WO2021125087A1 - 超音波デバイス及び超音波診断装置 - Google Patents

超音波デバイス及び超音波診断装置 Download PDF

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WO2021125087A1
WO2021125087A1 PCT/JP2020/046297 JP2020046297W WO2021125087A1 WO 2021125087 A1 WO2021125087 A1 WO 2021125087A1 JP 2020046297 W JP2020046297 W JP 2020046297W WO 2021125087 A1 WO2021125087 A1 WO 2021125087A1
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WO
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layer
additional layer
region
ultrasonic device
ultrasonic
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/046297
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English (en)
French (fr)
Inventor
英章 浅尾
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
Priority to JP2021565549A priority Critical patent/JP7312274B2/ja
Publication of WO2021125087A1 publication Critical patent/WO2021125087A1/ja

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/12—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves in body cavities or body tracts, e.g. by using catheters
    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to ultrasonic devices such as pMUT (Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer) and cMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer), and also relates to an ultrasonic diagnostic apparatus having the ultrasonic device.
  • ultrasonic devices such as pMUT (Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer) and cMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)
  • pMUT piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer
  • cMUT Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer
  • an ultrasonic device configured by arranging a plurality of elements that receive and / or transmit ultrasonic waves on a plane (for example, Patent Document 1).
  • Each element has, for example, a membrane located on the cavity.
  • the membrane receives and / or transmits ultrasonic waves by generating out-of-plane vibration (vibration accompanied by bending deformation to the cavity side and / or the opposite side) in the frequency band of ultrasonic waves.
  • Such a membrane has, for example, a vibrating portion located on the cavity, a lower electrode located on the vibrating portion, a piezoelectric body located on the lower electrode, and an upper electrode located on the piezoelectric body.
  • Patent Document 1 discloses a polymer passivation layer that covers a plurality of elements.
  • the ultrasonic device has a cavity layer and a functional layer.
  • the cavity layer has a first surface and a plurality of cavities that are open to the first surface and are arranged along the first surface.
  • the functional layer overlaps the first surface, and the resonance frequency of the out-of-plane vibration on the plurality of cavities is within the frequency band of ultrasonic waves.
  • the functional layer includes an additional layer. The additional layer extends from the center of one cavity of the two adjacent cavities to the center of the other cavity.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus includes the ultrasonic device and a display device that displays an image based on an electric signal from the ultrasonic device.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the modification of 1st Embodiment.
  • 4 (a) and 4 (b) are diagrams illustrating the effect of increasing the amount of vibration in the embodiment. It is a figure for demonstrating the influence which the thickness of an additional layer has on the transmission and / or reception of ultrasonic waves. It is a perspective view which shows the structure of a part of the ultrasonic device which concerns on 2nd Embodiment. It is sectional drawing which shows the structure of a part of the ultrasonic device which concerns on 3rd Embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX of FIG. It is a block diagram which shows the structure of the ultrasonic diagnostic apparatus which concerns on embodiment.
  • the drawings may be provided with the Cartesian coordinate system D1-D2-D3.
  • the ultrasonic device may be in any direction upward or downward, but in the description of the embodiment, for convenience, the term upper or lower may be used with the positive side in the D3 axis direction as the upper side. is there. Further, in the following, the term “planar view” or “planar perspective” means viewing in the D3 axis direction unless otherwise specified.
  • the materials constituting the members may be exemplified.
  • the illustrated material shall refer to the main component of the material constituting the member.
  • the main component is, for example, a component in which the ratio of atoms to all atoms of the material constituting the member exceeds 50%.
  • the material of the member may contain additives not mentioned.
  • the additive may be intended or unintended.
  • the illustrated material may occupy 90% or more or 100% of the material constituting the member.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a partial configuration of the ultrasonic device 1 according to the first embodiment.
  • the "ultrasonic device” may be simply referred to as a “device”.
  • a part of the inside is also shown by a dotted line.
  • the approximate outer shape and dimensions of the device 1 may be appropriately set according to the technical field in which the device 1 is used, the functions required of the device 1, and the like.
  • the device 1 may be made relatively small so that it can be placed in a blood vessel in an intravascular ultrasonography (IVUS: intravascular ultrasonography), or a conventional ultrasonic diagnostic apparatus (for example, to obtain a tomographic image of the abdomen). It may be palm-sized so that it can be used for the probe of the device).
  • the device 1 may be configured as MEMS (microelectromechanical systems).
  • the device 1 is roughly configured in the form of a substrate, for example.
  • FIG. 1 shows a part of the upper surface thereof.
  • the planar shape of the device 1 is arbitrary and may be, for example, a polygon (for example, a rectangle), a circle or an ellipse.
  • the device 1 has, for example, a plurality of ultrasonic elements 3 (only two are shown in FIG. 1) arranged along the upper surface of the device 1.
  • the "ultrasonic element” may be simply referred to as an "element”.
  • Each element 3 transmits and / or receives ultrasonic waves.
  • the element 3 is a transducer that converts ultrasonic waves into electrical signals and / or vice versa.
  • the element 3 is input with an electric signal whose voltage changes in a predetermined waveform (for example, a square wave or a sine wave). Then, the element 3 converts the electric signal into an ultrasonic wave reflecting the waveform of the electric signal (for example, reflecting the frequency) and transmits it to the positive side in the D3 axis direction. Further, for example, the element 3 receives an ultrasonic wave from the positive side in the D3 axis direction and converts the ultrasonic wave into an electric signal reflecting the waveform of the ultrasonic wave.
  • the positive side of the ultrasonic wave transmission and reception in the D3 axis direction is not always parallel to the D3 axis direction.
  • the plurality of elements 3 may be provided in an arbitrary number and may be arranged in an arbitrary direction.
  • the plurality of elements 3 may be arranged in two or more in the D1 direction and two or more in the D2 direction (see FIG. 8 to be described later).
  • the pitch of the plurality of elements 3 in the D1 direction is, for example, constant.
  • the pitch of the plurality of elements 3 in the D2 direction is, for example, constant.
  • the former pitch and the latter pitch are, for example, the same.
  • the plurality of elements 3 may be arranged one-dimensionally (only one row may be provided), or the rows adjacent to each other may be shifted by half a pitch. May be placed in.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • the device 1 is mounted on, for example, the support substrate 5, the functional layer 7 overlapping the first surface 5a of the support substrate 5, and the second surface 5b of the support substrate 5 so as to be confirmed in a plan view or a cross-sectional view. It has an overlapping damping material 9.
  • the functional layer 7 includes a plurality of elements 3 and directly bears the transmission and / or reception of ultrasonic waves.
  • the support substrate 5 contributes to the support of the functional layer 7, for example.
  • the damping material 9 contributes to damping unnecessary vibration, for example.
  • the device 1 may have components other than the above.
  • the device 1 may have an electronic element mounted on any surface of the first surface 5a or the second surface 5b or the damping material 9.
  • the support substrate 5 has a first surface 5a and a second surface 5b on the back surface thereof.
  • the support substrate 5 has, for example, a substantially flat plate shape, and the first surface 5a and the second surface 5b have a planar shape parallel to each other.
  • the support substrate 5 has a plurality of cavities 5c that open to the first surface 5a. The cavity 5c contributes to facilitating the vibration of the element 3 related to the transmission and / or reception of ultrasonic waves.
  • the cavity 5c is provided for each element 3, for example.
  • the shape and dimensions of the cavity 5c may be set as appropriate.
  • the opening shape of the cavity 5c to the first surface 5a may be circular or polygonal. In the present embodiment, the case where the opening shape of the cavity 5c is circular is taken as an example. Further, in the illustrated example, the cavity 5c is rectangular in cross-sectional view, but may be trapezium or trapezium.
  • the diameter of the opening on the first surface 5a of the cavity 5c may be appropriately set, and for example, it is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the material of the support substrate 5 is arbitrary.
  • the entire support substrate 5 may be made of one material, or the support substrate 5 may be made of a combination of a plurality of materials.
  • the material of the support substrate 5 is, for example, an inorganic insulating material or an organic insulating material. More specifically, for example, the support substrate 5 may be integrally formed of an insulating material such as silicon (Si). Further, for example, the support substrate 5 may be formed substantially integrally with an insulating material such as silicon, and may have a layer made of another insulating material such as SiO 2 on the upper surface and / or the lower surface. Good.
  • the element 3 is composed of a region of the functional layer 7 that substantially overlaps with the cavity 5c. Then, the element 3 causes vibration accompanied by bending deformation to at least one of the cavity 5c side ( ⁇ D3 side) and the side opposite to the cavity 5c (+ D3 side). In other words, the vibration is out-of-plane vibration. This vibration causes transmission and / or reception of ultrasonic waves. That is, the element 3 is a flexible vibration type.
  • Examples of the flexural vibration type ultrasonic element include a piezoelectric element such as pMUT and a capacitive element such as cMUT. In this embodiment, pMUT is taken as an example. Further, examples of the bending vibration type piezoelectric element include a bimorph type element and a unimorph type element. In this embodiment, a unimorph type element is taken as an example.
  • Each element 3 is configured such that the resonance frequency is located in the ultrasonic frequency band with respect to the vibration in the primary mode in which the center thereof is the antinode of the vibration and the outer edge is the node of the vibration.
  • the frequency band of ultrasonic waves is, for example, a frequency band of 20 kHz or higher.
  • the thickness of the element 3 may be appropriately set, and for example, it is 4 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less.
  • the functional layer 7 has, for example, a plurality of membranes 11 located on the plurality of cavities 5c, and an additional layer 13 covering the first surface 5a from above the plurality of membranes 11.
  • One element 3 is composed of one membrane 11 that overlaps with one cavity 5c and a region that overlaps with one of the additional layers 13.
  • the membrane 11 is a portion directly responsible for transmitting and / or receiving ultrasonic waves.
  • the additional layer 13 contributes to improving the efficiency of transmitting and / or receiving ultrasonic waves by, for example, the membrane 11.
  • a layer containing a plurality of membranes 11 may be conceptualized as the functional main body layer 8.
  • the functional body layer 8 may have wiring or the like that contributes to the electrical connection of the membrane 11.
  • the thickness of the functional body layer 8 may be appropriately set, and for example, it is 2 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the membrane 11 has a vibrating portion 15, a lower electrode 17, a piezoelectric body 19, and an upper electrode 21 which are laminated in order from the support substrate 5.
  • the polarization axis direction of the piezoelectric body 19 (electrical axis and X-axis in a single crystal) is the thickness direction of the piezoelectric body 19.
  • the portion of the piezoelectric body 19 sandwiched between the lower electrode 17 and the upper electrode 21 is in the plane direction (D1 axial direction).
  • D2 axis direction This reduction is regulated by the vibrating unit 15.
  • the membrane 11 bends (displaces) toward the cavity 5c like a bimetal.
  • an electric field is applied in the direction opposite to the direction of polarization, the membrane 11 bends to the side opposite to the cavity 5c.
  • a pressure wave is formed in the medium (for example, fluid) around the element 3. Then, when an electric signal whose voltage changes with a predetermined waveform is input to the lower electrode 17 and the upper electrode 21, an ultrasonic wave reflecting the waveform (for example, frequency) of the electric signal is generated.
  • One element 3 may be one that performs only transmission, one that performs only reception, or one that performs both transmission and reception.
  • the element 3 that performs both transmission and reception for example, intermittently transmits ultrasonic waves and receives ultrasonic waves while the ultrasonic waves are not being transmitted. As a result, for example, the element 3 receives the reflected wave of the ultrasonic wave transmitted by itself.
  • the vibrating portion 15 is a portion of the vibrating layer 16 on the cavity 5c.
  • the vibrating layer 16 extends without gaps over, for example, one region including the plurality of cavities 5c in planar fluoroscopy. In other words, the vibrating layer 16 covers the plurality of cavities 5c and the region between them.
  • the vibrating portion 15 may be provided for each element 3. That is, the plurality of vibrating portions 15 may be separated from each other by forming the non-arranged region of the vibrating layer 16 between the cavities 5c.
  • the vibrating portion 15 is, for example, roughly a layered layer having a constant thickness.
  • the thickness of the vibrating portion 15 may be appropriately set. For example, the thickness of the vibrating portion 15 may be thinner, equal to, or thicker than the thickness of the piezoelectric body 19.
  • the vibrating portion 15 is formed of, for example, an insulating material.
  • the insulating material may be an organic material in the inorganic material, more specifically, for example, silicon, silicon dioxide (SiO 2) or silicon nitride (SiN X).
  • the vibrating portion 15 may be configured by laminating a plurality of layers made of different materials.
  • the vibrating portion 15 may be composed of silicon and SiO 2 overlapping the lower surface thereof.
  • the lower electrode 17 or the upper electrode 21 can also be used as the vibrating portion 15.
  • the piezoelectric body 19 is, for example, roughly a layer having a constant thickness.
  • the piezoelectric body 19 is provided for each element 3 (every cavity 5c). From another point of view, the plurality of piezoelectric bodies 19 are separated from each other.
  • the shape and width of the piezoelectric body 19 is, for example, roughly equivalent to that of the cavity 5c.
  • 90% or more of the piezoelectric body 19 (upper surface or lower surface thereof) and 90% or more of the cavity 5c (opening in the first surface 5a thereof) overlap.
  • the case where the opening shape of the cavity 5c is circular is taken as an example
  • the case where the planar shape of the piezoelectric body 19 is circular is taken as an example.
  • the piezoelectric body 19 may have a shape and / or a width completely different from the opening shape of the cavity 5c in plan perspective.
  • the thickness of the piezoelectric body 19 may be appropriately set. As an example, the thickness of the piezoelectric body 19 is 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the piezoelectric body 19 is formed in a tapered shape so that the diameter is reduced toward the upper surface side, for example. As a result, for example, the probability of disconnection of the upper wiring 25 (described later) connected to the upper electrode 21 is reduced.
  • the tapered surface (side surface) of the piezoelectric body 19 may be flat or curved in the cross section as shown in FIG. Further, the inclination angle of the tapered surface is also arbitrary.
  • the piezoelectric body 19 may have a shape in which the upper surface and the lower surface substantially overlap (a shape in which the side surface is a vertical wall).
  • the piezoelectric body 19 may be composed of a single crystal or a polycrystal.
  • the material of the piezoelectric body 19 is, for example, aluminum nitride (AlN), barium titanate (BTO: BaTIO 3 ), sodium potassium niobate (KNN: (K, Na) NbO 3 ), sodium bismuth titanate (NBT: Na 0). .5 Bi 0.5 TiO 3 ) and lead zirconate titanate (PZT: Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3 ).
  • the piezoelectric body may or may not be a ferroelectric substance, and may or may not be a pyroelectric body.
  • the crystal structure may be an appropriate one such as a perovskite type or a wurtzite type.
  • the lower electrode 17 is, for example, roughly a layered body having a constant thickness.
  • the lower electrode 17 is provided for each element 3 (every cavity 5c). From another point of view, the plurality of lower electrodes 17 are separated from each other.
  • the shape and width of the lower electrode 17 are, for example, roughly equivalent to the lower surface of the cavity 5c and / or the piezoelectric body 19.
  • 90% or more of the lower electrode 17 overlaps with 90% or more of the cavity 5c (the opening in the first surface 5a thereof) and / or the lower surface of the piezoelectric body 19.
  • the case where the opening shape of the cavity 5c is circular is taken as an example
  • the case where the planar shape of the lower electrode 17 is circular is taken as an example.
  • the lower electrode 17 may have a shape and / or a width completely different from the opening shape of the cavity 5c in plan perspective.
  • a lower electrode layer that extends without gaps is provided over the entire region including the plurality of cavities 5c in planar fluoroscopy, and the lower electrode 17 may be a part of the lower electrode 17 that is located on the cavities 5c.
  • the above description of the lower electrode 17 may be incorporated into the upper electrode 21.
  • the "lower electrode 17" is replaced with the “upper electrode 21”
  • the "lower surface of the piezoelectric body 19” is replaced with the "upper surface of the piezoelectric body 19”
  • the "lower electrode layer” is replaced with the "upper electrode layer.”
  • the lower electrode 17 and the upper electrode 21 may have the same shape and / or size, or may be different from each other.
  • the piezoelectric body 19 is tapered
  • the lower electrode 17 has substantially the same shape and size as the lower surface of the piezoelectric body 19
  • the upper electrode 21 has substantially the same shape and size as the upper surface of the piezoelectric body 19. It is said to have a shape and size.
  • the upper electrode 21 is one size smaller than the lower electrode 17.
  • each electrode may be set appropriately. Usually, the thickness of each electrode is thinner than the thickness of the piezoelectric body 19 and the vibrating layer 16. For example, the thickness of each electrode is 1/10 or less of the thickness of the piezoelectric body 19. The thickness of the lower electrode 17 and the thickness of the upper electrode 21 may be the same as or different from each other.
  • each electrode may be, for example, a layer of an appropriate metal and / or oxide conductive thin film.
  • the metal is, for example, gold (Au), platinum (Pt), aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti) or chromium (Cr) or an alloy containing these.
  • the oxide conductive thin film is, for example, a conductive material having a perovskite structure such as strontium ruthenate (SRO) or lanthanum nickelate (LNO).
  • SRO strontium ruthenate
  • LNO lanthanum nickelate
  • Each electrode may be configured by laminating a plurality of layers made of different materials as shown above.
  • the material of the lower electrode 17 and the material of the upper electrode 21 may be the same as each other or may be different from each other.
  • the plurality of lower electrodes 17 may be connected to each other or may not be connected to each other.
  • the plurality of upper electrodes 21 may be connected to each other or may not be connected to each other.
  • an embodiment in which a plurality of lower electrodes 17 are connected to each other and a plurality of upper electrodes 21 are connected to each other is taken as an example.
  • the functional body layer 8 including the plurality of membranes 11 may include, for example, wiring related to electrical connection of the membrane 11 in addition to the membrane 11.
  • the upper electrodes 21 are connected to each other as an example, and the functional body layer 8 is an upper portion connecting a plurality of upper electrodes 21 arranged in the D1 direction to each other. It has wiring 25 (see also FIG. 8). Other wiring will be described later with reference to FIG. 8 (another embodiment).
  • the above description of electrode materials may be incorporated.
  • the upper wiring 25 is composed of, for example, a conductor layer that overlaps the support substrate 5 from above the membrane 11.
  • the upper wiring 25 extends from one of the upper electrodes 21 adjacent to each other in the D1 direction to the other, and connects the two.
  • the specific shape and dimensions of the upper wiring 25 may be appropriately set.
  • the upper wiring 25 has a substantially elongated shape extending in the D1 direction with a constant width. Its width is, for example, smaller than the diameter of the upper electrode 21 in the D2 direction.
  • One end of the upper wiring 25 overlaps one of the upper electrodes 21 adjacent to each other, and the other end of the upper wiring 25 overlaps the other of the upper electrodes 21 adjacent to each other.
  • the ends of the two upper wirings 25 located on the same upper electrode 21 face each other in the D1 direction with a gap from each other. The interval is located above the center of the cavity 5c.
  • the thickness of the upper wiring 25 is thicker than that of the lower electrode 17, the upper electrode 21, and / or the lower wiring 23 described later. As a result, for example, the possibility of disconnection occurring in the portion of the upper wiring 25 that exceeds the step formed by the thickness of the piezoelectric body 19 is reduced.
  • the thickness of the upper wiring 25 may be, for example, 1/20 or more and 1/5 or less of the thickness of the piezoelectric body 19.
  • An insulating film 27 for reducing the probability of these short circuits may be provided above the lower electrode 17 and / or above the lower wiring 23 described later and below the upper wiring 25.
  • the material, shape, dimensions, etc. of the insulating film 27 are arbitrary.
  • the insulating film 27 is formed thinner than the upper wiring 25, and at least the upper part of the piezoelectric body 19 is exposed.
  • the material of the insulating film 27 may be an inorganic material or an organic material.
  • the upper wiring 25 may be insulated from the lower electrode 17 and / or the lower wiring 23 only by the piezoelectric body 19 without providing the insulating film 27.
  • the additional layer 13 constitutes, for example, the upper surface of the device 1. Therefore, the fluid around the device 1 comes into contact with the upper surface of the additional layer 13. However, the additional layer 13 does not have to form the upper surface of the device 1. For example, a layer (not shown) may be superposed on the additional layer 13.
  • the additional layer 13 extends without a gap over the entire area including the plurality of elements 3 in planar fluoroscopy, for example.
  • the additional layer 13 extends from the center of one cavity 5c of the two cavities 5c adjacent to each other to the center of the other cavity 5c in plan perspective.
  • the additional layer 13 overlaps each of the two cavities 5c adjacent to each other and extends between the two cavities 5c so as to be confirmed in a plan view or a cross-sectional view, for example.
  • the plurality of elements 3 referred to here may be all the elements 3 included in the device 1, or may be some elements 3.
  • the additional layer 13 is roughly spread with a constant thickness. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 2, the upper surface of the additional layer 13 reflects the unevenness of the upper surface of the functional body layer 8. That is, the additional layer 13 is a so-called conformal layer (translated into Japanese as conformal, conformal, etc.). However, the unevenness of the upper surface of the additional layer 13 is smoother than the unevenness of the upper surface of the functional main body layer 8. Further, unlike the illustrated example, the upper surface of the additional layer 13 may be flat regardless of the presence or absence of unevenness on the upper surface of the functional body layer 8.
  • the function is provided by providing the plurality of piezoelectric bodies 19 separately from each other (because the piezoelectric layer covering the plurality of cavities 5c is not provided).
  • the upper surface of the main body layer 8 has a convex portion on the cavity 5c.
  • the upper surface of the additional layer 13 has a convex portion 13a on the cavity 5c.
  • the upper surface of the portion on the plurality of piezoelectric bodies 19 is higher than the upper surface of at least a part of the portion in between.
  • the shape of the convex portion 13a reflects the shape of the piezoelectric body 19, and in the illustrated example, it is roughly a truncated cone.
  • a convex portion is generated on the upper surface of the functional body layer 8 due to the provision of the relatively thick upper wiring 25.
  • a convex portion 13b extending in the D1 direction is formed on the surface of the additional layer 13.
  • a part of the convex portion 13b constitutes a part of the top surface and the tapered surface (side surface) of the convex portion 13a.
  • the convex portion 13a may be formed in such a manner that the convex portion 13b is not formed.
  • the concave portion 13c is formed on the top surface of the convex portion 13a from another viewpoint.
  • the functional layer 7 is on the cavity 5c (more specifically, the cavity 5c) in a predetermined cross section (for example, the cross section shown in FIG. 2) orthogonal to the first surface 5a. It has a recess 13c in the central portion of the above.
  • the central portion referred to here may be a region having an arbitrary width including the center of the top surface of the convex portion 13a.
  • the specific shape and dimensions of the recess 13c may be appropriately set.
  • the material of the additional layer 13 is, for example, a material having viscoelasticity.
  • Viscoelasticity is a property that combines both viscosity and elasticity.
  • it can be defined as a material having an argument of complex elastic modulus of more than 0 ° and less than 90 °.
  • the declination is not 0 ° in various elastic materials that are not generally regarded as viscoelastic materials. Therefore, for example, a material having a declination angle of 5 ° or more or 30 ° or more may be used as a viscoelastic material.
  • the declination is not 90 ° in various viscous materials that are not generally regarded as viscoelastic materials.
  • the upper limit of the declination does not have to be particularly limited.
  • the declination of the material of the additional layer 13 may be very close to 90 ° (eg, 85 ° or more) as long as it can remain on the functional body layer 8 in the intended use of the device 1.
  • the absolute value of the complex elastic modulus of the material of the additional layer 13 may be made relatively small, for example. In this case, for example, the influence of the viscoelasticity of the additional layer 13 on the resonance frequency of the element 3 is reduced. As a result, for example, the elastic modulus of the functional body layer 8 can be set (material is selected from another viewpoint) and various dimensions can be set as in the conventional case, and the design is facilitated.
  • the absolute value of the complex elastic modulus of the material of the additional layer 13 is, for example, the elastic modulus (or the absolute value of the complex elastic modulus of any of the vibrating portion 15, the lower electrode 17, the piezoelectric body 19 and the upper electrode 21. .) May be smaller.
  • the absolute value of the complex elastic modulus of the material of the additional layer 13 may be 1/10 or less of the elastic modulus of the vibrating portion 15 and / or the piezoelectric body 19. Further, for example, the absolute value of the complex elastic modulus of the material of the additional layer 13 may be 10 GPa or less or 5 GPa or less.
  • the above description of viscoelasticity is at the temperature of the additional layer 13 in the intended usage environment.
  • the temperature varies depending on the technical field to which the device 1 is applied, and for example, normal temperature (room temperature) can be exemplified.
  • the normal temperature include 5 ° C. or higher and 35 ° C. or lower as defined by the Japanese Industrial Standards (JIS). Further, for example, 20 ° C. at the center of the temperature range can be mentioned. Properties other than viscoelasticity may also be judged at the above temperature.
  • the material of the additional layer 13 may be, for example, a material having an insulating property.
  • the volume resistivity of the material of the additional layer 13 is 10 14 ⁇ m or more.
  • a paraxylylene-based polymer can be mentioned.
  • the thickness of the additional layer 13 may be appropriately set.
  • the thickness of the additional layer 13 may be 1/10 or more, 1/5 or more, 1/3 or more or 1/2 or more, and twice or less the thickness of the piezoelectric body 19. It may be 3/2 or less or 1 times or less, and the above lower limit value and upper limit value may be appropriately combined.
  • the thickness of the additional layer 13 is 1/20 or more, 1/10 or more, 1 / of the total thickness of the layers other than the additional layer 13 of the functional layer 7 (here, the thickness of the functional main body layer 8). It may be 6 or more or 1/4 or more, 1 times or less, 3/4 or less or 1/2 or less, and the above lower limit value and upper limit value may be appropriately combined.
  • the thickness of the additional layer 13 may be 0.1 ⁇ m or more, 0.5 ⁇ m or more, 1 ⁇ m or more, or 2 ⁇ m or more, and may be 20 ⁇ m or less, 10 ⁇ m or less, 5 ⁇ m or less, or 4 ⁇ m or less.
  • the above lower limit value and upper limit value may be appropriately combined.
  • the above range of thickness may be applied to, for example, the average value, the minimum value, or the maximum value of the additional layer 13 when the thickness of the additional layer 13 is not constant. However, in any case, specifically thin or thick portions may be excluded. Further, the thickness of the piezoelectric body 19 or the functional body layer 8 to be compared may be, for example, the maximum thickness.
  • the upper surface of the additional layer 13 may have various shapes including the shapes shown in FIGS. 1 and 2. These various shapes may be realized by various methods, but may be realized only by changing the unevenness of the upper surface of the functional body layer 8 without changing the film forming conditions of the additional layer 13. Hereinafter, various shapes that can be realized by changing the distance between the piezoelectric bodies 19 will be described.
  • the upper surface of the additional layer 13 does not completely reflect the unevenness of the upper surface of the functional main body layer 8, but reflects the unevenness by smoothing it to some extent. Therefore, for example, when the distance between the plurality of piezoelectric bodies 19 is relatively short, a recess may not be formed between the plurality of piezoelectric bodies 19. As described above, the upper surface of the additional layer 13 may be substantially flat.
  • a recess is formed on the upper surface of the additional layer 13 at a position separated from the plurality of piezoelectric bodies 19.
  • the four piezoelectric bodies 19 are located at the four corners of each of the plurality of rectangular regions.
  • a recess is likely to be formed in the center of the rectangular region.
  • the upper surface of the additional layer 13 may have a shape in which a recess is formed on a substantially flat surface. Similar to the shapes shown in FIGS.
  • this shape may be referred to as at least a part of a region (hereinafter, referred to as a low position portion 13e) located between the plurality of piezoelectric bodies 19 in plan perspective. It can be said that the shape is lower than the region on the plurality of piezoelectric bodies 19.
  • the concave portion (low position portion 13e) in the center of the rectangular region becomes wider than the above.
  • the recess extending from the center of the rectangular region also extends between the piezoelectric bodies 19 adjacent to each other in the D1 direction or the D2 direction.
  • the bottom surface of the recess in the center of the rectangular region becomes a flat surface (for example, parallel) along the first surface 5a of the support substrate 5.
  • the low position portion 13e includes a planar region.
  • FIG. 3 is a diagram similar to FIG. 2, showing a shape (deformation example) different from the shape of the additional layer 13 shown in FIG.
  • the additional layer 13 has a shape in which the recesses extending from the center of the rectangular region extend between the piezoelectric bodies 19 adjacent to each other in the D1 direction as described above.
  • the cross section shown in FIG. 3 (and FIG. 2) includes a line connecting the piezoelectric bodies 19 closest to each other at the shortest distance. Therefore, in this modification, the region (low position portion 13e) of the additional layer 13 that is lower than the region on the plurality of piezoelectric bodies 19 is at least a part of the line connecting at the shortest distance in plan perspective. It will be overlapping. What overlaps a part of this line may be a planar region along the first surface 5a or a region inclined with respect to the first surface 5a.
  • the flat region of the low position portion 13e expands.
  • most of the low position portion 13e becomes a flat surface along the first surface 5a.
  • the region overlapping at least a part of the line connecting the piezoelectric bodies 19 closest to each other at the shortest distance is a planar shape along the first surface 5a.
  • the length of this planar region along the line connecting at the shortest distance may be appropriately set.
  • the length may be 1/10 or more, 1/5 or more, or 1/3 or more with respect to the diameter of the cavity 5c in the direction along the above line (D1 direction), and may be 1 times or less or 1 times or less. It may be 1/2 or less, and the above lower limit and upper limit may be appropriately combined.
  • the damping material 9 is made of a material having a damping constant (m -1 ⁇ Hz -1 ) related to acoustics larger than that of the support substrate 5. As a result, for example, the probability that the vibration generated in the element 3 leaks to the outside or, conversely, the vibration from the outside is transmitted to the element 3 is reduced.
  • the damping material 9 is made of an insulating material, the damping material 9 can function like an insulator of a circuit board. Therefore, for example, an electronic component may be mounted on the surface of the damping material 9 on the + D3 side or the ⁇ D3 side, or wiring or an electronic element may be provided inside the damping material 9.
  • the material of the damping material 9 may be any suitable material, for example, resin or ceramic. The damping material 9 may not be provided.
  • the ultrasonic device 1 has a cavity layer (support substrate 5) and a functional layer 7.
  • the support substrate 5 has a first surface 5a and a plurality of cavities 5c that are open to the first surface 5a and are arranged along the first surface 5a.
  • the functional layer 7 overlaps the first surface 5a, and the resonance frequency of the out-of-plane vibration on the plurality of cavities 5c is within the frequency band of the ultrasonic wave.
  • the functional layer 7 includes an additional layer 13.
  • the additional layer 13 extends from the center of one cavity 5c of two adjacent cavities 5c to the center of the other cavity 5c and has viscoelasticity so that it can be confirmed, for example, in a plan view or a cross-sectional view. ing.
  • the additional layer 13 for example, mechanical coupling between the elements 3 (the portion of the functional layer 7 on the cavity 5c) is suppressed.
  • the vibration energy is confined and the vibration amount of the element 3 increases.
  • the voltage of the received signal obtained by converting the received ultrasonic wave into an electric signal (hereinafter, may be referred to as a received voltage) is increased, and / or the electric signal (transmitted signal) is converted into an ultrasonic wave. It is possible to increase the sound pressure of ultrasonic waves when converting and transmitting. That is, the efficiency of receiving and / or transmitting ultrasonic waves can be improved.
  • the additional layer 13 extends not only between the cavities 5c but also to the center of the cavities 5c in plan perspective. Therefore, for example, the additional layer 13 may be formed on substantially the entire surface of the functional body layer 8 without any gaps. That is, the configuration is simple. As a result, for example, the process of patterning the additional layer 13 is unnecessary, and the cost can be reduced.
  • 4 (a) and 4 (b) are diagrams illustrating the effect of the above-mentioned increase in vibration amount.
  • FIG. 4A shows the characteristics of the embodiment (comparative example) in which the additional layer 13 is not provided
  • FIG. 4B shows the characteristics according to the embodiment. 4 (a) and 4 (b) are obtained under the same conditions except for the presence or absence of the additional layer 13.
  • the waveform formed by the vibration displacement in the examples is closer to the waveform of the sound pressure of the received ultrasonic waves (not shown) as compared with the waveform formed by the vibration displacement in the comparative example.
  • the displacement when a relatively large fluctuation occurs in the example is larger than the displacement when a relatively large fluctuation occurs in the comparative example.
  • the maximum value of the absolute value of the displacement in the embodiment is 5.
  • the maximum value of the absolute value of the displacement in the comparative example is about (-) 3.5E-09. From these results, it was confirmed that the additional layer 13 suppressed the mechanical coupling between the elements 3, and as a result, the vibration amount of the elements 3 was increased.
  • the functional layer 7 includes a plurality of membranes 11 located on the plurality of cavities 5c.
  • the plurality of membranes 11 are, in order from the first surface 5a side, the vibrating portion 15, the lower electrode 17 overlapping the vibrating portion 15, the piezoelectric body 19 overlapping the lower electrode 17, and the piezoelectric body 19. It has an upper electrode 21 which overlaps with the above.
  • the additional layer 13 covers the plurality of membranes 11 from above the upper electrode 21. From another viewpoint, the additional layer 13 is the uppermost layer of the functional layer 7 and has an insulating property.
  • the additional layer 13 also contributes to electrically insulating the electrodes in the functional layer 7.
  • the configuration of the functional layer 7 is further simplified.
  • the plurality of piezoelectric bodies 19 are separated from each other.
  • the vibration propagating in the portion of the additional layer 13 located on the piezoelectric body 19 travels from the region overlapping the piezoelectric body 19 to the outside in a plan view. When propagating, it must be displaced downward (-D3 side).
  • the mechanical coupling between the elements 3 is further suppressed as compared with the embodiment in which the upper surface of the additional layer 13 is flat over the entire surface (this embodiment may also be included in the technique according to the present disclosure). can do.
  • the fact that the low position portion 13e is formed in the additional layer 13 by separating the plurality of piezoelectric bodies 19 from each other means that the thickness of the piezoelectric body 19 and the piezoelectric body 19 are different from another viewpoint.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of the thickness of the additional layer 13 on the transmission and / or reception of ultrasonic waves.
  • the horizontal axis tf ( ⁇ m) indicates the thickness of the additional layer 13.
  • the vertical axis V (mV) indicates the voltage. This voltage indicates the reception voltage obtained when the element 3 receives the ultrasonic wave. More specifically, the maximum value when the waveform of the received voltage is obtained is shown.
  • the points plotted in the figure indicate the values obtained by the experiment. The points connected to each other by the same line have the same conditions other than the thickness of the additional layer 13.
  • the additional layer 13 As shown in this figure, as the additional layer 13 is made thicker, the effect of improving the reception voltage is improved. However, the change will level off. In the illustrated example, the effect peaked at a thickness of approximately 3 ⁇ m. At this time, a low position portion 13e was formed on the upper surface of the additional layer 13. From this, by setting the thickness of the additional layer 13 to the thickness at which the low position portion 13e is formed, it is possible to obtain the effect of increasing the mechanical bond and reduce the cost increase due to the thick additional layer 13. I understand.
  • FIG. 5 is also a diagram that quantitatively shows the effect of suppressing the mechanical coupling between the elements 3 and improving the reception voltage.
  • the received voltage at this time is about 60 mV.
  • the thickness of the additional layer 13 is 3 ⁇ m, the received voltage is about 180 mV. Therefore, it is shown that the reception voltage can be tripled by providing the additional layer 13 with an appropriate thickness.
  • the partial region (low position portion 13e), which is lower than the region on the plurality of piezoelectric bodies 19, is the shortest distance between the piezoelectric bodies 19 closest to each other in plan perspective or cross-sectional view. It overlaps at least a part of the connecting line (see line L1 in FIG. 1).
  • the above effect that the wave in the additional layer 13 must be displaced downward is obtained at the position where the piezoelectric bodies 19 are closest to each other.
  • the mechanical coupling between the piezoelectric bodies 19 is further suppressed.
  • the fact that the low position portion 13e is formed at the position closest to the piezoelectric bodies 19 means that a certain distance is secured even at the position where the piezoelectric bodies 19 are closest to each other. Is. Therefore, the effect of increasing the vibration amount is improved by suppressing the mechanical coupling between the elements 3 due to the provision of the additional layer 13 and suppressing the mechanical coupling between the elements 3 due to the separation of the elements 3.
  • the region of the low position portion 13e that overlaps at least a part of the line connecting at the shortest distance is a flat surface along the first surface 5a.
  • the above effect is further improved.
  • the highest reception voltage was obtained when the planar portion was formed in this way.
  • a V-shaped portion is formed on the surface of the additional layer 13.
  • stress concentration is likely to occur. Therefore, for example, the stress concentration can be relaxed by the presence of the planar portion. As a result, the life of the additional layer 13 can be extended.
  • the thickness of the additional layer 13 is 1/2 or more and 3/2 or less of the thickness of the piezoelectric body 19.
  • FIG. 5 described above shows that the piezoelectric body 19 is obtained under the condition that the thickness is 2 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less, and that the thickness of the additional layer 13 is sufficiently obtained if it is in the above range. .. Further, for example, when the thickness of the additional layer 13 is within the above range, the low position portion 13e is likely to be formed between the plurality of piezoelectric bodies 19 which are separated from each other, and by extension, the low position portion 13e is formed. It is easy to obtain the above-mentioned effect.
  • the upper surface of the functional layer 7 in a predetermined cross section orthogonal to the first surface 5a (see FIG. 2), the upper surface of the functional layer 7 (additional layer 13) has a recess 13c on the cavity 5c.
  • the resistance acting on the fluid flowing along the upper surface of the functional layer 7 tends to increase.
  • the amount of liquid flowing during the transmission and / or reception of ultrasonic waves that is, when the element 3 vibrates
  • the characteristics of transmission and / or reception will be improved.
  • the material of the additional layer 13 is a paraxylylene-based polymer.
  • the thickness of the additional layer 13 is 1/4 or more and 1 times or less the total thickness of the layers other than the additional layer 13 of the functional layer 7 (here, the functional main body layer 8).
  • FIG. 5 described above shows that the functional body layer 8 is obtained under the condition of 4 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less, and that the thickness of the additional layer 13 is sufficiently obtained if it is in the above range. There is.
  • FIG. 6 is a perspective view similar to FIG. 1 showing the configuration of the ultrasonic device 201 according to the second embodiment. However, in this figure, a part of the upper surface of the functional body layer 8 (that is, a portion covered by the additional layer 13 and not visible) is also shown by a dotted line.
  • the shape of the upper surface of the element 203 is different from that of the first embodiment.
  • the recess 13c located on the cavity 5c has an inner wall surface extending over 360 ° in a plan view.
  • the recess 13c is concave in any cross section orthogonal to the first surface 5a (see FIG. 2) (ie, not necessarily parallel to the D1 direction).
  • the convex portion 13b shown in FIG. 1 is not formed, but the convex portion 13b may be formed.
  • the recess 13c having such an inner wall surface extending over 360 ° may be appropriately formed.
  • a recess 8c having an inner wall surface extending over 360 ° may be formed on the upper surface of the functional body layer 8, and the recess 13c may be formed because the additional layer 13 is conformal.
  • the recess 13c may be formed by etching or the like regardless of the shape of the upper surface of the functional body layer 8.
  • the recess 8c may be appropriately formed by an appropriate layer.
  • the upper electrode 21 (see FIG. 2) may be formed to be relatively thick, and the recess 8c may be formed in the center of the upper electrode 21 by etching or the like.
  • an insulating layer (a layer that becomes a part of the functional body layer 8) (not shown) that covers the upper electrode 21 and the upper wiring 25 may be provided, and a recess 8c may be formed on the upper surface of the insulating layer by etching or the like. Good.
  • the shape and size of the recess 8c may be appropriately set.
  • the contour of the bottom surface or the opening surface of the recess 8c may have a shape extending along the contour of the cavity 5c. Examples of such a shape include a shape similar to the contour of the cavity 5c and / or a shape deviated inward by a certain distance from the contour of the cavity 5c in planar fluoroscopy.
  • the functional layer 7 has the functional main body layer 8 which is overlapped with the first surface 5a and is covered with the additional layer 13.
  • the upper surface of the functional body layer 8 has a plurality of recesses 8c on the plurality of cavities 5c.
  • the adhesion of the additional layer 13 to the functional main body layer 8 is improved, and the probability that the additional layer 13 is peeled off is reduced.
  • the vibration of the functional body layer 8 can be reliably transmitted to the additional layer 13.
  • the efficiency of transmitting and / or receiving ultrasonic waves is improved.
  • the additional layer 13 a conformal layer a recess 13c can be formed on the upper surface of the additional layer 13.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2, showing the ultrasonic device 301 according to the third embodiment. However, the illustration of the upper wiring 25 is omitted here.
  • the piezoelectric body 19 included in each element 3 is composed of a part of the piezoelectric layer 20 extending over the plurality of cavities 5c.
  • the piezoelectric layer 20 extends to a certain thickness without gaps over the entire region including a plurality of elements 3 in a schematic plan view, for example.
  • the upper surface of the functional body layer 308 has irregularities due to the thickness of the upper electrode 21 (and the upper wiring 25), but is closer to a flat surface as compared with the first embodiment.
  • the upper surface of the additional layer 13 in another viewpoint, the upper surface of the functional layer 307) is substantially a flat surface (for example, parallel) along the first surface 5a over the entire surface.
  • the viscoelastic additional layer 13 can suppress the mechanical coupling between the elements 3 and improve the efficiency of ultrasonic wave transmission and / or reception. it can.
  • FIG. 8 is a plan perspective view showing a partial configuration of the ultrasonic device 401 according to the fourth embodiment.
  • the device 401 is an application example of the device 1 of the first embodiment, and includes all the configurations of the device 1 described above. Therefore, part or all of FIG. 8 may be regarded as a perspective perspective view of the device 1.
  • FIG. 8 shows the lower electrode 17, the upper electrode 21, the lower wiring 23, and the upper wiring 25 in the configuration of the device 401 (1).
  • a transmission unit 41 that outputs an electric signal (transmission signal) to the plurality of elements 3 and a reception unit 43 in which an electric signal (reception signal) is input from the plurality of elements 3 are also schematically shown.
  • the device 401 may be defined without including the transmitting unit 41 and the receiving unit 43, or may be defined including these.
  • the ultrasonic device may be one that performs only one of transmission and reception of ultrasonic waves, or may be one that performs both.
  • the device 401 is the latter. Further, in the ultrasonic device that performs such transmission and reception, the transmission and reception of ultrasonic waves may be performed by the same element 3 or may be performed by different elements 3. And the device 401 is the latter.
  • the device 401 has a transmission element 3 (hereinafter, may be referred to as an element 3T) and a reception element 3 (hereinafter, may be referred to as “element 3R”). There is.
  • the number of transmission element 3T and reception element 3R and their positional relationship may be appropriately set.
  • the device 401 has a plurality of elements 3T, and a part (but two or more) or all of the plurality of elements 3T are arranged together to form a group of elements 31T for transmission. doing.
  • the device 401 has a plurality of elements 3Rs, and a part (but two or more) or all of the plurality of elements 3Rs are arranged together to form a reception element group 31R. ..
  • the plurality of elements 3 included in the device 401 include the plurality of elements 3T located in the transmission region 33T and the plurality of elements 3R located in the reception region 33R. I'm out.
  • the region 33T and the region 33R are regions different from each other.
  • the number and arrangement mode of the plurality of elements 3T may be appropriately set.
  • the plurality of elements 3T are arranged vertically and horizontally at a constant pitch.
  • a 3 ⁇ 3 element 3T is shown. This is only an example, and the number of elements 3 may be smaller than this, may be larger, or may be different in length and width.
  • the number and arrangement of the elements 3 may be the same in the element group 31T and the element group 31R (example in the figure), or may be different from each other.
  • the specific positional relationship between the transmission element group 31T and the reception element group 31R may be appropriately set.
  • the element 3T and the element 3R are arranged in series in the D1 direction (that is, the arrangement direction of the element group 31T and the element group 31R). Further, the distance between the element 3T and the element 3R that are adjacent to each other in the D1 direction is the same as the pitch of the element 3T and the pitch of the element 3R. That is, the plurality of elements 3T and the plurality of elements 3R are uniformly arranged as a whole.
  • the distance between the elements 3T and the element 3R adjacent to each other may be different from the pitch of the element 3T and / or the pitch of the element 3R, or the row of the elements 3T.
  • the rows of the elements 3R may not be in series, and the positions of both rows in the D2 direction may be offset from each other.
  • the plurality of lower electrodes 17 may or may not be connected to each other.
  • the former is illustrated.
  • the lower electrodes 17 adjacent to each other in the D2 direction are connected in series with each other by the lower wiring 23 extending in the D2 direction.
  • These plurality of series lines are connected in parallel to each other by a lower merging wiring 24 extending in the D1 direction outside the transmission region 33T.
  • the lower wiring 23 and the lower merging wiring 24 are composed of, for example, a conductor layer located on the vibrating layer 16. The same applies to the connection between the plurality of lower electrodes 17 in the receiving element group 31R.
  • the plurality of upper electrodes 21 may or may not be connected to each other.
  • the former is illustrated.
  • the upper electrodes 21 adjacent to each other in the D1 direction are connected in series with each other by the upper wiring 25 extending in the D1 direction.
  • These plurality of series lines are connected in parallel to each other by an upper confluence wiring 26 extending in the D2 direction outside the transmission region 33T. The same applies to the connection between the plurality of upper electrodes 21 in the receiving element group 31R.
  • the transmission unit 41 is configured to include, for example, a power supply circuit that converts a commercial power supply into a signal having a voltage having an appropriate waveform and outputs it, as indicated by a symbol indicating a power supply for convenience.
  • the transmission unit 41 is connected to the lower merging wiring 24 and the upper merging wiring 26 connected to the element group 31T for transmission. Then, the transmission unit 41 applies an electric signal having a waveform corresponding to the waveform of the ultrasonic wave to be generated to the lower electrode 17 and the upper electrode 21 of the element 3T for transmission via these wirings.
  • the receiving unit 43 is configured to include, for example, an amplifier that amplifies and outputs an input electric signal, as indicated by a symbol indicating an amplifier for convenience.
  • the amplifier may be, for example, a voltage amplifier or a charge amplifier.
  • the receiving unit 43 is connected to the lower merging wiring 24 and the upper merging wiring 26 connected to the element group 31R for receiving. When ultrasonic waves are input to the receiving element 3T, the element 3T vibrates to generate an electric signal. This signal is input to the receiving unit 43 via the lower merging wiring 24 and the upper merging wiring 26.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX of FIG.
  • the additional layer 13 covers a plurality of transmission elements 3T and a region between them, as in the first embodiment. Similarly, the additional layer 13 covers the plurality of receiving elements 3R and the region between them. Further, as shown in FIG. 9, the additional layer 13 also covers the elements 3 for transmission and the element 3R for reception that are adjacent to each other, as in the first embodiment, covering the elements 3 and the region between them. Good. In other words, the additional layer 13 may be located between the transmission area 33T and the reception area 33R.
  • the plurality of membranes 11 are the plurality of first membranes (membrane 11 of the element 3T) located in the first region (region 33T) of the first surface 5a, and the first membrane 11. It includes a plurality of second membranes (membrane 11 of the element 3R) located in a second region (region 33R) different from the region 33T of the surface 5a.
  • the lower electrodes 27 are connected to each other and the upper electrodes 21 are connected to each other.
  • the lower electrodes 17 are connected to each other and the upper electrodes 21 are connected to each other.
  • the upper electrode 17 of the membrane 11 of the plurality of elements 3T and the upper electrode 17 of the membrane 11 of the plurality of elements 3R are not connected to each other.
  • the additional layer 13 is also located between the region 33T and the region 33R.
  • the additional layer 13 is also located between the two regions 33T and 33R where the two element groups 31T and 31R are located, so that the mechanical coupling between the two can be suppressed. That is, it is possible to suppress the mechanical coupling between the transmission element 3T and the reception element 3R. From another point of view, it is possible to suppress the mechanical coupling between the elements 3 that should vibrate independently of each other. As a result, the efficiency of transmission and / or reception is improved.
  • FIG. 10 is a block diagram schematically showing the configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus 101 as an application example of the ultrasonic device.
  • the reference numeral of the device 401 is used, but other devices may be used for the ultrasonic diagnostic apparatus 101.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 101 is, for example, for IVUS.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 101 includes, for example, a catheter 103 inserted into a patient's blood vessel and an apparatus main body 107 connected to the catheter 103.
  • the catheter 103 has, for example, a substantially tubular catheter body 103a and a device 401 housed in the catheter body 103a.
  • the device 401 transmits ultrasonic waves to the outside of the catheter body 103a in the radial direction via the catheter body 103a, and receives the reflected waves thereof.
  • the device main body 107 has, for example, a transmission / reception unit 109 connected to the device 401 via a wiring (not shown) in the catheter main body 103a.
  • the transmission / reception unit 109 may include, for example, at least a part of the transmission unit 41 and the reception unit 43 shown in FIG. 8, and outputs a transmission signal to the transmission unit 41 and inputs a reception signal from the reception unit 43. It may be one.
  • the division of roles between the electrical configuration of the catheter 103 and the transmission / reception unit 109 may be appropriately set.
  • the apparatus main body 107 includes, for example, an input unit 111 that accepts an operation of a user (for example, a doctor or a technician) and a control unit 113 that controls the transmission / reception unit 109 based on a signal from the input unit 111. ..
  • the apparatus main body 107 includes an image processing unit 115 that performs image processing based on a signal from the transmission / reception unit 109 and a signal from the control unit 113, and a display unit 117 (display) that displays an image based on the signal from the image processing unit 115. It is equipped with a device).
  • On the display unit 117 for example, a tomographic image of a patient (here, a cross-sectional image of a blood vessel) obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves is displayed.
  • the catheter 103 may have a mechanism for flexing the catheter body 103a or changing the orientation of the device 401 in the catheter body 103a. Further, the apparatus main body 107 may have a control unit corresponding to such a mechanism.
  • the support substrate 5 is an example of the cavity layer.
  • the membranes 11 of the elements 3T and 3R are examples of the first and second membranes.
  • Regions 33T and 33R are examples of first and second regions.
  • the display unit 117 is an example of a display device.
  • ultrasonic devices are not limited to those used in medical devices.
  • an ultrasonic device may be used as a sensor for measuring a distance to an object, and such a sensor may be used in an imaging device and an automobile.
  • the ultrasonic element is not limited to the unimorph type pMUT, but may be a cMUT or a bimorph type pMUT.
  • the vibrating layer is located on the cavity side with respect to the piezoelectric layer, but may be located on the opposite side of the cavity with respect to the piezoelectric layer.
  • the cavity may be formed by a through hole formed in the support substrate instead of the recess formed in the support substrate.
  • a recess may be formed on the second surface of the support substrate, and a part of the support member on the first surface side may be used as a vibration layer.
  • the additional layer does not have to constitute the uppermost layer of the ultrasonic device, and does not have to cover the upper electrode.
  • a layer made of a material different from the additional layer may be formed on the surface of the additional layer.
  • the additional layer may be provided between the cavity layer (support substrate) and the vibrating layer, or may be provided between the vibrating layer and the lower electrode.
  • an additional layer having viscoelasticity has the effect of suppressing mechanical coupling between the ultrasonic elements.
  • the additional layer does not need to be formed without a gap in the region where the ultrasonic element is arranged.
  • a cavity layer having a first surface and a plurality of cavities that are open to the first surface and are arranged along the first surface.
  • a functional layer that overlaps the first surface and whose resonance frequency of out-of-plane vibration on the plurality of cavities is within the frequency band of ultrasonic waves.
  • Have and An ultrasonic device having a plurality of recesses on the plurality of cavities on the upper surface of the functional layer in a predetermined cross section orthogonal to the first surface.
  • a cavity layer having a first surface and a plurality of cavities that are open to the first surface and are arranged along the first surface.
  • a functional layer that overlaps the first surface and whose resonance frequency of out-of-plane vibration on the plurality of cavities is within the frequency band of ultrasonic waves.
  • Have and The functional layer has a functional main body layer.
  • the upper surface of the functional body layer is an ultrasonic device having a plurality of recesses on the plurality of cavities.
  • Ultrasonic device 3 ... Ultrasonic element, 5 ... Support substrate (cavity layer), 5a ... First surface, 5c ... Cavity, 7 ... Functional layer, 11 ... Membrane, 13 ... Additional layer, 17 ... Lower electrode, 19 ... Piezoelectric material, 21 ... Upper electrode.

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Abstract

超音波デバイスは、キャビティ層と、機能層とを有している。キャビティ層は、第１面と、当該第１面に開口しており、第１面に沿って並んでいる複数のキャビティとを有している。機能層は、第１面に重なっており、複数のキャビティ上における面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯内にある。また、機能層は、付加層を含む。付加層は、互いに隣り合う２つのキャビティの一方のキャビティの中央から他方のキャビティの中央まで広がっている。

Description

超音波デバイス及び超音波診断装置
　本開示は、ｐＭＵＴ（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer）及びｃＭＵＴ（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）等の超音波デバイスに関し、また、当該超音波デバイスを有する超音波診断装置に関する。
　超音波の受信及び／又は送信を行う複数の素子を平面上に配列して構成された超音波デバイスが知られている（例えば特許文献１）。各素子は、例えば、キャビティ上に位置するメンブレンを有している。メンブレンは、超音波の周波数帯にて面外振動（キャビティ側及び／又はその反対側への撓み変形を伴う振動）を生じることによって超音波の受信及び／又は送信を行う。このようなメンブレンは、例えば、キャビティ上に位置する振動部と、振動部上に位置する下部電極と、下部電極上に位置する圧電体と、圧電体上に位置する上部電極とを有している。特許文献１では、複数の素子を覆うポリマーパッシベーション層を開示している。
特開２０１２－１４３６１５号公報
　本開示の一態様に係る超音波デバイスは、キャビティ層と、機能層と、を有している。前記キャビティ層は、第１面と、該第１面に開口しており、前記第１面に沿って並んでいる複数のキャビティとを有している。前記機能層は、前記第１面に重なっており、前記複数のキャビティ上における面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯内にある。前記機能層は、付加層を含んでいる。前記付加層は、互いに隣り合う２つの前記キャビティの一方のキャビティの中央から他方のキャビティの中央まで広がっている。
　本開示の一態様に係る超音波診断装置は、上記超音波デバイスと、前記超音波デバイスからの電気信号に基づく画像を表示する表示装置と、を有している。
第１実施形態に係る超音波デバイスの一部の構成を示す斜視図である。 図１のII－II線における断面図である。 第１実施形態の変形例の構成を示す断面図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は実施形態における振動量の増加の効果を例示する図である。 付加層の厚さが超音波の送信及び／又は受信に及ぼす影響を説明するための図である。 第２実施形態に係る超音波デバイスの一部の構成を示す斜視図である。 第３実施形態に係る超音波デバイスの一部の構成を示す断面図である。 第４実施形態に係る超音波デバイスの一部の構成を示す平面透視図である。 図８のIX－IX線における断面図である。 実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
　以下、図面を参照して本開示に係る実施形態について説明する。以下の図面は、模式的なものである。従って、細部は省略されることがあり、また、寸法比率等は現実のものと必ずしも一致しない。また、複数の図面相互の寸法比率も必ずしも一致しない。
　図面には、便宜上、直交座標系Ｄ１－Ｄ２－Ｄ３を付すことがある。超音波デバイスは、いずれの方向が上方又は下方とされてもよいものであるが、実施形態の説明では、便宜上、Ｄ３軸方向の正側を上方として、上部又は下部等の語を用いることがある。また、以下において平面視又は平面透視という場合、特に断りがない限りは、Ｄ３軸方向に見ることをいうものとする。
　第１実施形態以外の実施形態（又は変形例。以下、本段落において同じ。）の説明では、基本的に先に説明された実施形態との相違点についてのみ述べる。特に言及が無い事項については、先に説明された実施形態と同様とされたり、先に説明された実施形態から類推されたりしてよい。複数の実施形態において互いに対応する構成については、具体的な構成が異なる場合においても、同じ符号を付すことがある。
　以下の説明では、部材を構成する材料を例示することがある。この場合において、例示された材料は、その部材を構成する材料の主成分を指すものとする。主成分は、例えば、その部材を構成する材料の全ての原子に対する原子の比率が５０％を超える成分である。別の観点では、部材の材料には、言及されない添加物が含まれていてもよい。当該添加物は、意図されたものであってもよいし、意図されていないものであってもよい。もちろん、例示された材料が部材を構成する材料の９０％以上又は１００％を占めてもよい。
＜第１実施形態＞
（デバイスの構成）
　図１は、第１実施形態に係る超音波デバイス１の一部の構成を示す斜視図である。以下、「超音波デバイス」を単に「デバイス」ということがある。この図では、内部の一部も点線で示されている。
　デバイス１の概略の外形及びその寸法は、デバイス１が利用される技術分野及びデバイス１に要求される機能等に応じて適宜に設定されてよい。例えば、デバイス１は、血管内超音波検査法（ＩＶＵＳ：intravascular ultrasound）において血管内に配置可能に比較的小さくされてもよいし、通常の超音波診断装置（例えば腹部の断層像を得るための装置）のプローブに利用可能に手の平大とされてもよい。また、デバイス１は、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）として構成されてもよい。
　本実施形態では、デバイス１は、例えば、概略、基板状に構成されている。図１は、その上面の一部を示している。デバイス１の平面形状は、任意であり、例えば、多角形（例えば矩形）、円形又は楕円形とされてよい。
　デバイス１は、例えば、デバイス１の上面に沿って配列された複数（図１では２つのみ示されている。）の超音波素子３を有している。以下、「超音波素子」を単に「素子」ということがある。各素子３は、超音波の送信及び／又は受信を行う。換言すれば、素子３は、超音波から電気信号への変換及び／又はその逆の変換を行うトランスデューサーである。
　具体的には、例えば、素子３は、所定の波形（例えば矩形波又は正弦波）で電圧が変化する電気信号が入力される。そして、素子３は、その電気信号を当該電気信号の波形を反映した（例えば周波数を反映した）超音波に変換し、Ｄ３軸方向の正側へ送信する。また、例えば、素子３は、Ｄ３軸方向の正側から超音波を受信し、その超音波を当該超音波の波形を反映した電気信号に変換する。ここでいう超音波の発信及び受信についてのＤ３軸方向の正側は、Ｄ３軸方向に平行とは限らない。
　複数の素子３は、任意の数で設けられてよく、また、任意の方向に配列されてよい。例えば、複数の素子３は、Ｄ１方向に２以上配列されるとともにＤ２方向に２以上配列されてよい（後述する図８参照）。複数の素子３のＤ１方向におけるピッチは、例えば、一定である。複数の素子３のＤ２方向におけるピッチは、例えば、一定である。また、前者のピッチと後者のピッチとは、例えば、同じである。この他、図示の例とは異なり、例えば、複数の素子３は、１次元的に配列されてもよいし（１列のみ設けられてもよいし）、互いに隣り合う列同士で半ピッチずれるように配置されてもよい。
　図２は、図１のII－II線における断面図である。
　デバイス１は、例えば、支持基板５と、例えば平面透視または断面視においても確認できるように、支持基板５の第１面５ａに重なっている機能層７と、支持基板５の第２面５ｂに重なっている減衰材９とを有している。機能層７は、複数の素子３を含んでおり、超音波の送信及び／又は受信を直接に担う。支持基板５は、例えば、機能層７の支持に寄与する。減衰材９は、例えば、不要な振動の減衰に寄与する。特に図示しないが、デバイス１は、上記以外の構成要素を有していてもよい。例えば、デバイス１は、第１面５ａ若しくは第２面５ｂ又は減衰材９のいずれかの面に実装された電子素子を有していてもよい。
（支持基板）
　支持基板５は、既述のように、第１面５ａと、その背面の第２面５ｂとを有している。支持基板５は、例えば、概略、平板状であり、第１面５ａ及び第２面５ｂは互いに平行な平面状である。また、支持基板５は、第１面５ａに開口する複数のキャビティ５ｃを有している。キャビティ５ｃは、超音波の送信及び／又は受信に係る素子３の振動を容易化することに寄与する。
　キャビティ５ｃは、例えば、素子３毎に設けられている。キャビティ５ｃの形状及び寸法は適宜に設定されてよい。例えば、キャビティ５ｃの第１面５ａへの開口形状は、円形又は多角形とされてよい。本実施形態では、キャビティ５ｃの開口形状が円形である場合を例に取る。また、キャビティ５ｃは、図示の例では、断面視において矩形であるが、台形等とされてもよい。キャビティ５ｃの第１面５ａにおける開口の径は適宜に設定されてよく、一例を挙げると、１０μｍ以上１００μｍ以下である。
　支持基板５の材料は任意である。支持基板５は、その全体が１つの材料によって構成されていてもよいし、複数の材料が組み合わされて構成されていてもよい。支持基板５の材料は、例えば、無機絶縁材料又は有機絶縁材料である。より具体的には、例えば、支持基板５は、シリコン（Ｓｉ）等の絶縁材料によって一体的に形成されてよい。また、例えば、支持基板５は、シリコン等の絶縁材料によって概ね全体が一体的に形成されているとともに、上面及び／又は下面にＳｉＯ２等の他の絶縁材料からなる層を有していてもよい。
（機能層（超音波素子））
　素子３は、機能層７のうち、概ねキャビティ５ｃと重なる領域によって構成されている。そして、素子３は、キャビティ５ｃ側（－Ｄ３側）及びキャビティ５ｃとは反対側（＋Ｄ３側）の少なくとも一方への撓み変形を伴う振動を生じる。当該振動は、換言すれば、面外振動である。この振動によって、超音波の送信及び／又は受信が行われる。すなわち、素子３は、撓み振動型のものである。
　撓み振動型の超音波素子としては、例えば、ｐＭＵＴ等の圧電式の素子、及びｃＭＵＴ等の容量式の素子を挙げることができる。本実施形態では、ｐＭＵＴを例に取る。また、撓み振動型の圧電素子としては、例えば、バイモルフ型の素子及びユニモルフ型のものを挙げることができる。本実施形態では、ユニモルフ型の素子を例に取る。
　各素子３は、例えば、そ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。超音波の周波数帯は、例えば、２０ｋＨｚ以上の周波数帯である。超音波の周波数の上限について、特に規定は存在しないが、例えば、５ＧＨｚである。素子３の厚さは適宜に設定されてよく、一例を挙げると、４μｍ以上４０μｍ以下である。
　機能層７は、例えば、複数のキャビティ５ｃ上に位置する複数のメンブレン１１と、複数のメンブレン１１の上から第１面５ａを覆っている付加層１３とを有している。１つの素子３は、１つのキャビティ５ｃと重なる１つのメンブレン１１と、付加層１３のうち１つのメンブレン１１に重なる領域とによって構成されている。メンブレン１１は、超音波の送信及び／又は受信を直接に担う部分である。付加層１３は、例えば、メンブレン１１による超音波の送信及び／又は受信の効率を向上させることに寄与する。
　機能層７のうち、複数のメンブレン１１を含む層（機能層７のうち付加層１３よりも下方の層）を機能本体層８として概念してもよい。機能本体層８は、メンブレン１１の他、メンブレン１１の電気的接続に寄与する配線等を有してよい。機能本体層８の厚さは適宜に設定されてよく、一例を挙げると、２μｍ以上２０μｍ以下である。
（メンブレン）
　メンブレン１１は、支持基板５から順に積層された、振動部１５、下部電極１７、圧電体１９及び上部電極２１を有している。
　圧電体１９の分極軸方向（単結晶においては電気軸・Ｘ軸）は、圧電体１９の厚み方向とされている。下部電極１７及び上部電極２１によって圧電体１９に分極の向きと同じ向きで電界が印加されると、圧電体１９の下部電極１７及び上部電極２１に挟まれた部分は、平面方向（Ｄ１軸方向及びＤ２軸方向）に縮小する。この縮小は、振動部１５によって規制される。その結果、メンブレン１１は、バイメタルのようにキャビティ５ｃ側へ撓む（変位する）。逆に、分極の向きと逆の向きで電界が印加されると、メンブレン１１は、キャビティ５ｃとは反対側へ撓む。
　上記のような素子３の変位によって、素子３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下部電極１７及び上部電極２１に入力されることによって、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。
　超音波の送信について述べたが、超音波の受信は、送信時とは逆の原理によって実現される。１つの素子３は、送信のみを行うものであってもよいし、受信のみを行うものであってもよいし、送信及び受信の双方を行うものであってもよい。送信及び受信の双方を行う素子３は、例えば、超音波の送信を間欠的に行い、超音波の送信が行われていない間において超音波の受信を行う。これにより、例えば、素子３は、自らが送信した超音波の反射波を受信する。
（振動部）
　振動部１５は、振動層１６のうちキャビティ５ｃ上の部分である。振動層１６は、例えば、平面透視において複数のキャビティ５ｃを包含する１つの領域の全体に亘って隙間無く広がっている。換言すれば、振動層１６は、複数のキャビティ５ｃと、その間の領域とを覆っている。ただし、振動部１５は、図示の例とは異なり、素子３毎に設けられていてもよい。すなわち、キャビティ５ｃ間に振動層１６の非配置領域が形成されることにより、複数の振動部１５は、互いに分離されていてもよい。振動部１５は、例えば、概略、一定の厚さの層状である。振動部１５の厚さは適宜に設定されてよい。例えば、振動部１５の厚さは、圧電体１９の厚さに対して、薄くてもよいし、同等でもよいし、厚くてもよい。
　振動部１５は、例えば、絶縁材料によって形成されている。絶縁材料は、無機材料でも有機材料でもよく、より具体的には、例えば、シリコン、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は窒化シリコン（ＳｉＮＸ）である。振動部１５は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。例えば、振動部１５は、シリコンと、その下面に重なるＳｉＯ２とによって構成されていてもよい。特に図示しないが、下部電極１７又は上部電極２１を振動部１５に兼用することも可能である。
（圧電体）
　圧電体１９は、例えば、概略、一定の厚さの層状である。圧電体１９は、素子３毎（キャビティ５ｃ毎）に設けられている。別の観点では、複数の圧電体１９は、互いに分離されている。平面透視において、圧電体１９の形状及び広さは、例えば、概略、キャビティ５ｃと同等とされている。例えば、平面透視において、圧電体１９（その上面又は下面）の９０％以上とキャビティ５ｃ（その第１面５ａにおける開口）の９０％以上とが重なっている。本実施形態では、既述のように、キャビティ５ｃの開口形状が円形である場合を例に取っており、ひいては、圧電体１９の平面形状が円形である場合を例に取る。ただし、圧電体１９は、平面透視において、キャビティ５ｃの開口形状とは全く異なる形状及び／又は広さであっても構わない。圧電体１９の厚さは適宜に設定されてよい。一例を挙げると、圧電体１９の厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。
　圧電体１９は、例えば、上面側ほど縮径するようにテーパ状に形成されている。これにより、例えば、上部電極２１に接続される上部配線２５（後述）の断線の蓋然性が低減される。圧電体１９のテーパ面（側面）は、図２のような横断面において平面状であってもよいし、曲面状であってもよい。また、テーパ面の傾斜角度も任意である。図示の例とは異なり、圧電体１９は、上面と下面とが概ね重なる形状（側面が鉛直壁である形状）であっても構わない。
　圧電体１９は、単結晶によって構成されていてもよいし、多結晶によって構成されていてもよい。圧電体１９の材料は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸バリウム（ＢＴＯ：ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ：（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）、チタン酸ビスマスナトリウム（ＮＢＴ：Ｎａ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３）及びチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１－ｘ)Ｏ３）である。上記の例示からも理解されるように、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、結晶構造は、ペロブスカイト型又はウルツ鉱型等の適宜なものであってよい。
（電極）
　下部電極１７は、例えば、概略、一定の厚さの層状である。下部電極１７は、素子３毎（キャビティ５ｃ毎）に設けられている。別の観点では、複数の下部電極１７は、互いに分離されている。平面透視において、下部電極１７の形状及び広さは、例えば、概略、キャビティ５ｃ及び／又は圧電体１９の下面と同等とされている。例えば、平面透視において、下部電極１７の９０％以上とキャビティ５ｃ（その第１面５ａにおける開口）及び／又は圧電体１９の下面の９０％以上とが重なっている。本実施形態では、既述のように、キャビティ５ｃの開口形状が円形である場合を例に取っており、ひいては、下部電極１７の平面形状が円形である場合を例に取る。ただし、下部電極１７は、平面透視において、キャビティ５ｃの開口形状とは全く異なる形状及び／又は広さであっても構わない。また、平面透視において複数のキャビティ５ｃを包含する１つの領域の全体に隙間無く広がる下部電極層が設けられ、下部電極１７は、そのうちのキャビティ５ｃ上に位置する一部とされてもよい。
　上記の下部電極１７に係る説明は、上部電極２１に援用されてよい。この際、「下部電極１７」は「上部電極２１」に、「圧電体１９の下面」は「圧電体１９の上面」に、「下部電極層」は「上部電極層」に置き換える。下部電極１７及び上部電極２１は、その形状及び／又は大きさが互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。図示の例では、圧電体１９がテーパ状とされており、下部電極１７が圧電体１９の下面と概ね同等の形状及び大きさとされており、上部電極２１が圧電体１９の上面と概ね同等の形状及び大きさとされている。その結果、上部電極２１は、下部電極１７よりも一回り小さい。
　各電極の厚さは適宜に設定されてよい。通常、各電極の厚さは、圧電体１９及び振動層１６の厚さに比較して薄い。例えば、各電極の厚さは、圧電体１９の厚さの１／１０以下である。下部電極１７の厚さと上部電極２１の厚さとは互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
　各電極の材料は、例えば、適宜な金属及び／または酸化物導電薄膜の層とされてよい。金属は、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）若しくはクロム（Ｃｒ）又はこれらを含む合金である。また、酸化物導電薄膜は、例えば、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳＲＯ）又はニッケル酸ランタン（ＬＮＯ）等のペロブスカイト構造の導電材料である。各電極は、上記で示した互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。下部電極１７の材料と上部電極２１の材料とは互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
　複数の下部電極１７は、互いに接続されていてもよいし、互いに非接続とされていてもよい。同様に、複数の上部電極２１は、互いに接続されていてもよいし、互いに非接続とされていてもよい。本実施形態の説明では、複数の下部電極１７が互いに接続されており、かつ複数の上部電極２１が互いに接続されている態様を例に取る。
（機能本体層が含む他の構成）
　複数のメンブレン１１を含む機能本体層８は、メンブレン１１の他、例えば、メンブレン１１の電気的接続に係る配線を含んでよい。例えば、上記のように、本実施形態では、上部電極２１同士が接続される態様を例に取っており、機能本体層８は、Ｄ１方向に並んでいる複数の上部電極２１を互いに接続する上部配線２５（図８も参照）を有している。他の配線については、後に図８（他の実施形態）を参照して説明する。種々の配線の材料については、例えば、上記の電極の材料の説明が援用されてよい。
　上部配線２５は、例えば、メンブレン１１の上から支持基板５に重なる導体層によって構成されている。上部配線２５は、Ｄ１方向において互いに隣り合う上部電極２１の一方から他方へ延びており、両者を接続している。このような上部配線２５の具体的な形状及び寸法は適宜に設定されてよい。
　例えば、上部配線２５は、概略、一定の幅でＤ１方向に延びる長尺状である。その幅は、例えば、上部電極２１のＤ２方向の径よりも小さい。上部配線２５の一端は、互いに隣り合う上部電極２１の一方の上に重なり、上部配線２５の他端は、互いに隣り合う上部電極２１の他方の上に重なっている。同一の上部電極２１上に位置している２つの上部配線２５の端部は、互いに間隔を空けてＤ１方向において対向している。当該間隔は、キャビティ５ｃの中央上に位置している。
　また、例えば、上部配線２５の厚さは、下部電極１７、上部電極２１及び／又は後述する下部配線２３よりも厚くされている。これにより、例えば、上部配線２５のうち圧電体１９の厚みによって構成された段差を超える部分において断線が生じる蓋然性が低減される。上部配線２５の厚さは、例えば、圧電体１９の厚さの１／２０以上１／５以下とされてよい。
　下部電極１７の上及び／又は後述する下部配線２３の上、かつ上部配線２５の下には、これらの短絡の蓋然性を低減するための絶縁膜２７が設けられてもよい。絶縁膜２７の材料、形状及び寸法等は任意である。例えば、絶縁膜２７は、上部配線２５よりも薄く形成されており、また、少なくとも圧電体１９の上部を露出させている。絶縁膜２７の材料は、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよい。図示の例とは異なり、絶縁膜２７を設けず、上部配線２５を圧電体１９のみによって下部電極１７及び／又は下部配線２３と絶縁してもよい。
（付加層）
　付加層１３は、例えば、デバイス１の上面を構成している。従って、デバイス１の周囲の流体は、付加層１３の上面に接する。ただし、付加層１３は、デバイス１の上面を構成していなくてもよい。例えば、不図示の層が付加層１３上に重ねられていてもよい。
　付加層１３は、例えば、平面透視において複数の素子３を包含する１つの領域の全体に隙間無く広がっている。換言すれば、付加層１３は、平面透視において互いに隣り合う２つのキャビティ５ｃの一方のキャビティ５ｃの中央から他方のキャビティ５ｃの中央まで広がっている。さらに換言すれば、付加層１３は、例えば平面透視または断面視においても確認できるように、互いに隣り合う２つのキャビティ５ｃそれぞれの全体に重なっているとともに、当該２つのキャビティ５ｃの間に亘って広がっている。ここでいう複数の素子３は、デバイス１が含む全ての素子３であってもよいし、一部の素子３であってもよい。
　付加層１３は、概略、一定の厚さで広がっている。従って、付加層１３の上面は、図１及び図２に示すように、機能本体層８の上面の凹凸を反映している。すなわち、付加層１３は、いわゆるコンフォーマル（conformal、共形等と和訳される。）な層である。ただし、付加層１３の上面の凹凸は、機能本体層８の上面の凹凸に比較して滑らかになっている。また、図示の例とは異なり、機能本体層８の上面の凹凸の有無に関わらず、付加層１３の上面は、平面状とされても構わない。
　より具体的には、本実施形態では、複数の圧電体１９が互いに分離して設けられていることによって（複数のキャビティ５ｃに亘る圧電体層が設けられているのではないことによって）、機能本体層８の上面は、キャビティ５ｃ上に凸部を有している。ひいては、付加層１３の上面は、キャビティ５ｃ上に凸部１３ａを有している。換言すれば、付加層１３は、複数の圧電体１９上の部分の上面がその間の部分の少なくとも一部の上面よりも高くなっている。凸部１３ａの形状は、圧電体１９の形状を反映しており、図示の例では、概略、円錐台である。
　また、本実施形態では、比較的厚い上部配線２５が設けられていることによっても機能本体層８の上面に凸部が生じている。その結果、付加層１３の表面には、Ｄ１方向に延びる凸部１３ｂが形成されている。凸部１３ｂの一部は、凸部１３ａの頂面及びテーパ面（側面）の一部を構成している。ただし、図示の例とは異なり、例えば、凸部１３ｂが形成されない態様で凸部１３ａが形成されていてもよい。
　凸部１３ａの頂面の一部が凸部１３ｂによって形成されているということは、別の観点では、凸部１３ａの頂面には、凹部１３ｃが形成されているということができる。換言すれば、機能層７（別の観点では付加層１３）は、第１面５ａに直交する所定の横断面（例えば図２に示す横断面）において、キャビティ５ｃ上（より詳細にはキャビティ５ｃの中央部上）に凹部１３ｃを有している。ここでいう中央部は、凸部１３ａの頂面の中心を含む任意の広さの領域とされてよい。凹部１３ｃの具体的な形状及び寸法は適宜に設定されてよい。
　付加層１３の材料は、例えば、粘弾性を有している材料である。粘弾性は、粘性と弾性との双方を合わせた性質のことである。例えば、理論上は、複素弾性率の偏角が０°超９０°未満の材料として定義することができる。現実には、粘弾性の材料とは一般に捉えられていない種々の弾性材料において偏角は０°ではない。そこで、例えば、偏角が５°以上又は３０°以上の材料を粘弾性の材料としてよい。また、現実には、粘弾性の材料とは一般に捉えられていない種々の粘性材料において偏角は９０°ではない。ただし、そのような粘性材料は、通常、流体であり、機能本体層８上に留まることはできず、付加層１３を構成することはできない。従って、偏角の上限値は特に限定されなくてよいと考えられる。例えば、デバイス１の意図された使用態様において機能本体層８上に留まることができる限り、付加層１３の材料の偏角は９０°に極めて近い値（例えば８５°以上）であってもよい。
　付加層１３の材料の複素弾性率の絶対値は、例えば、比較的小さくされてよい。この場合、例えば、付加層１３の粘弾性が素子３の共振周波数に及ぼす影響が低減される。その結果、例えば、従来と同様に、機能本体層８の弾性率の設定（別の観点では材料の選択）及び各種の寸法の設定を行うことができ、設計が容易化される。付加層１３の材料の複素弾性率の絶対値は、例えば、振動部１５、下部電極１７、圧電体１９及び上部電極２１のいずれの材料の弾性率（又は複素弾性率の絶対値。以下、同様。）よりも小さくされてよい。また、例えば、付加層１３の材料の複素弾性率の絶対値は、振動部１５及び／又は圧電体１９の弾性率の１／１０以下とされてよい。また、例えば、付加層１３の材料の複素弾性率の絶対値は、１０ＧＰａ以下又は５ＧＰａ以下とされてよい。
　上記の粘弾性の説明は、意図された使用環境における付加層１３の温度におけるものである。当該温度は、デバイス１が適用される技術分野によって異なるが、例えば、常温（室温）を例示することができる。常温としては、日本産業規格（ＪＩＳ）が定める５℃以上３５℃以下を例示することができる。また、例えば、当該温度範囲の中央の２０℃を挙げることができる。粘弾性以外の特性についても、上記温度において判断してよい。
　付加層１３の材料は、例えば、絶縁性を有する材料とされてよい。例えば、付加層１３の材料の体積抵抗率は、１０１４Ωｍ以上である。
　付加層１３の具体的な材料としては、例えば、パラキシリレン系ポリマーを挙げることができる。
　付加層１３の厚さは適宜に設定されてよい。例えば、付加層１３の厚さは、圧電体１９の厚さに対して、１／１０以上、１／５以上、１／３以上又は１／２以上とされてよく、また、２倍以下、３／２以下又は１倍以下とされてよく、上記の下限値と上限値とは、適宜に組み合わされてよい。また、例えば、付加層１３の厚さは、機能層７の付加層１３以外の層の合計厚さ（ここでは機能本体層８の厚さ）の１／２０以上、１／１０以上、１／６以上又は１／４以上とされてよく、また、１倍以下、３／４以下又は１／２以下とされてよく、上記の下限値と上限値とは、適宜に組み合わされてよい。また、例えば、付加層１３の厚さは、０．１μｍ以上、０．５μｍ以上、１μｍ以上又は２μｍ以上とされてよく、また、２０μｍ以下、１０μｍ以下、５μｍ以下又は４μｍ以下とされてよく、上記の下限値と上限値とは、適宜に組み合わされてよい。
　上記の厚さの範囲は、付加層１３の厚さが一定でない場合においては、例えば、付加層１３の平均値、最小値又は最大値に適用されてよい。ただし、いずれにせよ、特異的に薄い又は厚い部分は考慮外とされてよい。また、比較対象となる圧電体１９又は機能本体層８の厚さは、例えば、最大の厚さとされてよい。
（付加層の上面形状の変形例）
　付加層１３の上面は、図１及び図２に示した形状を含め、種々の形状とされてよい。この種々の形状は、種々の方法によって実現されてよいが、付加層１３の成膜条件を変えずに、機能本体層８の上面の凹凸の変更のみによって実現されてもよい。以下では、圧電体１９同士の距離を変化させることによって実現可能な種々の形状について説明する。
　既述のように、付加層１３の上面は、機能本体層８の上面の凹凸を完全に反映するのではなく、凹凸をある程度平滑化して反映する。従って、例えば、複数の圧電体１９同士の距離が比較的短い場合においては、複数の圧電体１９の間に凹部が形成されないことがあり得る。このように、付加層１３の上面は、概略平坦であってもよい。
　次に、上記よりも少し圧電体１９同士の距離を離すことを考える。この場合、付加層１３の上面には、複数の圧電体１９から距離が離れている位置に凹部が形成される。例えば、後述する図８に示すように、複数の圧電体１９が縦横に配列されている場合においては、複数の矩形領域それぞれの４隅に４つの圧電体１９が位置する。この場合、矩形領域の中央に凹部が形成されやすい。このように、付加層１３の上面は、概略平坦面に凹部が形成された形状であってもよい。この形状は、図１及び図２に示した形状と同様に、平面透視で複数の圧電体１９の間に位置する領域のうちの少なくとも一部の領域（以下、低位置部１３ｅということがある。）が複数の圧電体１９上の領域よりも低くなっている形状であると言える。
　次に、上記よりも更に圧電体１９同士の距離を離すことを考える。この場合、矩形領域の中央の凹部（低位置部１３ｅ）が上記よりも広くなる。その結果、例えば、矩形領域の中央から広がった凹部は、Ｄ１方向又はＤ２方向において互いに隣り合っている圧電体１９同士の間にも広がる。及び／又は、例えば、矩形領域の中央の凹部の底面は、支持基板５の第１面５ａに沿う（例えば平行な）平面状になる。換言すれば、低位置部１３ｅは平面状領域を含むことになる。
　図３は、図２に示す付加層１３の形状とは異なる形状（変形例）を示す、図２と同様の図である。
　この変形例に係る付加層１３は、上記のようにして矩形領域の中央から広がった凹部がＤ１方向において互いに隣り合う圧電体１９同士の間にも広がった形状を有している。図３（及び図２）で示す断面は、互いに最も近い圧電体１９同士を最短距離で結ぶ線を含んでいる。従って、この変形例では、付加層１３のうち、複数の圧電体１９上の領域よりも低くなっている領域（低位置部１３ｅ）は、平面透視において上記最短距離で結ぶ線の少なくとも一部に重なっていることになる。この線の一部に重なっているのは、第１面５ａに沿う平面状の領域であってもよいし、第１面５ａに対して傾斜している領域であってもよい。
　次に、上記よりも更に圧電体１９同士の距離を離すことを考える。この場合、低位置部１３ｅのうちの平面状の領域が広がっていく。その結果、図１及び図２において示すように、低位置部１３ｅの大部分が第１面５ａに沿う平面状となる。別の観点では、互いに最も近い圧電体１９同士を最短距離で結ぶ線の少なくとも一部に重なっている領域は、第１面５ａに沿う平面状となっている。この平面状領域の上記最短距離で結ぶ線に沿う方向（ここではＤ１方向）の長さは、適宜に設定されてよい。例えば、当該長さは、キャビティ５ｃの上記線に沿う方向（Ｄ１方向）の径に対して、１／１０以上、１／５以上又は１／３以上とされてよく、また、１倍以下又は１／２以下とされてよく、上記の下限と上限とは、適宜に組み合わされてよい。
（減衰材）
　減衰材９は、音響に係る減衰定数（ｍ－１・Ｈｚ－１）が支持基板５よりも大きい材料によって構成されている。これにより、例えば、素子３で生じた振動が外部へ漏れたり、逆に、外部からの振動が素子３へ伝わったりする蓋然性が低減される。減衰材９が絶縁性材料によって構成されている場合においては、減衰材９は、回路基板の絶縁体のように機能可能である。従って、例えば、減衰材９の＋Ｄ３側若しくは－Ｄ３側の表面に電子部品が実装されたり、減衰材９の内部に配線又は電子素子が設けられたりしてもよい。減衰材９の材料は、適宜なものとされてよく、例えば、樹脂又はセラミックとされてよい。減衰材９は設けられなくてもよい。
　以上のとおり、本実施形態では、超音波デバイス１は、キャビティ層（支持基板５）と、機能層７とを有している。支持基板５は、第１面５ａと、当該第１面５ａに開口しており、第１面５ａに沿って並んでいる複数のキャビティ５ｃとを有している。機能層７は、第１面５ａに重なっており、複数のキャビティ５ｃ上における面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯内にある。また、機能層７は、付加層１３を含む。付加層１３は、例えば平面透視または断面視においても確認できるように、互いに隣り合う２つのキャビティ５ｃの一方のキャビティ５ｃの中央から他方のキャビティ５ｃの中央まで広がっており、かつ粘弾性を有している。
　この場合、付加層１３が設けられていることによって、例えば、素子３（機能層７のキャビティ５ｃ上の部分）同士の機械的結合が抑制される。その結果、例えば、振動エネルギーが閉じ込められ、素子３の振動量が増加する。ひいては、例えば、受信した超音波を電気信号に変換して得られる受信信号の電圧（以下、受信電圧ということがある。）を高くしたり、及び／又は電気信号（送信信号）を超音波に変換して送信するときの超音波の音圧を高くしたりできる。すなわち、超音波の受信及び／又は送信の効率を向上させることができる。また、付加層１３は、平面透視において、キャビティ５ｃの間だけでなく、キャビティ５ｃの中央にまで亘っている。従って、例えば、付加層１３は、機能本体層８の概ね全面に隙間無く成膜されてよい。すなわち、構成が簡素である。その結果、例えば、付加層１３をパターニングするプロセスは不要であり、コストを削減することができる。
　図４（ａ）及び図４（ｂ）は、上記の振動量の増加の効果を例示する図である。
　これらの図において、横軸ｔ（ｓ）は時間を示している。縦軸Ｄｉｓｐ．（ｍ）は素子３の振動変位を示している。これらの図における時間と振動変位との関係を示す線は、素子３に所定の超音波を受信させたときの振動変位を測定する実験によって得られている。図４（ａ）は、付加層１３が設けられていない態様（比較例）の特性を示し、図４（ｂ）は、実施例に係る特性を示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、付加層１３の有無を除いて同一の条件で得られている。
　実施例においては、ｔ＝１．５Ｅ－０７付近で比較的大きな変動が現れ、ｔ＝２．０Ｅ－０７以降においては、当該変動が収まっている。一方、比較例においては、ｔ＝１．５Ｅ－０７付近で比較的大きな変動が現れた後、同等の大きさの変動が継続されている。実施例における振動変位が成す波形は、比較例における振動変位が成す波形に比較して、受信させた超音波の音圧の波形（不図示）に近い。また、実施例において比較的大きな変動が生じたときの変位は、比較例において比較的大きな変動が生じたときの変位よりも大きい。例えば、図示の例では、実施例における変位の絶対値の最大値が５．Ｅ－０９程度であるのに対して、比較例における変位の絶対値の最大値は（－）３．５Ｅ－０９程度である。これらの結果から、付加層１３によって、素子３同士の機械的結合が抑制され、その結果、素子３の振動量が増加していることが確認できた。
　また、本実施形態では、機能層７は、複数のキャビティ５ｃ上に位置する複数のメンブレン１１を含んでいる。複数のメンブレン１１は、それぞれ、第１面５ａ側から順に、振動部１５と、振動部１５上に重なっている下部電極１７と、下部電極１７上に重なっている圧電体１９と、圧電体１９に重なっている上部電極２１と、を有している。付加層１３は、上部電極２１の上から複数のメンブレン１１を覆っている。別の観点では、付加層１３は、機能層７の最上層であり、かつ絶縁性を有している。
　この場合、例えば、付加層１３は、機能層７内の電極を電気的に絶縁することにも寄与する。その結果、機能層７の構成が更に簡素化される。
　また、本実施形態では、複数の圧電体１９が互いに離れている。付加層１３の上面は、平面透視で複数の圧電体１９の間に位置する領域のうちの少なくとも一部の領域（低位置部１３ｅ）が複数の圧電体１９上の領域（凸部１３ａ）よりも低くなっている。
　この場合、例えば、付加層１３のうち圧電体１９上に位置する部分（そのうちの特に付加層１３の上面側の部分）を伝搬する振動は、平面視において圧電体１９に重なる領域からその外側へ伝搬するときに、下方（－Ｄ３側）へ変位しなければならない。その結果、例えば、付加層１３の上面が全面に亘って平坦である態様（当該態様も本開示に係る技術に含まれてよい。）に比較して、素子３同士の機械的結合を更に抑制することができる。また、例えば、複数の圧電体１９が互いに離れていることによってその間に付加層１３に低位置部１３ｅが形成されているということは、別の観点では、圧電体１９の厚さ及び圧電体１９同士の距離に比較して付加層１３が厚過ぎないということである。従って、例えば、上記の機械的結合を大きくする効果を得つつ、付加層１３が厚いことによるコスト増大を低減できる。
　図５は、付加層１３の厚さが超音波の送信及び／又は受信に及ぼす影響を説明するための図である。
　これらの図において、横軸ｔｆ（μｍ）は付加層１３の厚さを示している。縦軸Ｖ（ｍＶ）は、電圧を示している。この電圧は、素子３に超音波を受信させたときに得られた受信電圧を示している。より詳細には、受信電圧の波形が得られたときの最大値を示している。図中にプロットされた点は、実験により得られた値を示している。同一の線で互いに結ばれた点同士は、付加層１３の厚さ以外の条件が互いに同一である。
　この図に示されているように、付加層１３を厚くしていくと、受信電圧が向上する効果が向上していく。ただし、その変化は頭打ちとなる。図示の例では、概ね３μｍの厚さで効果が頭打ちとなった。このとき、付加層１３の上面には低位置部１３ｅが形成されていた。このことから、付加層１３の厚さを低位置部１３ｅが形成される厚さにすることによって、機械的結合を大きくする効果を得つつ、付加層１３が厚いことによるコスト増大を低減できることが分かる。
　図５は、素子３同士の機械的結合を抑制して受信電圧を向上させる効果を定量的に示す図にもなっている。具体的には、厚さｔｆ＝０は、付加層１３が設けられていない比較例に対応している。このときの受信電圧は、約６０ｍＶである。一方、付加層１３の厚さが３μｍのときの受信電圧は約１８０ｍＶである。従って、付加層１３を適宜な厚さで設けることによって、受信電圧を約３倍にできたことが示されている。
　本実施形態では、複数の圧電体１９上の領域よりも低くなっている前記一部の領域（低位置部１３ｅ）は、平面透視または断面視において、互いに最も近い圧電体１９同士を最短距離で結ぶ線（図１の線Ｌ１参照）の少なくとも一部に重なっている。
　この場合、例えば、付加層１３内の波が下方へ変位しなければならないという上記効果が、圧電体１９同士が最も近い位置において得られる。その結果、圧電体１９同士の機械的結合がさらに抑制される。また、例えば、別の観点では、圧電体１９同士の最も近い位置に低位置部１３ｅが形成されるということは、圧電体１９同士が最も近い位置においてもある程度の距離が確保されているということである。従って、付加層１３が設けられていることによる素子３同士の機械的結合の抑制と、素子３同士が離れていることによる機械的結合の抑制とによって、振動量を増加させる効果が向上する。
　また、本実施形態では、低位置部１３ｅのうちの上記の最短距離で結ぶ線の少なくとも一部に重なっている領域は、第１面５ａに沿う平面状である。
　この場合、例えば、上記効果が更に向上する。また、発明者の実験では、このように平面状部分が形成されたときに最も高い受信電圧が得られた。さらに、図３から理解されるように、付加層１３の上面が圧電体１９間に平面状部分を有していない場合においては、付加層１３の表面にＶ字状部分が生じることになる。このＶ字状部分では、例えば、応力集中が生じやすい。従って、例えば、平面状部分が存在することによって応力集中を緩和できる。ひいては、付加層１３の寿命を長くすることができる。
　また、本実施形態では、付加層１３の厚さが圧電体１９の厚さの１／２以上３／２以下である。
　この場合、例えば、付加層１３による素子３同士の機械的結合を抑制する効果を得つつ、付加層１３が厚いことによるコスト増大を低減できる。例えば、既述の図５は、圧電体１９の厚さが２μｍ以上４μｍ以下の条件で得られており、付加層１３の厚さが上記の範囲であれば十分に得られることを示している。また、例えば、付加層１３の厚さが上記の範囲にある場合、互いに離れている複数の圧電体１９の間に低位置部１３ｅが形成されやすく、ひいては、低位置部１３ｅが形成されることによる上述の効果を得やすい。
　また、本実施形態では、第１面５ａ（図２参照）に直交する所定の断面において、機能層７（付加層１３）の上面は、キャビティ５ｃ上に凹部１３ｃを有している。
　この場合、例えば、機能層７の上面に沿って流れる流体に作用する抵抗力が大きくなりやすい。その結果、例えば、超音波の送信及び／又は受信時（すなわち、素子３の振動時）に流れる液体が減少する。ひいては、送信及び／又は受信の特性が向上することが期待される。
　また、本実施形態では、付加層１３の材料がパラキシリレン系ポリマーである。
　この場合、例えば、機能本体層８の上面の凹凸に付加層１３を密着させることが容易である。また、例えば、複素弾性率の偏角を大きく、かつ複素弾性率の絶対値を小さくすることが容易であり、また、絶縁性を高くすることが容易である。従って、これまでに述べた効果を得ることが容易である。
　また、本実施形態では、付加層１３の厚さが機能層７の付加層１３以外の層（ここでは機能本体層８）の合計厚さの１／４以上１倍以下である。
　この場合、例えば、付加層１３による素子３同士の機械的結合を抑制する効果を得つつ、付加層１３が厚いことによるコスト増大を低減できる。例えば、既述の図５は、機能本体層８の厚さが４μｍ以上８μｍ以下の条件で得られており、付加層１３の厚さが上記の範囲であれば十分に得られることを示している。
＜第２実施形態＞
　図６は、第２実施形態に係る超音波デバイス２０１の構成を示す、図１と同様の斜視図である。ただし、この図では、機能本体層８の上面（すなわち付加層１３によって覆われて見えない部分）の一部も点線で示されている。
　デバイス２０１は、素子２０３（別の観点では機能層７又は付加層１３）の上面の形状が第１実施形態と異なっている。具体的には、本実施形態において、キャビティ５ｃ上（より詳細にはキャビティ５ｃの中央部上）に位置する凹部１３ｃは、平面視で３６０°に亘る内壁面を有している。別の観点では、凹部１３ｃは、第１面５ａ（図２参照）に直交する任意の（すなわち、Ｄ１方向に平行でなくてもよい。）断面において凹状である。図６では、図１で示した凸部１３ｂは形成されていないが、凸部１３ｂが形成されていても構わない。
　このような３６０°に亘る内壁面を有する凹部１３ｃは、適宜に形成されてよい。例えば、機能本体層８の上面に、３６０°に亘る内壁面を有する凹部８ｃが形成され、かつ付加層１３がコンフォーマル（共形）であることによって凹部１３ｃが形成されてよい。この他、例えば、エッチングなどによって機能本体層８の上面の形状とは無関係に凹部１３ｃが形成されても構わない。
　凹部８ｃは、適宜な層によって適宜に形成されてよい。例えば、上部電極２１（図２参照）を比較的厚く形成するとともに、上部電極２１の中央にエッチングなどによって凹部８ｃを形成してもよい。また、例えば、上部電極２１及び上部配線２５を被覆する不図示の絶縁層（機能本体層８の一部となる層）を設け、この絶縁層の上面にエッチングなどによって凹部８ｃを形成してもよい。
　凹部８ｃ（又は凹部１３ｃ。以下、本段落において同様。）の形状及び大きさは適宜に設定されてよい。例えば、凹部８ｃの底面又は開口面の輪郭は、キャビティ５ｃの輪郭に沿って延びる形状とされてよい。このような形状としては、例えば、キャビティ５ｃの輪郭に相似な形状及び／又は平面透視においてキャビティ５ｃの輪郭から一定距離だけ内側にずれた形状を挙げることができる。
　以上のとおり、本実施形態では、機能層７は、第１面５ａに重なっているとともに付加層１３に覆われている機能本体層８を有している。機能本体層８の上面は、複数のキャビティ５ｃ上に複数の凹部８ｃを有している。
　この場合、例えば、付加層１３の機能本体層８に対する密着性が向上し、付加層１３が剥離する蓋然性が低減される。その結果、例えば、機能本体層８の振動を確実に付加層１３に伝えることができる。ひいては、超音波の送信及び／又は受信の効率が向上する。また、付加層１３をコンフォーマルな層とすることによって、付加層１３の上面に凹部１３ｃを形成することができる。
　凹部１３ｃの効果については、既に述べたとおりであり、例えば、流体の抵抗力の増加が挙げられる。ただし、本実施形態の凹部１３ｃは、任意の横断面において凹状であるから、上記効果が向上する。
＜第３実施形態＞
　図７は、第３実施形態に係る超音波デバイス３０１を示す、図２に対応する断面図である。ただし、ここでは上部配線２５の図示は省略されている。
　本実施形態では、各素子３（別の観点では各メンブレン１１）が含む圧電体１９は、複数のキャビティ５ｃに亘って広がる圧電体層２０の一部によって構成されている。圧電体層２０は、例えば、概略、平面透視において複数の素子３を包含する１つの領域の全体に隙間無く一定の厚さで広がっている。これに伴い、機能本体層３０８の上面は、上部電極２１（及び上部配線２５）の厚みで凹凸を有しているものの、第１実施形態に比較して平面に近い。ひいては、付加層１３の上面（別の観点では機能層３０７の上面）は、概略、その全面に亘って第１面５ａに沿う（例えば平行な）平面状である。
　このような構成においても、第１実施形態と同様に、粘弾性を有する付加層１３によって、素子３同士の機械的結合を抑制し、超音波の送信及び／又は受信の効率を向上させることができる。
＜第４実施形態＞
　図８は、第４実施形態に係る超音波デバイス４０１の一部の構成を示す平面透視図である。
　デバイス４０１は、別の観点では、第１実施形態のデバイス１の応用例であり、既述のデバイス１の構成を全て含んでいる。従って、図８の一部又は全部は、デバイス１の平面透視図と捉えられてもよい。図８では、デバイス４０１（１）の構成のうち、下部電極１７、上部電極２１、下部配線２３及び上部配線２５を示している。
　また、図８では、複数の素子３に電気信号（送信信号）を出力する送信部４１、及び複数の素子３から電気信号（受信信号）が入力される受信部４３も模式的に示されている。デバイス４０１は、送信部４１及び受信部４３を含まずに定義されてもよいし、これらを含んで定義されてもよい。
　既に触れているように、超音波デバイスは、超音波の送信及び受信のうちいずれか一方のみを行うものであってもよいし、双方を行うものであってもよい。そして、デバイス４０１は、後者である。また、このような送信及び受信を行う超音波デバイスは、超音波の送信と受信とを同一の素子３によって行ってもよいし、互いに異なる素子３によって行ってもよい。そして、デバイス４０１は、後者である。換言すれば、デバイス４０１は、送信用の素子３（以下、素子３Ｔということがある。）と、受信用の素子３（以下、「素子３Ｒ」ということがある。）と、を有している。
　送信用の素子３Ｔ及び受信用の素子３Ｒの数及びその位置関係は適宜に設定されてよい。図示の例では、デバイス４０１は、複数の素子３Ｔを有し、かつ当該複数の素子３Ｔの一部（ただし２つ以上）又は全部は一纏りに配置されて送信用の素子群３１Ｔを構成している。同様に、デバイス４０１は、複数の素子３Ｒを有し、かつ複数の素子３Ｒの一部（ただし２つ以上）又は全部は一纏りに配置されて受信用の素子群３１Ｒを構成している。換言すれば、デバイス４０１が有している複数の素子３は、送信用の領域３３Ｔに位置している複数の素子３Ｔと、受信用の領域３３Ｒに位置している複数の素子３Ｒとを含んでいる。領域３３Ｔと領域３３Ｒとは互いに異なる領域である。
　送信用の素子群３１Ｔにおいて、複数の素子３Ｔの数及び配列態様は適宜に設定されてよい。図示の例では、第１実施形態の説明で言及したように、複数の素子３Ｔは、一定のピッチで縦横に配列されている。また、図示の例では、３×３の素子３Ｔが図示されている。これは一例に過ぎず、素子３の数は、これよりも少なくてもよいし、多くてもよいし、縦と横とで数が異なっていてもよい。受信用の素子群３１Ｒにおける複数の素子３Ｒの数及び配列態様についても上記と同様である。素子３の数及び配列態様は、素子群３１Ｔと素子群３１Ｒとで互いに同一であってもよいし（図示の例）、互いに異なっていてもよい。
　送信用の素子群３１Ｔと受信用の素子群３１Ｒとの具体的な位置関係は適宜に設定されてよい。図示の例では、素子３Ｔと素子３ＲとがＤ１方向（すなわち、素子群３１Ｔと素子群３１Ｒとの並び方向）に直列に並んでいる。また、Ｄ１方向において互いに隣り合っている素子３Ｔと素子３Ｒとの距離は、素子３Ｔのピッチ及び素子３Ｒのピッチと同じである。すなわち、複数の素子３Ｔ及び複数の素子３Ｒは、その全体が一様に配列されている。ただし、図示の例とは異なり、例えば、互いに隣り合っている素子３Ｔと素子３Ｒとの距離が素子３Ｔのピッチ及び／又は素子３Ｒのピッチとは異なっていてもよいし、素子３Ｔの列と素子３Ｒの列とが直列にならずに、両列のＤ２方向における位置が互いにずれていてもよい。
　送信用の素子群３１Ｔにおいて、既述のように、複数の下部電極１７同士は互いに接続されていてもよいし、互いに接続されていなくてもよい。ここでは、前者が例示されている。具体的には、図示の例では、Ｄ２方向に互いに隣り合う下部電極１７同士は、Ｄ２方向に延びる下部配線２３によって互いに直列に接続されている。これらの複数の直列のラインは、送信用の領域３３Ｔの外側にてＤ１方向に延びる下部合流配線２４によって互いに並列に接続されている。下部配線２３及び下部合流配線２４は、例えば、振動層１６上に位置する導体層によって構成されている。受信用の素子群３１Ｒにおける複数の下部電極１７同士の接続についても上記と同様である。
　送信用の素子群３１Ｔにおいて、既述のように、複数の上部電極２１同士は互いに接続されていてもよいし、互いに接続されていなくてもよい。ここでは、前者が例示されている。具体的には、図示の例では、Ｄ１方向に互いに隣り合う上部電極２１同士は、Ｄ１方向に延びる上部配線２５によって互いに直列に接続されている。これらの複数の直列のラインは、送信用の領域３３Ｔの外側にてＤ２方向に延びる上部合流配線２６によって互いに並列に接続されている。受信用の素子群３１Ｒにおける複数の上部電極２１同士の接続についても上記と同様である。
　送信部４１は、便宜的に電源を示す記号により示されているように、例えば、商業電源を適宜な波形の電圧の信号に変換して出力する電源回路を含んで構成されている。送信部４１は、送信用の素子群３１Ｔに接続されている下部合流配線２４及び上部合流配線２６に接続されている。そして、送信部４１は、これらの配線を介して、発生させたい超音波の波形に相当する波形の電気信号を送信用の素子３Ｔの下部電極１７及び上部電極２１に印加する。
　受信部４３は、便宜的に増幅器を示す記号により示されているように、例えば、入力された電気信号を増幅して出力するアンプを含んで構成されている。アンプは、例えば、電圧アンプであってもよいし、チャージアンプであってもよい。受信部４３は、受信用の素子群３１Ｒに接続されている下部合流配線２４及び上部合流配線２６に接続されている。超音波が受信用の素子３Ｔに入力されると、素子３Ｔは振動して電気信号を生成する。この信号は、下部合流配線２４及び上部合流配線２６を介して受信部４３に入力される。
　図９は、図８のIX－IX線における断面図である。
　特に図示しないが、付加層１３は、第１実施形態と同様に、複数の送信用の素子３Ｔ及びその間の領域を覆っている。同様に、付加層１３は、複数の受信用の素子３Ｒ及びその間の領域を覆っている。さらに、図９に示すように、付加層１３は、互いに隣り合う送信用の素子３Ｔ及び受信用の素子３Ｒについても、第１実施形態と同様に、これらの素子３及びその間の領域を覆ってよい。換言すれば、付加層１３は、送信用の領域３３Ｔと受信用の領域３３Ｒとの間に位置してよい。
　以上のとおり、本実施形態では、複数のメンブレン１１は、第１面５ａのうちの第１領域（領域３３Ｔ）に位置している複数の第１メンブレン（素子３Ｔのメンブレン１１）と、第１面５ａのうちの領域３３Ｔとは異なる第２領域（領域３３Ｒ）に位置している複数の第２メンブレン（素子３Ｒのメンブレン１１）と、を含んでいる。複数の素子３Ｔのメンブレン１１は、下部電極２７同士が互いに接続されているとともに、上部電極２１同士が互いに接続されている。複数の素子３Ｒのメンブレン１１は、下部電極１７同士が互いに接続されているとともに、上部電極２１同士が互いに接続されている。複数の素子３Ｔのメンブレン１１の上部電極１７と、複数の素子３Ｒのメンブレン１１の上部電極１７とは互いに接続されていない。付加層１３は、領域３３Ｔと領域３３Ｒとの間にも位置している。
　このように、２つの素子群３１Ｔ及び３１Ｒが位置する２つの領域３３Ｔ及び３３Ｒの間にも付加層１３が位置することによって、両者の間の機械的結合を抑制することができる。すなわち、送信用の素子３Ｔと受信用の素子３Ｒとの機械的結合を抑制することができる。別の観点では、互いに独立に振動すべき素子３同士の機械的結合を抑制することができる。その結果、送信及び／又は受信の効率が向上する。
＜応用例＞
　図１０は、超音波デバイスの応用例としての超音波診断装置１０１の構成を模式的に示すブロック図である。ここでは、デバイス４０１の符号を用いるが、他のデバイスが超音波診断装置１０１に用いられてもよい。
　超音波診断装置１０１は、例えば、ＩＶＵＳ用のものとされている。超音波診断装置１０１は、例えば、患者の血管内に挿入されるカテーテル１０３と、カテーテル１０３に接続されている装置本体１０７とを備えている。
　カテーテル１０３は、例えば、概略チューブ状のカテーテル本体１０３ａと、カテーテル本体１０３ａ内に収容されているデバイス４０１とを有している。デバイス４０１は、例えば、カテーテル本体１０３ａを介してカテーテル本体１０３ａの径方向外側へ超音波を送信し、その反射波を受信する。
　装置本体１０７は、例えば、カテーテル本体１０３ａ内の不図示の配線を介してデバイス４０１と接続されている送受信部１０９を有している。送受信部１０９は、例えば、図８に示した送信部４１及び受信部４３の少なくとも一部を含んでいてもよいし、送信部４１に送信信号を出力するとともに受信部４３から受信信号が入力されるものであってもよい。カテーテル１０３における電気的構成と送受信部１０９との間の役割分担は適宜に設定されてよい。
　また、装置本体１０７は、例えば、ユーザ（例えば医師又は技師）の操作を受け付ける入力部１１１と、入力部１１１からの信号に基づいて送受信部１０９を制御する制御部１１３と、を有している。装置本体１０７は、送受信部１０９からの信号及び制御部１１３からの信号に基づいて画像処理を行う画像処理部１１５と、画像処理部１１５からの信号に基づいて画像を表示する表示部１１７（表示装置）とを備えている。表示部１１７には、例えば、超音波の送受信によって得られた患者の断層画像（ここでは血管の断面画像）が表示される。
　特に図示しないが、カテーテル１０３は、カテーテル本体１０３ａを屈曲運動させたり、カテーテル本体１０３ａ内のデバイス４０１の向きを変えたりする機構を有していてもよい。また、装置本体１０７は、そのような機構に対応した制御部を有していてよい。
　以上の実施形態及び変形例において、支持基板５はキャビティ層の一例である。素子３Ｔ及び３Ｒのメンブレン１１は、第１及び第２メンブレンの一例である。領域３３Ｔ及び３３Ｒは第１及び第２領域の一例である。表示部１１７は表示装置の一例である。
　本開示に係る技術は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
　例えば、超音波デバイスは、医療用機器に利用されるものに限定されない。例えば、超音波デバイスは、対象物との距離を測定するためのセンサに利用されてよく、このようなセンサは、撮像装置及び自動車に利用されてよい。
　超音波素子がユニモルフ型のｐＭＵＴに限定されず、ｃＭＵＴであったり、バイモルフ型のｐＭＵＴであったりしてよいことは既に述べたとおりである。また、実施形態では、振動層は、圧電体層に対してキャビティ側に位置したが、圧電体層に対してキャビティとは逆側に位置してもよい。キャビティは、支持基板に形成された凹部ではなく、支持基板に形成された貫通孔によって構成されてもよい。支持基板の第２面に凹部が形成されて、支持部材の第１面側の一部が振動層として利用されてもよい。
　付加層は、超音波デバイスの最上層を構成していなくてもよいし、上部電極を覆っていなくてもよい。例えば、既に触れたように、付加層の表面に付加層とは別の材料（別の観点では粘弾性を有さない材料）からなる層が形成されてもよい。また、例えば、付加層は、キャビティ層（支持基板）と振動層との間に設けられたり、振動層と下部電極との間に設けられたりしてもよい。いずれにせよ、例えば、粘弾性を有する付加層によって超音波素子同士の機械的結合を抑制する効果が得られる。また、付加層は、超音波素子が配置される領域に隙間無く成膜されている必要は無い。
　本開示に係る技術からは、粘弾性を有する付加層の存在を要件としない種々の概念を抽出可能である。例えば、以下の概念が抽出されてよい。
（概念１）
　第１面と、当該第１面に開口しており、前記第１面に沿って並んでいる複数のキャビティとを有しているキャビティ層と、
　前記第１面に重なっており、前記複数のキャビティ上における面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯内にある機能層と、
　を有しており、
　前記第１面に直交する所定の横断面において、前記機能層の上面は、前記複数のキャビティ上に複数の凹部を有している
　超音波デバイス。
（概念２）
　第１面と、当該第１面に開口しており、前記第１面に沿って並んでいる複数のキャビティとを有しているキャビティ層と、
　前記第１面に重なっており、前記複数のキャビティ上における面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯内にある機能層と、
　を有しており、
　前記機能層は、機能本体層を有しており、
　前記機能本体層の上面は、前記複数のキャビティ上に複数の凹部を有している
　超音波デバイス。
　１…超音波デバイス、３…超音波素子、５…支持基板（キャビティ層）、５ａ…第１面、５ｃ…キャビティ、７…機能層、１１…メンブレン、１３…付加層、１７…下部電極、１９…圧電体、２１…上部電極。

Claims (14)

  1. 　第１面と、該第１面に開口しており、前記第１面に沿って並んでいる複数のキャビティとを有しているキャビティ層と、
    　前記第１面に重なっており、前記複数のキャビティ上における面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯内にある機能層と、
    　を有しており、
    　前記機能層は、付加層を含んでおり、
    　前記付加層は、互いに隣り合う２つの前記キャビティの一方のキャビティの中央から他方のキャビティの中央まで広がっている
    　超音波デバイス。
  2. 　前記付加層は粘弾性を有している
    　請求項１に記載の超音波デバイス。
  3. 　前記付加層は、前記機能層の最上層であり、かつ絶縁性を有している
    　請求項２に記載の超音波デバイス。
  4. 　前記機能層は、前記複数のキャビティ上に位置する複数のメンブレンを含んでおり、
    　前記複数のメンブレンは、それぞれ、前記第１面側から順に、
    　　振動部と、
    　　前記振動部に重なっている下部電極と、
    　　前記下部電極に重なっている圧電体と、
    　　前記圧電体に重なっている上部電極と、を有しており、
    　前記付加層は、前記上部電極の上から前記複数のメンブレンを覆っており、絶縁性を有している
    　請求項１～３のいずれかに記載の超音波デバイス。
  5. 　前記複数のキャビティ上に位置する複数の前記圧電体が互いに離れており、
    　前記付加層の上面は、複数の圧電体の間に位置する領域のうちの少なくとも一部の領域が前記複数の圧電体上の領域よりも低くなっている
    　請求項４に記載の超音波デバイス。
  6. 　前記複数の圧電体上の領域よりも低くなっている前記一部の領域は、互いに最も近い前記圧電体同士を最短距離で結ぶ線の少なくとも一部に重なっている
    　請求項５に記載の超音波デバイス。
  7. 　前記一部の領域のうちの前記最短距離で結ぶ線の少なくとも一部に重なっている領域は、前記第１面に沿う平面状である
    　請求項６に記載の超音波デバイス。
  8. 　前記付加層の厚さが前記圧電体の厚さの１／２以上３／２以下である
    　請求項４～７のいずれか１項に記載の超音波デバイス。
  9. 　前記複数のメンブレンは、
    　　前記第１面のうちの第１領域に位置している複数の第１メンブレンと、
    　　前記第１面のうちの前記第１領域とは異なる第２領域に位置している複数の第２メンブレンと、を含んでおり、
    　前記複数の第１メンブレンは、前記下部電極同士が互いに接続されているとともに、前記上部電極同士が互いに接続されており、
    　前記複数の第２メンブレンは、前記下部電極同士が互いに接続されているとともに、前記上部電極同士が互いに接続されており、
    　前記複数の第１メンブレンの前記上部電極と、前記複数の第２メンブレンの前記上部電極とは互いに接続されておらず、
    　前記付加層は、前記第１領域と前記第２領域との間にも位置している
    　請求項４～８のいずれか１項に記載の超音波デバイス。
  10. 　前記機能層は、前記第１面に重なっているとともに前記付加層に覆われている機能本体層を有しており、
    　前記機能本体層の上面は、前記複数のキャビティ上に複数の凹部を有している
    　請求項１～３のいずれかに記載の超音波デバイス。
  11. 　前記第１面に直交する所定の横断面において、前記機能層の上面は、前記複数のキャビティ上に複数の凹部を有している
    　請求項１～１０のいずれか１項に記載の超音波デバイス。
  12. 　前記付加層の材料がパラキシリレン系ポリマーである
    　請求項１～１１のいずれか１項に記載の超音波デバイス。
  13. 　前記付加層の厚さが前記機能層の前記付加層以外の層の合計厚さの１／４以上１倍以下である
    　請求項１～１２のいずれか１項に記載の超音波デバイス。
  14. 　請求項１～１３のいずれか１項に記載の超音波デバイスと、
    　前記超音波デバイスからの電気信号に基づく画像を表示する表示装置と、
    　を有している超音波診断装置。
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