[发明专利]电容型机电变换器

说明书

技术领域

本发明涉及发射和/或接收诸如超声波之类的弹性波的电容型机电变换器。

背景技术

作为电容型机电变换器的电容型微机械加工(micromachined)超声变换器(CMUT)被提出作为发射和/或接收超声波的变换器(参见PCT日本翻译专利公开No.2003-527947)。可通过应用了半导体工艺的微机电系统(MEMS)工艺制造CMUT。图3A～3C是MEMS的示意图；图3A是顶视图；图3B是沿线IIIB切取的断面图；图3C是沿线IIIC切取的断面图。图3A～3C示出振动膜(membrane)101、第一电极(上电极)102、支撑部分105、间隙106、第二电极(下电极)107和基板108。在CMUT中，在振动膜101上形成第一电极102。通过在基板108上形成的支撑部分105来支撑振动膜101。在基板108上，在振动膜101上形成第一电极102，并且，第二电极107与上电极102相对，其间设置有间隙106(各间隙通常为10～900nm)。在图3中，由于外力，振动膜101向基板108松垂(sag)。彼此相对的、其间夹有振动膜101和间隙106之一的各对电极被称为单元。作为变换器阵列的CMUT包含约200～4000个元件，每个元件包含多个单元(通常为约100～3000个单元)。CMUT的实际尺寸一般为约10mm～10cm。

在CMUT中，所有的第一电极102被电连接。振动膜101具有其中不形成第一电极102的区域P(由图3A中的阴影区域表示)。振动膜101使这样的区域P将它的特别影响振动特性的电极面积减小到不显著影响发射和/或接收效率的尺寸。在振动膜101上形成的第一电极102的厚度为约一个亚微米(submicron)，这对于具有约0.1～1.0μm的厚度的振动膜101来说是不可忽视的。因此，第一电极102对于CMUT的振动特性具有显著的影响。因此，振动膜101上的第一电极102的厚度要被最小化。但是，当设置薄的第一电极102时，所述电极的布线电阻成分变大，从而导致在CMUT的表面上被施加到第一电极102的电势的不均匀分布。在CMUT进行的发射和/或接收操作中，预定的电势被施加到第一电极102上，从而导致第一电极102和第二电极107的电势的差异。该电势差在第一电极102和第二电极107之间产生作为外力的静电吸引力，从而导致振动膜101向着基板108松垂。在这种状态下，执行超声波的发射和/或接收。松垂的量确定超声波的发射和/或接收效率。因此，当在CMUT的第一电极102的表面上产生不均匀的电势分布时，振动膜101的松垂的量改变，从而导致CMUT的发射和/或接收特性的波动。这种波动导致基于超声波的信息被再现的图像的质量的劣化。

发明内容

根据本发明的一个方面，变换器包括第一电极和与第一电极相对的第二电极。执行通过借助于产生静电吸引力以使第一电极振动来发射弹性波的发射操作和检测由于第一电极的振动而导致的在第一电极和第二电极之间的电容的变化的接收操作中的至少一个，所述静电吸引力在第一电极和第二电极之间被调制。而且，第一电极的单位面积的电阻在相对于第二电极的可动区域和不可动区域中不同。此外，可动区域中的第一电极的厚度小于或者等于不可动区域中的第一电极的厚度。

参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得清晰。

附图说明

图1A-1、图1A-2、图1A-3、图1B-1和图1B-2示出根据第一实施例和第二实施例的电容型机电变换器。

图2A-1、图2A-2、图2B-1和图2B-2示出根据第三实施例和第四实施例的电容型机电变换器。

图3A、图3B和图3C示出已知的电容型机电变换器。

具体实施方式

以下将描述本发明的实施例。通过根据本发明的电容型机电变换器，重要的是，可动区域和不可动区域的第一电极上的单位面积的电阻不同，这里，可动区域的厚度被设为小于或等于不可动区域的厚度。第一电极的厚度影响可动部分的机械特性的提高，并且，电阻影响对于第一电极中的不均匀电势分布的抑制。基于这种概念，根据本发明的电容型机电变换器具有上面描述的基本配置。基于该基本配置，得到下面描述的各种实施例。