(57)【要約】複合材料マイクロフォンは、可撓性かつ伸張性の第１および第２の導体（３１ａ、．．．、３１ｅ、１３１ａ、１３１ｇ；３３ａ、．．．、３３ｈ、１３３ａ、１３３ｇ）からなる格子を有する可撓性および伸張性の基板（２２、１２２、２５０、３５０、４５０）を備える。第１の導体（３１ａ、．．．、３１ｅ、１３１ａ、１３１ｇ）は、第２の導体（３３ａ、．．．、３３ｈ、１３３ａ、１３３ｇ）に対して横断方向に配置される。複数の音響センサ（４０、１４０）がそれぞれ、格子中の各対の導体と接続状態にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性および伸張性の第１および第２の導体（３１ａ、．．．、３１ｅ、１３１ａ、１３１ｇ；３３ａ、．．．、３３ｈ、１３３ａ、１３３ｇ）からなり、前記第１の導体（３１ａ、．．．、３１ｅ、１３１ａ、１３１ｇ）は、前記第２の導体（３３ａ、．．．、３３ｈ、１３３ａ、１３３ｇ）に対して横断方向に配置される格子を備える可撓性および伸張性の基板（２２、１２２、２５０、３５０、４５０）と、
それぞれが前記格子中の各対の導体に接続状態にある複数の音響センサ（４０、１４０）と
を備えることを特徴とする複合材料マイクロフォン。
【請求項２】
前記基板（１２２）は、１つまたは複数の穿孔（１２８）を備えることを特徴とする請求項１に記載の複合材料マイクロフォン。
【請求項３】
前記音響センサ（４０、１４０）は、２つの電極（２６６、２６９；３６６、３６９；４６６、４６９）の間に挟まれた（フェロ）エレクトレット層（２６８；３６８；４６８）を備える薄膜変換器を備えることを特徴とする請求項１に記載の複合材料マイクロフォン。
【請求項４】
前記エレクトレット層（２６８；３６８；４６８）は、有機材料からなることを特徴とする請求項３に記載の複合材料マイクロフォン。
【請求項５】
前記強誘電性層の状態が、薄膜トランジスタ（２４４；３４４；４４４）の電流変調によって感知され、前記変換器（２４２；３４２；４４２）の電極（２６６；３６６；４６６）が、前記薄膜トランジスタのゲート電極（２５２；３５２；４５２）に電気的に結合されることを特徴とする請求項３または４に記載の複合材料マイクロフォン。
【請求項６】
前記トランジスタおよび前記変換器は、前記基板の上に互いに対して側方に配置されることを特徴とする請求項５に記載の複合材料マイクロフォン。
【請求項７】
前記変換器（２４２；３４２；４４２）は、前記薄膜トランジスタ（２４４；３４４；４４４）の上に配置されることを特徴とする請求項５に記載の複合材料マイクロフォン。
【請求項８】
前記薄膜トランジスタ（２４４）は、下部ゲート・デバイス・ジオメトリを有することを特徴とする請求項７に記載の複合材料マイクロフォン。
【請求項９】
前記薄膜トランジスタ（３４４；４４４）は、上部ゲートＴＦＴデバイス・ジオメトリを有することを特徴とする請求項７に記載の複合材料マイクロフォン。
【請求項１０】
前記アクティブ・マトリクス・アレイのための読出し回路をさらに備え、前記読出し回路は、前記マトリクス・トランジスタのために使用されるものと同一の半導体プロセス・ジオメトリによって作製された行シフト・レジスタおよび列シフト・レジスタを備えることを特徴とする請求項５から９のいずれか一項に記載の複合材料マイクロフォン。
【請求項１１】
前記薄膜トランジスタ（４２、２４２、３４２、４４２）は、有機半導体および／または有機誘電体および／または有機電極を備えることを特徴とする請求項５から１０のいずれか一項に記載の複合材料マイクロフォン。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の１つまたは複数の複合材料マイクロフォンを備え、前記基板（２２、２４）は、凸状キャリア本体（１２、１４）を覆って伸張されていることを特徴とするマイクロフォン・アセンブリ。
【請求項１３】
半球状部の形態の第１および第２の凸状キャリア本体（１２、１４）を備え、これらの半球状部は、それらの最も広い側部（１３、１５）にて互いに対面していることを特徴とする請求項１２に記載のマイクロフォン・アセンブリ。
【請求項１４】
前記対の半球状部（１２、１４）は、前記複合材料マイクロフォンからの信号を処理するための信号処理ユニット（１８）を包囲していることを特徴とする請求項１３に記載のマイクロフォン・アセンブリ。
【請求項１５】
可撓性基板を用意し、その上にセンサ・アレイを形成するステップを含み、前記ステップは、
伸張性および可撓性の第１および第２の導体からなり、前記第１の導体は、前記第２の導体に対して横断方向に配置される格子を施すステップと、
前記格子中の各対の導体に接続するように複数の音響センサを施すステップと
を含むことを特徴とする複合材料マイクロフォンを製造する方法。
【請求項１６】
音響センサを施す前記ステップは、薄膜トランジスタを施すサブステップおよびフェロエレクトレットを施すサブステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記フェロエレクトレットは、前記薄膜トランジスタに施されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
音響センサを施す前記ステップは、
基板上にゲート電極を施すステップと、
前記ゲート電極の上に第１の絶縁体層を施すステップと、
前記第１の絶縁体層の上に、互いに離間されて配置されたソース領域およびドレイン領域を施すステップと、
前記第１の絶縁体層、前記ソース領域、および前記ドレイン領域の上に半導体層を施すステップと、
前記半導体層の上に第２の絶縁体層を施すステップと、
前記第２の絶縁体層の上に下部電極を施すステップと、
前記第１の絶縁体層、前記半導体層、および前記第２の絶縁体層を貫通して、前記ゲート電極と前記下部電極との間に電気接続部を施すステップと、
前記下部電極の上に強誘電性材料の層を施すステップと、
強誘電性材料の前記層の上に上部電極を施すステップと
を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
音響センサを施す前記ステップは、
基板の上に、互いに離間されて配置されたソース領域およびドレイン領域を施すステップと、
前記基板、前記ソース領域、および前記ドレイン領域の上に半導体層を施すステップと、
前記半導体層の上に絶縁体層を施すステップと、
前記絶縁体層の上にゲート電極を施すステップと、
前記ゲート電極の上に強誘電性層を施すステップと、
前記強誘電性層の上に上部電極を施すステップと
を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ステップにより得られる円形形状の複合材料マイクロフォンを用意し、凸状本体の表面に適合するように前記基板を伸張するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
外部の第１および第２の導体に前記第１および第２の導体を接続するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
複合材料マイクロフォンを備える半球状本体の対を、球形状本体へと合体させるステップを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記球形状本体の中空部分に、前記外部導体に結合された信号処理回路が設けられることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料マイクロフォンに関する。本発明は、さらに、複合材料マイクロフォンの製造方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
ＷＯ２００６１１０２３０が、複合材料マイクロフォンまたはマイクロフォン・アレイを開示している。マイクロフォン・アレイは、従来のマイクロフォンを上回るかなりの利点を有する。例えば、マイクロフォン・アレイは、音響信号をそれらの伝播方向に応じてピックアップすることを可能にする。そのため、マイクロフォン・アレイは、時として、空間フィルタとも呼ばれる。ショットガン型マイクロフォンなどの従来の指向性マイクロフォンに勝るマイクロフォン・アレイの利点は、複数のマイクロフォンおよび対応するビームフォーマの処理によりもたらされる自由度による高いフレキシビリティである。マイクロフォン・アレイの指向性パターンは、広範囲にわたって変更が可能である。これにより、例えば、目的方向のステアリング、実際の音響状況にしたがったパターンの適合化、および／または音響源へのズームインまたは音響源からのズームアウトが可能となる。これらは全て、マイクロフォン・アレイの機械的変更が不要である、典型的にはソフトウェア中に実装されるビームフォーマの制御によって、なされ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の１つの目的は、費用対効果の高い製造が可能な複合材料マイクロフォンを提供することである。
【０００４】
他の目的は、費用対効果の高い製造が可能なマイクロフォン・アセンブリを提供することである。
【０００５】
本発明の他の目的は、複合材料マイクロフォンの効率的な製造方法を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、マイクロフォン・アセンブリの効率的な製造方法を提供することである。  
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、伸張性および可撓性の第１および第２の導体からなる格子を備える可撓性および伸張性の基板であって、第１の導体は、第２の導体に対して横断方向に配置される可撓性および伸張性の基板と、それぞれが格子中の各対の導体に接続状態にある複数の変換器とを備える複合材料マイクロフォンが提供される。
【０００８】
本発明による複合材料マイクロフォンにおいては、変換器は、伸張性および可撓性の電気導体からなる格子を備える可撓性および伸張性の基板に配置される。この基板により、効率的な製造手順が可能になる。一方においては、基板の可撓性により、製造プラント内の任意の軌道に沿った輸送が可能となり、それと共に、この基板が平坦状態にある場合に、この基板の上に様々な構成要素および層を施すことが可能となる。これにより、複合材料マイクロフォンを、費用対効果の高い様式で、とりわけロール・ツー・ロール・プロセス（ｒｏｌｌ  ｔｏ  ｒｏｌｌ  ｐｒｏｃｅｓｓ）において製造することが可能となる。変換器は、互いから離間されて基板に配置される。したがって、製造後には、基板および導体からなる格子の可撓性および伸張性により、複数方向への音響信号の感知に適した望ましい３Ｄ形状へと、この製造された複合材料マイクロフォンを湾曲させることが可能となる。
【０００９】
本発明による複合材料マイクロフォンを製造する方法は、
可撓性および伸張性の基板を用意し、その上にセンサ・アレイを形成するステップを含み、前記ステップは、
可撓性および伸張性の第１および第２の導体からなり、第１の導体が、第２の導体に対して横断方向に配置される格子を施す横断ステップと、
格子中の各対の導体にそれぞれが接続するように複数の変換器を施すステップと
を含む。
【００１０】
一実施形態においては、基板は、１つまたは複数の穿孔を備える。基板中に穿孔が存在することにより、基板の可撓性および伸張性が向上する。望ましい３Ｄ形状の複合材料マイクロフォンに対して適合化された穿孔のパターンが施されてよい。例えば、基板の比較的強い変形が要求される位置には、比較的高密度の穿孔または比較的大きな穿孔が施されてよい。
【００１１】
一実施形態においては、音響センサは、２つの金属電極間に挟まれた（フェロ）エレクトレット層を備える薄膜変換器によって形成される。これらの変換器は、良好な線形応答を有し、ロール・ツー・ロール・プロセスにおいて比較的容易に製造することが可能である。多孔質ポリプロピレン、ポリテトラフルオライドエチレン、ポリビニリデンフルオライドおよびこれとトリフルオライドおよびテトラフルオライドを含むそのコポリマー、環状オレフィンコポリマー、ならびに奇数ナイロンなどの有機材料を、エレクトレット層に適用することができる。
【００１２】
エレクトレットの電極は、可撓性および伸張性の第１および第２の導体に直接的に結合されてよい。しかし、一実施形態においては、強誘電性層の状態は、薄膜トランジスタの電流変調によって感知される。その場合には、変換器の電極は、薄膜トランジスタのゲート電極に電気的に結合される。このようにすることで、改善された信号対雑音比が得られる。
【００１３】
変換器素子を形成するエレクトレットの薄膜トランジスタに対する配置のための様々なオプションが可能である。例えば、トランジスタおよび変換器素子は、基板の上に、互いに対して側方になるように並べて配置されてよい。
【００１４】
しかし、好ましくは、変換器素子は、薄膜トランジスタの上に配置される。換言すれば、薄膜トランジスタは、基板と変換器素子との間に配置される。このようにすることで、音波を感知するためにより広い表面が使用可能となり、これにより、感度が向上する。さらにこのことは、例えば圧力感知のためなど、異なる目的のために変換器を有する格子が使用される場合にも該当する。
【００１５】
薄膜トランジスタは、下部ゲート・デバイス・ジオメトリを有してよい。このジオメトリにおいては、薄膜トランジスタは、以下の層、すなわち、
基板に施されたゲート電極と、
ゲート電極の上の第１の絶縁体層と、
第１の絶縁体層の上に互いに離間して配置されたソース領域およびドレイン領域と、
第１の絶縁体層、ソース領域、およびドレイン領域の上の半導体層と、
半導体層の上の第２の絶縁体層と
を備える。この下部ゲート薄膜トランジスタの上には、フェロエレクトレットが、下部電極が第２の絶縁体層の上に位置する状態で配置される。電気接続部が、第１の絶縁体層、半導体層、および薄膜トランジスタの第２の絶縁体層を貫通して、ゲート電極と下部電極との間に施される。フェロエレクトレットは、下部電極に強誘電性材料の層を、および強誘電性材料の層に上部電極をさらに備える。この実施形態においては、薄膜トランジスタが下部ゲート・デバイス・ジオメトリにあることにより、第２の絶縁体は、寄生容量効果に対する良好な保護を実現する。
【００１６】
薄膜トランジスタが上部ゲート・デバイス・ジオメトリを有する別の実施形態が可能である。この場合は、ソース領域およびドレイン領域が、基板において互いに離間されて配置され、半導体層が、基板、ソース領域、およびドレイン領域に施される。絶縁体層が、半導体層に施され、ゲート電極が、絶縁体層に施される。強誘電性層が、ゲート電極と上部電極との間に直接的に施されてよい。ここにおいて、ゲート電極は、さらにエレクトレットの下部電極として機能する。この実施形態は、非常に単純な構造を有する点で有利である。しかし、薄膜トランジスタのゲート電極およびエレクトレットの下部電極の両方として機能する電極は、トランジスタのソースおよびドレインと共に比較的大きな寄生容量を形成する場合があり、これは、いくつかの用途に関しては望ましくない場合がある。この実施形態の一変形例においては、フェロエレクトレットは、独立した下部電極を有し、さらなる絶縁体層が、薄膜トランジスタのゲート電極とエレクトレットの下部電極と間に配置され、ゲート電極および下部電極は、さらなる絶縁体を貫通する電気接続部によって結合される。これは、寄生効果の良好な抑制が得られると共に、導体が半導体層を貫通して存在する必要がないという利点を有する。
【００１７】
マイクロフォンは、第１および第２の導体に結合されるアクティブ・マトリクス・アレイのために、基板上に読出し回路をさらに備えてよい。同一基板上にこの回路を配置することにより、マイクロフォンに結合されることとなる外部信号ラインが、比較的少ない数で足りる。例えば行シフト・レジスタおよび列シフト・レジスタを備える読出し回路は、マトリクス・トランジスタのために使用されるものと同一の半導体プロセス・ジオメトリによって作製されてよい。
【００１８】
有機材料が、半導体層、誘電体、（フェロ）エレクトレット層、および電極を含む、複合材料マイクロフォン中の変換器のために使用される構成要素に対して使用されてよい。
【００１９】
本発明によるマイクロフォン・アセンブリは、前記態様の一つによる１つまたは複数の複合材料マイクロフォンを備え、基板は、凸状キャリア本体を覆って伸張される。凸状キャリア本体を覆って基板を伸張させることにより、アレイ中の各音響センサは、伸張後にそれが配置される位置にて、前記凸状キャリア本体の表面の法線にしたがって配向され、それにより、広角度の感度が得られる。キャリア本体に対する基板の良好な適合は、空間角度が２π  ｓｒ（ステラジアン）になるまで得られる。全方向性感度は、このようにマイクロフォン・アセンブリを備える２つ以上のこれらの凸状キャリア本体を組み合わせることによって得られる。
【００２０】
全方向性感度を有するマイクロフォン・アセンブリのコンパクトな実施形態は、一対の半球状部から構成される球体を備え、これらの対の半球状部は、第１の側部にて互いに対面し、本発明による可撓性基板をそれぞれ備える。この基板の複数部分は、比較的低いひずみ量で、それぞれの半球状部に施され得る。この実施形態により、球体が２つのステップのみにおいて可撓性基板により覆われ得ることによって、および基板の複数部分が比較的簡単に各半球状部に施され得ることによって、効率的な製造が可能となる。この球体は、変換器から得られた出力信号を処理するための電子回路を収容し得る。
【００２１】
これらのおよび他の態様は、図面を参照としてさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】マイクロフォン・アセンブリを示す図である。
【図２】本発明による複合材料マイクロフォンの第１の実施形態を示す図である。
【図３】本発明による複合材料マイクロフォンの第２の実施形態を示す図である。
【図４】複合材料マイクロフォンの一部を示す図である。
【図５】図４に示される一部の第１の実装形態を示す図である。
【図５Ａ】図５のＡ−Ａによる断面図である。
【図６】図４に示される一部の第２の実装形態を示す図である。
【図７】図４に示される一部の第３の実装形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下の詳細な説明においては、本発明の十分な理解を促すために、多数の特定の詳細が述べられる。しかし、本発明はこれらの特定の詳細を伴わずに実施し得ることが、当業者には理解されよう。他の例においては、よく知られている方法、手順、および構成要素は、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるために、詳細には説明されていない。本発明は、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照して、以下においてより十分に説明される。しかし、本発明は、多数の異なる形態において実現され得るものであり、本明細書において述べられる実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示を十分かつ完全なものとし、本開示により当業者に対して本発明の範囲を十分に伝えるために、提示される。
【００２４】
図面においては、層および領域のサイズおよび相対サイズは、明瞭化のために誇張される場合がある。本発明の実施形態は、本発明の理想化された実施形態（および中間的構造）の概略図である断面図を参照して、本明細書において説明される。そのため、例えば製造技術および／または製造公差などの結果としての図の形状からの変異が見込まれるべきである。したがって、本発明の実施形態は、本明細書において例示される領域の特定的な形状に限定されるものとして解釈されるべきではなく、例えば製造によりもたらされる形状偏差を含み得る。したがって、図面において例示される領域は、本質的に概略的なものであり、それらの形状は、デバイスの領域の実際の形状を示すことは意図されず、本発明の範囲を限定することは意図されていない。
【００２５】
ある層がある層の「上に」位置すると言われる場合には、その層は、他方の層の上に直接的に位置してよく、または介在層が存在し得ることが理解されよう。これとは対照的に、ある要素が別の層の「上に直接的に」位置すると言われる場合には、介在層は存在しない。同様の数字は、全体を通じて同様の要素を示す。本明細書において使用される際に、「および／または」という用語は、１つまたは複数の関連して列挙されるアイテムのあらゆる組合せを含む。
【００２６】
本明細書においては、第１の、第２の、第３の、等々の用語が、種々の要素、構成要素、領域、層、および／またはセクションを説明するために使用されることがあるが、これらの要素、構成要素、領域、層、および／またはセクションは、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素、構成要素、領域、層、またはセクションを、別の要素、構成要素、領域、層、またはセクションから区別するために使用されるに過ぎない。したがって、以下に論じられる第１の要素、構成要素、領域、層、またはセクションを、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層、またはセクションと呼ぶことが可能である。
【００２７】
本明細書においては、「下に」、「下方に」、「下方の」、「上方に」、および「上方の」等々の空間的に相対的な用語が、図面に例示されるようなある要素または特長（ｆｅａｔｕｒｅ）の、別の要素（または複数の要素）または特長（または複数の特長）に対する関係の説明を容易化するために使用されることがある。これらの空間的に相対的な用語は、図面に示される配向に加えて、使用時または作動時におけるデバイスの様々な配向を包含するように意図されることを理解されたい。例えば、図面中のデバイスが反転される場合には、他方の要素または特長の「下方に」または「下に」位置するものとして説明される要素は、他方の要素または特長の「上方に」配向されることとなる。したがって、例示的な用語である「下方に」は、上方におよび下方にの両方の配向を包含することが可能である。デバイスは、さらに他の態様で配向されてよく（９０度回転されて、または他の向で）、本明細書において用いられる空間的に相対的な記述は、それに応じて解釈され得る。
【００２８】
特に明記しない限り、本明細書において使用される全ての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する技術の当業者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書において定義されるものなどの用語は、関連技術のコンテクスト中におけるそれらの意味に合致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書において明示されない限り、理想化されたまたは過度に型通りの意味において解釈されるものではないことが理解されよう。
【００２９】
図１は、半球状部１２、１４の形態の一対の凸状キャリア本体から構成される球体を備えるマイクロフォン・アセンブリを示す。これらの半球状部１２、１４は、第１の側部１３、１５にて互いに対面し、基板２２、２４上に形成された複合材料マイクロフォンをそれぞれ備える。基板２２、２４は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）層またはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）層などの、可撓性および伸張性材料の層である。
【００３０】
可撓性および伸張性の基板２２、２４は、それぞれの半球状部１２、１４を覆って伸張され、フック２６により半球状部１２、１４上に設置される。代替としては、基板２２、２４は、接着剤により半球状部１２、１４に接着されてよい。半球状部１２、１４の対は、複合材料マイクロフォンからの信号を処理するための信号処理ユニット１８を包囲している。
【００３１】
図２は、複合材料マイクロフォンの１つをさらに詳細に示す。他方の複合材料マイクロフォンは、好ましくは同様の構造を有する。図２に図示されるように、基板２２は、第１の導体３１ａ、．．．、３１ｅと第２の導体３３ａ、．．．、３３ｈとにより形成される格子を備える。この場合においては、格子は、５つの第１の導体と４つの第２の導体とを備えるが、格子は、第１および第２の導体の任意の他の組合せによって実現されてもよい。第１の導体は、第２の導体に対して横断方向に配置される。この場合においては、第１の導体は接線方向に配置され、第２の導体はラジアル方向に配置されることにより、それらは互いに垂直に交差し、互いから離隔される。第１の導体３１ａ、．．．、３１ｅは、基板２２の外方端部の補強リング２７においてそれぞれの接触端子３２ａ、．．．３２ｅに結合される。最も外方の第１の導体３１ａは、その接触端子３２ａに直接的に接続される。他の第１の導体３１ｂ、．．．３１ｅは、補助用ラジアル方向導体によりそれらの接触端子３２ｂ、．．．、３２ｅに接続される。第２の導体３３ａ、．．．、３３ｈは、補強リング２７において他の接触端子３４ａ、．．．３４ｈに結合される。複数の変換器４０が、基板に施される。それらはそれぞれ、格子中の第１の導体および第２の導体の各対に接続される。明瞭化のために、図面においては４つの変換器４０のみが示される。しかし実際には、アレイは、第１および第２の導体の任意の対に対応する変換器を備え得る。したがって、これは、合計で４０個の変換器となる。
【００３２】
第１および第２の導体、ならびに補助用導体は、可撓性および伸張性である。可撓性および伸張性の導体は、例えばＵＳ２００７１１５５７２において説明されるように、例えば蛇行形状においてそれらを形成することによって実現されてもよい。代替としては、例えばＷＯ９６３９７０７において説明されるような導電性ポリマーと非導電性ポリマーとの混合物などの、本来的に可撓性、伸張性、および導電性の材料を使用してもよい。好ましくは、基板２２の外周は、初めにおいて、最大でも、それが配置されることとなる半球状部１２の外周の値である値を有する。このようにすることで、基板２２は、半球状部の外方表面にぴったりと合致し、それにより、明確に規定された形状を有する。好ましくは、基板２２の外周は、初めにおいて、それが配置されることとなる半球状部１２の外周の値の少なくとも３分の２（２／３）の値を有する。例えば半球状部の外周の半分未満など、基板２２の初期外周がさらに著しく小さい場合には、半球状部に基板２２を設置するために比較的強い力が必要となり、これは、製造を困難にし、基板に損傷を与えるおそれがある。
【００３３】
基板２２の初期外周が半球状部１２の外周と同一である特定の場合においては、ラジアル方向における変形Ｓｒはπ／２であり、すなわち、基板は、約１．５倍伸張される。接線方向における変形は、基板２２の中心におけるπ／２から基板の端部における０の間で多様化する。
【００３４】
第１および第２の導体は、極格子にしたがって配置される必要はない。図３は、代替の一構成を示し、第１および第２の導体は、デカルト（直交）格子にしたがって配置される。図２中のパーツに対応する図３中のパーツは、１００だけ大きな参照数字を有する。明瞭化のため、２つの第１の導体のみが、それぞれ１３１ａおよび１３１ｇの参照数字によって示される。同様に、２つの第２の導体１３３ａ、１３３ｇのみが、参照数字で示される。図４において分かるように、第１および第２の導体がそれぞれ、各接触端子（例えば１３２ａ、１３２ｇ、１３４ａ、１３４ｇ）に直接的に接続され得ることが、この構成の１つの利点である。図３の実施形態においては、基板１２２は、１つまたは複数の穿孔１２８を備える。穿孔１２８により、基板１２２の変形が容易になる。穿孔の位置およびサイズは、変形量を決定するために選択され得る。穿孔１２８のサイズは、その位置の関数としての基板１２２の変形量を制御するために、基板１２２上の位置の関数として変動し得る。
【００３５】
図４は、本発明によるマイクロフォンにおいて使用するのに適した変換器４０の回路図を概略的に示す。例として、図２による複合材料マイクロフォンの実施形態において、第１の導体３１ｂおよび第２の導体３３ｈに結合される変換器４０が示される。実際には、同一の変換器が、アレイ全体において使用されてよい。さらに、これらの変換器は、図３の直交アレイ中で変換器１４０として使用されてもよい。図４に図示される変換器４０は、第１の導体３１ｂと第２の導体３３ｈとの間に主電流経路を有するＦＥＴ４４を備える。ＦＥＴ４４の伝導率は、一方の側でそのゲートに接続された感圧エレクトレット４２によって制御される。エレクトレット４２は、その他方の側で基準電圧源に結合される。２つの電極の間に挟まれた（フェロ）エレクトレット層を備えるかかるフェロエレクトレットは、薄膜変換器を形成する。エレクトレット層は、例えばポリプロピレンまたは別のポリマーなどの有機材料により形成されてよい。必要な場合には、これらの材料は、空気中のコロナ放電により内部帯電され得る。任意には、ＦＥＴ４４の伝導率は、そのゲートに対して外部電圧を印加することによって変調される（これは、追加の導体（図面には図示せず）を要する）。
【００３６】
図２および図３に図示される実施形態においては、第１の導体３１ａ、．．．、３１ｅ；１３１ａ、１３１ｇ、および第２の導体３３ａ、．．．、３３ｈ；１３３ａ、１３３ｇは、基板２２、１２２の外方端部で接触端子３２ａ、．．．３２ｅ、３４ａ、．．．、３４ｅ；１３２ａ、１３２ｇ；１３４ａ、１３４ｇに接続される。代替の一実施形態においては、基板は、格子中に配置された音響センサにより形成されるアクティブ・マトリクス・アレイのための読出し回路をさらに備えてよい。かかる読出し回路は、行シフト・レジスタおよび列シフト・レジスタを備えてよい。したがって、好ましくは、マトリクス・トランジスタ４４に対して使用されるものと同一の半導体プロセスおよびデバイス・ジオメトリが使用される。
【００３７】
図５は、変換器２４０の第１の好ましい実装形態を示す。図４中のパーツに対応する図５中のパーツは、２００だけ大きな参照数字を有する。図５の実装形態においては、ＦＥＴ２４４は、下部ゲート・デバイス・ジオメトリを有する。このジオメトリにおいては、薄膜トランジスタ２４４は、基板２５０の上にゲート電極２５２を備える。第１の絶縁体層２５４が、ゲート電極２５２の上に施される。ソース領域２５８およびドレイン領域２６０が、第１の絶縁体層２５４上に互いに離間されて配置され、半導体層２５６が、第１の絶縁体層２５４、ソース領域２５８、およびドレイン領域２６０の上に配置される。第２の絶縁体層２６２が、半導体層２５４の上に配設される。この下部ゲート薄膜トランジスタ２４４の上には、フェロエレクトレット２４２が、下部電極２６６が第２の絶縁体層２６２上に位置する状態で配置される。電気接続部２６４が、第１の絶縁体層２５４、薄膜トランジスタ２４４の半導体層２５６、および薄膜トランジスタ２４４とフェロエレクトレット２４２との間の第２の絶縁体層２６２を貫通して、ゲート電極２５２と下部電極２６６との間に施される。フェロエレクトレット２４２は、下部電極２６６および上部電極２６９に、強誘電性材料の層２６８をさらに備える。この実施形態においては、薄膜トランジスタ２４４が下部ゲート・デバイス・ジオメトリにあることにより、第２の絶縁体２６２は、寄生容量効果に対する良好な保護を実現する。ソース２５８は、半導体層２５６および隔離層２６２を貫通するビア２５９によって、下部電極層２６６の平面中の各第１の導体２３１ａに結合される。ドレイン２６０は、ドレイン２６０の層と同一平面中の各第２の導体２３３ａに結合される。これは、下部電極層２６６の平面を通る断面Ａ−Ａを図示する図５Ａにおいても図示される。さらに、図５Ａは、ドレイン２５８およびソース２６０を通る平面を破線の形態で示す。
【００３８】
この実施形態の変換器２４０がこれらの層のみを備えることは、必須ではない。これらの層が、図５に提示される順で存在することで十分である。例えば、ゲート電極２５２は、基板２５０の上に直接的に施されてよいが、代替としては、１つまたは複数の層が、基板２５０とゲート電極２５２との間に存在してもよい。
【００３９】
図６は、変換器３４０の第２の好ましい実装形態を示す。図５中のパーツに対応する図６中のパーツは、１００だけ大きな参照数字を有する。図６の実装形態においては、ＦＥＴ３４４は、上部ゲート・デバイス・ジオメトリを有する。この場合では、ソース領域３５８およびドレイン領域３６０は、基板３５０にて互いに離間して配置され、半導体層３５６が、基板３５０、ソース領域３５８、およびドレイン領域３６０に施される。絶縁体層３５４が、半導体層３５６に施され、ゲート電極３５２が、絶縁体層３６２に施される。図示される実施形態においては、強誘電性層３６８が、ゲート電極３５２と上部電極３６９との間に直接的に施される。ここにおいて、ゲート電極３５２は、さらにエレクトレット３４２の下部電極３６６として機能する。この実施形態は、非常に単純な構造を有する点で有利である。
【００４０】
この実施形態の変形例が、図７に示される。図７では、図５中のパーツに相当するパーツは、２００だけ大きな参照数字を有する。図７に図示される変形例においては、フェロエレクトレット４４２は、独立した下部電極４６６を有し、さらなる絶縁体層４６２が、薄膜トランジスタ４４４のゲート電極４５２とエレクトレット４４２の下部電極４６６との間に配置される。ゲート電極４５２および下部電極４６６は、さらなる絶縁体層４６２を貫通する電気接続部４６２によって結合される。これは、寄生効果の良好な抑制が得られると共に、導体が半導体層を貫通して存在する必要がないという利点を有する。
【００４１】
代替としては、トランジスタおよびフェロエレクトレットは、基板上において互いに対して側方に配置されてもよい。これにより、パターニングを要する層数の合計が最も少なくなる。しかし、薄膜トランジスタ上にフェロエレクトレットが積層される図５、図６、および図７を参照して説明された実施形態は、フェロエレクトレットによる感知のためにより大きな表面が使用可能となるという利点を有し、これは、マイクロフォンの感度に関して有利なものとなる。原理的には、スタックを逆に配置すること、すなわち基板と薄膜トランジスタとの間にフェロエレクトレットを配置することが可能であるが、この配置は、フェロエレクトレットの表面が薄膜トランジスタにより隠されるので、マイクロフォンの感度に負の影響を与え得る。
【００４２】
薄膜トランジスタ４２、２４２、３４２、４４２中の半導体材料として、α−Ｓｉなどの無機材料を適用することができる。代替としては、これの代わりに、例えばペンタセンなどの有機材料を使用することができる。薄膜トランジスタおよび変換器の電極は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、またはＣｕなどの金属によって形成することができる。さらに、ポリアニリン誘導体およびポリチオフェン誘導体などの導電性ポリマーを代替として使用することもできる。隔離層は、酸化アルミニウムまたは二酸化ケイ素などの無機材料によって形成することができるが、代替としては、ポリビニルフェノール、ポリスチレンなどの非導電性ポリマーを使用することができる。基板および導体自体であるその格子は、予め伸張性および可撓性であり、音響センサ素子は、互いから分離されて基板に配置されるが、アレイ中の音響センサの構成要素に有機材料を使用することにより、複合材料マイクロフォンの伸張性および可撓性がさらに向上する。
【００４３】
実際の実施形態においては、基板は、変換器を形成する層のスタックよりも大きな厚さを有することに留意されたい。例えば、基板は、強度および可撓性に関する要件に応じて、１０から２００μｍのオーダの厚さを有する。しかし、明瞭化のため、図面においては、基板は比較的薄い層として提示される。一般的には、他の層は、３０ｎｍから１μｍの範囲の厚さを有する。導電性層は、例えば必要とされる伝導率に応じて、例えば１００ｎｍなど、３０ｎｍから１μｍの範囲の厚さを有してよい。隔離層は、５０から３００ｎｍの範囲であってよい。しかし、薄膜トランジスタからエレクトレットを隔てる隔離層は、はるかに厚くてもよく、例えば層２６２または４６２は、１から１０μｍの厚さを有してよい。エレクトレット層は、例えば７０μｍなど、１０から２００μｍの範囲の厚さを有してよい。
【００４４】
図１から図７を参照して説明されるような複合材料マイクロフォンを製造する方法は、
可撓性基板を用意し、その上にセンサ・アレイを形成するステップを含み、前記ステップは、
伸張性および可撓性の第１および第２の導体からなり、第１の導体が、第２の導体に対して横断方向に配置される格子を施すステップと、
格子中の各対の導体に接続するように複数の音響センサを施すステップと
を含んでいてもよい。
【００４５】
マイクロフォンの種々の構成要素は、それ自体において知られている様式で基板に施すことができる。例えば、薄膜トランジスタまたはエレクトレットの電極が、製造の際に、初めに複合材料マイクロフォンの全表面を覆うように金属などの導電性層または導電性ポリマーを施すことによって、施され得る。その後、この層は、エッチング技術またはインプリントによりパターニングされ得る。代替としては、電極は、パターン印刷技術によって形成され得る。同様に、第１および第２の導体、半導体層、絶縁体層、ドレイン領域、およびソース領域、ならびにエレクトレット層などの、マイクロフォンの他の機能要素が形成され得る。
【００４６】
「垂直」導体、すなわち高い層から低い層へ、基板の平面に対して横断方向に延在する導体は、ＥＰ０９８６１１２およびＷＯ２００７００４１１５において説明されているような技術によって形成され得る。
【００４７】
特許請求の範囲において、「備える」という語は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「ａ」、「ａｎ」（１つの）は、複数を除外しない。単一の構成要素または他のユニットが、特許請求の範囲内に挙げられる複数のアイテムの機能を遂行し得る。単にいくつかの測定値が互いに異なる請求項中において挙げられるということは、これらの測定値の組合せを有利に使用し得ないということを意味しない。特許請求の範囲中の任意の参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【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５Ａ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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