(57)【要約】【課題】高電圧が誤って印加された場合でも、セルないしエレメントの破壊を防ぐことが可能な容量型電気機械変換装置を提供することである。【解決手段】静電容量型電気機械変換装置は、第１の電極２と、空隙４を介して第１の電極２と対向して配置された第２の電極３と、を含むセルを少なくとも１つ有する。絶縁体で構成される犠牲領域７が備えられ、犠牲領域７は、セルを含む駆動領域６において短絡を起こす短絡電圧より低い電圧が印加されることで短絡を起こす様に構成される。第一電極２と第二電極３は、犠牲領域７を含む絶縁部を挟んだ構成で、それぞれ電気的に接続されている。【選択図】  図１
2011166632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、空隙を介して前記第１の電極と対向して配置された第２の電極と、を含むセルを少なくとも１つ有する静電容量型電気機械変換装置であって、
前記セルを含む駆動領域において短絡を起こす短絡電圧より低い電圧が印加されることで短絡を起こす様に構成された犠牲領域を含む絶縁部を備え、
前記第一電極と前記第二電極は、前記犠牲領域を含む絶縁部を挟んだ構成で、それぞれ電気的に接続されていることを特徴とする静電容量型電気機械変換装置。
【請求項２】
前記犠牲領域で短絡が起きることで流れる過電流により前記駆動領域への電圧印加を停止する様に構成された停止手段を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量型電気機械変換装置。
【請求項３】
前記停止手段はヒューズであることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型電気機械変換装置。
【請求項４】
１つ以上の前記犠牲領域が、１つ以上のセルからなるエレメント毎またはセル毎に設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の静電容量型電気機械変換装置。
【請求項５】
複数の前記犠牲領域は、前記短絡を起こす電圧が異なる様に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の静電容量型電気機械変換装置。
【請求項６】
前記駆動領域の第２の電極が絶縁膜上に設けられ、
前記駆動領域の前記絶縁膜の厚さが、前記犠牲領域の絶縁部の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の静電容量型電気機械変換装置。
【請求項７】
前記犠牲領域の周辺に、前記犠牲領域で短絡が起きるときに飛散する可能性のあるものが飛散するのを防止する為の防壁が設けられていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の静電容量型電気機械変換装置。
【請求項８】
前記第一電極と前記第二電極が短絡することで流れる過電流を検知する為の検知手段と、
前記検知手段による過電流の検知に応答して前記第一電極と前記第二電極との間への電圧の印加を遮断する遮断手段と、を有することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の静電容量型電気機械変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波などの弾性波の受信及び送信のうちの少なくとも一方を行う静電容量型電気機械変換装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシンニング工程を用いて作製される静電容量型電気機械変換装置が盛んに研究されている。通常の静電容量型電気機械変換装置は、下部電極と、これと空隙を隔てて支持された振動膜と、振動膜の表面に配設された上部電極とを含むセルを有する。これは、例えば、容量型超音波変換素子(ＣＭＵＴ:Capacitive-Micromachined-Ultrasonic-Transducer)などとして用いられる。ＣＭＵＴは、軽量の振動膜を用いて超音波の送信や受信を行い、液中や空気中でも優れた広帯域特性を持つものが容易に得られる。このＣＭＵＴを利用すると、従来の医療診断より高精度な診断が可能となる為、有望な技術として注目されつつある。
【０００３】
この容量型電気機械変換装置では、キャビティ（空隙）と絶縁膜を介在させた二枚の電極間にバイアス電圧が印加され、電極間距離が近接する様に電極が保持される。二枚の電極は、接した時にショートしない様に、片側の電極が絶縁膜と接している。電極間距離が近接する様にされたＣＭＵＴに振動信号を印加すると、例えば、基板に固定されていない片側の電極が振動して音響エネルギーを放射できる（送信）。また、音波が入射すると、基板に固定されていない片側の電極が振動することでＣＭＵＴの容量が変化し、その変化を電圧の変化として検出できる（受信）。電気機械変換性能を高める為には、二枚の電極間距離を小さくすることが望ましい。その為には、二枚の電極間に高電位差を発生させる必要がある。すなわち、印加する上記バイアス電圧の上昇に従い、高い性能を発揮することができる。
【０００４】
こうした容量型電気機械変換装置は、数十μｍから数百μｍのサイズのセルが電極パターンで複数個接続され、１つのエレメント（画素）として用いられることが多い。これを開示する特許文献１には、印加するバイアス電圧の上昇により１つのエレメントが短絡することで、これと電極が共通の他のエレメントへの安定したバイアス電圧の印加が出来なくなり、電気機械変換性能が低下してしまうことが記載されている。その為の対策として、短絡したエレメントを排除したり、短絡したエレメントと電極を共通にしているエレメントを排除したりすることで、電気機械変換性能の低下を防ぐことも示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６-３４３３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された構成であると、短絡する程の高電圧を誤って印加した場合、全てのエレメントが短絡する可能性がある。また、特許文献１の様に、エレメントが短絡してからエレメントを排除するのでは、エレメントの再使用ができなくなってしまう。つまり、エレメント自体に、短絡を未然に防ぐ機構が設けられていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明の静電容量型電気機械変換装置は、第１の電極と、空隙を介して前記第１の電極と対向して配置された第２の電極と、を含むセルを少なくとも１つ有する。そして、セルを含む駆動領域において短絡を起こす短絡電圧より低い電圧が印加されることで短絡を起こす様に構成された犠牲領域を備え、第一電極と第二電極は、犠牲領域を含む絶縁部を挟んだ構成で、それぞれ電気的に接続されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、必要とするセルが短絡する前に前記犠牲領域が短絡する様に構成されているので、例えば、セルが短絡する程の高電圧が誤って印加された場合でも、セルないしエレメントの破壊を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一の実施形態を説明する図。
【図２】本発明の第二の実施形態を説明する図。
【図３】本発明の第二の実施形態の変形例を説明する図。
【図４】本発明の第三の実施形態を説明する図。
【図５】本発明の第三の実施形態の変形例を説明する図。
【図６】本発明の第四の実施形態を説明する図。
【図７】本発明の第四の実施形態の変形例を説明する図。
【図８】本発明の第四の実施形態の変形例を説明する図。
【図９】本発明の第五の実施形態を説明する図。
【図１０】本発明の第六の実施形態を説明する図。
【図１１】本発明の第七の実施形態を説明する図。
【図１２】本発明の第八の実施形態を説明する図。
【図１３】犠牲領域周辺の防壁の構造を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の静電容量型電気機械変換装置は、前記犠牲領域を設け、エレメントないしセルが短絡する前に犠牲領域で短絡させてしまう点が特徴である。その為に、犠牲領域は、セルを含む駆動領域において短絡を起こす短絡電圧より低い電圧が印加されることで短絡を起こす様に構成されている。
【００１１】
こうした考え方に基づいて、次の様な実施形態が可能である。例えば、前記犠牲領域で短絡が起きることで流れる過電流により前記駆動領域への電圧印加を停止する様に構成されたヒューズなどの停止手段を更に有することができる。１つ以上の前記犠牲領域は、１つ以上のセルからなるエレメント毎またはセル毎に設けることができる。複数の犠牲領域を設ける場合、それぞれ、前記短絡を起こす電圧が異なる様に構成することができる。また、前記駆動領域の第２の電極を絶縁膜上に設け、駆動領域の絶縁膜の厚さを、前記犠牲領域の絶縁部の厚さよりも薄く形成することができる。その他、駆動領域の絶縁膜と犠牲領域の絶縁部の材料、生成法を異ならせることもできる。本発明の静電容量型電気機械変換装置で用いられる第１の電極は、次の様な材料で形成できる。即ち、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉ等から選択される導電体、Ｓｉ等の半導体、ＡｌＳｉ、ＡｌＣｕ、ＡｌＴｉ、ＭｏＷ、ＡｌＣｒ、ＴｉＮ、ＡｌＳｉＣｕ等から選択される合金のうちの少なくとも一材料で形成できる。また、第２の電極は、振動膜（絶縁膜）の上面、裏面、内部のうちの少なくとも一箇所に設けるか、若しくは、振動膜を導電体や半導体で形成する場合は振動膜が第２の電極を兼ねる構造とできる。第２の電極も、第１の電極と同様な導電体や半導体等により形成することができる。第１の電極と第２の電極の材料は異なっていてもよい。
【００１２】
以下、本発明の容量型電気機械変換装置の実施形態を図を用いて説明する。
（第一の実施形態）
本発明の容量型電気機械変換装置の第一の実施形態を、その基本構造を示す上面図の図１（ａ）と図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図の図１（ｂ）を用いて説明する。本実施形態において、基板１の上に、第一電極（下部電極）２と第二電極（上部電極）３が対向して設けられ、セルを構成している。セルを含む駆動領域６は、対向する第一電極２と第二電極３の間に、キャビティ（空隙）４と絶縁膜５を備える。第二電極３は、絶縁膜５の上部で配線されている。第二電極３は、駆動領域６以外の部分では、キャビティ４の無い領域を渡り、犠牲領域７の表面を覆う様に配線されている。犠牲領域７は、犠牲領域7の上部に電極パッドを有しており、この電極パッドは上記配線により第二電極３と電気的に繋がっている。この様にして、第一電極２と第二電極３は、絶縁部を挟んだ構成で、接続され、バイアス電圧を印加することができる。。基板１は、シリコンウェハやガラス基板などの各種基板を用いることができる。本実施形態で、第一電極２及び第二電極３は、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕのうちの少なくとも１つの材料により形成されるが、その他の導電性の材料でもよい。
【００１３】
駆動領域６の絶縁膜５及び犠牲領域７の絶縁部は、例えば、ＳｉＮやＳｉＯ２により形成されるが、その他の絶縁材料でもよい。キャビティ４は、空気またはガスを充填してもよく、製造方法により、大気圧よりも低い圧力になる様にしてもよい。犠牲領域７の絶縁部は、絶縁膜５よりも絶縁耐圧が低いことが好ましい。例えば、絶縁膜５と犠牲領域７の絶縁部の絶縁材料を異なるものにする。或いは、同じ絶縁材料であっても、絶縁膜の生成法を変えることで、駆動領域６の絶縁膜５に対して犠牲領域７の絶縁部の絶縁耐圧を低くすることが可能である。例えば、絶縁材料の種類として、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、などが挙げられる。各絶縁材料の絶縁耐圧は生成法により異なるが、先に挙げた順に、２〜１０×１０６[V/cm]、３〜１１×１０６[V/cm]、３〜８×１０６[V/cm]、５×１０６[V/cm]、０．５×１０６[V/cm]、の範囲である。また、例えば、ＳｉＯ２の生成法は、熱酸化法、プラズマ酸化法、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法、陽極酸化法などが挙げられる。各手法で生成した酸化膜の絶縁耐圧は、先に挙げた順に、５〜１０×１０６[V/cm]、３〜７×１０６[V/cm]、４×１０６[V/cm]、７〜１１×１０６[V/cm]、の範囲である。ＳｉＯ２膜の場合、プラズマ酸化法と陽極酸化法で夫々の絶縁膜を形成すれば、絶縁耐圧の異なる絶縁膜を生成できる。また、同じ生成法を用いて異なる種類の絶縁膜を生成することで、絶縁耐圧の異なる絶縁膜を生成することもできる。例えば、プラズマＣＶＤ法にてＳｉＯ２膜を生成すれば、堆積条件により異なるが、８×１０６[V/cm]程度の絶縁耐圧を有する膜を生成することができる。同じくプラズマＣＶＤ法にてＳｉＮ膜を生成すれば、堆積条件により異なるが、２×１０６[V/cm]程度の絶縁耐圧を有する膜を生成できる。更に、成膜の厚さを変えることで絶縁耐圧を調整することもできる。この様に、絶縁材料、生成法、膜厚の組み合わせにより、絶縁膜５と犠牲領域７の絶縁部との絶縁耐圧差を調整することができる。
【００１４】
こうした構成において、第一電極２と犠牲領域７の電極パッドの間にバイアス電圧を印加すると、バイアス電圧の大きさに応じて、駆動領域６の第一電極２と第二電極３との間の距離が変化する。この状態で、外部から音響エネルギーが駆動領域６に入射すると、駆動領域６の絶縁膜５が振動する。これにより、駆動領域６の第一電極２と第二電極３との間の静電容量が変化し、この静電容量変化を、例えば、第一電極２を介して電圧の変化として検出することで、入射した音響エネルギーの検出が可能となる。
【００１５】
本実施形態の動作を説明する。図１の構成において、印加するバイアス電圧を上昇させていくことで、静電引力の作用により、駆動領域６の第一電極２と第二電極３との間の距離が狭くなる。これにより、外部への音響エネルギーの放射圧を高められる。また、入射した音響エネルギーの検出性能を高めることができる。しかし、印加するバイアス電圧を上昇させ過ぎると、或る電圧に達した瞬間に第一電極２と第二電極３が絶縁膜５を介して吸着し、所望の振動特性が得られなくなる。この現象をプルインと呼び、プルインが発生する電圧をプルイン電圧と呼ぶ。絶縁膜５は、プルイン電圧で短絡しない絶縁耐圧を有することが望ましい。プルイン後、更にバイアス電圧を上昇させると、或る電圧で犠牲領域７の絶縁部を挟んでいる第一電極２と第二電極３が短絡する。犠牲領域７の短絡により、駆動領域６へ印加しているバイアス電圧が低下する。これにより、犠牲領域７以外の部分の破壊を防ぐことができる。以上のことが犠牲領域７の果たすべき機能であり、犠牲領域７はこうした機能を完遂できる様に構成される。
【００１６】
図１は、駆動領域６の第一電極２と第二電極３との間にキャビティ４と絶縁膜５を介在させた構成を示しているが、絶縁膜５の無い構成にしてもよい（つまり、第二電極３に振動膜としての機能も兼ねさせる）。その場合には、犠牲領域７の絶縁耐圧値を上記プルイン電圧よりも低い値にすることで、犠牲領域７以外の部分の破壊を防ぐことができる。また、図１の構成において、第一電極２と第二電極３の間に、絶縁膜５を何層か介在させてもよい。更に、駆動領域６において、第一電極２と接する様に絶縁膜を設け、その上にキャビティ４、絶縁膜５、第二電極３を設けるという構成にしてもよい。駆動領域６ないしキャビティ４の形状は、円形（図１（ａ）の破線で示す）でも四辺形でも六角形などでもよく、場合に応じて所望の形状にすることができる。
【００１７】
図１に示す様な容量型電気機械変換装置の作製方法としては、様々な方法が公知である。例えば、接合型やサーフェス型などの方法で作製することが可能である。接合型では、例えば、シリコン基板上にキャビティ構造を形成し、その上にＳＯＩ基板を接合させて作製する。サーフェス型では、例えば、シリコン基板上に下部電極と犠牲層を形成する。そして、キャビティとなる犠牲層のパターンを形成し、その上に振動膜（絶縁膜）と支持部を形成した後、犠牲層をエッチングすることでキャビティを形成する。これら公知の作製方法の中で、絶縁材料や生成法などの組み合わせにより、二枚の電極間に存在する絶縁膜５と犠牲領域７を構成する絶縁部との絶縁耐圧差を調整することができる。
【００１８】
本実施形態では、駆動領域のセルが短絡する前に犠牲領域の絶縁部が短絡する様に構成されているので、例えば、セルが短絡する程の高電圧が誤って印加された場合でも、セルないしエレメントの破壊を防ぐことが可能となる。また、使用時にセルが短絡する前に、前もって必要としないセルが短絡する程の電圧を装置に印加するなどすれば、必要としないセルを排除することもできるので、所望するセルのみを再使用することが可能となる。
【００１９】
（第二の実施形態）
本発明の容量型電気機械変換装置の第二の実施形態を、その基本構造を示す上面図の図２（ａ）と図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面図の図２（ｂ）を用いて説明する。本実施形態は電圧印加停止手段を有する。
【００２０】
図２に示される基板１、第一電極２、第二電極３、キャビティ４、絶縁膜５、駆動領域６、犠牲領域７は、第一の実施形態と同じである。電圧印加停止手段であるヒューズ９は、駆動領域６が有する第二電極３の一部と、犠牲領域７が有する電極パッドとを電気的に結合している。ヒューズ９は、犠牲領域７の短絡で流れる過電流により分断されることが好ましい。例えば、第二電極３よりも融点の低い導電性の材料や、抵抗値の高い導電性の材料が好ましい。例として、導電性半導体、金属、金属合金、不純物添加シリコンなどが挙げられる。また、ヒューズ９は第二電極３と同一の材料としてもよいが、形状、長さ、幅、厚さ、面積などの調整により、第二電極３よりも抵抗値を高くすることが好ましい。
【００２１】
図２の構成において、第一電極２と犠牲領域７の電極パッドとの間に、犠牲領域７が短絡する程のバイアス電圧が印加されると、犠牲領域７が短絡し過電流が発生する。この過電流によりヒューズ９は溶断される。こうして、犠牲領域７とヒューズ９以外の部分の破壊を防ぐことができる。また、ヒューズ９の溶断により、第二電極３と犠牲領域７を自動的に電気的に分断することができる。
【００２２】
図３は本実施形態の変形例を示す。図３（ａ）が上面図であり、図３（ｂ）が図３（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。図３に示される基板１、第一電極２、第二電極３、キャビティ４、絶縁膜５、駆動領域６、犠牲領域７は、第一の実施形態と同じである。この変形例は、駆動領域６の第二電極３が引き出された第二電極引出しパッド８を有している。そして、ヒューズ９は、第一電極２の一部と犠牲領域７が有する電極パッド（不図示）とを電気的に繋いでいる。この状態で、犠牲領域７が有する電極パッドと第二電極３との間にバイアス電圧を印加することで、駆動領域６にバイアス電圧を印加できる。このバイアス電圧を、犠牲領域７が短絡するまで上昇させると、犠牲領域７が短絡し過電流が発生する。この過電流によりヒューズ９は溶断される。こうして、犠牲領域７とヒューズ９以外の部分の破壊を防ぐことができる。また、ヒューズ９の溶断により、破壊された犠牲領域７と第一電極２とを自動的に分断することができる。このとき用いるヒューズは、インダクタンスを有するヒューズが好ましい。
【００２３】
（第三の実施形態）
本発明の容量型電気機械変換装置の第三の実施形態を、その基本構造を示す上面図の図４（ａ）と図４（ａ）のＤ−Ｄ’断面図の図４（ｂ）を用いて説明する。本実施形態では、犠牲領域７が、１つ以上のセルを含むエレメント１９毎に設けられている。
【００２４】
図４において、複数のセルが電極パターンで接続されており、１つのエレメント（画素）１９を構成している。駆動領域６を三行三列（図４の例）や四行四列の形態をなす様に設けて、エレメント１９内のセルの充填度をあげることで、音響エネルギーの放射圧力を高め、検出性能を高めることができる。駆動領域６は、図示に如く升目状に配置してもよいし、千鳥状やランダムに配置してもよく、所望の形態で配置することができる。また、犠牲領域７は、引き出された第二電極３と図４に示す如く直列に並べてもよいし、図５の様に、引き出された第二電極３の引き出しパッド８に対して並列に並べてもよい。つまり、犠牲領域７は所望の部分に設けることができる。基板１、第一電極２、第二電極３、キャビティ４、絶縁膜５、駆動領域６、犠牲領域７は、第一の実施形態と同じである。
【００２５】
図４及び図５の構成において、第一電極２と犠牲領域７が有する電極パッドとの間に、犠牲領域が短絡する程のバイアス電圧を印加してしまった場合、第一電極２と犠牲領域７が有する電極パッドが短絡する。犠牲領域７の短絡により、駆動領域６のセルの集合体であるエレメント１９へ印加しているバイアス電圧が低下する。これにより、犠牲領域７以外の部分の破壊を防ぐことができる。
【００２６】
また、図４及び図５の様なエレメントを複数個並べることで、広範囲に渡って音響エネルギーの放射と検出が可能になる。この場合、印加するバイアス電圧に対する各エレメントの応答に差があると、不具合が生じる恐れがある。例えば、音響エネルギーの放射時に、放射方向が曲がってしまったり、検出時にエレメント間で感度ばらつきが生じて真の値を検出することが出来なくなってしまったりする。その為、エレメント毎に犠牲領域７を設け、エレメント毎に第一電極２と犠牲領域７の電極パッドとの間に所定のバイアス電圧を印加することで、ばらつきの大きなエレメントを排除することが可能になる。つまり、前もって所定のバイアス電圧を印加することで、前記所定の電圧で短絡する犠牲領域７に繋がった不所望のエレメントを排除でき、その後、所望の同じエレメントを再使用することが可能となる。
【００２７】
更に、複数個並べたエレメント毎に、エレメント１９が有する犠牲領域７の絶縁耐圧を変えることもできる。例えば、２つの隣り合うエレメントの内、片方を放射、もう一方を検出に使用する場合には、放射に用いるエレメントの犠牲領域７の絶縁耐圧を高く設定し、検出に用いるエレメントの犠牲領域７の絶縁耐圧を低く設定することができる。この様に各エレメントの特性に応じて絶縁耐圧を設定することで、最大限に各エレメントの性能を引き出しながら、エレメントの破壊を未然に防止することが可能となる。
【００２８】
（第四の実施形態）
本発明の容量型電気機械変換装置の第四の実施形態を、その基本構造を示す上面図の図６（ａ）と図６（ａ）のＥ−Ｅ’断面図の図６（ｂ）を用いて説明する。本実施形態では、複数の犠牲領域７が設けられている。
【００２９】
図６の構成においても、複数のセルが電極パターンで接続され、１つのエレメント（画素）１９を構成している。基板１、第一電極２、第二電極３、キャビティ４、絶縁膜５、駆動領域６、犠牲領域７、第二電極引出しパッド８は、第三の実施形態と同じである。本実施形態では、図６に示す様に、犠牲領域７を複数個設ける。複数の犠牲領域７のうちの１つと第二電極引き出しパッド８とがヒューズ９で電気的に繋がれている。この状態で、第一電極２とこの犠牲領域７が有する電極パッドとの間に、犠牲領域が短絡する程のバイアス電圧を印加してしまった場合、第一電極２とこの犠牲領域７の電極パッドとが短絡する。この犠牲領域７の短絡により、過電流が流れ、ヒューズ９が分断する。これにより、駆動領域６のセルの集合体であるエレメント１９へ印加しているバイアス電圧が低下し、この結果、上記犠牲領域７とヒューズ９以外の部分の破壊を防ぐことができる。
【００３０】
図６の構成の場合、犠牲領域７が複数個設けられている為、破壊されていない他の犠牲領域７が有する電極パッドと第二電極引き出しパッド８とを新たにヒューズ９で接続し、この電極パッドと第一電極２とを接続することで、再度同じ様に装置を使用できる。図７（ａ）は、犠牲領域７が破壊（符号１４で示す）されヒューズ９が分断した後の様子を模式的に示し、図７（ｂ）は、他の犠牲領域７の電極パッドと第二電極引き出しパッド８とを新しいヒューズ９で再度接続した後の形態を模式的に示す。
【００３１】
図６の構成では、犠牲領域７の電極パッドと第二電極引き出しパッド８をヒューズ９で接続したが、ヒューズ９を用いなくてもよい。その場合には、犠牲領域７が破壊されたなら、その犠牲領域７の電極パッドと第二電極引き出しパッド８とを接続している配線を、レーザーやダイサー、超音波カッターなどの切断手段で切断することができる。そして、再度使用するときは、別の犠牲領域７の電極パッドと第二電極引き出しパッド８とを配線で再度接続すればよい。しかし、駆動中における切断のことを考慮すると、ヒューズ９を用いる方が好ましい。
【００３２】
また、図６の構成で、複数個の犠牲領域７を絶縁耐圧の高い方から順に互いにヒューズ９で直線状に結合し、最も絶縁耐圧の高い犠牲領域７と第二電極引き出しパッド８とをヒューズ９で接続し、最も絶縁耐圧の低い犠牲領域７を第一電極２と接続してもよい。この場合、絶縁耐圧の低い１つ或いは複数の犠牲領域７で短絡したとき、これより絶縁耐圧の高い犠牲領域７を第一電極２と新たに接続して再度使用することができる。またこの場合、実際にエレメント１９に印加している電圧を複数段階に分けてモニタすることができる。このモニタ結果は、例えば、再度使用するときの電圧制御に反映させることができる。
【００３３】
更に、図８（ａ）に示す様に構成することもできる。ここでは、第二電極引出しパッド８へ延びる第二電極２の配線部分に対し、並列に設けた複数の犠牲領域７をそれぞれヒューズ９で接続している。この場合、それぞれの犠牲領域７の絶縁耐圧を異なる様に設計しておくと、実際にエレメント１９に印加している電圧を複数段階に分けてモニタすることができる。
【００３４】
また更に、図８（ｂ）に示す様に構成することもできる。ここでは、犠牲領域７が複数個設けられ、中心の犠牲領域７に複数個の犠牲領域７が放射状に結合している。そして、中心の犠牲領域７と第二電極引出しパッド８がヒューズ９で電気的に接続されている。中心の犠牲領域７と他の犠牲領域７は、第二電極３と同様な導電性の配線で接続されている。この状態で、中心の犠牲領域７の電極パッドと第一電極２との間にバイアス電圧を印加し、印加電圧が５つの犠牲領域７のうちのどれか１つの絶縁耐圧を超えると、第一電極２とこの犠牲領域７の電極パッドとが短絡する。この犠牲領域７の短絡により、過電流が流れ、ヒューズ９が分断する。図８（ｂ）に示す様に複数個の犠牲領域７を互いに結合することで、犠牲領域７の短絡を生じさせる確度を向上させることができる。また、図８（ｂ）の構成においても、絶縁耐圧の異なる犠牲領域７を互いにヒューズで放射状に結合し、中央の犠牲領域７の絶縁耐圧を最も高くして第二電極引き出しパッド８とヒューズ９で接続してもよい。この構成によっても、実際にエレメント１９に印加している電圧を複数段階に分けてモニタすることができる。
【００３５】
（第五の実施形態）
本発明の容量型電気機械変換装置の第五の実施形態を、その基本構造を示す上面図の図９（ａ）と図９（ａ）のＦ−Ｆ’断面図の図９（ｂ）を用いて説明する。図９の構成では、複数のセルが電極パターンで接続されており、１つのエレメント（画素）１９を構成している。ここでは、セルを含む駆動領域６を行列形態（図示例では三行二列）で配列し、エレメント１９内のセルの充填度をあげている。これにより、音響エネルギーの放射圧力を高め、検出性能を高めることができる。基板１、第一電極２、第二電極３、キャビティ４、絶縁膜５、駆動領域６、犠牲領域７、ヒューズ９は、第四の実施形態と同じである。
【００３６】
本実施形態では、図９に示す様に、犠牲領域７をセル毎に設け、犠牲領域７の電極パッドと第一電極引き出しパッド２８から伸びている配線部とをヒューズ９で繋いでいる。この状態で、第一電極２と第一電極引き出しパッド２８との間に、各犠牲領域７が短絡する程のバイアス電圧を印加してしまった場合、第一電極２と犠牲領域７の電極パッドとが短絡する。犠牲領域７の短絡により、過電流が流れ、ヒューズ９が分断する。これにより、駆動領域６のセルへバイアス電圧が印加されなくなる。この結果、この犠牲領域７とヒューズ９以外の部分の破壊を防ぐことができる。
【００３７】
図９では、犠牲領域７の電極パッドと第一電極引き出しパッド２８から伸びている配線部とをヒューズ９で接続したが、ヒューズ９を用いなくてもよい。その場合には、第四の実施形態で説明した様に、犠牲領域７の電極パッドと第一電極引き出しパッド２８から伸びている配線部とを接続している配線を切断手段で切断することができる。ここでも、犠牲領域を複数個設け、犠牲領域７の電極パッドと第一電極引き出しパッド２８から伸びている配線部を再度繋いで使用することができる。
【００３８】
（第六の実施形態）
本発明の容量型電気機械変換装置の第六の実施形態を、図９（ａ）の他のＦ−Ｆ’断面図である図１０を用いて説明する。基板１、第一電極２、第二電極３、キャビティ４、絶縁膜５、駆動領域６、犠牲領域７、第一電極引出しパッド２８、ヒューズ９は、第五の実施形態と同じである。
【００３９】
本実施形態では、図１０に示す様に、犠牲領域７が有する絶縁部の厚さは、犠牲領域７以外の絶縁膜５の厚さよりも薄くなっている。絶縁膜５の作製法と同じ手法で犠牲領域７の絶縁部を作製した場合、犠牲領域７の絶縁部を適当な方法で薄く加工する必要がある。例えば、犠牲領域７以外の部分をレジスト等でマスクし、犠牲領域７の絶縁部のみをエッチング処理して所望の厚さにする。その後、レジスト等を除去し、第二電極３やヒューズ９を設けることで、図１０の構造を実現できる。これにより、犠牲領域７の絶縁部の厚さを、所望の絶縁耐圧の厚さにすることができる。
【００４０】
（第七の実施形態）
本発明の容量型電気機械変換装置の第七の実施形態を、図１１を用いて説明する。本実施形態は、過電流検知手段と電圧印加遮断手段を有する容量型電気機械変換システムの一例である。図を見易くする為に、容量型電気機械変換装置は、１つのセルを含む形態で示している。第一電極２、第二電極３、絶縁膜５、駆動領域６、犠牲領域７は第一の実施形態と同じである。図１１の構成は、更に、バイアス電圧印加用電源１０、過電流検知手段である電流検出回路などである電流検知手段１１、電圧印加遮断手段である電気接続をオン・オフするスイッチ１２、制御信号経路１３を備える。
【００４１】
本実施形態において、スイッチ１２を接続すると、第一の実施形態と同様に、第一電極２と犠牲領域７の電極パッドとの間にバイアス電圧が印加される。バイアス電圧が犠牲領域７の絶縁耐圧を超えると、犠牲領域７が短絡する。このとき、生じた過電流を電流検知手段１１が検出すると、制御信号経路１３を通じてスイッチ１３を開放する信号が送られる。これにより、バイアス電圧の印加が遮断され、犠牲領域７以外の部分の破壊を防ぐことができる。すなわち、検知手段１１による過電流の検知に応答して、遮断手段１２により第一電極２と第二電極３との間への電圧の印加が遮断され、所望の部分が保護される。電流検知手段１１は、どの様な構成のものでも用いられるが、バイアス電圧印加時に余計なノイズ信号を生じない構成にすることが好ましい。
【００４２】
図１１の構成では、ヒューズを用いていないが、ヒューズを用いた構成にしてもよい。また、電流検知手段１１を、エレメント（画素）毎に設けることで、短絡した箇所を特定することもできる。この特定した情報をシステムにフィードバックすることで、短絡したエレメントを補う様に装置を駆動することができる。
【００４３】
また、図６の構成の様に、複数個の犠牲領域７を絶縁耐圧の高い方から順に互いにヒューズ９で直線状に結合し、最も絶縁耐圧の高い犠牲領域７と第二電極引き出しパッド８とをヒューズ９で接続してもよい。更に、図８（ａ）の構成の様に、第二電極引出しパッド８へ延びる第二電極２の配線に対し、並列に設けた犠牲領域７をそれぞれヒューズ９で接続してもよい。これにより、第四の実施形態で説明した様に、複数段階に分けて印加電圧をモニタすることができる。また、図８（ｂ）の構成の様にして、絶縁耐圧の異なる犠牲領域７を互いにヒューズ９で放射状に結合し、中央の犠牲領域７を最も絶縁耐圧を高くして第二電極引き出しパッド８とヒューズ９で接続してもよい。
【００４４】
（第八の実施形態）
本発明の容量型電気機械変換装置の第八の実施形態を、その基本構造を示す上面図の図１２（ａ）と図１２（ａ）のＧ−Ｇ’断面図の図１２（ｂ）を用いて説明する。図１２の構成では、第一電極２の上に導電性の基板１があり、その上に絶縁膜２５が存在し、絶縁膜２５の一部にキャビティ４が形成されている。絶縁膜２５の上にはシリコンメンブレン１８が存在し、その上に第二電極３が配線されている。第二電極３は、駆動領域６以外の部分で、キャビティ４の無い領域を渡り、第二電極引き出しパッド８まで配線されている。犠牲領域７は、犠牲領域７が有する絶縁部の上にシリコンメンブレン１８を有し、その上に電極パッドを有しており、この電極パッドは第二電極引き出しパッド８とヒューズ９を介して繋がっている。
【００４５】
第一電極２は、図１２（ｂ）で示す様に、導電性の基板１を利用して取り出してもよいし、基板１がガラス等の絶縁体の場合には、絶縁体中の貫通配線を用いて上部へ取り出すのが好ましい。また、図１２の構成では、第一電極２をエレメント（画素）１９毎に溝で区切っているが、エレメント１９毎に貫通配線を用いて電極を裏側へ引き出してもよい。犠牲領域７は、第一の実施形態と同様にして作製することができる。
【００４６】
以上の実施形態において、第一電極２及び第二電極３を、容量型電気機械変換装置の上部（振動面側）に取り出しているが、片方の電極を裏側へ取り出してもよい。また、上記実施形態においては、主に、第二電極の一部と犠牲領域７の電極パッドとの間にヒューズを設けた構成で説明してきた。しかし、第一電極の一部と犠牲領域７の電極パッドとをヒューズで接続した構成を全ての実施形態で採用することもできる。
【００４７】
また、以上の実施形態において、図１３に示す様な構造を用いることもできる。図１３（ａ）は、図７（ａ）の点線枠で囲った部分の領域１５において犠牲領域７の周辺に防壁１６を設けた構造を拡大して示す。犠牲領域７が短絡すると、絶縁破壊による火花が発生し、周囲に火花や犠牲領域７の電極の破片などが飛び散る可能性がある。これらの火花や破片の飛散を防ぐ為に、防壁１６を犠牲領域７の周辺ないし周囲に設けてもよい。また、図１３（ｂ）に示す様に、犠牲領域７が有する電極パッドの形状を変えることで、これらの飛散を抑制することもできる。ここでは、電極パッドは、犠牲領域７へ繋がる配線１７と接続する第１の部分と配線１７が通る箇所を除いて前記第１の部分を囲む様に形成された第２の部分を有する。
【符号の説明】
【００４８】
２…第一電極（下部電極）、３…第二電極（上部電極）、４…空隙（キャビティ）、５…絶縁膜、６…駆動領域、７…犠牲領域、１９…エレメント
【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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