(57)【要約】  少なくとも一の中央可動素子と、複数の湾曲ベンダを具えるＤＳＲスピーカ素子が提供されており、各湾曲ベンダが少なくとも一の電極対と、少なくとも一の圧電材料層と、可動素子の動きを制限するように構成された機械的ストッパを具えており、湾曲ベンダがこの可動素子に接続されており、可動素子を可動素子の表面に直交する軸に沿って、電極に与えられた電気的刺激に応じて動かして音を生成するように構成されている。様々な製造方法も記載されている。【選択図】図１Ａ
2018520612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＳＲスピーカ素子において：
少なくとも一の中央可動素子と；
複数の周辺湾曲ベンダであって、各湾曲ベンダが少なくとも一対の電極と、少なくとも圧電材料層を具える、周辺湾曲ベンダと；
前記可動素子の動きを制限するように構成された少なくとも一の機械的ストッパと；
を具え、前記湾曲ベンダが前記可動素子に接続されており、可動素子の表面に直交する軸に沿って前記電極に与えられた電気的刺激に応じて前記可動素子を動かして音を生成するように構成されていることを特徴とするＤＳＲスピーカ素子。
【請求項２】
請求項１に記載のＤＳＲスピーカ素子において、キャビティを有する基板を具え、当該基板が前記機械的ストッパとして作用することを特徴とするＤＳＲスピーカ素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＤＳＲスピーカ素子において、前記機械的ストッパが前記可動素子の一方の側部に位置しており、前記ＤＳＲスピーカ素子がさらに、前記可動素子の他方の側部に配置した追加の機械的ストッパを具えることを特徴とするＤＳＲスピーカ素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＤＳＲスピーカ素子において、前記湾曲ベンダが：
第１の電極を具える第１の電極層と、
少なくとも前記第１の電極層の上にある第１の圧電材料層と、
前記第１の圧電材料層の上の第２の電極層であって、第２の電極を具える第２の電極層と、
前記第２の電極層の上の第２の圧電材料層と、
を具えることを特徴とするＤＳＲスピーカ素子。
【請求項５】
請求項４に記載のＤＳＲスピーカ素子において、前記各湾曲ベンダがさらに、前記第２の圧電材料層の上の第３の電極層を具え、当該第３の電極層が第３の電極を具えることを特徴とするＤＳＲスピーカ素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＤＳＲスピーカ素子において、前記可動素子が圧電材料及び／又はシリコン材料を具えることを特徴とするＤＳＲスピーカ素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＤＳＲスピーカ素子において、前記電極の少なくとも一部が、２つの異なる副電極に分かれていることを特徴とするＤＳＲスピーカ素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＤＳＲスピーカ素子において、前記圧電材料層の少なくとも一部が前記電極対の間に配置されていることを特徴とするＤＳＲスピーカ素子。
【請求項９】
請求項１乃至５、７、及び８のいずれか１項に記載のＤＳＲスピーカ素子において、前記可動素子及び前記各湾曲ベンダ内の前記圧電材料層が、共通の圧電材料層の蒸着と、続いて前記共通の圧電材料層中にギャップを形成することによってできていることを特徴とするＤＳＲスピーカ素子。
【請求項１０】
請求項９に記載のＤＳＲスピーカ素子において、前記ギャップが、選択的に除去できる材料でできたフィンの除去、あるいは、ギャップ内の材料のエッチングによって、連続的に形成されることを特徴とするＤＳＲスピーカ素子。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＤＳＲスピーカ素子において、各湾曲ベンダについて：
前記電極対の第１の電極が、第１の導電素子に接続されており、当該第１の電極と第１の導電素子が第１の電極層に属しており、
前記電極対の第２の電極が、第２の導電素子に接続されており、当該第２の電極と第２の導電素子が第２の電極層に属しており、
前記第１の電極層の第１の導電素子が、前記第２の電極層の第２の導電素子と整列していない、
ことを特徴とするＤＳＲスピーカ素子。
【請求項１２】
請求項１乃至１１に記載のＤＳＲスピーカ素子のアレイを具えることを特徴とするＤＳＲスピーカ素子。
【請求項１３】
ＤＳＲスピーカ素子を製造する方法において、当該方法が：
基板ベースを提供するステップと；
前記基板ベースの少なくとも一部の上に犠牲層を配置するステップと；
前記犠牲層の少なくとも一部の上に第１の電極層を配置するステップと；
前記第１の電極層の上及び前記犠牲層の少なくとも一部の上に第１の圧電材料層を配置するステップと、
前記第１の圧電材料層の少なくとも一部の上に第２の電極層を配置するステップであって、前記第１及び第２の電極層の少なくとも一部が整列しているステップと、
前記第１の圧電材料層にギャップを形成して：
前記第１電極層の一部と、前記第１の圧電材料層の一部と、前記第２の電極層の一部を具える少なくとも一の周辺湾曲ベンダと、
前記第１の圧電材料層の別の部分を具える中央可動素子とを規定するステップであって、前記湾曲ベンダが前記可動素子に接続されて、前記第１及び第２の電極層に与えられた電気的刺激に応じて前記可動素子を動かす、ステップとを具えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、前記第１及び第２の電極層の少なくとも一部が湾曲形状を有するように蒸着されていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の方法において、前記第１及び第２の電極層が、各々が複数の異なる電極部分を具えるように配置されており、前記方法が、前記第１の圧電材料層にギャップを形成して、
複数の周辺湾曲ベンダであって、各々が第１の電極層の電極部分と、前記第１の圧電材料層の一部と、前記第２の電極層の電極部分を具える、周辺湾曲ベンダと、
前記第１の圧電材料層の別の部分を具える中央可動素子と、
を規定するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１３ないし１５のいずれか１項に記載の方法が、前記第２の電極層の少なくとも一部の上及び前記犠牲層に配置した前記第１の圧電材料層の少なくとも一部の上に第２の圧電材料層を配置するステップと、
前記第１及び第２の圧電材料層にギャップを形成して；
前記第１の電極層の一部、前記第１の圧電材料層の一部、第２の電極層の一部、及び前記第２の圧電材料層の一部を具える少なくとも一の周辺湾曲ベンダと、
前記第１の圧電材料層の別の部分と、前記第２の圧電材料の別の部分を具える可動素子と、を規定するステップと、
前記第２の圧電材料の上に第３の電極層を配置するステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３ないし１６のいずれか１項に記載の方法において、前記可動素子の直径より小さい直径で前記基板ベースの一部を除去してキャビティを形成するステップと、前記犠牲層の一部を除去して前記可動素子の動きを制限する機械的ストッパを形成するステップと、を具えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１３ないし１７のいずれか１項に記載の方法がさらに、前記基板ベースに対向する前記可動素子の側部に機械的ストッパを配置して、前記可動素子の動きを制限するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１３ないし１８のいずれか１項に記載の方法が、前記基板ベースの上に犠牲層を配置する後であって、前記犠牲層の上に第１の電極層を配置するステップの前に、除去可能なフィンを前記犠牲層の上に配置するステップを具え、当該除去可能なフィンが、後に選択的に除去して前記ギャップを形成する材料を具える、ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１３乃至１９のいずれか１項に記載の方法において、第１の圧電材料層を配置する前記ステップが、
スパッタリング；
ゾルーゲル蒸着；
微細分の圧電材料を圧縮；
結合剤と混合した粉状圧電材料を押圧するステップ；
から選択した方法の一つを具えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１３乃至２０のいずれか１項に記載の方法において、前記第１の圧電材料層を通るギャップを形成するステップが、ドライエッチングプロセス、ウエットエッチングプロセス、化学分解、及びレーザーカッティングからなるリストから選択された方法を具えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１３乃至２１のいずれか１項に記載の方法において、前記第１及び第２の電極層が、各電極層の異なる電極の間の接続、及び、別のＤＳＲスピーカ素子及び／又は外部電源との接続用の導電素子を具えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１３ないし２２のいずれか１項に記載の方法において、前記第１及び第２の電極層が、整列していない導電素子を具えることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１３ないし２３のいずれか１項に記載の方法において、前記湾曲ベンダの厚さと、前記ギャップのうちの少なくとも一のギャップの幅との比が２より大きいことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１３ないし２４のいずれか１項に記載の方法を用いて形成したＤＳＲスピーカ素子アレイ。
【請求項２６】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法において：
基板ベースを提供するステップと；
前記基板ベースの上に犠牲層を配置するステップと；
前記犠牲層の上に第１の電極層を配置するステップと；
前記第１の電極層の少なくとも一部の上に第１の圧電材料層を配置するステップと；
前記第１の圧電材料層の上に第２の電極層を配置するステップであって、前記第１及び第２の電極層の少なくとも一部が整列しているステップと；
圧電材料と異なる材料を具える可動素子層を配置するステップと；
第１の電極層の一部と、前記第１の圧電材料層の一部と、前記第２の電極層の一部を具えるセクションの各側部にギャップを形成して：
前記第１の電極層の前記部分と、前記第１の圧電材料層の前記部分と、前記第２の電極層の前記部分を具える少なくとも一の周辺湾曲ベンダと、
圧電材料と異なる材料を具える中央可動素子とを規定するステップと；を具え、
前記湾曲ベンダが前記可動素子に接続されて前記第１及び第２の電極層に印加された電気的刺激に応じて前記可動素子を動かすことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、前記第１及び第２電極層が、各々が複数の個別電極部分を具えるように配置されており、
前記方法が前記ギャップを形成して：
複数の周辺湾曲ベンダであって、各々が第１の電極層の電極部分と、前記第１の圧電材料層の一部と、前記第２の電極層の電極部分とを具える周辺湾曲ベンダと；
圧電材料と異なる材料を具える中央可動素子と；
を規定するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６または２７に記載の方法が：
前記第２の電極層の少なくとも一部の上、及び、前記犠牲層の上に配置した前記第１の圧電層の少なくとも一部の上に、第２の圧電材料層を配置するステップと；
前記第１の電極層の一部と、前記第１の圧電材料層の一部と、前記第２の電極層の一部と、前記第２の圧電材料層の一部を具えるセクションの各側部にギャップを形成して：
前記第１の電極層の前記部分と、前記第１の圧電材料層の前記部分と、前記第２の電極層の前記部分と、前記第２の圧電材料層の前記部分を具える少なくとも一の周辺湾曲ベンダと；
圧電材料と異なる材料を具える中央可動素子と；
を規定するステップと；
前記第２の圧電材料層の上に第３の電極層を配置するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は、一般的に圧電素子に関するものであり、特に、圧電素子を具え、デジタルサウンドリコンストラクション（ＤＳＲ）スピーカに使用できる音圧発生素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＳＲスピーカは、電磁駆動、静電駆動、あるいは圧電駆動など、様々な形の駆動を使用することができる。
【０００３】
例えば、ＤＳＲスピーカは、同じ出願人の米国特許第８，０８５，９６４号、米国特許第８，７８０，６７３号、米国特許公開第２０１５／００７１４６７号に開示されている。
【０００４】
ＰＩセラミックスＧＭＢＨ、ＰＬ０２２．３０、又はＰＬ１１２−ＰＬ１４０などの圧電アクチュエータも、この分野で知られている。
【０００５】
上述の引用文献とデバイスの認識は、本明細書に開示した主題の特許性に関連性があるということを暗示するものではない。
【０００６】
ＤＳＲスピーカは、一般的に、単一の大きなメンブレンに対向する小さな可動部アレイを使用して可聴音を作り出すスピーカである。これらの小さな可動部は各々が音圧パルス波を作ることができる。クロックごとのパルス数が生成したい音圧波に相関し、パルスクロック周波数が、人間の耳の単一パルスを区別する能力より高い場合は、原音波形はＤＳＲスピーカによって再構築することができる。
【０００７】
新規ＤＳＲスピーカとこのＤＳＲスピーカを製造する新規方法がこの分野で求められている。
【発明の概要】
【０００８】
本明細書に開示した主題の所定の態様によれば、少なくとも一の中央可動部と、複数の周辺湾曲ベンダ部と、少なくとも一の機械的ストッパとを具え、各湾曲ベンダ部が少なくとも一対の電極と、少なくとも一の圧電材料層を具え、湾曲ベンダ部が可動部に接続されているとともに、可動部を電極に印加された電気的刺激に応じて可動部表面に直交する軸にそって移動させて音を生成するように構成されており、機械的ストッパが可動部の動きを制限するように構成されている、ＤＳＲスピーカ素子が提供されている。
【０００９】
いくつかの実施例では、ＤＳＲスピーカ素子は、キャビティを有する基板を具え、この基板が機械的ストッパとしても作用する。いくつかの実施例では、機械的ストッパは、可動素子の一方の側部に配置されており、ＤＳＲスピーカ素子はさらに、可動素子の他方の側部に配置した追加の機械的ストッパを具えている。いくつかの実施例では、各湾曲ベンダ部が第１電極を具える第１電極層と、少なくともこの第１電極層の上に第１圧電材料層と、この第１圧電材料層上の第２電極層を具えており、この第２電極層は、第２電極と、少なくとも第２電極層上に第２圧電材料層を具える。いくつかの実施例によれば、各湾曲ベンダは、第２の圧電材料層の上に第３の電極層を具えており、この第３の電極層は第３の電極を具える。いくつかの実施例によれば、可動素子は圧電材料及び／又はシリコン又はその他の材料を具える。いくつかの実施例によれば、これらのいずれかの電極の少なくとも一部が、少なくとも２つの異なる副電極に分かれている。いくつかの実施例によれば、導電層と絶縁層が犠牲層の上であって、第１電極層の下に配置されている。いくつかの実施例によれば、導電層と絶縁層が電極層の上に配置されている。いくつかの実施例によれば、圧電材料層の少なくとも一部が、この電極対の間に配置されている。いくつかの実施例では、各湾曲ベンダ内の可動素子と圧電材料層が、共通の圧電材料層の蒸着と、次いで行う共通の圧電材料層内のギャップの形成によって作られる。いくつかの実施例では、このギャップは、選択的に除去できる材料でできたフィンを除去することによって、あるいはギャップ内の材料をエッチングすることによって連続的に形成される。いくつかの実施例では、各湾曲ベンダについて、電極対の第１電極が第１導電素子に接続されており、第１電極と第１導電素子が第１電極層に属しており、電極対の第２電極は第２導電素子に接続されて、第２電極と第２導電素子は第２電極層に属しており、第１電極層の第１導電素子は、第２電極層の第２導電素子と整列していない。
【００１０】
本明細書に開示した主題のいくつかの態様によれば、ＤＳＲスピーカ素子アレイを具えるＤＳＲスピーカが提供されている。
【００１１】
本明細書に開示した主題のいくつかの態様によれば、ＤＳＲスピーカ素子の製造方法が提供されており、この方法は、基板ベースを提供するステップと、この基板ベースの少なくとも一部の上に犠牲層を配置するステップと；犠牲層の少なくとも一部の上に第１電極層を配置するステップと；第１の電極層と犠牲層の少なくとも一部の上に第１圧電材料層を蒸着させるステップと、第１圧電材料層の少なくとも一部の上に第２電極層を蒸着させるステップとを具え、第１及び第２電極層の少なくとも一部が整列して、第１圧電材料層中にギャップを形成し、第１電極層の少なくとも一部と、第２電極層の少なくとも一部と、第１圧電材料層の別の部分を具える中央可動素子とを具える、少なくとも一の周辺湾曲ベンダを規定しており、湾曲ベンダが可動素子に接続されて、第１及び第２の電極層に印加された電気的刺激に応じて可動素子を動かす。
【００１２】
いくつかの実施例では、第１及び第２電極層の少なくとも一部が、湾曲形状を有するように蒸着される。いくつかの実施例では、第１及び第２の電極層が、各々が複数の個別電極部分を具えるように配置されており、この方法は第１圧電材料層内にギャップを形成して、各々が第１電極層の電極部分と、第１圧電材料の一部と、第２電極層の電極部分と、を具える複数の周辺湾曲ベンダと、第１圧電材料層の別の部分を具える中心可動素子を規定する。いくつかの実施例では、この方法は、第２圧電材料層を第２電極層の少なくとも一部と、犠牲層に配置した第１圧電層の少なくとも一部の上に配置するステップと、第１及び第２の圧電材料層にギャップを形成して、第１電極層の一部と、第１圧電材料層の一部と、第２電極層の一部と、第２圧電材料層の一部を具える少なくとも一の周辺湾曲ベンダと、第１圧電材料層の別の部分と第２圧電材料層の別の部分を具える可動素子とを規定するステップと、第２圧電材料層の第３電極を配置するステップとを、具えることを特徴とする。いくつかの実施例では、この方法は、可動素子の直径より小さい直径で基板ベースの一部を除去してキャビティを形成するステップと、犠牲層の一部を除去して移動素子の移動を制限する機械的ストッパを形成するステップと、を具える。いくつかの実施例では、この方法は、基板ベースに対向する可動素子の側部に機械的ストッパを配置して、可動素子の動きを制限するステップを具える。いくつかの実施例では、この方法は、犠牲層を基板ベースに配置するステップの後であって、犠牲層の上に第１電極層を配置するステップの前に、犠牲層の上に除去可能なフィンを設けるステップを具え、この除去可能なフィンが、ギャップの形成用の選択的に除去した材料を具える。いくつかの実施例では、第１圧電材料層を配置するステップが、スパッタリング、ゾル−ゲル蒸着、圧電材料微粉のプレス、及びバインダと混合した圧電材料粉体をプレスするステップと具える。いくつかの実施例では、第１圧電材料層を通してギャップを形成するステップが、ドライエッチングプロセス、ウエットエッチングプロセス、化学分解、及びレーザカッティングから選択した方法の一つを具える。いくつかの実施例では、第１及び第２の電極層が、各電極層の異なる電極間の接続、及び別のＤＳＲスピーカ素子及び／又は外付け電源との接続用の、導電素子を具える。いくつかの実施例では、第１及び第２の電極層が、整列していない導電素子を具える。いくつかの実施例では、湾曲ベンダの厚さと、ギャップのうちの少なくとも一つのギャップの幅との比が２より大きい。
【００１３】
本明細書に開示した主題のいくつかの態様によれば、ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法を用いて形成したＤＳＲスピーカ素子アレイが提供されている。
【００１４】
本明細書に開示した主題のいくつかの態様によれば、ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法が提供されており、この方法は、基板ベースを提供するステップと；基板ベースの上に犠牲層を配置するステップと；犠牲層の上に第１電極層を配置するステップと；第１電極層の少なくとも一部の上に第１圧電材料層を配置するステップと；第１圧電材料層の上に第２電極層を配置するステップであって、第１及び第２電極層の少なくとも一部が整列しているステップと；圧電材料と異なる材料を具える可動素子層を配置するステップと；第１電極層の一部を、第１圧電材料層の一部と、第１電極層の一部と、第２電極層の一部と、圧電材料と異なる材料を具える中央可動素子と、を具えるセクションの各側部にギャップを形成して、第１電極層の部分を具える少なくとも一の周辺湾曲ベンダを規定するステップと；を具え、周辺湾曲ベンダが可動素子に接続されて、第１及び第２の電極層に与えられる電気的刺激に応じて移動素子を移動させる。
【００１５】
いくつかの実施例によれば、第１及び第２の電極層は、各々が複数の個別電極部分を具えるように配置されており、この方法は、ギャップを形成して、各々が第１電極層の電極部分と、圧電材料層の一部と、第２電極層の電極部分を具える複数の周辺湾曲ベンダと、圧電材料と異なる材料を具える中央可動素子を規定するステップを具える。
【００１６】
いくつかの実施例によれば、この方法は、第２圧電材料層を第２電極層の少なくとも一部の上及び、犠牲層上に配置した第１圧電層の少なくとも一部の上に配置するステップと、第１電極層の一部と、第１圧電材料層の一部と、第２電極層の一部を、第２圧電材料層の一部を具えるセクションの各側部にギャップを形成して、第１電極層のこの部分と、第２圧電材料層のこの部分と、第２電極層のこの部分と、第２圧電材料層のこの部分と、圧電材料と異なる材料を具える中央可動素子と、を規定するステップと、第２圧電材料層の上に第３電極層を配置するステップと、を具える。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法が提供されている。この方法は、基板ベースと提供するステップと、この基板ベース上に犠牲層を配置するステップと、犠牲層の上に第１電極層を配置するステップと、第１電極層の上に第１圧電材料層を配置するステップからなる手順を具える。第１圧電材料層は、１μｍ乃至２５μｍの範囲の厚さを有する。この方法は、また、第１圧電材料層の上に第２電極層を、第１電極層と整列させて配置する手順を具える。第２電極層は、湾曲ベンダの形状に形成される。この方法は、また第２電極層の上に第２圧電材料層を配置する手順を具える。第２圧電材料層は、１μｍ乃至２５μｍの範囲の厚さを有する。この方法はまた、第２圧電材料層の上に、第１電極層と第２電極層に整列させて第３電極層を配置する手順を具える。第３電極層は、湾曲ベンダの形状に形成される。この方法は、また、第１圧電材料層と第２圧電材料層を通ってギャップを形成し、可動素子に取り付けられ可動素子と可動素子を囲む領域間に位置する少なくとも一の湾曲ベンダを規定する手順を具える。この湾曲ベンダは、第１電極層と、第２電極層と、第３電極層を具える。湾曲ベンダは、また、第１電極層と第２電極層の間に挟まれた第１圧電材料層の一部と、第２電極層と第３電極層の間に挟まれた第２電極層の一部を具え、これによって、湾曲ベンダセクションと可動素子セクションを具えるギャップ付で蒸着した圧電層を形成している。湾曲ベンダセクションは可動素子セクションに接続されており、電極層への電気的刺激に応答して、周辺領域の面に直交する軸に沿って可動素子を湾曲させ動かすように構成されており、可動素子中の圧電材料と、湾曲ベンダ中の圧電材料部分は、圧電材料層の共通の蒸着による所定の圧電材料層からできており、圧電材料層に続いてギャップを形成する。この方法は、また、可動素子の直径より小さい第１の直径で基板ベースの一部を除去し、これによって、部分的に基板ベースを構成し、キャビティと犠牲層素子へのアクセスを形成し、可動素子の動きを制限する機械的ストッパを形成する手順を具える。この方法はまた、第１の直径より大きい第２の直径で犠牲層の一部を除去して、可動素子部分の第１側部と基板ベースとの間にスペースを形成するステップと、第１圧電材料層と第２圧電材料層をアンダーカットするステップと、湾曲ベンダの下の領域を開放して可動素子を自由に移動させるステップとからなる手順を具える。
【００１８】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、第２圧電材料層の上に第３電極層を配置する手順が、第１圧電材料層と第２圧電材料層を通るギャップを形成する手順の後に行われる。
【００１９】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、基板ベースが以下の材料の一つからできている。ガラス及びシリコン。
【００２０】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、犠牲層が、以下の材料の一つからできている。二酸化シリコン及びシリコン。
【００２１】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、圧電層がＰＺＴでできている。ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の別の実施例によれば、圧電材料層がＺｎＯでできている。
【００２２】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、基板ベース上に犠牲層を配置する手順の後で、犠牲層の上に第１電極層を配置する手順の前に、犠牲層の上に選択的に除去できる材料でできた除去可能なフィンを配置する手順がある。これらのフィンは、後に加えられる圧電材料中に、後にできるギャップを規定している。これらのギャップは、その層の残りの部分から切り離すことによって、湾曲ベンダと可動素子を規定する。
【００２３】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、圧電材料層を通るギャップを形成する手順がさらに、フィンを除去する副手順を具える。
【００２４】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、この方法は、可動素子のもう一方の側部にストッパを配置する手順を具えており、湾曲ベンダの稼働時に可動素子の動きを制限する。この稼動は、電極層を介して圧電材料層に電気的刺激を提供することによって行われる。
【００２５】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、第１圧電材料層を配置する手順、及び／又は、第２圧電材料層を配置する手順が、スパッタリング、ゾル−ゲル蒸着、圧電材料の微細粉圧縮、及び結合剤と混合した圧電材料の微細粉圧縮からなるリストから選択された副手順の少なくとも一つを具える。
【００２６】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、圧電材料層を通るギャップを形成する手順、及び／又は、基板ベースの一部／セクションを除去する手順、及び／又は、犠牲層の一部／セクションを除去する手順が、さらに、ドライエッチング手順、ウエットエッチング手順、化学分解、及びレーザカッティングからなるリストから選択された副手順の一つを具える。
【００２７】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、電極層は、一の電極を同じ電極層上で他の電極に接続する導電素子と、スピーカ素子上の電極を別のスピーカ素子上の電極又は電源に接続する導電素子を具える。
【００２８】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、異なる電極層上の導電素子が、その間の最小容量を有するように構成されている。
【００２９】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、この方法を用いて形成したＤＳＲスピーカ素子アレイが提供されている。
【００３０】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、この方法を用いて形成したＤＳＲスピーカ素子アレイを用いて形成したＤＳＲスピーカが提供されている。
【００３１】
ＤＳＲスピーカ素子を形成する方法の所定の実施例によれば、第１圧電材料層を配置する手順の後に、第１圧電材料層を焼成する手順が行われる。
【００３２】
ＤＳＲスピーカ素子アレイを形成する方法の所定の実施例によれば、第２の圧電材料層を配置するステップの後に、第２の圧電材料層を焼成する手順が行われる。
【００３３】
ＤＳＲスピーカ素子アレイを形成する方法の所定の実施例によれば、この方法はフィンを研磨する手順を具える。
【００３４】
ＤＳＲスピーカ素子アレイを形成する方法の所定の実施例によれば、湾曲ベンダの厚さの、その層の残り部分から湾曲ベンダを分離するギャップの幅に対する比が２より大きい。
【００３５】
本発明の一態様によれば、ＤＳＲスピーカ素子が提供されている。このＤＳＲスピーカ素子は、圧電材料でできた可動素子と、一対の電極と圧電材料の一部を具える少なくとも一の湾曲ベンダを具える。湾曲ベンダは、可動素子に接続されており、可動素子表面に対して直交する軸に沿って、電極への電気的刺激に応答して可動素子を動かすように構成されている。可動素子中の圧電材料と、湾曲ベンダ中の圧電材料の部分は、圧電材料層を共通に配置し、続いて圧電材料層にギャップを形成することによって、所定の圧電材料層から作られる。圧電材料層は、可動素子の下にキャビティを有する基板上に支持されている。この基板は、可動素子の動きを制限する機械的ストッパとして作動する。
【００３６】
所定の実施例によれば、ＤＳＲスピーカ素子は、可動素子の他方の側部に配置されたストッパを具える。このストッパは、可動素子の動きを制限するように構成されている。
【００３７】
ＤＳＲスピーカ素子の所定の実施例によれば、湾曲ベンダが、電極対の上に配置した第２圧電材料層と、第２圧電材料層の上に配置した第３の電極を具える。
【００３８】
ＤＳＲスピーカ素子の所定の実施例によれば、ギャップが、後に犠牲層上で選択的に除去することができる材料でできた除去可能なフィンを配置することで形成される。このフィンは、後に加えられる圧電材料中のギャップを規定する。
【００３９】
ＤＳＲスピーカ素子の所定の実施例によれば、圧電材料が除去可能なフィンの上に、あるいは、可動素子の一部を後に形成する圧電材料以外の材料の上に配置されており、配置した圧電材料は、研磨、化学機械研磨、あるいは、この分野で知られている平坦化技術を用いてこの構造から取り除くことができる。
【００４０】
ＤＳＲスピーカ素子の所定の実施例によれば、電極の一つが、電極の別の一つより厚く、レジストは横方向に収縮している。
【００４１】
ＤＳＲスピーカ素子の所定の実施例によれば、ＤＳＲスピーカ素子アレイが提供されている。
【００４２】
ＤＳＲスピーカ素子の所定の実施例によれば、湾曲ベンダの厚さとギャップの幅との比が２より大きい。
【００４３】
本発明の一態様によれば、圧電素子を形成する方法が提供されている。この方法は、基板ベースを準備して、基板ベース上に第１電極層を配置する手順を具える。第１電極層は、基板ベースの表面積より小さく、特定の機能又は目的用のサイズに設計されている。この方法はまた、第１電極層の上に薄い圧電材料層を配置するステップを具える。配置した薄い圧電材料層は、基板の支持なしで自体を維持するあるいは支持することはできない。この方法はまた、圧電材料層の上に第２電極層を配置する手順を具える。第２電極層は、第１の薄い圧電材料層の表面積より小さく、第１電極層より厚いあるいは薄い。この方法はまた、圧電材料層を通るギャップを形成して、電極層と圧電材料の一部を含む第１の機能セクションと、ほぼ圧電材料層だけでできている第２の機能セクションを規定する。
【００４４】
本発明の一態様によれば、圧電素子を形成する方法は、圧電材料層の上に第２電極層を配置する手順の後に、第２電極層の上に第２の薄い圧電材料層を配置する手順がある。
【００４５】
圧電素子を形成する方法の所定の実施例によれば、第２電極層の上に第２の薄い圧電材料層を配置する手順の後に、第２の圧電材料層の上に第３電極層を配置する手順がある。
【００４６】
圧電素子を形成する方法の所定の実施例によれば、基板ベースを準備する手順の後であり、基板ベース上に第１電極を配置する手順の前に、基板ベース上に犠牲層を配置する手順がある。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
本明細書に開示した主題のより良い理解のために、また、この主題をどのように実施するのかを例示するために、非限定的な例のみによって、図面を参照して以下に実施例を説明する。
【図１】図１Ａは、一実施例による圧電駆動ＤＳＲスピーカ素子の上側斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示すＤＳＲスピーカ素子の上側電極層の平面図である。図１Ｃは、図１Ａに示すＤＳＲスピーカ素子の中間電極層の平面図である。図１Ｄは、図１Ａに示すＤＳＲスピーカ素子の下側電極層の平面図である。図１Ｅは、図１Ｂ乃至１Ｄに示す電極層の平面図であり、電極層の少なくとも一部が互いに整列している。図１Ｆは、図１Ａに示す複数の圧電駆動ＤＳＲスピーカ素子を具えるＤＳＲスピーカアレイの一部を示す上側斜視図である。図１Ｇは、図１Ｆに示す複数のＤＳＲスピーカアレイを具える基板の平面図である。
【図２】図２は、電気的接続を伴う圧電湾曲ベンダの側部斜視図である。
【図３】図３は、一実施例による、フィンを含む未完成のＤＳＲスピーカ素子の側部断面図である。図３Ａは、一実施例による、フィンと、非圧電材料でできた可動素子用の層を含む未完成のＤＳＲスピーカ素子の側部断面図である。
【図４】図４は、図３に示す未完成のＤＳＲスピーカ素子の側部断面図であり、電極層と圧電層を具える。図４Ａは、図３Ａに示す未完成のＤＳＲスピーカ素子の側部断面図であり、電極層と、圧電層と、マスク層を具える。
【図５】図５は、図４に示す未完成のＤＳＲスピーカ素子の側部断面図であり、フィンが除去されて、上側電極が加えられている。図５Ａは、図５に示す実施例の変形例であり、異なる電極層が、基板のほとんどの表面上にある。図５Ｂは、図４Ａに示す未完成のＤＳＲスピーカ素子の側部断面図であり、一実施例により、フィンが除去されており、上側電極が加えられている。図５Ｃは、図５Ｂに似ているが、異なる電極層が基板のほとんどの表面上にある。
【図６】図６は、一実施例による、フィンのない未完成のＤＳＲスピーカ素子の側部断面図である。図６Ａは、一実施例による、フィンのない未完成のＤＳＲスピーカ素子の側部断面図であり、圧電材料を具えておらず、中央可動素子の一部となる層を具えている。
【図７】図７は、様々な機能セクションを規定するギャップを形成した後の、図６に示すＤＳＲスピーカ素子の側部断面図である。図７Ａは、様々な機能セクションを規定するギャップを形成した後の、図６Ａに示すＤＳＲスピーカ素子の側部断面図であり、圧電材料でできていない可動素子を伴う。
【図８】図８は、完成したＤＳＲスピーカ素子の実施例を示す断面図である。図８Ａは別の実施例に係る完成したＤＳＲスピーカ素子の側部断面図であり、中央可動素子が圧電材料を具えていない。
【図９】図９は、別の実施例に係る、二つの電極層を有する完成したＤＳＲスピーカ素子の側部断面図である。
【図１０】図１０は、別の実施例に係る非機能性金属部分を具える電極層の平面図である。
【図１１】図１１は、図１０の電極層を使用して作られた未完成のＤＳＲスピーカ素子の側部断面図である。図１１Ａ及び１１Ｂは、ＤＳＲスピーカ用のＤＳＲスピーカ素子を形成し製造する方法の実施例のフローチャートである。
【図１２】図１２は、ＤＳＲスピーカ素子を製造する方法の別の実施例の代替フローチャートである。
【図１３】図１３は、ＤＳＲスピーカ素子の電極層の平面図であり、電極が副電極に分かれており、電源ポイントから離れている副電極が、薄い金属トレースを用いて電力供給されている。図１３Ａは、図１３に示す電極を具える湾曲ベンダの断面図である。
【図１４】図１４は、ＤＳＲスピーカ素子の電極層を示す平面図であり、電極が副電極に分かれており、電源ポイントから離れている副電極が、少なくとも一の追加導電層を用いて電極供給されている。図１４Ａは、図１４に示す電極を具える湾曲ベンダの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
所定の実施例は、圧電構造を具えるＤＳＲスピーカ素子（音圧生成素子あるいは圧電ＤＳＲスピーカ素子ともいう）と、その製造方法に関する。
【００４９】
図１Ａは、ＤＳＲスピーカ素子１の実施例の上側斜視図である。ＤＳＲスピーカは、通常、これらのＤＳＲスピーカ素子１を複数具える。
【００５０】
図１Ａに示すように、ＤＳＲスピーカ素子１は、中央可動素子１０を具える。この中央可動素子１０は、圧電駆動によって動くことができる。
【００５１】
この実施例では、ＤＳＲスピーカ素子１が、中央可動素子１０を具える第１の機能セクション又は部分と、複数の周辺湾曲ベンダ１２を具える第２の個別機能セクション又は部分を具える。３つの周辺湾曲ベンダが図１Ａに示されているが、３つ以上の周辺湾曲ベンダを使うことができる。
【００５２】
図に示すように、ＤＳＲスピーカ素子１は、周辺領域１１を具える。
【００５３】
いくつかの実施例によれば、可動素子１０のサイズは、可動素子１０の動きによって生じる音圧パルスの最短波長より小さい。
【００５４】
いくつかの実施例によれば、可動素子１０は、実用上可能な限り小さく作ることができる。実際、可動素子１０が小さいほど、同じ表面積内により多くの可動素子１０を含めることができ、より解像度の高い同じ音圧レベル（ＳＰＬ）を作ることができる。
【００５５】
所定の実施例では、ＤＳＲスピーカは、５０μｍ乃至１０００μｍ（これらの値は制限的なものではない）のサイズの可動素子１０を具えており、これは、作り出す音圧パルスに含まれる最短波長より小さい。
【００５６】
いくつかの実施例によれば、湾曲ベンダ１２が第１の端部で可動素子１０に接続されており、第２の端部で可動素子１０と湾曲ベンダ１２を囲んでいる領域１１に接続されている。湾曲ベンダ１２は、湾曲ベンダ１２が可動素子１２を表面１１に（ほぼ）直交する（及び可動素子面にもほぼ直交する）軸に沿って移動させるように構成されている。
【００５７】
いくつかの実施例によれば、可動素子１０、湾曲ベンダ１２、及び領域１１は、少なくとも一の共通の圧電材料層由来の圧電材料を具える。
【００５８】
本明細書では、「圧電材料層」との表現は、少なくとも圧電材料を具える、あるいは圧電材料のみを具える層を意味する。
【００５９】
適切な圧電材料の非限定的な一例は、ジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）である。所定の実施例では、圧電材料層全体の厚さが２μｍ乃至１００μｍの範囲にある。
【００６０】
圧電材料層内にあり、湾曲ベンダの各々の側部にあるギャップ１４は、個別の機能セクション１０、１１、１２を規定している。異なる湾曲ベンダ１２間のギャップ１６は、各湾曲ベンダの周辺部分を規定している。
【００６１】
上述したように、湾曲ベンダ１２は、少なくとも一の圧電材料層を具える（図２の符号２１又は２２を参照）。
【００６２】
いくつかの実施例によれば、湾曲ベンダ１２はさらに、圧電材料層の下に配置した第１の電極層１９と、圧電材料層の上に配置した第２の電極層１７を具える。
【００６３】
いくつかの実施例によれば（図８及び９を参照）、湾曲ベンダ１２は、第１圧電材料層２１の下に配置した第１電極層１９と、第１圧電材料層２１の上に配置した第２（中央）電極層１７と、第２電極層１７の上に配置した第２圧電材料層２２と、第２圧電材料層２２の上に配置した第３電極層１５を具える。いくつかの実施例によれば、電極層１９、１７、１５は金属を具えていてもよい。
【００６４】
圧電材料層２１、２２は各々、比較的薄い層であり、例えば、１−２５μｍ又は１．５−１５μｍの範囲にある。これらの値は、非限定的なものである。
【００６５】
二つの圧電層を持つ湾曲ベンダ１２は、単一の圧電層で湾曲ベンダに印加されるのと同じ電圧量でより大きい振幅を持つ湾曲を得ることができる。これによって、湾曲ベンダ１２を比較的低い電圧で作動させることができる。
【００６６】
図１Ｂ乃至１Ｄを参照する。これらの図は、３つの電極層と２つの圧電材料層が使用されている構成を提供しているが、各湾曲ベンダは、２つの電極層と、その間の単一の圧電材料層のみを具えていてもよいし、あるいは２つの電極層の間に第１の圧電材料層を有する２つの電極層と、上側電極層の上の第２の圧電材料層を具えていてもよい。
【００６７】
別の実施例によれば、Ｎ個の電極層（Ｎ＞３）とＮ−１個（又はＮ個）の圧電材料層を使用することができる。この構成では、代替的に電極層と圧電材料層があるものでもよい。
【００６８】
図１Ｂ乃至１Ｄに示すように、各電極層１５、１７及び１９は、湾曲ベンダ形状の電極１５Ｆ、１７Ｆ及び１９Ｆ（この実施例では、各電極層につき湾曲形状を持つ３つの電極が記載されている）と、これらの電極に電位を供給するのに使用される導電素子又はライン１３を具える。
【００６９】
本明細書で後に説明するように（例えば、図１３及び１４を参照）、電極の表示は概略的なものであり、いくつかの実施例によれば、電極の少なくとも一部を、少なくとも２つの異なる副電極に分けることができる。
【００７０】
図１Ｂは、上側電極層１５の平面図である。上側電極層１５は、第１のパターン又はレイアウト内に湾曲ベンダ形状の電極１５Ｆ（この場合、３つの周辺電極）と、導電線１３Ａとを具える。各電極１５Ｆの少なくとも一方の端部が、導電線１３Ａに接続されている。
【００７１】
電極１５Ｆは、図１に関してすでに述べたように、ギャップ１６によって互いから離れている。
【００７２】
図１Ｃは、中央電極層１７の平面図である。中央電極層１７は、湾曲ベンダ形状の電極１７Ｆ（この場合３つの周辺電極）と、導電線１３Ａのパターンと異なる第２パターン又はレイアウトの導電線１３Ｂを具える。
【００７３】
各電極１７Ｆの少なくとも一方の端部は、導電線１３Ｂに接続されている。
【００７４】
電極１７Ｆは、図１を参照してすでに述べたように、ギャップ１６によって互いから分離されている。
【００７５】
図１Ｄは、下部電極層１９の平面図である。下部電極層１９は、機能的電極１９Ｆ（この場合、３つの周辺電極）と、導電線１３Ａ又は１３Ｂのパターンと異なる第３のパターン又はレイアウトの導電線１３Ｃを具える。電極１９Ｆは、湾曲ベンダ形状として記載されているが、その他の形状及び構成としてもよい。このことは、電極層１５及び１７の電極にも適用される。
【００７６】
異なる電極層１５、１７及び１９の導電線１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃは、異なるパターンを有しており、電極層１５、１７及び１９の少なくとも一部がＤＳＲスピーカ素子１に整列しており（この場合、図１Ｅに示すように各電極層の各電極が、二つの他の電極層の対応する電極に整列している）、導電線１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃは整列していない。特に、いくつかの実施例によれば、導電線１３Ａ、１３Ｂ、及び１３Ｃの重なりが低減されるあるいは最小化され、寄生容量を最小にする。
【００７７】
図１Ｅは、図１Ｂ乃至１Ｄの電極層の平面図であり、電極層の少なくとも一部が互いに整列している。図１Ａの圧電材料層は示されていない。電極層１５、１７及び１９の電極１５Ｆ、１７Ｆ及び１９Ｆは、湾曲領域において整列しており、この領域は湾曲ベンダとして設計されているが、導電線１３Ａ、１３Ｂ、及び１３Ｃが最小の重なりを有することによって規制容量を最小にするように構成されている。
【００７８】
図１Ａを参照すると、湾曲ベンダ１２は、電極層１５、１７及び１９に電場が印加されると、湾曲ベンダ１２が湾曲し、可動素子１０を、表面１１に直交する軸に沿って上下に動かすように構成することができる。湾曲ベンダ１２が可動素子１０を動かす方向は、印加した電場の方向による。湾曲ベンダ１２が可動素子１０を動かす振幅は、複数のファクタに依存している。例えば、これらのファクタの一つは、印加した電場の振幅である。
【００７９】
いくつかの実施例によれば、素子の湾曲領域における電極層１５、１７及び１９は、並列に接続されており、湾曲ベンダ１２は、全て同時に作動する。
【００８０】
ＤＳＲスピーカ素子１が、ＤＳＲスピーカを形成している素子アレイの一部である場合、同じ行又は列にあるＤＳＲスピーカ素子１の電極層１５、１７及び１９は、単純マトリックスアドレッシングを使用するのであれば、導電線１３を介して直列に接続することができる。単純マトリックスアドレッシングについては、米国特許公開第２０１５／００７１４６７号に詳細が記載されており、これは引用により完全にここに組み込まれている（例えば、段落００８１及び００９８を参照）。ＤＳＲスピーカ素子１は、また、以下に詳細に説明するキャビティと一またはそれ以上のストッパを有する基板ベースを具える。各素子の一またはそれ以上の層の導電線１３を、電圧源に直接接続することができる。
【００８１】
図１Ｆ及び１Ｇを参照すると、ＤＳＲスピーカはアレイ１３５に配置された可動素子１０を有する複数のＤＳＲスピーカ素子１を具えていてもよい。
【００８２】
図１Ｆは、各々が圧電駆動可動素子を具える複数のＤＳＲスピーカ素子を具えるＤＳＲスピーカアレイ１３５の一部を示す上側斜視図である。
【００８３】
図１Ｆでは、圧電駆動可動素子１０の大多数が、安静位１００に示されており、可動素子１０を囲む領域１１とほぼ同じ面に可動素子１０を有する。一の駆動可動素子１０ＡＣが、作動位１１０に示されており、駆動可動素子１０ＡＣは、表面領域１１から押し離されている（上側方向）。駆動可動素子１０ＡＣは、可動素子１０ＡＣの湾曲ベンダ１２を駆動させることによって、作動位１１０に移動する。図１Ｆでは、作動位１１０が誇張して描かれており、非駆動可動素子１０と駆動可動素子１０ＡＣとの間の差を明確に示してハイライトを当てている。通常、駆動可動素子１０ＡＣの各方向における動きは、圧電材料層と電極層を互いに加えた厚さの和と同じかそれより小さい。これは、非限定的なものである。
【００８４】
図１Ｇは、基板３１上に配置した複数のＤＳＲスピーカアレイ１３５を具えるデバイスの平面図である。所定の実施例では、基板３１は、丸いシリコン又はガラスウエハ状であるか、あるいはシリコン又はガラスシートのように見える。製造後に、ＤＳＲスピーカアレイを切り分けることができる。
【００８５】
図２は、湾曲ベンダ１２の側部斜視図である。明確化のために、矩形ユニットとして示されている。湾曲ベンダ１２は、２つの圧電材料素子２１及び２２と、３つの電極層１５、１７，１９でできた３つの電極を具える。上述した通り、異なる数の電極層及び圧電材料層を使用することができる。
【００８６】
いくつかの実施例によれば、湾曲ベンダ１２は、少なくとも一の絶縁層と、少なくとも一の追加導電層（例えば、電極が副電極に分かれている場合）、及び／又は追加層を具えていてもよい。
【００８７】
圧電材料層２１、２２は、電極層１５、１７、１９の電極間に挟まれている。電極層１９に形成した電極は、圧電材料層２１の下に配置されており、電極層１５に形成した電極は、圧電材料層２２の上に配置されており、電極層１７に形成した電極は、圧電材料層２１と２２の間に配置されている。
【００８８】
図２は、いくつかの実施例によれば、各層が下に配置した層を全面的に覆っている構造を示しているが、これらの層の少なくとも一部は、下に配置した層の一部のみを覆っている。
【００８９】
電極層１５、１７及び１９に電位が印加されると、一の圧電層２１が収縮する一方で、その他の圧電層２２は拡張し、湾曲ベンダ１２の側部を第１の静止位２３で下側に、第２の下側位置２５に向けて移動させる。反対の電位が印加されると、一の圧電層２１が拡張する一方で、その他の圧電層２２が収縮し、湾曲ベンダ１２の側部を第１の静止位２３から上側へ、第３の上側位置２４に向けて移動させる。湾曲ベンダ１２の側部２３の移動角度は、圧電層２１、２２に使用した圧電材料、圧電層２１，２２の層厚、印加した電圧、副電極の数、形状、及び刺激スキーム、及び湾曲ベンダ１２の長さなど（限定するものではないが）の複数のファクタによる。
【００９０】
湾曲ベンダ１２が所定の電場に対してより長い場合湾曲ベンダ１２からの移動がより大きくなるため、可動素子１０を動かす一方で可動素子１０をほぼフラットで可動素子１０の周りの領域１１に平行に保持したいＤＳＲスピーカのアプリケーションでは、いくつかの実施例によれば、湾曲ベンダ１２を可能な限り長く設計して、作動電圧を低減させることができる。しかしながら、これは限定的なものではない。
【００９１】
所定の実施例では、比較的長い湾曲ベンダ１２が、可動素子１０の周辺に沿って配置されている。機械的理由により、いくつかの実施例では、各湾曲ベンダ１２は、可動素子１０の外周の３分の１より長くならないように設計されており（したがって、３つの湾曲ベンダ１２が図１Ａ及び１Ｂに示されている）、可動素子１０を押し上げたり押し下げたりするのではなく、中央で湾曲ベンダ１２が曲がらないようにしている。湾曲ベンダ１２が曲がると、これによって可動素子１０を押して、可動素子１０は実質的に曲がったり傾いたりすることなく、ほぼ平坦面として動く（可動素子１０は、表面領域１１にほぼ平行を維持する）。
【００９２】
図２を参照すると、電気的接続２６、２７及び２８（図１Ｂ−１Ｄに示す各電極の各端部から延在する導電線の一部に対応する）は、電極層１５、１７及び１９の電極を、電圧源（図示せず）などの外部電子部品に接続する。電気的接続２８は、電極層１５に接続されており、電気的接続２７は電極層１７に接続されており、電気的接続２６は、電極層１９に接続されている。
【００９３】
湾曲ベンダ１２がＤＳＲスピーカのベンダアクチュエータとして使用されている場合、電気的接続２６と２８は、電極層１５及び１９の電極を、電圧源ターミナルの一つ、例えば、負ターミナルに接続することができる。電気的接続２７は、中央の電極１７の電極を電圧源の他方のターミナル、例えば正ターミナルに接続することができる。電圧源からの電圧は、湾曲ベンダ１２を曲げる。
【００９４】
湾曲ベンダ１２を、マイクロホンのアプリケーションでベンダセンサとして使用する場合、電気的接続２６及び２８は、増幅器の一のターミナルに電極層１５と１９の電極を接続して、電気的接続２７は、増幅器の他方のターミナルに中央電極層１７の電極を接続することができる。湾曲ベンダ１２が例えば、音圧波からの圧力に応じて、いずれかの方向に曲がると、小さな電圧が電極層１５、１７および１９の間で発達して、増幅器によって増幅される。
【００９５】
図３乃至７は、所定の実施例による、上述したＤＳＲスピーカ素子１など、圧電素子の製造プロセス中の様々なステージにおける、未完成の圧電素子（以下、「未完成音圧生成素子」、あるいは「未完成素子」という）を示す図である。縦方向の寸法は、誇張されており、図の一部において所定の素子にハイライトを当てている。所定の実施例では、基板が厚さ約５００μｍ、又は製造と音響の問題によってきまるその他の厚さであり、上側層は、トータルの厚さが３．５μｍに近くなる。これらの値は、非限定的なものである。「配置した」、「蒸着した」、「配置」及び「蒸着」の用語は、中間層を持たない直接的な配置、又は中間層を持つか、あるいは中間層又は複数の中間層を具える間接的配置を意味する。
【００９６】
図３は、フィン３３を具える未完成ＤＳＲスピーカ素子３４の側部断面図である。未完成素子３４は、犠牲層３２を加えた基板３１を具える。
【００９７】
所定の実施例では、基板３１は、直径１００ｍｍ乃至４５０ｍｍのシリコン又はガラスウエハ、又は側部が４５０ｍｍより大きいシリコン又はガラスシートであってもよい。しかしながら、これらの値は、非限定的なものである。
【００９８】
犠牲層３２は、後に加える可動素子１０が自由に基板３１から離れる（又は基板に向けて）ことができるスペースを作るプロセスにおいて、後のステージで部分的に除去することができる。犠牲層３２を配置するプロセスは、犠牲材料層を基板３１の両サイドに配置するステップを具える。犠牲層３２は、二酸化シリコン材料などの適切な材料で作り、基板３１に加えるあるいはこの上で成長させることができる。その他の材料を使用することもできる。
【００９９】
未完成素子３４は、犠牲層３２の上又は基板３１の上に配置した、一時的なフィン３３を具えている。
【０１００】
フィン３３は、例えば化学分解するなどにより後に除去できる材料（あるいは複数の材料）から作ることができる。フィン３３は、圧電材料層２１、２２、電極層１５、１７および１９、あるいは犠牲層３２などのその他の層にダメージを与えることなく後に選択的に除去できる材料で作ることができる。いくつかの実施例によれば、フィン３３に使用する材料は、圧電材料を焼成するあるいは結晶化するプロセスに適した比較的高温に耐えうる。一例としては、フィン３３は、犠牲層３２の上に蒸着し、後にリソグラフィプロセスによって規定したポリシリコン層で構成して、所望の形状のフィンにポリシリコン層を制限することができる。
【０１０１】
フィン３３は、フィン３３が、ギャップ１４を作るプロセスにおける後のステージで除去できる態様で構築される。いくつかの実施例によれば、ギャップ１４は、圧電層２１、２２につくられ、湾曲ベンダ１２の機能セクションを規定する。したがって、フィン３３は、例えば図１に示すように形成された所望のギャップ１４と同じ形状を有する。
【０１０２】
図３Ａは、未完成ＤＳＲスピーカ素子３６の更なる実施例を示す図であり、この素子は、フィン３３と犠牲層３２を具える。
【０１０３】
この実施例では、可動素子部分の構築に使用される層３５が、圧電材料を具えていない。いくつかの実施例によれば、可動素子３５を構築するのに使用する層３５は、フィン３３と同じ材料でできている。
【０１０４】
このことによって、高密度であり、高周波数で稼働するのが困難である圧電素子からできたものより小さい質量の可動素子となる。
【０１０５】
図４は、図３に示す、電極層１７、１９及び基板３１の上に蒸着させた圧電層２１、２２を具える未完成素子３４の側部断面図である。
【０１０６】
基板３１と犠牲層３２（薄い圧電材料層２１、２２を指示し保持する）、圧電材料層２１、２２は、犠牲層３２の中央部分にも存在する。
【０１０７】
第１電極層１９は、基板３１の表面積より小さく、湾曲領域３７の犠牲層３２の上にパターン形成されており、この領域は湾曲ベンダ１２用に設計されている。
【０１０８】
電極層１９は、導電線１３Ｃを具えており、同じ層の異なる電極１９Ｆを互いに、及び／又は、隣り合う素子に、及び／又は、電圧源ポイントに接続して、湾曲ベンダ１２の同時稼働を可能にする。
【０１０９】
電極層１９の形成は、電極層１９の材料（金属など）を蒸着させるステップと、次いで、金属にギャップをエッチングして電極層１９の所望の形状（すなわち、様々な電極、導電線、及び電極層内のその他の構造）を得るステップを具える。所定の実施例では、電極層１９は、金属内のギャップを形成すべき部分にフォトレジスト材料を蒸着させ、次いで、金属を蒸着させて形成し、所望の形状を得て、次いでフォトレジスト材料を除去する（リフトオフ）。
【０１１０】
第１の圧電材料層２１は、電極層１９の上に配置できる。第２の湾曲ベンダ形状の電極層１７は、基板３１の表面積より小さく、湾曲領域３７の第１の圧電層２１の上にパターン形成できる。この領域は、湾曲ベンダ１２として設計されており、第２の電極層１７の少なくとも一部が第１の電極層１９と整列している。
【０１１１】
電極層１７は、導電線１３Ｂを具えており、同じ層の様々な電極１７Ｆを互いに接続し、また、隣の素子及び／又は同じ素子の上の電圧源ポイントに接続することができる。
【０１１２】
電極層１７は、電極層１９について述べた技術と同じ技術を用いて形成することができる。
【０１１３】
導電線１３Ｂと１３Ｃは、図１Ｅを参照してすでに説明したように、オーバーラップを最小にすることによって寄生容量を最小限にするように構成できる。
【０１１４】
第２の圧電材料層２２は、第２の電極層１７の上に配置することができる。第２の圧電材料層２２は、薄い層であってもよい。いくつかの実施例によれば、第２の圧電材料層２２は配置せず、単一の圧電材料層のみが第１電極層１９と第２電極層１７の間にあってもよい。
【０１１５】
実際のＤＳＲスピーカアレイ１３５の構造は、厚さが１−２５μｍ又は１．５−１５μｍの圧電層のスタックを用いる必要がある。
【０１１６】
このような厚さ範囲の圧電材料でできた薄膜のハンドリングと移送は、この薄い圧電層が非常に壊れやすく、高さと長さのサイズによっては自重を保持又は支持することができないことがあるため、困難である。
【０１１７】
このような厚さの範囲の薄い圧電シートを最初に基板３１からつくって、これを移送し、圧電シートを基板３１に接着することは、非常に困難である。したがって、圧電材料を最初に基板３１に配置して、基板３１に支持された薄い圧電層と犠牲層３２を形成し、次いで、湾曲ベンダ１２を規定することができる。
【０１１８】
基板３１は、比較的安定した材料で作ることができ、例えば、シリコン、ガラス、あるいは湾曲ベンダと可動素子を規定するギャップ１４を形成するまで、圧電材料層を支持するキャリア材料として使用するその他の適切な材料を具えている。
【０１１９】
ギャップ１４を形成した後に、基板３１の一部を除去して、キャビティ８００を作る（例えば、図８）。これは、犠牲層３２のエッチング及び／又はＤＳＲスピーカの音響パフォーマンスに必要である。
【０１２０】
基板３１の上のフィン３３を使用する際、また、圧電層が圧縮技術を用いて構成されている場合、下側圧電層２１を圧縮する時にバッファ材料を用いて、圧縮動作の間にフィン３３を傷つけないようにすることができる。このバッファ材料は液状であってもよい。
【０１２１】
圧電材料層２１、２２の蒸着又は形成は、スパッタリング、ゾルーゲル蒸着、及び、そのまま又はバインダと混合した未焼成圧電材料の微細粉圧縮（粒子サイズ２μｍ以下）など、この分野で知られている様々な方法を用いて行うことができる。いくつかの場合、これらのステップの後に、熱処理によって、圧電材料の焼成又は再結晶化を行う。圧電材料層２１、２２は、デバイスの製造が完了したのち、電極１５、１７、１９の間に電位を与えることで接触電極１５，１７、１９の間を偏向するようにしてもよい。
【０１２２】
下側圧電層２１は、薄い導電電極層１９を追加する前に熱処理を行ってもよい。代替的に、下側圧電材料層２１は、電極層１９を加えた後に、薄い導電電極層１９と共に熱処理を行うようにしてもよい。さらに代替的に、下側圧電材料層２１は、薄い導電電極層１９と上側圧電材料層２２と共に熱処理を行ってもよい。導電電極層１７、１９及び圧電材料層２１、２２を蒸着したのち、熱処理の前又は後に、フィン３３の上側表面を研磨してもよい。研磨を行って、その他の材料をフィン３３の上に蒸着させたのちに、フィン３３の材料へのアクセスを上げることができる。研磨につづいて、フィン３３を除去する（例えば、フィン３３の材料を分解することによって）ことによって、湾曲ベンダ１２を規定するギャップ１４のある圧電材料表面を残す。フィン３３は、ドライエッチング、ウエットエッチング、化学分解、あるいはその他の適切なプロセスといった除去プロセスを用いて除去できる。
【０１２３】
図４Ａは、図４Ｂと同様であるが、図３Ａの未完成素子３６を示している。図４に関して述べたものと同様に、第１電極層４１（電極層１９と同様）が蒸着されている。この場合、第１電極層４１は、上述したように蒸着されパターン形成される。第１圧電材料層４３は、第１電極層４１の上に蒸着することができ、第２電極層４２は、第１圧電材料層４３の上に蒸着してパターン形成することができ、第２圧電材料層４４は第２電極層４２の上に蒸着することができる。
【０１２４】
図４Ａについてすでに述べたとおり、可動素子を規定している層３５は、圧電材料を具えておらず、フィン３３と同じ材料で作ることができる。
【０１２５】
図４Ａの実施例では、追加のマスク４７を層３５の上に配置して、フィン３３をエッチングしてギャップ１４を作る際にこの層３５を保護している。マスク４７はフォトリソグラフィに好適に使用される材料で作ることができる。二酸化シリコン、酸化アルミニウム、あるいはフィン３３のエッチングプロセスをレジストできるその他の材料である。
【０１２６】
図５は、フィン３３を除去した図４に示す未完成素子３４の側部断面図である。
【０１２７】
フィン３３の除去は、湾曲ベンダ１２と、可動素子１０と、周辺の圧電材料１１の間にギャップ１４を形成することによって湾曲ベンダ１２と可動素子１０を規定するために行う。図５に示す未完成素子３４は、第３の湾曲ベンダ形状の電極層１５を具えており、これは、基板ベース３１の面積より小さく、湾曲ベンダ領域３７の圧電層２２の上に配置されており、第３の電極層１５の少なくとも一部が、第１の電極層１９と第２の電極層１７の少なくとも一部に整列している。電極層１５は、同じ層の異なる電極１５Ｆを互いに接続し、隣の素子及び／又は同じ素子上の電圧源ポイントに接続する導電線１３Ａを具える。電極層１５は、ギャップ１４（例えば、負の形状のギャップ１４であるフィン３３の除去によって形成されているギャップ１４）を形成する前又は後に圧電層２２の上に配置される。電極層１５のパターニングは、電極層１７と１９の形状を作るのに用いた方法と同じ方法で行うことができる。
【０１２８】
図５Ａは、図５と同様であるが、この場合、異なる電極層がほとんどの表面に存在する。
【０１２９】
第１、第２及び第３電極層の部分４１、４２及び４６は、湾曲ベンダにある。
【０１３０】
第１、第２及び第３電極層の部分４１１、４１２、及び５２１は、周辺領域１１にあり、第１、第２及び第３電極層の部分５００、５０１及び５０２は、中央可動部１０の一部になる層の中にある。
【０１３１】
上述した通り、部分４１、４２及び４６は、電位に接続されている。この実施例では、その他の部分４１１、４２１、５２１及び５００、５０１、５０２は電位に接続されていない。これらのその他の部分は、手順をより容易に実行させることができる。
【０１３２】
図５Ｂは図５と同様であるが、この実施例では可動素子が圧電材料でできていない。
【０１３３】
図５Ｃは、図５Ｂと同様であるが、この場合、様々な電極層部分が、素子のほとんどの表面の上にある。
【０１３４】
第１、第２及び第３電極層の部分４１、４２及び４６は、湾曲ベンダにある。
【０１３５】
第１、第２及び第３の電極層の部分４１１、４１２及び５２１は、周辺領域１１にあり、第３電極層の部分５９は、中央可動部分１０の一部になる層３５の上にある。
【０１３６】
上述した通り、部分４１、４２、及び４６は、電位に接続されている。この実施例では、その他の部分４１１、４２１、５２１及び５９は電位に接続されておらず、電気的にフロートしたままである。これらのその他の部分は、図５Ｃに示す未完成素子の処理を容易にするために使用することができる。
【０１３７】
図６は、フィンのない未完成素子の側部断面図であり、図７は、代替の実施例による、ギャップ１４を有する図６の未完成スピーカ素子の側部断面図である。図６及び図７の実施例では、湾曲ベンダ１２を規定しているギャップ１４が、例えば、レーザカッティング、リソグラフィ、ドライエッチングプロセス、ウエットエッチングプロセス、あるいはその他の適切なプロセスを用いてフィンなしで作られている。ギャップ１４の形成は、圧電材料の焼成前あるいは焼成後に、上述の技術によって行うことができる。ギャップ１４は、圧電材料層（この場合層２１及び２２）中の材料を除去することによって、第１導電層の一部、第１圧電材料層の一部、第２電極層の一部、及び第２圧電材料層の一部、（もしあるならば、第３電極層の一部）を具えるセクションの各側部の上に形成することができる。
【０１３８】
図７に示す未完成素子は、図５の未完成素子とほぼ同じである。ギャップ１４の形成（湾曲ベンダ１２を規定することができる）は、例えば、圧電材料の焼成前又は後に上述の技術によって行うことができる。
【０１３９】
図６Ａは、図６と同様であるが、この実施例では、中央可動素子１０を構成することになる層６９が、圧電材料を具えていない。
【０１４０】
図７Ａは、第１電極層６１、第１圧電材料層６３の一部、第２電極層６２、第２圧電材料層の一部、及び第３電極層６５を具えるセクションの各側部上に、ギャップ７０を形成した後の、図６Ａの未完成素子６０を表している。ギャップ７０は、図７について述べた技術の少なくとも一つを用いて形成することができる。
【０１４１】
図８は、ＤＳＲスピーカ素子１の一実施例の側部断面図である。
【０１４２】
ＤＳＲスピーカ素子１は、可動素子１０と、この可動素子１０に接続された湾曲ベンダ１２と、周辺の圧電材料層１１を具える。ギャップ１４は、湾曲ベンダ１２と可動素子１０との間、及び湾曲ベンダ１２と周辺圧電材料層１１との間にある。
【０１４３】
図８に示すように、ＤＳＲスピーカ素子１の音響パフォーマンス用にキャビティ８００を形成することができる。
【０１４４】
キャビティ８００は、基板ベース３１内に、可動素子１０と湾曲ベンダ１２を具える部分の直径より小さい第１の直径８０で形成されている。キャビティ８００は、また、直径８０より大きい第２の直径で、犠牲層３２の一部をエッチングするアクセス開口として使用することもできる。
【０１４５】
犠牲層３２のエッチングは、可動素子１０と、基板ベース３１との間に第１のギャップ又はスペース８１を形成するように作用し、この中で可動素子１０が動くことができる。図８に示すように、犠牲層３２がエッチングされると、湾曲ベンダ１２が、第１のキャビティ８００の直径８０より大きな直径を持ち、基板３１と湾曲ベンダ１２との間で開口している第１のギャップ又はスペース８１を残してアンダーカットされる。スペース８１は、可動素子１０と湾曲ベンダ１２の直径より大きな直径を有する。
【０１４６】
可動素子１０の一方の側部では、可動素子１０と基板３１の間で、可動素子１０は、湾曲ベンダ１２を基板に３１に向けて第１方向に可動素子１０が基板材料３１の表面８１１に届くまで曲げることによって、スペース８１内を動くことができる。
【０１４７】
可動素子１０の動きの範囲は、表面８１１による第１の方向において制限される。表面８１１は、可動素子１０の動きの第１ストップ８１１として作用する。可動素子１０の他方の側部では、可動素子１０は自由に動く。第２のストッパ８２は、可動素子１０と湾曲ベンダ１２を具える部分の直径より大きい直径を有する第２のスペース８６内で、可動素子１０の動きを制限するように形成される。
【０１４８】
いくつかの実施例によれば、第２ストッパ８２は可動素子１０の動きを止める動径部分８２１と、第２ストッパ８２を周辺圧電材料層スタック１１にアンカリングするアンカー部分８２２を有している。
【０１４９】
可動素子１０は、湾曲ベンダ１２を曲げることによって、基板３１から離れる第２の方向において、可動素子１０が第２ストッパ８２に達するまでスペース８６内で動くことができる。したがって、可動素子１０の動きの範囲は、第２ストップ８２によって第２の方向において制限される。
【０１５０】
可動素子１０の動きの範囲は、したがって、可動素子１０の両側部においてストッパ８２、８１１によって制限される。
【０１５１】
いくつかの実施例によれば、下側ストッパ８１１及び／又は上側ストッパ８２は硬質である。いくつかの実施例によれば、下側ストッパ８１１及び／又は上側ストッパ８２は、音響パフォーマンスを容易にし、受動マトリックスアドレッシングを可能にする。
【０１５２】
いくつかの実施例によれば、上側ストッパ８２は、ＤＳＲスピーカ素子１の上で電鋳法を用いて作ることができる。
【０１５３】
いくつかの実施例によれば、上側ストッパ８２は、あらかじめ作成したアンカー部分８２２を伴うストッパ８２をＤＳＲスピーカ素子１に接合することによって作ることができる。
【０１５４】
可動素子１０をアレイ１３５用に設計してＤＳＲスピーカを作る場合、他の事項も考慮することができる。いくつかの実施例によれば、可動素子１０と湾曲ベンダ１２の自然共鳴周波数は、駆動クロックに対応している。さらに、圧電湾曲ベンダ１２を層スタック領域１１の残り部分から規定している圧電材料層中のギャップ１４は、可動素子１０の二つの側部間の音響短絡を最小にするのに十分に小さくともよい。いくつかの実施例によれば、可動素子の総移動は、湾曲ベンダ１２の一部である層の総厚さより小さいか、あるいはこれに等しい。
【０１５５】
いくつかの実施例によれば、湾曲ベンダ１２の厚さのギャップ１４の幅に対する比は２より大きい。しかしながら、この値は、限定的なものではない。
【０１５６】
いくつかの実施例によれば、一またはそれ以上の電極層１５、１７及び１９の形状は、圧電層２１、２２の直下又は直上の領域に制限されて、駆動用湾曲ベンダ１２と、狭い導電線１３を、ＤＳＲスピーカを構成するのに必要なスピーカ素子アレイ１３５の一部としてのスピーカ素子１に接続している。
【０１５７】
必要な形状の電極１５Ｆ、１７Ｆ及び１９Ｆによって、可動素子１０ではなく、湾曲ベンダ１２のみの曲がりが確実になる。導電線１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃのオーバーラップが最小限になり、寄生容量を低減することができる。このため、各層１５、１７及び１９の電極１５Ｆ、１７Ｆ、１９Ｆを接続している導電線１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃは、オーバーラップが最小限である。また、この導電線のレイアウトによって、圧電材料偏向が、これらの導電線１３に電圧を印加した際に偏向電位が作られる湾曲ベンダ１２の領域内でのみ作られることが、確かとなる。
【０１５８】
整列構造（図示せず）を用いて、その他の層によって埋められているあらかじめ蒸着した素子を用いて蒸着されている素子の整列が可能となる。
【０１５９】
例えば、整列構造を用いて、電極層１７を、圧電材料層２１の下に埋められている電極層１９と整列させることができる。整列構造を露出させて、正確な整列を行うために、埋め込んだ素子を配置して整列プロセスのために整列構造を露出させた一般領域において、整列構造の上の層に窓を開けることができる（上側層の一部を除去することを意味する）。この整列マークは、素子領域又はＤＳＲアレイに配置する必要はないが、後に最終製品を単一ＤＳＲスピーカアレイにカットするのに使用するアレイ間の開領域に位置する。
【０１６０】
図８Ａは、図８と同様であるが、この実施例では、可動素子１０が圧電材料を具えていない。
【０１６１】
図９は、別の実施例による、二つの電極層を有するＤＳＲスピーカ素子２の側部断面図である。ＤＳＲスピーカ素子２は、湾曲ベンダ９０を具え、これは、第１下側電極層９１と第２上側電極層９４との間に挟まれた単一圧電材料層９２を具える。所定の実施例では、電極層９１又は９４の一つが、その他の電極層より薄い、又は厚く、横方向の収縮に耐えるのに十分に厚い（すなわち、湾曲ベンダ９０を曲げることができる収縮及び膨張に十分に耐えるほど厚い）。
【０１６２】
所定の実施例では、二つの圧電層、すなわち収縮する別の圧電層の上の一の膨張圧電層を具える湾曲ベンダは、別の補助材料の上にある単一の圧電層９２、又は単一の圧電層９２自体を具える湾曲ベンダ９０より、印加した電場についてより大きな動きを有する。
【０１６３】
所定の実施例では、導電線１３または湾曲ベンダ形状の電極が、連続する電極層中にギャップを作ることで規定できる。
【０１６４】
図１０は、別の実施例による、非機能性金属部分５００を具える電極層の平面図である。
【０１６５】
図１０の電極層は、図１Ｂ乃至１Ｄの電極層と同様であるが、この実施例では、図１１の電極層が非機能性金属部分５００を具えている。
【０１６６】
非機能性金属部分５００は、電極層を作成するのに使用した製造プロセスの結果である。例えば、金属層は、基板の上に配置され、したがって、電極と導電線１３は、金属シートにギャップ４１をエッチングすることによって作成される、あるいは金属シートから切り出すことができる。電極と導電線の切り出しによって、非機能性金属部分５００が、可動素子１０の領域と湾曲ベンダ１２を囲む領域１１の上に配置される。
【０１６７】
図１１は、図１０の電極層を用いて作った未完成ＤＳＲスピーカ素子の側部断面図である。図１１の構造は、図１１の構造が非機能性金属部分５００を具えていること以外、図５及び７の構造とほぼ同じである。この非機能性金属部分５００は、中央可動素子と周辺領域内に存在する。
【０１６８】
非機能性金属部分５００は、電位には接続されておらず、したがって圧電材料内でフロートしている。
【０１６９】
図１１Ａ及び１１Ｂを参照すると、ＤＳＲスピーカ用のＤＳＲスピーカ素子１を形成及び製造する方法の実施例にフローチャートが記載されている。本明細書に開示した主題の実施例では、多かれ少なかれ、図１１Ａ及び１１Ｂに示すステップと異なるステップを実行することができる。
【０１７０】
本明細書に開示した主題の実施例では、図１１Ａ及び１１Ｂに示す一またはそれ以上のステップが、異なる順番で実行されてもよく、及び／又は、一またはそれ以上のステップ群を同時に実行するようにしてもよい。この方法は、いくつかの実施例によれば、共通の圧電材料層から初期に形成された複数の個別機能性セクションを有する圧電素子を形成するのに適しており、これらの機能性セクション又は部分は、共通の圧電材料層にギャップを形成することによって、互いに区別してつくることができる。しかしながら、この方法については、上述したＤＳＲスピーカ素子１などのＤＳＲスピーカ素子を形成するコンテキストにおいて述べる。
【０１７１】
さらに、図１１Ａに記載の方法では、３つの電極層と２つの圧電層が形成されている。しかしながら、これは限定的なものではなく、様々な実施例についてすでに述べたとおり、異なる数の電極と圧電層を形成することができる。
【０１７２】
ステップ２０２において、基板ベースが提供されている。図３を参照すると、基板ベース３１は、シリコン又はガラス材料などの適切な材料から提供されている。
【０１７３】
ステップ２０４では、犠牲層が基板ベースの上に配置されている。図３を参照すると、二酸化シリコン材料など（限定するものではない）の適切な材料から作成した犠牲層３２を、基板ベース３１の上に配置することができる。
【０１７４】
ステップ２０６では、除去可能であり廃棄可能なフィンが、犠牲層の上に配置されている。これらのフィンは、後に加えられる圧電材料中にできるギャップを規定する。
【０１７５】
いくつかの実施例によれば、フィンは配置されておらず、ギャップは除去技術を用いて後に作ることができる。
【０１７６】
図３を参照すると、フィン３３は、ポリシリコン材料など（限定するものではない）の適切な材料を用いて形成することができ、ギャップ１４を規定するパターンで犠牲層３２上に配置することができる。いくつかの実施例によれば、フィン３３は、適切な材料の層を配置して、リソグラフィとエッチングプロセスを用いてこの層からフィン３３を規定することによって、つくることができる。
【０１７７】
ステップ２０８では、基板ベースの表面積より小さい第１の電極層が、犠牲層の上に配置されている。図４を参照すると、電極層１９は、湾曲ベンダ１２内で作動する設計上の目的で形成されており、犠牲層３２の上に配置されている。所定の実施例では、電極層１９は、光レジスト材料を犠牲層３２の部分上に蒸着することによって形成でき、金属中にギャップを形成して、次いで金属を犠牲層３２の上に蒸着させる。別の実施例では、電極層１９は、犠牲層３２の上に金属を蒸着させて形成し、次いでその金属にギャップをエッチングすることができる。
【０１７８】
ステップ２１０では、第１の圧電材料層を第１電極層の上に配置し、基板ベースで支持及び保持することができる。
【０１７９】
図４を参照すると、厚さが１−２５μｍ又は１．５乃至１５μｍで、ＰＺＴなどの適切な比較的薄い圧電層２１（これらの値は限定的なものではない）が、電極層１９の上に配置されている。
【０１８０】
ステップ２１２では、第１圧電材料層のうちに、第２の中央電極層（基板ベースの表面積より小さい）が配置されている。図４を参照すると、電極層１７は圧電材料層２１上に配置されている。いくつかの実施例によれば、ギャップ１４と１６が形成され、電極１７Ｆを規定している。少なくともギャップ１６は、「エッチング」又は「リフトオフ」によって形成することができる。
【０１８１】
ステップ２１４では、第２の圧電材料層が、中央電極層の上に配置されている。
【０１８２】
いくつかの実施例によれば、基板または犠牲層の中央部分の上に配置された第１及び第２の圧電材料層の一部が、可動素子を構成する。
【０１８３】
いくつかの実施例によれば、図４に示すように、厚さが１−２５μｍ又は１．５乃至１５μｍで、ＰＺＴなどの適切な比較的薄い圧電層２２が、電極層１７の上に配置されている。
【０１８４】
ステップ２１６では、基板ベースの表面積より小さい第３の電極層１９が、第２の圧電材料層の上に配置されている。
【０１８５】
図５（及び図６）を参照すると、湾曲ベンダ形状の電極を具える電極層１５が、湾曲ベンダ１２を駆動するように指定された目的で形成されているため、圧電材料層２２の上に配置されている。
【０１８６】
いくつかの実施例によれば、ギャップ１４及び１６は、電極１５Ｆを規定するように形成されている。少なくともギャップ１６は、「エッチング」又は「リフトオフ」によって形成することができる。
【０１８７】
いくつかの実施例によれば、第１、第２、及び第３の電極層の少なくとも一部が整列して形成されている。特に、異なる電極層の電極は図１Ｅに示すように整列させることができる。
【０１８８】
ステップ２１８では、圧電材料層でできた共通の層又は複数の層に複数の個別機能セクション又は部分を規定するように、ギャップを形成することができる。
【０１８９】
図１Ａ及び図５（及び図７）を参照すると、ギャップ１４は、フィン３３を除去することで形成してもよく、又は、第１、第２及び第３の電極層を具えるセクションの各側部及び二つの圧電材料層の一部をエッチングして湾曲ベンダ１２を規定することによって、形成してもよい。
【０１９０】
ギャップ１４は、湾曲ベンダ１２の第１側部と、可動素子１０を形成している中央層との間に形成することができ、ギャップ１４は、湾曲ベンダ１２の別の側部と周辺領域１１との間に形成してもよい。
【０１９１】
いくつかの実施例によれば、ギャップ１４の形成は、少なくとも２つの電極層１５、１９の間に挟まれている少なくとも一の圧電材料層２１又は２２を有する湾曲ベンダ１２を規定し、圧電材料層２１又は２２の一部を具える湾曲ベンダ１２セクションと可動素子１０セクションを規定する。
【０１９２】
ステップ２２０では、基板ベースの一部又はセクションを除去して、犠牲層へのアクセスを増やす。基板ベースは、圧電層の一部を前に支持していた。図８を参照すると、基板ベース３１の一部又はセクションは、第１の直径８０で除去され、これによって、キャビティ８００が形成され犠牲層３２へのアクセスが増える。
【０１９３】
ステップ２２２では、犠牲層の一部又はセクションを除去して、中央可動素子と基板ベース間にスペースを形成する。図８を参照すると、犠牲層３２の一部又はセクションは、キャビティ８００の第１の直径８０より大きい第２の直径で除去され、可動素子１０の第１側部と基板ベース３１の間にスペース８１を形成し、基板ベース３１は、可動素子１０の動きの範囲を定める第１のストッパ８１１として機能する。
【０１９４】
ステップ２２４（必ずしも実行しなくともよい）では、第２ストップは中央可動素子のもう一つの側部近傍に配置することができる。図８を参照すると、ストップ８２は、可動素子１０のもう一つの側部近傍に配置されており、これによって、可動素子１０とストッパ８２との間にスペース８６を形成している。第２のストッパ８２は、アンカ８２２を用いてＤＳＲスピーカ素子１に固定することができる。第２のストップ８２は、湾曲ベンダ１２が駆動した時の可動素子１０の動きの範囲を定め、この駆動は、電極層１５、１７、１９を介して圧電層２１、２２に電気的刺激を与えることによって行われる。
【０１９５】
図１２は、ＤＳＲ１を製造する方法の代替の実施例を示す。
【０１９６】
この方法は、基板を提供するステップ１２０と、基板の上に犠牲層を形成するステップ２１を具える。いくつかの実施例によれば、犠牲層が形成されていない。
【０１９７】
この方法はさらに、犠牲層又は基板の中央部分に圧電材料層を具えていない、可動素子層を配置するステップ１２２を具える。図３Ａにおいては、これは層３５に対応する。
【０１９８】
いくつかの実施例によれば、除去可能なフィンが、犠牲層又は基板の上に配置されている（ステップ１４３）。
【０１９９】
この方法は、次いで、電極層と圧電材料層を配置するステップ１２４を具える。電極層と圧電材料層の数は、アプリケーションに応じて選択することができる。
【０２００】
いくつかの実施例によれば、ステップ１２４は、第１電極層（例えば、図４Ａの電極層４１参照）を犠牲層の上に配置するステップと、第１圧電材料層（例えば、図４Ａの第１圧電材料層４３参照）を、第１電極層の少なくとも一部の上に配置するステップと、第２電極層（例えば、図４Ａの第２電極層４２参照）を第１圧電材料層の上に配置するステップを具え、第１及び第２電極層の少なくとも一部が整列している。第１電極層（第２電極層も）の蒸着後にあるいは蒸着の一部として、ギャップ（ギャップ１６など）を各電極層の周辺に沿って形成して、様々な周辺電極を規定する（エッチング又はリフトオフなどによって）ことができる。
【０２０１】
この方法は、次いで、ギャップ（ギャップ１４など）を形成して中央可動素子（圧電材料と異なる材料を具える）と、湾曲ベンダを規定するステップ１２５を具えている。
【０２０２】
フィンがすでに配置されている場合は、フィンを除去する。可動素子層が、フィンと同じ材料を具える場合は、マスクを用いて可動素子層を除去しないようにする。
【０２０３】
フィンがない場合は、除去技術（限定するものではないが、レーザカッティング、リソグラフィ、ドライエッチングプロセス、あるいはその他の適切なプロセスなど）を用いて、湾曲ベンダを規定しているセクションの各側部にギャップを作ることができる。湾曲ベンダを規定するセクションは、例えば、第１電極層の一部、第１圧電材料層の一部、及び第２電極層の一部を具えていてもよい。異なる数の圧電材料層又は電極層を使用する場合は、湾曲ベンダを規定するセクションは、対応する数の圧電材料層と電極層を具える。
【０２０４】
この方法はさらに、図１１Ｂで述べたステップ２２０乃至２２４を具え、ＤＳＲスピーカ素子を製造することができる。
【０２０５】
図１３は、ＤＳＲスピーカ素子（素子１など）の電極層１３０の平面図である。電極層１３０は、例えば、下側電極層及び／又は上側電極層のどちらであってもよい。
【０２０６】
この実施例では、電極層の各電極が２つの副電極に分かれている（いくつかの実施例によれば、各電極が、Ｎ副電極に分かれている。ここで、Ｎ＞２である）さらに、各副電極は、異なる電位にアドレスすることができる。
【０２０７】
図１３に示すように、副電極１３３の一つは、もう一つの副電極１３１より電源により近い。より近い電極の隣に配置した薄い金属トレースを用いて、もう一つの副電極に電源を提供できる。
【０２０８】
各電極が少なくとも２つの副電極に分かれているスキームを用いる場合、いくつかのジオメトリでは、各副電極に異なる電位が印加されると、可動素子１０の動きが、単一電極レイアウトと同じ電位を用いる場合より、可動素子の表面に直交する方向においてより大きく移動できる。
【０２０９】
より近い副電極１３１への電源は、接続１３２を用いて直接行うことができる。
【０２１０】
いくつかの実施例によれば、複数の副電極への分割は、上側電極層と下側電極層に使用される。動作中は、下側電極の副電極１３１が、対応する上側電極の電位と反対の電位に接続され、下側電極の副電極１３３は、対応する上側電極の電位と反対の電位に接続される。いくつかの実施例によれば、２つの圧電層と３つの電極層のスキームが用いられている場合、中央電極は接地電位に接続することができる。
【０２１１】
図１３Ａは、図１３で述べた電極を有する湾曲ベンダの断面図である。
【０２１２】
上側の遠い副電極１３３０、又は図１３の平面図における符号１３１は、狭いトレース１３４（この断面図では見えない）に接続されている導電体１３５０を介して電源に接続されている。
【０２１３】
より近い副電極１３１０は、接続セクション１３２（この断面図では見えない）を介して導電体１３５０に直接接続されている。
【０２１４】
図１３Ａに示す実施例では、２つの圧電材料層１３７０と１３８０、及び３つの電極層１３２５、１３２６、及び１３２７がある。上側電極層１３２５と下側電極層１３２６は、分かれた電極を具える。中央電極層１３２７は、設置されており、分かれていない単一電極を具える。
【０２１５】
いくつかの実施例によれば、上側の遠い副電極１３３０は、正の電位に接続されており、中央電極１３６０は接地されており、下側の対応する遠い副電極１３３１は、負の電位に接続されており、上側の近い副電極１３１０は、負の電位に接続されており、下側の対応する近い半電極１３１１は、正の電位に接続されている。この電位は反転して、湾曲ベンダを反対方向に駆動する。
【０２１６】
図１４は、電極層の一実施例を示す平面図であり、図１３に示すものと同様に各電極は２つの副電極に分かれているが、電源から通り副電極１４４への電力供給は、少なくとも一の追加の導電層を用いて行われる。
【０２１７】
狭いトレース１３４がその下の圧電材料層の曲がりに影響しているので、追加の導電層を、導電層と電極間の絶縁層とともに用いて電源から遠い電極１４４に電位を与えることが好ましい。更なる説明を図１４Ａを参照して行う。
【０２１８】
副電極１４４をその接続導電体１４７に接続する追加の導電層間の接続は、絶縁層内のホール開口１４５と１４６を介して２つの間でなされる。上述した通り、接続導電体１４２により近い副電極１４１の接続は、直接行うことができる。
【０２１９】
図１４Ａは、湾曲ベンダ１４００の実施例の断面図であり、これは、図１４に示す電極レイアウトに合致するレイアウトを具える。設計に応じて、異なる数の電極層及び／又は圧電材料層及び／又は副導電層及び上側導電層が用いられている。
【０２２０】
この例では、湾曲ベンダ１４００が、２つの圧電材料層１４０１と１４０３、２つの副電極に分かれた上側電極１４３０、２つの副電極に分かれた下側電極１４３１、異なる副電極に分かれていない上側電極１４０２を具える。
【０２２１】
上側電極１４３０は、副電極１４０５（図１４の電極１４４と同じ）と、副電極１４０９（電源により近く、図１４の電極１４１と同じである）に分かれている。
【０２２２】
副電極１４０９は、導電体（図１４の導電体１４２と同じであるが、図１４Ａには示されていない）に直接接続されており、この導電体から外部の導電体１４１０に接続されている。
【０２２３】
副電極１４０５への電力供給は、上側導電層１４０７を介して行うことができる。この導電層１４０７は、絶縁層１４０４（導電層１４０７の下に配置されている）によって、副電極１４０９から電気的に絶縁されており、絶縁層１４０４内のビアホール１４０６を介して副電極１４０５に接続されている。導電層１４０７は、別のビアホール１４６を介して導電体１４７に電気的に接続されており、これらは両方ともこの断面図には示されていないが、図１４に見ることができる。
【０２２４】
図１４に示すように、下側電極構は、上側電極構造と対称である。上側電極１４３０について上述した通り、下側電極１４３１は、副電極１４１５と副電極１４１９に分かれている。
【０２２５】
副電極１４１５は、ビアホール１４１６を介して下側導電層１４１７に接続されている。ここで、ビアホール１４１６は、絶縁層１４１４を貫通しており、これから外側導電体１４１３までは、上側電極層のビアホール１４６と導電体１４７と同様に、別のビアホールと別の導電体を介している。
【０２２６】
図１３、１３Ａ、１４及び１４Ａの実施例では、単一圧電材料層が使用されている場合は、中央電極は使わずに、上側電極と下側電極のみを使用することができる。この場合、いくつかの実施例によれば、反対の極性を使用することができる。
【０２２７】
非限定的な例では、中央の分かれていない電極１４０２は、接地されており、上側副電極１４０５は＋１０Ｖの電圧に接続し、下側副電極１４１５は−１０Ｖの電圧に接続することができる。上側電極１４０９（電源により近い）は、−１０Ｖの電圧に接続し、下側副電極１４１９（電源により近い）は＋１０Ｖに接続することができる。
【０２２８】
単一圧電層と２つの電極層が使用されているその他の実施例によれば、 下側電極と上側電極の両方を、少なくとも２つの副電極に分けることができる。
【０２２９】
この場合、２つの副電極は、反対の電位に接続する。
【０２３０】
単一圧電層と２つの電極層が使用されているその他の実施例によれば、一方の電極、例えば下側電極を２つの副電極にわけて、他方の電極は完全電極のままにしてもよい。
【０２３１】
この場合、２つの副電極は、反対の電位に接続し、完全電極は接地する。
【０２３２】
その他の構成を使用することもできる（副電極の数、電極層と圧電層の数、その他）。
【０２３３】
本発明は、ある程度の特殊性をもって記載されているが、この分野の当業者には、様々な代替及び変形を行うことは自明である。
【０２３４】
様々な実施例に記載された様々な特徴は、全ての可能な技術的組み合わせにしたがって、組み合わせることができる。
【０２３５】
本発明は、本明細書に記載されたあるいは図面に記載された詳細にそのアプリケーションを限定するものではないと解するべきである。本発明は、その他の実施例が可能であり、様々な方法で実行及び実施することができる。したがって、本明細書で使用した表現及び用語は、説明の目的であり、限定ではないと解すべきである。このように、この分野の当業者は、ここに開示した主題のいくつかの目的を実行する、その他の構造、方法、システムの設計のベースとして、この開示がベースになるコンセプトを容易に使用できることは自明である。
【０２３６】
この分野の当業者は、様々な変形及び変更を、特許請求の範囲に記載され、これによって規定される範囲から逸脱することなく、ここに述べた本発明の実施例に適用することができることは、自明である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１３Ａ】
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【図１４】
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【図１４Ａ】
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【国際調査報告】
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