電容變換器及其制造方法、探測(cè)器以及對(duì)象信息獲取裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電容變換器及其制造方法、探測(cè)器以及對(duì)象信息獲取裝置。電容變換器中的旁瓣被縮減。提供了一種電容變換器，該電容變換器包括：包含多個(gè)單元的元件，所述多個(gè)單元被支撐，使得包含其間形成有間隙的一對(duì)電極之一的振動(dòng)膜片能夠振動(dòng)，其中，元件端部中的單元之間的距離大于元件中間部分中的單元之間的距離。
【專利說明】電容變換器及其制造方法、探測(cè)器以及對(duì)象信息獲取裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電容變換器及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)上，已能夠以微米的量級(jí)來處理通過微加工技術(shù)所制造的微機(jī)械組件。通過 其使用，已實(shí)現(xiàn)各種微功能元件。作為用于壓電元件的替代，已對(duì)利用這種技術(shù)的電容變換 器進(jìn)行了研究。通過這種電容變換器，可使用振動(dòng)膜片（membrane)的振動(dòng)來發(fā)送和接收超 聲波，并且可容易地獲得特別是在液體中的優(yōu)異寬帶特性。
[0003] 存在包括如下元件的電容變換器：在所述元件中，以正方形形狀或矩形形 狀來布置單元（cell)，并且相鄰單元之間的間隙是均勻的（參見日本專利申請(qǐng)公開 No. 2008-98697)。并且，存在如下電容變換器：在所述電容變換器中，元件端部中的單元的 發(fā)送效率或接收靈敏度低于元件中間部分中的單元的發(fā)送效率或接收靈敏度（參見美國 專利 No. 8456958)。
[0004] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利申請(qǐng)公開No. 2008-98697
[0005] 專利文獻(xiàn)2 :美國專利No. 8456958


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在用包含以正方形形狀或矩形形狀來布置單元且相鄰單元之間的間隙均勻的元 件的電容變換器發(fā)送超聲波的情況下，輻射（radiated)的聲壓在元件的端部和中間部分 中是均勻的。因此，容易出現(xiàn)超聲束的旁瓣（side lobe)。使用超聲束的超聲圖像的質(zhì)量可 由于旁瓣而劣化。在接收的情況下，圖像質(zhì)量也可以以類似的方式劣化。
[0007] 在元件端部中的單元的發(fā)送效率或接收靈敏度比中間部分低的電容變換器中，結(jié) 構(gòu)使得元件端部中的單元的形狀和元件中間部分中的單元的形狀不同。通過該配置，通過 其縮減旁瓣的切趾（apodization)是可能的。因此，可在發(fā)送或接收超聲波時(shí)發(fā)送或接收 不必要的頻帶中的超聲波，以使SN比劣化。
[0008] 本發(fā)明是基于對(duì)這種任務(wù)的認(rèn)識(shí)而作出的。本發(fā)明的目的是縮減電容變換器中的 旁瓣。
[0009] 本發(fā)明提供一種電容變換器，該電容變換器包括：
[0010] 包含多個(gè)單元的元件，所述多個(gè)單元被支撐，使得包含其間形成有間隙的一對(duì)電 極之一的振動(dòng)膜片能夠振動(dòng)，
[0011] 其中，元件端部中的單元之間的距離大于元件中間部分中的單元之間的距離。
[0012] 本發(fā)明還提供一種電容變換器的制造方法，所述電容變換器包括元件，所述元件 包括多個(gè)單元，
[0013] 所述方法包括以下步驟：
[0014] 形成多個(gè)第一電極；以及
[0015] 形成能夠振動(dòng)并包含分別與所述多個(gè)第一電極成對(duì)的多個(gè)第二電極的振動(dòng)膜片， 以由此形成多個(gè)包含一對(duì)的第一電極和第二電極的單元，
[0016] 其中，在形成的步驟中，使得元件端部中的單元之間的距離大于元件中間部分中 的單元之間的距離。
[0017] 通過本發(fā)明，可以縮減電容變換器中的旁瓣。
[0018] 從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將變得明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1A是例子1中的電容變換器的頂視圖；
[0020] 圖1B是例子1中的電容變換器的沿線A-B的截面圖；
[0021] 圖2A是例子2中的電容變換器的頂視圖；
[0022] 圖2B是例子2中的電容變換器的沿線A-B的截面圖；
[0023] 圖3A至3E是示出電容變換器的制備方法的沿線A-B的截面圖；以及
[0024] 圖4是示出對(duì)象信息獲取裝置的配置的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。注意，以下描述的組件的尺度、材料和 形狀，其相對(duì)布置等應(yīng)依賴于本發(fā)明所應(yīng)用的裝置的配置或各種條件而適當(dāng)?shù)馗淖儯⑶?并不意在將本發(fā)明的范圍限于以下描述。
[0026] 本發(fā)明是針對(duì)用于超聲波的電容變換器作出的，并可被應(yīng)用于通過使用變換器發(fā) 送或接收超聲波的裝置和方法。并且，本發(fā)明的主題包含利用超聲回聲技術(shù)的裝置，在所述 裝置中，超聲波被發(fā)送到諸如活體的對(duì)象，并且接收在對(duì)象內(nèi)反射和傳播的回聲波。通過基 于回聲波的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，可獲取反映對(duì)象內(nèi)的聲阻抗差的特性信息。
[0027] 除了回聲波以外，本發(fā)明的電容變換器還可被用于接收當(dāng)對(duì)象被來自光源的光照 射時(shí)通過光聲效應(yīng)由對(duì)象內(nèi)的光吸收體產(chǎn)生和傳播的光聲波。通過分析光聲波，可以獲取 與對(duì)象內(nèi)部有關(guān)的功能信息或光學(xué)特性信息。這種裝置通過在對(duì)于接收的回聲波或光聲波 已執(zhí)行通過信號(hào)處理部件（unit)進(jìn)行的處理之后用信息處理設(shè)備執(zhí)行分析來獲得特性信 息，并因此可被稱為對(duì)象信息獲取裝置。通過在顯示部件中將特性信息作為圖像數(shù)據(jù)顯示， 諸如診斷的內(nèi)部檢查是可能的。
[0028] 本發(fā)明也可被理解為控制對(duì)象信息獲取裝置的方法、對(duì)象信息獲取方法或聲波測(cè) 量方法。并且，本發(fā)明也可被理解為用諸如CPU或電路的信息處理部件實(shí)現(xiàn)這種方法的程 序。本發(fā)明也可被理解為本發(fā)明的特征性的電容變換器的制造方法或利用該電容變換器的 探測(cè)器的制造方法。
[0029] 在利用電容變換器來獲取特性信息的情況下，其中布置有單個(gè)或多個(gè)元件的探測(cè) 器的使用是優(yōu)選的。通過保持對(duì)象以用探測(cè)器掃描，在寬范圍上的測(cè)量是可能的。如果對(duì) 象是乳房（breast)，那么優(yōu)選使用例如板狀構(gòu)件或杯狀構(gòu)件用于保持。
[0030] 本發(fā)明中提到的超聲波是作為聲波的典型例子給出的，該聲波也被稱為音波或彈 性波。波長(zhǎng)等不受限制。
[0031] 以下將使用圖1A和1B描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1A是本發(fā)明的電容變換器的頂 視圖，圖1B是沿圖1A中的線A-B的截面圖。在本發(fā)明的電容變換器的元件14中，形成多 個(gè)單元12。包含于電容變換器中的元件的數(shù)量在圖1A中是1個(gè)，但可以為任何數(shù)量。這 里，元件指的是電容變換器的各元件，其信號(hào)提取電極被形成該元件的所有單元共享。艮Ρ， 以元件為單位（in terms of the elements)來執(zhí)行電信號(hào)的輸出。包含于元件14中的單 元的數(shù)量在圖1A中為63個(gè)，但可以為任何數(shù)量。
[0032] 在單元中，振動(dòng)膜片9被支撐以能夠振動(dòng)。振動(dòng)膜片9包含第二電極1。第二電極 1被設(shè)置為使得第一電極2在間隙3(即，空腔）對(duì)面。在圖1B中，振動(dòng)膜片具有第二電極 1被夾在第一膜片7與第二膜片8之間的配置。但是，僅具有第二電極或者僅具有第一膜片 和第二電極的配置是可接受的，只要振動(dòng)膜片能夠振動(dòng)并包含第二電極即可。如后面將描 述的那樣，附圖標(biāo)記4表示蝕刻路徑，附圖標(biāo)記6表示密封部分，附圖標(biāo)記10表示基板，附 圖標(biāo)記11和15表示第一和第二絕緣膜。
[0033] 第一電極或第二電極被用作用于施加偏壓的電極或者用于添加電信號(hào)或提取電 信號(hào)的電極。在這種情況下，第一電極被用作用于施加偏壓的電極，且第二電極被用作信號(hào) 提取電極，但其可以相反。用于施加偏壓的電極也在元件內(nèi)被共享。配置可使得在元件之 間共享偏壓。但是，信號(hào)提取電極必須對(duì)于各元件是電分離的。
[0034] 在圖1A中的電容變換器的元件中，元件端部中的單元之間的間隙大于元件中間 部分中的單元之間的間隙。優(yōu)選單元之間的間隙從元件的端部向著中間部分變窄。依賴于 所想要的超聲束的形狀來設(shè)計(jì)元件端部中的一對(duì)單元之間的間隙和元件中間部分中的一 對(duì)單元之間的間隙就足夠了。例如，設(shè)計(jì)可根據(jù)高斯束（Gaussian beam)的分布。由于元 件端部中的單元的密度小于元件中間部分中的單元的密度，因此輻射的聲壓在元件端部中 比在元件中間部分中小。以類似的方式，由于元件端部中的單元的密度小于元件中間部分 中的單元的密度，因此接收的聲壓在元件端部中比在元件中間部分中小。
[0035] 超聲束從元件大致垂直地被輻射。這一般被稱為主瓣。并且，旁瓣仿佛圍繞主瓣 一樣出現(xiàn)。當(dāng)發(fā)送或接收的超聲波的波長(zhǎng)較短、元件的尺寸較大、或者元件端部中的發(fā)送效 率或接收靈敏度較高時(shí)，旁瓣較強(qiáng)。
[0036] 由此，與整個(gè)元件從中間部分到端部具有相同的發(fā)送效率或接收靈敏度的電容變 換器相比，可以縮減在超聲束側(cè)出現(xiàn)的旁瓣。在接收的情況中，也可以以類似的方式減小由 旁瓣導(dǎo)致的干涉。因此，由于可以減小不沿超聲束的方向且不來自目標(biāo)的超聲信號(hào)且可提 高接收信號(hào)的SN比，所以可以形成高質(zhì)量的超聲圖像。
[0037] 由于形成元件的所有單元的形狀相同，因此所有單元的發(fā)送效率和接收靈敏度相 同。因此，由于不發(fā)送和接收不必要頻帶中的信號(hào)，所以可防止SN比的劣化。單元的形狀 "相同"，即，形狀可精確地（exactly)相同，或者可包含單元的轉(zhuǎn)換效率的頻率特性可被視 為相同的程度的誤差（諸如由于制造過程導(dǎo)致的誤差）。
[0038] 由于形成元件的所有單元的振動(dòng)膜片的形狀相同，因此所有單元的輻射阻抗大致 相同。輻射阻抗指的是由振動(dòng)膜片推動(dòng)諸如液體的聲學(xué)介質(zhì)所導(dǎo)致的力與振動(dòng)膜片的速度 之比，并且表示輻射能力。由于在該配置中所有單元的輻射阻抗相同，因此所有單元的發(fā)送 效率和接收靈敏度大致相同。
[0039] 由于在該配置中可使得元件內(nèi)的所有單元的振動(dòng)膜片的尺寸相同，因此，在用半 導(dǎo)體制造過程進(jìn)行制備的情況下，光掩模上的單元的布局是容易的。在如該配置中那樣間 隙為lym或更小的情況下，用于犧牲層的蝕刻時(shí)間依賴于犧牲層的面積。因此，由于在該 配置中所有單元的犧牲層的面積相同，所以可使得所有單元的蝕刻時(shí)間相同，并且可制造 沒有犧牲層的殘留物且性能變動(dòng)小的電容變換器。
[0040] 并且，該配置可使得不電連接的偽（du_y)單元被布置于有源（active)單元之間 且鄰近單元之間的距離（包含有源單元位置和偽單元位置的全部位置之間的距離）相等。 有源單元與信號(hào)提取電極連接，有源單元是并聯(lián)電連接的單元，并且偽單元是不與有源單 元電連接且不執(zhí)行超聲波的發(fā)送和接收的單元。單元之間的距離"相同"，即，單元之間的距 離可精確地相同，或者可包含聲學(xué)串?dāng)_可被視為相同的程度的誤差（諸如由于制造過程導(dǎo) 致的誤差）。
[0041] 電容變換器的元件由多個(gè)單元形成，并且在各單元已發(fā)送或接收超聲波的情況 下，振動(dòng)膜片振動(dòng)。由于由振動(dòng)膜片的振動(dòng)產(chǎn)生的音波，因此在各個(gè)單元之間出現(xiàn)聲學(xué)串 擾。通過在有源單元之間布置偽單元，可使得各個(gè)單元的聲學(xué)串?dāng)_大致相同。由此，所有單 元的發(fā)送效率和接收靈敏度大致相同。因此，由于不發(fā)送和接收不必要頻帶中的信號(hào)，所以 可以防止SN比的劣化。
[0042] 并且，該配置可使得所有相鄰單元之間的間隙相同。該配置的電容變換器的元件 的所有單元的發(fā)送效率和接收靈敏度相同。因此，由于不發(fā)送和接收不必要頻帶中的信號(hào)， 所以可以防止SN比的劣化。
[0043] 將描述本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)原理。通過使用信號(hào)提取線，電容變換器可從第二電極提取 電信號(hào)。在本實(shí)施例中通過提取線來提取電信號(hào)，但可以使用貫通線等。在本實(shí)施例中從 第二電極提取電信號(hào)，但可從第一電極提取電信號(hào)。
[0044] 在用電容變換器接收超聲波的情況下，通過電壓施加裝置（未示出）向第一電極2 施加 DC電壓，以在電極之間產(chǎn)生電勢(shì)差。在這種情況下，推薦第二電極1被固定于接地電 壓。接地電壓表示電流-電壓轉(zhuǎn)換電路（接收電路）（未示出）的直流中的基準(zhǔn)電勢(shì)。當(dāng) 超聲波入射時(shí)，包含第二電極1的振動(dòng)膜片9變形。因此，第二電極1與第一電極2之間的 間隙3的距離改變，由此改變電容。由于電容的變化，從第二電極1輸出電流，并且電流在 提取線中流動(dòng)。所述電流通過電流-電壓轉(zhuǎn)換電路（未示出）被轉(zhuǎn)換成電壓，并且超聲波 可被接收。如上所述，提取線的配置可被改變，使得向第二電極施加 DC電壓，并且從第一電 極提取電信號(hào)。電流-電壓轉(zhuǎn)換電路優(yōu)選被設(shè)置在圖4中的探測(cè)器402內(nèi)。
[0045] 在發(fā)送超聲波的情況下，在第一電極2與第二電極1之間產(chǎn)生電勢(shì)差的狀態(tài)下作 為發(fā)送信號(hào)向第二電極1施加 AC電壓（包含脈沖電壓），使得振動(dòng)膜片9可通過靜電力而 振動(dòng)。因此，可以發(fā)送超聲波。提取線的配置在發(fā)送的情況下也可改變，使得向第一電極施 加 AC電壓以使振動(dòng)膜片振動(dòng)。
[0046] 通過使用圖3A至3E，將描述本實(shí)施例的制備方法的一種形式。圖3A至3E是其配 置與圖1B大致類似的本發(fā)明的電容變換器的截面圖。圖3A至3E是沿圖1A中的線A-B的 截面圖。
[0047] 如圖3A所示，在基板60上形成第一絕緣膜61?；?0是硅基板，并且設(shè)置第一 絕緣膜61是為了與第一電極絕緣。在基板60是諸如玻璃基板的絕緣基板的情況下，可以 不形成第一絕緣膜61?；?0優(yōu)選是具有小的表面粗糙度的基板。在表面粗糙度大的情 況下，表面粗糙度在作為本步驟之后的步驟的膜片形成步驟中被轉(zhuǎn)?。╰ransfer)，從而導(dǎo) 致由表面粗糙度造成的各個(gè)單元和各個(gè)元件之間的在第一電極與第二電極之間距離的方 面的變動(dòng)。所述變動(dòng)導(dǎo)致發(fā)送和接收的靈敏度的變動(dòng)。因此，基板60優(yōu)選為具有小的表面 粗糖度的基板。
[0048] 接下來，形成第一電極51。對(duì)于第一電極51，優(yōu)選具有小的表面粗糙度的導(dǎo)電材 料，例如，鈦或鋁。在第一電極的表面粗糙度大的情況下，以與基板類似的方式，由于表面粗 糙度而在各個(gè)單元和各個(gè)元件之間在第一電極與第二電極之間距離的方面導(dǎo)致變動(dòng)。因 此，優(yōu)選具有小的表面粗糙度的導(dǎo)電材料。
[0049] 接下來，形成第二絕緣膜65。為了防止在第一電極與第二電極之間施加電壓的情 況下的第一電極與第二電極之間的電短路或電介質(zhì)擊穿，第二絕緣膜65優(yōu)選由具有小的 表面粗糙度的絕緣材料形成。在以低電壓驅(qū)動(dòng)的情況下，由于后面描述的第一膜片層是絕 緣體，因此可以不形成第二絕緣膜65。在第二絕緣膜的表面粗糙度大的情況下，以與基板類 似的方式，由于表面粗糙度而在各個(gè)單元和各個(gè)元件之間在第一電極與第二電極之間距離 的方面導(dǎo)致變動(dòng)。因此，優(yōu)選具有小的表面粗糙度的第二絕緣膜。例子包括硅氮化物膜和 硅氧化物膜。
[0050] 接下來，如圖3B所示，形成犧牲層53。對(duì)于犧牲層53,優(yōu)選具有小的表面粗糙度 的材料。在犧牲層的表面粗糙度大的情況下，以與基板類似的方式，由于表面粗糙度而在各 個(gè)單元和各個(gè)元件之間在第一電極與第二電極之間距離的方面導(dǎo)致變動(dòng)。因此，優(yōu)選具有 小的表面粗糙度的犧牲層。為了縮短去除犧牲層的蝕刻時(shí)間，優(yōu)選蝕刻速度快的材料。
[0051] 希望犧牲層的材料使得用于去除犧牲層的蝕刻液體或蝕刻氣體幾乎不蝕刻第二 絕緣膜、第一膜片層和第二電極。在用于去除犧牲層的蝕刻液體或蝕刻氣體幾乎蝕刻第二 絕緣膜、第一膜片層和第二電極的情況下，出現(xiàn)振動(dòng)膜片的厚度的變動(dòng)和第一電極與第二 電極之間的距離的變動(dòng)。振動(dòng)膜片的厚度的變動(dòng)和第一電極與第二電極之間的距離的變動(dòng) 變?yōu)楦鱾€(gè)單元之間和各個(gè)元件之間的靈敏度的變動(dòng)。在第二絕緣膜和第一膜片層是硅氮化 物膜或硅氧化物膜的情況下，優(yōu)選具有小的表面粗糙度且用于其的蝕刻液體不導(dǎo)致對(duì)第二 絕緣膜、第一膜片層和第二電極的蝕刻的鉻。
[0052] 利用圖3C至3E，將描述形成包含第二電極的振動(dòng)膜片以及通過犧牲層的去除來 形成間隙的步驟。振動(dòng)膜片在圖3A至3E中由第一膜片、第二電極和第二膜片形成，但只要 包含第二電極就可用任何數(shù)量的層形成。
[0053] 如圖3C所不，形成包含第一膜片的第一膜片層57。對(duì)于第一膜片層57,優(yōu)選低的 拉伸應(yīng)力。例如，優(yōu)選300MPa或更小的拉伸應(yīng)力。利用硅氮化物膜，應(yīng)力的控制是可能的， 并且可使得拉伸應(yīng)力為300MPa或更小。在第一膜片具有壓縮應(yīng)力的情況下，第一膜片由于 粘附（sticking)或彎曲（buckling)而變得高度變形。在大的拉伸應(yīng)力的情況下，第一膜 片可被破壞。因此，對(duì)于第一膜片層57,優(yōu)選低的拉伸應(yīng)力。
[0054] 接下來，如圖3D所示，形成第二電極52,并進(jìn)一步形成蝕刻孔（未示出）。然后，經(jīng) 由蝕刻路徑（未示出）通過蝕刻孔去除犧牲層53。對(duì)于第二電極52,優(yōu)選具有小的殘余應(yīng) 力并具有耐熱性的材料。在第二電極的殘余應(yīng)力大的情況下，振動(dòng)膜片變得高度變形。因 此，優(yōu)選具有小的殘余應(yīng)力的第二電極。優(yōu)選材料不依賴于形成第二膜片層或用于形成密 封部分的密封層時(shí)的溫度等而導(dǎo)致轉(zhuǎn)變（transformation)和應(yīng)力增大。
[0055] 在露出第二電極的狀態(tài)下執(zhí)行犧牲層的去除的情況下，需要在涂敷有用于保護(hù)第 二電極的光致抗蝕劑等的同時(shí)執(zhí)行犧牲層的蝕刻。由于由光致抗蝕劑等導(dǎo)致的應(yīng)力有助于 第一膜片的粘附，因此優(yōu)選第二電極具有耐蝕刻性，使得犧牲層的蝕刻在沒有光致抗蝕劑 而露出第二電極的狀態(tài)下是可行的。粘附指的是去除犧牲層之后的作為結(jié)構(gòu)的振動(dòng)膜片的 粘著。例如，優(yōu)選欽、錯(cuò)娃合金等。
[0056] 接下來，如圖3E所示，形成包含第二膜片的第二膜片層58。在本步驟中，形成第二 膜片，并形成用于密封蝕刻孔（未示出）的密封部分。通過形成第二膜片層58,第二膜片被 形成，以形成具有希望的彈簧常數(shù)的振動(dòng)膜片，并使得能夠密封蝕刻孔。
[0057] 在如本步驟中那樣密封蝕刻孔的步驟和形成第二膜片的步驟相同的情況下，可僅 通過膜片形成步驟形成振動(dòng)膜片。因此，由于易于控制振動(dòng)膜片的厚度并且可以減小由于 厚度變動(dòng)所導(dǎo)致的振動(dòng)膜片的彈簧常數(shù)變動(dòng)或偏轉(zhuǎn)變動(dòng)，所以可以減小單元或元件之間的 接收或發(fā)送靈敏度的變動(dòng)。
[0058] 密封蝕刻孔的步驟和形成第二膜片的步驟可以是分離的步驟。可使得在形成第二 膜片之后形成密封部分或者在形成密封部分之后形成第二膜片。
[0059] 對(duì)于第二膜片層，優(yōu)選具有低的拉伸應(yīng)力的材料。以與第一膜片類似的方式，在第 二膜片具有壓縮應(yīng)力的情況下，第一膜片由于粘附或彎曲而變得高度變形。在大的拉伸應(yīng) 力的情況下，第二膜片可被破壞。因此，對(duì)于第二膜片層，優(yōu)選低的拉伸應(yīng)力。利用硅氮化 物膜，應(yīng)力的控制是可能的，并且可使得拉伸應(yīng)力為300MPa或更小。
[0060] 對(duì)于密封部分，防止液體或外部空氣進(jìn)入間隙中就足夠了。特別地，在減小的壓力 下密封的情況下，振動(dòng)膜片通過大氣壓力而變形，并且第一電極與第二電極之間的距離減 小。由于發(fā)送或接收靈敏度與第一電極和第二電極之間的有效距離的1. 5次冪成比例，因 此，可通過在減小的壓力下密封以使得間隙中的壓力低于大氣壓力來改善發(fā)送或接收靈敏 度。有效距離考慮到間隙與通過除以介電常數(shù)所獲得的用于第一電極和第二電極的絕緣膜 的值。
[0061] 在本步驟之后，通過未示出的步驟形成用于連接第一電極與第二電極的線。線的 材料可以是鋁等。
[0062] 通過這種制造方法，可以制造具有用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所需要的配置的電容變換 器。
[0063] 為了詳細(xì)描述本發(fā)明，以下將給出更具體的例子。
[0064]〈例子 1>
[0065] 以下將使用圖1A和1B描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1A是本發(fā)明的電容變換器的頂 視圖，圖1B是沿圖1A中的線A-B的截面圖。本發(fā)明的電容變換器的元件14由63個(gè)單元 12形成。包含于電容變換器中的元件的數(shù)量在圖1A中是1個(gè)，但可以是任何數(shù)量。
[0066] 單元12被支撐，使得包含與第一電極2跨著間隙3設(shè)置的第二電極1的振動(dòng)膜片 9能夠振動(dòng)。振動(dòng)膜片9具有第二電極1被夾在第一膜片7與第二膜片8之間的配置。第 一電極2是用于施加偏壓的電極，并且第二電極1是信號(hào)提取電極。本例子中的振動(dòng)膜片 的形狀是圓形。但是，形狀可以是四邊形、六邊形等。在圓形的情況下，振動(dòng)模式是軸對(duì)稱 的。因此，可減小由于不必要的振動(dòng)模式導(dǎo)致的振動(dòng)膜片的振動(dòng)。
[0067] 硅基板10上的第一絕緣膜11是通過熱氧化形成且具有1 μ m的厚度的硅氧化物 膜。第二絕緣膜15是通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PE-CVD)形成并具有0. 1 μ m的厚度 的硅氧化物膜。第一電極是具有50nm的厚度的鋁，并且第二電極1是具有100nm的厚度的 鋁。第一膜片7和第二膜片8是通過PE-CVD制備的硅氮化物膜，并且形成有200MPa或更 低的拉伸應(yīng)力。第一膜片7和第二膜片8的直徑為25 μ m。各個(gè)厚度為0. 4 μ m和0. 7 μ m。
[0068] 在圖1A中的電容變換器的元件中，元件端部中的單元之間的間隙比元件中間部 分中的單元之間的間隙大。由于元件端部中的單元的密度比元件中間部分中的單元的密度 低，因此輻射的聲壓在元件端部中比在元件中間部分中小。以類似的方式，由于元件端部中 的單元的密度比元件中間部分中的單元的密度低，因此接收的聲壓在元件端部中比在元件 中間部分中小。由此，與在整個(gè)元件上從中間部分到端部具有相同的發(fā)送效率或接收靈敏 度的電容變換器相比，可以縮減在超聲束側(cè)出現(xiàn)的旁瓣。因此，可以減少不沿超聲束的方向 且不來自目標(biāo)的超聲信號(hào)，且可形成高質(zhì)量的超聲圖像。由于形成元件的所有單元的形狀 相同，因此所有單元的發(fā)送效率和接收靈敏度相同。因此，由于不發(fā)送和接收不必要頻帶中 的信號(hào)，所以可防止SN比的劣化。
[0069] 由于形成元件的所有單元的振動(dòng)膜片的形狀相同，因此所有單元的輻射阻抗大致 相同。由于在該配置中所有單元的輻射阻抗相同，因此所有單元的發(fā)送效率和接收靈敏度 大致相同。
[0070] 由于在該配置中可使得元件內(nèi)的所有單元的振動(dòng)膜片的尺寸相同，因此，在用半 導(dǎo)體制造過程制備的情況下，光掩模上的單元的布局是容易的。在如該配置中那樣間隙為 1 μ m或更小的情況下，犧牲層的蝕刻時(shí)間依賴于犧牲層的面積。因此，由于在該配置中所有 單元的犧牲層的面積相同，所以可使得所有單元的蝕刻時(shí)間相同，并且可制造沒有犧牲層 的殘留物且性能變動(dòng)小的電容變換器。
[0071] 單元的振動(dòng)膜片的形狀在元件內(nèi)相同，并且僅僅從上面觀看時(shí)的單元的布置不均 勻。由此，在使用半導(dǎo)體制造過程制備本發(fā)明的電容變換器的情況下，利用與單元布置均勻 的電容變換器相同的制造方法進(jìn)行制備是可行的。
[0072] 〈例子 2>
[0073] 將使用圖2A和2B描述例子2的電容變換器的配置。圖2A是本發(fā)明的電容變換 器的頂視圖。例子2在電容變換器的配置方面與例子1大致類似。由此，將主要描述不同 之處。
[0074] 圖2A和2B中的電容變換器包含第二電極21、第一電極22、間隙23、密封部分26、 第一膜片27、第二膜片28、振動(dòng)膜片29、基板30、第一絕緣膜31、單元32、元件34和第二絕 緣膜35。
[0075] 在圖2A中的電容變換器的元件中，配置使得不電連接的偽單元被布置于有源單 元之間。鄰近單元之間的距離（在單元位置在廣義上被認(rèn)為包含有源單元位置和偽單元位 置的情況下，為單元位置之間的距離）相等。有源單元與信號(hào)提取電極連接，有源單元是 并聯(lián)電連接的單元，并且偽單元是不與有源單元電連接且不執(zhí)行超聲波的發(fā)送和接收的單 J Li 〇
[0076] 在本例子的情況下，在單元在廣義上被認(rèn)為包含有源單元和偽單元的情況下，單 元之間的間隙（在廣義上）相等。在單元在狹義上僅被認(rèn)為是有源單元（與超聲波發(fā)送 或接收有關(guān)）的情況下，單元之間的間隙（在狹義上）依賴于元件的位置。例如，在圖2A 中，在諸如從頂部起的第6至8行中的元件中間部分中有源單元相鄰，并且單元之間的間隙 (在狹義上）相對(duì)窄。向著元件端部，偽單元被布置于第2和9行中，并且鄰近單元之間的 間隙（在狹義上）大。
[0077] 電容變換器的元件由多個(gè)單元形成，并且在各單元已發(fā)送或接收超聲波的情況 下，振動(dòng)膜片振動(dòng)。由于由振動(dòng)膜片的振動(dòng)所產(chǎn)生的音波，在各個(gè)單元之間出現(xiàn)聲學(xué)串?dāng)_。 通過在有源單元之間布置偽單元且單元之間的所有距離（在廣義上）相等的配置，可使得 各個(gè)單元的聲學(xué)串?dāng)_相同。由此，所有單元的發(fā)送效率和接收靈敏度大致相同。因此，由于 不發(fā)送和接收不必要頻帶中的信號(hào)，所以可防止SN比的劣化。
[0078] 在根據(jù)本發(fā)明的電容變換器中，如上所述，元件端部中的單元之間的間隙比元件 中間部分中的單元之間的間隙大。由于元件端部中的單元的密度比元件中間部分中的單元 的密度低，因此輻射的聲壓在元件端部中比在元件中間部分中小。以類似的方式，由于元件 端部中的單元的密度比元件中間部分中的單元的密度低，因此接收的聲壓在元件端部中比 在元件中間部分中小。
[0079] 由此，與在整個(gè)元件上從中間部分到端部具有相同的發(fā)送效率或接收靈敏度的電 容變換器相比，可以縮減在超聲束側(cè)出現(xiàn)的旁瓣。在接收的情況中，也可以以類似的方式減 小由旁瓣導(dǎo)致的干涉。因此，由于可以減小不沿超聲束的方向且不來自目標(biāo)的超聲信號(hào)且 可提高接收信號(hào)的SN比，所以可以形成高質(zhì)量的超聲圖像。由于形成元件的所有單元的形 狀相同，因此所有單元的發(fā)送效率和接收靈敏度相同。因此，由于不發(fā)送和接收不必要頻帶 中的信號(hào)，所以可防止SN比的劣化。
[0080] 〈應(yīng)用例子〉
[0081] 上述的電容變換器可被應(yīng)用于通過使用該電容變換器接收或發(fā)送聲波的探測(cè)器。 例如，在圖4中，探測(cè)器402包含多個(gè)元件403。通過發(fā)送部件405根據(jù)信息處理部件406 的命令來執(zhí)行對(duì)所發(fā)送的聲波的控制，從各元件產(chǎn)生聲波。在接收時(shí)，從各元件輸出的電信 號(hào)經(jīng)受通過信號(hào)處理部件404進(jìn)行的處理（例如，放大或AD轉(zhuǎn)換）。
[0082] 圖4示出上述探測(cè)器用作對(duì)象信息獲取裝置的組件。
[0083] 首先，將描述對(duì)象401內(nèi)的光吸收體吸收來自光源（未不出）的光以產(chǎn)生光聲波 的情況。此時(shí)，光聲波在對(duì)象內(nèi)傳播并被元件接收。從元件輸出的電信號(hào)被輸入到信號(hào)處 理部件并經(jīng)受信號(hào)處理?；趶男盘?hào)處理部件輸入的信號(hào)，信息處理部件通過已知的圖像 重構(gòu)處理來產(chǎn)生對(duì)象內(nèi)的初始聲壓分布、吸收系數(shù)分布等作為特性信息。在診斷時(shí)，這種信 息可根據(jù)需要在顯示部件407中作為圖像數(shù)據(jù)被顯示。在本說明書中，由信號(hào)處理部件和 信息處理部件形成的配置可被稱為處理部件。
[0084] 接下來，將描述獲取與對(duì)象內(nèi)部有關(guān)的回聲信息的情況。利用此時(shí)通過發(fā)送部件 發(fā)送的控制信號(hào)，從各元件發(fā)送聲波。在對(duì)象內(nèi)的聲阻抗邊界處反射的聲波再次被元件接 收。以與光聲波的情況類似的方式，從元件輸出的接收信號(hào)經(jīng)受已知的信號(hào)處理、重構(gòu)處理 或圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生。在利用反射波的裝置的情況下，可與用于接收的探測(cè)器分離地設(shè)置用于 聲波發(fā)送的探測(cè)器。
[0085] 并且，本發(fā)明的電容變換器可被應(yīng)用于具有作為利用光聲波的裝置和利用回聲波 的裝置的兩種功能的裝置。
[0086] 探測(cè)器可以用于機(jī)械掃描，或者可以是由諸如醫(yī)生或技師的用戶把持并相對(duì)于對(duì) 象被移動(dòng)的（手持類型的）探測(cè)器。特別是在機(jī)械掃描作為活體的對(duì)象的情況下，通過用 保持裝置保持對(duì)象，使得穩(wěn)定的測(cè)量是可能的。如果對(duì)象是乳房，那么板狀或杯狀保持裝置 是合適的。
[0087] 雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但要理解，本發(fā)明不限于公開的示例性 實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍要被賦予最寬的解釋，以包含所有這樣的修改以及等同的結(jié) 構(gòu)和功能。
【權(quán)利要求】
1. 一種電容變換器，包括： 包含多個(gè)單元的元件，所述多個(gè)單元被支撐，使得包含其間形成有間隙的一對(duì)電極之 一的振動(dòng)I吳片能夠振動(dòng)， 其中，元件端部中的單元之間的距離大于元件中間部分中的單元之間的距離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的電容變換器，其中，所述多個(gè)單元是并聯(lián)電連接的有源單元，并且 元件被布置有所述有源單元和不電連接的偽單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的電容變換器，其中，用于相鄰的有源單元或偽單元的距離相等。
4. 一種探測(cè)器，包括根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的電容變換器。
5. -種對(duì)象信息獲取裝置，包括： 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的電容變換器；以及 處理部件，在所述處理部件中，使用由于從對(duì)象傳播的聲波入射于振動(dòng)膜片上而從電 容變換器輸出的電信號(hào)，來獲取與對(duì)象內(nèi)部有關(guān)的特性信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的對(duì)象信息獲取裝置，還包括發(fā)送部件，利用所述發(fā)送部件，通過向 所述一對(duì)電極施加電壓而使振動(dòng)膜片振動(dòng)來導(dǎo)致聲波的發(fā)送， 其中，聲波是發(fā)送的聲波從對(duì)象內(nèi)部的反射。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的對(duì)象信息獲取裝置，還包括光源， 其中，聲波是從照射有來自光源的光的對(duì)象產(chǎn)生的光聲波。
8. -種電容變換器的制造方法，所述電容變換器包括元件，所述元件包括多個(gè)單元， 所述方法包括以下步驟： 形成多個(gè)第一電極；以及 形成能夠振動(dòng)并包含分別與所述多個(gè)第一電極成對(duì)的多個(gè)第二電極的振動(dòng)膜片，以由 此形成多個(gè)包含一對(duì)的第一電極和第二電極的單元， 其中，在形成的步驟中，使得元件端部中的單元之間的距離大于元件中間部分中的單 元之間的距離。
【文檔編號(hào)】B06B1/02GK104117476SQ201410171904
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月25日
【發(fā)明者】虎島和敏, 長(zhǎng)永兼一 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社