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的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]日本专利公开N0.2008-288813(以下，称为“专利文献I”)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。
[0008]在专利文献I中描述的发明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I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。
【发明内容】
[0009]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I中描述的发明仅旨在增大绝缘膜的电介质强度电压。即，在专利文献I中描述的发明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I中描述的发明，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。
[0010]本发明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。
[0011]根据本发明的一个方面，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。
[0012]参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
【附图说明】
[0013]图1是根据本发明的电容型微加工超声换能器的顶视图。
[0014]图2是根据本发明的沿图1的线I1-1I切取的电容型微加工超声换能器的截面图。
[0015]图3示出根据本发明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。
[0016]图4是示出根据本发明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。
[0017]图5是示出根据本发明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。
[0018]图6示出根据本发明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。
[0019]图7示出根据本发明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。
[0020]图8是根据本发明的包含电容型微加工超声换能器的超声探测器的透视图。
[0021]图9A?9E示出根据本发明的电容型微加工超声换能器的制造方法。
[0022]图1OA和图1OB示出根据本发明的电容型微加工超声换能器的制造方法。
[0023]图11示出根据本发明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。
[0024]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。
[0025]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】
[0026]以下，参照图1和图2描述根据本发明的电容型微加工超声换能器。图1是根据本发明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I1-1I切取的截面图。
[0027]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。
[0028]如图2(图1的截面图)所示，本发明的电容型微加工超声换能器I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。
[0029]电容型微加工超声换能器I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。
[0030]本发明的配置的特征在于，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。
[0031]根据本发明的电容型微加工超声换能器具有上述的基本配置。
[0032]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)。
[0033]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。
[0034]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。
[0035]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。
[0036]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。
[0037]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。
[0038]此时，如果声波到达振动膜片12，那么振动膜片12振动。因此，第一电极6与第二电极1之间的静电电容改变，并且，电流在第二电极1中流动。
[0039]通过从电极焊盘42取出电流，声波可以被以电信号的形式检测到，所述电极焊盘42从第二电极10引出。
[0040]当通过第一电压施加装置14向第一电极6施加偏置电压时，并且，如果通过第二电压施加装置15向第二电极10施加传送电压，那么可以传送声波。可以使用具有允许传送希望的声波的波形的任何传送电压。例如，可以使用单极脉冲、双极脉冲、突发(burst)波或连续波。
[0041 ]如上所述，图2是图1所示的单元2中的一个的截面图。在图1中，构成单元2的间隙8(即，振动膜片12的振动的部分)的顶表面的形状是圆形的。但是，间隙8的顶表面的形状可以是诸如方形或矩形的各种形状中的一种。
[0042]如图1所示，形成例如三个元件，并且，通过具有形成单元2中的每一个的第一电极6的共用层的多个单元2，形成这些元件中的每一个。即，多个单元形成一个元件。
[0043I 在图1中，44个单元2形成这些元件中的每一个。但是，形成元件的单元2的数量不限于此。通过考虑希望的超声换能器的性能，确定单元2的数量。这同样适用于元件的数量。
[0044]如图1所示，除了格子布置以外，单元2的布置还可以是诸如交错布置的多种布置之一。而且，除了图1所示的矩形形状以外，元件3的大致轮廓的形状还可以是诸如方形或六角形的多种形状之一。以下描述作为本发明的特征的配置。即，该配置允许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。
[0045]在图2中，如果施加到第一电极6的电压增加，那么静电吸引力变得比振动膜片12的恢复力高。因此，振动膜片12与作为间隙8的底表面的第一绝缘膜7接触。该电压被称为“吸合电压”(pull-1n voltage)。当偏置电压与吸合电压的比增大时，用于将接收的声波转换成电信号或者将电信号转换成声波的转换效率增大。
[0046]如果向电极之间施加高于或等于吸合电压的电压，那么振动膜片12与间隙8的底表面接触。因此，元件的频率特性明显改变，由此，可检测的声波接收灵敏度明显改变。另夕卜，可传送的声波的强度和频率特性明显改变。
[0047]如果向第一电极6和第二电极10之