(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、該第１の電極上に空隙部を隔てて配設された振動膜と、該振動膜に支持された第２の電極とを具備して構成される振動子セルと、
電荷を保持し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に所定の電位差を与えるエレクトレット層と、
を具備した超音波トランスデューサであって、
前記エレクトレット層は、前記振動膜が振動することにより発生する超音波の送信方向から見た場合に前記振動子セルとは離間した領域において、前記第１の電極に電気的に接続された第１の導電層と、前記第２の電極に電気的に接続された第２の導電層との間に介装されるものであって、
かつ、前記エレクトレット層は、前記超音波の送信方向から見た場合に、少なくとも一部が前記第１の導電層及び前記第２の導電層に対して露出するように配設されることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記第１の導電層及び前記第２の導電層は、前記第１の電極及び前記第２の電極が対向する方向とは略直交する方向において対向するように配設されることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記エレクトレット層と前記第１の導電層との間、又は前記エレクトレット層と前記第２の導電層との間には、絶縁層が介装されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４】
前記振動子セル上及び前記エレクトレット層上に配設された保護膜を具備し、該保護膜の前記エレクトレット層上の領域は、前記振動子セル上の領域よりも、前記超音波の送信方向に突出していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５】
前記振動子セル上及び前記エレクトレット層上に配設された保護膜を具備し、該保護膜の前記エレクトレットとは反対側の面は平面状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項６】
前記エレクトレット層は、シリコン化合物及びハフニウム酸化物の少なくとも一方からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項７】
前記エレクトレット層は、樹脂膜からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサを具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサを具備することを特徴とする超音波顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレットを具備して構成される静電容量型の超音波トランスデューサ、超音波診断装置及び超音波顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体に超音波を照射し、そのエコー信号から被検体の状態を診断する超音波診断法が普及している。この超音波診断法に用いられる超音波診断装置の１つに医療分野で用いられる超音波内視鏡がある。
【０００３】
超音波診断装置は、医療分野に限らず工業分野においても、被検体（試料）に生じた傷、割れ、空洞等の欠陥の存在の有無を診断するために使用されており、これらは非破壊検査装置や非破壊探傷装置として知られている。
【０００４】
また、超音波を被検体（試料）に照射して被検体の音響的特性を評価することにより、被検体の弾性的性質を定量化したり、薄膜の構造を評価する、いわゆるＶ（ｚ）曲線による解析法が知られている。このようなＶ（ｚ）曲線から被検体の性質を解析する装置として超音波顕微鏡が知られている。
【０００５】
これらの超音波診断装置や超音波顕微鏡には、電気信号を超音波に変換して送信し、また超音波を受信して電気信号に変換するための超音波トランスデューサが配設されている。
【０００６】
従来、超音波トランスデューサとして、セラミック圧電材ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等の圧電素子が主に使用されてきたが、近年、特表２００５−５１０２６４号公報に開示されているようなマイクロマシニング技術を用いて製造される静電容量型超音波トランスデューサ（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer；以下、ｃ−ＭＵＴと称する）が注目を集めている。
【０００７】
ｃ−ＭＵＴは、空隙部を挟んで対向する一対の平板状の電極（平行平板電極）を具備して構成されるものであり、一方の電極を含む膜（メンブレン）の振動により超音波の送受信を行うものである。ｃ−ＭＵＴは、超音波の受信時においては、一対の電極間の静電容量の変化を基に超音波信号を電気信号に変換するため、特に受信時においては一対の電極間にＤＣバイアス電圧を印加しなければならない。
【０００８】
この問題を解決するために、一対の電極間にエレクトレット（エレクトレット絶縁膜）を設けることでＤＣバイアス電圧の印加を不要としたｃ−ＭＵＴ（静電型超音波トランスデューサ）が、特開平２−５２５９９号公報に開示されている。
【特許文献１】特表２００５−５１０２６４号公報
【特許文献２】特開平２−５２５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ｃ−ＭＵＴの送信する超音波の音圧及び受信する超音波に対する感度は、一対の電極間の静電容量に依存するものである。例えば図１３に、一対の電極５０１、５０２からなる平行平板電極間にエレクトレット５０３を配設した場合の等価回路図を示す。この場合、一対の電極５０１、５０２間における合成静電容量Ｃ１は、メンブレン５０６の静電容量Ｃmemとキャビティ５０４（空隙部）の静電容量Ｃcavとエレクトレット５０３の静電容量Ｃeleとを合成した値となる。
【００１０】
ここで、キャビティ５０４の厚さは、メンブレン５０６の必要振幅により決定されるため、エレクトレット５０３の有無に関係なく一定である。このため、エレクトレット５０３を電極５０１、５０２間に配設しない場合の、電極５０１、５０２間における合成静電容量Ｃ０は、前記合成静電容量Ｃ１よりも大きい。
【００１１】
言い換えれば、従来のｃ−ＭＵＴでは、エレクトレットを配設することによってキャビティ５０４の厚さが増加するため、エレクトレットを配設しない場合よりも、電極間における静電容量が低下してしまうのである。
【００１２】
例えば、ｃ−ＭＵＴが超音波内視鏡用等の体腔内で使用される場合、ｃ−ＭＵＴは絶縁性を確保するため低電圧で駆動されることが好ましい。この低電圧駆動時において十分な超音波の音圧及び感度を実現可能な電極間の静電容量を得るためには、ｃ−ＭＵＴの電極間距離を１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下にすることが望ましい。
【００１３】
一方で、例えばシリコン酸化膜により構成されたエレクトレットは、長期間にわたって安定して電荷を保持するために少なくとも１μｍの厚さが必要である。
【００１４】
すなわち、エレクトレットを電極間に配設した場合、必要な電極間距離を確保することができず、従来のｃ−ＭＵＴを用いて、十分な音圧及び感度により超音波を送受信することは不可能であった。
【００１５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、エレクトレットを具備することによりＤＣバイアス電圧の印加を不要としながら、十分な音圧及び感度により超音波を送受信することが可能な静電容量型の超音波トランスデューサ、超音波診断装置及び超音波顕微鏡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】
【００１６】
本発明に係る超音波トランスデューサは、第１の電極と、該第１の電極上に空隙部を隔てて配設された振動膜と、該振動膜に支持された第２の電極とを具備して構成される振動子セルと、電荷を保持し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に所定の電位差を与えるエレクトレット層と、を具備した超音波トランスデューサであって、前記エレクトレット層は、前記振動膜が振動することにより発生する超音波の送信方向から見た場合に前記振動子セルとは離間した領域において、前記第１の電極に電気的に接続された第１の導電層と、前記第２の電極に電気的に接続された第２の導電層との間に介装されるものであって、かつ、前記エレクトレット層は、前記超音波の送信方向から見た場合に、少なくとも一部が前記第１の導電層及び前記第２の導電層に対して露出するように配設されることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面１から図８を参照して説明する。なお、以下の説明に用いた各図においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせてある。図１は超音波内視鏡の概略構成を示す説明図である。図２は超音波内視鏡の先端部分の構成を示す斜視図である。図３は振動子アレイの斜視図である。
【００１８】
本実施形態では、超音波診断装置としての超音波内視鏡に本発明を適用した例を説明する。図１に示すように本実施形態の超音波内視鏡１は、体腔内に導入される細長の挿入部２と、この挿入部２の基端に位置する操作部３と、この操作部３の側部から延出するユニバーサルコード４とで主に構成されている。
【００１９】
前記ユニバーサルコード４の基端部には図示しない光源装置に接続される内視鏡コネクタ４ａが設けられている。この内視鏡コネクタ４ａからは図示しないカメラコントロールユニットに電気コネクタ５ａを介して着脱自在に接続される電気ケーブル５及び図示しない超音波観測装置に超音波コネクタ６ａを介して着脱自在に接続される超音波ケーブル６が延出されている。
【００２０】
前記挿入部２は、先端側から順に硬質な樹脂部材で形成した先端硬性部２０、この先端硬性部２０の後端に位置する湾曲自在な湾曲部８、この湾曲部８の後端に位置して前記操作部３の先端部に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部９を連設して構成されている。また、前記先端硬性部２０の先端側には詳しくは後述する超音波を送受するための超音波送受部３０が設けられている。
【００２１】
前記操作部３には前記湾曲部８を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ１１、送気及び送水操作を行うための送気・送水ボタン１２、吸引操作を行うための吸引ボタン１３、体腔内に導入する処置具の入り口となる処置具挿入口１４等が設けられている。
【００２２】
図２に示すように、先端硬性部２０には、観察部位に照明光を照射する照明光学部を構成する照明レンズ（図示せず）、観察部位の光学像を捉える観察光学部を構成する対物レンズ２１、切除した部位を吸引したり処置具が突出したりする開口である吸引兼鉗子口２２及び送気及び送水を行うための送気送水口（図示せず）が設けられている。
【００２３】
先端硬性部２０の先端に設けられた超音波送受部３０は、図３に示ように、振動子アレイ３１と駆動回路３４とＦＰＣ３５とを具備して構成されている。ＦＰＣ３５は、可撓性を有し両面に実装面が形成された配線基板（フレキシブル配線基板）であり、超音波送受部３０においては、該ＦＰＣ３５は先端硬性部２０の挿入軸と略平行な軸を中心軸として略円筒状に巻回されて配設されている。
【００２４】
円筒状のＦＰＣ３５の外周面上には、超音波振動子アレイである振動子アレイ３１が設けられている。振動子アレイ３１は、ＦＰＣ３５の外周面上に周方向に配列された本実施形態の超音波トランスデューサである複数の振動子ユニット３２を具備して構成されている。振動子ユニット３２は、ＦＰＣ３５の外周面の法線方向から見て略長方形状を有し、円筒状のＦＰＣ３５の外周面上において、短手方向を周方向として等間隔に配列されている。振動子アレイ３１は、例えば数十から数百個の振動子ユニット３２により構成されており、本実施形態の振動子アレイ３１は、１２８個の振動子ユニット３２を具備している。そして、各振動子ユニット３２は、１６個の振動子エレメント３３を具備している。
【００２５】
詳しくは後述するが、本実施形態の振動子ユニット３２は、低抵抗のシリコン半導体からなるシリコン基板上にマイクロマシニング技術により形成された静電容量型の超音波トランスデューサであり、いわゆるMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）の技術範囲に属するものである。このようなマイクロマシニング技術により形成された静電容量型の超音波トランスデューサは、一般にｃ−ＭＵＴ（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）と称される。
【００２６】
本実施形態の振動子アレイ３１においては、一つの振動子ユニット３２内に複数配設された振動子エレメント３３が、超音波を送受信するための最小の駆動単位を構成している。振動子エレメント３３は、それぞれＦＰＣ３５の実装面の法線方向、すなわち円筒状であるＦＰＣ３５の径方向外向きに超音波を送信する。
【００２７】
一方、円筒状のＦＰＣ３５の内周面上、すなわち振動子アレイ３１が実装された実装面とは反対側の実装面上には、複数の駆動回路３４が実装されている。駆動回路３４は、振動子エレメント３３を駆動するためのパルサーや選択回路等の電気回路を有し、個々の振動子エレメント３３と電気的に接続されている。
【００２８】
また、駆動回路３４は、円筒状のＦＰＣ３５の外周面上に形成された、複数の信号電極３６及び接地電極３７に電気的に接続されている。信号電極３６及び接地電極３７は、超音波ケーブル６内を挿通されて一端が超音波コネクタ６ａに電気的に接続された、同軸ケーブルの他端が電気的に接続される。よって、駆動回路３４は、超音波観測装置に電気的に接続されるのである。
【００２９】
上述の構成を有する超音波送受部３０は、円筒形状のＦＰＣ３５の外周面上に配設された２次元の振動子アレイ３１によって、超音波を先端硬性部２０の挿入軸と略直交する平面上を基本として放射状に送受信する、セクタ走査が可能な電子式ラジアル走査を行えるものである。
【００３０】
次に本実施形態の静電容量型の超音波トランスデューサである振動子ユニット３２の詳細な構成を、図４から図６を参照して以下に説明する。図４は、振動子ユニット３２を、超音波の送受信側から見た上面図である。すなわち図４において、紙面に直交しかつ紙面から離れる方向へ超音波が送信される。図５は、図４のV-V断面図である。図６は、振動子エレメント３３の等価回路図である。
【００３１】
図４に示すように、本実施形態の振動子ユニット３２は、複数の振動子エレメント３３が配列されて構成されている。図４において、破線で囲まれた細長の領域が、一個の振動子エレメント３３を示している。
【００３２】
振動子エレメント３３は、複数の振動子セル１００を具備して構成されている。また、振動子エレメント３３は、該振動子エレメント３３を構成する前記複数の振動子セル１００のそれぞれに電気的に接続されたエレクトレット層１３０と、信号電極パッド３８と、接地電極パッド３９とを具備して構成されている。
【００３３】
本実施形態においては、振動子エレメント３３は、細長の領域の長手方向に直線状に配列された８個の振動子セル１００と、細長の領域の一端に配設され８個の振動子セル１００全てと並列に電気的に接続された１個のエレクトレット層１３０とを具備している。
【００３４】
同一の振動子エレメント３３においては、振動子セル１００は、全て並列に電気的に接続されており、超音波観測装置からの駆動信号が信号電極パッド３８を介して入力されることにより、同時に同位相の超音波を送信する。
【００３５】
図５に示すように、本実施形態の振動子エレメント３３は、低抵抗のシリコン半導体からなるシリコン基板１０１上に半導体プロセス等を用いたマイクロマシニング技術により形成された積層構造を有する静電容量型の超音波トランスデューサである。
【００３６】
なお、以下の積層構造の説明において、各層の上下関係については、シリコン基板１０１の表面から法線方向に遠ざかる方向を上方向とする。例えば、図５の断面図において、上部電極１２０は下部電極１１０の上方に配設されている、と称するものとする。また、各層の厚さとは、シリコン基板１０１表面の法線方向の各層の寸法を指す。また、以下の説明においては、便宜的に、シリコン基板１０１の表面のうち、振動子セル１００が形成される面をセル形成面、振動子セル１００が形成される面とは反対側の面を裏面と称する。
【００３７】
シリコン基板１０１は、導電性を有する低抵抗シリコンからなり、両表面にはそれぞれ電気絶縁性を有するシリコン酸化膜である第１絶縁膜１０２及び裏面絶縁膜１０９が形成されている。第１絶縁膜１０２及び裏面絶縁膜１０９は、シリコン基板１０１を熱酸化することにより形成される高温酸化膜である。なお、第１絶縁膜１０２及び裏面絶縁膜１０９はシリコン窒化膜であってもよい。
【００３８】
まず、振動子セル１００の構造について、以下に詳細に説明する。  
振動子セル１００は、略円柱状の空隙部であるキャビティ１０７を介して対向する一対の平行平板電極である、下部電極１１０（第１の電極）及び上部電極１２０（第２の電極）を有して構成される。そして、該振動子セル１００を具備して構成される振動子エレメント３３は、振動子セル１００の上部電極１２０を含む弾性を有する膜状の構造体であるメンブレン１００ａ（振動膜）の振動により、超音波を送受信するものである。
【００３９】
第１絶縁膜１０２上には、上方から見て略円形状に、導電層である下部電極１１０が形成されている。下部電極１１０は、Ｍｏ（モリブデン）をスパッタリングにより成膜しパターニングすることで形成される。下部電極１１０は、上方から見て隣接する振動子セル１００の下部電極１１０同士が、下部電極配線１１１により電気的に接続されている。
【００４０】
なお、積層構造の下層部であり、かつシリコン酸化膜上に形成される下部電極１１０を構成する材料は、Ｍｏ以外に、例えばＷ（タングステン）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）等の高融点金属やその合金であることが望ましいが、その後の製造工程で高温の熱処理を避けることができるのであれば、材料はこれに限定されるものではなく、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）等であってもよい。また、下部電極１１０は２種以上の導電性材料を積層した多層構造を有するものであってもよい。
【００４１】
上方から見て細長の形状を有する振動子エレメント３３の、エレクトレット層１３０が配設された端部とは反対側の端部には、シリコン基板１０１を貫通して形成されたウェハ貫通電極１１２が、振動子エレメント３３単位に設けられている。ウェハ貫通電極１１２は、シリコン基板１０１とは電気的に絶縁されており、かつ下部電極１１０と裏面絶縁膜１０９上に形成された信号電極パッド３８とに電気的に接続されている。
【００４２】
すなわち、同一の振動子エレメント３３内の全ての下部電極１１０は、下部電極配線１１１、ウェハ貫通電極１１２を介して、シリコン基板１０１の裏面に形成された信号電極パッド３８に電気的に接続されている。
【００４３】
下部電極１１０上には、該下部電極１１０を被覆するように、電気絶縁性を有する第２絶縁膜１０３が形成されている。第２絶縁膜１０３は、本実施形態ではシリコン酸化膜であり、プラズマＣＶＤ法により成膜される。なお、第２絶縁膜１０３は、シリコン窒化膜、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、ハフニウム酸窒化物（ＨｆＯＮ）等であってもよい。
【００４４】
第２絶縁膜１０３上には、キャビティ１０７越しに電気絶縁性を有する第３絶縁膜１０４が形成されている。第３絶縁膜１０４は、本実施形態ではシリコン酸化膜であり、プラズマＣＶＤ法により成膜される。なお、第３絶縁膜１０４は、シリコン窒化膜であってもよい。
【００４５】
第２絶縁膜１０３と、第３絶縁膜１０４との間には、大気圧、加圧又は減圧状態の密閉された空隙層であるキャビティ１０７が形成されている。ここで、減圧状態とは、大気圧よりも圧力が低い状態を指し、いわゆる真空状態も含むものである。キャビティ１０７は、略円柱形状を有し、上方から見て下部電極１１０と略同心上に設けられている。
【００４６】
キャビティ１０７は、本実施形態では、公知の技術である犠牲層エッチングにより形成されるものであり、犠牲層エッチング時に使用されるキャビティ１０７内と第３絶縁膜１０４の上層とを連通するための犠牲層除去孔は、図示しないプラグにより封止されている。なお、キャビティ１０７は、機械的もしくは化学的な微細加工後のウェハ同士を接合する方法で形成されるものであってもよい。
【００４７】
第３絶縁膜１０４上には、上方から見て略円形状の導電層である上部電極１２０が形成されている。上部電極１２０は、上方から見て下部電極１１０と略同心上、すなわち下部電極１１０と対向する位置に設けられている。本実施形態では、上部電極１２０は、Ａｌをスパッタリングにより成膜しパターニングすることで形成される。
【００４８】
上部電極１２０は、上方から見て隣接する振動子セル１００の上部電極１２０同士が、上部電極配線１２１により電気的に接続されている。なお、上部電極１２０を構成する材料は、Ａｌ以外に、例えばＣｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ等の導電性を有するものであればよい。また、上部電極１２０は２種以上の導電性材料を積層した多層構造を有するものであってもよい。
【００４９】
上方から見て細長の形状を有する振動子エレメント３３の、エレクトレット層１３０が配設された端部とは反対側の端部において、上部電極配線１２１は、貫通電極１２２に電気的に接続されている。貫通電極１２２は、第１絶縁膜１０２、第２絶縁膜１０３及び第３絶縁膜１０４を貫通して上部電極１２０及び上部電極配線１２１と同一の工程により形成されたものであり、該貫通電極１２２は、シリコン基板１０１にオーミックコンタクト領域１２２ａを介して電気的に接続されている。
【００５０】
また、裏面絶縁膜１０９上には接地電極パッド３９が形成されており、接地電極パッド３９は、オーミックコンタクト領域１２３ａを介してシリコン基板１０１に電気的に接続されている。
【００５１】
すなわち、同一の振動子エレメント３３内の全ての上部電極１２０は、上部電極配線１２１、貫通電極１２２、シリコン基板１０１を介して、シリコン基板１０１の裏面に形成された接地電極パッド３９に電気的に接続されている。
【００５２】
上部電極１２０上には、電気絶縁性を有する保護膜１０５が形成されている。保護膜１０５は、本実施形態ではシリコン窒化膜であり、プラズマＣＶＤ法により形成される。なお、保護膜１０５は、シリコン窒化物以外に、シリコン酸化膜、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、ハフニウム酸窒化物（ＨｆＯＮ）等により構成されてもよい。特に、ＨｆＮ及びＨｆＯＮは、高密度の膜が得られるため保護膜として好ましい。
【００５３】
また、保護膜１０５上には、耐水性、耐薬品性等を有し、生体適合性及び電気絶縁性に優れたパラキシリレン系樹脂膜１０６が形成されている。
【００５４】
振動子ユニット３２は、例えば半田接合、異方性導電フィルム接合、超音波接合等の公知の工法によりＦＰＣ３５上に実装される。これにより、上述した振動子エレメント３３の振動子セル１００は、信号電極パッド３８及び接地電極パッド３９を介して、ＦＰＣ３５の反対側に実装された駆動回路３４に電気的に接続される。
【００５５】
このように、本実施形態では、振動子セル１００を形成する基板を低抵抗のシリコン基板１０１とし、シリコン基板１０１を接地電位とすることにより裏面側から飛来するノイズを遮蔽し、よりＳ／Ｎ比の高い超音波画像を得ることが可能となる。また、振動子セル１００の裏面側に信号電極パッド３８及び接地電極パッド３９を設けることにより、実装面積を減少させることができ、先端硬性部２０を短く構成することが可能となり、超音波内視鏡１の操作性が向上する。
【００５６】
なお、上述した構成では、下部電極１１０、上部電極１２０及びキャビティ１０７は、上方から見て略円形状を有するものであるが、これらの形状は本実施形態に限るものではなく、例えば正六角形や矩形等の多角形状やその他の形状であってもよい。メンブレン１００ａ及びキャビティ１０７の寸法は、観察時に使用する超音波の波長や出力により決定されるものである。
【００５７】
次に、本実施形態の超音波トランスデューサのエレクトレット層１３０が配設された領域の構成について、以下に詳細に説明する。  
本実施形態においては、電荷保持手段であるエレクトレット層１３０は、上述の通り、上方から見て細長の形状を有する振動子エレメント３３の端部に配設される。エレクトレット層１３０は、極性が正又は負の電荷を永続的に保持する機能を有するものである。
【００５８】
本実施形態のエレクトレット層１３０は、無機膜からなり、具体的にはプラズマＣＶＤ法等により形成されたシリコン酸化膜を、コロナ放電により帯電させることで形成される。なお、エレクトレット層１３０は、シリコン窒化膜や、ＨｆＯ２膜、ＨｆＡｌ２Ｏ５膜等のＨｆ（ハフニウム）酸化物等、他の無機膜により構成されるものであってもよい。また、エレクトレット層１３０は、上記無機膜が複数種類積層されて構成されるものであってもよい。
【００５９】
図６の等価回路図に示すように、単一の振動子エレメント３３内においては、エレクトレット層１３０の負の電荷を保持する側が、上記複数の振動子セル１００のそれぞれの下部電極１１０に電気的に接続されている。振動子セルの上部電極１２０は接地されているため、エレクトレット層１３０は、振動子セル１００の一対の電極である下部電極１１０と上部電極１２０との間に電位差を与える。
【００６０】
すなわち、振動子セル１００は、下部電極１１０及び上部電極１２０間にＤＣバイアス電圧が印加された状態と電気的に同等となり、本実施形態の超音波トランスデューサである振動子ユニット３２は、ＤＣバイアス電圧を外部から印加することなく超音波の送受信を行うことが可能となる。すなわち、振動子セル１００を駆動する信号の電圧実効値を低くすることが可能となる。
【００６１】
よって、本実施形態の超音波トランスデューサである振動子セル３２を具備した超音波診断装置は、従来のｃ−ＭＵＴのようにＤＣバイアス電圧を印加するための回路や配線を必要とせず装置の小型化を図ることができる。また、振動子セル１００を駆動する駆動信号の電圧実効値を低く抑えられるため、駆動回路や配線を流れる電流値が小さくなり、消費電力を低くすることが可能である。これにより、駆動回路の更なる小型化を可能とし、また駆動回路の発熱による振動子セルの特性変動を防止することが可能となる。
【００６２】
本実施形態のエレクトレット層１３０は、具体的には、振動子セル１００の下部電極１１０に電気的に接続された第１の導電層１１４と、上部電極１２０に電気的に接続された第２の導電層１２４（第２の導電層）との間に介装されている。
【００６３】
第１の導電層１１４及び第２の導電層１２４は、本実施形態においては、それぞれ下部電極１１０及び上部電極１２０と同一又は異なる半導体プロセスにより形成された金属膜である。
【００６４】
ここで、本実施形態においては、第１の導電層１１４及び第２の導電層１２４は、互いに略平行に対向して配設された平板状の電極であり、この互いに対向する面が、シリコン基板１０１の表面の法線方向に略平行となるように配設されている。すなわち、第１の導電層１１４及び第２の導電層１２４は、それぞれ振動子ユニット３２の超音波の送信方向と略平行な平面部を有し、該平面部が互いに対向するように配設されている。
【００６５】
したがって、本実施形態におけるエレクトレット層１３０は、第１の導電層１１４と第２の導電層１２４とによって、シリコン基板１０１の表面と略平行な方向、すなわち超音波の送信方向とは略直交する方向に挟持されているのである。
【００６６】
つまり本実施形態の、エレクトレット層１３０は、上述の通り振動子セル１００の下部電極１１０と上部電極１２０との間に電位差を与えるものであり、該エレクトレット層１３０が発生する電界の方向は、振動子セル１００の超音波の送信方向、すなわち下部電極１１０及び上部電極１２０の積層方向と略直交する。
【００６７】
言い換えれば、上記第１の導電層１１４と第２の導電層１２４との間に介装されたエレクトレット層１３０は、その少なくとも一部が、第１の導電層１１４及び第２の導電層１２４よりも振動子ユニット３２の超音波の送信方向、すなわち振動子セル１００の一対の電極である下部電極１１０及び上部電極１２０の積層方向に露出するように配設されている。
【００６８】
また、エレクトレット層１３０と第２の導電層１２４との間には、絶縁層である空隙部１３１が介装されている。該空隙部１３１は、本実施形態では公知の技術である犠牲層エッチングにより形成される。なお、空隙部１３１は、エレクトレット層１３０と第２の導電層１２４とを電気的に絶縁するものであれば、他の絶縁膜、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等であってもよい。
【００６９】
上記第１の導電層１１４、第２の導電層１２４、エレクトレット層１３０及び空隙部１３１の上方には、振動子セル１１０部と同様に、電気絶縁性を有する保護膜１０５が形成されている。上述のように、保護膜１０５は、本実施形態ではシリコン窒化膜である。
【００７０】
また、保護膜１０５の上方には、振動子セル１１０部と同様に、パラキシリレン系樹脂膜１０６が形成されている。
【００７１】
また、図５に示すように、振動子エレメント３３において、エレクトレット層１３０が配設される領域は、振動子セル１００が形成されている領域よりも上方（超音波の送信方向）に突出するように形成されている。具体的には、振動子エレメント３３の、エレクトレット層１３０が配設される領域の厚さＷｅは、振動子セル１００が形成されている領域の厚さＷｃよりも大きくなる。
【００７２】
このように、振動子セル１００に隣接する領域に、振動子セル１００が形成されている領域よりも超音波の送信方向に突出する構成を有することにより、本実施形態の振動子ユニット３２は、他の物体との接触に起因する振動子セル１００のメンブレン１００ａの破壊を防止することが可能となる。
【００７３】
以上に説明した構成を有する本実施形態の超音波トランスデューサである振動子ユニット３２の、エレクトレット層１３０のコロナ放電による帯電処理は、振動子セル１００部及びエレクトレット層１３０が配設される領域の半導体プロセスによる形成工程が終了した後に実施される。
【００７４】
すなわち、エレクトレット層１３０のコロナ放電による帯電処理は、保護膜１０５が形成された後に、該保護膜１０５越しに行われる。そして、上記エレクトレット層１３０の帯電処理の後に、パラキシリレン系樹脂膜１０６をスピンコート法等により形成することにより、振動子ユニット３２のセル形成面側の構造が完成する。
【００７５】
以下に、上述した構成を有する本実施形態の超音波トランスデューサ及び超音波診断装置の効果を説明する。
【００７６】
本実施形態の振動子ユニット３２では、超音波の送信方向、すなわち振動子セル１００の一対の電極である下部電極１１０及び上部電極１２０の積層方向からみた場合に、エレクトレット層１３０は、振動子セル１００と重ならない互いに離間した領域に配設されている。このため、本実施形態の振動子ユニット３２では、エレクトレット層１３０の厚さと、下部電極１１０及び上部電極１２０間の距離とを、それぞれ独立して設定することが可能である。
【００７７】
例えば、図１３に示したような一対の平行平板電極である電極５０１、５０２間にエレクトレット５０３を配設した従来の静電容量型の超音波トランスデューサに比して、本実施形態の振動子ユニット３２は、一対の平行平板電極（本実施形態では下部電極１１０及び上部電極１２０）間の距離（ギャップ）をより小さくし、かつ電荷保持手段であるエレクトレット層１３０をより厚くすることができる。
【００７８】
したがって、本実施形態によれば、従来に比して下部電極１１０及び上部電極１２０間の距離を小さくして両電極間の静電容量を大きくし、送信超音波の音圧及び受信超音波の感度を向上させるとともに、エレクトレット層１３０の厚さを、該エレクトレット層１３０が永続的に安定して電荷を保持することが可能な厚さにすることができる。
【００７９】
また、本実施形態の振動子ユニット３２は、下部電極１１０及び上部電極１２０と、エレクトレット層１３０とは厚さ方向に積層されて配設されないため、従来の静電容量型の超音波トランスデューサよりも薄く構成することが可能である。
【００８０】
また、本実施形態においては、エレクトレット層１３０は、シリコン基板１０１の表面と略平行な方向、すなわち超音波の送信方向とは略直交する方向に挟持されている。このため、エレクトレット層１３０の厚さは、図５中のｔで示すように、第１の導電層１１４及び第２の導電層１２４により挟持される方向についてのエレクトレット層１３０の寸法により定義される。すなわち、本実施形態においては、エレクトレット層１３０の厚さｔを、振動子ユニット３２の超音波の送信方向についての厚さとは独立して設定することが可能である。このため、本実施形態によれば、振動子ユニット３２を、より超音波の送信方向について薄く形成することが可能となる。
【００８１】
また、エレクトレットを一対の電極間に配設せず、振動子セルとエレクトレットとを厚さ方向に積層して構成された従来の静電容量型の超音波トランスデューサに比しても、本実施形態の振動子ユニット３２は、超音波の送信方向についての厚さをより薄くすることが可能である。
【００８２】
よって、本実施形態の超音波トランスデューサである振動子ユニット３２は、従来に比してより薄く、かつ低電圧による駆動時においてより高い送信超音波の音圧及びより高い受信超音波の感度を有するものであって、さらにその特性を永続的に維持することができる。
【００８３】
言い換えれば、所定の送信超音波の音圧及び受信超音波の感度を発揮する際において、本実施形態は、長期にわたって初期の性能を維持し、従来に比してより薄型であり、かつ低い電圧で駆動可能な超音波トランスデューサを実現するものである。
【００８４】
また、本実施形態によれば、薄型かつ低電圧による駆動が可能な振動子ユニット３２を具備して構成される超音波診断装置を、従来よりも長寿命かつ小型に構成することが可能である。例えば、図１に示すような超音波内視鏡１であれば、振動子アレイ３１の外径を従来よりも細径化することができ、より被検者にとって負担の少ない診断を実現することができる。
【００８５】
また、本実施形態の振動子ユニット３２では、エレクトレット層１３０は、少なくとも一部が第１の導電層１１４及び第２の導電層１２４に対して振動子ユニット３２の超音波の送信方向に露出するように配設されており、かつ、該エレクトレット層１３０が露出する領域上には保護膜１０５及びパラキシリレン系樹脂膜１０６のみが形成されている。なお、パラキシリレン系樹脂には、フッ素（Ｆ）が含有されているものが耐薬品性が高いため好ましい。
【００８６】
このような構成を有する本実施形態の振動子ユニット３２では、エレクトレット層１３０に対してコロナ放電により帯電処理を施す工程は、保護膜１０５が形成された後に実施することが容易となる。言い換えれば、本実施形態においては、半導体プロセスにより形成される層構造が全て形成された後に、エレクトレット層１３０に対する帯電処理が行われるのであり、エレクトレット層１３０に帯電処理がなされた後には、該エレクトレット層１３０の温度を高温にする工程、例えばＣＶＤのような工程は存在しない。
【００８７】
一般に、電荷保持手段であるエレクトレットは、高温にすると電荷を放出してしまい保持する電荷量が低下する性質を有する。例えば、本実施形態のシリコン酸化膜からなるエレクトレット層１３０は、およそ４００℃以上の温度とすることにより、帯電量の低下が発生してしまう。エレクトレット層１３０が保持する電荷量が低下してしまうと、下部電極１１０及び上部電極１２０間に印加される直流電圧成分が低下してしまうため、特に振動子ユニット３２の受信超音波の感度が低下してしまう。
【００８８】
例えば、従来の図１３に示したような一対の平行平板電極である電極５０１、５０２間にエレクトレット５０３を配設した静電容量型の超音波トランスデューサを半導体プロセスにより形成する場合、エレクトレット５０３に帯電処理を施した後に上層側の電極５０１や絶縁膜の成膜に４００℃以上の温度で行われる処理が用いられると、エレクトレット５０３の帯電量が低下してしまい、超音波トランスデューサの感度が低下してしまうのである。エレクトレット５０３の帯電処理後は超音波トランスデューサの製造工程を全て４００℃以下で行うことで、エレクトレット５０３の帯電量の低下を防止する方法も考えられるが、使用可能な成膜方法か限られるため必要な製造装置が増え工程が複雑化するため、コストの増加を招いてしまうという問題がある。
【００８９】
しかしながら、本実施形態の構成を有する振動子ユニット３２は、上述のように帯電処理がなされた後のエレクトレット層１３０を、該エレクトレット層１３０が保持する電荷量が低下してしまう温度にまで加熱することなく製造することが可能な構成を有するのである。
【００９０】
したがって、本実施形態の超音波トランスデューサである振動子ユニット３２は、従来に比して、エレクトレット層１３０が保持する電荷量をより高くすることが可能であり、低電圧による駆動時においてより高い受信超音波の感度を有するのである。また、本実施形態の振動子ユニット３２は、比較的低温、例えば４００℃以下の処理温度で行われる半導体プロセスを必要としないため、より汎用的な半導体製造装置によって低コストで製造することが可能である。
【００９１】
また、本実施形態の振動子ユニット３２の形成工程においては、エレクトレット層１３０のコロナ放電による帯電処理時は、エレクトレット層１３０の上層側に導電層が存在しない状態において行われる。このため、帯電処理時において、エレクトレット層１３０に注入されるべき電荷が導電層を介して漏出してしまうことがなく、効率よくエレクトレット層の帯電処理を行うことが可能となる。
【００９２】
なお、上述した本実施形態では、エレクトレット層１３０は、シリコン酸化膜等の単層又は複層の無機膜に帯電処理が施されたものとして説明しているが、エレクトレット層１３０の形態はこれに限られるものではない。
【００９３】
例えば、エレクトレット層１３０は、有機膜からなり、具体的には一般的にＦＥＰと称されるフッ素樹脂をコロナ放電により帯電させることで形成されるものであってもよいしＦＥＰ以外のフッ素樹脂や、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等の他の有機膜により構成されるものであってもよい。
【００９４】
これらの有機膜からなるエレクトレットは、従来から他の分野で使用されてきた形態のものであり、長期にわたって安定して電荷を保持することが可能なことで知られている。しかしながら、有機膜からなるエレクトレットは、高温にすることで保持する電荷量が低下してしまう性質を有し、特にこの保持する電荷量の低下は、無機膜からなるエレクトレットよりも低い１００℃〜２００℃程度で発生してしまうため、半導体プロセスにより形成される静電容量型の超音波トランスデューサには適用が困難なものであった。
【００９５】
しかしながら、本実施形態の振動子ユニット３２では、上述のようにエレクトレットへの帯電処理は半導体プロセスの終了後に実施されるため、エレクトレットを有機膜で構成したとしても該エレクトレットが保持する電荷量が低下してしまうことがない。
【００９６】
したがって本実施形態によれば、振動子ユニット３２のエレクトレットを、従来より長期間安定して電荷を保持することが可能な有機膜によって構成することができ、従来に比して、より長寿命な静電容量型の超音波トランスデューサを提供することが可能となる。
【００９７】
また、上述した実施形態においては、負の電荷を保持するエレクトレット層１３０は、振動子セル１００の下部電極１１０に電気的に接続される第１の導電層１１４に接して形成さる。そして、該エレクトレット層１３０と第２の導電層１２４との間には絶縁層である空隙部１３１が介装される。
【００９８】
このような形態は、特に振動子ユニット３２の超音波の送信時に駆動回路３４から出力され下部電極１１０に与えられる電圧信号が、負の極性を有する場合において有効である。これは、このような形態では下部電極１１０及び上部電極１２０間に負の極性の直流電圧成分がエレクトレット層１３０により印加されるからであり、またエレクトレット層１３０が保持する電荷が接地電位である第２の導電層１２４から流れ出てしまうことを防止することが可能だからである。
【００９９】
また、エレクトレット層１３０による電荷の保持をより確実なものとするためには、エレクトレット層１３０の周囲全面を絶縁膜により覆うことが効果的である。なお、このエレクトレット層１３０の周囲全面を覆う絶縁膜は、複数の絶縁膜に分かれていてもよいことはいうまでもない。
【０１００】
例えば、本実施形態の変形例として図７に示すように、エレクトレット層１３０の下層側及び上層側に絶縁層１３８及び１３９を形成することにより、エレクトレット層１３０の周囲全面を絶縁性の膜により覆う構成であれば、エレクトレット層１３０による電荷の保持をより確実なものとすることができる。図７に示す本実施形態の変形例において、エレクトレット層１３０がシリコン酸化膜により構成される場合には、エレクトレット層１３０を覆う第２絶縁膜１０４、保護膜１０５、絶縁層１３８及び１３９は、シリコン窒化膜により構成されることが好ましい。
【０１０１】
なお、駆動回路３４から出力される信号の極性と、該信号が下部電極１１０又は上部電極１２０のどちらに印加されるかによって、エレクトレット層１３０が保持する電荷の極性及び絶縁層である空隙部１３１が介装される位置は適宜に変更されるものであり、上述した実施形態に限られるものではない。
【０１０２】
また、超音波トランスデューサを具備して構成される超音波診断装置においては、外来ノイズを遮蔽しＳ／Ｎ比を向上させるために、超音波トランスデューサとは電気的に独立して接地された導電層であるシールド層により、該超音波トランスデューサを被覆することがある。
【０１０３】
上述した実施形態に該シールド層を適用する場合において、例えばシールド層により振動子セル３２を被覆する工程が、エレクトレット層１３０が保持する電荷量が低下してしまう温度において行われるものであるのならば、シールド層のエレクトレット層１３０上に重なる領域には該エレクトレット層１３０の少なくとも一部を上方に露出する貫通孔が形成され、該貫通孔を介してエレクトレット層１３０への帯電処理が実施される。
【０１０４】
例えばシールド層により振動子セル３２を被覆する工程が、エレクトレット層１３０が保持する電荷量が低下してしまう温度よりも低い温度において行われるものであるのならば、シールド層は、エレクトレット層１３０への帯電処理が実施された後に形成され、貫通孔が形成される必要はない。
【０１０５】
なお、本実施形態の振動子ユニットは、導電性のシリコン基板１０１を基材として構成されているものであるが、振動子ユニットは、電気絶縁性を有する石英、サファイヤ、水晶、アルミナ、ジルコニア、ガラス、樹脂等の絶縁性材料により構成された基材上に形成されるものであってもよい。
【０１０６】
また、本実施形態の超音波内視鏡は、電子式のラジアル走査を行うものとして説明しているが、走査方式はこれに限られるものではなく、リニア走査、コンベックス走査、機械式走査等を採用したものであってもよい。また、振動子アレイを複数の振動子エレメントを２次元に配列した２次元アレイとしたものであってもよいし、振動子エレメントをアレイ状に配列した形態のみでなく、単一の振動子エレメントを用いた形態であってもよい。
【０１０７】
また、本実施形態の超音波診断装置は、光学観察窓を具備しない超音波プローブ型のものであってもよいし、カプセル型の超音波内視鏡でもよい。また、超音波診断装置は、被検体の体表面上から体腔内に向けて超音波走査を行ういわゆる体外式の超音波診断装置であってもよい。また、超音波診断装置は、工業分野において用いられる非破壊検査装置や非破壊探傷装置であってもよい。
【０１０８】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図８を参照して説明する。図８は、第２の実施形態に係る振動子エレメントの断面図である。
【０１０９】
第２の実施形態では、第１の実施形態の構成に対し、エレクトレット層が形成される領域の構成のみが異なる。よって、以下ではこの相違点のみを説明するものとし、また、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【０１１０】
本実施形態の振動子ユニットは、第１の実施形態に比して、図８に示すように、振動子エレメント３３ａのエレクトレット層１３０が形成される領域が、振動子セル１００が形成される領域から超音波の送信方向へ突出しない構成を有する。
【０１１１】
本実施形態の振動子エレメント３３ａは、シリコン基板１０１のエレクトレット層１３０が形成される領域に凹部１０１ａを形成することにより、超音波を送信する側の表面の凹凸を無くしたものである。
【０１１２】
このような構成とすることにより、本実施形態の超音波トランスデューサである振動子ユニットは、振動子セル１００を形成する半導体プロセスにおけるパターニングの精度が向上する。
【０１１３】
すなわち、本実施形態の振動子ユニットは、振動子セル１００の寸法精度を第１の実施形態に比して向上させることができ、音響的な特性が均一な振動子セル１００を形成することが可能となる。
【０１１４】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、本実施形態の超音波振動子ユニット２３３の上面図である。図１０は、図９のX-X断面図である。
【０１１５】
第３の実施形態では、第１の実施形態の構成に対し、振動子セルとエレクトレット層とが形成される領域の位置関係のみが異なる。よって、以下ではこの相違点のみを説明するものとし、また、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【０１１６】
図９に示すように、本実施形態の振動子ユニット２３３は、上方（超音波の送信方向）から見て行列状に配列された複数の振動子セル２００と、該振動子セル２００とは上方から見て離間した領域に形成された複数のエレクトレット層２３０とを具備して構成されている。図９においては、説明のため、振動子セル２００の上部電極２２０と同一の導電層により形成されたパターンを実線で示し、下部電極２１０と同一の導電層により形成されたパターンを破線で示し、エレクトレット層１３０が配設された領域を斜線によるハッチングで示している
エレクトレット層２３０は、行列状に配列された複数の振動子セル２００のそれぞれの間の領域に配設される。例えば、本実施形態においては、行方向に配列されたそれぞれの振動子セル２００の中間に、振動子セル２３０が配設される。すなわち、同一行に配列された複数の振動子セル２００の中心を含み、かつ超音波の送信方向に平行な平面による断面（図１０）においては、振動子セル２００とエレクトレット層２３０が配設される領域とが交互に配列される。
【０１１７】
図１０に示すように、本実施形態の振動子ユニット２３３は、第１の実施形態と同様に、両表面にそれぞれ電気絶縁性を有するシリコン酸化膜である第１絶縁膜２０２及び裏面絶縁膜２０９が形成された低抵抗のシリコン半導体からなるシリコン基板２０１上に、半導体プロセス等を用いたマイクロマシニング技術により形成される。
【０１１８】
振動子セル２００及びエレクトレット層２３０が配設される領域の構成は、第１の実施形態と同様であるのでその詳細な説明は省略し、以下にその構成のみを説明する。
【０１１９】
振動子セル２００は、上方から見て略円形状の導電層である下部電極２１０と、該下部電極に対向して配設される上方から見て略円形状の導電層である上部電極２２０と、該下部電極２１０及び上部電極２２０間に介装された略円筒状の空隙部であるキャビティ２０７とを具備して構成される。そして、下部電極２１０及び上部電極２２０を電気的に絶縁する目的で、第２絶縁膜２０３及び第３絶縁膜２０４が、それぞれ下部電極２１０及び上部電極２２０のキャビティ２０７側に配設されている。また、上部電極２２０上には、保護膜２０５及びパラキシリレン系樹脂膜２０６が配設される。
【０１２０】
本実施形態の振動子セル２００は、上述した振動子セル２００の上部電極２２０、第３絶縁膜２０４、保護膜２０５及びパラキシリレン系樹脂膜２０６により構成される弾性を有する膜状の構造体であるメンブレン２００ａ（振動膜）の振動により、超音波を送受信する。
【０１２１】
一方、エレクトレット層２３０が配設される領域は、振動子セル２００の下部電極２１０に電気的に接続された第１の導電層２１４と、上部電極２２０に電気的に接続された第２の導電層２２４と、該第１の導電層２１４及び第２の導電層２２４の間に介装されたエレクトレット層２３０とにより構成されている。また、エレクトレット層２３０と、第２の導電層２２４との間には絶縁層である空隙部２３１が介装されている。
【０１２２】
そして、エレクトレット層２３０は、第１の導電層２１４と第２の導電層２２４とによって、シリコン基板２０１の表面と略平行な方向、すなわち超音波の送信方向とは略直交する方向に挟持されている
言い換えれば、上記第１の導電層２１４と第２の導電層２２４との間に介装されたエレクトレット層２３０は、その少なくとも一部が、第１の導電層２１４及び第２の導電層２２４よりも振動子ユニット２３３の超音波の送信方向、すなわち振動子セル２００の一対の電極である下部電極２１０及び上部電極２２０の積層方向に露出するように配設されている。
【０１２３】
また、図９に示すように、本実施形態においては、振動子セル２００及びエレクトレット層２３０が配設された領域以外においては、上部電極２２０と同一の導電層により形成されたパターン（図９中の実線）と、下部電極２１０と同一の導電層により形成されたパターン（図９中の破線）とは、互いに重ならないように配設されている。
【０１２４】
すなわち、本実施形態においては、複数の上部電極２２０と複数の第２の導電層２２４とを電気的に接続する上部電極配線２２１は行列方向に配設され、一方、複数の下部電極２１０と複数の第１の導電層２１４とを電気的に接続する下部電極配線２１１は、上記上部電極配線２２１とは上方から見て４５度の角度をなすように配設されている。
【０１２５】
このように、第２の導電層２２４と第１の導電層２１４とを上方から見て互いに重ならないように配設することにより、配線部における寄生容量の発生を防止することができる。
【０１２６】
以上のような構成を有する振動子エレメント２３３を具備した本実施形態の振動子ユニットは、上述した第１の実施形態と同様の効果を有するとともに、さらに以下のような効果を有する。
【０１２７】
本実施形態の振動子ユニットは、エレクトレット層２３０を複数の振動子セル２００間に配設することによって、振動子ユニットを超音波の送信方向から見た場合に、超音波の送信及び受信に寄与しない領域の面積を、第１の実施形態よりも小さくすることが可能となる。いわば、振動子ユニットの超音波送受面の利用効率を向上させることができるのである。
【０１２８】
したがって、本実施形態の振動子ユニットは、より高効率に超音波の送信及び受信が可能であり、より小型な超音波診断装置を提供することを可能とするものである。
【０１２９】
なお、エレクトレット層２３０は、振動子ユニットの振動子セル２００に直流電圧を印加するに足る量の電荷を保持するものであればよく、図９に示すように複数の振動子セル２００の間の全ての領域に配設されるものでなくともよい。
【０１３０】
また、上述した本実施形態においては、エレクトレット層は、複数の領域に分割されて配設されているものであるが、エレクトレット層は、振動子セルが形成された領域とは異なる離間した領域内であれば単一の連続した形状で配設されるものであってもよい。
【０１３１】
例えば、図１１に示すように、２行２列に互いに隣接して配列された４箇所の振動子セル２００に着目した場合、エレクトレット層２３０ａは、該４箇所の振動子セル２００の全てから、超音波の送信方向に対して直交する方向に等しい距離となる位置に配設されるように配設されるものであってもよい。
【０１３２】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について、図１２を参照して説明する。第４の実施形態は、上述した本発明の超音波トランスデューサを、超音波顕微鏡に適用したものである。図１２は、本実施形態の超音波顕微鏡の構成を説明する図である。
【０１３３】
超音波顕微鏡３００は、高周波発振器３０１で発生した高周波信号を、サーキュレータ３０２を介して本発明に係る超音波トランスデューサ３０３に印加し、超音波に変換する。この超音波を音響レンズ３０４で収束し、その収束点には試料３０５を配置する。試料３０５はサンプルホルダー３０６により保持され、試料３０５と音響レンズ３０４のレンズ面との間には水等のカプラ３０７が充填される。試料３０５からの反射波は音響レンズ３０４を介してトランスデューサ３０３により受信され、電気的な反射信号に変換される。超音波トランスデューサ３０３から出力される受信超音波に対応した電気信号は、サーキュレータ３０２を介して表示装置３０８へ入力される。サンプルホルダー３０６は走査回路３０９により制御される走査装置３１０により水平面内をＸＹの２軸方向に駆動される。
【０１３４】
以上のように構成された超音波顕微鏡３００は、超音波を試料３０５に照射して試料３０５の音響的特性を評価することにより、試料３０５の弾性的性質を定量化したり、薄膜の構造を評価することが可能である。
【０１３５】
上述した実施形態に基づいて、以下の構成を提案することができる。すなわち、  
（付記１）  
マイクロマシンプロセスを用いた静電容量型超音波トランスデューサにおいて、  
基板上に配設された多数の振動子セルから構成され、該振動子セルは少なくとも上部電極及び絶縁膜からなる振動膜と、  
前記振動膜に接した空隙部と、  
前記上部電極と対向し前記空隙部を隔てて配設された下部電極と、  
電荷を保持したエレクトレット層が振動子セルと同一基板上にあり、前記振動子セルと重ならない位置に配設され、前記振動膜とほぼ垂直な方向に前記上部電極と前記下部電極との間に挟まれるような構造を有することを特徴とする静電容量型超音波トランスデューサ。
【０１３６】
（付記２）  
前記エレクトレット層は、振動膜部より音響放射部側に突出したことを特徴とする付記１に記載の静電容量型トランスデューサ。
【０１３７】
（付記３）  
前記エレクトレット層は、少なくともシリコン酸化膜からなることを特徴とする付記１に記載の静電容量型トランスデューサ。
【０１３８】
（付記４）  
前記エレクトレット層は、少なくともフッ素系樹脂からなることを特徴とする付記１に記載の静電容量型トランスデューサ。
【０１３９】
（付記５）  
前記エレクトレット層部分の基板を凹状とし、振動子表面をほぼフラットにした構造であることを特徴とする付記１に記載の静電容量型トランスデューサ。
【０１４０】
（付記６）  
体腔内に挿入する挿入部先端に付記１に記載の静電容量型トランスデューサを備えたことを特徴とする体腔内挿入型超音波診断装置。
【０１４１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う超音波トランスデューサ、超音波診断装置及び超音波顕微鏡もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】超音波内視鏡の概略構成を示す説明図である。
【図２】超音波内視鏡の先端部分の構成を示す斜視図である。
【図３】振動子アレイの斜視図である。
【図４】振動子ユニットを超音波の送信方向からみた上面図である。
【図５】図４のV-V断面図である。
【図６】振動子ユニットの等価回路図である。
【図７】第1の実施形態の変形例の断面図である。
【図８】第２の実施形態の振動子エレメントの断面図である。
【図９】第３の実施形態の振動子ユニットの上面図である。
【図１０】図９のX-X断面図である。
【図１１】第３の実施形態の変形例の振動子ユニットの上面図である。
【図１２】超音波顕微鏡の概略構成を示す説明図である。
【図１３】従来の静電容量型トランスデューサの等価回路図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１００  振動子セル、  １００ａ  メンブレン、  １０１  シリコン基板、  １０２  第１絶縁膜、  １０４  第２絶縁膜、  １０５  保護膜、  １０７  キャビティ、  １０９  裏面絶縁膜、  １１０  下部電極、  １１１  下部電極配線、  １１４  第１の導電層、  １２０  上部電極、  １２１  上部電極配線、  １２４  第２の導電層、  １３０  エレクトレット層、  １３１  空隙部
【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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