(57)【要約】【課題】  送信音圧や感度特性を考慮して、優れた絶縁耐圧が得られる静電容量型音響波トランスデューサを提供すること。【解決手段】  間隙を挟んで配された第一の絶縁膜及び第二の絶縁膜と、前記間隙を挟んだ前記第一及び第二の絶縁膜の外側にそれぞれ配された第一の電極及び第二の電極と、を備え、前記第二の絶縁膜と前記第二の電極とが変位することで前記間隙の距離が変化し、これにより前記第一及び第二の電極間の静電容量が変化するセルと、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、を有する静電容量型の音響波トランスデューサであって、前記第一の絶縁膜にかかる電界強度が、前記第二の絶縁膜にかかる電界強度に比して、絶縁破壊を生ずる電界強度に近くなるように構成した静電容量型音響波トランスデューサ。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を挟んで配された第一の絶縁膜及び第二の絶縁膜と、前記間隙を挟んだ前記第一及び第二の絶縁膜の外側にそれぞれ配された第一の電極及び第二の電極と、を備え、前記第二の絶縁膜と前記第二の電極とが変位することで前記間隙の距離が変化し、これにより前記第一及び第二の電極間の静電容量が変化するセルと、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、を有する静電容量型の音響波トランスデューサであって、前記第一の絶縁膜にかかる電界強度が、前記第二の絶縁膜にかかる電界強度に比して、絶縁破壊を生じる電界強度に近くなるように構成したことを特徴とする静電容量型音響波トランスデューサ。
【請求項２】
前記第二の電極上に別の絶縁膜を備え、前記第二の絶縁膜、前記第二の電極、及び前記別の絶縁膜が変位可能であることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型音響波トランスデューサ。
【請求項３】
前記第一の絶縁膜がＦｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネル型伝導特性を有する絶縁膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型音響波トランスデューサ。
【請求項４】
前記第二の絶縁膜がＰｏｏｌ−Ｆｒｅｎｋｅｌ型伝導特性を有する絶縁膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の静電容量型音響波トランスデューサ。
【請求項５】
前記第一の絶縁膜が酸化シリコンであり、前記第二の絶縁膜が窒化シリコンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電容量型音響波トランスデューサ。
【請求項６】
前記第二の絶縁膜の厚さが、前記間隙の距離をＧとして、０．３２×Ｇ１．２４以上を満足することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の静電容量型音響波トランスデューサ。
【請求項７】
前記セルを複数備え、前記第一の電極を共通に接続した素子を構成していることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型音響波トランスデューサ。
【請求項８】
前記素子を複数備えていることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型音響波トランスデューサ。
【請求項９】
前記第一及び第二の絶縁膜のそれぞれにかかる電界強度Ｅ１及びＥ２は、前記第一の電極と前記第二の電極との間に印加される電圧をＶ、第一の絶縁膜の厚さをｔ１、第二の絶縁膜の厚さをｔ２、第一の絶縁膜の比誘電率をε１、第二の絶縁膜の比誘電率をε２として、以下の式（１２）及び式（１３）で表わされ、
Ｅ１＝Ｖ／（ｔ１＋ｔ２×ε１／ε２）    式（１２）
Ｅ２＝Ｖ／（ｔ２＋ｔ１×ε２／ε１）    式（１３）
且つ、第一の絶縁膜が絶縁破壊を生ずる電界強度をＥＸ１、第二の絶縁膜が絶縁破壊を生ずる電界強度をＥＸ２として、以下の式（１４）を、
Ｅ１／ＥＸ１＞Ｅ２／ＥＸ２    式（１４）
満足することを特徴とする請求項１に記載の静電容量型音響波トランスデューサ。
【請求項１０】
間隙を挟んで配された第一の絶縁膜及び第二の絶縁膜と、前記間隙を挟んだ前記第一及び第二の絶縁膜の外側にそれぞれ配された第一の電極及び第二の電極と、を備え、前記第二の絶縁膜と前記第二の電極とが変位することで前記間隙の距離が変化し、これにより前記第一及び第二の電極間の静電容量が変化するセルと、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、を有する静電容量型の音響波トランスデューサであって、前記第二の絶縁膜の比誘電率を前記第一の絶縁膜の比誘電率で除した値が、１．１４より大きいことを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
【請求項１１】
前記請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の静電容量型音響波トランスデューサを音響波プローブとして備えると共に、画像処理部と、前記音響波プローブと前記画像処理部との間の信号を送受信する回路部と、前記画像処理部と前記回路部とを制御する制御部と、を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響波変換素子などとして用いられる静電容量型音響波トランスデューサ及びこれを備えた被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシニング技術によって製造される微小機械部材はマイクロメータオーダの加工が可能であり、従来より、これらを用いて様々な微小機能素子が実現されている。
【０００３】
このような技術を用いた静電容量型音響波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）は、圧電素子の代替品として研究されている。
【０００４】
静電容量型音響波トランスデューサは、メンブレン（振動膜）を振動させることで音響波を発信するアクチュエータの機能と、被検体に反射して戻ってきた音響波をメンブレンの変位変化として受信するセンサの機能を一体化したものである。
【０００５】
このような静電容量型音響波トランスデューサを用いると、振動膜の振動を用いて音響波を送信、受信することができ、特に液中において優れた広帯域特性を容易に得ることができる。本明細書において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものなどを含む。
【０００６】
音響波診断装置は、被検体に静電容量型音響波トランスデューサから音響波を送信し、被検体からの反射信号を静電容量型トランスデューサで受信し、受信した信号に基づいて音響波画像を得る装置である。
【０００７】
特許文献１には、音響波診断装置に適用可能な静電容量型超音波トランスデューサの一対の電極間の絶縁耐圧の向上に関する提案がなされている。
【０００８】
特許文献１に記載の発明は、酸化シリコン膜よりも窒化シリコン膜の誘電率が大きいことと、窒化シリコン膜はリーク電流による電荷が蓄積し易いことを考慮したものである。具体的には、特許文献１は、ＣＭＵＴを構成する一対の電極の各電極に接する部分には酸化シリコン膜を用いると共に電極間の電極に接しない部分に窒化シリコン膜を配置することで絶縁膜の耐圧向上を図る発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２８８８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
例えば、大きな送信音圧を得るためにはＣＭＵＴを構成する電極間に高い電圧を印加して振動膜の変位を大きくする必要があるが、特許文献１に開示された発明は、単に絶縁膜の耐圧向上を狙ったものであり、送信音圧と耐圧の双方を考慮したものではない。特許文献１の発明は、振動膜側の絶縁膜を厚くすると送信音圧や感度特性の点で必ずしも優れた静電容量型音響波トランスデューサを構成できないのが実状である。
【００１１】
本発明は、送信音圧や感度特性を考慮して、優れた絶縁耐圧が得られる静電容量型音響波トランスデューサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明により提供される静電容量型音響波トランスデューサは、間隙を挟んで配された第一の絶縁膜及び第二の絶縁膜と、前記間隙を挟んだ前記第一及び第二の絶縁膜の外側にそれぞれ配された第一の電極及び第二の電極と、を備え、前記第二の絶縁膜と前記第二の電極とが変位することで前記間隙の距離が変化し、これにより前記第一及び第二の電極間の静電容量が変化するセルと、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、を有する静電容量型の音響波トランスデューサであって、前記第一の絶縁膜にかかる電界強度が、前記第二の絶縁膜にかかる電界強度に比して、絶縁破壊を生じる電界強度に近くなるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の静電容量型音響波トランスデューサでは、第一の絶縁膜にかかる電界強度が、前記第二の絶縁膜にかかる電界強度に比して、絶縁破壊に近くなるように構成した。
【００１４】
これにより送信音圧や感度特性を考慮した優れた絶縁耐圧が得られる静電容量型音響波トランスデューサを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の静電容量型音響波トランスデューサを説明するための上面図である。
【図２】本発明の静電容量型音響波トランスデューサを説明するための図１Ａ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明の静電容量型トランスデューサ音響波を説明するための絶縁膜の電流電圧特性の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の静電容量型音響波トランスデューサを説明するための第一の絶縁膜の電流電圧特性の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の静電容量型音響波トランスデューサを説明するための第二の絶縁膜の電流電圧特性の一例を示すグラフである。
【図６】本発明の静電容量型音響波トランスデューサを用いた被検体情報取得装置を説明するための図である。
【図７】本発明の静電容量型音響波トランスデューサを駆動する送受信回路を説明するための図である。
【図８】本発明の静電容量型音響波トランスデューサを説明するため音響波プローブの斜視図である。
【図９】本発明の静電容量型音響波トランスデューサの製造方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の静電容量型音響波トランスデューサの製造方法を説明するための図である。
【図１１】本発明の静電容量型音響波トランスデューサを説明するための間隙Ｇと第二の絶縁膜の厚さの関係の一例である。
【図１２】実施例１の静電容量型音響波トランスデューサを説明するための上面図である。
【図１３】実施例１の静電容量型音響波トランスデューサを説明するための図１０Ａ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の容量結合型音響波トランスデューサについて、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の音響波トランスデューサの模式的上面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ｂ断面図である。
【００１７】
図１においては、１は静電容量型音響波トランスデューサであり、２はセル、３は複数のセルをまとめて構成した素子（エレメント）であり、４２は一対の電極間の静電容量変化により生ずる電流を検出するための電極パッドである。
【００１８】
図１の断面図である図２を参照しつつ説明すると、本発明の静電容量型音響波トランスデューサは、間隙（キャビティ８）を挟んで配された第一の絶縁膜７及び第二の絶縁膜９と、間隙８を挟んで第一及び第二の絶縁膜の外側にそれぞれ配された第一の電極６及び第二の電極１０と、を備えている。
【００１９】
そして、第二の絶縁膜９と第二の電極１０とが変位することで間隙８の距離が変化し、これにより第一の電極６及び第二の電極１０間の静電容量が変化するセル２（図１）と、第一の電極６と第二の電極１０との間に電圧を印加する電圧印加手段（１４）と、を有して構成される。尚、図２は、図１の一つのセル２についての断面図を示している。
【００２０】
そして本発明の特徴的構成は第一の絶縁膜７にかかる電界強度が、第二の絶縁膜９にかかる電界強度に比して、絶縁破壊に近くなるように構成したことである。
【００２１】
以上が本発明の静電容量型音響波トランスデューサの基本的な構成である。
【００２２】
上記の特徴的構成については後述するが、まず、図２に付加的に示した部材等を含めて説明する。
【００２３】
図２において、４はシリコン等で構成される基板であり、基板４上に第三の絶縁膜５が配され、第三の絶縁膜５上に第一の電極６が形成されている。ここで、基板４をガラス基板などの絶縁性基板とする場合には、第三の絶縁膜５は設けなくてもよい。
【００２４】
第二の絶縁膜９上には第二の電極１０が配されており第二の電極１０上に絶縁膜で構成された封止膜１１が形成されて振動膜１２が構成されている。ここでは、第二の電極上に別の絶縁膜が設けられ、この別の絶縁膜も変位可能となっている。
【００２５】
１３は振動膜１２を支持する振動膜支持部であり、振動膜支持部１３は、配線引き出しの為に第二の電極１０を含んでいる部分と含んでいない部分が存在する。
【００２６】
１４は、セル２の第一の電極６と第二の電極１０との間に電圧を印加する電圧印加手段であり、１５は、第二の電極１０に送信電圧を印加する電圧印加手段である。
【００２７】
第一の電圧印加手段１４で第一の電極６にバイアス電圧を印加することができ、第一の電極６にバイアス電圧が印加されると、第一の電極６と第二の電極１０の間に電位差が生じる。この電位差により振動膜の復元力と静電引力が釣り合うところまで振動膜１２は変位する。
【００２８】
この状態で音響波が振動膜１２に到達すると、振動膜１２が振動することで第一の電極６と第二の電極１０の間の静電容量が変化して第二の電極１０に電流が流れる。
【００２９】
この電流を第二の電極１０から引き出された電極パッド４２を介して取り出すことで、音響波を電気信号として取り出すことができる。
【００３０】
第一の電圧印加手段１４で第一の電極６にバイアス電圧を印加した状態で、第二の電圧印加手段１５から第二の電極１０に送信電圧を印加すると、音響波を送信することができる。送信電圧は、所望の音響波を送信できる波形であれば単極パルスや双極パルス、バースト波や連続波など、所望の波形のものを採用できる。
【００３１】
図２は、上述した通り図１の一つのセル２についての断面図であるが、図１は、セル２を構成するキャビティ８（即ち、振動膜１２が振動する部分）の上面の形状を円形としているが、キャビティ８は、正方形、長方形等の種々の形状を採用し得る。
【００３２】
図１では、セル２の第一の電極６を構成する層を共通にした複数のセルで一つの素子（エレメント）を構成し、素子を３つとした例を示している。セルを複数備えてエレメントとしている。
【００３３】
図１では、４４個のセル２を用いて一つの素子を構成しているが、素子を構成するセルの数は、これに限られるものではなく、得ようとする音響波トランスデューサの特性を考慮して決定される。また、素子の数についても同様である。
【００３４】
セルの配列は図１に示したように格子状の他、千鳥配置等、種々のものを採用でき、素子３の大まかな外形についても図１に示したような長方形の他、正方形や六角形等、種々のものを採用し得る。以下、本発明の特徴的事項である第一の絶縁膜にかかる電界強度が、第二の絶縁膜にかかる電界強度に比して、絶縁破壊に近くなるように構成することに関連した説明を行う。
【００３５】
図２における第一の電極６へ印加する電圧が増大すると、振動膜１２の復元力よりも静電引力の方が大きくなり、振動膜１２がキャビティ８の下面の絶縁膜７に接触する。この電圧をプルイン電圧という。プルイン電圧に対するバイアス電圧の比が高いほど、受信した音響波を電気信号に変換する、あるいは電気信号を音響波に変換する変換効率が高い。
【００３６】
プルイン電圧以上の電圧を電極間に印加すると、振動膜１２がキャビティの下面に接触することとなり、素子が有する周波数特性が大きく変化し、検出できる音響波の受信感度が大きく変化する。また、送信できる音響波の強度や周波数特性も大きく変化する。
【００３７】
大きな音響波を送信するために、第一の電極６と第二の電極１０との間に大きな電圧を印加すると電極間に強い電界が生じる。
【００３８】
素子３の中で強い電界がかかる部分は、第一の電極６と第二の電極１０に挟まれた第一の絶縁膜７と第二の絶縁膜９である。
【００３９】
また、振動膜１２がキャビティ８の下面の絶縁膜７に接触すると、強い電界がキャビティ８内の第一の絶縁膜７と第二の絶縁膜９にもかかる。
【００４０】
第一の電極６と第二の電極１０との間に強い電界がかかる場合に、第一の絶縁膜７と第二の絶縁膜９が絶縁破壊しないように、絶縁耐圧を向上させる必要がある。
【００４１】
第二の絶縁膜９は第二の電極１０と封止膜１１と共に振動膜１２を構成するため、振動膜１２の振動特性を変えずに絶縁耐圧を向上する必要がある。
【００４２】
ここで、振動膜１２を薄く軽い構成とすると、感度が高く帯域が広がり特性が向上するため、振動膜１２を構成する第二の絶縁膜９は薄く軽いことが望ましい。
【００４３】
そのため第二の絶縁膜よりもむしろ第一の絶縁膜７で絶縁耐圧を向上させるのが好ましくなる。
【００４４】
本発明では、第一の絶縁膜７の方が第二の絶縁膜９よりも絶縁破壊に近い電界強度がかかる構成とすることで、第二の絶縁膜９を薄く軽い構成とすることができる。これにより、第二の絶縁膜９を含んで構成される振動膜１２の振動特性向上させることができる。
【００４５】
ここで、第一の絶縁膜７は、表面粗さが小さい絶縁材料が望ましい。表面粗さが大きいと、第一の電極と第二の電極間の距離が各セル間でばらついて振動膜の振動特性がばらつき、静電容量型トランスデューサの性能の低下が懸念されるためである。絶縁膜は厚くなるほど表面粗さが増すため、絶縁性を保つのに最低限必要な厚さとすることで静電容量型トランスデューサの性能の低下を抑制することができる。
【００４６】
第二の絶縁膜９は、低い引っ張り応力を有する膜で構成することが好ましい。例えば、６００ＭＰａ以下の引っ張り応力を有する膜がよい。窒化シリコン膜は応力コントロールが可能であり、６００ＭＰａ以下の低い引っ張り応力にすることができる。
【００４７】
第二の絶縁膜９が圧縮応力を有する場合、振動膜１２がスティッキングあるいは座屈を引き起こし大きく変形することが懸念される。
【００４８】
また、大きな引っ張り応力の場合、振動膜１２が破壊されることがある。
【００４９】
したがって振動膜１２は低い引っ張り応力を有する膜とするのが望ましく、例えば、応力コントロールが可能で低い引っ張り応力に調整できる窒化シリコン膜が好ましい。
【００５０】
また、第二の絶縁膜９は、後述する静電容量型トランスデューサの製造方法の説明（図９参照）より理解されるように、間隙（キャビティ）８となる部分に形成した犠牲層３５の上に成膜を行うため、犠牲層３５のカバレッジを確実にできる厚さが好ましい。本発明では、例えば、第二の絶縁膜９はカバレッジに最低限必要な厚さとし、第一の絶縁膜７で絶縁耐圧を向上させる。
【００５１】
一般的に、一対の電極間に挟まれた絶縁膜にかかる電界強度を増していくと、絶縁膜中を流れる電流量が増加していきある電界強度で絶縁膜が破壊される。
【００５２】
絶縁膜の電流電圧特性は絶縁膜の種類によって異なり、絶縁膜中を電荷がトラップされて移動し、その移動量が電界強度に依存する特性をＰｏｏｌ−Ｆｒｅｎｋｅｌ型伝導特性と呼ぶ。
【００５３】
また、ある電界強度までは絶縁膜中の電荷の移動が少なく穏やかで、ある電界強度からトンネル現象で電荷が移動するため急激に電流量が増加する特性をＦｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネル型伝導特性と呼ぶ。
【００５４】
第一の絶縁膜７と第二の絶縁膜９をＰｏｏｌ−Ｆｒｅｎｋｅｌ型伝導特性をもつ絶縁膜で構成すると、第一の電極６と第二の電極１０との間にかかる電界強度に依存して電荷が移動し絶縁膜中に電荷が蓄積する。絶縁膜中に電荷が蓄積して帯電すると、駆動電圧がばらつくと共に、振動膜の振動特性がばらつくこととなり、静電容量型トランスデューサの性能低下の要因となる。
【００５５】
そのため、本発明では、第一の絶縁膜７をＦｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネル型伝導特性をもつ絶縁膜で構成することが好ましく、これによりトンネル現象が生じる電界強度までは電荷の移動が少なく絶縁膜中に電荷が蓄積しないため、静電容量型トランスデューサの性能の低下を抑制できる。
【００５６】
また、この時、第一の絶縁膜７が接する第一の電極６の電位を第二の電極１０よりも低くすることで、第二の絶縁膜９をＰｏｏｌ−Ｆｒｅｎｋｅｌ型伝導特性をもつ絶縁膜とすることができる。
【００５７】
図３に絶縁膜の電流電圧特性の一例を示す。図中実線で示したのが窒化シリコン膜の電流電圧特性の一例であり、点線で示したのが酸化シリコン膜の電流電圧特性の一例である。
【００５８】
本発明では、Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネル型伝導の特性をもつ絶縁膜として酸化シリコン膜を採用し、Ｐｏｏｌ−Ｆｒｅｎｋｅｌ型伝導特性をもつ絶縁膜として窒化シリコン膜を採用することが好ましい。一般的に、電流密度が１．０×１０−８（Ａ／ｃｍ２）より大きな値となると絶縁破壊が生じると言われている。
【００５９】
また、Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネル型伝導特性をもつ絶縁膜は、ある電界強度からトンネル現象で電荷が移動するため急激に電流量が増加するため、電流密度が急激に変化する電界強度を絶縁破壊が生じる電界強度とするのが好ましい。
【００６０】
例えば、図３の酸化シリコン膜の場合、電流密度が急激に変化する電界強度は５．１２（ＭＶ／ｃｍ）である。
【００６１】
また、窒化シリコン膜が絶縁破壊を生じる電界強度は、４（ＭＶ／ｃｍ）である。
【００６２】
第一の電極６と第二の電極１０との間に二種類の絶縁膜が存在し、第一の電極６と第二の電極１０との間に電圧Ｖを印加するときに、第一の絶縁膜７にかかる電圧Ｖ１と第二の絶縁膜９にかかる電圧Ｖ２の関係は、以下の式（１）で示される。
Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２    式（１）
【００６３】
第一の絶縁膜７にかかる電圧Ｖ１は、第一の絶縁膜厚さをｔ１とし電界強度をＥ１とすると、以下の式（２）で示される。
Ｖ１＝ｔ１×Ｅ１    式（２）
【００６４】
第二の絶縁膜９にかかる電圧Ｖ２は、第二の絶縁膜厚さをｔ２とし電界強度をＥ２とすると、以下の式（３）で示される。
Ｖ２＝ｔ２×Ｅ２    式（３）
【００６５】
第一の絶縁膜の比誘電率をε１、第二の絶縁膜の比誘電率をε２とすると、比誘電率と電界強度の積は保存することから、以下の式（４）が得られる。
ε１×Ｅ１＝ε２×Ｅ２    式（４）
【００６６】
上記の式（１）、式（２）、及び式（３）より、以下の式（５）が得られる。
Ｖ＝ｔ１×Ｅ１＋ｔ２×Ｅ２    式（５）
【００６７】
式（４）より以下の式（６）が得られる。
Ｅ２＝ε１×Ｅ１／ε２、及びＥ１＝ε２×Ｅ２／ε１    式（６）
【００６８】
そして、式（５）と式（６）より以下の式（７）が得られる。
ｔ１＝（（ε１×Ｖ／Ｅ２）−（ｔ２×ε１））／ε２    式（７）
【００６９】
また、第一の電極６と第二の電極１０との間に電圧Ｖを印加する場合、第一の絶縁膜７にかかる電圧Ｖ１と第二の絶縁膜にかかる電圧Ｖ２の割合は、次のように求められる。
【００７０】
即ち、式（５）と、式（６）より、以下の式（６−２）及び式（６−３）が得られる。
Ｖ＝Ｅ１×（ｔ１＋ｔ２×ε１／ε２）    式（６−２）
Ｖ＝Ｅ２×（ｔ２＋ｔ１×ε２／ε１）    式（６−３）が得られる。
【００７１】
式（２）と式（６−２）より以下の式（８）が得られる。
Ｖ１／Ｖ＝ｔ１×ε２／（ε２×ｔ１＋ｔ２×ε１）    式（８）
【００７２】
式（２）と式（６−３）より以下の式（９）が得られる。
Ｖ２／Ｖ＝ｔ２×ε１／（ε２×ｔ１＋ｔ２×ε１）    式（９）
【００７３】
第一の絶縁膜が絶縁破壊を生じる電圧ＶＶ１は、以下の式（１０）となる。
ＶＶ１＝ｔ１×Ｅ１／（Ｖ１／Ｖ）    式（１０）
【００７４】
そして、第二の絶縁膜が絶縁破壊を生じる電圧ＶＶ２は、以下の式（１１）となる。
ＶＶ２＝ｔ２×Ｅ２／（Ｖ２／Ｖ）    式（１１）
【００７５】
例えば、振動膜１２の振動特性を決めるために第二の絶縁膜の厚さｔ２を０．３μｍとし、第一の電極６と第二の電極１０との間に印加する電圧Ｖを２５０Ｖとする。
【００７６】
第二の絶縁膜９を窒化シリコン膜で構成すると絶縁破壊を生じる電界強度は４（ＭＶ／ｃｍ）であり、第一の絶縁膜７の絶縁破壊を生じる電界強度は酸化シリコン膜の場合５．１２（ＭＶ／ｃｍ）である。また、第一の絶縁膜の比誘電率は４．４であり、第二の絶縁膜の比誘電率は６．８である。
【００７７】
ここで、式（７）より、第一の絶縁膜７の厚さｔ１は０．２９４２μｍとなり、この厚さ以上にすれば第一の絶縁膜は絶縁破壊を生じない。
【００７８】
第一の絶縁膜７の厚さは、表面粗さの観点から薄い方が好ましいため０．３μｍとする。
【００７９】
このとき、第一の絶縁膜にかかる電圧Ｖ１の割合は、式（８）より０．６０７、第二の絶縁膜にかかる電圧Ｖ２の割合は、式（９）より０．３９３となる。
【００８０】
第一の絶縁膜が絶縁破壊を生じる電圧ＶＶ１は、式（１０）より
ＶＶ１＝０．３μｍ×５．１２（ＭＶ／ｃｍ）／０．６０７＝２５３．０５Ｖとなる。
【００８１】
また、第二の絶縁膜が絶縁破壊を生じる電圧ＶＶ２は、式（１１）より
ＶＶ２＝０．３μｍ×４（ＭＶ／ｃｍ）／０．３９３＝３０５．３４Ｖとなる。
【００８２】
このことから、印加する電圧Ｖが第一の絶縁膜７と第二の絶縁膜９が絶縁破壊を生ずる電圧Ｖ１、Ｖ２よりも小さいので絶縁破壊を防ぐことが可能となる。
【００８３】
また、第一の絶縁膜７にかかる電界強度は、
第一の絶縁膜にかかる電圧Ｖ１／第一の絶縁膜の厚さ＝５．０６（ＭＶ／ｃｍ）である。
【００８４】
また、第二の絶縁膜９にかかる電界強度は、
第二の絶縁膜にかかる電圧Ｖ２／第二の絶縁膜の厚さ＝３．２６（ＭＶ／ｃｍ）である。
【００８５】
つまり、第一の絶縁膜７にかかる電界強度が第二の絶縁膜９にかかる電界強度よりも絶縁破壊を生ずる電界強度に近くなる。
【００８６】
このとき、第一の絶縁膜７が絶縁破壊を生じる電界強度を第二の絶縁膜９が絶縁破壊を生じる電界強度で割った値は、１．２８となる。
【００８７】
また、第二の絶縁膜９の比誘電率を第一の絶縁膜７の比誘電率で割った値は１．５５となる。
【００８８】
第一の絶縁膜７と第二の絶縁膜９をここで示した構成にすることで振動膜の振動特性を変化させずに絶縁耐圧を向上させるができる。
【００８９】
ここで、本発明における絶縁破壊を生じさせる電界強度に近くなることの意味あいを説明する。
【００９０】
式（６−２）、及び式（６−３）より、電界強度Ｅ１及びＥ２について、以下の式（１２）、及び式（１３）が得られる。
Ｅ１＝Ｖ／（ｔ１＋ｔ２×ε１／ε２）    式（１２）
Ｅ２＝Ｖ／（ｔ２＋ｔ１×ε２／ε１）    式（１３）
【００９１】
第一の絶縁膜が絶縁破壊を生ずる電界強度をＥＸ１、第二の絶縁膜が絶縁破壊を生ずる電界強度をＥＸ２として、以下の式（１４）を満足する構成とすることが本発明では好ましい。
Ｅ１／ＥＸ１＞Ｅ２／ＥＸ２    式（１４）
【００９２】
図３で一例として示した絶縁膜の電流電圧特性は、成膜条件や材料の違いによって特性がばらつくことがある。
【００９３】
図４、図５に異なる時期に成膜した絶縁膜の電流電圧特性を示す。
【００９４】
図４は酸化シリコン膜の電流電圧特性を示し、図５は窒化シリコン膜の電流電圧特性を示す。
【００９５】
図４は、三回異なる時期に酸化シリコン膜を成膜して電流電圧特性を測定した結果である。電流密度が急激に変化する電界強度は、一回目の成膜では４．８（ＭＶ／ｃｍ）であり、二回目の成膜では５．１２（ＭＶ／ｃｍ）、三回目の成膜では６．０（ＭＶ／ｃｍ）である。
【００９６】
図５は三回異なる時期に窒化シリコン膜を成膜して電流電圧特性を測定した結果である。電流密度が１．０×１０−８（Ａ／ｃｍ２）より大きな値となる電界強度は、一回目の成膜では３．０（ＭＶ／ｃｍ）であり、二回目の成膜では４．０（ＭＶ／ｃｍ）であり、三回目の成膜では４．２（ＭＶ／ｃｍ）である。
【００９７】
絶縁破壊が生じる電界強度の値は、静電容量型トランスデューサを作製する時に絶縁膜を成膜する条件で事前に絶縁膜の成膜を行い、成膜した絶縁膜の電流電圧特性を測定して決定するのが好ましい。
【００９８】
成膜によるばらつきを考慮すると、第一の絶縁膜７が絶縁破壊を生じる電界強度を第二の絶縁膜９が絶縁破壊を生じる電界強度で割った値の最小値は１．１４である。
【００９９】
絶縁膜の比誘電率と電界強度の関係はε２／ε１＝Ｅ１／Ｅ２であることから、第二の絶縁膜９の比誘電率を第一の絶縁膜７の比誘電率で割った値が１．１４より大きくなる絶縁膜を用いるのが好ましい。
【０１００】
このような絶縁膜を用いると第一の絶縁膜７にかかる電界強度が第二の絶縁膜９にかかる電界強度よりも絶縁破壊の電界強度に近い構成となる。
【０１０１】
このように、振動膜１２の振動特性を決めるために第二の絶縁膜９の厚さｔ２を決め、第一の電極６と第二の電極１０との間に印加する最大の電圧Ｖを決め、第一の絶縁膜７の厚さｔ２を決める事で振動膜の振動特性を変化させずに絶縁耐圧を向上させることができる。
【０１０２】
図６に本発明の静電容量型音響波トランスデューサを適用した被検体情報取得装置の一例を示す。
【０１０３】
被検体情報取得４３は、システム制御部１６、バイアス電圧制御部１７、送信電圧制御部１８、送受信回路（回路部）１９、音響波プローブ２０、画像処理部２１、表示部２２を有して構成される。
【０１０４】
音響波プローブ２０は、被検体へ音響波を送信し、被検体から反射した音響波を受信する本発明の静電容量型トランスデューサ１からなる送受信プローブである。
【０１０５】
送受信回路（回路部）１９は、外部から供給されたバイアス電圧や駆動電圧を音響波プローブ２０に供給したり、音響波プローブ２０が受信した音響波を処理して画像処理部２１へ出力する回路である。
【０１０６】
バイアス電圧制御部１７は、音響波プローブ２０へバイアス電圧を供給する為に送受信回路１９へバイアス電圧を供給している。バイアス電圧制御部１７は、図示しない電源とスイッチから構成され、システム制御部１６から指示されたタイミングで、バイアス電圧を送受信回路１９へ供給する。
【０１０７】
送信電圧制御部１８は、音響波プローブ２０へ送信電圧を供給する為に送受信回路（回路部）１９へ送信電圧を供給する。システム制御部１６から指示されたタイミングで、所望の周波数特性と送信音圧の強度が得られる波形を、送受信回路（回路部）１９へ供給する。
【０１０８】
画像処理部２１は、送受信回路１９から出力された信号を用いて画像変換（例えばＢモード画像、Ｍモード画像など）を行い、表示部２２へ出力する。
【０１０９】
表示部２２は、画像処理部２１から出力される画像信号を表示する表示装置である。画像表示部２２は、被検体情報取得４３とは別体の構成にすることもできる。
【０１１０】
システム制御部１６は、バイアス電圧制御部１７、送信電圧１８、画像処理部２１などを制御する回路である。
【０１１１】
図７に送受信回路の一例を示す。送受信回路２６は、送信部２３と受信プリアンプ２４とスイッチ２５から構成される。
【０１１２】
送信駆動の際には、図６のシステム制御部１６から指示された送信のバイアス電圧に従い、バイアス電圧制御部１７から印加されたバイアス電圧を音響波プローブ２０に印加する。
【０１１３】
同様にシステム制御部１６から指示された送信電圧に従い、送信電圧制御部１８から印加された電圧を送信部２３を介して音響波プローブ２０に印加する。
【０１１４】
送信電圧が印加されると、スイッチ２５は開いた状態となり、受信プリアンプ２４には信号が流れないようになる。送信電圧が印加されない状態では、スイッチ２５は閉じた状態であり、受信の状態となる。
【０１１５】
スイッチ２５は、図示しないダイオードなどで構成されており、受信プリアンプ２４が破壊されないようにする保護回路の役目を果たす。
【０１１６】
音響波プローブ２０から音響波が送信され、被検体で反射された音響波が音響波プローブ２０に戻ってくると、音響波プローブ２０は音響波を受信する。
【０１１７】
受信の際には、図６のシステム制御部１６から指示された受信のバイアス電圧に従い、バイアス電圧制御部１７から印加されたバイアス電圧を音響波プローブ２０に印加する。スイッチ２５は閉じた状態であるため、受信信号は受信プリアンプ２４で増幅され、画像処理部２１に送られる。
【０１１８】
図８に音響波プローブの一例を示す。
【０１１９】
図８は音響波プローブの斜視図である。音響波プローブ２７は、静電容量型音響波トランスデューサ１と音響マッチング層２８と音響レンズ２９と回路基板３０から構成される。
【０１２０】
図８の静電容量型音響波トランスデューサ１は、図１の静電容量型音響波トランスデューサ１と同様な構成であり、図８に示すように素子３が１次元アレイのようにＸ方向に多数個並んでいる。
【０１２１】
図８では１次元アレイだが、素子３を２次元アレイにしてもよいし、コンベックス型など他の形状としてもよい。
【０１２２】
静電容量型音響波トランスデューサ１は、回路基板３０に実装され、電気的に接続される。回路基板３０は、図６に示した送受信回路１９と一体となった基板でも良いし、回路基板３０を介して図６のような送受信回路１９と接続させてもよい。
【０１２３】
静電容量型音響波トランスデューサ１が音響波を送信する表面側には、被検体と音響インピーダンスの整合を取る為に、音響マッチング層２８を設けている。
【０１２４】
音響マッチング層２８は、被検体への漏電を防止する為の保護膜として設けてもよい。
【０１２５】
音響マッチング層２８を介して音響レンズ２９が配置されている。音響レンズ２９は被検体と音響マッチング層２８との間で、音響インピーダンスの整合が取れる物を用いるのが好ましい。
【０１２６】
図８のようなＹ方向に曲率を持つ音響レンズ２９を設けると、Ｙ方向に広がる音響波を音響レンズの焦点位置で絞る事ができる。Ｘ方向に広がる音響波はそのままでは絞る事が出来ない為、素子３毎に音響波を送信するタイミングをずらしてビームフォーミングで送信駆動する事で、焦点位置で音響波を絞ることができる。
【０１２７】
音響レンズ２９の形状は、所望の音響波の分布特性が得られる形状にするのが好ましい。また、用いる被検体の種類に応じて、音響マッチング層２８や音響レンズ２９の種類や形状を選択すれば良いし、設けなくてもよい。音響波プローブ２７へのバイアス電圧や送信電圧の供給や、被検体から反射した音響波を受信した受信信号は、図示しないケーブルを介して送受信回路１８または画像処理部２１へ伝送される。次に図９、図１０を参照して本発明の静電容量型トランスデューサの製造方法の一例について説明する。
【０１２８】
図９は、図１のＡ−Ｂ断面図である。
【０１２９】
図９（ａ）に示すように、基板３１上に第三の絶縁膜３２を形成する。基板３１はシリコン基板であり、第三の絶縁膜３２は第一の電極との絶縁を形成するためである。基板３１がガラス基板のような絶縁性基板の場合、第三の絶縁膜３２は形成しなくともよい。また、基板３１は、表面粗さの小さな基板が望ましい。表面粗さが大きい場合、本工程の後工程での成膜工程でも、表面粗さが転写されていくとともに、表面粗さによる第一の電極と第二の電極間の距離が、各セル間でばらついてしまう。このばらつきは、変換効率のばらつきとなるため、感度、帯域ばらつきとなる。従って、基板３１は、表面粗さの小さな基板が望ましい。
【０１３０】
次に、第一の電極３３を形成する。第一の電極３３は、表面粗さが小さい導電材料が望ましく、例えば、チタン、タングステン、アルミ等を採用できる。基板と同様に、第一の電極の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極と第二の電極間の距離が、各セル間、各素子間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい導電材料が望ましい。
【０１３１】
次に、第一の絶縁膜３４を形成する。第一の絶縁膜３４は、表面粗さが小さい絶縁材料が望ましく、第一の電極と第二の電極との間に電圧が印加された場合の第一の電極と第二の電極間の電気的短絡あるいは絶縁破壊を防止するために形成する。また、本工程の後工程で実施する犠牲層除去時に第一の電極がエッチングされることを防止するために形成する。基板と同様に、第一の絶縁膜３４の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極と第二の電極間の距離が、各セル間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい絶縁膜が望ましい。例えば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等であるが、本発明では前述したように酸化シリコン膜が特に好ましい。また絶縁膜は、厚くなるほど表面粗さが増すため、絶縁性を保つのに最低限必要な厚さとする。
【０１３２】
第一の絶縁膜として酸化シリコン膜を用いる場合、その膜厚は１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲、より好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲とするのが好適である。
【０１３３】
次に、図９（ｂ）に示すように、犠牲層３５を形成する。後に間隙（キャビティ）となる犠牲層３５の厚さを間隙Ｇとして４３で示している。犠牲層３５は表面粗さが小さい材料が望ましい。基板と同様に、犠牲層の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極と第二の電極間の距離が各セル間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい犠牲層が望ましい。
【０１３４】
また、犠牲層を除去するエッチングのエッチング時間を短くするために、エッチング速度の速い材料が望ましい。また、犠牲層を除去するエッチング液あるいはエッチングガスに対して、絶縁膜、振動膜がほぼエッチングされないような犠牲層材料が求められる。
【０１３５】
犠牲層を除去するエッチング液あるいはエッチングガスに対して、絶縁膜、振動膜がエッチングされる場合、振動膜の厚さばらつき、第一の電極と第二の電極との間の距離ばらつきが発生する。振動膜の厚さばらつき、第一の電極と第二の電極との間の距離ばらつきは、各セル間の感度、帯域ばらつきとなる。
【０１３６】
絶縁膜、振動膜を窒化シリコン膜、あるいは酸化シリコン膜で構成する場合、表面粗さが小さく、絶縁膜、振動膜がエッチングされにくいエッチング液あるいはエッチングガスを用いることができる犠牲層材料が望ましい。
【０１３７】
例えば、アモルファスシリコン、ポリイミド、クロム等である。特に、クロムのエッチング液は、窒化シリコン膜、あるいは酸化シリコン膜をほとんどエッチングしないので、絶縁膜、振動膜が窒化シリコン膜、あるいは酸化シリコン膜を採用した場合、好適である。
【０１３８】
次に、図９（ｃ）に示すように、第二の絶縁膜３６を形成する。第二の絶縁膜３６は、低い引張り応力を有する膜で構成することが望ましい。例えば、５００ＭＰａ以下の引張り応力がよい。窒化シリコン膜は応力コントロールが可能であり、５００ＭＰａ以下の低い引張り応力に調整することができる。
【０１３９】
振動膜が圧縮応力を有する場合、振動膜がスティッキングあるいは座屈を引き起こし、大きく変形する。また、大きな引張り応力の場合、第二の絶縁膜３６が破壊されることがある。
【０１４０】
従って、第二の絶縁膜３６は、低い引張り応力を有する膜が望ましい。例えば、応力コントロールが可能で、低い引張り応力にできる窒化シリコン膜である。また、第二の絶縁膜３６の厚さは、犠牲層３５の上に成膜を行うため、犠牲層３５のカバレッジを確実にできる厚さとすることが好ましい。
【０１４１】
第二の絶縁膜として窒化シリコン膜を用いる場合、その膜厚は１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲、より好ましくは５０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲とするのが好適である。
【０１４２】
ここで、図１１に図９（ｂ）に示した間隙Ｇ４３と間隙Ｇ４３のカバレッジを確実に行うために必要な第二の絶縁膜３６の厚さの関係の一例を示す。図１１の横軸は間隙Ｇであり、縦軸は第二の絶縁膜３６の厚さである。
【０１４３】
間隙Ｇ４３となる犠牲層３５の厚さに対して、第二の絶縁膜３６の厚さを変えて成膜を行った。成膜したサンプルを犠牲層３５のエッチング液に浸漬し、犠牲層３５のダメージを顕微鏡で観察することで、間隙Ｇ４３のカバレッジを確実に行うために必要な第二の絶縁膜３６の厚さを求めた。
【０１４４】
間隙Ｇを確実にカバレッジする為に必要な前記第二の絶縁膜の厚さは、間隙をＧとして、０．３２×Ｇ１．２４以上の厚さである。
【０１４５】
第二の絶縁膜３６の厚さを間隙Ｇに対して、０．３２×Ｇ１．２４以上の厚さとすることで信頼性の高い静電容量型トランスデューサを作製するができる。
【０１４６】
次に、図９（ｄ）に示すように、第二の電極３７を形成する。第二の電極３７は、残留応力が小さい材料が望ましい。また、犠牲層除去工程あるいは封止工程を第二の電極形成後に行う場合、第二の電極３７は、犠牲層エッチングに対するエッチング耐性、耐熱性を有する材料が望ましい。これらを考慮すると、例えば、アルミニウム、アルミシリコン合金、チタン等を採用し得る。
【０１４７】
次に、図９（ｅ）に示すように、第二の絶縁膜３６にエッチングホール３８を形成する。
【０１４８】
エッチングホール３８は、犠牲層３５をエッチングして除去するためにエッチング液あるいはエッチングガスを導入するための孔である。
【０１４９】
その後、犠牲層３５を除去してキャビティ３９を形成する。犠牲層除去方法は、ウェットエッチングやドライエッチングなどが採用でき、犠牲層材料としてクロムを用いた場合は、ウェットエッチングが好ましい。
【０１５０】
犠牲層材料としてクロムを用いた場合、犠牲層エッチングの際に第二の電極３７がエッチングされないようにするために、第二の電極３７をチタンで構成するのが好ましい。
【０１５１】
第二の電極３７をアルミシリコン合金などで構成する場合には、第二の電極３７を形成した後に第二の電極３７上に第二の絶縁膜３６と同じ材料で絶縁膜を形成し、その後エッチングホール３８を形成して犠牲層除去を行うのが好ましい。
【０１５２】
次に、図１０（ｆ）に示すように、エッチングホール３８を封止するために、封止膜４０を形成する。第二の絶縁膜３６と第二の電極３７と封止膜４０で振動膜４１が構成される。封止膜４０は、キャビティ３９に液体や外気が浸入しないことが求められる。
【０１５３】
キャビティ３９が大気圧であると、温度変化によってキャビティ３９内の気体が膨張したり収縮したりする。また、キャビティ３９には高い電界がかかる為、分子の電離などによる素子の信頼性低下の要因となる。
【０１５４】
そのため、封止は減圧した環境で行われることが求められる。キャビティ３９内部を減圧する事でキャビティ３９内部の空気抵抗を小さくすることができる。これにより振動膜４１が振動しやすくなり、静電容量型トランスデューサの感度を高くすることができる。
【０１５５】
また、封止することで静電容量型トランスデューサを液体中での使用が可能となる。封止材料は、第二の絶縁膜３６と同じ材料で構成することが、密着性が高くなるため好ましい。例えば、第二の絶縁膜３６と封止膜４０とを窒化シリコンで構成することができる。
【０１５６】
図１０では、第二の電極３７が第二の絶縁膜３６と封止膜４０で挟まれた構成を一例として示したが、第二の絶縁膜３６を形成した後にエッチングホール３８を形成して犠牲層エッチングを行い、その後封止膜４０を形成した後に第二の電極を設けることもできる。
【０１５７】
しかし第二の電極３７が最表面に露出していると、異物などにより素子がショートする可能性が高くなるため、第二の電極３７は絶縁膜に設けることが好ましい。
【０１５８】
以上の工程を経て図１０（ｇ）となり、図１、図２に示した静電容量型音響波トランスデューサを作製することができる。
【０１５９】
以下、具体的な実施例及び比較例を挙げて本発明をより詳細に説明する。
【実施例１】
【０１６０】
本実施例について、図１２と図１３を参照して説明する。
【０１６１】
図１２は、本例の静電容量型音響波トランスデューサの上面図であり、図１３は、図１１２の拡大模式図である。
【０１６２】
図１２に示した静電容量型トランスデューサ１の外形寸法は、Ｙ方向が７．５ｍｍ、Ｘ方向が４４ｍｍである。
【０１６３】
素子３の外形は、Ｘ方向が０．２ｍｍ、Ｙ方向が４ｍｍであり、１９６個１次元アレイ状に配置している。図１２の一部を拡大した模式図が図１３であり、図１３のＡ−Ｂ断面図が図１０（ｆ）に対応している。
【０１６４】
素子３を構成するセル２は、円形の形状であり、キャビティ（図１０（ｆ）における３９）の直径は２７μｍとした。
【０１６５】
セル２は、図１３に示すように最密に配置されており、１つの素子３を構成するセル２は、隣接したセルと３０μｍの間隔で配置されている。つまり隣接しているセル２同士のキャビティの最短距離は３μｍである。
【０１６６】
図１３ではセル数は省略しているが、実際には１つの素子３には７０２個のセルを配置させている。
【０１６７】
セル２は、３００μｍ厚さのシリコン基板（図１０（ｆ）における３１、以下同様）、シリコン基板３１上に形成される第三の絶縁膜３２、第三の絶縁膜３２上に形成される第一の電極３３、第一の電極３３上の第一の絶縁膜３４を有している。
【０１６８】
さらに、第二の電極３７と第二の絶縁膜３６と封止膜４０を含む振動膜４１と、振動膜４１を支持する振動膜支持部１３、キャビティ３９とを有して構成している。キャビティ３９の厚みは２５０ｎｍとした。
【０１６９】
第三の絶縁膜３２は、熱酸化により形成した厚さ１μｍの酸化シリコン膜とした。
【０１７０】
第一の絶縁膜３４は、Ｐｒａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＥ−ＣＶＤ）を用いて形成した２２５ｎｍ厚の酸化シリコン膜とした。
【０１７１】
第一の電極３３は厚さが５０ｎｍのチタンで構成し、第二の電極３７は厚さが１００ｎｍのチタンで構成した。
【０１７２】
第二の絶縁膜３６と封止膜４０はＰＥ−ＣＶＤ法により作製した窒化シリコン膜であり、４５０ＭＰａ以下の引張り応力で形成している。第二の絶縁膜３６の厚みは４００ｎｍであり、封止膜４０の厚さは７５０ｎｍである。
【０１７３】
得られた静電容量型音響波トランスデューサには、第一の電極と第二の電極との間にバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、第二の電極に送信電圧を印加する電圧印加手段を設けている。
【０１７４】
この素子３を構成する第一の絶縁膜３４と第二の絶縁膜３６の電圧電流特性を測定した結果、図３に示したものと同様であった。
【０１７５】
第一の絶縁膜３４と第二の絶縁膜３６の誘電率を測定したところ、第一の絶縁膜の誘電率は４．４５であり、第二の絶縁膜３６の誘電率は６．８であった。第二の絶縁膜９の比誘電率を第一の絶縁膜７の比誘電率で割った値は１．５２８であった。
【０１７６】
第一の絶縁膜３４にかかる電圧の割合は、式（８）よりＶ１／Ｖ＝０．４６２、第二の絶縁膜３６にかかる電圧の割合は、式（９）よりＶ２／Ｖ＝０．５３８となる。
【０１７７】
また、第一の絶縁膜３４の絶縁破壊を生じる電圧は、式（１０）よりＶＶ１＝２４９．３５Ｖであり、第二の絶縁膜３６の絶縁破壊を生じる電圧は、式（１１）よりＶＶ２＝２９７．４Ｖであるため、素子３の絶縁耐圧は２４９．３５Ｖであった。
【０１７８】
また、この素子３のプルイン電圧と大気中の共振周波数を測定したところ、プルイン電圧は２９８Ｖであり、共振周波数は２３．１ＭＨｚであった。
【０１７９】
素子３の絶縁耐圧は２４９Ｖであり、プルイン電圧が２９８Ｖであることから、プルイン電圧の８３．６％の電圧を印加できる素子を作製することができた。
【０１８０】
また、この素子に２００Ｖの電圧を印加したときに第一の絶縁膜３４にかかる電界強度は４．１１（ＭＶ／ｃｍ）であり、第二の絶縁膜３６にかかる電界強度は２．６９（ＭＶ／ｃｍ）である。
【０１８１】
このとき第一の絶縁膜３４の電界強度は、第一の絶縁膜３４の絶縁破壊を生じる電界強度６（ＭＶ／ｃｍ）の８０．３％となる。また第二の絶縁膜３６の電界強度は、第二の絶縁膜３６の絶縁破壊を生じる電界強度４（ＭＶ／ｃｍ）の６７．３％である。
【０１８２】
本例では、プルイン電圧に対して比較的大きな８３．６％の電圧を印加できることから、受信した音響波を電気信号に変換する変換効率、及び電気信号を音響波に変換する変換効率が比較的高いトランスデューサを構成できる。
【０１８３】
本発明によると絶縁耐圧を保ちつつ、第一の電極と第二の電極の間に高い電圧を印加して振動膜の振幅を大きくし、大きな音響波を送信が可能となると共に受信が可能となる。
【０１８４】
［比較例１］
実施例１に示した静電容量型音響波トランスデューサについて、第一の絶縁膜（酸化シリコン膜）の膜厚を５０ｎｍとした以外、実施例１と同様にして、トランスデューサを作成した。
【０１８５】
本比較例の素子を構成する第一の絶縁膜と第二の絶縁膜の電圧電流特性を測定した結果、図３に示したものと同様であった。
【０１８６】
第一の絶縁膜３４と第二の絶縁膜３６の誘電率を測定したところ、第一の絶縁膜の誘電率は４．４５であり、第二の絶縁膜３６の誘電率は６．８であった。
【０１８７】
第一の絶縁膜３４にかかる電圧の割合は、式（８）よりＶ１／Ｖ＝０．１６０、第二の絶縁膜３６にかかる電圧の割合は、式（９）よりＶ２／Ｖ＝０．８４となる。
【０１８８】
また、第一の絶縁膜３４の絶縁破壊が生ずる電圧は、式（１０）よりＶＶ１＝１６０Ｖと算出され、第二の絶縁膜３６の絶縁破壊を生ずる電圧は、式（１１）よりＶＶ２＝１９０．５Ｖとなるため、素子３の絶縁耐圧は１６０Ｖであった。
【０１８９】
また、この素子３のプルイン電圧と大気中の共振周波数を測定したところ、プルイン電圧は２４９Ｖであり、共振周波数は２３．１ＭＨｚであった。
【０１９０】
本比較例では、プルイン電圧が２４９Ｖであるのに対し、素子の絶縁耐圧が１６０Ｖであることから、素子にはプルイン電圧の６４．２５％までしか電圧を印加することができない。
【０１９１】
よって、実施例１よりも変換効率（受信した音響波を電気信号に変換する変換効、電気信号を音響波に変換する変換効率）で劣ることとなる。
【符号の説明】
【０１９２】
１  静電容量型音響波トランスデューサ
２  セル
６  第一の電極
７  第一の絶縁膜
８  間隙
９  第二の絶縁膜
１０  第二の電極
１５  電圧印加手段
【図１】
2019075831.tif 000003
【図２】
2019075831.tif 000004
【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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【手続補正書】
【提出日】平成31年3月14日(2019.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極、第一の絶縁膜、第二の絶縁膜、第二の電極と、をこの順に備え、前記第一の絶縁膜と前記第二の絶縁膜との間に間隙を有するセルと、前記第一の電極の電位が前記第二の電極の電位より低くなるように、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、を有する静電容量型トランスデューサであって、前記第一の絶縁膜にかかる電界強度が、前記第二の絶縁膜にかかる電界強度に比して、絶縁破壊を生じる電界強度に近くなるように構成されていることを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
【請求項２】
前記第二の電極上に第三の絶縁膜を備え、前記第二の絶縁膜、前記第二の電極、及び前記第三の絶縁膜が変位可能であることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項３】
前記第一の絶縁膜がＦｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネル型伝導特性を有する絶縁膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項４】
前記第二の絶縁膜がＰｏｏｌ−Ｆｒｅｎｋｅｌ型伝導特性を有する絶縁膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項５】
前記第一の絶縁膜が酸化シリコンを有し、前記第二の絶縁膜が窒化シリコンを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項６】
前記第二の絶縁膜の厚さが、前記間隙の距離をＧとして、０．３２×Ｇ１．２４以上を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項７】
前記セルを複数備えた素子を有し、前記複数のセルの前記第一の電極同士が接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項８】
前記素子を複数備えていることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項９】
前記第一の絶縁膜及び前記第二の絶縁膜のそれぞれにかかる電界強度Ｅ１及びＥ２は、前記第一の電極と前記第二の電極との間に印加される電圧をＶ、前記第一の絶縁膜の厚さをｔ１、前記第二の絶縁膜の厚さをｔ２、前記第一の絶縁膜の比誘電率をε１、前記第二の絶縁膜の比誘電率をε２として、以下の式（１２）及び式（１３）で表わされ、
Ｅ１＝Ｖ／（ｔ１＋ｔ２×ε１／ε２）  式（１２）
Ｅ２＝Ｖ／（ｔ２＋ｔ１×ε２／ε１）  式（１３）
且つ、前記第一の絶縁膜が絶縁破壊を生ずる電界強度をＥＸ１、前記第二の絶縁膜が絶縁破壊を生ずる電界強度をＥＸ２として、以下の式（１４）を、
Ｅ１／ＥＸ１＞Ｅ２／ＥＸ２  式（１４）
満足することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１０】
第一の電極、第一の絶縁膜、第二の絶縁膜、第二の電極と、をこの順に備え、前記第一の絶縁膜と前記第二の絶縁膜との間に間隙を有するセルと、前記第一の電極の電位が前記第二の電極の電位より低くなるように、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、を有する静電容量型トランスデューサであって、前記第二の絶縁膜の比誘電率を前記第一の絶縁膜の比誘電率で除した値が、１．１４より大きいことを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の静電容量型トランスデューサを含む音響波プローブと、画像処理部と、前記音響波プローブと前記画像処理部との間の信号を送受信する回路部と、前記画像処理部と前記回路部とを制御する制御部と、を有することを特徴とする装置。