JP2003304595A - ダイヤフラム型トランスデューサ - Google Patents
ダイヤフラム型トランスデューサInfo
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Abstract
ラム型トランスデューサを提供することを目的とする。 【解決手段】 シリコンからなる支持体11上に下部電
極14、この下部電極14上に圧電薄膜15、この圧電
薄膜15上に上部電極16を設け、上記支持体11と下
部電極14との間または上記上部電極16上のいずれか
に設けた振動体層13からなるダイヤフラム型トランス
デューサにおいて、上記圧電薄膜15の結晶配向が(0
01)方位の菱面体晶構造からなるダイヤフラム型トラ
ンスデューサであり、圧電定数の電圧依存性を低く抑え
た圧電薄膜15を設けたことによりダイヤフラム型トラ
ンスデューサの特性を向上させる。
Description
されるスピーカ、ブザー、マイクロホン等のダイヤフラ
ム型トランスデューサに関するものである。
使用される圧電型トランスデューサは、円板形のケース
本体の内部に圧電振動体を設けたものであり、この圧電
振動体は真鍮や燐青銅等の金属薄板からなる円板状のシ
ム材の一方又は両方の主面にシム材より小さい形状の圧
電素子を貼り付けたユニモルフまたはバイモルフ構造で
構成されている。
ーサの構造を示す断面図である。
スト8とリード線6より駆動電源7に接続され、圧電振
動子2の上部電極4も同様に導電ペースト8とリード線
6より駆動電源7に接続され、駆動電源7よりリード線
6を通して金属振動板1および圧電振動子2の上部電極
4に電圧が印加され、その結果、圧電振動子2に機械的
応力(振動)が生じ、この振動が圧電振動子2に密着す
る金属振動板1へ伝播し、可聴音域の音が再生されると
いう仕組みになっている。尚3は圧電振動体であり、ケ
ース5により支持されている。
膜からなる圧電振動子2を用いたダイヤフラム型トラン
スデューサにおいて、圧電振動子2に印加する駆動電圧
が大きくなるに従い圧電定数が高くなり圧電定数に電圧
依存性が生じ、ダイヤフラム型トランスデューサの特性
が劣化するという課題があった。
スピーカとして使用した場合、印加する駆動電圧と音圧
が非線形となり、再生音に大きな歪を生じてしまうもの
であった。
で、圧電定数の電圧依存性を低い状態で保持したダイヤ
フラム型トランスデューサを提供するものである。
めに、以下の構成を有するものである。
ンからなる支持体上に下部電極、この下部電極上に圧電
薄膜、この圧電薄膜上に上部電極を設け、上記支持体と
下部電極との間または上記上部電極上のいずれかに設け
た振動体層からなるダイヤフラム型トランスデューサに
おいて、上記圧電薄膜の結晶配向が(001)方位の菱
面体晶構造からなるダイヤフラム型トランスデューサで
あり、圧電定数の電圧依存性を低く抑えることができ
る。
振動体層のいずれかと支持体の間に絶縁層を設けた請求
項1に記載のダイヤフラム型トランスデューサであり、
シリコンからなる支持体と下部電極または振動体層との
絶縁ができシリコンからなる基板からの影響を受けなく
なる。
る支持体の表面を熱酸化してSiO 2層の絶縁層および
振動体層を設けた請求項2に記載のダイヤフラム型トラ
ンスデューサであり、上記SiO2層を絶縁層および振
動体層として用いたことにより振動体層の工程の簡略化
と構造の簡素化が図れる。
とチタンの合金またはイリジウムとチタンの合金のいず
れかからなる請求項1に記載のダイヤフラム型トランス
デューサであり、下部電極をアニール処理して白金の表
面にチタン酸化物を形成することで圧電薄膜の結晶配向
を(001)方位に形成でき圧電定数の圧電依存性を低
く抑えることができる。
実施の形態1におけるダイヤフラム型トランスデューサ
について図を用いて説明する。
ヤフラム型トランスデューサの構造を示す断面図、図2
(a)〜(f)は製造プロセスを示す工程図である。
れる枠状の支持体、12はこの支持体17上の全面に形
成されたSiO2層からなる絶縁層、13はこの絶縁層
12上に形成されたクロム、タングステン、銅等からな
る振動体層、14はこの振動体層13上に形成された白
金とチタンの合金またはイリジウムとチタンの合金から
なる下部電極、15はこの下部電極14上に形成された
PZTからなる圧電薄膜、16はこの圧電薄膜15の上
面の一部に形成された上部電極であり、これらでダイヤ
フラム型トランスデューサを構成している。
部電極14と上部電極16に駆動電源から電圧を印加す
ることによって絶縁層12から上部電極16までの積層
体からなる圧電振動体が振動して所定の音を再生するよ
うになっている。
の製造プロセスについて図2(a)〜(f)を用いて説
明する。
ランスデューサはシリコンからなる基板11の上に熱酸
化、CVD、スパッタによりSiO2層からなる絶縁層
12を形成し、図2(b)に示すように絶縁層12の上
にクロム、タングステン、銅等のいずれかからなる振動
体層13を形成する。なお、図2(a)に示すSiO 2
層からなる絶縁層12はシリコンからなる基板11から
の絶縁と振動体層13に用いることができ、図2(b)
に示すように振動体層13の工程の簡略化と構造の簡素
化が図れる。
の上に蒸着、スパッタにより白金とチタンの合金または
イリジウムとチタンの合金からなる下部電極14を形成
する。この合金のチタン含有量は15%以下が望ましく
白金とチタンの合金またはイリジウムとチタンの合金の
いずれかからなる下部電極14の表面に温度300℃程
度のアニール処理によりチタン酸化物を形成し、図2
(d)に示すように下部電極14の上にスパッタ、蒸着
によりPZTからなる圧電薄膜15を形成する。この圧
電薄膜15はチタン酸化物上に形成されるため結晶配向
が(001)方位とすることができ、さらに結晶配向が
(001)方位とする菱面体晶を得るためにPZTから
なる圧電薄膜15の場合はMPB(モノトロピックフェ
ーズバウンダリー)よりジルコニア含有量が少ない組成
のPZTを用いる。
の上にメタルマスクを用いて上部電極16を蒸着して所
定のパターンを形成し、図2(f)に示すようにシリコ
ンからなる基板11をエッチングして所定の形状の支持
体17に形成する。
体晶構造の圧電薄膜15の分極構造を示す。分極は8方
向に取り得るが(001)方位と分極軸とがなす角度は
54.7°である。
電薄膜15を分極処理すると(111)、(−11
1)、(1−11)、(11−1)の4つの分極軸のみ
を持ち、この圧電薄膜15に印加する電圧を高くしてい
くと(−111)、(1−11)、(11−1)の分極
が(111)方位に回転し始め圧電定数も大きくなる。
薄膜15を分極処理すると(111)、(−111)、
(1−11)、(−1−11)の4つの分極軸のみ持
ち、この4つの分極状態は(001)方位に対して等価
(分極軸との角度がすべて54.7°)であるため圧電
定数の電圧依存性を低く抑えることができる。
る電圧と圧電定数の関係を示し、図4(b)に本発明の
実施の形態1の圧電薄膜に印加する電圧と圧電定数の関
係を示す。
(001)方位の菱面体晶構造とすることにより圧電定
数の電圧依存性を低く抑えることができこの圧電薄膜1
5を設けたダイヤフラム型トランスデューサの特性を向
上させることができる。
態2におけるダイヤフラム型トランスデューサについて
図を用いて説明する。
ヤフラム型トランスデューサの構造を示す断面図、図6
(a)〜(f)は製造プロセスを示す工程図である。
ものと異なる点は、支持体17上の全面に形成した絶縁
層12に下部電極14、圧電薄膜15、上部電極16を
設け、この上に振動体層13を形成した積層構成を変え
たところにある。
作をさせることができる。
デューサの製造プロセスについて図6(a)〜(f)を
用いて説明する。
ランスデューサはシリコンからなる基板11の上に熱酸
化、CVD、スパッタによりSiO2層からなる絶縁層
12を形成し、図6(b)に示すように絶縁層12の上
に蒸着、スパッタにより白金とチタンの合金またはイリ
ジウムとチタンの合金からなる下部電極14を形成す
る。この合金のチタン含有量は15%以下が望ましく白
金とチタンの合金またはイリジウムとチタンの合金のい
ずれかからなる下部電極14では温度300℃程度のア
ニール処理により白金表面にチタン酸化物を形成するこ
とで下部電極14の上に形成し、図6(c)に示すよう
に下部電極14の上にスパッタ、蒸着によりPZTから
なる圧電薄膜15の結晶配向を(001)方位とする菱
面体晶構造に配列するように形成する。
面体晶を得るためにPZTからなる圧電薄膜15の場合
はMPB(モノトロピックフェーズバウンダリー)より
ジルコニア含有量が少ない組成のPZTを用いる。図6
(d)に示すように圧電薄膜15の上にメタルマスクを
用いて上部電極16を蒸着し所定のパターンを形成し、
図6(e)に示すように上部電極16の上にクロム、タ
ングステン、銅等からなる振動体層13を形成し、図6
(f)に示すようにシリコンからなる基板11をエッチ
ングにより所定の形状の支持体17に形成することで実
施の形態1と同様の効果を引き出すことができる。
ランスデューサは構成されるため、圧電定数の電圧依存
性を低く抑えることができこの圧電薄膜を設けたダイヤ
フラム型トランスデューサの特性を向上させることがで
きる。
トランスデューサを示す断面図
ダイヤフラム型トランスデューサの製造プロセスを示す
工程図
1)方位の菱面体晶構造の分極構造を説明する説明図
特性図 (b)本発明の圧電薄膜の印加電圧と圧電定数の特性図
トランスデューサの構造を示す断面図
ダイヤフラム型トランスデューサの製造プロセスを示す
工程図
を示す断面図
Claims (4)
- 【請求項1】 シリコンからなる支持体上に下部電極、
この下部電極上に圧電薄膜、この圧電薄膜上に上部電極
を設け、上記支持体と下部電極との間または上記上部電
極上のいずれかに設けた振動体層からなるダイヤフラム
型トランスデューサにおいて、上記圧電薄膜の結晶配向
が(001)方位の菱面体晶構造からなるダイヤフラム
型トランスデューサ。 - 【請求項2】 支持体と下部電極または振動体層のいず
れかとの間に絶縁層を設けた請求項1に記載のダイヤフ
ラム型トランスデューサ。 - 【請求項3】 シリコンからなる支持体の表面を熱酸化
して形成したSiO2層の絶縁層および振動体層を設け
た請求項2に記載のダイヤフラム型トランスデューサ。 - 【請求項4】 下部電極が白金とチタンの合金またはイ
リジウムとチタンの合金のいずれかからなる請求項1に
記載のダイヤフラム型トランスデューサ。
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| JP2002107614A JP3945292B2 (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | ダイヤフラム型トランスデューサ |
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