(57)【要約】【課題】超音波の単位時間あたりの減衰量や周波数の高さを向上することができる超音波探触子およびそれを用いた超音波探傷システムを提供する。【解決手段】圧電材料１１と、圧電材料１１の上下に設けられた導電性を有する上部電極１２及び下部電極１３とを備え、上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上部電極１２側または下部電極１３側の少なくとも一方に近くなるにつれて、格子定数も上部電極１２または下部電極１３の格子定数に近くなるように、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有するように圧電材料１１を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料と、
前記圧電材料の上下に設けられた導電性を有する上部導電体及び下部導電体とを備え、
前記圧電材料は、上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上部導電体側または下部導電体側の少なくとも一方に近くなるにつれて、格子定数も前記上部伝導体または下部伝導体の格子定数に近くなるように、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記下部導電体の下部に設けられた基板をさらに備え、
前記下部導電体は、前記圧電素子の下端に接続された下部電極であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記下部導電体は、前記圧電素子の下端に接続された導電性を有する基板であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項記載の超音波探触子において、
前記圧電材料は、酸化物または窒化物であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
請求項４記載の超音波探触子において、
前記圧電材料は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）の何れかで形成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】
請求項４記載の超音波探触子において、
前記圧電材料は、マグネシウム（Ｍｇ）を含有する酸化亜鉛（ＺｎＯ）で形成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項７】
請求項４記載の超音波探触子において、
前記圧電材料は、スカンジウム（Ｓｃ）を含有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項８】
請求項４記載の超音波探触子において、
前記圧電材料は、ジルコニウム（Ｚｒ）を含有するチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）で形成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項９】
圧電材料と、前記圧電材料の上下に設けられた導電性を有する上部導電体及び下部導電体とを備えた超音波探触子であって、前記圧電材料は、上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上部導電体側または下部導電体側の少なくとも一方に近くなるにつれて、格子定数も前記上部伝導体または下部伝導体の格子定数に近くなるように、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有する超音波探触子と、
前記上部導電体と下部導電体の間に駆動信号としての電圧信号を印加することにより、前記超音探触子から検査対象に超音波を照射させるとともに、検査対象からの反射波により前記超音波探触子で生じた電圧信号を受信信号として受信する送受信部と
を備えたことを特徴とする超音波探傷システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷に用いられる超音波探触子及びそれを用いた超音波探傷システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種構造材等を検査対象とする検査方法としては、例えば、検査対象に超音波を照射するとともに、検査対象内部の欠陥等により反射された超音波信号を検出し、その超音波信号の伝搬時間と超音波探触子の位置とに基づいて欠陥の検出を行う超音波探傷法が知られている。超音波探傷法では、例えば、超音波の送信と受信に単一の素子からなる超音波探触子を用い、超音波探触子を移動させて検査対象を走査することにより、欠陥から反射される超音波が得られる位置を特定し、欠陥の検出を行っている。
【０００３】
このような超音波探触子に関する技術として、例えば、特許文献１（特許第３３５７２２７号公報）には、材料の内部探傷に必要な感度を有する圧電素子を提供することを目的として、基板上に形成された下部電極、該下部電極膜上に形成された酸化亜鉛薄膜及び該酸化亜鉛薄膜上に形成された上部電極を有する圧電素子において、基板としてサファイアを使用し、酸化亜鉛薄膜のＸ線によるロッキングカーブの標準偏差σを限定した圧電素子に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３５７２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、半導体チップなどの微細な構造を有する構造物を検査対象として超音波探傷法を用いる場合には、検査対象に送信する超音波の減衰特性や周波数などを考慮する必要がある。すなわち、欠陥からの反射波と他の構造物からの反射波の分離を考慮すると、単位時間あたりの減衰量が高い必要があり、また、ミクロンオーダの欠陥検出を考慮すると、超音波の波長が短い（周波数が高い）必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記従来技術における超音波探触子においては、超音波の単位時間あたりの減衰量や周波数の高さが不十分であり、半導体チップなどの微細な構造を有する構造物を検査対象とする検査は困難であった。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、超音波の単位時間あたりの減衰量や周波数の高さを向上することができる超音波探触子およびそれを用いた超音波探傷システム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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、圧電材料と、前記圧電材料の上下に設けられた導電性を有する上部導電体及び下部導電体とを備え、前記圧電材料は、上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上部導電体側または下部導電体側の少なくとも一方に近くなるにつれて、格子定数も前記上部伝導体または下部伝導体の格子定数に近くなるように、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有するものとする。
【発明の効果】
【０００９】
超音波の単位時間あたりの減衰量や周波数の高さを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態に係る超音波探触子の構成を模式的に示す側面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る超音波探傷システムの全体構成を概略的に示す図である。
【図３】第１の実施の形態における超音波探触子の挿入損失の周波数特性の一例を模式的に示す図である。
【図４】第１の実施の形態における超音波探触子により送信されるパルス波の減衰特性の一例を模式的に示す図である。
【図５】従来技術における超音波探触子の挿入損失の周波数特性の一例を模式的に示す図である。
【図６】従来技術における超音波探触子により送信されるパルス波の減衰特性の一例を模式的に示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る超音波探触子の構成を模式的に示す側面図である。
【図８】第３の実施の形態に係る超音波探触子の構成を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１〜図６を参照しつつ説明する。
【００１３】
図２は、本実施の形態に係る超音波探傷システムの全体構成を概略的に示す図である。また、図１は超音波探触子の構成を模式的に示す側面図である。
【００１４】
図２において、超音波探傷システムは、超音波探触子１００、走査部１０１、送受信部１０２、制御部１０３、及び表示部１０４から概略構成されている。
【００１５】
制御部１０３は、超音波探傷システムの全体の動作を制御するものであり、信号線を介して超音波探触子１００、走査部１０１、送受信部１０２、及び表示部１０４と接続されている。
【００１６】
走査部１０１は、制御部１０３からの制御信号に基づいて、超音波探触子１００を三次元方向に移動させるものであり、超音波探触子１００は、図示しない駆動機構を有する走査部１０１に機械的に取り付けられている。
【００１７】
送受信部１０２は、制御部１０３からの制御信号に基づいて、超音波探触子１００を駆動するための電圧信号を駆動信号として超音波探触子１００に印加し、超音波探触子１００から検査対象に超音波を照射させる。また、超音波探触子１００から照射された超音波の検査対象からの反射波によって超音波探触子１００に生じる電圧信号を受信信号として受信し、制御部１０２に送る。
【００１８】
表示部１０４は、各種設定画面のほか、超音波探触子１００からの受信信号に基づいて生成された画像やグラフ等の情報が表示される。
【００１９】
図１に示すように、超音波探触子１００は、圧電材料１１と、圧電材料１１の上下に設けられた導電性を有する上部電極１２（上部導電体）及び下部電極１３（下部導電体）と、下部電極１３の下部に設けられたロッド基板１４とを備えている。以降、上部電極１２の方向を上方、下部電極１３の方向を下方として説明する。
【００２０】
上部電極１２は、信号線により送受信部１０２に接続されており、また、下部電極１３は、信号線により接地されている。上部電極１２及び下部電極１３の素材としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などが挙げられ、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法などで成膜される。上部電極１２及び下部電極１３は、厚くなるほど超音波探触子１００の共振周波数を低下させる要因となるため、例えば、３００μｍ以下で成膜する。なお、上部電極１２と下部電極１３の材料は必ずしも同じである必要は無く、後述するように、圧電材料１１の格子定数における整合率が高くなるもの（言い換えると、格子定数が近くなるもの）をそれぞれ選択して用いる。
【００２１】
ロッド基板１４は、横断面形状が円筒形状となるように形成されており、その上面に下部電極１３が接続されている。ロッド基板１４は、圧電材料１１で発生した超音波を伝搬して下方端面から検査対象に送信し、また、検査対象側からの反射波を伝搬して圧電材料１１に送る役割を有している。すなわち、ロッド基板１４は、超音波探触子１００における音響レンズの役割を有しており、検査対象側の端面は平面形状に限られず、超音波を集束または非集束の平行ビームで送受信するために、凹型や凸型などの球面形状に形成すれば、音響レンズとしての性能を高めることができる。
【００２２】
ロッド基板１４の素材は、高周波数帯の超音波の伝搬特性を考慮し、ロッド基板１４内部を超音波が伝搬したときに生じる伝搬減衰が小さい単結晶を用いている。ロッド基板１４の素材としては、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、石英ガラス(ＳｉＯ２)、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）などの単結晶を用いる。
【００２３】
圧電材料１１は、上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有するように形成されている。
【００２４】
図１に示した圧電材料１１は、下部電極１３に近くなるにつれて、圧電材料１１の格子定数が下部電極１３の格子定数に近くなるような濃度勾配を有して形成されている。すなわち、圧電材料１１の上部１１ａ、中部１１ｂ、および下部１１ｃの含有物の濃度が、上部１１ａの格子定数と下部電極１３の格子定数の整合率（格子定数の近さ）よりも、中部１１ｂの格子定数と下部電極１３の格子定数の整合率の方が高く、さらに、下部１１ｃの格子定数と下部電極１３の格子定数の整合率の方が高くなるような勾配（濃度勾配）をもつように圧電材料１１は形成されている。
【００２５】
なお、上部電極１２は、圧電材料１１の格子定数が上部電極１２に近くなるにつれて、上部電極１２の格子定数に近くなるような素材が選択されて用いられる。すなわち、言い換えると、圧電材料１１の上部１１ａ、中部１１ｂ、および下部１１ｃの含有物の濃度が、下部１１ｃの格子定数と上部電極１２の格子定数の整合率（格子定数の近さ）よりも、中部１１ｂの格子定数と上部電極１２の格子定数の整合率の方が高く、さらに、上部１１ａの格子定数と上部電極１２の格子定数の整合率の方が高くなるような勾配（濃度勾配）をもつように圧電材料１１が形成されているとも言える。
【００２６】
圧電材料１１の格子定数は、含有物の濃度によって変化するものであり、圧電材料１１は、厚さ方向（上下方向）に含有物の濃度勾配を有することにより、格子定数の勾配を有するよう形成されている。また、圧電材料１１は、上部電極１２や下部電極１３と格子定数の整合率が高いほど（格子定数が近いほど）、強度が向上する。したがって、本実施の形態のように、圧電材料１１内において格子定数の整合率が高い状態を維持しつつ、圧電材料１１と上部電極１２や下部電極１３の格子定数の整合率が高くなるように構成することで、構造強度を向上させることができ、厚膜化することができる。
【００２７】
また、圧電材料１１は、含有物の濃度変化に応じて、密度、弾性定数、圧電定数、誘電率が変化するため、厚さ方向に伝わる弾性波の速度（音速）が変化する。例えば、厚さ方向に速度変化（含有物の濃度変化）のない圧電材料を用いた超音波探触子では、共振周波数は下記の（式１）又は（式２）で表される。
【００２８】
Ｆ＝Ｖ／２Ｌ  ・・・（式１）
Ｆ＝Ｖ／４Ｌ  ・・・（式２）
上記（式１）、（式２）において、Ｆは共振周波数、Ｖは圧電材料の厚さ方向に伝わる音速、Ｌは圧電材料の厚さをそれぞれ示している。
【００２９】
上記（式１）、（式２）の何れの式が適用されるかは、圧電材料１１の音響インピーダンスとロッド基板１４の音響インピーダンスの比で決まる。何れの式においても、圧電材料１１の厚さを面方向（上下方向）で一定にすると、圧電材料１１の厚さ方向に伝わる音速Ｖにより共振周波数Ｆが決まる。
【００３０】
圧電材料１１に用いられる材料は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ)などの酸化物または窒化物である。このうち、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、チタン酸鉛などは、製造が容易であり材料が安価であるという特徴がある。また、これらの材料に含有させる物質（含有物）としては、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ナトリウム（Ｎａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）などの材料を用いる。
【００３１】
圧電材料１１の素材と含有物の組み合わせは、含有物の影響による音速の変化が大きいものが望ましく、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ：音速６３００ｍ／ｓ）とマグネシウム（Ｍｇ）の組み合わせ（Ｍｇ−ＺｎＯ：音速４９００ｍ／ｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ：音速：１１０００ｍ／ｓ）とスカンジウム（Ｓｃ）の組み合わせ（Ｓｃ−ＡｌＮ：音速８０００ｍ／ｓ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３：音速４４００ｍ／ｓ）とジルコニウム（Ｚｒ）の組み合わせ（Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ３：音速４０００ｍ／ｓ）などがあげられる。
【００３２】
超音波探触子の性能を判断する材料の一つに、各周波数での超音波と電気信号の変換効率（電気機械変換効率）の関係を示す挿入損失の周波数特性がある。挿入損失とは、圧電材料１１に与えた電圧信号（駆動信号）のエネルギーと圧電材料１１が超音波を受信することにより生じる電圧信号（受信信号）のエネルギーの比である。
【００３３】
図３及び図５は、超音波探触子の挿入損失の周波数特性の一例を模式的に示す図であり、図３は本実施の形態における周波数特性を、図５は従来技術における周波数特性をそれぞれ示している。図３及び図５においては、横軸に周波数を、縦軸に挿入損失をそれぞれ示している。また、図４及び図６は、超音波探触子により送信されるパルス波の減衰特性の一例を模式的に示す図であり、図４は本実施の形態における特性を、図６は従来技術における特性をそれぞれ示している。図４及び図６においては、縦軸にパルス波の振幅値を、横軸に時間をそれぞれ示している。
【００３４】
図５に示すように、従来技術における挿入損失の周波数特性は、共振周波数Ｆ０において挿入損失が最も小さくなるものの、共振周波数Ｆ０から離れると急激に挿入損失が大きくなってしまう。これに対し、本実施の形態においては、圧電材料１１を振動方向（上下方向）に含有物の濃度勾配を有するように形成したので、図３に示すように、本実施の形態の挿入損失の周波数特性は、共振周波数Ｆ０において挿入損失が最も小さくなり、かつ、従来技術における挿入損失の周波数特性（図５参照）と比較して、挿入損失が小さい周波数帯域が広帯域となる特性を有する。そのため、従来技術におけるパルス波は振幅の減衰量の時間割合が小さい（図６参照）のに対して、本実施の形態では、図４に示すように、単位時間あたりの振幅の減衰量が大きい（減衰特性の良い）パルス波を送信することができる。
【００３５】
圧電材料１１は、高周波数での超音波探触子の動作のために、ミクロンオーダの薄膜にする必要がある。したがって、圧電材料の製造方法としては、例えば、物理堆積法(ＰＶＤ法)や化学堆積法（ＣＶＤ法）などがあり、スパッタリング法、ＰＬＤ法(パルスレーザ堆積法)、ゾルゲル法などを用いて製造する。
【００３６】
スパッタリング法やＰＬＤ法には、圧電材料１１のバルクターゲットに含有物を交ぜて成膜する方法や、バルクターゲットと含有物を別々に設置して成膜する方法、含有物をガス雰囲気で供給して成膜する方法などがある。また、ゾルゲル法には、圧電材料１１の原料と含有物を溶媒に溶かし、含有物の濃度を変化させながら成膜する方法がある。
【００３７】
以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。
【００３８】
半導体チップなどの微細な構造を有する構造物を検査対象として超音波探傷法を用いる場合には、検査対象に送信する超音波の減衰特性や周波数などを考慮する必要がある。すなわち、欠陥からの反射波と他の構造物からの反射波の分離を考慮すると、単位時間あたりの減衰量が高い必要があり、また、ミクロンオーダの欠陥検出を考慮すると、超音波の波長が短い（周波数が高い）必要がある。しかしながら、上記従来技術における超音波探触子においては、超音波の単位時間あたりの減衰量や周波数の高さが不十分であり、半導体チップなどの微細な構造を有する構造物を検査対象とする検査は困難であった。
【００３９】
これに対して本実施の形態においては、圧電材料１１が上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上部電極１２側または下部電極１３側の少なくとも一方に近くなるにつれて、格子定数も上部電極１２または下部電極１３の格子定数に近くなるように、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有するように構成したので、超音波の単位時間あたりの減衰量や周波数の高さを向上することができる。
【００４０】
すなわち、本実施の形態においては、圧電材料１１は振動方向（上下方向）に濃度勾配を持つように構成したので、超音波の挿入損失が広帯域化することによって、単位時間あたりの減衰量を向上することができ、欠陥からの反射波と他の構造物からの反射波の分離を精度良く行うことができる。
【００４１】
また、従来技術では、圧電材料１１をミクロンオーダの薄膜にする必要から物理堆積法(ＰＶＤ法)や化学堆積法（ＣＶＤ法）などの製造方法を用いた場合に、構造強度の不足から膜厚を厚くすることができず、所望の共振周波数よりも高い周波数しか得られなかった。これに対して、本実施の形態においては、圧電材料１１は上部電極１２や下部電極１３に近づくにつれて、格子定数も近くなるような濃度勾配を持つように構成したので、構造強度を向上することができ、厚膜化することができる。したがって、圧電材料１１の厚膜化により所望の共振周波数をえることができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、超音波の周波数特性の広帯域化、及び高周波数化することができ、高分解能な探傷や映像化が可能となる。
【００４３】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図７を参照しつつ説明する。
【００４４】
本実施の形態は、第１の実施の形態における圧電材料を濃度勾配の異なる構成としたものである。
【００４５】
図７は、本実施の形態に係る超音波探触子の構成を模式的に示す側面図である。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４６】
図７において、超音波探触子２００は、圧電材料２１と、圧電材料２１の上下に設けられた導電性を有する上部電極２２（上部導電体）及び下部電極２３（下部導電体）と、下部電極２３の下部に設けられたロッド基板２４とを備えている。以降、上部電極２２の方向を上方、下部電極２３の方向を下方として説明する。
【００４７】
上部電極２２は、信号線により送受信部１０２に接続されており、また、下部電極２３は、信号線により接地されている。上部電極２２及び下部電極２３の素材としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などが挙げられ、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法などで成膜される。上部電極２２及び下部電極２３は、厚くなるほど超音波探触子２００の共振周波数を低下させる要因となるため、例えば、３００μｍ以下で成膜する。なお、上部電極２２と下部電極２３の材料は必ずしも同じである必要は無く、後述するように、圧電材料２１の格子定数における整合率が高くなるもの（言い換えると、格子定数が近くなるもの）をそれぞれ選択して用いる。
【００４８】
圧電材料２１は、上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有するように形成されている。
【００４９】
図７に示した圧電材料２１は、下部電極２３に近くなるにつれて、圧電材料２１の格子定数が下部電極２３の格子定数に近くなり、かつ、上部電極２２に近くなるにつれて、圧電材料２１の格子定数が上部電極２２の格子定数に近くなるような濃度勾配を有して形成されている。すなわち、圧電材料２１の上部２１ａ、中部２１ｂ、および下部２１ｃの含有物の濃度が、中部２１ｂの格子定数と下部電極２３の格子定数の整合率（格子定数の近さ）よりも、下部２１ｃの格子定数と下部電極２３の格子定数の整合率の方が高くなるような勾配（濃度勾配）をもち、さらに、中部２１ｂの格子定数と上部電極２２の格子定数の整合率（格子定数の近さ）よりも、上部２１ａの格子定数と上部電極２２の格子定数の整合率の方が高くなるような勾配（濃度勾配）を持つように圧電材料２１は形成されている。
【００５０】
圧電材料２１の格子定数は、含有物の濃度によって変化するものであり、圧電材料２１は、厚さ方向（上下方向）に含有物の濃度勾配を有することにより、格子定数の勾配を有するよう形成されている。また、圧電材料２１は、上部電極２２や下部電極２３と格子定数の整合率が高いほど（格子定数が近いほど）、強度が向上する。したがって、本実施の形態のように、圧電材料２１内において格子定数の整合率が高い状態を維持しつつ、圧電材料２１と上部電極２２や下部電極２３の格子定数の整合率が高くなるように構成することで、構造強度を向上させることができ、厚膜化することができる。
【００５１】
その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００５２】
以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、圧電材料の格子定数との整合率を考慮して上部電極及び下部電極の素材を選択した場合でも、上部電極と下部電極で同じ素材を選択することが可能となるので、電極成膜を簡易的かつ安価に製造することができる。
【００５４】
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図８を参照しつつ説明する。
【００５５】
本実施の形態は、第１の実施の形態において下部電極を有しない構成としたものである。
【００５６】
図８は、本実施の形態に係る超音波探触子の構成を模式的に示す側面図である。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００５７】
図８において、超音波探触子３００は、圧電材料３１と、圧電材料３１の上部に設けられた導電性を有する上部電極３２（上部導電体）と、圧電材料２１の下部に設けられた導電性を有するロッド基板３４とを備えている。以降、上部電極３２の方向を上方、ロッド基板３４の方向を下方として説明する。
【００５８】
上部電極３２は、信号線により送受信部１０２に接続されており、また、ロッド基板３４は、信号線により接地されている。上部電極３２の素材としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などが挙げられ、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法などで成膜される。上部電極３２は、厚くなるほど超音波探触子２００の共振周波数を低下させる要因となるため、例えば、３００μｍ以下で成膜する。
【００５９】
ロッド基板３４の素材は、材料を添加した単結晶を用いている。ロッド基板３４の素材としては、例えば、ランタン（Ｌａ）、ニッケル（Ｎｉ）などを添加したチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）がよい。この場合、圧電材料３１には、チタン酸鉛を用いるとよい。
【００６０】
圧電材料３１は、上下方向の音波伝播速度が分散特性を有し、かつ、上下方向の格子定数が連続的に変化する濃度勾配を有するように形成されている。
【００６１】
図８に示した圧電材料３１は、ロッド基板３４に近くなるにつれて、圧電材料３１の格子定数がロッド基板３４の格子定数に近くなるような濃度勾配を有して形成されている。すなわち、圧電材料３１の上部３１ａ、中部３１ｂ、および下部３１ｃの含有物の濃度が、上部３１ａの格子定数とロッド基板３４の格子定数の整合率（格子定数の近さ）よりも、中部３１ｂの格子定数とロッド基板３４の格子定数の整合率の方が高く、さらに、下部３１ｃの格子定数とロッド基板３４の格子定数の整合率の方が高くなるような勾配（濃度勾配）をもつように圧電材料３１は形成されている。
【００６２】
なお、上部電極３２は、圧電材料３１の格子定数が上部電極３２に近くなるにつれて、上部電極３２の格子定数に近くなるような素材が選択されて用いられる。すなわち、言い換えると、圧電材料３１の上部３１ａ、中部３１ｂ、および下部３１ｃの含有物の濃度が、下部３１ｃの格子定数と上部電極３２の格子定数の整合率（格子定数の近さ）よりも、中部３１ｂの格子定数と上部電極３２の格子定数の整合率の方が高く、さらに、上部３１ａの格子定数と上部電極３２の格子定数の整合率の方が高くなるような勾配（濃度勾配）をもつように圧電材料３１が形成されているとも言える。
【００６３】
圧電材料３１の格子定数は、含有物の濃度によって変化するものであり、圧電材料３１は、厚さ方向（上下方向）に含有物の濃度勾配を有することにより、格子定数の勾配を有するよう形成されている。また、圧電材料３１は、上部電極３２やロッド基板３４と格子定数の整合率が高いほど（格子定数が近いほど）、強度が向上する。したがって、本実施の形態のように、圧電材料３１内において格子定数の整合率が高い状態を維持しつつ、圧電材料３１と上部電極３２やロッド基板３４の格子定数の整合率が高くなるように構成することで、構造強度を向上させることができ、厚膜化することができる。
【００６４】
その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００６５】
以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
また、導電性を有するロッド基板を用い、かつ、圧電材料との格子定数の整合率が高くなるように構成したので、下部電極が不要となり、簡易的かつ安価に製造することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１１，２１，３１  圧電材料
１２，２２，３２  上部電極（上部導電体）
１３，２３  下部電極（下部導電体）
１４，２４  ロッド基板
３４  ロッド基板（下部導電体）
１００  超音波探触子
１０１  走査部
１０２  送受信部
１０３  制御部
１０４  表示部
【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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