压电元件及其制造方法、超声波探头、超声波测定装置制造方法及图纸

提供一种压电元件及其制造方法、超声波探头、超声波测定装置。所述压电元件具备压电体和振动膜，所述振动膜将各向异性的单晶硅作为振动用材料，所述各向异性具有泊松比相对高的位向和泊松比相对低的位向，所述泊松比相对低的位向称为“低泊松比位向”，以所述低泊松比位向成为沿着所述压电体的高伸缩方向的方向的方式层叠所述压电体和所述振动膜，所述高伸缩方向是所述压电体根据支承结构产生的伸缩程度相对高的方向和相对低的方向中相对高的方向。

Piezoelectric element and manufacturing method thereof, ultrasonic probe and ultrasonic measuring device

A piezoelectric element, a method of manufacturing the same, an ultrasonic probe, and an ultrasonic measuring apparatus are provided. The piezoelectric element having a piezoelectric body and the diaphragm, the diaphragm of the crystalline silicon anisotropic as vibration materials, the anisotropy is relatively high. The Poisson's ratio and Poisson's ratio of relatively low orientation, the Poisson's ratio is relatively low. Called \than to\ low Poisson. With the low Poisson's ratio becomes high orientation along the stretching direction of the piezoelectric body in the direction of the way of the laminated piezoelectric body and the diaphragm, the high expansion direction of the piezoelectric body according to the degree of the telescopic supporting structure is relatively high and relatively low side direction relative to the direction of the high.

【技术实现步骤摘要】
压电元件及其制造方法、超声波探头、超声波测定装置
本专利技术涉及压电元件及其制造方法、超声波探头、超声波测定装置。
技术介绍
使用将压电元件用作超声波的发送用及接收用的换能器的超声波探头及超声波测定装置，测定生物体信息，进行血管机能的评价、血管疾患的判断。例如，专利文献1中公开了使用通过处理所接收的超声波的振幅信息得到的来自生物体组织的反射波信号强度，以及通过处理所接收的超声波的相位信息得到的生物体组织的移动速度，自动检测血管壁的超声波探头及超声波测定装置。例如在专利文献2中公开的那样，在这种超声波探头及超声波测定装置中使用的压电元件在薄膜上的振动膜上层叠压电体而制成。【现有技术文献】【专利文献】专利文献1：日本特开2008-173177号公报专利文献2：日本特开昭60-206315号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题那么，如果着眼于压电元件的接收灵敏度，则如何提高超声波的接收时产生的发生电荷就很重要。作为其中一种方法，想到了薄化振动膜，但由于制造技术上的制约薄化也有限度，通过振动膜的薄化来提高灵敏度的方法已到达界限。本专利技术的目的在于提供与振动膜的薄化不同的提高压电元件的接收灵敏度的新技术。解决技术问题的技术手段为解决上述课题的第一专利技术是一种压电元件，具备压电体以及振动膜，所述振动膜将各向异性的单晶硅作为振动用材料，所述各向异性具有泊松比相对高的位向和泊松比相对低的位向，所述泊松比相对低的位向称为“低泊松比位向”，以所述低泊松比位向成为沿着所述压电体的高伸缩方向的方向的方式层叠所述压电体和所述振动膜，所述高伸缩方向是所述压电体根据支承结构产生的伸缩程度相对高的方向和相对低的方向中相对高的方向。以压电体的高伸缩方向沿着振动膜的低泊松比位向的方式制成的振动膜，相比于沿着这之外的方向制成的振动膜，可以说在拉紧状态下对超声波的响应性变好。因此，根据第一专利技术，即便切出振动膜的材料的薄厚相同，也能制成接收敏感度高的压电元件。更具体而言，作为第二专利技术，能够构成为第一专利技术的压电元件的所述单晶硅的晶向为[001]，所述低泊松比位向为或[110]。另外，作为第三专利技术，能够构成为第一专利技术的压电元件的所述单晶硅的晶向为[010]，所述低泊松比位向为[101]或另外，作为第四专利技术，能够构成为第一专利技术的压电元件的所述单晶硅的晶向为[100]，所述低泊松比位向为[011]或另外，作为第五专利技术，能够构成为第一专利技术的压电元件的所述单晶硅的晶向为[110]，所述低泊松比位向为的任一个。另外，作为第六专利技术，能够构成为第一专利技术的压电元件的所述单晶硅的晶向为[011]，所述低泊松比位向为的任一个。另外，作为第七专利技术，能够构成为第一专利技术的压电元件的所述单晶硅的晶向为[101]，所述低泊松比位向为的任一个。第八专利技术是超声波探头，具备用于接收超声波的第一至第七专利技术的任一专利技术的压电元件。根据第八专利技术，能实现接收敏感度更高的超声波探头。第九专利技术是超声波测定装置，具备第八专利技术的超声波探头。根据第九专利技术，能实现接收敏感度更高的超声波测定装置。第十专利技术是一种压电元件的制造方法，包括以下工序：从各向异性的单晶硅晶圆切出用于振动膜的振动用材料，所述各向异性具有泊松比相对高的位向和泊松比相对低的位向，所述泊松比相对低的位向称为“低泊松比位向”；以及以所述低泊松比位向成为沿着压电体的高伸缩方向的方向的方式层叠所述压电体和所述振动膜，所述高伸缩方向是所述压电体根据支承结构产生的伸缩程度相对高的方向和相对低的方向中相对高的方向。根据第十专利技术，能够制造具有第一专利技术的作用效果的压电元件。附图说明图1是示出第一实施方式的超声波测定装置的系统构成例的图。图2是示出第一实施方式的超声波探头的构成例的图。图3是示出第一实施方式的第二压电元件的构成例的俯视图。图4是图3中的A-A截面图。图5是图3中的B-B截面图。图6是示出单晶硅的[001]晶面内的泊松比的各向异性的例子的图表。图7用于说明第一实施方式的第二压电元件的制造工序的流程图。图8是用于说明第一实施方式的[001]晶向硅晶圆的硅层及振动膜的图案化的位置关系的概念图。图9是表示从[001]晶向硅晶圆使振动膜的长度方向沿着以下两个晶向制成的第二压电元件的传感器灵敏度的不同的试验结果的图表，即1)使振动膜的长度方向沿着晶向[110]制成的第二压电元件以及2)使振动膜的长度方向沿着晶向[100]制成的第二压电元件。图10是示出单晶硅的[110]晶面内的泊松比的各向异性的例子的图表。图11是用于说明第二实施方式的[110]晶向硅晶圆的硅层及振动膜的图案化的位置关系的概念图(其一)。图12是用于说明第二实施方式的[110]晶向硅晶圆的硅层及振动膜的图案化的位置关系的概念图(其二)。图13是示出第三实施方式的第二压电元件的构成例的俯视图。图14是图13的C-C截面图。图15是图13的D-D截面图。图16是示出第二压电元件的构成的变形例的截面图(其一)。图17是示出第二压电元件的构成的变形例的截面图(其二)。图18是示出第二压电元件的构成的变形例的截面图(其三)。图19是示出单晶硅的[010]晶面内的泊松比的各向异性的例子的图表。图20是示出单晶硅的[100]晶面内的泊松比的各向异性的例子的图表。图21是示出单晶硅的[011]晶面内的泊松比的各向异性的例子的图表。图22是示出单晶硅的[101]晶面内的泊松比的各向异性的例子的图表。具体实施方式[第一实施方式]图1是示出本实施方式的超声波测定装置10的系统构成例的图。超声波测定装置10是通过向被测定者2发送超声波并测定反射波来测定被测定者2的生物体信息的装置。在本实施方式中，作为生物体信息的一种，测定被称作颈动脉3的IMT(IntimaMediaThickness：血管的内膜中膜复合体厚度)的血管机能信息。当然，除IMT之外，也可以是测定血管直径、从血管直径推定血压、从血管直径的变化算出脉搏这些其他的血管机能信息或生物体信息。另外，测定对象不限于人。超声波测定装置10具有测定控制装置20和贴付型超声波探头40。测定控制装置20是便携式个人电脑，包括兼有用于图像显示测定结果或操作信息的手段及用于操作输入的手段的触摸面板22、在与超声波探头40之间控制信号的收发的接口电路24、控制基板30。此外，适当具备未图示的内置电池等。控制基板30搭载CPU(CentralProcessingUnit：中央处理器)31、ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit：专用集成电路)、FPGA(FieldProgrammableGateArray：现场可编程门阵列)各种集成电路之外，还有IC存储器32、经由接口电路24实现与外部装置(在本实施方式中为超声波探头40)的数据通信的通信IC33。控制基板30通过在CPU31等执行IC存储器32存储的控制程序，实现以超声波测定为首的本实施方式的各种功能。即，超声波测定装置10通过控制基板30的运算处理等，从贴付于被测定者2的超声波探头40向生物体内组织发送/照射超声波束，接收反射波。然后，通过对反射波的接收信号进行放大/信号处理，能生成被测定者2的生物体内构造相关的反射波数据。然后，根据反射波数据，实现各种生物体信息的连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电元件，包括：压电体；以及振动膜，将各向异性的单晶硅作为振动用材料，所述各向异性具有泊松比相对高的位向和泊松比相对低的位向，所述泊松比相对低的位向称为“低泊松比位向”，以所述低泊松比位向成为沿着所述压电体的高伸缩方向的方向的方式层叠所述压电体和所述振动膜，所述高伸缩方向是所述压电体根据支承结构产生的伸缩程度相对高的方向和相对低的方向中相对高的方向。

【技术特征摘要】
2015.11.02 JP 2015-2159871.一种压电元件，包括：压电体；以及振动膜，将各向异性的单晶硅作为振动用材料，所述各向异性具有泊松比相对高的位向和泊松比相对低的位向，所述泊松比相对低的位向称为“低泊松比位向”，以所述低泊松比位向成为沿着所述压电体的高伸缩方向的方向的方式层叠所述压电体和所述振动膜，所述高伸缩方向是所述压电体根据支承结构产生的伸缩程度相对高的方向和相对低的方向中相对高的方向。2.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述单晶硅的晶向为[001]，所述低泊松比位向为或[110]。3.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述单晶硅的晶向为[010]，所述低泊松比位向为[101]或4.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述单晶硅的晶向为[100]，所述低泊松比位向为[011]或5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎清夏，田村博明，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP