專利名稱：電聲變換元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)送和接收超聲波的變換器(transducer)，尤其涉及以硅為基體材料的振膜(diaphragm)型超聲波變換器。
背景技術：
支撐20世紀后半期的超聲波技術的巨大發(fā)展和普及的是以PZT(鈦酸鋯酸鉛)系壓電陶瓷為代表的、具有大且穩(wěn)定的壓電性的壓電材料和利用此材料的壓電變換器、以及與此壓電變換器很好地匹配的半導體發(fā)送接收電路的進步。
20世紀初期，人們通過利用19世紀后半期居里兄弟發(fā)現(xiàn)的壓電現(xiàn)象開始嘗試接收和發(fā)送超聲波?？墒?，他們發(fā)現(xiàn)壓電現(xiàn)象的水晶，雖然具有當前用于時鐘上的水晶一樣穩(wěn)定的壓電特性，但是由于電機械變換效率低，尤其是作為接收變換器的靈敏度低，這成為大的難點。此后，發(fā)現(xiàn)了電機械變換效率非常高的羅謝耳(Rochelle)鹽。羅謝耳鹽由于潮解性強晶體的穩(wěn)定性有問題，因此要想得到穩(wěn)定的壓電特性必需特別地注意?？墒?，第二次世界大戰(zhàn)中因沒有此材料的代替品，把它用于超聲波變換器，由此開發(fā)了聲納。二戰(zhàn)后不久，發(fā)現(xiàn)了電機械變換效率高，而且穩(wěn)定的鈦酸鋇的壓電性。鈦酸鋇由于是陶瓷，還具有制作形狀的自由度高的優(yōu)點，這就誕生了“壓電陶瓷”的概念。接著，進入20世紀后半期發(fā)現(xiàn)了居里溫度比鈦酸鋇高、由此具有更穩(wěn)定的壓電特性的鈦酸鋯酸鉛(PZT)陶瓷，廣泛應用于供實用目的的超聲波變換器，直到現(xiàn)在。
另一方面，隨著這樣的超聲波變換器，需要發(fā)送時驅(qū)動此變換器、接收時放大此變換器收到的電信號的電子電路，但是從第二次世界大戰(zhàn)中開發(fā)的聲納時代到1970年左右，一直使用由真空管構(gòu)成的電路。二戰(zhàn)后不久發(fā)明了晶體管以后，與迅速地半導體化的用于可聽頻帶的電子電路相比，超聲波用(的電路)因為工作頻帶高，其半導體化滯后了20年左右。特別是，發(fā)送用的驅(qū)動電路中，要求在高電壓下動作，其半導體化需要等待高速半導體開關元件(thyristor)的實用化，其普及需要等待高耐壓場效應晶體管(FET)的實用化。
如上所述，壓電陶瓷系超聲波變換器現(xiàn)在也占供實用的超聲波變換器的一大半，為了取代它，從1990年代開始了，以在文獻1(Proceedings of 1994 IEEE Ultrasonics Symposium，第1241-1244頁)中記載的裝置為代表的、根據(jù)半導體微加工技術構(gòu)建微小振膜型變換器的研究開發(fā)。
其典型的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，設置在基板1和振膜5兩者上的電極2及3夾著空隙4形成電容器。在此電極間施加電壓時，因兩電極上的相反符號的電荷被感應，相互賦予引力，振膜產(chǎn)生位移。此時振膜的外側(cè)如果接觸水或生物體，則在這些介質(zhì)中輻射聲波。這就是發(fā)送中的電機械變換原理。另一方面，施加DC偏置電壓，在電極上感應出一定的電荷，從與振膜接觸的介質(zhì)強制地施加振動，使振膜產(chǎn)生位移時，附加地產(chǎn)生對應于位移的電壓。后者的接收中的機械電變換原理與作為可聽音域的擴音器使用的DC偏壓型電容器擴音器的原理一樣。其優(yōu)點為，即使由硅這樣的機械上硬的材料構(gòu)成，但由于是在背面具有空隙的振膜結(jié)構(gòu)，因此可以得到與生物體或水等機械上柔軟的材料的良好的聲音阻抗匹配。在利用PZT的現(xiàn)有類型的壓電變換器的情況下，其聲音阻抗作為材料固有的物理參數(shù)是恒定的，與此相對，振膜結(jié)構(gòu)外形的聲音阻抗不僅反映其材料，也反映結(jié)構(gòu)。因此，具有與對象物配合的設計自由度。
而且，如上所述，對于變換器而言與接收發(fā)送電路的組合是重要的一點，但是以硅為基體材料構(gòu)成的這一點又聯(lián)系到可以使接收電路和發(fā)送電路一體化到變換器附近而構(gòu)成的特點。最近，開發(fā)取得進展，在發(fā)送接收靈敏度上，也達到足以與利用PZT的現(xiàn)有類型的壓電變換器相比的水準。
在非專利文獻2中，公開了利用半導體振膜結(jié)構(gòu)的電介體(electret)型變換器。它在圖1振膜側(cè)的電極3和空隙4之間或基底側(cè)的電極2和空隙4之間的至少一側(cè)設置蓄積有電荷的絕緣層5。作為構(gòu)成該電荷蓄積型絕緣層的材料，如在非專利文獻2和3中示出，利用硅氧化膜或硅氮化膜等硅化合物，或者它們的層疊結(jié)構(gòu)。這些硅化合物的絕緣層根據(jù)以CVD(化學汽相淀積)為代表的氣相成長形成，通過控制晶體缺陷的量，不僅化合物層的表面，化合物層內(nèi)也可以捕獲電荷。因此，預先在高電場下使其帶電，由此作為不需要DC偏置電壓的電聲變換元件利用。
Proceedings of 1994 IEEE UltrasonicsSymposium，第1241-1244頁[非專利文獻2]J.Acoust.Soc.Am.，vol.75，1984，第1297-1298頁[非專利文獻3]IEEE Transactions on Dielectrics and ElectricalInsulation，vol.3，No.4，1996，第494-498頁發(fā)明內(nèi)容然而在現(xiàn)實中，絕緣膜的帶電狀態(tài)不穩(wěn)定，在使用中帶電的電荷量會漂移。因此，產(chǎn)生作為電聲變換元件最基本的特性的電聲變換效率在使DC偏置電壓為恒定時會漂移的問題。
即使變換效率的大小在應該滿足的水平上，但是不用舉上述的羅謝耳鹽的例子也可知道，難以使其穩(wěn)定，對作為變換器的實用化造成很大的障礙。變換效率的漂移的影響與器件特性隨時間的變化一起，尤其是在由這樣的電聲變換元件構(gòu)成陣列型變換器時是重大的。該影響不僅使作為電聲變換器整體的靈敏度漂移，而且在構(gòu)成陣列型變換器的各元件的電聲變換特性零亂地漂移時，作為電聲變換器整體進行發(fā)送及接收束(beam)形成動作時的聲音噪聲水平也會產(chǎn)生顯著上升的危險性。
因此，根據(jù)該電荷蓄積型的振膜型電聲變換元件，特別是為了構(gòu)成陣列型變換器，將此特性提升到供實用的水平，克服漂移的問題是僅次于獲得高的電聲變換效率的重要的課題。
為了解決上述的課題，本發(fā)明提供一種電聲變換元件，其特征在于，具有以硅或者硅化合物為基體材料的基板；在上述基板上或者基板中形成的第一電極；在上述基板上設置的以硅或者硅化合物為基體材料的薄膜；在上述薄膜上或者薄膜中形成的第二電極；在上述第一電極和上述第二電極間設置的空隙層；將由上述第一電極和上述第二電極賦予的電荷蓄積的、在上述第一電極和上述第二電極間設置的電荷蓄積層；以及用來測量在上述電荷蓄積層中蓄積的電荷量的源電極和漏電極。通過監(jiān)視該源電極、漏電極間的電阻，可以推定電荷蓄積層中的電荷蓄積量。
根據(jù)本發(fā)明，可以監(jiān)視電荷蓄積層中的電荷蓄積量，與現(xiàn)有技術相比，可以抑制作為元件靈敏度偏差的主要原因的元件特性的漂移。而且，可以抑制發(fā)送接收的超聲波束的劣化，可以防止圖像方位分辨率和動態(tài)范圍的下降。


圖1是展示半導體振膜型電聲變換元件結(jié)構(gòu)的概念的圖。
圖2是對以硅為基體材料的本發(fā)明的振膜型電聲變換元件的實施例展示其截面的圖。
圖3是對以硅為基體材料的本發(fā)明的振膜型電聲變換元件的實施例展示電荷蓄積部的圖。
圖4是對以硅為基體材料的本發(fā)明的振膜型電聲變換元件的實施例展示電荷蓄積部的圖。
圖5是對以硅為基體材料的本發(fā)明的振膜型電聲變換元件的實施例展示電荷蓄積部的圖。
圖6是對以硅為基體材料的本發(fā)明的振膜型電聲變換元件的實施例展示其截面的圖。
圖7是對以硅為基體材料的本發(fā)明的振膜型電聲變換元件的實施例展示注入電荷時的截面的圖。
圖8是展示到膜的中心的距離與膜的變形量的圖。
圖9是對以硅為基體材料的本發(fā)明的振膜型電聲變換元件的實施例展示發(fā)送和接收超聲波時的截面的圖。
圖10是對以硅為基體材料的本發(fā)明的振膜型電聲變換元件的實施例展示特別在包含蓄積電荷量監(jiān)視部的形態(tài)中的截面的圖。
圖11是展示電荷蓄積量監(jiān)視的一個形態(tài)的圖。
圖12是電荷蓄積量監(jiān)視的框圖。
圖13是說明電荷蓄積的結(jié)果，波發(fā)送接收靈敏度的偏置電壓依賴性變化的圖。
圖14是對以硅為基體材料的本發(fā)明的振膜型電聲變換元件的實施例展示其截面的圖。
圖15是對以硅為基體材料的本發(fā)明的振膜型電聲變換元件的實施例展示特別在包含蓄積電荷量監(jiān)視部的形態(tài)中的截面的圖。
(符號說明)1硅基板；2下部電極；3上部電極；4空隙；5第2硅化合物層；6第1硅化合物層；7第2硅化合物層；8電荷蓄積層；9源電極；10漏電極；11導電層；12導電粒；13第3硅化合物層；14第4硅化合物；15第5硅化合物；101電聲變換元件；102蓄積電荷監(jiān)視部；103蓄積電荷注入部；104控制部。
具體實施例方式
下面，根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。
圖2是以硅Si為基體材料的本發(fā)明的電聲變換元件的截面圖。各層從下往上依次為兼作下部電極2的n型硅(Si)基板1、第1硅化合物層、空隙層4、第2硅化合物層5、由鋁構(gòu)成的上部電極3、第1硅化合物層6。此例中的各個層的厚度為位于空隙下部的第1硅化合物層為30nm、空隙層為100nm、第2硅化合物層200nm、上部電極層200nm、位于上部電極的上部的第1硅化合物層為1500nm、位于振膜下部的空隙內(nèi)徑為50mm。第1硅化合物層由一般的氮化硅Si3N4構(gòu)成，成為振膜的機械強度主要是位于上部電極的上部的此層承擔的結(jié)構(gòu)。在第2硅化合物層中埋入有厚度為50nm的電荷蓄積層8。為了抑制此電荷蓄積層8和電極之間的泄漏電流，包圍電荷蓄積層8的第2硅化合物使用SiO2等。如圖6所示，電荷蓄積層8也可以是將下部電極1和空隙4之間的層作為第2硅化合物層7，埋入其中的結(jié)構(gòu)。此時，為了埋入電荷蓄積層8，前面的圖2的例子中是30nm的第1硅化合物層的厚度變?yōu)?00nm，材料變更為第2硅化合物，使原為200nm的第2硅化合物層5變?yōu)?0nm左右(在可以制作的范圍內(nèi)盡量要薄)，除了材料變更為第1硅化合物層以外，電荷蓄積層8在空隙的上或下的任一個，對于實施本發(fā)明的目的沒有任何差異。
圖3、4、5中展示電荷蓄積層8的具體結(jié)構(gòu)的例子。首先，在圖3的例子中，在第2硅化合物層5中形成由金屬或多晶硅等構(gòu)成的導電層11。是與所謂的閃存等的浮置柵相同的結(jié)構(gòu)。在圖4所示的另一個例子中，在第2硅化合物層5中形成還是由金屬或多晶硅等構(gòu)成的導電體點(dot)12。并且圖5所示的再一個例子中，在第2硅化合物層5中形成包含大量缺陷的氮化硅Si3N4層13。利用導電層11時，容易預測注入電荷后的電荷分布，每個元件的偏差也小。可是存在如下缺點，第2硅化合物層5中有缺陷等，如果導電層11和電極間出現(xiàn)一次泄漏，則蓄積在導電層11中的電荷全部被釋放掉。另一方面，利用導電體點12和包含大量缺陷的氮化硅Si3N4層13時，雖然因一次泄漏而釋放掉全部電荷的風險是小，但是存在難以在注入電荷后使其均勻分布的缺點。這還存在如下缺點，因為儲存電荷的位置在空間上是隨機的，加上每個元件有偏差的問題，如后面的敘述，在根據(jù)Fowler-Nordheim型的隧道電流等注入電荷時，由于在膜的中心部分和端部分中的空隙厚度不同，因此電場強度也不同，只在膜的中心部分中進行電荷的注入。
特別是利用實際的元件時，由于內(nèi)部應力的偏差等，膜的初始形狀的偏差即每個元件的空隙層的厚度有偏差的情況下，即使施加同樣的電壓，接地面積即注入電荷的面積不同，產(chǎn)生每個元件的靈敏度偏差。如圖14所示，將第1硅化合物層6的中心部分做成向下凸起的形狀時，可以抑制每個元件的接地面積的偏差。這是因為，與內(nèi)部應力的偏差相比，可以以小的偏差制造膜的厚度、直徑。使電荷蓄積層8的半徑比上述的向下凸起的部分的半徑小時，即使是如圖4、5所示的電荷蓄積層8的結(jié)構(gòu)的情況下，也可以保持注入電荷的部位的面積恒定。
下面說明注入電荷的方法。從圖6所示的在上下電極間施加電壓之前的狀態(tài)，施加DC偏壓(100V左右)時，如圖7所示，膜的中心部變形最大，在超過稱為崩潰(collapse)電壓的值時，膜的中心部與第2硅化合物層7的表面接地。在此狀態(tài)下還施加電壓時，如圖8所示，接地部分的長度隨著電壓的上升增大。圖8中縱軸是位移/空隙層厚度，橫軸是離膜中心的距離/空隙層半徑。更嚴密地說，空隙層的厚度是指施加電壓或蓄積電荷之前的初始空隙層厚度。位移的取向以圖7中向下的方向為正。接地前上下電極間的距離是約350nm，接地后減小到250nm，因此作為其結(jié)果，電場強度上升到1.4倍。因此在接地的部分中，電荷蓄積層8與下部電極間的電場強度變大，電荷蓄積層8與下部電極間的隧道阻擋層的能帶結(jié)構(gòu)變形，流過Fowler-Nordheim型的隧道電流，電荷蓄積層8中儲存電荷。在此狀態(tài)下，降低DC偏壓時，如圖9所示，上部膜和下部的層再次分離，除了上下電極間的電壓下降的效果之外，還有電極間的距離增加的效果，電場強度變小，不產(chǎn)生FN隧道。因此，暫時在電荷蓄積層8中局部存在的電荷可以以比較長的壽命留在蓄積層8中，此后不施加DC偏壓而僅施加AC脈沖，膜也可以以AC脈沖的振幅和與蓄積的電荷量成比例的振幅振動，超聲波的發(fā)送成為可能。而且，超聲波從外部傳來時，即使不施加DC偏壓，也可以在上下電極間流過與蓄積的電荷量和因膜的變形引起的靜電電容的變化成比例的電流，因此作為超聲波傳感器的利用成為可能。作為電荷的注入方法，除了利用FN隧道以外也有利用熱電子的方法，但是必須在內(nèi)部安裝專用的晶體管。利用試制元件的實驗結(jié)果說明實際上蓄積電荷時的效果。圖13中，橫軸是DC偏置電壓，縱軸是波發(fā)送接收靈敏度。實線為蓄積電荷前的波發(fā)送接收靈敏度，虛線為蓄積電荷后的波發(fā)送接收靈敏度。蓄積電荷前，在DC偏壓為0V的位置，波發(fā)送接收靈敏度為0，隨著DC偏壓的絕對值增大，波發(fā)送接收靈敏度也上升。另一方面，蓄積電荷后，根據(jù)電荷蓄積量，波發(fā)送接收靈敏度曲線如虛線所示移動。如果圖中的V1等于蓄積電荷前準備使用的驅(qū)動偏置電壓，則蓄積電荷后不需要偏置電壓。即使是V1比蓄積電荷前的驅(qū)動電壓小的情況下，也可以使蓄積電荷后的偏置電壓降低V1大小后使用。偏置電壓降低時尤其是對生物體利用的場合中的安全性提高，而且具有可以降低設計波發(fā)送接收信號的信號處理電路的耐壓等的優(yōu)點。
下面研究蓄積電荷隨時間的變化。超聲波的發(fā)送盡量要在信噪比良好的狀態(tài)下進行，因此在上面的說明中說明了以圖9的狀態(tài)作為超聲波變換器使用，實際上，AC脈沖也在直到接近于崩潰電壓的大的部分中使用的情況很多。此時，瞬時地經(jīng)歷圖7所示的空隙4的厚度變?yōu)?的狀態(tài)。共振頻率為10MHz時，1周期的10分之1左右的時間即10ns左右的時間接地。在每次超聲波的發(fā)送中反復此操作，因此在電荷的注入和逆過程中被蓄積的電荷回到上下任一個電極中。如前所述，電荷蓄積型的振膜超聲波變換器的波發(fā)送及波接收的靈敏度分別與電荷蓄積量成比例。因此，超聲波變換器的靈敏度隨時間劣化。例如，為了定期監(jiān)視發(fā)電廠的管道厚度而設置在管道內(nèi)的、非破壞檢查目的的超聲波變換器的場合，如果靈敏度隨著時間變化，則會使厚度的隨時間變化監(jiān)視的精度劣化。而且，集中多個本發(fā)明的變換器制作陣列型變換器時，有如下問題一般電荷蓄積量的隨時間的變化這樣的漂移分量在每個元件中都不同，因此陣列中每個元件的靈敏度變化。
在本發(fā)明中，例如，如圖10所示，在變換器內(nèi)部設置了蓄積電荷監(jiān)視機構(gòu)。9、10分別是設置在基板中的源電極和漏電極，14是第4硅化合物。例如，源漏電極由N型半導體形成時，第4硅化合物14是由相反的P型半導體層形成。2是下部電極，由進行了比14更多摻雜的硅化合物或金屬等形成。此源、漏間的電子傳導溝道的電阻與在電荷蓄積層8中蓄積的電荷量成比例。就是說，因為具有電荷蓄積層8成為柵的與場效應晶體管一樣的結(jié)構(gòu)。所以，通過定期測量8和9的電阻，可以推定電荷蓄積層8中剩下的電荷量。如圖15所示，第4硅化合物層14由帶隙(band gap)互不相同的第4硅化合物層14和第5硅化合物層15形成，其界面也可以作為場效應晶體管的電子傳導溝道來利用，通過使傳導溝道在空間上定位，可以提高對電荷蓄積層8的蓄積電荷的靈敏度。為了改變帶隙，例如可以通過一側(cè)用硅，另一側(cè)層用碳化硅和硅的混合物形成來實現(xiàn)。可以根據(jù)此電荷蓄積量的變化，變化小的時候，將變化量作為修正系數(shù)用于修正，變化量大的時候進行再注入這樣的判斷的材料中使用。當然，也可以考慮不做監(jiān)視而定期重復再注入的使用方法，但是成為隧道的路徑的絕緣層如果過分重復流過電流的操作，則絕緣層的性能會劣化。因此，優(yōu)選是將再注入抑制在必要的最小限度。另外，在前面說明的發(fā)電廠的管道中那樣地，在不便接近的位置作為傳感器設置時，蓄積電荷變化小時僅使用修正系數(shù)就可以，這是突出的優(yōu)點。管道的定點的監(jiān)視等用一個電聲變換元件進行監(jiān)視時基本上利用修正就可以，維修的時候等利用外部電源進行電荷的再注入這樣的利用形態(tài)也被考慮到。另一方面，拍攝醫(yī)療用的斷層像時等，每個元件的靈敏度偏差為數(shù)dB時，需要每ch的波發(fā)送電壓的修正和波接收靈敏度的修正，處理變得復雜，因此考慮到在由于蓄積電荷的降低而使靈敏度從2降低3dB的階段中進行電荷的再注入這樣的利用方法。原理上，可以用AC脈沖的振幅的增大來補充根據(jù)蓄積電荷的變化的有效的DC偏壓的降低量。但是，如果在每個元件上改變AC脈沖的振幅，則驅(qū)動各個元件的放大器的非線性特性的偏差產(chǎn)生影響，每個元件的靈敏度修正結(jié)果出現(xiàn)偏差，將劣化束特性。而且，也有這種方法不是AC脈沖振幅的修正，而是與蓄積電荷的效果重疊，對每個元件修正施加的DC偏壓的值的方法，但是每個偏壓控制線上，電壓存在很大的不同，還是會帶來每個元件的特性偏差。根據(jù)以上原因，對于電聲變換元件陣列，將從修正轉(zhuǎn)移到電荷再注入時的閾值設定得低是優(yōu)選的。
利用圖12說明使用了蓄積電荷監(jiān)視結(jié)果的控制。與電聲變換元件101連接的蓄積電荷監(jiān)視部102監(jiān)視的結(jié)果，蓄積電荷的變化量小于等于控制部104中預先存儲的閾值時，對于在此沒有圖示的波發(fā)送電路的波發(fā)送振幅和波接收電路的放大系數(shù)變更修正系數(shù)。超過閾值時，通過蓄積電荷注入部103對電聲變換元件101進行電荷的再注入。
作為電荷蓄積量的監(jiān)視方式，說明了利用與場效應晶體管類似的結(jié)構(gòu)的例子，作為其它實施方式有在器件中不安裝蓄積電荷監(jiān)視機構(gòu)，作為系統(tǒng)監(jiān)視蓄積電荷的方法。如圖11所示，也可以通過評價振膜阻抗的相位分量的頻率特性來實現(xiàn)。如果振膜的電機械變換效率高，則阻抗的絕對值的極小點和極大點的距離擴大。通過監(jiān)視阻抗絕對值的極小點和極大點之間的距離Δf，可以監(jiān)視振膜的電機械變換效率即蓄積電荷。而且也可以利用阻抗的相位來監(jiān)視。振膜的電機械變換效率高即蓄積電荷多的時候，在共振頻率附近從電變換到機械能的比例高，所以電氣電路中振膜作為電感工作，在共振頻率以外，到機械能的變換效率大大降低，基本上作為電容器工作。因此，阻抗的相位分量如圖中的實線所示，在共振頻率(fc)以外為-90°，在共振頻率附近為+90°。電荷蓄積量減小時+90°的峰值如圖11中虛線所示變小，因此可以作為蓄積電荷的變化檢測。使用阻抗的絕對值和相位中的哪一個進行監(jiān)視是取決于電聲變換元件。即在空氣中發(fā)送聲音時電聲變換元件的振膜基本上以沒有負荷的狀態(tài)下使用，因此利用相位來檢測的方法的靈敏度高。另一方面，如生物體和水、非破壞檢查用途這樣地對固體進行波發(fā)送接收時，對于振膜，波發(fā)送的對象物成為大負荷，有時相位的峰值不容易觀測到。此時與監(jiān)視相位的峰值的變化相比，優(yōu)選是監(jiān)視阻抗的絕對值的變化。以下說明如圖11所示的監(jiān)視阻抗的具體方法。在上部電極和下部電極之間施加脈沖電壓，監(jiān)視在兩個電極間流過的電流。脈沖寬度設定為對fc的頻率分量具有足夠的靈敏度為好。對此時的電壓波形進行頻率變換，除以對電流波形進行頻率變換的結(jié)果，以此來求得復阻抗的頻率特性。將此復分量用絕對值和相位來表示時求得如圖11所示的阻抗的相位。在圖11中作為頻率特性連續(xù)地表示了多個頻率中的阻抗，在監(jiān)視隨時間的變化時，通過離散地粗略進行頻率軸的采樣也可以達到目的。此時也有，將進行采樣的頻率上的sin波的電壓施加在兩電極間，測量電流，測量電壓與電流間的相位差的方法。在這種情況下，為了處理共振頻率隨時間的變化，在3到10處的頻率上測量，一邊修正頻率移動的效果，一邊檢測相位峰值的變化。
作為其他的實施例，也可以是長時間監(jiān)視上下電極間的電流，用其積分值來判斷的方法。
在以上的實施例中，雖然作為振膜的結(jié)構(gòu)說明了Si3N4的例子，但作為在半導體工藝中容易形成的材料，也可以使用SiO2或SiC、多晶硅等，而且除Si系以外還可使用GaAs等化合物半導體、鎢或銅等金屬。也可以將聚酰亞胺等高分子和半導體的復合體作為振膜使用。特別是半導體部分薄、在表面上作為保護膜貼上聚酰亞胺的場合，作為保護膜的聚酰亞胺也作為振膜發(fā)揮功能。雖然作為電極以鋁為例進行了說明，但是其他的金屬，銅或金、鉑、鎢等當然也可以使用。而且，也可以用多個金屬的合金作為電極，也可以使用控制了導電性的半導體。
權(quán)利要求
1.一種電聲變換元件，其特征在于，具有以硅或者硅化合物為基體材料的基板；在上述基板上或者基板中形成的第一電極；在上述基板上設置的、以硅或者硅化合物為基體材料的薄膜；在上述薄膜上或者薄膜中形成的第二電極；在上述第一電極和上述第二電極間設置的空隙層；將由上述第一電極和上述第二電極賦予的電荷蓄積的、在上述第一電極和上述第二電極間設置的電荷蓄積層；以及用來測量在上述電荷蓄積層中蓄積的電荷量的源電極和漏電極。
2.如權(quán)利要求1所述的電聲變換元件，其特征在于上述基板具有形成互不相同的帶隙的第一硅化合物層和第二硅化合物層；上述第一硅化合物層和上述第二硅化合物層設置為，上述第一硅化合物層和上述第二硅化合物層的界面位于上述源電極和上述漏電極附近。
3.如權(quán)利要求1所述的電聲變換元件，其特征在于上述薄膜具有在上述空隙層的中心部附近形成凸部這樣的凸部。
4.如權(quán)利要求1所述的電聲變換元件，其特征在于在上述電荷蓄積層的內(nèi)部具有導電層。
5.如權(quán)利要求4所述的電聲變換元件，其特征在于上述導電層形成為點狀。
6.如權(quán)利要求1所述的電聲變換元件，其特征在于上述電荷蓄積層是氮化硅層。
7.如權(quán)利要求1所述的電聲變換元件，其特征在于上述源電極和上述漏電極設置在上述電荷蓄積層的端部附近。
8.如權(quán)利要求3所述的電聲變換元件，其特征在于上述電荷蓄積層的半徑比上述凸部的半徑小。
9.如權(quán)利要求1所述的電聲變換元件，其特征在于上述硅化合物是氮化硅。
全文摘要
提供一種電聲變換元件，其特征在于，具有在基板或者基板中形成的第一電極；以在上述基板上設置的硅或者硅化合物為基體材料的薄膜；在上述薄膜上或者薄膜中形成的第二電極；在上述第一電極和上述第二電極間設置的空隙層；將由上述第一電極和上述第二電極賦予的電荷蓄積的、在上述第一電極和上述第二電極間設置的電荷蓄積層；以及用來測量在上述電荷蓄積層中蓄積的電荷量的源電極和漏電極。由此可以減小半導體振膜型電聲變換元件中因泄漏等引起的電荷蓄積量和電聲變換效率的變化，防止以該電聲變換元件為基本單位構(gòu)成的超聲波陣列變換器的主束靈敏度的漂移和聲音SN比與超聲波束指向性的劣化。
文檔編號H04R17/00GK1929699SQ20061010574
公開日2007年3月14日 申請日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月5日
發(fā)明者東隆, 梅村晉一郎, 永田達也, 福田宏, 町田俊太郎, 峰利之 申請人:株式會社日立制作所