、第 1多孔質層が、次工程にお いて形成されるバリア層の基礎を提供する。
[0021] また、陽極酸化処理によって多孔質層を形成する場合は、陽極酸化処理の条件を 、多孔質層の多孔度と平均細孔径の少なくとも一方が、基板表面力 深さ方向に徐 々に大きくなるように変化させても良い。この場合は、多孔質層の表層部が、次工程 において形成されるバリア層の基礎を提供する。
[0022] ノリア層の形成工程としては、基板上に設けた断熱性に優れる多孔質層の一部を 体積膨張させることが好ましい。すなわち、多孔質層の一部を物理的あるいは化学 的に変質させることによって多孔質層の骨格の見かけ上の体積を増加させ、ガスが 内部に拡散し難い組織を多孔質層の表層部に形成するのである。具体的には、酸 化性ガス、炭化性ガス、窒化性ガスの少なくとも一種の存在下で加熱処理することが 好ましい。酸化、炭化、もしくは窒化により多孔質層の一部の骨格体積を増力 tlさせて 、化学的に安定な酸ィ匕物、炭化物、窒化物でなるバリア層を得ることができる。
[0023] あるいは、多孔質層の一部を電解質溶液中で電気化学的に酸化してバリア層を形 成しても良い。特に、多孔質層の形成に上記した陽極酸ィ匕処理を用いる場合は、電 解質溶液を変更するだけで同様の処理装置を使用してバリア層を形成することがで きるので、製造コストの低減を図れる。
[0024] 本発明のさらに好ましい実施形態に力かる製造方法は、多孔質層の形成工程が、 基板の表面力 ある深さにわたって第 1多孔質層を形成する工程と、第 1多孔質層よ り多孔度と平均細孔径の少なくとも一方が大きい第 2多孔質層を第 1多孔質層に隣 接して基板内に形成する工程を含み、ノリア層の形成工程が、第 1多孔質層の多孔 度と平均細孔径の少なくとも一方を小さくする処理を含むことを特徴とする。この場合 は、第 2多孔質層より多孔度と平均細孔径の少なくとも一方が小さい第 1多孔質層に 対して、さらに多孔度と平均細孔径の少なくとも一方を小さくする処理を施してバリア 層を形成するので、空気中の酸素や水分が第 2多孔質層内に拡散するのをより効果 的に防止することができる。尚、前記処理として、第 1多孔質層の少なくとも 1部を体 積膨張させる処理を実施することが好ま 、。
[0025] 上記した体積膨張処理の他に、多孔質層の表層部をレーザー加熱により溶融して ノリア層を形成してもよい。多孔質層の表層部を加熱溶融して緻密な構造とすること で、多孔質内部を密閉できる。また、レーザー加熱処理を不活性ガスもしくは減圧雰 囲気で行うことにより、多孔質層内を不活性ガスで満たされた状態、若しくは減圧状 態に保持することができ、多孔質層の内部を空気中の酸素や水分から遮断すること ができる。
図面の簡単な説明
[0026] [図 1]本発明の好ましい実施形態に力かる圧力波発生装置の概略断面図である。
[図 2]陽極酸化処理の原理を示す概略図である。
[図 3] (A)は基板に設けた第 1多孔質層を示す概略断面図であり、（B)第 1多孔質層 の構造を示す概略図である。
圆 4] (A)は第 1多孔質層に隣接して基板内に設けた第 2多孔質層を示す概略断面 図であり、（B)第 2多孔質層の構造を示す概略図である。
[図 5]第 1多孔質層および第 2多孔質層の細孔径ー細孔容積の関係を示すグラフで ある。 [図 6] (A)は第 2多孔質層に体積膨張処理を施して形成されたバリア層を示す概略 断面図であり、（B)バリア層の構造を示す概略図である。
[図 7]第 2多孔質層およびバリア層の細孔径ー細孔容積の関係を示すグラフである。
[図 8]発熱体層およびパッドの形成工程を示す概略断面図である。
[図 9]バリア層を有する圧力波発生装置の出力の経時安定性を示すグラフである。
[図 10]評価試験前に本実施形態の圧力波発生装置の熱絶縁層をォージェ電子分 光法により分析した結果を示す図である。
[図 11]評価試験後に本実施形態の圧力波発生装置の熱絶縁層をォージェ電子分 光法により分析した結果を示す図である。
[図 12]評価試験後に従来例の圧力波発生装置の熱絶縁層をォージェ電子分光法 により分析した結果を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0027] 以下、本発明の圧力波発生装置およびその製造方法を、添付図面を参照しながら 、好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
[0028] 本実施形態の圧力波発生装置は、図 1に示すように、単結晶シリコン力 なる基板 1と、金属薄膜からなる発熱体層 3と、基板 1と発熱体層 3との間に設けられる熱絶縁 層 2と、発熱体層 3の両端部に設けられる一対のパッド 4とを備えており、一対のパッ ド 4を介した発熱体層 3への通電に伴う発熱体層 3の温度変化力 周囲の媒質である 空気に熱衝撃を与えて圧力波を発生させる。尚、本実施形態においては、発熱体層 3に駆動電圧波形もしくは駆動電流波形が印加されるので、発熱体層 3にはこの駆 動入力波形に応じた温度変化が生じる。この発熱体層の温度変化は、発熱体層と装 置近傍の媒質 (例えば、空気)との間の熱交換を通じて、媒質の膨張と収縮を熱誘起 的に生じさせ、結果的に媒質中に圧力波を発生させる。基板 1の上面において、熱 絶縁層 2が形成されていない領域には、シリコン酸ィ匕膜からなる絶縁膜 (図示せず） が形成されている。
[0029] 基板 1を構成する材料に特に限定はないが、後述する陽極酸化処理によって基板 内に多孔質層を一体に形成する場合は、 Si、 Ge、 SiC、 GaP、 GaAs、 InP等の半導 体材料を使用することが好ましい。例えば、基板 1として Siを使用する場合は、単結 晶シリコン基板、多結晶あるいはアモルファスのシリコン基板等を使用できる。また、 s i基板は、 p形もしくは n形にドープされていてもよい。また、結晶の面方位についても 特に限定はない。本実施形態では、 p形のシリコン単結晶を基板 1として使用してい る。
[0030] 発熱体層 3としては、イリジウム、タンタル、モリブデン、タングステンなどの高融点金 属を使用することができる。また、高い音圧を必要としない場合は、酸化による変質の ない貴金属である白金、パラジウム、金等を用いても良い。本実施形態においては、 発熱体層 3として、高融点金属かつ貴金属のイリジウムを使用している。また、ノッド 4 を構成する材料としては、導電性材料を用いればよぐ本実施形態においてはアルミ 二ゥムを使用している。
[0031] 本実施形態の熱絶縁層 2は、基板 1上に形成される多孔質層 20と、多孔質層 20と 発熱体層 3の間に設けられるバリア層 25とで構成される。バリア層 25は、空気中の酸 素や水分などの反応性物質が多孔質層 20内に拡散し難くするために、好ましくは外 部空気から多孔質層 20を遮断するために設けられる。このノリア層 25の形成により、 圧力波発生装置が長時間にわたって酸素や反応性物質の存在する環境下で使用さ れても、多孔質層の断熱性が悪化するのを防止でき、結果的に出力の経時安定性 に優れる圧力波発生装置を提供することができる。
[0032] 多孔質層 20を構成する材料は、基板 1と同じ材料、もしくは基板より熱絶縁性の高 い材料を使用することが好ましい。一方、ノリア層 25は、多孔質層 20内への水分や 汚染物の拡散を抑制することができれば特に限定されない。し力しながら、後述する ように、基板 1の一部を多孔質ィ匕することにより多孔質層 20を形成し、特に、このよう にして得られた多孔質層 20の一部を用 ヽてノリア層 25を形成することが好ま 、。 一例として、シリコン基板 1を多孔質ィ匕することにより得られる多孔質シリコンで多孔質 層 20を形成し、後述する体積膨張処理を多孔質シリコン層の一部に施すことでバリ ァ層 25を形成することができる。
[0033] ところで、本発明の目的を達成するためには、ノリア層 25が完全に緻密な構造で あることを必須とせず、以下の条件を満たす多孔質構造を有していればよい。すなわ ち、多孔質層 20の多孔度を Ps、平均細孔径を Rsとすると、バリア層 25の多孔度 Pi および平均細孔径 Riは、以下の（1)〜（3)のいずれかの条件を満たせばよい。
(1) Ps>Pi 力 つ Rs=Ri
(2) Ps = Pi 力 つ Rs>Ri
(3) Ps>Pi かつ Rs>Ri
これらいずれかの条件を満たすことにより、上記したように、多孔質層 20内への反 応種ゃ汚染物の拡散を抑制できるノリア層 25を得ることができる。尚、 Ps>Pi+10( %)の条件が満たされる場合は、ノリア層 25によって多孔質層 20を補強し、熱絶縁 層 2全体の機械的強度を高めることができる。また、多孔質層 20内へのガス拡散をよ り効果的に抑制する観点から、 Rs— 0. 5nm>Riの条件を満たすことが好ましい。尚 、理想的には、前記 2つの条件の両方を満たすことが好ましい。
[0034] また、本発明の目的をより効果的に達成するため、ノリア層 25は次式によって表さ れる熱拡散長 D〔m〕を超えな 、厚みを有することが好ま 、。
ϋ=(2αί/ωϋί)1/2
ここに、 d〔m〕はバリア層 25の厚さ、 o;i〔WZ(m'K)〕はバリア層の熱伝導率、 Ci{ Z(m3'K)〕はバリア層の熱容量、 ω ( = 2 f〔radZs〕）は発熱体層 3で生じる温度 振動の角振動数である。尚、発熱体層 3へ与える駆動入力波形を正弦波とすると、当 該正弦波の周波数の 2倍の周波数が、発熱体層 3で生じる理想的な温度振動の周 波数 f(Hz)に相当する。
[0035] 例えば、周波数が 60kHzの圧力波を発生させたい場合には、駆動入力波形の周 波数を 30kHzとすればよぐノリア層の aiが 1. 55〔WZ(m'K)〕程度、 Ciが 1.01 X 106CiZ(m3'K)〕程度であるとすると、熱が優位に伝わる厚み、すなわち熱拡散 長 Dは上式より D=2. 85X10"6[m]=2.85/zmとなる。したがって、この場合のバ リア層 25の厚さは 2.85 mを超えないように設定すれば、バリア層の下に位置する 多孔質層の断熱性が有効に機能することになる。
[0036] ところで、熱絶縁層上に形成される発熱体層には、電気入力エネルギー変化に追 従した温度変化を生じさせる必要がある。すなわち、所定の周波数の音波を放出さ せるためには、発熱体層の熱容量を極力小さくして、熱応答性を高める必要がある。 そのため、発熱体層は 10〜200nm、好ましくは 20〜： LOOnm程度という非常に薄い 厚みに形成される。このような非常に薄い発熱体層にガス等の周囲媒質の遮蔽性を 期待することはできないため、発熱体層とは個別にノリア層を設けて周囲媒質の遮 蔽性の向上を図る必要がある。
[0037] また、多孔質層 20とバリア層 25の少なくとも一方が電気絶縁性を有する材料により 形成される場合は、熱浸透率が小さぐ圧力波発生効率が大きいことに加えて、発熱 体層 3への通電時に熱絶縁層 2にリーク電流が流れるのを抑制することができるので 、より大きな音圧の圧力波を安定に発生させることができる。尚、圧力波発生効率は 入力電力に対して発生する圧力波の音圧の比率で定義される値である。
[0038] 電気絶縁性を有する材料の一例として、多孔質シリカにより多孔質層 20を形成する 場合について説明すると、空気中の水分が多孔質シリカでなる多孔質層 20の細孔 内に吸着するのを防止する観点から、その平均細孔径は 5nm以下であることが好ま しい。これにより、熱絶縁層 2の細孔を含めた体積熱容量の増大を防止することがで きて、圧力波発生効率の低下を抑制することができる。また、多孔質層 20内に水分 が吸着し難くなるので、吸着水分を介してリーク電流が流れるのを防止でき、高湿度 雰囲気下においても大きな音圧の圧力波を安定して発生させることができる。
[0039] 次に、上記した圧力波発生装置の製造方法について説明する。この製造方法は、 基板 1上に多孔質層 20を形成する工程と、多孔質層 20上にバリア層 25を形成する 工程と、バリア層 25上に発熱体層 3を形成するとともに、発熱体層 3の両端部に一対 のノッド 4を形成する工程とに大別される。
[0040] 多孔質層 20は、基板 1として用いる p形のシリコン単結晶基板の表面の所定領域に 陽極酸化処理を施して形成することが好ましい。例えば、陽極酸化処理は、図 2に示 すように、電解液 12 (例えば、 50wt%のフッ化水素水溶液とエタノールとを 1. 2 : 1で 混合した混合液)が収容された処理槽 10中に被処理物であるシリコン基板 1を浸漬 して行われる。処理層 10内においては、電流源 16に接続された白金電極 14が、シリ コン基板 1の多孔質層が形成されるべき表面に対向するように電解液 12中に配置さ れる。通電用電極を陽極、白金電極 14を陰極として、電流源 16から所定の電流密 度の電流を流すことにより陽極酸化処理がシリコン基板 1の表面に施される。
[0041] また、多孔質層 20は、基板 1の表面力もある深さにわたって第 1多孔質層 P1を形 成した後、第 1多孔質層より多孔度と平均細孔径の少なくとも一方が大きい第 2多孔 質層 P2を第 1多孔質層に隣接して基板 1内に形成することが好ましい。ここに、第 1 多孔質層 P1の少なくとも一部が、後述するバリア層 25の形成に使用される。第 1多 孔質層 P1と第 2多孔質層 P2の形成には、上記した陽極酸化処理を採用することが 特に好ましい。すなわち、基板 1に第 1条件で陽極酸化処理を施すことで基板表面か らある深さにわたって第 1多孔質層 P1を形成し、引き続いて第 1条件とは異なる第 2 条件で陽極酸化処理を基板に施すことで基板 1内に第 1多孔質層 P1に隣接する第 2多孔質層 P2を形成することができる。陽極酸ィ匕処理の第 1条件および第 2条件は、 第 1多孔質層 P1が、第 2多孔質層 P2より多孔度と平均細孔径の少なくとも一方にお Vヽて小さ 、構造を有するように決定される。
[0042] 以下、陽極酸化処理による第 1多孔質層 P1と第 2多孔質層 P2の形成をさらに具体 的に説明する。あらかじめ設定された電流密度 (例えば、 5mAZcm2)の電流を所定 時間流して第 1陽極酸ィ匕処理を基板 1の表面に施すことで、図 3 (A)および図 3 (B) に示すように、所定の多孔度および平均細孔径を有する第 1多孔質層 P1が基板表 面カゝら所定深さにわたって形成される。
[0043] 次いで、第 1陽極酸ィ匕処理とは異なる電流密度 (例えば、 lOOmAZcm2)の電流を 所定時間流して第 2陽極酸化処理を基板 1表面に施すことで、図 4 (A)および図 4 (B )に示すように、第 1多孔質層 P1よりも多孔度および平均細孔径の少なくとも一方が 大きい第 2多孔質層 P2が第 1多孔質層に隣接して基板内部に形成される。図 3 (B) および図 4 (B)は、第 2陽極酸化処理により形成された第 2多孔質層 P2が、第 1多孔 質層 P1よりもポーラスな構造を有して 、ることを概念的に示して 、る。
[0044] 尚、第 2陽極酸化処理が、第 1陽極酸化処理によって形成された第 1多孔質層 P1 の多孔度および平均細孔径にはほとんど影響を及ぼすことなく進行し、第 1多孔質 層の直下に第 2多孔質層 P2を所定の厚みで形成できることは注目に値する。これは 、電解液が新鮮な基板 1に接触する部位において陽極酸ィ匕処理が優先的に進行し 、すでに陽極酸化処理によって形成された多孔質構造にお ヽてはほとんど処理が進 行しないことによる。尚、上記した条件で形成した第 1多孔質層の厚さは 0.： mで あり、第 2多孔質層厚さは 1. 6 mである。また、使用した基板 1の厚さは 525 mで ある。これらの値は一例であって本発明を限定するものではない。また、電流密度お よび処理時間は、特に限定するものではなぐ電流密度は例えば l〜500mAZcm2 程度の範囲内で適宜設定すればょ ヽ。
[0045] 得られた第 1多孔質層 P1および第 2多孔質層 P2について、細孔径分布をガス吸 着法により分析した結果を図 5に示す。第 1多孔質層 P1には、 2. 73nm付近の細孔 径を有する細孔が多く含まれることを示すピークが存在して 、るのに対し、第 2多孔 質層 P2には、 3. 39nm付近の細孔径を有する細孔が多く含まれていることを示すピ ークが存在しており、細孔径は第 2多孔質層 P2より第 1多孔質層 P1の方が小さいこ とがわかる。また、第 1多孔質層 P1および第 2多孔質層 P2のそれぞれについて、多 孔度をガス吸着法により分析したところ、第 1多孔質層 P1の多孔度が 64. 5%である のに対し、第 2多孔質層の多孔度は 75. 8%であり、多孔度についても第 2多孔質層 P2より第 1多孔質層 P1の方が小さいことが確認された。
[0046] このように、第 2多孔質層 P2より平均細孔径と多孔度と少なくとも一方、より好ましく は平均細孔径と多孔度の両方が小さくなるように第 1多孔質層 P1を形成することによ り、次工程において本発明の目的を達成する上で好ましいバリア層 25を形成するこ とがでさる。
[0047] 尚、多孔質層の形成工程の別の好ましい実施形態として、多孔質層 20の多孔度と 平均細孔径の少なくとも一方力 基板 1の表面力 深さ方向に徐々に大きくなるよう に陽極酸ィ匕処理の条件を連続的に変化させてもよい。この場合は、得られた多孔質 層 20の表層部にお 、て平均細孔径と多孔度の少なくとも一方が最も小さくなる。次 工程においては、この表層部にノリア層 25が形成される。
[0048] 次に、ノリア層 25の形成工程について説明する。ノリア層 25は、多孔質層の表層 部の平均細孔径と多孔度の少なくとも一方、好ましくは平均細孔径と多孔度の両方 を小さくする処理によって形成することができる。このような処理としては、多孔質層 2 0の表層部を体積膨張させる処理を採用することが好ましい。例えば、上記した第 1 陽極酸化処理によって形成した第 1多孔質層 P1を体積膨張させる場合、酸ィ匕性ガス の存在下で第 1多孔質層 P1を加熱処理すればよい。これにより、図 6 (A)および図 6 (B)に示すように、多孔質シリコンでなる第 1多孔質層 P1が酸化されて体積膨張し、 第 2多孔質層 P2上にバリア層 25が形成される。図 6 (B)は、図 3 (B)に示す第 1多孔 質層 P1が体積膨張して、細孔寸法および細孔数が減少したバリア層 25に変化した ことを概念的に示している。また、図 6 (B)中のハッチングによって示される領域 27が 体積膨張した部位を表している。このように第 1多孔質層 P1を体積膨張させて得られ るバリア層 25には、シリコン酸ィ匕物力 なるシリコンィ匕合物が含まれる。尚、加熱処理 の条件は、体積膨張されるべき多孔質層の材質、および多孔質層の厚みなどに応じ て適宜設定される。例えば、温度が 120°C、湿度が 85%の高温高湿雰囲気に曝す ことで第 1多孔質層 P1を酸ィ匕して体積膨張させることができる。あるいは、大気中で 2 00°C程度に加熱して酸ィ匕してもよ!、。
[0049] 上記した体積膨張処理にお!ヽて注目すべきは、体積膨張が反応性ガスの存在下 で加熱して行われるため、外部から供給される反応性ガス (ここでは、酸化性ガス）の ほとんどが、第 1多孔質層 P1を介して第 2多孔質層 P2に進入する前に第 1多孔質層 P1を酸ィ匕するために消費される。換言すれば、このような体積膨張処理によれば、 第 2多孔質層 P2の平均細孔径および多孔度をほとんど変化させることなぐ第 1多孔 質層 P1にお 、て優先的に平均細孔径および多孔度の少なくとも一方を減少させて ノリア層 25を形成することができるのである。尚、第 1多孔質層の平均細孔径ゃ多孔 度が小さいほど、第 1多孔質層 P1において優先的に体積膨張を進行させることがで きる。
[0050] 図 7に、体積膨張処理を実施する前後における第 1多孔質層 P1の細孔容積 細 孔径の関係をガス吸着法により分析した結果を示す。体積膨張処理を行う前の第 1 多孔質層 P1には、前記したように（図 5参照）、 2. 73nm付近の細孔径を有する細孔 が多く含まれているのに対し、体積膨張処理によって形成されたノリア層 25におい ては、 2. 73nm付近の細孔径を有する細孔の大部分が消失しており、細孔容積が 大幅に低減された、すなわち初期の細孔の大部分が封孔されたことがわ力る。
[0051] 尚、本発明のバリア層 25を形成する目的は、圧力波発生装置の周囲の媒質 (主と して空気）に含まれる反応性物質や汚染物が熱絶縁層 2の多孔質層 20として機能す る第 2多孔質層 P2内に拡散するのを防止することにあるので、第 1多孔質層 P1のす ベてを体積膨張させる必要はなぐ第 1多孔質層 P1の一部 (表層部)のみを体積膨 張させるだけでも目的を達成可能である。また、体積膨張をさせる処理は、酸化性ガ スの存在下で加熱することに限定されず、体積膨張を伴う反応であれば利用可能で ある。例えば、炭化性ガスや窒化性ガスの存在下で加熱することで第 1多孔質層 P1 の少なくとも一部を炭化もしくは窒化させて体積膨張させても良い。この場合は、バリ ァ層 25にシリコン窒化物やシリコン炭化物などの化学的に安定なシリコンィ匕合物が 含まれる。あるいは、酸ィ匕性ガス、炭化性ガス、窒化性ガスカゝら選択される 2種以上の 存在下で加熱して体積膨張させることも可能である。この場合は、得られたバリア層 2 5にシリコン炭窒化物やシリコン酸窒化物などが含まれる。
[0052] 上記した体積膨張処理によれば、多孔質層 20の表層部や第 1多孔質層 P1の細孔 に封孔材を埋め込む必要がなぐ均質なノリア層を容易に形成することができるとい う長所もある。また、体積膨張処理によって形成されたノリア層 25は、第 2多孔質層 P 2でなる多孔質層 20と一体に形成されるので、多孔質層 20上に異なる材料のノ リア 層を形成する場合に比して、ノリア層 25と多孔質層 20との間の良好な界面強度が 得られる。さらに、機械的強度が単結晶シリコンに比べて低い多孔質層 20の骨格が 体積膨張したノリア 25層によって補強され、結果的に多孔質層 20とバリア層 25とで なる熱拡散層 2の機械的強度の向上を図れるという効果もある。
[0053] また、上述の第 1多孔質層 P1の体積膨張をさせる処理は、発熱体層のダメージが なければ、発熱体層を形成した後に、発熱体層を介してのガス等の拡散を利用して 行ってもよい。
[0054] このように、上記した体積膨張処理によれば、多くの点で好ま 、効果が得られる 力 本発明の体積膨張処理は、反応性ガスの存在下で加熱することに限定されない 。例えば、多孔質層の一部を酸化用の電解質溶液中で電気化学的に酸化してもよ い。この場合は、上述の多孔質層 20の形成工程に用いた電解液 12に代えて、例え ば、 1Mの硫酸水溶液からなる電解質溶液を入れた処理槽 10内に多孔質層が形成 された基板を浸漬し、基板を陽極、白金電極 14を陰極として所定の電流密度 (例え ば、 lOmAZcm2)の電流を流して多孔質層の一部を電気化学的に酸ィ匕すればよい 。ここで、電気化学的な酸ィ匕を終了するタイミングは、陽極と陰極との間の電圧の増 加分が所望のバリア層の厚さに対応するように設定した所定値 (例えば、 15V)以上 となった時とすることができる。尚、ノリア層の形成に用いる電解質溶液は、前記した ものに限定されず、エチレンダリコールなどの有機溶媒に硝酸カリウムを酸化剤とし て溶力した溶液を用いてもょ 、。
[0055] 上述のように、多孔質層を電解質溶液中で電気化学的に酸化してバリア層の形成 する場合は、多孔質層を形成するために使用したのと同じ処理装置を用いることがで き、電解質溶液を変更するだけで処理可能となるので、製造コストの低減を図れると いう長所がある。
[0056] また、上述したノリア層 25の形成工程のさらなる変更例として、レーザー光により少 なくとも多孔質層 20の表層部を加熱溶融することでバリア層 25を形成してもよ ヽ。つ まり、レーザァニール法によりバリア層を形成してもよい。この場合は、不活性ガスもし くは真空中で処理を行うことで、多孔質層の細孔内を不活性ガスで満たされた状態、 若しくは減圧雰囲気に保持することが可能になる。また、バリア層が緻密な構造を有 するので、多孔質層の細孔を塞いだ封孔層として機能し、多孔質層内への反応性物 質や汚染物の侵入を遮断することができる。
[0057] また、上述したノリア層 25の形成工程のさらに別の変更例として、ペースト状の封 孔剤を多孔質層 20の表層部に塗布し、加圧することでバリア層を形成してもよい。
[0058] 次に、発熱体層 3およびパッド 4の形成工程について簡単に説明する。発熱体層 3 は、図 8に示すように、ノリア層 25の表面にメタルマスクなどを利用してスパッタ法ゃ 蒸着法などによって形成できる。また、ノ^ド 4も、発熱体層と同様に、メタルマスクな どを利用してスパッタ法ゃ蒸着法などによって発熱体層 3上の所定部位に形成でき る。本実施形態では、発熱体層 3は、厚さが 50nmのイリジウム薄膜によって形成され 、 ノッド 4は、厚さが 0. 5 μ mのアルミニウム薄膜によって形成されている。これらの値 は一例であって本発明を限定するものではない。
[0059] 次に、バリア層の形成が圧力波発生装置の出力の経時安定性に及ぼす効果を確 認するために実施した評価試験の一例を紹介する。この評価試験においては、上記 した第 1多孔質層 P1を体積膨張させて形成したバリア層 25を有する本発明にかかる 圧力波発生装置 (D1)と、バリア層 25を設けることなぐ第 2多孔質層 P2のみによつ て熱絶縁層 2を形成した従来の圧力波発生装置 (D2)とを、温度が 120°C、湿度が 8 5%の雰囲気に曝し、所定のテスト時間経過毎に、効率（=音圧〔Pa〕Z入力電力〔 W〕）を測定した。結果を図 8に示す。この図から明らかなように、従来の圧力波発生 装置 (D2)では、テスト時間の経過とともに、効率が急激に減少するのに対し、本発 明の圧力波発生装置 (D1)では、効率の減少量は少なぐ出力の経時安定性が顕 著に改善されているのがわかる。尚、図 8の縦軸の「効率変化」は、試験開始前の効 率を Φ 1、試験開始後の効率を φ 2とするとき、〔（φ 2—φ 1) Ζ φ 1〕Χ 100として求 めた値である。
[0060] また、圧力波発生装置 (D1)に関して、評価試験前後に熱絶縁層 2の多孔質層 20 の深さ方向におけるシリコン (Si)と酸素（O)の分布をォージェ電子分光法により測 定した結果を図 10および図 11に示す。また、従来の圧力波発生装置 (D2)に関して 、評価試験後に熱絶縁層 2の多孔質層 20の深さ方向におけるシリコン (Si)と酸素（ O)の分布をォージェ電子分光法により測定した結果を図 12に示す。これらの結果よ り、ノリア層なしの従来の圧力波発生装置 (D2)に比べ、バリア層 25を設けた本発明 にかかる圧力波発生装置 (D2)においては、多孔質層 20の酸化の進行が顕著に抑 制されていることがわかる。
[0061] 上記実施形態では、基板材料に半導体材料を使用した場合について説明したが、 熱伝導性が高い金属基板を使用することも可能である。この場合は、金属基板上に 多孔質シリカ層などの基板より熱絶縁性の高い多孔質層力 なる熱絶縁層かつ電気 絶縁層を形成し、その表層部に水分や汚染物の拡散を抑制するバリア層を形成す ればよい。
産業上の利用可能性
[0062] このように、本発明によれば、多孔質層の発熱体層側の表面にノ リア層を設けたこ とで、空気中に含まれる酸素や水分などの反応性物質や不純物が多孔質層内に拡 散するのを抑制し、出力の経時安定性に優れる圧力波発生装置を提供することがで きる。さらに、本発明の製造方法によれば、多孔質層の表層部を体積膨張させること でノリア層としての機能を付与できることにカ卩え、多孔質層のみで熱絶縁層が形成さ れる場合に比して、熱絶縁層の機械的強度を向上できる。
[0063] したがって、本発明は、機械的振動を伴わずに超音波などの圧力波を発生させる 従来の熱誘起式圧力波発生装置に内在する問題点を解決したことで、その利用価 値の高いものである。

Claims

請求の範囲
[1] 基板と、発熱体層と、前記基板と前記発熱体層との間に設けられる熱絶縁層とを含 み、前記発熱体層への通電によって引き起こされる前記発熱体層の温度変化が、周 囲の媒質中に圧力波を発生させる圧力波発生装置であって、前記熱絶縁層は、多 孔質層と、前記多孔質層と前記発熱体層との間に設けられ、前記多孔質層への前記 媒質成分の拡散を抑制するバリア層を含むことを特徴とする圧力波発生装置。
[2] 前記バリア層は、前記多孔質層の一部を体積膨張させることにより形成され、前記 多孔質層より多孔度と平均細孔径の少なくとも一方が小さい構造を有することを特徴 とする請求項 1に記載の圧力波発生装置。
[3] 前記バリア層は多孔質構造を有し、前記多孔質層の細孔の少なくとも一部が前記 バリア層の細孔に連結されることを特徴とする請求項 2に記載の圧力波発生装置。
[4] 前記多孔質層はシリコンで形成され、前記ノリア層はシリコンィ匕合物を含むことを特 徴とする請求項 1に記載の圧力波発生装置。
[5] 前記シリコンィ匕合物は、シリコンの酸ィ匕物、炭化物、窒化物力も選択される少なくと 一種であることを特徴とする請求項 4に記載の圧力波発生装置。
[6] 前記多孔質層は、内部に不活性ガスが充填されてなることを特徴とする請求項 1に 記載の圧力波発生装置。
[7] 前記多孔質層は、内部が減圧雰囲気に保持されてなることを特徴とする請求項 1に 記載の圧力波発生装置。
[8] 前記バリア層の熱伝導率を a i、前記バリア層の単位体積あたりの熱容量を Ci (jZ ( m3 ' K) )、前記発熱体層に印加される駆動入力波形を正弦波とし、前記正弦波の周 波数の 2倍の周波数を前記発熱体層で生じる温度振動の周波数 f (Hz)とし、前記温 度振動の角振動数を co = 2 f(rad/s)とする時、前記バリア層の厚さは、 {2 α ι/ ω Ο 01/2で規定される熱拡散長 (m)以下であることを特徴とする請求項 1に記載の圧力波 発生装置。
[9] 前記多孔質層と前記バリア層の少なくとも一方は、電気絶縁性を有する材料で形 成されることを特徴とする請求項 1に記載の圧力波発生装置。
[10] 前記電気絶縁性を有する材料は、シリカを含むことを特徴とする請求項 9に記載の 圧力波発生装置。
[11] 基板と、発熱体層と、前記基板上と前記発熱体層との間に設けられる熱絶縁層とを 含み、前記発熱体層への通電によって引き起こされる前記発熱体層の温度変化が 周囲の媒質に熱衝撃を与え、圧力波を発生させる圧力波発生装置の製造方法であ つて、前記基板上に前記多孔質層を形成する工程と、前記多孔質層への前記媒質 成分の拡散を抑制するバリア層を前記多孔質層上に形成する工程と、前記バリア層 上に前記発熱体層を形成する工程とを含むことを特徴とする圧力波発生装置の製造 方法。
[12] 前記多孔質層の形成工程は、前記基板に陽極酸ィ匕処理を施すことで基板表面か らある深さにわたって第 1多孔質層を形成する工程と、異なる条件で陽極酸化処理を 基板に施すことで前記基板内に第 1多孔質層に隣接する第 2多孔質層を形成するェ 程とを含み、前記陽極酸化処理の条件は、前記第 1多孔質層が、第 2多孔質層より 多孔度と平均細孔径の少なくとも一方において小さい多孔質構造を有するように決 定されることを特徴とする請求項 11に記載の製造方法。
[13] 前記ノリア層は、前記第 1多孔質層の少なくとも一部を体積膨張させることにより形 成されることを特徴とする請求項 12に記載の製造方法。
[14] 前記多孔質層は、前記基板に陽極酸化処理を施すことによって形成され、前記陽 極酸化処理の条件は、前記多孔質層の多孔度と平均細孔径の少なくとも一方が、基 板表面力 深さ方向に徐々に大きくなるように決定されることを特徴とする請求項 11 に記載の製造方法。
[15] 前記バリア層は、前記多孔質層の表層部を体積膨張させることにより形成されること を特徴とする請求項 14に記載の製造方法。
[16] 前記バリア層は、前記多孔質層の一部を体積膨張させることにより形成されることを 特徴とする請求項 11に記載の製造方法。
[17] 前記多孔質層の一部を酸ィ匕性ガス、炭化性ガス、窒化性ガスの少なくと一種の存 在下で加熱することにより体積膨張させることを特徴とする請求項 16に記載の製造 方法。
[18] 前記多孔質層の一部を電解質溶液中で電気化学的に酸化することにより体積膨 張させることを特徴とする請求項 16に記載の製造方法。
[19] 前記バリア層は、多孔質層の一部をレーザー加熱により溶融して形成されることを 特徴とする請求項 11に記載の製造方法。
[20] 前記多孔質層の形成工程は、前記基板の表面力 ある深さにわたって第 1多孔質 層を形成する工程と、前記第 1多孔質層より多孔度と平均細孔径の少なくとも一方が 大きい第 2多孔質層を前記第 1多孔質層に隣接して前記基板内に形成する工程を 含み、前記バリア層は、前記第 1多孔質層の多孔度と平均細孔径の少なくとも一方を 小さくする処理によって形成されることを特徴とする請求項 11に記載の製造方法。
[21] 前記処理は、前記第 1多孔質層の少なくとも 1部を体積膨張させる処理であることを 特徴とする請求項 20に記載の製造方法。
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