电容型微加工超声换能器和包含其的被检体信息获取设备制造技术

本发明专利技术涉及电容型微加工超声换能器和包含其的被检体信息获取设备。电容型微加工超声换能器包括：被设置为其间具有间隙的第一绝缘膜和第二绝缘膜；分别设置在第一绝缘膜和第二绝缘膜的外表面上的第一电极和第二电极，在第一电极和第二电极之间具有所述间隙；至少一个单元，具有第一电极和第二电极之间的静电电容，所述静电电容随着由第二绝缘膜与第二电极的位移导致的所述间隙的厚度的变化而变化；以及电压施加装置，被配置为向第一电极和第二电极之间施加电压。其中，施加到第一绝缘膜的电场强度与施加到第二绝缘膜的电场强度相比更接近导致电介质击穿的电场强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用作例如声波转换元件的电容型微加工超声换能器和包含电容型微加工超声换能器的被检体信息获取设备。
技术介绍
通过使用微加工技术制造的微机械部件可执行微米级加工操作，并且，可通过使用这种微机械部件开发各种微功能元件。利用这种技术的电容型微加工超声换能器(CMUT)已被研究以替代压电元件。电容型微加工超声换能器具有用于通过使膜片(membrane)(振动膜片)振动来传送声波的致动器功能和以膜片的位移变化的形式接收由被检体反射的声波的传感器功能。通过利用这种电容型微加工超声换能器的振动膜片的振动，可传送和接收声波。特别地，在液体中，可容易地获得优异的宽带特性。这里使用的术语“声波”指的是音波、超声波或光声波。声波诊断设备从电容型微加工超声换能器向被检体传送声波并且通过使用电容型微加工超声换能器接收来自被检体的反射信号。然后，声波诊断设备基于接收信号获得声波图像。日本专利公开No.2008-288813(以下，称为“专利文献1”)描述了适于声波诊断设备的电容型微加工超声换能器的两个电极之间的电介质强度的改进。在专利文献1中描述的专利技术基于硅氮化物膜的介电常数比硅氧化物膜的介电常数高的发现以及硅氮化物膜容易地蓄积由泄漏电流导致的电荷。更具体而言，专利文献1描述了这样一种技术，即，通过设置由硅氧化物膜形成的绝缘膜的一部分使得该部分与构成CMUT的两个电极中的每一个接触并且设置由硅氮化物膜形成的部分使得该部分不与这些电极接触，来增大设置在这两个电极之间的绝缘膜的电介质强度电压。
技术实现思路
例如，为了获得高传送声压水平，需要向构成CMUT的两个电极之间施加高电压，使得振动膜片的位移增大。但是，在专利文献1中描述的专利技术仅旨在增大绝缘膜的电介质强度电压。即，在专利文献1中描述的专利技术不旨在同时增加声压水平和增加电介质强度电压。因此，根据在专利文献1中描述的专利技术，如果振动膜片上的绝缘膜的厚度增加，那么不总是提供具有优异的高声压水平和优异的灵敏度特性的电容型微加工超声换能器。本专利技术提供除了具有优异的高声压水平和优异的灵敏度特性以外还具有优异的电介质强度电压的电容型微加工超声换能器。根据本专利技术的一个方面，电容型微加工超声换能器包括：被设置为其间有间隙的第一绝缘膜和第二绝缘膜；分别设置在第一和第二绝缘膜的外表面上的、其间具有所述间隙的第一电极和第二电极；至少一个单元，具有第一电极和第二电极之间的静电电容，该静电电容随由第二绝缘膜与第二电极的位移导致的所述间隙的厚度的变化而变化；以及被配置为向第一电极和第二电极之间施加电压的电压施加装置。施加到第一绝缘膜的电场强度与施加到第二绝缘膜的电场强度相比更接近导致电介质击穿的电场强度。参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本专利技术的其它特征将变得清晰。附图说明图1是根据本专利技术的电容型微加工超声换能器的顶视图。图2是根据本专利技术的沿图1的线II-II切取的电容型微加工超声换能器的截面图。图3示出根据本专利技术的电容型微加工超声换能器的绝缘膜的电流-电压特性的例子。图4是示出根据本专利技术的电容型微加工超声换能器的第一绝缘膜的电流-电压特性的例子的示图。图5是示出根据本专利技术的电容型微加工超声换能器的第二绝缘膜的电流-电压特性的例子的示图。图6示出根据本专利技术的应用了电容型微加工超声换能器的被检体信息获取设备。图7示出根据本专利技术的驱动电容型微加工超声换能器的传送和接收电路的例子。图8是根据本专利技术的包含电容型微加工超声换能器的超声探测器的透视图。图9A～9E示出根据本专利技术的电容型微加工超声换能器的制造方法。图10A和图10B示出根据本专利技术的电容型微加工超声换能器的制造方法。图11示出根据本专利技术的电容型微加工超声换能器的间隙G与第二绝缘膜的厚度之间的关系的例子。图12是根据第一示例性实施例的电容型微加工超声换能器的顶视图。图13是示出根据第一示例性实施例的电容型微加工超声换能器的图12的放大图。具体实施方式以下，参照图1和图2描述根据本专利技术的电容型微加工超声换能器。图1是根据本专利技术的电容型微加工超声换能器的示意性顶视图。图2是沿图1的线II-II切取的截面图。在图1中，示出电容型微加工超声换能器1、单元2、由多个单元2形成的元件3、以及用于检测由两个电极之间的电容的变化产生的电流的电极焊盘42。如图2(图1的截面图)所示，本专利技术的电容型微加工超声换能器1包括被设置为其间有间隙(空腔)8的第一绝缘膜7和第二绝缘膜9、以及分别设置在第一绝缘膜7和第二绝缘膜9的外表面上的、其间具有间隙8的第一电极6和第二电极10。电容型微加工超声换能器1还包含多个单元2(参照图1)和电压施加装置14。在单元2中的每一个中，如果第二绝缘膜9和第二电极10位移，那么间隙8的厚度改变，因此，第一电极6与第二电极10之间的电容改变。电压施加装置14向第一电极6与第二电极10之间施加电压。注意，图2是图1所示的多个单元2中的一个的截面图。本专利技术的配置的特征在于，施加到第一绝缘膜7的电场强度与施加于第二绝缘膜9的电场强度相比更接近导致电介质击穿的电场强度。根据本专利技术的电容型微加工超声换能器具有上述的基本配置。在下面详细描述特征性配置之前，先描述图2所示的部件(包含光学部件)。如图2所示，第三绝缘膜5被设置在由例如硅形成的基板4上。在第三绝缘膜5上形成第一电极6。注意，如果基板4由诸如玻璃基板的绝缘基板形成，那么可以不需要第三绝缘膜5。第二电极10被设置在第二绝缘膜9上。在第二电极10上形成密封膜11作为绝缘膜。以这种方式，形成振动膜片12。在本例子中，在第二电极10上形成另一绝缘膜，并且，该绝缘膜也是可位移的。振动膜片12由振动膜片支撑部件13支撑。振动膜片支撑部件13具有用于引出导线的包含第二电极10的部分和不包含第二电极10的部分。第一电压施加装置14向单元2的第一电极6和第二电极10之间施加电压。第二电压施加装置15向第二电极10施加传送电压。第一电压施加装置14可向第一电极6施加偏置电压。如果向第一电极6施加偏置电压，那么在第一电极6与第二电极10之间出现电势差。由于该电势差，振动膜片12位移，直到振动膜片的恢复力与静电吸引力平衡。此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容型微加工超声换能器，其特征在于，包括：被设置为其间具有间隙的第一绝缘膜和第二绝缘膜；分别设置在第一绝缘膜和第二绝缘膜的外表面上的第一电极和第二电极，在第一电极和第二电极之间具有所述间隙；至少一个单元，具有第一电极和第二电极之间的静电电容，所述静电电容随着由第二绝缘膜与第二电极的位移导致的所述间隙的厚度的变化而变化；以及电压施加装置，被配置为向第一电极和第二电极之间施加电压，其中，施加到第一绝缘膜的电场强度与施加到第二绝缘膜的电场强度相比更接近导致电介质击穿的电场强度。

【技术特征摘要】
2014.11.28 JP 2014-2424501.一种电容型微加工超声换能器，其特征在于，包括：
被设置为其间具有间隙的第一绝缘膜和第二绝缘膜；
分别设置在第一绝缘膜和第二绝缘膜的外表面上的第一电极和第
二电极，在第一电极和第二电极之间具有所述间隙；
至少一个单元，具有第一电极和第二电极之间的静电电容，所述
静电电容随着由第二绝缘膜与第二电极的位移导致的所述间隙的厚度
的变化而变化；以及
电压施加装置，被配置为向第一电极和第二电极之间施加电压，
其中，施加到第一绝缘膜的电场强度与施加到第二绝缘膜的电场
强度相比更接近导致电介质击穿的电场强度。
2.根据权利要求1所述的电容型微加工超声换能器，还包括：
设置在第二电极上的另外的绝缘膜，
其中，第二绝缘膜、第二电极和所述另外的绝缘膜是能够位移的。
3.根据权利要求1所述的电容型微加工超声换能器，其中，第一
绝缘膜是具有Fowler-Nordheim隧穿传导特性的绝缘膜。
4.根据权利要求1所述的电容型微加工超声换能器，其中，第二
绝缘膜是具有Pool-Frenkel传导特性的绝缘膜。
5.根据权利要求1所述的电容型微加工超声换能器，其中，第一
绝缘膜由硅氧化物形成，第二绝缘膜由硅氮化物形成。
6.根据权利要求1所述的电容型微加工超声换能器，其中，第二
绝缘膜的厚度大于或等于0.32×G1.24，这里，G代表所述间隙的厚度。
7.根据权利要求1所述的电容型微加工超声换能器，其中，所述
至少一个单元包含分别与第一电极连接的多个单元，并且，这些单元
构成至少一个元件。
8.根据权利要求7所述的电容型微...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤绫子，虎岛和敏，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP