(57)【要約】      （修正有）【課題】熱音響装置及び熱音響装置アレイに関し、特にカーボンナノチューブを利用した熱音響装置及び熱音響装置アレイを提供する。【解決手段】熱音響装置１０は、基板１００と、音波発生ユニットを含み、前記基板は、対向する第一表面及び第二表面を含み、シリコンからなり、前記音波発生ユニットは、音波発生素子１１０と、絶縁層１２０と、第一電極１０６と、第二電極１１６と、を含み、前記音波発生素子は、カーボンナノチューブ構造体を含み、前記基板の第一表面に設置され、前記基板と絶縁して設置され、前記少なくとも一つの第一電極及び前記少なくとも一つの第二電極は、間隔をあけて設置され、前記音波発生素子と電気的に接続され、前記第一表面は、間隔をあけて平行な複数の凹部１０２を有し、前記カーボンナノチューブ構造体における凹部と対応する部分は懸架して設置される。【選択図】図１
2014103649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、音波発生ユニットを含む熱音響装置であって、
前記基板は、対向する第一表面及び第二表面を含み、
前記音波発生ユニットは、音波発生素子と、絶縁層と、少なくとも一つの第一電極と、少なくとも一つの第二電極と、を含み、
前記音波発生素子は、カーボンナノチューブ構造体を含み、前記基板の第一表面に設置され、前記基板と絶縁して設置され、
前記少なくとも一つの第一電極及び前記少なくとも一つの第二電極は、間隔をあけて設置され、前記音波発生素子と電気的に接続され、
前記第一表面は、間隔をあけて平行な複数の凹部を有し、
前記カーボンナノチューブ構造体の前記凹部と対応する部分は、懸架して設置され、
前記基板はシリコンからなり、前記凹部の深さは１００μｍ〜２００μｍであることを特徴とする熱音響装置。
【請求項２】
基板と、複数の音波発生ユニットを含む熱音響装置アレイであって、
前記基板は、一つの表面を含み、
前記基板の一つの表面は、間隔をあけて設置される複数の凹部を有し、前記基板の一つの表面に複数の音波発生ユニットが設置されていて、
前記複数の音波発生ユニットの各々は、音波発生素子と、絶縁層と、少なくとも一つの第一電極と、少なくとも一つの第二電極と、を含み、
前記音波発生素子は、前記基板の一つの表面に設置され、前記音波発生素子の前記凹部と対応する部分は、懸架して設置され、
前記少なくとも一つの第一電極及び前記少なくとも一つの第二電極は、間隔をあけて設置され、それぞれ前記音波発生素子と電気的に接続され、隣接する第一電極及び第二電極の間に、少なくとも一つの凹部を有することを特徴とする熱音響装置アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響装置及び熱音響装置アレイに関し、特にカーボンナノチューブを利用した熱音響装置及び熱音響装置アレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、音響装置は、信号装置及び音波発生素子を含む。信号装置は、信号を音波発生素子に送信する。熱音響装置は、熱音響現象を利用した音響装置の一種であり、導電体に交流電流を流すと熱により音が発生する。導電体に交流電流を流すと、熱音響装置に熱が生じ、周辺の媒体へ伝播される。伝播された熱によって生じた熱膨張及び圧力波によって、音波を発生させることができる。
【０００３】
非特許文献１には、熱音響装置が掲載されている。熱音響装置の音波発生素子は、カーボンナノチューブフィルムを利用する。カーボンナノチューブフィルムは、比表面積が非常に高く、且つ単位面積当たりの熱容量（２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋより小さい）も非常に低いため、熱音響装置が発生させた音波は強く、熱音響周波数（１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚ）が広い。
【０００４】
従来の製造方法において、熱音響装置は、ガラス基板に設置される。しかし、技術の制限により、ガラスは加工及び小型化が容易ではなく、また、他の電子素子と集積しにくい。また、ガラスは、熱伝導性に優れず、長時間作動すると、温度が高くなり、熱音響効果に影響する。且つ、カーボンナノチューブフィルムの厚さは薄いため、損傷し易く、生産及び小型化に不利であるため、熱音響装置を産業化することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０７１９６号公報
【特許文献２】特開２００６−１６１５６３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｌｉｎ  Ｘｉａｏ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｆｌｅｘｉｂｌｅ，Ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ，Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒｓ”，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８（１２），ｐ．４５３９−４５４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、前記課題を解決するために、本発明は生産し易く、且つ小型化及び産業化を実現することができる熱音響装置及び熱音響装置アレイを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱音響装置は、基板と、音波発生ユニットを含む熱音響装置であって、前記基板は、対向する第一表面及び第二表面を含み、前記音波発生ユニットは、音波発生素子と、絶縁層と、少なくとも一つの第一電極と、少なくとも一つの第二電極と、を含み、前記音波発生素子は、カーボンナノチューブ構造体を含み、前記基板の第一表面に設置され、前記基板と絶縁して設置され、前記少なくとも一つの第一電極及び前記少なくとも一つの第二電極は、間隔をあけて設置され、前記音波発生素子と電気的に接続され、前記第一表面は、間隔をあけて平行な複数の凹部を有し、前記カーボンナノチューブ構造体の前記凹部と対応する部分は、懸架して設置され、前記基板はシリコンからなり、前記凹部の深さは１００μｍ〜２００μｍである。
【０００９】
本発明の熱音響装置アレイは、基板と、複数の音波発生ユニットを含む熱音響装置アレイであって、前記基板は、一つの表面を含み、前記基板の一つの表面は、間隔をあけて設置される複数の凹部を有し、前記基板の一つの表面に複数の音波発生ユニットが設置されていて、前記複数の音波発生ユニットの各々は、音波発生素子と、絶縁層と、少なくとも一つの第一電極と、少なくとも一つの第二電極と、を含み、前記音波発生素子は、前記基板の一つの表面に設置され、前記音波発生素子の前記凹部と対応する部分は、懸架して設置され、前記少なくとも一つの第一電極及び前記少なくとも一つの第二電極は、間隔をあけて設置され、それぞれ前記音波発生素子と電気的に接続され、隣接する第一電極及び第二電極の間に、少なくとも一つの凹部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
従来の技術と比べて、本発明の熱音響装置には、以下の優れた点がある。第一に、本発明の熱音響装置は、基板がシリコンであるため、シリコン基板の表面に、複数の凹部と複数の突起を有することによって、カーボンナノチューブフィルムを支持し、且つカーボンナノチューブフィルムを保護し、優れた熱音響効果を実現する。また、カーボンナノチューブフィルムが損傷されにくい。第二に、従来のシリコン半導体技術を利用して、熱音響装置を加工でき、生産し易く、且つ微小な部品を製造でき、産業化でき、小さいサイズの熱音響装置を生産できる。また、本発明の熱音響装置アレイは、前記熱音響装置の優れた点を含み、且つ熱音響装置アレイ自体を加工できる。即ち、切断線によって、複数の音波発生ユニットを切断して分離し、複数の熱音響装置を一回で得ることができるため、熱音響装置の産業化に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１における熱音響装置の構造図である。
【図２】実施例１における熱音響装置の図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】本発明の実施例１の熱音響装置におけるカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明の実施例１における熱音響装置の製造工程図である。
【図５】本発明の実施例２における熱音響装置の構造図である。
【図６】熱音響装置に利用された非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。
【図７】熱音響装置に利用されたねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。
【図８】本発明の実施例１における熱音響装置の製造方法において、有機溶剤で処理した後のカーボンナノチューブワイヤの光学顕微鏡写真である。
【図９】本発明の実施例３における熱音響装置の構造図である。
【図１０】本発明の実施例３における熱音響装置の製造工程図である。
【図１１】本発明の実施例４における熱音響装置の構造図である。
【図１２】図１１の線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿った、実施例４における熱音響装置の断面図である。
【図１３】本発明の実施例４における熱音響装置の写真である。
【図１４】本発明の実施例４における熱音響装置の音圧レベル‐周波数の曲線図である。
【図１５】本発明の実施例４における熱音響装置の音の発生効果図である。
【図１６】本発明の実施例５における熱音響装置の構造図である。
【図１７】本発明の実施例６における熱音響装置の構造図である。
【図１８】本発明の実施例７における熱音響装置の構造図である。
【図１９】本発明の実施例８における熱音響装置アレイの斜視図である。
【図２０】本発明の実施例８における熱音響装置アレイの写真である。
【図２１】本発明の実施例９における熱音響装置アレイの斜視図である。
【図２２】本発明の実施例１０における熱音響装置アレイの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１及び図２を参照すると、本実施例の熱音響装置１０は、基板１００と、音波発生ユニットを含み、音波発生ユニットは、音波発生素子１１０と、絶縁層１２０と、第一電極１０６と、第二電極１１６と、を含む。第一電極１０６と第二電極１１６とは、相互に間隔をあけて電気的に絶縁して設置され、それぞれ音波発生素子１１０と電気的に接続される。基板１００は、対向する第一表面１０１及び第二表面１０３を含む。第一表面１０１は、複数の凹部１０２及び複数の突起１０４を有し、複数の凹部１０２及び複数の突起１０４は、交互に現れる。絶縁層１２０は、基板１００の第一表面１０１上に設置され、複数の凹部１０２及び複数の突起１０４の表面に付着する。即ち、絶縁層１２０が、基板１００の第一表面１０１の全体の面を覆って設置される。音波発生素子１１０は、基板１００の第一表面１０１上に設置され、絶縁層１２０によって、基板１００と絶縁して設置される。音波発生素子１１０は、第一区域１１２と第二区域１１４を含む。第一区域１１２は、凹部１０２の位置と対応する一部である。従って、第一区域１１２の音波発生素子１１０は懸架され、凹部１０２の底面と間隔をあけて設置される。第二区域１１４音波発生素子は、突起１０４の位置と対応する一部である。第二区域１１４の音波発生素子１１０は、突起１０４の表面に設置され、絶縁層１２０によって、基板１００と絶縁して設置される。
【００１４】
基板１００は、平面構造であり、その形状に制限はない。例えば、円形、方形、矩形及び他の形状である。基板１００の表面面積は、２５ｍｍ２〜１００ｍｍ２である。具体的には、基板１００の面積は、３６ｍｍ２、６４ｍｍ２或いは８０ｍｍ２である。第一基板１０２の厚さは０．２ｍｍ〜０．８ｍｍである。基板１００が音波発生素子１１０を支持する表面を有することを保証しさえすれば、基板１００は他の構造でも良い。例えば、塊状構造、曲面構造、弧面構造などである。基板１００の材料は、単結晶シリコン或いは多結晶シリコンである。基板１００は熱伝導性に優れるため、音波発生素子１１０が作動中に生成する熱は、外界に伝播されて、音波発生素子１１０の使用寿命を延ばすことができる。本実施例において、基板１００は、正方形の平面構造であり、一辺の長さは、８ｍｍであり、厚さは０．６ｍｍである。また、基板１００の材料は、単結晶シリコンである。
【００１５】
基板１００の第一表面１０１において、複数の凹部１０２は、均一に分布され、特定の規則で分布され、アレイ形式で分布され、或いはランダムに分布される。好ましくは、複数の凹部１０２は、第一表面１０１に均一に分布され、且つ相互に突起１０４によって間隔をあけて設置される。即ち、隣接する二つの凹部１０２の間には、突起１０４が形成される。つまり、隣接する二つの凹部１０２の間の基板１００の表面は、突起１０４の表面である。複数の凹部１０２は、貫通溝、止まり溝、止まり穴のいずれか一種或いは多種である。凹部１０２は、基板１００の第一表面１０１から基板１００の内部に延伸する方向に、一つの底面と該底面に連接する二つの側面を含む。音波発生素子１１０の第一区域１１２は、凹部１０２の位置と対応する。従って、第一区域１１２の音波発生素子１１０は凹部１０２上に懸架され、凹部１０２の底面及び側面には接触しない。
【００１６】
凹部１０２の深度は、必要に応じて及び基板１００の厚さによって選択できる。好ましくは、凹部１０２の深度は、１００μｍ〜２００μｍである。この際、基板１００は、音波発生素子１１０を保護すると同時に、基板１００と音波発生素子１１０との距離を保証する。前記距離により、音波発生器１０８が作動して発生させる熱が、第一基板１０２に完全に吸収されることができる。これにより、発生する熱が周辺の媒体へ伝播されないために音量が低くなることを防止し、かつ音波発生器が各音響周波数に優れた音響効果を有することを保証する。凹部１０２が溝である場合、凹部１０２が第一表面１０１に延伸する長さは、基板１００の一辺の長さより短い。凹部１０２が延伸する方向における横断面の形状は、Ｖ字型、長方形、台形、多辺形、円形或いは他の不規則な形状である。凹部１０２の最大の広さ（ここで、前記最大の広さとは、横断面の幅の最大値である）は、０．２ｍｍ〜１ｍｍである。この最大の広さは、音波発生素子１１０が作動中に破裂することを防止する。または、音波発生素子１１０の駆動電圧を下げる。駆動電圧は１２Ｖより小さいが、好ましくは、５Ｖ以下である。
【００１７】
凹部１０２の横断面が逆台形である場合、溝の幅は、溝の深さが深くなるにつれて狭くなる。逆台形の底面と側面との成す角度はαである。該角度αの大小は、基板１００の材料に関係する。具体的には、角度αの大小は、基板１００の単結晶シリコンの結晶面の角度と同じである。好ましくは、複数の凹部１０２は複数の溝であり、該複数の溝は、相互に平行であり、且つ間隔をあけて均一に分布する。隣接する二つの溝の間の距離は、ｄ１であり、該ｄ１は、２０μｍ〜２００μｍである。前記ｄ１は、基板１００の表面に、スクリーン印刷方法によって、第一電極１０６及び第二電極１１６を形成する際の、エッチングの精確性を保証して音響効果を高める。本実施例において、基板１００の第一表面１０１には、相互に平行であり、且つ間隔をあけて均一に分布する逆台形の複数の溝が設置されている。逆台形の溝の第一表面１０１における最大幅は０．６ｍｍであり、深度は１５０μｍであり、隣接する二つの溝間の距離であるｄ１は１００μｍであり、逆台形の角度αは５４．７°である。
【００１８】
絶縁層１２０は単層構造或いは多層構造である。絶縁層１２０が単層構造である場合、絶縁層１２０は、突起１０４の表面のみに設置され、或いは基板１００の第一表面１０１の全てに付着する。ここで、第一表面１０１の全てに付着するとは、絶縁層１２０が凹部１０２の底面及び側面を被覆し、突起１０４の表面を被覆することを意味する。即ち、絶縁層１２０の起伏の傾向は、凹部１０２と突起１０４の起伏の傾向と同じである。従って、どのような場合でも、絶縁層１２０によって、基板１００と音波発生素子１１０とは絶縁される。基板１００が絶縁材料からなる場合、絶縁層１２０を設置する必要がない。本実施例において、絶縁層１２０は、連続した単層構造であり、基板１００の第一表面１０１の全てを被覆する。絶縁層１２０の材料は、シリカ、窒化ケイ素或いはその組み合わせであり、または他の絶縁材料である。絶縁層１２０によって、基板１００と音波発生素子１１０とを絶縁しても良い。絶縁層１２０の厚さは、１０ｎｍ〜２μｍであり、具体的には、５０ｎｍ、９０ｎｍ或いは１μｍである。本実施例において、絶縁層１２０の厚さは１.２μｍである。
【００１９】
音波発生素子１１０は、基板１００の第一表面１０１に設置される。具体的には、音波発生素子１１０は、絶縁層１２０の表面に設置される。即ち、第一区域１１２の音波発生素子１１０は、凹部１０２に懸架されて設置され、第二区域１１４の音波発生素子１１０は、突起１０４の表面における絶縁層１２０の表面に設置される。音波発生素子１１０は、基板１００に強固に固定するために、突起１０４の表面における絶縁層１２０の表面に接着層或いは接着点を設置する。 
【００２０】
音波発生素子１１０は、単位面積当たりの熱容量が非常に低い。音波発生素子１１０の材料は制限されず、例えば、カーボンナノチューブのみからなる純カーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合構造体或いは他の非カーボンナノチューブの熱音波発生材料である。本実施例において、音波発生素子１１０はカーボンナノチューブのみからなり、単位面積当たりの熱容量は２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋより小さい。具体的には、音波発生素子１１０は導電構造であり、比表面積は非常に高く、その厚さは薄い。これにより、音波発生素子１１０は入力されたエネルギーを熱エネルギーに変換することができる。即ち、音波発生素子１１０は、入力された信号によって、速く昇温し、熱を周辺の媒体へ伝播させ、この伝播された熱によって生じた熱膨張及び圧力波によって、音波を発生させる。
【００２１】
音波発生素子１１０は、好ましくは自立構造である。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、音波発生素子１１０がそれ自体の特定の形状を保持することを意味する。従って、音波発生素子１１０は、その一部分が懸架して設置され、周辺の媒体と十分に接触し、熱を伝播する。音波発生素子１１０はフィルム構造、複数の線状構造が平行に形成する層状構造、或いはフィルム構造及び線状構造の組み合わせである。
【００２２】
音波発生素子１１０は、層状のカーボンナノチューブ構造体である。好ましくは、該層状のカーボンナノチューブ構造体の厚さは０．５ｎｍ〜１ｍｍである。カーボンナノチューブ構造体の厚さが薄い場合、例えば１０ｎｍ以下である場合、カーボンナノチューブ構造体の透明度は優れる。カーボンナノチューブ構造体は自立構造であり、カーボンナノチューブ構造体における複数のカーボンナノチューブは分子間力で相互に引き合い、カーボンナノチューブ構造体は特定の形状を有する。即ち、カーボンナノチューブ構造体の一部は基板１００に支持され、他の部分は懸架される。カーボンナノチューブ構造体における複数のカーボンナノチューブは同じ方向に延伸し、該延伸する方向と溝が延伸する方向とは角度を成す。該角度は０°〜９０°である（０°は含まず）。
【００２３】
カーボンナノチューブ構造体は、少なくともカーボンナノチューブフィルム、複数の平行に設置されるカーボンナノチューブワイヤ、或いは少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルムとカーボンナノチューブワイヤの組み合わせである。カーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブアレイを直接引き出して得られる。カーボンナノチューブフィルムの厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍであり、カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量は１×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋより小さい。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブの一種または多種である。単層カーボンナノチューブの直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍであり、二層カーボンナノチューブの直径は１ｎｍ〜５０ｎｍであり、多層カーボンナノチューブの直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍである。
【００２４】
図３を参照すると、カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブが形成する自立構造であり、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。多数のカーボンナノチューブの延伸する方向はカーボンナノチューブフィルムの表面と基本的に平行である。また、複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。具体的には、多数のカーボンナノチューブにおける各カーボンナノチューブは、延伸する方向における隣接するカーボンナノチューブと、分子間力で端と端とが接続されている。カーボンナノチューブフィルムには、少数のランダムなカーボンナノチューブ含まれているが、これは、多数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されていることに影響しない。
【００２５】
カーボンナノチューブフィルムは自立構造である。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、カーボンナノチューブフィルムを独立して利用することができる形態のことである。すなわち、カーボンナノチューブフィルムを対向する両側から支持して、カーボンナノチューブフィルムの構造を変化させずに、カーボンナノチューブフィルムを懸架させることができることを意味する。
【００２６】
具体的には、カーボンナノチューブフィルムにおける多数のカーボンナノチューブは、絶対的に直線状ではなく少し湾曲している。または、延伸する方向に完全に配列せず、少しずれている場合もある。従って、同じ方向に沿って配列されている多数のカーボンナノチューブの中において、隣同士のカーボンナノチューブが部分接触する可能性がある。カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが基板１００の第一表面１０１にほぼ平行である。カーボンナノチューブ構造体は複数のカーボンナノチューブフィルムを含み、該複数のカーボンナノチューブフィルムは、同一面上で基板１００の第一表面１０１に設置される。さらに、カーボンナノチューブ構造体は、相互に重なった多層のカーボンナノチューブフィルムを含み、隣接する二層のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、交差する角度βを有し、該角度βは０°〜９０°である。
【００２７】
本実施例において、音波発生素子１１０は、単層のカーボンナノチューブフィルムであり、該単層のカーボンナノチューブフィルムの厚さは５０ｎｍである。カーボンナノチューブフィルムは強い接着性を有するため、突起１０４における絶縁層１２０の表面に直接付着できる。カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列されている。該複数のカーボンナノチューブの延伸する方向は、凹部１０２の延伸する方向と角度を成す。好ましくは、複数のカーボンナノチューブの延伸する方向は凹部１０２の延伸する方向と垂直になる。更に、カーボンナノチューブフィルムを突起１０４における絶縁層１２０の表面に付着させた後、有機溶剤によって、基板１００に付着したカーボンナノチューブフィルムを処理する。具体的には、試験管を利用して、有機溶剤をカーボンナノチューブフィルムが浸漬するまで滴らせる。該有機溶剤は揮発性の有機溶剤であり、例えば、エタノール、メタノール、アセトン、塩化エチレン或いはクロロホルムである。本実施例において、有機溶剤はエタノールである。微視的には、揮発性の有機溶剤が揮発する際、表面張力の作用によって、カーボンナノチューブフィルムにおける一部の隣接するカーボンナノチューブは収縮して束になり、カーボンナノチューブフィルムと基板１００との接触面積を増大させ、突起１０４における絶縁層１２０の表面に緊密に付着できる。その他、一部の隣接するカーボンナノチューブが収縮して束になるため、カーボンナノチューブフィルムの機械強度及び強靭さを増強させ、カーボンナノチューブフィルムの表面面積は減少し、接着性は少なくなる。巨視的には、カーボンナノチューブフィルムは均一なフィルム構造になる。
【００２８】
第一電極１０６及び第二電極１１６は、それぞれ音波発生素子１１０と電気的に接続される。これにより、周波数電気信号を音波発生素子１１０に入力することができる。具体的には、第一電極１０６及び第二電極１１６は、絶縁層１２０の基板１００と反対側の表面に、間隔をあけて設置されても良い。または、音波発生素子１１０の基板１００と反対側の表面に、間隔をあけて設置されても良い。第一電極１０６及び第二電極１１６は導電材料からなり、形状及び構造に制限はない。具体的には、第一電極１０６及び第二電極１１６は、細長いストリップ状、棒状或いは他の形状でも良い。その材料は、金属、導電性接着剤、導電ペースト、金属性のカーボンナノチューブ、ＩＴＯなどの導電性材料のいずれか一種である。
【００２９】
本実施例において、音波発生素子１１０に対向する両辺縁における突起１０４における絶縁層１２０の表面に、第一電極１０６及び第二電極１１６がそれぞれ設置され、且つ凹部１０２の延伸する方向と平行にされる。音波発生素子１１０の第一区域１１２及び第二区域１１４は、第一電極１０６と第二電極１１６との間に位置している。第一電極１０６及び第二電極１１６は金属糸からなる。また、音波発生素子１１０の基板１００と反対側の表面に、第一電極１０６及び第二電極１１６がそれぞれ設置されても良い。この際、音波発生素子１１０は、基板１００の表面に緊密に固定される。
【００３０】
カーボンナノチューブはその軸方向に優れた導電性を有するため、カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている場合、カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、好ましくは、第一電極１０６から第二電極１１６までの方向に沿って延伸する。また、第一電極１０６及び第二電極１１６との間の距離は好ましくは基本的に同じである。これにより、第一電極１０６及び第二電極１１６との間におけるカーボンナノチューブの抵抗値は、基本的に同じである。好ましくは、第一電極１０６及び第二電極１１６の長さはカーボンナノチューブ構造体の幅より大きい。この際、カーボンナノチューブ構造体を十分に利用することができる。本実施例において、音波発生素子１１０におけるカーボンナノチューブは、第一電極１０６及び第二電極１１６の長手方向に垂直な方向に配列する。第一電極１０６と第二電極１１６とは平行に設置される。第一電極１０６及び第二電極１１６によって、周波数電気信号をカーボンナノチューブ構造体に入力する。
【００３１】
音波発生素子１１０が音波を発生する原理は、電気‐熱‐音の変換であり、音波発生素子１１０が音波を発生する際、熱が生じる。熱音響装置１０が作動する際、第一電極１０６及び第二電極１１６により、外部回路と電気的に接続され、外部信号を転送して、音波を発生させることができる。熱音響装置１０は、カーボンナノチューブ構造体を含み、該カーボンナノチューブ構造体の単位面積当たりの熱容量及び散熱の表面が小さいので、信号を入力した後、カーボンナノチューブ構造体は速く昇温し、温度が周期的に変化して、温度波の拡散により、周辺の空気が熱膨張されて音が生じる。更に、熱音響装置１０は散熱装置（図示せず）を含み、該散熱装置は、基板１００の音波発生素子１１０と反対側の表面に設置される。
【００３２】
熱音響装置１０には以下の優れる点がある。第一に、シリコン基板の凹部の広さは０．２ｍｍ〜１ｍｍである。これにより、カーボンナノチューブ構造体を良好に保護でき、熱音響効果に影響を与えない。第二に、基板１００はシリコンからなるので、熱音響装置１０を容易に加工でき、現有の技術を利用することができる。従って、生産し易く、且つ、微小な部品を製造でき、産業化でき、小さいサイズ（例えば、１ｃｍより小さい）の熱音響装置を生産できる。第三に、基板１００は優れた熱伝導性を有するので、熱音響装置１０も優れた熱伝導性を有し、散熱装置を設置する必要がない。第四に、熱音響装置１０を製造する際、従来の半導体の製造工程を利用でき、他の部品（例えば、ＩＣチップ）と集積し易く、空間を減少させる。従って、小さいサイズの電気部品に適する。
【００３３】
図４を参照すると、実施例１に係る熱音響装置１０の製造方法は、基板１００を提供し、該基板１００は、互いに間隔をあけて設けられた複数の凹部１０２を形成し、パターニングされた表面を形成するステップ（Ｓ１１）と、基板１００の、パターニングされた表面に絶縁層１２０を形成するステップ（Ｓ１２）と、絶縁層１２０の表面に間隔をあけて、第一電極１０６及び第二電極１１６を形成するステップ（Ｓ１３）と、音波発生素子１１０を設置し、音波発生素子１１０を、第一電極１０６及び第二電極１１６に電気的に接続させるステップ（Ｓ１４）と、含む。
【００３４】
ステップ（Ｓ１１）において、基板１００は、第一表面１０１と第二表面１０３を有し、基板１００の第一表面１０１に複数の凹部１０２を形成し、隣接する凹部１０２間に、突起１０４を形成する。ドライエッチング法或いはウェットエッチング法によって、基板１００の第一表面１０１に複数の凹部１０２を形成する。本実施例において、ウェットエッチング法によって、基板１００の第一表面１０１に複数の凹部１０２を形成する。
【００３５】
具体的には、基板１００をエッチングする工程は、基板１００の第一表面１０１にマスク層（図示せず）を設置するステップ（Ｓ１１１）と、マスク層が設置された基板１００をエッチングして、複数の凹部１０２を形成するステップ（Ｓ１１２）と、マスク層を取り除くステップ（Ｓ１１３）と、含む。
【００３６】
ステップ（Ｓ１１１）において、マスク層はパターニングされた構造であり、該パターニングされた構造は複数の貫通穴を有し、この貫通穴と対応する基板１００は露出される。また、この貫通穴の形状は、形成しようとする凹部１０２の形状によって選択する。例えば、円形、方形、矩形などのいずれか一種である。マスク層の材料は、基板１００の材料によって選択できる。本実施例において、マスク層の材料はシリカであり、貫通穴の形状は矩形であり、矩形の幅は０．２ｍｍ〜１ｍｍであり、隣接する貫通穴間の距離は２０μｍ〜２００μｍであり、矩形の長さは基板１００の辺長の長さと同じである。隣接する貫通穴間の距離は２０μｍ〜２００μｍであるので、スクリーン印刷方法によって、隣接する貫通穴間に電極を形成するのに有利であり、且つ精確性を保証することができる。
【００３７】
ステップ（Ｓ１１２）において、エッチング溶液はアルカリ性の溶液である。本実施例において、エッチング溶液は濃度３０％の水酸化カリウム溶液であり、温度は８０℃である。マスク層における貫通穴は同じ方向に沿って延伸するので、複数の凹部１０２も同じ方向に沿って延伸する。基板１００の材料は単結晶シリコンであるので、ウェットエッチング法によってエッチングする過程において、形成する凹部１０２の形状は、単結晶シリコンの結晶面及び結晶格子方向に関係している。具体的には、エッチング溶液は単結晶シリコンの結晶格子方向に沿って、基板１００をエッチングし、凹部１０２の横断面は逆台形になる。即ち、凹部１０２の側面は基板１００の表面と垂直にならず、角度αを成す。角度αの大小は、基板１００の単結晶シリコンの結晶面の角度と同じである。本実施例において、角度αは５４．７°である。
【００３８】
ステップ（Ｓ１１３）において、溶液によって、マスク層を腐蝕させて除去する。該溶液はマスク層のみを溶解するため、基板１００に影響しない。これにより、凹部１０２の形状を保持する。本実施例において、マスク層はシリカからなり、フッ化水素酸によって、マスク層を腐蝕させて除去する。
【００３９】
ステップ（Ｓ１２）において、物理気相成長法（ＰＶＤ）或いは化学気相成長法（ＣＶＤ）によって、絶縁層１２０を形成する。凹部１０２の形状及び分布に影響しないことを保証しさえすれば、絶縁層１２０の厚さは必要に応じて選択可能である。絶縁層１２０は非連続の層状構造或いは連続した層状構造である。絶縁層１２０が非連続の層状構造である場合、絶縁層１２０は、絶縁層１２０が突起１０４の表面のみに堆積される。絶縁層１２０が連続した層状構造である場合、基板１００の第一表面１０１の全てを被覆する。この時、絶縁層１２０は、凹部１０２の底面と側面及び突起１０４の表面に堆積される。本実施例において、絶縁層１２０は連続した層状構造であり、基板１００の第一表面１０１の全てを被覆する。絶縁層１２０を堆積する過程において、絶縁層１２０の起伏の傾向は、凹部１０２と突起１０４の起伏の傾向と同じであることを保持する。
【００４０】
ステップ（Ｓ１３）において、基板１００の対向する両辺における突起１０４の表面に、第一電極１０６及び第二電極１１６をそれぞれ設置する。具体的には、突起１０４の表面に、第一電極１０６及び第二電極１１６をそれぞれ付着する。第一電極１０６及び第二電極１１６の延伸方向は突起１０４の延伸方向と平行である。スクリーン印刷法によって、第一電極１０６及び第二電極１１６を形成する。本実施例において、スクリーン印刷法によって、突起１０４の表面に第一電極１０６及び第二電極１１６を形成する。
【００４１】
ステップ（Ｓ１４）において、絶縁層１２０が設置された基板１００に、音波発生素子１１０を設置し、また、音波発生素子１１０は、第一電極１０６及び第二電極１１６と電気的に接続される。音波発生素子１１０は第一区域１１２と第二区域１１４を含む。第一区域１１２の音波発生素子１１０は、凹部１０２の位置に懸架して設置され、第二区域１１４の音波発生素子１１０は突起１０４の表面に設置される。音波発生素子１１０は、第一電極１０６及び第二電極１１６の表面に付着し、且つ第一電極１０６及び第二電極１１６と電気的に接続される。音波発生素子１１０はカーボンナノチューブ構造体を含み、該カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一つカーボンナノチューブフィルム、カーボンナノチューブワイヤ、或いはその組み合わせを含む。
【００４２】
本実施例において、絶縁層１２０が設置された基板１００に、音波発生素子１１０を設置する方法は、カーボンナノチューブフィルムを提供するステップ（Ｓ１４１）と、絶縁層１２０が設置された基板１００に、カーボンナノチューブフィルムを設置するステップ（Ｓ１４２）と、含む。
【００４３】
ステップ（Ｓ１４１）において、カーボンナノチューブフィルムはカーボンナノチューブアレイを直接に引き出して得る。カーボンナノチューブフィルムの比表面積は非常に大きいので、強い付着力を有する。従って、カーボンナノチューブフィルムは絶縁層１２０に直接に付着できる。
【００４４】
ステップ（Ｓ１４２）において、凹部１０２の位置と対応するカーボンナノチューブフィルムが懸架して設置され、突起１０４と対応するカーボンナノチューブフィルムが突起１０４の表面における絶縁層１２０に付着して設置され、第一電極１０６及び第二電極１１６の位置と対応するカーボンナノチューブフィルムが、第一電極１０６及び第二電極１１６の表面に直接付着する。カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの延伸方向は、凹部１０２の延伸方向と一定の角度を成す。本実施例において、該角度は９０°である。これにより、カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、第一電極１０６から第二電極１１６までの方向に沿って延伸する。
【００４５】
更に、音波発生素子１１０を設置した後、音波発生素子１１０の第二区域１１４に固定素子（図示せず)を設置する。該固定素子は音波発生素子１１０を更に固定できる。スクリーン印刷法或いはコーティング法によって、固定素子を形成する。本実施例において、固定素子は金属糸からなり、この固定素子によって、音波発生素子１１０が基板１００の表面に緊密に固定される。
【００４６】
更に、第一電極１０６及び第二電極１１６を、音波発生素子１１０の表面に設置しても良い。即ち、まず、音波発生素子１１０を絶縁層１２０の表面に設置する。次に、音波発生素子１１０の第二区域１１４に、第一電極１０６及び第二電極１１６を間隔をあけて設置する。音波発生素子１１０の完全性を破壊しなければ、第一電極１０６及び第二電極１１６の製造方法に制限はない。スクリーン印刷法によって、第一電極１０６及び第二電極１１６を音波発生素子１１０の表面に形成できる。第一電極１０６及び第二電極１１６の延伸方向は、凹部１０２の延伸方向と平行であり、カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、第一電極１０６から第二電極１１６までの方向に沿って延伸する。第一電極１０６及び第二電極１１６は、音波発生素子１１０を基板１００の表面に緊密に固定する。
【００４７】
（実施例２）
図５を参照すると、本発明の実施例２は熱音響装置２０を提供する。本実施例の熱音響装置２０は、基板１００と音波発生ユニットを含み、音波発生ユニットは、音波発生素子１１０と、絶縁層１２０と、第一電極１０６と、第二電極１１６と、を含む。第一電極１０６と第二電極１１６とは、互いに間隔をあけて設置され、音波発生素子１１０と電気的に接続される。本実施例２の熱音響装置２０の構造と、実施例１の熱音響装置１０の構造とは基本的に同じであるが、異なる点は、熱音響装置２０において、音波発生素子１１０が、複数のカーボンナノチューブワイヤからなる点である。
【００４８】
複数のカーボンナノチューブワイヤは、間隔をあけて平行して、層状のカーボンナノチューブ構造体を形成する。カーボンナノチューブワイヤの延伸方向は凹部１０２の延伸方向と一定の角度を成す。カーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブワイヤの延伸方向と平行である。凹部１０２の位置において、層状のカーボンナノチューブ構造体は、間隔をあけて平行する複数のカーボンナノチューブワイヤを含み、且つ該複数のカーボンナノチューブワイヤは、凹部１０２と対応する位置に懸架して設置される。好ましくは、カーボンナノチューブワイヤの延伸方向は、凹部１０２の延伸方向と垂直である。隣接するカーボンナノチューブワイヤの距離は１μｍ〜２００μｍである。好ましくは、５０μｍ〜１５０μｍである。本実施例において、隣接するカーボンナノチューブワイヤの距離は１２０μｍであり、カーボンナノチューブワイヤの直径は１μｍである。
【００４９】
カーボンナノチューブワイヤは、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はねじれ状カーボンナノチューブワイヤであることができる。非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤもねじれ状カーボンナノチューブワイヤも自立構造である。図６を参照すると、カーボンナノチューブワイヤが、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤである場合、分子間力で端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。さらに、各カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。複数のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。カーボンナノチューブセグメントの長さ、厚さ、均一性及び形状は制限されない。一本の非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの長さは制限されず、その直径は、０．５ｎｍ〜１００μｍである。有機溶剤によって、カーボンナノチューブフィルムを処理して、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを得る。具体的には、有機溶剤によって、カーボンナノチューブフィルムの全ての表面を浸す。揮発性の有機溶剤が揮発する際、表面張力の作用によって、カーボンナノチューブフィルムにおける相互に平行する複数のカーボンナノチューブは、分子間力で緊密に結合して、カーボンナノチューブフィルムを収縮して非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを得る。該有機溶剤はエタノール、メタノール、アセトン、塩化エチレン或いはクロロホルムである。有機溶剤によって処理しないカーボンナノチューブフィルムと比較して、有機溶剤によって処理された非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの比表面積は減少し、且つ接着性も小さい。また、カーボンナノチューブワイヤの機械強度及び強靭さを増強させ、外力によってカーボンナノチューブワイヤが破壊される可能性を低くする。作動中において、凹部１０２位置に懸架するカーボンナノチューブワイヤは変形しないため、優れた熱音響効果を保持できる。
【００５０】
図７を参照すると、カーボンナノチューブフィルムの長手方向に沿う対向する両端に相反する力を印加することにより、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。好ましくは、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。さらに、各カーボンナノチューブセグメントには、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。カーボンナノチューブセグメントの長さ、厚さ、均一性及び形状は制限されない。一本のねじれ状カーボンナノチューブワイヤの長さは制限されず、その直径は、０．５ｎｍ〜１００μｍである。更に、有機溶剤によって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを処理する。有機溶剤によって処理されたねじれ状カーボンナノチューブワイヤは比表面積が減少し、接着性が小さい。また、カーボンナノチューブワイヤの機械強度及び強靭さを増強させ、カーボンナノチューブワイヤの製造方法は、特許文献１及び特許文献２に掲載されている。
【００５１】
実施例２に係る熱音響装置２０の製造方法は、基板１００を提供し、該基板１００は間隔をあけて設けられた複数の凹部１０２を形成し、パターニングされた表面を形成するステップ（Ｓ２１）と、基板１００の、パターニングされた表面に絶縁層１２０を形成するステップ（Ｓ２２）と、絶縁層１２０の表面に間隔をあけて、第一電極１０６及び第二電極１１６を形成するステップ（Ｓ２３）と、カーボンナノチューブフィルムを設置し、カーボンナノチューブフィルムを第一電極１０６及び第二電極１１６と電気的に接続するステップ（Ｓ２４）と、カーボンナノチューブフィルムを処理し、間隔をあけて平行する複数のカーボンナノチューブワイヤを形成するステップ（Ｓ２５）と、含む。
【００５２】
本実施例２の熱音響装置２０の製造方法と、実施例１の熱音響装置１０の製造方法とは基本的にほぼ同じであるが、異なる点は、本実施例２の熱音響装置２０の製造方法が、カーボンナノチューブフィルムを処理し、間隔をあけて平行する複数のカーボンナノチューブワイヤを形成するステップを含む点である。
【００５３】
ステップ（Ｓ２５）は、更に、レーザーによってカーボンナノチューブフィルムを切断し、間隔をあけて複数のカーボンナノチューブストリップを形成するステップ（Ｓ２５１）と、有機溶剤によって、カーボンナノチューブストリップを収縮して、カーボンナノチューブワイヤを形成するステップ（Ｓ２５２）と、含む。
【００５４】
ステップ（Ｓ２５１）において、レーザー装置にパルスレーザーを発射させて、カーボンナノチューブフィルムを切断する。レーザーの仕事率は１ｗ〜１００ｗである。該レーザーの指向性は優れているので、カーボンナノチューブフィルムの表面に光スポットを形成できる。カーボンナノチューブフィルムの表面において、レーザーの仕事率密度は０．０５３×１０１２ｗ／ｍ２である。本実施例において、レーザー装置は二酸化炭素レーザーであり、該二酸化炭素レーザーの定格仕事率は１２ｗである。レーザー装置は連続してレーザーを発射するレーザー装置でも良い。形成された光スポットは、基本的に円形であり、その直径は１μｍ〜５ｍｍである。該光スポットはレーザーを集光して形成される。または、レーザーによってカーボンナノチューブフィルムの表面を直接に照射して形成する。好ましくは、集光して形成する光スポットの直径は小さい。例えば、５μｍである。カーボンナノチューブフィルムの表面に、前記光スポットは細い切り痕を形成するので、焼かれるカーボンナノチューブの量を減少させることができる。
【００５５】
基板１００と垂直な方向で、レーザーによってカーボンナノチューブフィルムを切断する。ここで、カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向をｘ方向と定義する。切断する方向は、このｘ方向と平行である。レーザーを平行に移動させて、カーボンナノチューブフィルムを照射して、連続したカーボンナノチューブフィルを幅が同じ複数のカーボンナノチューブストリップに切断する。発生させたい音波の要求（例えば、高周波、低周波）に応じて、該カーボンナノチューブストリップの幅は選択可能である。各カーボンナノチューブストリップは相互に平行な複数のカーボンナノチューブを含む。
【００５６】
ステップ（Ｓ２５２）において、試験管を利用して、有機溶剤をカーボンナノチューブストリップが浸漬するまで滴らせる。または、カーボンナノチューブストリップと基板１００を共に、有機溶剤が入った容器に入れて浸す。該有機溶剤は揮発性の有機溶剤であり、例えば、エタノール、メタノール、アセトン、塩化エチレン或いはクロロホルムである。本実施例において、有機溶剤はエタノールである。有機溶剤が揮発する際、表面張力の作用によって、カーボンナノチューブストリップは収縮して、カーボンナノチューブワイヤになる。カーボンナノチューブワイヤは端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。カーボンナノチューブワイヤの両端は、第一電極１０６と第二電極１１６とに接続される。本実施例において、収縮したカーボンナノチューブワイヤの直径は０．５μｍ〜３μｍである。
【００５７】
図８を参照すると、有機溶剤によって、カーボンナノチューブストリップを処理した後、間隔をあけて複数のカーボンナノチューブワイヤを形成する。カーボンナノチューブワイヤの両端は、第一電極１０６と第二電極１１６とに接続される。これにより、音波発生素子１１０の駆動電圧を減少させ、音波発生素子１１０の安定性を増加させる。（図８において、暗い色の部分は基板であり、白い部分は電極である。）カーボンナノチューブストリップを処理することは選択的なステップである。有機溶剤によって、カーボンナノチューブストリップを処理する過程において、突起１０４の位置において、カーボンナノチューブは絶縁層１２０の表面に強固に固定されるので、基本的に収縮しない。従って、カーボンナノチューブは、第一電極１０６及び第二電極１１６に良好に電気的に接続される。カーボンナノチューブストリップがカーボンナノチューブワイヤを収縮することを保証するため、カーボンナノチューブストリップの幅は１０μｍ〜５０μｍである。カーボンナノチューブストリップの幅が、前記幅より大きい場合、カーボンナノチューブストリップを収縮する過程において、裂け目を形成する可能性があり、熱音響効果に影響する。或いは、カーボンナノチューブストリップの幅が、前記幅より小さい場合、カーボンナノチューブストリップを収縮する過程において、破裂する可能性がある。或いは、形成するカーボンナノチューブワイヤは細いため、音波発生素子１１０の使用寿命に影響を与える。本実施例において、カーボンナノチューブストリップの幅は３０μｍであり、収縮したカーボンナノチューブワイヤの直径は１μｍであり、隣接するカーボンナノチューブワイヤの距離は１２０μｍである。カーボンナノチューブストリップの幅に制限はなく、カーボンナノチューブワイヤが正常に音を発生させさえすれば、必要に応じてカーボンナノチューブストリップの幅を選択できる。
【００５８】
（実施例３）
図９を参照すると、本発明の実施例３は熱音響装置３０を提供する。本実施例の熱音響装置３０は、基板１００と音波発生単位ユニットを含み、この音波発生ユニットは、音波発生素子１１０と、絶縁層１２０と、第一電極１０６と、第二電極１１６と、を含む。第一電極１０６と第二電極１１６とは、間隔をあけて設置され、音波発生素子１１０と電気的に接続される。基板１００は、対向する第一表面１０１及び第二表面１０３を含む。第一表面１０１は複数の凹部１０２及び複数の突起１０４を有する。絶縁層１２０は、基板１００の第一表面１０１に設置され、複数の凹部１０２及び複数の突起１０４の表面に付着する。音波発生素子１１０は、基板１００の第一表面１０１に設置され、絶縁層１２０によって、基板１００と絶縁して設置される。音波発生素子１１０は第一区域１１２と第二区域１１４を含む。第一区域１１２は凹部１０２の位置と対応する。従って、第一区域１１２の音波発生素子１１０は懸架され、凹部１０２の底面と間隔をあけて設置される。第二区域１１４の音波発生素子１１０は突起１０４の表面に設置され、絶縁層１２０によって、基板１００と絶縁して設置される。
【００５９】
本実施例３の熱音響装置３０の構造と、実施例２の熱音響装置２０の構造とは基本的に同じであるが、異なる点は、熱音響装置３０における絶縁層１２０は多層構造を含む点である。また、絶縁層１２０は突起１０４の表面のみに設置されても良い。または、絶縁層１２０は第一表面１０１のみに設置されても良い。または、一層の絶縁層１２０は突起１０４の表面のみに設置され、他の数層の絶縁層１２０は第一表面１０１に設置されても良い。本実施例において、絶縁層１２０は、第一絶縁層１２２と、第二絶縁層１２４と、第三絶縁層１２６と、を含む。第一絶縁層１２２及び第二絶縁層１２４は非連続の構造であり、突起１０４の表面のみに順次に堆積される。第三絶縁層１２６は連続した層状構造であり、第二絶縁層１２４及び凹部１０２の底面と側面に付着する。第一絶縁層１２２の材料はシリカであり、第二絶縁層１２４の材料は窒化ケイ素であり、第三絶縁層１２６材料はシリカである。
【００６０】
絶縁層１２０が複数の絶縁材料からなる多層構造である場合、各層の絶縁材料は同じでも良く或いは同じでなくても良い。各層の厚さは１０ｎｍ〜１μｍである。該各層の厚さは、必要に応じた素子によって選択できる。本実施例において、三層構造である。第一絶縁層１２２の材料はシリカであり、厚さは１００ｎｍである。第二絶縁層１２４の材料は窒化ケイ素であり、厚さは９０ｎｍである。第三絶縁層１２６材料はシリカであり、厚さは１μｍである。絶縁層１２０によって、音波発生素子１１０は、基板１００と良好に絶縁して設置され、シリコン基板１００を製造する過程において、シリコン基板１００が酸化される現象を減少させる。または、シリコン基板１００が酸化される現象を防止する。 
【００６１】
図１０を参照すると、実施例３に係る熱音響装置３０の製造方法は、基板１００を提供し、該基板１００の一つの表面に、第一絶縁層１２２及び第二絶縁層１２４を順次に堆積するステップ（Ｓ３１）と、第一絶縁層１２２及び第二絶縁層１２４をエッチングして、基板１００の部分を露出するステップ（Ｓ３２）と、露出する基板１００をエッチングして、複数の凹部１０２及び複数の突起１０４を有するパターニングされた表面を形成するステップ（Ｓ３３）と、複数の凹部１０２及び複数の突起１０４の表面に第三絶縁層１２６を形成するステップ（Ｓ３４）と、基板１００の対向する両端の突起１０４の表面に、第一電極１０６及び第二電極１１６をそれぞれ設置するステップ（Ｓ３５）と、音波発生素子１１０を設置し、第一電極１０６及び第二電極１１６と電気的に接続するステップ（Ｓ３６）と、含む。
【００６２】
本実施例３の熱音響装置３０の製造方法と、実施例２の熱音響装置２０の製造方法とは基本的に同じであるが、異なる点は、基板１００の表面に多層構造の絶縁層１２０を形成する点である。
【００６３】
ステップ（Ｓ３１）において、化学気相堆積法によって、基板１００の一つの表面に、第一絶縁層１２２及び第二絶縁層１２４を順次に堆積する。第一絶縁層１２２は、第二絶縁層１２４を堆積するバッファ層である。これにより、第二絶縁層１２４の質量を高め、欠陥を減少し、熱音響装置３０の熱音響効果を高めることができる。
【００６４】
ステップ（Ｓ３２）において、マスクエッチング法によって、第一絶縁層１２２及び第二絶縁層１２４をエッチングする。マスク器具は複数の貫通穴を有する。本実施例において、貫通穴の形状は矩形である。第一絶縁層１２２及び第二絶縁層１２４をエッチングする過程において、同じ方向に沿って延伸する矩形の溝を形成する。該溝の横断面は矩形であり、基板１００の表面の部分は露出する。
【００６５】
ステップ（Ｓ３３）において、基板１００をエッチングする過程において、基板１００の材料は単結晶シリコンであり、単結晶シリコンは結晶格子構造を有するため、形成する凹部１０２の横断面は逆台形である。基板１００をエッチングする過程において、第一絶縁層１２２及び第二絶縁層１２４は基本的に影響を受けない。第一絶縁層１２２及び第二絶縁層１２４は突起１０４の表面に設置する。
【００６６】
ステップ（Ｓ３４）において、第三絶縁層１２６は連続した層状構造であり、第二絶縁層１２４及び凹部１０２の底面と側面に付着する。多層の絶縁層を設置することによって、音波発生素子１１０は基板１００と絶縁することを保証でき、短絡の現象を減少し、シリコン基板が酸化される現象を減少し、熱音響効果を高め、産業化に有利である。
【００６７】
（実施例４）
図１１、図１２、図１３を参照すると、本発明の実施例４は熱音響装置４０を提供する。本実施例の熱音響装置４０は、基板１００と音波発生ユニットを含み、音波発生ユニットは、音波発生素子１１０と、絶縁層１２０と、複数の第一電極１０６と、複数の第二電極１１６と、を含む。第一電極１０６と第二電極１１６とは、間隔をあけて設置され、音波発生素子１１０と電気的に接続される。 
【００６８】
本実施例４の熱音響装置４０の構造と、実施例２の熱音響装置２０の構造とは基本的に同じであるが、異なる点は、音波発生ユニットが複数の第一電極１０６と複数の第二電極１１６を含み、複数の第一電極１０６と複数の第二電極１１６とは間隔をあけて設置され、任意の隣接する第一電極１０６と第二電極１１６との間に、少なくとも一つの凹部１０２を有し、複数の第一電極１０６と複数の第二電極１１６とが、突起１０４の表面における絶縁層１２０の表面に設置される点である。複数の第一電極１０６及び複数の第二電極１１６の高さに制限はないが、好ましくは、該高さは１μｍ〜２００μｍである。
【００６９】
更に、複数の第一電極１０６と複数の第二電極１１６とは交互に設置され、隣接する第一電極１０６と第二電極１１６とは間隔をあけて設置される。具体的には、複数の第一電極１０６は、第一連続部１０６１によって電気的に連続されて第一櫛歯電極を形成する。複数の第二電極１１６は、第二連続部１１６１によって、電気的に連続されて第二櫛歯電極を形成する。第一櫛歯電極と第二櫛歯電極とが対向して設置されることによって、第一櫛歯電極の歯部と第二櫛歯電極の歯部とは間隔をあけて互いに平行に、且つ交互に設置される。第一連続部１０６１と第二連続部１１６１とは、基板１００の第一表面１０１の対向する両辺縁にそれぞれ設置され、且つ第一連続部１０６１及び第二連続部１１６１を電気的に接続するために用いられ、その設置される位置は、音波発生素子１１０の音の発生に影響しない。
【００７０】
図１４、図１５を参照すると、凹部１０２の異なる深さにおける熱音響装置２０の音の発生効果を示す。好ましくは、凹部１０２の深さは１００μｍ〜２００μｍであり、この際、人が聞こえる音響周波数に達し、熱音響装置２０は熱の波長に優れ、小さいサイズでも熱音響効果に優れている。更に、音波発生素子１１０を保護する際、基板１００と音波発生素子１１０との間に十分な距離がとられる。該距離は、生成された熱が基板１００に完全に吸収されて、周辺の媒体へ伝播されないために音量が低くなることを防止する。また、音波発生素子１１０が各音響周波数に優れた音響効果を有することを保証する。同時に、前記凹部１０２の深さも音波発生素子１１０の音響効果を保証するため、凹部１０２の深さが深過ぎるために音波発生素子１１０の音響効果を影響することを防止する。
【００７１】
（実施例５）
図１６を参照すると、本発明の実施例５は熱音響装置５０を提供する。本実施例の熱音響装置５０は、基板１００と音波発生ユニットを含み、音波発生ユニットは、音波発生素子１１０と、絶縁層１２０と、複数の第一電極１０６と、複数の第二電極１１６と、を含む。第一電極１０６と第二電極１１６とは、間隔をあけて設置され、音波発生素子１１０と電気的に接続される。基板１００は、対向する第一表面１０１及び第二表面１０３を含む。第一表面１０１は、複数の凹部１０２及び複数の突起１０４を有する。絶縁層１２０は、基板１００の第一表面１０１に設置され、複数の凹部１０２及び複数の突起１０４の表面に付着する。音波発生素子１１０は、基板１００の第一表面１０１に設置され、絶縁層１２０によって、基板１００と絶縁に設置され、且つ第一区域１１２と第二区域１１４を含む。第一区域１１２は凹部１０２の位置と対応する。従って、第一区域１１２の音波発生素子１１０は懸架され、凹部１０２の底面と間隔をあけて設置される。第二区域１１４の音波発生素子１１０は、突起１０４の表面に設置され、絶縁層１２０によって、基板１００と絶縁して設置される。
【００７２】
本実施例５の熱音響装置５０の構造と、実施例４の熱音響装置４０の構造とは基本的に同じであるが、異なる点は、基板１００の対向する二つの表面が、それぞれ複数の凹部１０２及び複数の突起１０４を有し、また、該二つの表面には、それぞれ音波発生素子１１０が設置される点である。具体的には、基板１００の第一表面１０１の凹部１０２と、基板１００の第二表面１０３の凹部１０２とは対応して設置される。即ち、基板１００の表面と垂直な方向において、基板１００の第一表面１０１の凹部１０２と基板１００の第二表面１０３の凹部１０２とは対応する。或いは、基板１００の表面と垂直な方向において、基板１００の第一表面１０１の凹部１０２と基板１００の第二表面１０３の突起１０４とは対応する。或いは、基板１００の第一表面１０１の凹部１０２と基板１００の第二表面１０３の凹部１０２とは交差して設置される。即ち、基板１００の第一表面１０１の凹部１０２の延伸方向と、基板１００の第二表面１０３の凹部１０２の延伸方向とは角度を成す。
【００７３】
基板１００の二つの表面における二つの音波発生素子１１０は、同時に作動でき、音の発生効率及び音量を高める。該二つの音波発生素子１１０は単独に作動でき、それぞれは外部ＩＣ電路によって制御され、異なる駆動信号を入力し、発生した異なる音を合わせて出力する。一つの表面における音波発生素子１１０が損傷した場合、もう一つの表面における音波発生素子１１０が安定的に作動できるため、熱音響装置５０の使用寿命を延ばすことができる。
【００７４】
実施例５に係る熱音響装置５０の製造方法は、基板１００を提供し、該基板１００は、対向する第一表面１０１及び第二表面１０３を有するステップ（Ｓ５１）と、基板１００の第一表面１０１をパターニングし、間隔をあけて相互に平行な凹部を形成するステップ（Ｓ５２）と、基板１００の第二表面１０３をパターニングし、間隔をあけて相互に平行な凹部を形成するステップ（Ｓ５３）と、基板１００のパターニングされた二つの表面に絶縁層１２０を形成するステップ（Ｓ５４）と、基板１００の第一表面１０１に、隣接する凹部間の絶縁層１２０の表面に、間隔をあけて第一電極１０６及び第二電極１１６を形成するステップ（Ｓ５５）と、基板１００の第二表面１０３に、隣接する凹部間の絶縁層１２０の表面に、間隔をあけて第一電極１０６及び第二電極１１６を形成するステップ（Ｓ５６）と、パターニングされた第一表面１０１に層状のカーボンナノチューブ構造体を設置し、該層状のカーボンナノチューブ構造体を、第一電極１０６及び第二電極１１６に電気的に接続するステップ（Ｓ５７）と、パターニングされた第二表面１０３に層状のカーボンナノチューブ構造体を設置し、該層状のカーボンナノチューブ構造体を、第一電極１０６及び第二電極１１６に電気的に接続するステップ（Ｓ５８）と、含む。
【００７５】
ステップ（Ｓ５７）及びステップ（Ｓ５８）において、凹部の位置と対応するカーボンナノチューブ構造体は懸架される。熱音響装置５０の製造方法におけるステップは、必要に応じて、前後の順序を調整できる。
【００７６】
（実施例６）
図１７を参照すると、本発明の実施例６は熱音響装置６０を提供する。本実施例の熱音響装置６０は、基板１００と音波発生ユニットを含み、音波発生ユニットは、音波発生素子１１０と、絶縁層１２０と、複数の第一電極１０６と、複数の第二電極１１６と、を含む。第一電極１０６と第二電極１１６とは、間隔をあけて設置され、音波発生素子１１０と電気的に接続される。基板１００は、対向する第一表面１０１及び第二表面１０３を含む。第一表面１０１は、複数の凹部１０２及び複数の突起１０４を有する。絶縁層１２０は、基板１００の第一表面１０１に設置され、複数の凹部１０２及び複数の突起１０４の表面に付着する。音波発生素子１１０は、基板１００の第一表面１０１に設置され、絶縁層１２０によって、基板１００と絶縁して設置される。音波発生素子１１０は、第一区域１１２と第二区域１１４を含む。第一区域１１２は凹部１０２の位置と対応する。従って、第一区域１１２の音波発生素子１１０は懸架され、凹部１０２の底面と間隔をあけて設置される。第二区域１１４の音波発生素子１１０は、突起１０４の表面に設置され、絶縁層１２０によって、基板１００と絶縁して設置される。第二表面１０３は、少なくとも一つの溝１０５を有し、該溝１０５には集積回路チップ１４０が嵌められる。
【００７７】
本実施例６の熱音響装置６０の構造と、実施例１の熱音響装置１０の構造とは基本的に同じであるが、異なる点は、基板１００の第二表面１０３は集積回路チップ１４０を有する点である。
【００７８】
基板１００の第二表面１０３は溝１０５を有し、集積回路チップ１４０を該溝１０５に嵌める。基板１００はシリコンからなるので、集積回路チップ１４０は基板１００に直接に形成できる。即ち、集積回路チップ１４０における電路及びマイクロ電子デバイスは、基板１００の第二表面１０３に集積できる。基板１００は電子配線及びマイクロ電子デバイスの担体であり、集積回路チップ１４０と基板１００とは一体構造である。
【００７９】
更に、集積回路チップ１４０は、第三電極１４２と第四電極１４４を含み、第三電極１４２は、第一電極１０６と電気的に接続され、第四電極１４４は第二電極１１６と電気的に接続される。これにより、音波発生素子１１０に信号を入力する。本実施例において、第三電極１４２及び第四電極１４４の表面は絶縁層を有するため、基板１００と絶縁される。基板１００の面積が非常に大きい場合、集積回路チップ１４０は、基板１００の第一表面１０１に設置しても良い。この際、基板１００の内部に接続線を設置する必要はない。具体的には、集積回路チップ１４０は、音波発生素子１１０の正常作動に影響しないので、基板１００の第一表面１０１の側面に設置しても良い。また、集積回路チップ１４０は、音声処理モジュールと電流処理モジュールを含む。作動中において、集積回路チップ１４０は、入力された音声信号と電流信号を処理した後、音波発生素子１１０を駆動する。音声処理モジュールによって、音声信号の仕事率を増大させ、また、増大した音声信号を音波発生素子１１０に入力する。電流処理モジュールによって、電源から入力された電流を処理し、音波発生素子１１０に安定した入力電流を提供し、音波発生素子１１０の正常作動を保証する。
【００８０】
基板１００はシリコンからなり、集積回路チップ１４０は、基板１００に直接に形成できるので、集積回路チップ１４０を単独で設置する空間を減少させ、熱音響装置６０の体積を減少させることができるため、熱音響装置の小型化及び集積化に有利である。また、基板１００は優れた散熱性を有するので、集積回路チップ１４０及び音波発生素子１１０が発生する熱を外部に伝導して、熱音響効果を高めることができる。
【００８１】
実施例６に係る熱音響装置６０の製造方法は、基板１００を提供し、該基板１００は、対向する第一表面１０１及び第二表面１０３を有するステップ（Ｓ６１）と、第一表面１０１に複数の凹部１０２を形成し、隣接する凹部１０２の間に突起１０４を形成するステップ（Ｓ６２）と、第一表面１０１に絶縁層１２０を形成するステップ（Ｓ６３）と、間隔をあけて突起１０４の表面に、第一電極１０６及び第二電極１１６を形成するステップ（Ｓ６４）と、音波発生素子１１０を設置し、該音波発生素子１１０を電極１０６及び第二電極１１６と電気的に接続するステップ（Ｓ６５）と、第二表面１０３に集積回路チップ１４０を設置し、該集積回路チップ１４０を、音波発生素子１１０と電気的に接続するステップ（Ｓ６６）と、含む。
【００８２】
本実施例６の熱音響装置６０の製造方法と、実施例１の熱音響装置１０の製造方法とは基本的に同じであるが、異なる点は、熱音響装置６０の製造方法が、第二表面１０３に集積回路チップ１４０を設置し、該集積回路チップ１４０を、音波発生素子１１０と電気的に接続するステップを含む点である。
【００８３】
ステップ（Ｓ６６）において、集積回路チップ１４０を、基板１００の第二表面１０３に嵌める。具体的には、基板１００の第二表面１０３に溝１０５を形成し、集積回路チップ１４０はこの溝１０５に直接に設置する。
【００８４】
基板１００はシリコンからなり、集積回路チップ１４０は基板１００の第二表面１０３に直接形成できる。従来のマイクロ電子技術（例えば、エピタキシー技術、拡散技術、酸化技術、イオン注入技術、エッチング技術）によって、集積回路チップ１４０を形成できる。従って、集積回路チップ１４０を容易に基板１００に直接集積できるため、コストが低くなり、熱音響装置６０の集積化に有利である。本実施例において、集積回路チップ１４０は、第三電極１４２及び第四電極１４４によって、音波発生素子１１０と電気的に接続される。
【００８５】
（実施例７）
図１８を参照すると、本発明の実施例７は熱音響装置７０を提供する。本実施例の熱音響装置７０は、基板１００と音波発生ユニットを含み、音波発生ユニットは、音波発生素子１１０と、絶縁層１２０と、複数の第一電極１０６と、複数の第二電極１１６と、を含む。第一電極１０６と第二電極１１６とは、間隔をあけて設置され、音波発生素子１１０と電気的に接続される。基板１００は対向する第一表面１０１及び第二表面１０３を含む。第一表面１０１は、複数の凹部１０２及び複数の突起１０４を有する。絶縁層１２０は、基板１００の第一表面１０１に設置され、複数の凹部１０２及び複数の突起１０４の表面に付着する。音波発生素子１１０は、基板１００の第一表面１０１に設置され、絶縁層１２０によって、基板１００と絶縁して設置される。音波発生素子１１０は第一区域１１２と第二区域１１４を含む。第一区域１１２は凹部１０２の位置と対応する。従って、第一区域１１２の音波発生素子１１０は懸架され、凹部１０２の底面と間隔をあけて設置される。第二区域１１４の音波発生素子１１０は、突起１０４の表面に設置され、絶縁層１２０によって、基板１００と絶縁して設置される。
【００８６】
本実施例７の熱音響装置７０の構造と、実施例４の熱音響装置４０の構造とは基本的に同じであるが、異なる点は、音波発生ユニットにおける複数の第一電極１０６及び複数の第二電極１１６が、音波発生素子１１０の基板１００と反対側の表面に設置される点である。
【００８７】
以下、熱音響装置アレイについて説明する。
（実施例８）
図２、図５、図１９及び図２０を参照すると、熱音響装置アレイ１０００を提供する。熱音響装置アレイ１０００は、基板１００’と複数の音波発生ユニットを含む。各音波発生ユニットは、音波発生素子１１０と、絶縁層１２０と、第一電極１０６と、第二電極１１６と、を含む。基板１００’は対向する第一表面１０１’と第二表面１０３’を有する。複数の音波発生ユニットは、基板１００’の第一表面１０１’に設置される。本実施例の音波発生ユニットの構造は、熱音響装置１０における音波発生ユニットと同じである。隣接する第一電極１０６及び第二電極１１６の間に、少なくとも一つの凹部を有する。
【００８８】
基板１００’は平面構造であり、その形状に制限はなく、円形、方形、矩形及び他の形状でも良い。基板１００’の面積は、２５ｍｍ２〜２００ｃｍ２である。具体的には、基板１００’の面積は４０ｍｍ２、１００ｍｍ２、４５ｃｍ２或いは１００ｃｍ２である。基板１００が音波発生素子１１０を支持する表面を有することを保証しさえすれば、基板１００’は他の構造でも良い、例えば、塊状構造、曲面構造、弧面構造などである。基板１００’の材料は、ガラス、セラミック、石英、ダイヤモンド、プラスチック、樹脂或いは木質材料である。好ましくは、基板１００’の材料は、単結晶シリコン或いは多結晶シリコンである。基板１００’は熱伝導性能に優れるため、音波発生素子１１０が作動中に生成する熱は、外界に伝播され、音波発生素子１１０の使用寿命を延ばすことができる。本実施例において、基板１００’は、円形の平面構造であり、直径は１０センチメートであり、一辺の厚さは６００μｍであり、材料は単結晶シリコンである。
【００８９】
隣接する音波発生ユニットは相互に独立して設置される。ここで、相互に独立して設置されるとは、隣接する音波発生ユニットにおける音波発生素子１１０が相互に絶縁されていて、音波発生素子１１０に異なる信号を入力することによって、独立して作動することである。具体的には、熱音響装置アレイ１０００において、切線１０８によって、隣接する音波発生ユニットは相互に独立して設置される。切線１０８は、基板１００’の第一表面１０１’に設置される。基板１００’の面積或いは音波発生ユニットの数量によって、複数の切線１０８の位置を選択することができる。本実施例において、複数の切線１０８は、基板１００’の第一表面１０１’に設置され、該複数の切線１０８は、相互に平行であり或いは相互に垂直である。複数の切線１０８は、貫通溝、貫通穴、止まり溝、止まり穴の一種或いは多種である。本実施例において、複数の切線１０８は止まり溝である。複数の切線１０８が貫通溝である場合、隣接する切線１０８は交差しない。これにより、複数の音波発生ユニットは同じ基板を用いることになる。
【００９０】
複数の音波発生ユニットは、基板１００’の第一表面１０１’に設置され、熱音響装置アレイ１０００を形成する。複数の音波発生ユニットの数量は制限されず、必要に応じて選択できる。本実施例において、複数の音波発生ユニットの数量は８である。本実施例の音波発生ユニットの構造は、熱音響装置４０における音波発生ユニットと同じである。
【００９１】
熱音響装置アレイ１０００には以下の優れた点がある。第一に、基板の表面は複数の凹部と複数の突起を有し、カーボンナノチューブフィルムを支持し、カーボンナノチューブフィルムは熱音響効果を高め破壊され難い。第二に、熱音響装置アレイ１０００を更に加工し、切線１０８によって、複数の音波発生ユニットは分離され、一回で複数の熱音響装置を形成することができるため、産業化に有利である。
【００９２】
実施例７に係る熱音響装置アレイ１０００の製造方法は、基板１００’を提供し、該基板１００’は第一表面１０１’を有し、第一表面１０１’に複数のユニット格子を定義するステップ（Ｓ７１）と、各ユニット格子に、間隔をあけて平行する複数の凹部１０２を形成し、パターニングされた表面を形成するステップ（Ｓ７２）と、各ユニット格子のパターニングされた表面に絶縁層１２０を形成するステップ（Ｓ７３）と、各ユニット格子上の絶縁層１２０の表面に、間隔をあけて第一電極１０６及び第二電極１１６を形成するステップ（Ｓ７４）と、第一表面１０１’に音波発生素子１１０を設置し、第一電極１０６及び第二電極１１６と電気的に接続し、該音波発生素子１１０は各ユニット格子を被覆するステップ（Ｓ７５）と、ユニット格子によって、音波発生素子１１０を切断して分離し、ユニット格子における隣接する音波発生素子１１０を絶縁するステップ（Ｓ７６）と、を含む。
【００９３】
ステップ（Ｓ７１）では、基板１００’の第一表面１０１’において、複数のユニット格子は相互に独立する。ユニット格子を定義する方法は制限されない。本実施例において、基板１００’の第一表面１０１’に、複数の切線１０８を形成することによって、複数のユニット格子を形成する。切線１０８を形成する方法は制限されず、例えば、機械的方法、化学的方法などである。本実施例において、ウェットエッチング法によって、基板１００’に、複数の切線１０８を形成する。
【００９４】
具体的には、切線１０８を形成する方法は、基板１００’の第一表面１０１’にマスク層（図示せず）を設置するステップ（Ｓ７１１）と、基板１００’をエッチングして、複数の切線１０８を形成するステップ（Ｓ７１２）と、マスク層を除去するステップ（Ｓ７１３）と、含む。
【００９５】
ステップ（Ｓ７１１）において、マスク層はパターニングされた構造であり、該パターニングされた構造は複数の貫通穴を有する。貫通穴と対応する基板１００’は露出される。切線１０８に応じて、貫通穴の形状は選択できる。マスク層の材料は基板１００’の材料によって選択できる。本実施例において、マスク層の材料はシリカであり、貫通穴の形状は矩形であり、矩形の広さは０．２ｍｍ〜１ｍｍである。矩形の長さは基板１００’の形状と辺長によって選択できる。本実施例において、矩形の広さは０．１５ｍｍであり、隣接する貫通穴の間の距離は２０μｍ〜２００μｍであるので、貫通穴の長さは８ｍｍである。
【００９６】
ステップ（Ｓ７１２）において、エッチング溶液はアルカリ性の溶液である。本実施例において、エッチング溶液は濃度３０％の水酸化カリウム溶液であり、温度は８０℃である。基板１００’の材料は単結晶シリコンであるので、ウェットエッチング法によってエッチングする過程において、形成する切線１０８の形状は単結晶シリコンの結晶面及び結晶格子方向に関係している。具体的には、エッチング溶液は単結晶シリコンの結晶格子方向に沿って、基板１００’をエッチングし、形成する切線１０８の横断面は逆台形になる。即ち、形成する切線１０８の側面は基板１００’の表面と垂直でなく、角度αを成す。角度αの大小は基板１００’の単結晶シリコンの結晶面の角度と同じである。本実施例において、角度αは５４．７°である。
【００９７】
ステップ（Ｓ７１３）において、溶液によって、マスク層を腐蝕させて除去する。該溶液はマスク層のみを溶解するため、基板１００’に影響しない。これにより、切線１０８の形状を保持することができる。本実施例において、マスク層はシリカからなり、フッ化水素酸によって、マスク層を腐蝕させて除去する。
【００９８】
ステップ（Ｓ７２）において、基板１００’は第一表面１０１’と第二表面１０３’を有し、複数の凹部１０２を基板１００’の第一表面１０１’に形成し、隣接する凹部１０２の間に、突起１０４を形成する。ドライエッチング法或いはウェットエッチング法によって、基板１００’の第一表面１０１’に複数の凹部１０２を形成する。本実施例において、ウェットエッチング法によって、基板１００’の第一表面１０１’に複数の凹部１０２を形成する。
【００９９】
具体的には、各ユニット格子に、間隔をあけて複数の凹部１０２を形成し、基板１００’の第一表面１０１’に、マスク層（図示せず）を設置するステップ（Ｓ７２１）と、基板１００’におけるユニット格子をエッチングして、間隔をあけて複数の凹部１０２を形成するステップ（Ｓ７２２）と、マスク層を除去するステップ（Ｓ７２３）と、含む。
【０１００】
ステップ（Ｓ７２１）及びステップ（Ｓ７２３）は、ステップ（Ｓ７１１）及びステップ（Ｓ７１３）と基本的に同じであるが、異なる点は、各ユニット格子における凹部１０２の位置及び数量によって、マスク層における貫通穴の位置及び数量を確定する点である。本実施例において、マスク層における貫通穴は矩形であり、且つ同じ方向に沿って延伸するので、複数の凹部１０２も同じ方向に沿って延伸する。また、隣接する各ユニット格子における凹部１０２は通じていないので、各ユニット格子は相互に独立する。凹部１０２の深度は１００μｍ〜２００μｍであり、凹部１０２の最大の広さは０．２ｍｍ〜１ｍｍ。隣接する二つの凹部１０２の距離は２０μｍ〜２００μｍである。
【０１０１】
更に、ステップ（Ｓ７１）及びステップ（Ｓ７２）は、一つのステップで完成できる。即ち、一つのマスク層によって、基板１００’の第一表面１０１’に、複数の切線１０８及び複数の凹部１０２を一回で形成する。切線１０８及び凹部１０２の作用は異なる。切線１０８の作用は、基板１００’の第一表面１０１’に複数のユニット格子を定義し、複数の音波発生ユニットを、切線１０８によって、相互に独立させることである。凹部１０２の作用は凹部１０２によって、音波発生素子１１０と基板１００の間に特定の距離を形成し、熱音響効果を高めることである。
【０１０２】
ステップ（Ｓ７３）において、各ユニット格子に、間隔をあけて複数の凹部１０２を形成した後、物理気相成長法或いは化学気相成長法によって、絶縁層１２０を形成する。凹部１０２の形状及び分布に影響しないことを保証しさえすれば、絶縁層１２０の厚さは必要に応じて選択できる。絶縁層１２０は非連続の層状構造或いは連続した層状構造である。絶縁層１２０が非連続の層状構造である場合、絶縁層１２０は、絶縁層１２０が突起１０４の表面のみに堆積される。絶縁層１２０が連続した層状構造である場合、基板１００の第一表面１０１の全てを被覆する。絶縁層１２０は凹部１０２の底面と側面及び突起１０４の表面に堆積される。本実施例において、絶縁層１２０は連続した単層構造であり、基板１００’の第一表面１０１’の全てを被覆する。絶縁層１２０を堆積する過程において、絶縁層１２０の起伏の傾向は凹部１０２と突起１０４の起伏の傾向と同じであることを保持する。ステップ（Ｓ７３）は基板の材料によって、省略することができる。
【０１０３】
ステップ（Ｓ７４）において、各ユニット格子の対向する両辺の突起１０４の表面における絶縁層１２０に、第一電極１０６及び第二電極１１６をそれぞれ間隔をあけて設置する。具体的には、突起１０４の表面における絶縁層１２０に、第一電極１０６及び第二電極１１６をそれぞれ付着する。第一電極１０６及び第二電極１１６の延伸方向は突起１０４の延伸方向と平行である。第一電極１０６と第二電極１１６の間に、少なくとも一つの凹部１０２を有する。スクリーン印刷法によって、第一電極１０６及び第二電極１１６を形成する。本実施例において、スクリーン印刷法によって、突起１０４の表面に第一電極１０６及び第二電極１１６を形成する。
【０１０４】
ステップ（Ｓ７５）において、各ユニット格子の音波発生素子１１０は、第一電極１０６及び第二電極１１６と電気的に接続される。音波発生素子１１０は第一区域１１２と第二区域１１４を含む。第一区域１１２の音波発生素子１１０は、凹部１０２の位置に懸架して設置し、第二区域１１４の音波発生素子１１０は、突起１０４の表面における絶縁層１２０に設置する。音波発生素子１１０は、第一電極１０６及び第二電極１１６の表面に付着し、且つ第一電極１０６及び第二電極１１６と電気的に接続される。音波発生素子１１０はカーボンナノチューブ構造体を含み、カーボンナノチューブ構造体は複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列され、基板の表面とほぼ平行する。カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの延伸方向は凹部１０２と角度を成す。該角度は０°〜９０°である（０°は含まず）。
【０１０５】
本実施例において、音波発生素子１１０はカーボンナノチューブフィルムである。絶縁層１２０が設置された基板１００’に、音波発生素子１１０を設置する方法は、カーボンナノチューブフィルムを提供するステップ（Ｓ７５１）と、絶縁層１２０の基板１００’と反対側の表面に、カーボンナノチューブフィルムを設置し、各ユニット格子を被覆するステップ（Ｓ７５２）と、含む。
【０１０６】
ステップ（Ｓ７５１）において、カーボンナノチューブフィルムはカーボンナノチューブアレイを直接引き出して得る。カーボンナノチューブフィルムの比表面積は非常に大きいので、強い付着力を有する。従って、カーボンナノチューブフィルムは基板１００’と反対側の表面に直接に付着できる。
【０１０７】
ステップ（Ｓ７５２）において、凹部１０２の位置と対応するカーボンナノチューブフィルムは懸架して設置し、突起１０４と対応するカーボンナノチューブフィルムは突起１０４の表面における絶縁層１２０に付着して設置し、第一電極１０６及び第二電極１１６の位置と対応するカーボンナノチューブフィルムは、第一電極１０６及び第二電極１１６の表面に直接付着する。カーボンナノチューブフィルムは単層カーボンナノチューブフィルムである。カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの延伸方向は、凹部１０２の延伸方向と一定の角度を成す。該角度は０°〜９０°である（０°は含まず）。
【０１０８】
ステップ（Ｓ７６）において、各ユニット格子における隣接する音波発生素子１１０を絶縁することを保証しさえすれば、複数のユニット格子によって、音波発生素子１１０を切断して分離する方法は制限されない。本実施例において、レーザーによって、切線１０８に沿って、カーボンナノチューブフィルムを切断する。
【０１０９】
レーザーが切線１０８に沿って、カーボンナノチューブフィルムを切断した後、更に、各ユニット格子におけるカーボンナノチューブフィルムを処理するステップを含む。該ステップは、実施例２に係る熱音響装置２０の製造方法におけるステップ（Ｓ２５）と同じである。
【０１１０】
更に、ステップ（Ｓ７６）において、カーボンナノチューブフィルムを切断するステップと、各ユニット格子におけるカーボンナノチューブフィルムを切断するステップとは同時に進行できる。即ち、複数のユニット格子によって、レーザーが切線１０８に沿って、カーボンナノチューブフィルムを切断するステップと、各ユニット格子におけるカーボンナノチューブフィルムを切断するステップとは同時に進行できる。
【０１１１】
更に、音波発生素子１１０を設置した後、音波発生素子１１０の第二区域１１４に固定素子（図示せず)を設置する。該固定素子は、音波発生素子１１０を更に固定できる。スクリーン印刷法或いはコーティング法によって、固定素子を形成する。本実施例において、固定素子は金属糸からなり、この固定素子によって、音波発生素子１１０は基板１００’の表面に緊密に固定される。
【０１１２】
本発明が提供する熱音響装置アレイ１０００の製造方法には、以下の優れた点がある。基板１００の第一表面１０１’に複数のユニット格子を定義し、複数のユニット格子に、複数の第一電極１０６及び第二電極１１６を一度に形成して、音波発生素子１１０が一度に設置された後、前記複数のユニット格子によって、音波発生素子１１０を切断して分離する。これにより、一つの基板に複数の音波発生ユニットを一度に形成することができる。また、各音波発生ユニットは相互に音を発生させる。熱音響装置アレイ１０００の製造方法は、熱音響装置の産業化に有利である。
【０１１３】
（実施例９）
図１１、図１２、図１３及び図２１を参照すると、熱音響装置アレイ２０００を提供する。熱音響装置アレイ２０００は、基板１００’と複数の音波発生ユニットを含み、一つの音波発生ユニットは、音波発生素子１１０と、絶縁層１２０と、複数の第一電極１０６と、複数の第二電極１１６と、を含む。基板１００’は対向する第一表面１０１’と第二表面１０３’を有する。複数の音波発生ユニットは基板１００’の第一表面１０１’に設置される。本実施例の音波発生ユニットの構造は、熱音響装置４０における音波発生ユニットと同じである。
【０１１４】
本実施例９の熱音響装置アレイ２０００の構造と、実施例８の熱音響装置アレイ１０００の構造とは基本的に同じであるが、異なる点は、音波発生ユニットが複数の第一電極１０６と複数の第二電極１１６を含み、複数の第一電極１０６と複数の第二電極１１６とは間隔をあけて設置され、任意の隣接する第一電極１０６と第二電極１１６の間に、少なくとも一つの凹部１０２を有し、複数の第一電極１０６と複数の第二電極１１６とが突起１０４の表面における絶縁層１２０の表面に交互に設置される点である。
【０１１５】
更に、複数の第一電極１０６と複数の第二電極１１６とは交互に設置され、隣接する第一電極１０６と第二電極１１６とは間隔をあけて設置されている。具体的には、複数の第一電極１０６は、第一連続部１０６１によって電気的に連続され、第一櫛歯電極を形成する。複数の第二電極１１６は、第二連続部１１６１によって、電気的に続続され、第二櫛歯電極を形成する。第一櫛歯電極と第二櫛歯電極とは対向して設置されることによって、第一櫛歯電極の歯部と第二櫛歯電極の歯部とは間隔をあけて平行に、且つ交互に設置される。第一連続部１０６１と第二連続部１１６１とは、基板１００’の第一表面１０１’の各ユニット格子の対向する両辺縁にそれぞれ設置され、第一連続部１０６１及び第二連続部１１６１は電気的接続のために用いられ、その設置される位置は音波発生素子１１０の音の発生に影響しない。
【０１１６】
櫛歯電極の形式によって、複数の第一電極１０６及び複数の第二電極１１６によって、音波発生素子１１０は複数の区域を形成する。ここで一つの区域とは、一つの第一電極１０６と、該一つの第一電極１０６と隣接する第二電極１１６とが形成する区域である。音波発生素子１１０の複数の区域は並列接続する。これにより、音波発生素子１１０の駆動電圧は低くなる。
【０１１７】
実施例９に係る熱音響装置アレイ２０００の製造方法は、実施例８の熱音響装置アレイ１０００の製造方法とは基本的に同じであるが、異なる点は、実施例８のステップ（Ｓ７４）における第一電極１０６及び第二電極１１６が、複数の第一電極１０６及び複数の第二電極１１６となる点である。即ち、各ユニット格子の絶縁層１２０の表面に、間隔をあけて複数の第一電極１０６及び複数の第二電極１１６を形成する。
【０１１８】
（実施例１０）
図２２を参照すると、熱音響装置アレイ３０００を提供する。熱音響装置アレイ３０００は、基板１００’と複数の音波発生ユニットを含み、一つの音波発生ユニットは、音波発生素子１１０と、絶縁層１２０と、複数の第一電極１０６と、複数の第二電極１１６と、を含む。基板１００’は、対向する第一表面１０１’と第二表面１０３’を有する。複数の音波発生ユニットは、基板１００’の第一表面１０１’に設置される。基板１００’の第一表面１０１’には、凹部１０２に替わって、複数の凹穴１０７が設けられる。該複数の凹穴１０７は、基板１００’の第一表面１０１’に、間隔をあけて、均一に分布する。本実施例の音波発生ユニットの構造は、熱音響装置４０における音波発生ユニットと同じである。音波発生素子は、基板１００’の第一表面１０１’に設置され、凹穴１０７と対応する部分は懸架して設置される。
【０１１９】
本実施例１０の熱音響装置アレイ３０００の構造と、実施例９の熱音響装置アレイ２０００の構造とは基本的に同じであるが、異なる点は、基板１００’の第一表面１０１’に、複数の凹穴１０７を有する点である。該複数の凹穴１０７は、基板１００’の第一表面１０１’に、アレイ形式或いは交差の形式によって、間隔をあけて、均一に分布する。凹穴１０７の開口形状は円形或いは楕円である。第一表面１０１’に凹穴１０７の広さは０．２ｍｍ〜１ｍｍである。本実施例において、凹穴１０７の開口形状は円形であり、凹穴１０７の直径は０．６ｍｍであり、凹穴１０７の深さは１００μｍ〜２００μｍである。隣接する凹穴１０７の距離はｄ１であり、ｄ１は２０μｍ〜２００μｍである。該ｄ１は、基板１００’の表面に、スクリーン印刷法によって、第一電極１０６及び第二電極１１６を形成させ、エッチングの精確性を保証して音響効果を高める。且つ、凹穴１０７を精確にエッチングすることを保証する。
【０１２０】
実施例１０に係る熱音響装置アレイ３０００の製造方法は、実施例８の熱音響装置アレイ１０００の製造方法と基本的に同じであるが、異なる点は、基板１００’におけるユニット格子をエッチングし、間隔をあけて複数の凹部１０２を形成するステップ（Ｓ７２２）を、基板１００’におけるユニット格子をエッチングし、間隔をあけて、均一に分布する複数の凹穴１０７を形成するステップに変更する点である。各ユニット格子に凹穴１０７を形成する際、マスク層の貫通穴の形状は円形であり、マスク層の貫通穴の直径及び分布は、凹穴１０７の直径及び分布に関係し、必要に応じて選択できる。その中で、熱音響装置アレイ３０００の製造方法における第一電極１０６及び第二電極１１６は、熱音響装置アレイ２０００の製造方法における複数の第一電極１０６及び複数の第二電極１１６である。
【０１２１】
（実施例１１）
熱音響装置アレイ４０００（図示せず）を提供する。熱音響装置アレイ４０００は基板１００’と複数の音波発生ユニットを含み、一つの音波発生ユニットの構造は、実施例７における音波発生ユニットの構造と同じである。
【０１２２】
本実施例１１の熱音響装置アレイ４０００の構造と、実施例８の熱音響装置アレイ２０００の構造とは基本的に同じであるが、異なる点は、音波発生ユニットにおける複数の第一電極１０６及び複数の第二電極１１６が、音波発生素子１１０の基板１００と反対側の表面に設置される点である。
【０１２３】
実施例１１に係る熱音響装置アレイ４０００の製造方法は、実施例８の熱音響装置アレイ１０００の製造方法と基本的に同じであるが、異なる点は、ステップ（Ｓ７５）を行なった後、ステップ（Ｓ７４）を行う点である。即ち、各ユニット格子の絶縁層１２０の表面に、音波発生素子１１０を設置した後、音波発生素子１１０の第二区域１１４に、間隔をあけて第一電極１０６及び第二電極１１６を形成する。第一電極１０６及び第二電極１１６は音波発生素子１１０の１００と離れる表面に設置する。音波発生素子１１０の完全性を保証しさえすれば、第一電極１０６及び第二電極１１６の製造方法は制限されない。本実施例において、スクリーン印刷法によって、音波発生素子１１０の第二区域１１４に、間隔をあけて第一電極１０６及び第二電極１１６を形成する。その中で、熱音響装置アレイ４０００における複数の第一電極１０６及び複数の第二電極１１６の製造方法は、熱音響装置アレイ２０００の製造方法の複数の第一電極１０６及び複数の第二電極１１６の製造方法と同じである。
【符号の説明】
【０１２４】
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０  熱音響装置
１００、１００’  基板
１０１、１０１’  第一表面
１０２  凹部
１０３、１０３’  第二表面
１０４  突起
１０５  溝
１０６  第一電極
１０７  凹穴
１０８  切線
１１０  音波発生素子
１１２  第一区域
１１４  第二区域
１１６  第二電極
１２０  絶縁層
１２２  第一絶縁層
１２４  第二絶縁層
１２６  第三絶縁層
１４０  集積回路チップ
１４２  第三電極
１４４  第四電極
１０００、２０００、３０００、４０００  熱音響装置アレイ
１０６１  第一連続部
１１６１  第二連続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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