JPH01312485A - 静電容量型超音波トランスデューサ - Google Patents

静電容量型超音波トランスデューサ

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JPH01312485A
JPH01312485A JP14363288A JP14363288A JPH01312485A JP H01312485 A JPH01312485 A JP H01312485A JP 14363288 A JP14363288 A JP 14363288A JP 14363288 A JP14363288 A JP 14363288A JP H01312485 A JPH01312485 A JP H01312485A
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JP
Japan
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upper electrode
thin film
lower electrode
film
electrode
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Application number
JP14363288A
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English (en)
Inventor
Kohei Higuchi
行平 樋口
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ロボットや各種産業機器に装備し、比較的近
い距離にある対象物体との間の距離を測定したり、ある
いはフェーズドアレイ処理による対象物の超音波距離信
号の映像化によりその太きさや形状を認識したりするた
めの新しい静電容量型超音波トランスデユー寸に関する
ものである。
(従来の技術) 近年安価で高性能なマイクロコンピュータが普及し、そ
れらを用いることにより様々な産業分野で自動化あるい
はロボット化が進められつつある。しかし、現在実用化
されているロボット或は自動機器は、ある定まった形、
定まった大きさ、または定まった重さの物を持ち上げた
り運んだり、或は加工・組立等の作業を一定のプログラ
ムによってしか行うことができないのが現状である。
一方、消費者層の多様化により、多品種少量生産の傾向
が強くなり、FMS(フレキシブルマニュフアクチアリ
ングシステム: Flexible Manufact
uringSystem)と呼ばれる自動化技術の開発
が叫ばれている。このような自動化の流れに於ては、ロ
ボット或は自動機械は、人間の感覚器に代わる様々なセ
ンサを装備し、それらの情報をもとに迅速で的確な行動
を行う必要がある。ロボットがある対象物を持ち上げる
ことを考えた場合、まず視覚センサにより対象物を見つ
け、次に近接覚センサにより対象物に近づき、最後に触
覚センサの情報をもとに対象物の硬さや握っている状態
を知り、対象物を落とさずに持ち上げる。これらのセン
サの中で近接覚センサは、視覚センサでは捕らえること
のできない近距離の距離情報を得るもので、超音波を利
用したものが測距精度から適していると考えられている
。従来、この種の超音波トランスデユーサとしてPZT
(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電体の共振を利用した
ものが数多く市販されているが周波数特性が狭いという
欠点があった。また静電容量をの超音波トランスデユー
サとして例えば、特願昭60−289290号明細書或
は1986年に開催されたアイイーイーイー1986超
音波シンポジウム予稿集(IEEE 1986 Ult
rasonics SymposiumProceed
ing) 559頁から562頁、および1987年に
開催されたトランスデユーサ87ダイジエスト(Tra
nsducers ’87 Digest of Te
chnical Papers) 414頁から417
頁に記載された樋口、鈴木、谷用らの新しい提案がある
。第6図にその代表的な構造を示す。
図中101はシリコン基板、103はシリコンの異方性
エツチング法により形成する空気溜107を形成するた
めの穴であり、605がAI下部電極である。604は
CVDシリコン酸化膜、106はA1の蒸着膜で形成さ
れたAl上部電極105が設けられたポリエステル膜で
ある。その動作原理は、所謂コンデンサスピーカおよび
コンデンサマイクロフォンと類似の原理である。すなわ
ち、Al上部電極605とA1上部電極105の間に約
30Vの直流バイアスを与え、交流信号を加えるとポリ
エステル膜106が振動し、空気溜107に閉じ込めら
れた空気のバネ作用で空気中に超音波が送波され、一方
超音波が外部から入ってきたときはその圧力変化でポリ
エステル膜106が振動しAl上部電極105とAl上
部電極605で形成される一対のコンデンサの容量が変
化しその変化を電気信号に変えることで超音波信号の受
信が可能になるものである。
(発明が解決しようとする課題) 以上、例を用いて従来の静電容量型超音波トランスデユ
ーサの説明を行った。この型の超音波トランスデユーサ
は増幅部や、信号処理部を同一シリコン基板上に形成で
き、かつシリコン表面上に精度よく形成された多数の穴
の大きさを変化させることにより周波数帯域を制御する
ことができるという優れた特徴を有している。
しかしながら、第1に、この種のセンサは送波感度およ
び受波感度は直流バイアスに比例するが、第6図の60
4で示したCVDシリコン酸化膜の絶縁耐圧があまり良
くないため、大きな直流バイアスを印加することは不可
能であるという欠点を持つ。
第2にアレイ状にAl上部電極605を配置した場合、
A1下部電極605が存在する部分と存在しない部分と
で表面に段差が生じ図中の607で示すように隣接電極
間に小さな空気溜ができこの部分から発せられる超音波
が隣接電極間の影響を受けるため位相のクロストークを
生じる。従ってフェーズドアレイ処理を施して超音波に
よる対象物の距離画像再生を行おうとする場合、良質な
画像が得られないという欠点を持つ。ここでフェーズド
アレイ処理とはアレイを構成する各超音波トランスデユ
ーサから超音波を対象物に送波し、反射された超音波を
各トランスデユーサで受波して電気信号に変換しそれを
i尾延合成して距離画像を得ることである。
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除去し、高感度
でかつクロストークをおさえた超音波l・ランスデ、1
−サの新規な構造を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明によれば、表面に穴を有する半導体基板の表面上
に設けられた拡散層からなる下部電極と、この下部電極
上に絶縁体薄膜及び前記の穴の上方に形成された気体溜
を介して、導電体薄膜よりなる上部電極が形成された振
動膜を備えたことを特徴とする静電容量型超音波トラン
スデユーサが得られる。
更に本発明によれば、下部電極となる前記拡散層が複数
個アレイ状に設けられてアレイ電極となっている静電容
量型超音波トランスデユーサ、が得られる。
(作用) 本発明の超音波トランスデユーサは、拡散層からなる形
成された下部電極を利用するため上部電極との層間絶縁
膜として、CVDシリコン酸化膜より絶縁耐圧がはるか
に優れたシリコン熱酸化膜を利用することが可能となり
、簡単な製造工程の変更のみで送波感度および受波感度
に優れた超音波トランスデユーサをつくることが出来る
。またCVD法で堆積した絶縁膜を使う場合でも堆積し
たあと熱処理ができるため絶縁耐圧が向上する。
また、本発明の構造による超音波トランスデユーサはそ
の表面が平坦であるため隣接する電極間に不必要な気体
溜を作ることがなく、従ってフェーズドアレイ処理によ
る対象物の超音波像を再生する際の位相のクロストーク
を小さくすることが出来る。
(実施例) 第1図は第1の実施例を説明するための超音波素子の模
式的断面図である。図中101はp型で(100)面方
位のシリコン基板、102は下部電極となるべきn型拡
散層である。103は空気溜107を形成するための穴
である。104は層間絶縁膜としてのシリコン熱酸化膜
であり、106は片方の面にAl上部電極105が蒸着
されたポリエステル膜である。このポリエステル膜10
6が振動膜となる。
第1図の超音波トランスデユーサを得るための製造工程
を第2図(a)〜(d)に示す。まずp型で(ioo)
面方位のシリコン基板101の表面にシリコン熱酸化膜
110を形成し空気溜107を形成するための穴103
となるべき部分を開孔し、ヒドラジン液によりシリコン
の異方性エツチングを行う(第2図(a))。次に表面
のシリコン熱酸化膜110を除去し、穴103を含む部
分の基板表面にリンを拡散し高濃度のn型拡散層102
を形成する。次にシリコン熱酸化膜104を形成し上部
電極との層間絶縁膜とする(第2図(C))。その後裏
面にA1上部電極105が蒸着されたポリエステル膜1
06を張る(第2図(d))。
以上のようにして得られた超音波トランスデユーサを第
3図に示す回路により駆動し送波時の音圧を測定した。
つまりA1上部電極105とシリコン基板101を接地
し、直流バイアス303が並列に接続された信号源30
1を下部電極となるn型拡散層102に接続する。その
結果直流バイアス電圧を100V印加した時においても
絶縁破壊を起すことなく非常に歩留りよく素子を得るこ
とが出来た。
次に請求項2の発明の詳細な説明する。第4図にその模
式的断面図を示す。図中402がn型拡散層であり、こ
れがアレイ電極となる。製造方法は第1の実施例と同様
であるので省略する。なお本実施例で用いたn型拡散層
402によるアレイ電極は第5図に平面図で示すような
規則的に配置した矩形パターンである。このようにして
得られた素子を用いて対象物の超音波像を再生したとこ
ろ非常に良質な像が得られた。これはアレイ電極を拡散
層で形成したので第6図(従来例)の小さな空気溜60
7が生じるような段差がないことによる。
なお前記2つの実施例では振動膜として裏面にAlが蒸
着されたポリエステル膜を用いたが他の高分子膜例えば
、ポリエチレン膜やポリイミツド膜等でも全く使用上の
問題はない。また単純に金属薄膜例えばチタンや金薄膜
あるいは他の金属がコートされたセラミックス薄膜例え
ば、アルミナあるいはシリコン窒化膜でもよい。更に前
記2つの実施例ではポリエステル膜106のAl上部電
極105が蒸着された側を基板側にして使用したが逆に
A1上部電極105が蒸着された側が表面側にくるよう
にしてもよい。また下部電極としてn型拡散層、基板と
してp型を利用したがこの導電型は反対でも良いのはい
うまでもない。また前記2つの実施例では107は空気
溜であるがこれはポリエステル膜106を空気中で張っ
たためであり、空気中に限らず窒素中、不活性ガス中等
で張ってもよいことは明白である。
(発明の効果) 以上説明してきたように、本発明による静電容景型超音
波トランスデユーサでは、従来技術の課題であった層間
絶縁膜の絶縁耐圧を上げ、高感度な素子を作ることが出
来しかも簡単な工程で作成できる。また、表面を平坦に
できるのでアレイ状に素子を形成した場合においてもク
ロスト−クラ小さくすることが出来た。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明の第1の実施例を示す図である
。第2図(a)から(d)がその製造工程の模式図であ
る。第3図は、このようにして得られた超音波トランス
デユーサを送波器として利用する場合の駆動回路図であ
る。第4図は本発明の第2の実施例を示す図である。第
5図は第4図における拡散層のアレイ電極パターンを示
す平面図である。第6図は従来の静電容量型超音波トラ
ンスデユーサの断面図である。 図中 101・・・シリコン基板   102.402・・・
n型拡散層104・・・シリコン熱酸化膜 105・・
・Al上部電極106・・・ポリエステル膜  107
・・・空気溜604・・・CVDシリコン酸化膜 605・・・AI下部電極    607・・・小さな
空気溜である。 特許出願人工業技術院長 飯塚幸三 享  1   図 1θ4.−、/I月ン與ル和彼<PJM102、72型
狐敬層 亭  Z  図 (b) (C) (d) * 3  図 3θ3.d匡ゴ茂バ°イア又 卆  4   図 402.72を瓜做冶 半   5   m 102.72型瓢致層 キ  b  図 107、  り;ごミ↓戸(う留 乙θ5.AI丁優ItF農叙

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)表面に穴を有する半導体基板の表面上に設けられ
    た拡散層からなる下部電極と、この下部電極上に絶縁体
    薄膜及び前記の穴の上方に形成された気体溜を介して、
    導電体薄膜よりなる上部電極が形成された振動膜を備え
    たことを特徴とする静電容量型超音波トランスデューサ
    。
  2. (2)下部電極となる前記拡散層が複数個アレイ状に設
    けられてアレイ電極となっている請求項1の静電容量型
    超音波トランスデューサ。
JP14363288A 1988-06-13 1988-06-13 静電容量型超音波トランスデューサ Pending JPH01312485A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003509984A (ja) * 1999-09-13 2003-03-11 カーネギー−メロン ユニバーシティ エラーキャンセレーションを有するmemsデジタル−音響トランスデューサ
JP2004503312A (ja) * 2000-06-15 2004-02-05 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 容量性マイクロマシン超音波振動子
US7382688B2 (en) * 2004-06-18 2008-06-03 Seiko Epson Corporation Ultrasonic transducer, ultrasonic speaker, and method of controlling the driving of ultrasonic transducer
JP2012521704A (ja) * 2009-03-26 2012-09-13 ノルウェージャン ユニバーシティ オブ サイエンス アンド テクノロジー Cmutアレイ
CN105158415A (zh) * 2015-08-12 2015-12-16 浙江工商大学 研究室中甲苯二异氰酸酯浓度检测装置及检测方法
CN114379260A (zh) * 2021-09-02 2022-04-22 苏州清听声学科技有限公司 一种定向发声屏绝缘凸点丝印制作方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61220600A (ja) * 1985-03-26 1986-09-30 Nec Corp 超音波センサ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61220600A (ja) * 1985-03-26 1986-09-30 Nec Corp 超音波センサ

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003509984A (ja) * 1999-09-13 2003-03-11 カーネギー−メロン ユニバーシティ エラーキャンセレーションを有するmemsデジタル−音響トランスデューサ
JP4987201B2 (ja) * 1999-09-13 2012-07-25 カーネギー−メロン ユニバーシティ エラーキャンセレーションを有するmemsデジタル−音響トランスデューサ
JP2004503312A (ja) * 2000-06-15 2004-02-05 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 容量性マイクロマシン超音波振動子
US7382688B2 (en) * 2004-06-18 2008-06-03 Seiko Epson Corporation Ultrasonic transducer, ultrasonic speaker, and method of controlling the driving of ultrasonic transducer
JP2012521704A (ja) * 2009-03-26 2012-09-13 ノルウェージャン ユニバーシティ オブ サイエンス アンド テクノロジー Cmutアレイ
CN105158415A (zh) * 2015-08-12 2015-12-16 浙江工商大学 研究室中甲苯二异氰酸酯浓度检测装置及检测方法
CN114379260A (zh) * 2021-09-02 2022-04-22 苏州清听声学科技有限公司 一种定向发声屏绝缘凸点丝印制作方法
CN114379260B (zh) * 2021-09-02 2023-09-26 苏州清听声学科技有限公司 一种定向发声屏绝缘凸点丝印制作方法

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