エレクトレットの製造方法及びその製造装置
【課題】エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができるエレクトレットの製造方法及びその装置を提供する。
【解決手段】エレクトレットの製造装置１００は、ヘリウムガスが注入された上部室１０１と、アルゴンガスが空気に添加された下部室１０２と、シリコンマイク１１０を保持する台座１０４と、台座１０４に設けられた電極１０５及び１０６と、電極１０５と１０６との間に直流電圧を印加する直流電源１０７と、電離放射線を発生する電離放射線発生装置１０８とを備え、アルゴンガスが空気に添加された雰囲気において、シリコンマイク１１０の対向電極間に直流電圧を印加した状態で、電離放射線によって正イオン及び負イオンを発生させ、背面板１３０に設けたシリコン酸化膜１３２を負イオンによって負に帯電させる構成を有する。
【解決手段】エレクトレットの製造装置１００は、ヘリウムガスが注入された上部室１０１と、アルゴンガスが空気に添加された下部室１０２と、シリコンマイク１１０を保持する台座１０４と、台座１０４に設けられた電極１０５及び１０６と、電極１０５と１０６との間に直流電圧を印加する直流電源１０７と、電離放射線を発生する電離放射線発生装置１０８とを備え、アルゴンガスが空気に添加された雰囲気において、シリコンマイク１１０の対向電極間に直流電圧を印加した状態で、電離放射線によって正イオン及び負イオンを発生させ、背面板１３０に設けたシリコン酸化膜１３２を負イオンによって負に帯電させる構成を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレットの製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘電体に半永久的に電荷を保持させた、いわゆるエレクトレットを製造するための方法として、コロナ放電法や電子ビーム法（例えば、非特許文献１〜２参照）や、軟Ｘ線照射法（例えば、特許文献１〜２参照）などが知られている。また、エレクトレットを利用し、外部から電圧を印加することなく動作させることが可能なセンサが提案されている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００３】
エレクトレットを製造するための上記方法のうち、現在では特にコロナ放電法が産業上において利用されることが多い。コロナ放電法は、電子ビーム法に比べて真空装置を用いることなく利用することができるため、設備コストを抑えてエレクトレットを製造することが可能である。
【０００４】
しかしながら、（１）大気中で行った場合、誘電体に電荷を保持させるエレクトレット化を行うために必要な電荷を発生する際に、有害なオゾンが発生する、（２）曲面状に一様なエレクトレットを製造することが難しい、（３）イオンが供給できない構造を有する素子においてはエレクトレット化できない、という課題があった。
【０００５】
そこで、特許文献１〜２に記載されているように、軟Ｘ線などの電離放射線を利用したエレクトレットの製造方法が提案されている。この電離放射線を利用したエレクトレットの製造方法を用いることによって、上記の様な課題が解決されてきたが、新たに、コロナ放電法に比べてエレクトレットの製造に要する時間が長くなるという課題が生じた。特に、エレクトレット化される誘電体が設けられた一方の電極と、他方の電極との間の距離が短くなるほど、両電極の空隙において電離放射線により生成されるイオン数が少なくなるため、この課題は顕著に現れた。その結果、エレクトレットの製造時間が長くなることにより、設備コストや生産コストが上昇するという産業上における課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１１７１７２号公報
【特許文献２】特開平０３−００６５００号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「静電気ハンドブック」静電気学会編、Ｐ１１０８、オーム社
【非特許文献２】「Electrets」G.M.Sessler編、Lapracian Press
【非特許文献３】「マイクロホンテクニカルハンドブック」高柳裕雄著、Ｐ３５、兼六館出版
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたもので、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができるエレクトレットの製造方法及びその製造装置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】
【０００９】
本発明のエレクトレットの製造方法は、互いに対向する対向電極のいずれか一方の対向面側に誘電体を配置する誘電体配置工程と、前記対向電極のいずれか一方の電極を透過する電離放射線を発生して前記誘電体に照射する電離放射線照射工程と、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを含む雰囲気に前記対向電極間を設定した状態で、前記対向電極間に直流電圧を印加し、前記電離放射線によって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させる誘電体帯電工程とを含む構成を有している。
【００１０】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造方法は、空気よりも電離放射線の透過率が低いガスを含む雰囲気に対向電極間を設定した状態で、対向電極間に直流電圧を印加し、電離放射線によって対向電極間に発生する正イオン又は負イオンにより誘電体を帯電させるので、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明のエレクトレットの製造方法は、前記ガスが、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのいずれか、又はこれらの混合ガスであるのが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明のエレクトレットの製造方法は、前記誘電体帯電工程において、前記誘電体が配置された側の電極よりも他方の電極の電位を低くし、前記負イオンにより前記誘電体を負に帯電させる構成を有している。
【００１３】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造方法は、負に帯電したエレクトレットを製造することができる。
【００１４】
さらに、本発明のエレクトレットの製造方法は、前記誘電体帯電工程において、前記誘電体が配置された側の電極よりも他方の電極の電位を高くし、前記正イオンにより前記誘電体を正に帯電させる構成を有している。
【００１５】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造方法は、正に帯電したエレクトレットを製造することができる。
【００１６】
さらに、本発明のエレクトレットの製造方法は、前記電離放射線照射工程において、前記電離放射線を発生する電離放射線発生装置から前記対向電極のうち前記電離放射線装置側の電極までの空間を、前記エネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が高いガスを含む雰囲気とする構成を有している。
【００１７】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造方法は、対向電極のうち電離放射線装置側の電極から電離放射線発生装置までの空間で電離放射線が吸収される確率を下げることができるので、より多量の電離放射線を電離放射線照射装置側の電極を透過させ、対向電極間で生成されるイオン数を増加させることができる。
【００１８】
さらに、本発明のエレクトレットの製造方法は、前記誘電体が、半導体微細加工技術によって形成されるシリコンエレクトレット素子が備える対向電極のいずれか一方の対向面側に形成されたものである構成を有している。
【００１９】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造方法は、シリコンエレクトレット素子のエレクトレットを従来よりも短時間で製造することができる。
【００２０】
さらに、本発明のエレクトレットの製造方法は、前記誘電体が、エレクトレットフィルタが備える金属板上に形成された網状のものであって、前記対向電極のいずれか一方の電極としての前記金属板と、前記誘電体配置工程において予め用意する前記対向電極の他方の電極との間で帯電されるものである構成を有している。
【００２１】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造方法は、エレクトレットフィルタのエレクトレットを従来よりも短時間で製造することができる。
【００２２】
本発明のエレクトレットの製造装置は、互いに対向する対向電極のいずれか一方の電極の対向面側に配置された誘電体に前記対向電極のいずれか一方の電極を透過して電離放射線を照射する電離放射線照射装置と、直流電圧を前記対向電極間に印加する直流電源と、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを発生するガス発生手段とを備え、前記直流電源は、前記対向電極間が前記ガスを含む雰囲気にある状態で前記電離放射線によって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させるものである構成を有している。
【００２３】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造装置は、空気よりも電離放射線の透過率が低いガスを含む雰囲気に対向電極間を設定した状態で、対向電極間に直流電圧を印加し、電離放射線によって対向電極間に発生する正イオン又は負イオンにより誘電体を帯電させるので、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明のエレクトレットの製造装置は、前記電離放射線照射装置及び前記対向電極を収容する筐体と、前記対向電極を保持し前記筐体の内部を第１室と第２室とに分割する筐体内部分割手段とを備え、前記第１室には、前記電離放射線照射装置が配置されるとともに前記電離放射線が透過する電極の対向面の裏面が露出しており、前記第２室には、前記ガスを含む雰囲気中に前記誘電体側にある電極が配置されるとともに前記電離放射線が透過する電極の対向面が露出している構成を有している。
【００２５】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造装置は、第１室及び第２室のそれぞれに別個に最適なガスを注入することにより、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００２６】
さらに、本発明のエレクトレットの製造装置は、前記第１室が、前記エネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が高いガスを含む構成を有している。
【００２７】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造装置は、対向電極のうち電離放射線照射装置側の電極から電離放射線照射装置までの空間で電離放射線が吸収される確率を下げることができるので、より多量の電離放射線を電離放射線照射装置側の電極を透過させ、対向電極間で生成されるイオン数を増加させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができるという効果を有するエレクトレットの製造方法及びその製造装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態におけるエレクトレットの製造装置に関し、その実験装置の構成を示す図
【図２】軟Ｘ線のエネルギーが３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶの範囲における、空気及び酸素等のそれぞれの透過率を示す図
【図３】軟Ｘ線のエネルギーが３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶの範囲における、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン及び空気の透過率を示す図
【図４】サンプルの表面電位とアルゴン混合割合との関係を示す図
【図５】サンプルの表面電位と照射時間との関係を示す図
【図６】本発明の第１実施形態におけるエレクトレットの製造装置の筐体内部を示す図
【図７】本発明の第２実施形態におけるエレクトレットの製造装置の筐体内部を示す図
【図８】本発明の第３実施形態におけるエレクトレットの製造装置の筐体内部を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の発明者は、前述の課題を解決するために実験検討を重ねた結果、電離放射線を照射する際、誘電体が設けられた一方の電極と、他方の電極との間を、照射する電離放射線のエネルギー範囲において、空気に比べて透過率が低いガスを含む雰囲気にすることが課題の解決に有効であることを見出した。そこで、本発明の実施形態について説明する前に、本発明に係るエレクトレットの製造方法に関する実験について説明する。
【００３１】
図１は、実験装置の構成を示す図である。図２は、電離放射線として軟Ｘ線を用いた場合、軟Ｘ線のエネルギーが３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶの範囲における標準空気（以下「空気」という。）及び空気を構成する酸素等の透過率を示す図である。また、図３は、前述のエネルギー範囲において、空気よりも軟Ｘ線の透過率が低いネオンやアルゴン、クリプトン、キセノンの透過率、及び空気よりも軟Ｘ線の透過率が高いヘリウムの透過率を示す図である。
【００３２】
後述するように、実験結果によれば、電離放射線の照射により、空気のみの雰囲気中よりも、希ガスを含む雰囲気中の方が、生成される総イオン数が増えるため、短時間でエレクトレットを製造することが可能になることが分かった。これは、（１）希ガスは空気中の酸素等に比べて軟Ｘ線の吸収率が大きいため、イオン化する確率が高い、（２）希ガスが軟Ｘ線を吸収して正イオン化するため、希ガス分子から放出された電子が空気中の酸素等に作用し、空気中の酸素等から生成される正負両極性のイオン数も増やす、などの理由があるためであると考えられる。
【００３３】
また、希ガスを用いるため、腐食や有害ガスの発生の問題もない。また、希ガスから生成された正イオンを利用して電荷蓄積することができることも分かった。これにより、前述のように空気中の酸素等に作用してイオン数を増やすだけではなく、希ガスから生成される正イオン自身が誘電体の帯電に寄与するため、通常空気中では得ることが難しい表面電位の大きなエレクトレットを製造することが可能になる。
【００３４】
以下、図１に示した構成図に基づき、実験内容について具体的に説明する。
【００３５】
まず、シリコン基板１１上にシリコン酸化膜１２及びシリコン窒化膜１３を順次積層したサンプル１０を用意した。サンプル１０の表面電位を予め測定し、表面電位が０Ｖであることを確認した。
【００３６】
次に、密閉した筐体２５内において、サンプル１０を金属板２１の上に載せ、その上にＳＵＳ製のメッシユ状のグリッド電極２３を、サンプル１０に触れないように間隔をおいて配置した。ここで、グリッド電極２３からサンプル１０の表面までの距離は２．５ｍｍとした。
【００３７】
次に、外部に設けた直流電源２４をグリッド電極２３に接続した（極性は後述）。金属板２１はアース電位とした。グリッド電極２３の上方に３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶのエネルギーを有する軟Ｘ線を発生する電離放射線発生装置２２を配置した。ここで、電離放射線発生装置２２からサンプル１０の表面までの距離は１５ｍｍとした。また、筐体２５には、バルブ３２、流量計３３及びチューブ３４を介してアルゴンボンベ３１を接続し、バルブ３６、流量計３７及びチューブ３４を介して空気ボンベ３５を接続した。なお、アルゴンボンベ３１は、本発明に係るガス発生手段を構成する。
【００３８】
前述の構成において、流量計３３、３７及びバルブ３２、３６を用いてアルゴンガスと空気とを所定の割合で混合して、この混合ガスを筐体２５の注入口２６から注入し、筐体２５の内部の気体が十分に置換されるのに必要な時間を経た後、直流電源２４によりグリッド電極２３に所定の電圧を印加した。その後、サンプル１０に軟Ｘ線を照射し、一定の時間経過後に照射を停止した。そして、直流電源２４による電圧印加を停止して筐体２５からサンプル１０を取り出し、エレクトレット化されたサンプル１０の表面電位を測定した。
【００３９】
（実験１）
この実験１は、グリッド電極２３の電位を−５０Ｖとして、サンプル１０に軟Ｘ線を照射する実験である。具体的には、軟Ｘ線をサンプル１０に３０秒間照射し、アルゴンガスと空気との混合割合が、サンプル１０の表面電位にどの程度影響を及ぼすかについて調べた実験である。その結果を図４に示す。
【００４０】
図４に示した結果によると、アルゴンガスを空気に添加していない場合、サンプル１０の表面電位は０Ｖから−１７Ｖに変化したに過ぎなかった。ところが、サンプル１０の表面電位は、アルゴンガスの割合を増やすにつれて負方向に上昇し、アルゴンガスを８０％まで増やした時に最も負方向に上昇し、−３１Ｖになった。これは印加した電圧の３／５に相当する。その後、サンプル１０の表面電位は、アルゴンガスを９９．５％まで増やすと、逆に−２１Ｖになった。
【００４１】
一方、アルゴンガスを添加せず、空気中で軟Ｘ線をサンプル１０に照射した場合において、アルゴンガスを空気に８０％添加した条件と同じく−３１Ｖの表面電位を得るためには、図５に示すように、３００秒程度の時間を要することが分かった。
【００４２】
以上の結果より、軟Ｘ線を利用したエレクトレットの製造方法において、アルゴンガスを含む雰囲気中に誘電体を配置することにより、誘電体の電荷量を増加させるのに要する時間を大幅に短縮できることが分かった。
【００４３】
（実験２）
この実験２は、グリッド電極２３の電位を＋５０Ｖとして、実験１と同様に、サンプル１０に軟Ｘ線を照射する実験である。
【００４４】
この実験の結果、アルゴンを空気に添加していない場合、軟Ｘ線を照射しても、表面電位は＋７Ｖまでしか上昇しなかった。一方、アルゴンガスの割合を９９．５％にまで増やすと、表面電位は＋４０Ｖまで上昇することが分かった。この結果は、印加した電圧の４／５に相当し、空気中で得られる限界値である３／５よりも大きいことを示している。
【００４５】
他方、前述の実験１の結果（図４、５）からは、アルゴンの添加に関わらず、メッシュグリッドの電位を−５０Ｖとした場合には、サンプル１０の表面電位は、−３１Ｖ程度で飽和してそれ以上負方向に上昇しないことが分かった。
【００４６】
これに対し、本実験２の結果によれば、グリッド電極２３の電位を＋５０Ｖとし、アルゴンの混合割合を増やしていくと、空気中で得られる限界値である３／５を超えた表面電位が得られることが分かった。これは、空気中の各成分から生成された正イオンの他に、多量に生成されたアルゴンイオン（正イオン）が誘電体への電荷の注入に寄与しているためと考えられる。このため、軟Ｘ線を利用したエレクトレットの製造方法において、誘電体が設けられた一方の電極と、他方の電極との間に印加する電圧を大きく増加させることなく、両電極間をアルゴンガスが含まれた雰囲気にすることにより、空気中において得られる表面電位よりも大きな表面電位が得られることが分かった。
【００４７】
また、従来、例えばシリコンマイクにおいて、エレクトレットの所望の電圧を１とすると、１を大きく超える電圧をグリッドの役目をする振動電極と、固定電極との間に印加する必要があった。具体的には、１の電圧を得ようとすると５／３程度の印加電圧が必要であった。しかも、一定以上の電圧を印加すると振動電極と固定電極とが静電引力によって吸着し、場合によっては振動電極が破壊に至るため、エレクトレットの製造時に高い電圧を印加できず、所望の表面電位が得られなかった。これに対し、本実験２の結果は、本発明に係るエレクトレットの製造方法が、これらの問題を解決できることを示している。
【００４８】
（第１実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第１実施形態について説明する。本実施形態では、半導体微細加工技術によって形成され互いに対向する対向電極を備えたシリコンエレクトレット素子のうち、エレクトレットコンデンサシリコンマイクロホン（以下、単に「シリコンマイク」という。）のエレクトレットを製造する例を挙げる。そして、シリコンマイクに設けた誘電体膜を負に帯電させる場合について説明する。
【００４９】
まず、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成について説明する。図６は、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置１００の筐体内部を示す図であって、筐体自体の図示は省略している。
【００５０】
図６に示すように、エレクトレットの製造装置１００は、筐体の内部が上下に分割された構成を有し、筐体の上部に位置する上部室１０１と、筐体の下部に位置する下部室１０２と、上部室１０１と下部室１０２とを仕切る仕切板１０３とを備えている。なお、上部室１０１及び下部室１０２は、それぞれ、本発明に係る第１室及び第２室を構成する。また、仕切板１０３は、本発明に係る筐体内部分割手段を構成する。
【００５１】
また、エレクトレットの製造装置１００は、シリコンマイク１１０を保持する台座１０４と、台座１０４の上部室１０１側の面上に設けられた電極１０５と、台座１０４の下部室１０２側の面上に設けられた電極１０６と、電極１０５と１０６との間に直流電圧を印加する直流電源１０７と、電離放射線を発生する電離放射線発生装置１０８とを備えている。なお、台座１０４は、本発明に係る筐体内部分割手段を構成する。
【００５２】
シリコンマイク１１０は、振動膜１２０が形成されたシリコン基板１１１と、音孔１３５が形成された背面板１３０とが対向した構造を有している。以下、振動膜１２０及び背面板１３０が互いに対向するそれぞれの面を「対向面」という。
【００５３】
振動膜１２０は、２０００ｎｍ程度の厚みを有しており、振動膜１２０と背面板１３０との間は、絶縁体のスペーサ１１２を挟むことにより１００００ｎｍ以上の間隙を有している。
【００５４】
また、振動膜１２０は、拡大図に示すように、シリコン１２１と、シリコン１２１の外側の面（対向面の裏面）上に形成された電極としてのアルミニウム薄膜１２２とを備えている。このアルミニウム薄膜１２２の膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。
【００５５】
背面板１３０は、拡大図に示すように、シリコン１３１と、シリコン１３１の対向面側に設けた誘電体としてのシリコン酸化膜１３２と、その上面に設けた防湿膜としてのシリコン窒化膜１３３とを備えている。また、シリコン１３１の対向面の裏面には電極としてのアルミニウム薄膜１３４が形成されている。ここで、各膜厚としては、例えば、シリコン酸化膜は１０００ｎｍ、シリコン窒化膜は２００ｎｍ、アルミニウム薄膜１３４は５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。
【００５６】
上部室１０１には、電離放射線発生装置１０８が配置されるとともに、電離放射線発生装置１０８から出射した電離放射線が透過する振動膜１２０の対向面の裏面、すなわちアルミニウム薄膜１２２の表面が露出している。
【００５７】
下部室１０２には、振動膜１２０の対向面が露出し、誘電体であるシリコン酸化膜１３２を備えた背面板１３０が配置されている。
【００５８】
上部室１０１及び下部室１０２は、それぞれ別個に任意のガスを注入することができるようになっている。
【００５９】
具体的には、上部室１０１には、電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも電離放射線の透過率が高いガス、例えばヘリウムガスを注入するのが好ましい。この構成により、電離放射線発生装置１０８から振動膜１２０までの空間で電離放射線が吸収される確率を下げることができるので、より多量の電離放射線が振動膜１２０を通過し、振動膜１２０と背面板１３０との間で生成されるイオン数を増加させることができる。なお、上部室１０１に空気のみを満たす構成であってもよい。
【００６０】
一方、下部室１０２には、空気にアルゴンを２０％〜９５％、好ましくは７０％〜９０％添加したガスを満たす。この際、簡便のため、密閉された筐体を用いず、ガスノズルを背面板１３０の直下に設置し、音孔１３５を通して空気及びアルゴンガスの混合ガスを振動膜１２０と背面板１３０との間の空隙に吹き付ける構成としてもよい。また、ガスノズルをシリコンマイク１１０の側面に設置し、振動膜１２０と背面板１３０との間の空隙に吹き付ける構成とすることもできる。なお、下部室１０２をアルゴンガス１００％とする構成であってもよい。
【００６１】
台座１０４の外周は仕切板１０３と結合され、台座１０４の内側には段差部のある貫通孔が形成されている。台座１０４は絶縁体で構成され、シリコンマイク１１０は、台座１０４の段差部に振動膜１２０側が電離放射線発生装置１０８側になるようセットされる。台座１０４にシリコンマイク１１０がセットされると、振動膜１２０を境に上部室１０１と下部室１０２とが分離されるとともに、振動膜１２０のアルミニウム薄膜１２２と電極１０５、背面板１３０のアルミニウム薄膜１３４と電極１０６とがそれぞれ電気的に接続されるようになっている。
【００６２】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法について説明する。
【００６３】
まず、シリコン酸化膜１３２が帯電していないシリコンマイク１１０を、台座１０４の段差部にセットする。その際、台座１０４の上下に設けた電極１０５及び１０６に、それぞれ、アルミニウム薄膜１２２及び１３４を電気的に接続する。この工程は、互いに対向する対向電極としてのアルミニウム薄膜１２２及び１３４のうち、アルミニウム薄膜１３４側に誘電体であるシリコン酸化膜１３２を配置する工程である（誘電体配置工程）。
【００６４】
続いて、筐体の上部室１０１にヘリウムガスを図示しない注入口から注入する。また、筐体の下部室１０２に、アルゴンガスを空気に添加した混合ガスを図示しない注入口から注入する。
【００６５】
次に、電離放射線発生装置１０８からシリコンマイク１１０に向けて軟Ｘ線を照射する（電離放射線照射工程）。照射した軟Ｘ線は、アルミニウム薄膜１２２を含む振動膜１２０を透過する。ここで、シリコン製の振動膜１２０の膜厚を２０００ｎｍとすると、例えばエネルギーが６．５ｋｅＶの軟Ｘ線の透過率は、およそ９５％である。振動膜１２０を透過した軟Ｘ線は、振動膜１２０と背面板１３０との間の混合ガスをイオン化する。
【００６６】
次に、直流電源１０７によって、アルミニウム薄膜１２２及び１３４に電圧を印加する。ここで、シリコン酸化膜１３２を負に帯電させる場合、アルミニウム薄膜１３４（背面板１３０側電極）がアルミニウム薄膜１２２（振動膜１２０側電極）に対して正の電位になるよう、直流電源１０７の極性を設定する。この状態で電離放射線の照射を行うと、振動膜１２０と背面板１３０との間で、空気中の酸素等が電離してイオンが生成されるだけでなく、アルゴンが電離放射線を吸収して正イオン化し、その際に放出された電子が、空気中の酸素等に作用してイオン数が増加する。この際、アルゴンイオンを含む正イオンは振動膜１２０に、負イオンは背面板１３０に引き寄せられ、背面板１３０に設けたシリコン酸化膜１３２は負に帯電される（誘電体帯電工程）。
【００６７】
以上のように、第１実施形態におけるエレクトレットの製造装置１００では、振動膜１２０と背面板１３０との対向電極間の空隙を下部室１０２に配置し、下部室１０２はアルゴンガスを空気に添加した雰囲気とし、誘電体であるシリコン酸化膜１３２に軟Ｘ線を照射する構成としたので、対向電極間でのイオンの生成量が増加するため、背面板１３０上に設けたシリコン酸化膜１３２の表面電位が短時間で上昇し、通常の空気中で所定の表面電位を得るのに要する時間を１／１０（３００秒→３０秒：実験１参照）に短縮することができる。
【００６８】
したがって、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置１００は、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００６９】
また、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置１００は、希ガスを用いるため、腐食や有害ガスの発生の問題もない。
【００７０】
なお、前述の実施形態において、振動膜１２０と背面板１３０との対向電極間の空隙を、アルゴンガスを空気に添加した雰囲気とした例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、対向電極間の空隙が、空気に比べて透過率が低いガスを含む雰囲気であってもよいし、空気にＣＯ２を混合させたものでもよい。
【００７１】
また、前述の実施形態のように、誘電体を負に帯電させる場合は、電離放射線を照射したときに、空気中よりも多くの負イオンが生成されるガスを用いるのが好ましい。負イオンが生成されやすいガスとしては、例えば、塩素系やフッ素系のガスが挙げられる。ただし、塩素系やフッ素系のガスを用いる場合は、これらのガスに耐性のある材料で誘電体等を構成するのが好ましい。
【００７２】
また、前述の実施形態において、電離放射線として軟Ｘ線を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｘ線やγ線等を用いても同様の効果が得られる。
【００７３】
また、前述の実施形態において、誘電体としてのシリコン酸化膜１３２を背面板１３０に設けた例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、誘電体を振動膜１２０側に設ける構成としても同様の効果が得られる。
【００７４】
（第１実施形態の他の態様）
前述の説明では、誘電体としてのシリコン酸化膜１３２を負に帯電させる場合について説明した。以下、第１実施形態の他の態様として、シリコン酸化膜１３２を正に帯電させる場合について説明する。この態様では、下部室１０２の雰囲気が前述の構成と異なっており、その他の構成は同様である。したがって、前述の説明と重複する説明は省略する。
【００７５】
まず、本態様のエレクトレットの製造装置における下部室１０２に、空気にアルゴンを５０％以上、好ましくは９９％以上添加した混合ガスを満たす。なお、下部室１０２をアルゴンガス１００％とする構成であってもよい。
【００７６】
次に、直流電源１０７によって、アルミニウム薄膜１２２及び１３４に電圧を印加する。ここで、シリコン酸化膜１３２を正に帯電させる場合、アルミニウム薄膜１３４（背面板１３０側電極）がアルミニウム薄膜１２２（振動膜１２０側電極）に対して負の電位になるよう、直流電源１０７の極性を設定する。この状態で電離放射線の照射を行うと、振動膜１２０と背面板１３０との間で、空気中の酸素等が電離してイオンが生成されるだけでなく、アルゴンが電離放射線を吸収して正イオン化し、その際に放出された電子が、空気中の酸素等に作用してイオン数が増加する。この際、負イオンは振動膜１２０側に、アルゴンイオンを含む正イオンは背面板１３０側に引き寄せられ、背面板１３０に設けたシリコン酸化膜１３２は正に帯電される（誘電体帯電工程）。
【００７７】
以上のように、第１実施形態の他の態様におけるエレクトレットの製造装置では、第１実施形態における効果に加えて、シリコン酸化膜１３２を正に帯電させる構成において、アルゴンガスを含む雰囲気にシリコン酸化膜１３２を配置することによりシリコン酸化膜１３２の表面電位の上昇にアルゴンイオンが大きく寄与するため、通常空気中で得られる表面電位よりも２５％大きい表面電位（３２／５０→４０／５０：実験２参照）を得ることができる。
【００７８】
（第２実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第２実施形態について説明する。本実施形態では、半導体微細加工技術によって形成され互いに対向する対向電極を備えたシリコンエレクトレット素子のうち、エレクトレットコンデンサシリコンスピーカ（以下、単に「シリコンスピーカ」という。）のエレクトレットを製造する例を挙げる。
【００７９】
まず、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成について説明する。図７は、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置２００の筐体内部を示す図であって、筐体自体の図示は省略している。
【００８０】
図７に示すように、エレクトレットの製造装置２００は、アルゴンと空気とが混合された混合ガスを放出するガスノズル２０１と、電極２０２〜２０４と、直流電源２０５と、電離放射線発生装置２０６とを備えている。
【００８１】
シリコンスピーカ２１０は、振動膜２２０及び２３０がそれぞれ形成された２つのシリコン基板２１１及び２１２と、それらに挟まれるように形成された固定基板２４０とを貼り合わせた構造を有している。振動膜２２０及び２３０は、例えば２０００ｎｍ程度の厚みを有しており、振動膜２２０及び２３０のそれぞれと固定基板２４０との間は、絶縁体のスペーサ２１３を挟むことにより１００００ｎｍ以上の間隙を有している。固定基板２４０は厚さ５０μｍ程度のシリコンで構成され、例えば０．１Ωｃｍ以下の抵抗率を有している。
【００８２】
振動膜２２０は、拡大図に示すように、シリコン２２１と、シリコン２２１の外側の面（対向面の裏面）上に形成された電極としてのアルミニウム薄膜２２２とを備えている。このアルミニウム薄膜２２２の膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。なお、図示を省略したが、振動膜２３０の構成も振動膜２２０と同様であり、固定基板２４０に対して対称にアルミニウム薄膜が形成されている。
【００８３】
また、固定基板２４０は、拡大図に示すように、シリコン２４１と、シリコン２４１の両面側（振動膜２２０、２３０の各対向面側）に形成された誘電体としてのシリコン酸化膜２４２と、その上面に形成された防湿膜としてのシリコン窒化膜２４３とを備えている。ここで、各膜厚としては、例えば、シリコン酸化膜２４２は１０００ｎｍ、シリコン窒化膜２４３は２００ｎｍ程度である。
【００８４】
電極２０２及び２０３は、それぞれ、振動膜２２０及び２３０の電極に接続されるようになっている。また、電極２０４は、固定基板２４０のシリコン２４１に接続されるようになっている。
【００８５】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法について説明する。
【００８６】
まず、シリコン酸化膜２４２が帯電していないシリコンスピーカ２１０を筐体内の所定治具（図示省略）にセットし、電極２０２〜２０４を介して振動膜２２０及び２３０と固定基板２４０とを直流電源２０５に接続する。
【００８７】
また、振動膜２２０及び２３０と固定基板２４０との空隙には、空気にアルゴンガスを２０％〜９５％、好ましくは７０％〜９０％添加した混合ガスを、シリコンスピーカ２１０の側面に設置したガスノズル２０１により吹き付ける。なお、混合ガスを使用せず、アルゴンガスのみを吹き付けてもよい。
【００８８】
次に、電離放射線発生装置２０６からシリコンスピーカ２１０に向けて軟Ｘ線を照射し、振動膜２２０及び２３０と固定基板２４０との間の混合ガスをイオン化する。このとき、振動膜２２０及び固定基板２４０は薄いため、軟Ｘ線が透過する。
【００８９】
ここで、シリコン製の振動膜２２０の膜厚を２０００ｎｍとすると、例えばエネルギーが６．５ｋｅＶの軟Ｘ線の透過率は、およそ９５％である。また、シリコン製の固定基板２４０の厚さを５０μｍとすると、６．５ｋｅＶの軟Ｘ線の透過率は、およそ２７％である。透過した軟Ｘ線は、振動膜２２０及び２３０と固定基板２４０との間のガスをイオン化する。なお、必要であれば、電離放射線発生装置２０６をもう一台用意し、振動膜２３０側から軟Ｘ線を照射する構成としても構わない。これにより、一方向から軟Ｘ線を照射した場合に、固定基板２４０による電離放射線の減衰によって２つの対向電極間で生成イオン数が非対称となることを防ぐことができ、固定基板２４０の両面間における表面電位の偏りを防ぐことができる。
【００９０】
次に、直流電源２０５によって、各電極に電圧を印加する。ここで、シリコン酸化膜２４２を負に帯電させる場合、固定基板２４０の電極が振動膜２２０及び２３０の電極に対して正の電位になるよう、直流電源２０５の極性を設定する。この状態で電離放射線の照射を行うと、振動膜２２０及び２３０と固定基板２４０との間で、空気中の酸素等が電離してイオンが生成されるだけでなく、アルゴンが電離放射線を吸収して正イオン化し、その際に放出された電子が、空気中の酸素等に作用してイオン数が増加する。この際、アルゴンイオンを含む正イオンは振動膜２２０及び２３０側に、負イオンは固定基板２４０側に引き寄せられ、固定基板２４０に設けたシリコン酸化膜２４２は負に帯電される。
【００９１】
以上のように、第２実施形態におけるエレクトレットの製造装置２００では、シリコンスピーカ２１０において、誘電体としてのシリコン酸化膜２４２が両面に形成された固定基板２４０と、振動膜２２０及び２３０とを備え、振動膜２２０及び２３０と固定基板２４０との空隙を空気にアルゴンを添加した雰囲気とし、シリコン酸化膜２４２に軟Ｘ線を照射する構成としたので、対向電極間でのイオンの生成量が増加するため、シリコン酸化膜２４２の表面電位が短時間で上昇し、通常空気中で所定の表面電位を得るのにかかる時間を１／１０（３００秒→３０秒：実験１参照）に低減することができる。
【００９２】
したがって、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置２００は、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００９３】
（第３実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第３実施形態について説明する。本実施形態では、エレクトレットフィルタのエレクトレットを製造する例を挙げる。
【００９４】
まず、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成について説明する。図８は、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置３００の筐体内部を示す図であって、筐体自体の図示は省略している。
【００９５】
図８に示すように、エレクトレットの製造装置３００は、アルゴンと空気とが混合された混合ガスをエレクトレットフィルタ３１０に向けて放出するガスノズル３０１と、メッシュ状電極３０２と、直流電源３０３と、電離放射線発生装置３０４とを備えている。
【００９６】
エレクトレットフィルタ３１０は、メッシュ状電極３０２に対向するよう配置された金属板３１１と、金属板３１１上に設けられたフィルタ材３１２とを備えている。
【００９７】
フィルタ材３１２は、例えばポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリカーボネート系、ポリ塩化ビニル系などの樹脂材料からなる繊維状あるいはメッシュ状、不織布状等に加工されたものである。本実施形態では、対向電極として、例えば開口率５０％程度のＳＵＳのメッシュ状電極３０２と、金属板３１１とを用い、金属板３１１の対向面上にフィルタ材３１２を設置する構成としている。メッシュ状電極３０２と金属板３１１との間は、直流電源３０３によって、例えば０〜１０ｋＶ程度の電位差を与えることができるようになっている。
【００９８】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法について説明する。
【００９９】
まず、メッシュ状電極３０２を用意し、筐体内部にメッシュ状電極３０２を配置して直流電源３０３と接続する。
【０１００】
続いて、メッシュ状電極３０２に対向させて、フィルタ材３１２を備えた金属板３１１を配置し、金属板３１１を接地する。
【０１０１】
さらに、電離放射線発生装置３０４から軟Ｘ線を照射し、メッシュ状電極３０２を通して、メッシュ状電極３０２と金属板３１１との間のガスをイオン化する。ガスとしては、空気にアルゴンを２０％〜９５％、好ましくは７０％〜９０％添加した混合ガスをガスノズル３０１から吹き付ける。なお、混合ガスを使用せず、アルゴンガスのみを吹き付けてもよい。
【０１０２】
次に、直流電源３０３によって、メッシュ状電極３０２と金属板３１１とに電圧を印加する。ここで、フィルタ材３１２を負に帯電させたい場合、金属板３１１がメッシュ状電極３０２に対して正の電位になるよう、直流電源３０３の極性を設定する。この状態で軟Ｘ線の照射を行うと、メッシュ状電極３０２と金属板３１１との間で、空気中の酸素等が電離してイオンが生成されるだけでなく、アルゴンが軟Ｘ線を吸収して正イオン化し、その際に放出された電子が、空気中の酸素等に作用してイオン数が増加する。この際、アルゴンイオンを含む正イオンはメッシュ状電極３０２に、負イオンは金属板３１１に引き寄せられ、金属板３１１上に設けたフィルタ材３１２は負に帯電される。
【０１０３】
以上のように、第３実施形態におけるエレクトレットの製造装置３００では、エレクトレットフィルタ３１０が、誘電体としてのフィルタ材３１２が設けられた金属板３１１を備え、別途用意したメッシュ状電極３０２と、金属板３１１との空隙を空気にアルゴンを添加した雰囲気とし、フィルタ材３１２に軟Ｘ線を照射する構成としたので、対向電極間でのイオンの生成量が増加するため、フィルタ材３１２の表面電位が短時間で上昇し、通常空気中で所定の表面電位を得るのにかかる時間を１／１０（３００秒→３０秒：実験１参照）に減らすことができる。
【０１０４】
したがって、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置３００は、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ サンプル
１１、１１１、２１１、２１２ シリコン基板
１２、１３２、２４２ シリコン酸化膜
１３、１３３、２４３ シリコン窒化膜
２１、３１１ 金属板
２２、１０８、２０６、３０４ 電離放射線発生装置
２３ グリッド電極
２４、１０７、２０５、３０３ 直流電源
２５ 筐体
２６ 注入口
３１ アルゴンボンベ（ガス発生手段）
３２、３６ バルブ
３３、３７ 流量計
３４ チューブ
３５ 空気ボンベ
１００、２００、３００ エレクトレットの製造装置
１０１ 上部室（第１室）
１０２ 下部室（第２室）
１０３ 仕切板（筐体内部分割手段）
１０４ 台座（筐体内部分割手段）
１０５、１０６、２０２〜２０４ 電極
１１０ シリコンマイク
１１２、２１３ スペーサ
１２０、２２０、２３０ 振動膜
１２１、１３１、２２１、２４１ シリコン
１２２、１３４、２２２ アルミニウム薄膜
１３０ 背面板
１３５ 音孔
２０１、３０１ ガスノズル
２１０ シリコンスピーカ
２４０ 固定基板
３０２ メッシュ状電極
３１０ エレクトレットフィルタ
３１２ フィルタ材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレットの製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘電体に半永久的に電荷を保持させた、いわゆるエレクトレットを製造するための方法として、コロナ放電法や電子ビーム法（例えば、非特許文献１〜２参照）や、軟Ｘ線照射法（例えば、特許文献１〜２参照）などが知られている。また、エレクトレットを利用し、外部から電圧を印加することなく動作させることが可能なセンサが提案されている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００３】
エレクトレットを製造するための上記方法のうち、現在では特にコロナ放電法が産業上において利用されることが多い。コロナ放電法は、電子ビーム法に比べて真空装置を用いることなく利用することができるため、設備コストを抑えてエレクトレットを製造することが可能である。
【０００４】
しかしながら、（１）大気中で行った場合、誘電体に電荷を保持させるエレクトレット化を行うために必要な電荷を発生する際に、有害なオゾンが発生する、（２）曲面状に一様なエレクトレットを製造することが難しい、（３）イオンが供給できない構造を有する素子においてはエレクトレット化できない、という課題があった。
【０００５】
そこで、特許文献１〜２に記載されているように、軟Ｘ線などの電離放射線を利用したエレクトレットの製造方法が提案されている。この電離放射線を利用したエレクトレットの製造方法を用いることによって、上記の様な課題が解決されてきたが、新たに、コロナ放電法に比べてエレクトレットの製造に要する時間が長くなるという課題が生じた。特に、エレクトレット化される誘電体が設けられた一方の電極と、他方の電極との間の距離が短くなるほど、両電極の空隙において電離放射線により生成されるイオン数が少なくなるため、この課題は顕著に現れた。その結果、エレクトレットの製造時間が長くなることにより、設備コストや生産コストが上昇するという産業上における課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１１７１７２号公報
【特許文献２】特開平０３−００６５００号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「静電気ハンドブック」静電気学会編、Ｐ１１０８、オーム社
【非特許文献２】「Electrets」G.M.Sessler編、Lapracian Press
【非特許文献３】「マイクロホンテクニカルハンドブック」高柳裕雄著、Ｐ３５、兼六館出版
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたもので、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができるエレクトレットの製造方法及びその製造装置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】
【０００９】
本発明のエレクトレットの製造方法は、互いに対向する対向電極のいずれか一方の対向面側に誘電体を配置する誘電体配置工程と、前記対向電極のいずれか一方の電極を透過する電離放射線を発生して前記誘電体に照射する電離放射線照射工程と、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを含む雰囲気に前記対向電極間を設定した状態で、前記対向電極間に直流電圧を印加し、前記電離放射線によって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させる誘電体帯電工程とを含む構成を有している。
【００１０】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造方法は、空気よりも電離放射線の透過率が低いガスを含む雰囲気に対向電極間を設定した状態で、対向電極間に直流電圧を印加し、電離放射線によって対向電極間に発生する正イオン又は負イオンにより誘電体を帯電させるので、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明のエレクトレットの製造方法は、前記ガスが、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのいずれか、又はこれらの混合ガスであるのが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明のエレクトレットの製造方法は、前記誘電体帯電工程において、前記誘電体が配置された側の電極よりも他方の電極の電位を低くし、前記負イオンにより前記誘電体を負に帯電させる構成を有している。
【００１３】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造方法は、負に帯電したエレクトレットを製造することができる。
【００１４】
さらに、本発明のエレクトレットの製造方法は、前記誘電体帯電工程において、前記誘電体が配置された側の電極よりも他方の電極の電位を高くし、前記正イオンにより前記誘電体を正に帯電させる構成を有している。
【００１５】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造方法は、正に帯電したエレクトレットを製造することができる。
【００１６】
さらに、本発明のエレクトレットの製造方法は、前記電離放射線照射工程において、前記電離放射線を発生する電離放射線発生装置から前記対向電極のうち前記電離放射線装置側の電極までの空間を、前記エネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が高いガスを含む雰囲気とする構成を有している。
【００１７】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造方法は、対向電極のうち電離放射線装置側の電極から電離放射線発生装置までの空間で電離放射線が吸収される確率を下げることができるので、より多量の電離放射線を電離放射線照射装置側の電極を透過させ、対向電極間で生成されるイオン数を増加させることができる。
【００１８】
さらに、本発明のエレクトレットの製造方法は、前記誘電体が、半導体微細加工技術によって形成されるシリコンエレクトレット素子が備える対向電極のいずれか一方の対向面側に形成されたものである構成を有している。
【００１９】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造方法は、シリコンエレクトレット素子のエレクトレットを従来よりも短時間で製造することができる。
【００２０】
さらに、本発明のエレクトレットの製造方法は、前記誘電体が、エレクトレットフィルタが備える金属板上に形成された網状のものであって、前記対向電極のいずれか一方の電極としての前記金属板と、前記誘電体配置工程において予め用意する前記対向電極の他方の電極との間で帯電されるものである構成を有している。
【００２１】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造方法は、エレクトレットフィルタのエレクトレットを従来よりも短時間で製造することができる。
【００２２】
本発明のエレクトレットの製造装置は、互いに対向する対向電極のいずれか一方の電極の対向面側に配置された誘電体に前記対向電極のいずれか一方の電極を透過して電離放射線を照射する電離放射線照射装置と、直流電圧を前記対向電極間に印加する直流電源と、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを発生するガス発生手段とを備え、前記直流電源は、前記対向電極間が前記ガスを含む雰囲気にある状態で前記電離放射線によって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させるものである構成を有している。
【００２３】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造装置は、空気よりも電離放射線の透過率が低いガスを含む雰囲気に対向電極間を設定した状態で、対向電極間に直流電圧を印加し、電離放射線によって対向電極間に発生する正イオン又は負イオンにより誘電体を帯電させるので、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明のエレクトレットの製造装置は、前記電離放射線照射装置及び前記対向電極を収容する筐体と、前記対向電極を保持し前記筐体の内部を第１室と第２室とに分割する筐体内部分割手段とを備え、前記第１室には、前記電離放射線照射装置が配置されるとともに前記電離放射線が透過する電極の対向面の裏面が露出しており、前記第２室には、前記ガスを含む雰囲気中に前記誘電体側にある電極が配置されるとともに前記電離放射線が透過する電極の対向面が露出している構成を有している。
【００２５】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造装置は、第１室及び第２室のそれぞれに別個に最適なガスを注入することにより、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００２６】
さらに、本発明のエレクトレットの製造装置は、前記第１室が、前記エネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が高いガスを含む構成を有している。
【００２７】
この構成により、本発明のエレクトレットの製造装置は、対向電極のうち電離放射線照射装置側の電極から電離放射線照射装置までの空間で電離放射線が吸収される確率を下げることができるので、より多量の電離放射線を電離放射線照射装置側の電極を透過させ、対向電極間で生成されるイオン数を増加させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができるという効果を有するエレクトレットの製造方法及びその製造装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態におけるエレクトレットの製造装置に関し、その実験装置の構成を示す図
【図２】軟Ｘ線のエネルギーが３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶの範囲における、空気及び酸素等のそれぞれの透過率を示す図
【図３】軟Ｘ線のエネルギーが３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶの範囲における、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン及び空気の透過率を示す図
【図４】サンプルの表面電位とアルゴン混合割合との関係を示す図
【図５】サンプルの表面電位と照射時間との関係を示す図
【図６】本発明の第１実施形態におけるエレクトレットの製造装置の筐体内部を示す図
【図７】本発明の第２実施形態におけるエレクトレットの製造装置の筐体内部を示す図
【図８】本発明の第３実施形態におけるエレクトレットの製造装置の筐体内部を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の発明者は、前述の課題を解決するために実験検討を重ねた結果、電離放射線を照射する際、誘電体が設けられた一方の電極と、他方の電極との間を、照射する電離放射線のエネルギー範囲において、空気に比べて透過率が低いガスを含む雰囲気にすることが課題の解決に有効であることを見出した。そこで、本発明の実施形態について説明する前に、本発明に係るエレクトレットの製造方法に関する実験について説明する。
【００３１】
図１は、実験装置の構成を示す図である。図２は、電離放射線として軟Ｘ線を用いた場合、軟Ｘ線のエネルギーが３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶの範囲における標準空気（以下「空気」という。）及び空気を構成する酸素等の透過率を示す図である。また、図３は、前述のエネルギー範囲において、空気よりも軟Ｘ線の透過率が低いネオンやアルゴン、クリプトン、キセノンの透過率、及び空気よりも軟Ｘ線の透過率が高いヘリウムの透過率を示す図である。
【００３２】
後述するように、実験結果によれば、電離放射線の照射により、空気のみの雰囲気中よりも、希ガスを含む雰囲気中の方が、生成される総イオン数が増えるため、短時間でエレクトレットを製造することが可能になることが分かった。これは、（１）希ガスは空気中の酸素等に比べて軟Ｘ線の吸収率が大きいため、イオン化する確率が高い、（２）希ガスが軟Ｘ線を吸収して正イオン化するため、希ガス分子から放出された電子が空気中の酸素等に作用し、空気中の酸素等から生成される正負両極性のイオン数も増やす、などの理由があるためであると考えられる。
【００３３】
また、希ガスを用いるため、腐食や有害ガスの発生の問題もない。また、希ガスから生成された正イオンを利用して電荷蓄積することができることも分かった。これにより、前述のように空気中の酸素等に作用してイオン数を増やすだけではなく、希ガスから生成される正イオン自身が誘電体の帯電に寄与するため、通常空気中では得ることが難しい表面電位の大きなエレクトレットを製造することが可能になる。
【００３４】
以下、図１に示した構成図に基づき、実験内容について具体的に説明する。
【００３５】
まず、シリコン基板１１上にシリコン酸化膜１２及びシリコン窒化膜１３を順次積層したサンプル１０を用意した。サンプル１０の表面電位を予め測定し、表面電位が０Ｖであることを確認した。
【００３６】
次に、密閉した筐体２５内において、サンプル１０を金属板２１の上に載せ、その上にＳＵＳ製のメッシユ状のグリッド電極２３を、サンプル１０に触れないように間隔をおいて配置した。ここで、グリッド電極２３からサンプル１０の表面までの距離は２．５ｍｍとした。
【００３７】
次に、外部に設けた直流電源２４をグリッド電極２３に接続した（極性は後述）。金属板２１はアース電位とした。グリッド電極２３の上方に３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶのエネルギーを有する軟Ｘ線を発生する電離放射線発生装置２２を配置した。ここで、電離放射線発生装置２２からサンプル１０の表面までの距離は１５ｍｍとした。また、筐体２５には、バルブ３２、流量計３３及びチューブ３４を介してアルゴンボンベ３１を接続し、バルブ３６、流量計３７及びチューブ３４を介して空気ボンベ３５を接続した。なお、アルゴンボンベ３１は、本発明に係るガス発生手段を構成する。
【００３８】
前述の構成において、流量計３３、３７及びバルブ３２、３６を用いてアルゴンガスと空気とを所定の割合で混合して、この混合ガスを筐体２５の注入口２６から注入し、筐体２５の内部の気体が十分に置換されるのに必要な時間を経た後、直流電源２４によりグリッド電極２３に所定の電圧を印加した。その後、サンプル１０に軟Ｘ線を照射し、一定の時間経過後に照射を停止した。そして、直流電源２４による電圧印加を停止して筐体２５からサンプル１０を取り出し、エレクトレット化されたサンプル１０の表面電位を測定した。
【００３９】
（実験１）
この実験１は、グリッド電極２３の電位を−５０Ｖとして、サンプル１０に軟Ｘ線を照射する実験である。具体的には、軟Ｘ線をサンプル１０に３０秒間照射し、アルゴンガスと空気との混合割合が、サンプル１０の表面電位にどの程度影響を及ぼすかについて調べた実験である。その結果を図４に示す。
【００４０】
図４に示した結果によると、アルゴンガスを空気に添加していない場合、サンプル１０の表面電位は０Ｖから−１７Ｖに変化したに過ぎなかった。ところが、サンプル１０の表面電位は、アルゴンガスの割合を増やすにつれて負方向に上昇し、アルゴンガスを８０％まで増やした時に最も負方向に上昇し、−３１Ｖになった。これは印加した電圧の３／５に相当する。その後、サンプル１０の表面電位は、アルゴンガスを９９．５％まで増やすと、逆に−２１Ｖになった。
【００４１】
一方、アルゴンガスを添加せず、空気中で軟Ｘ線をサンプル１０に照射した場合において、アルゴンガスを空気に８０％添加した条件と同じく−３１Ｖの表面電位を得るためには、図５に示すように、３００秒程度の時間を要することが分かった。
【００４２】
以上の結果より、軟Ｘ線を利用したエレクトレットの製造方法において、アルゴンガスを含む雰囲気中に誘電体を配置することにより、誘電体の電荷量を増加させるのに要する時間を大幅に短縮できることが分かった。
【００４３】
（実験２）
この実験２は、グリッド電極２３の電位を＋５０Ｖとして、実験１と同様に、サンプル１０に軟Ｘ線を照射する実験である。
【００４４】
この実験の結果、アルゴンを空気に添加していない場合、軟Ｘ線を照射しても、表面電位は＋７Ｖまでしか上昇しなかった。一方、アルゴンガスの割合を９９．５％にまで増やすと、表面電位は＋４０Ｖまで上昇することが分かった。この結果は、印加した電圧の４／５に相当し、空気中で得られる限界値である３／５よりも大きいことを示している。
【００４５】
他方、前述の実験１の結果（図４、５）からは、アルゴンの添加に関わらず、メッシュグリッドの電位を−５０Ｖとした場合には、サンプル１０の表面電位は、−３１Ｖ程度で飽和してそれ以上負方向に上昇しないことが分かった。
【００４６】
これに対し、本実験２の結果によれば、グリッド電極２３の電位を＋５０Ｖとし、アルゴンの混合割合を増やしていくと、空気中で得られる限界値である３／５を超えた表面電位が得られることが分かった。これは、空気中の各成分から生成された正イオンの他に、多量に生成されたアルゴンイオン（正イオン）が誘電体への電荷の注入に寄与しているためと考えられる。このため、軟Ｘ線を利用したエレクトレットの製造方法において、誘電体が設けられた一方の電極と、他方の電極との間に印加する電圧を大きく増加させることなく、両電極間をアルゴンガスが含まれた雰囲気にすることにより、空気中において得られる表面電位よりも大きな表面電位が得られることが分かった。
【００４７】
また、従来、例えばシリコンマイクにおいて、エレクトレットの所望の電圧を１とすると、１を大きく超える電圧をグリッドの役目をする振動電極と、固定電極との間に印加する必要があった。具体的には、１の電圧を得ようとすると５／３程度の印加電圧が必要であった。しかも、一定以上の電圧を印加すると振動電極と固定電極とが静電引力によって吸着し、場合によっては振動電極が破壊に至るため、エレクトレットの製造時に高い電圧を印加できず、所望の表面電位が得られなかった。これに対し、本実験２の結果は、本発明に係るエレクトレットの製造方法が、これらの問題を解決できることを示している。
【００４８】
（第１実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第１実施形態について説明する。本実施形態では、半導体微細加工技術によって形成され互いに対向する対向電極を備えたシリコンエレクトレット素子のうち、エレクトレットコンデンサシリコンマイクロホン（以下、単に「シリコンマイク」という。）のエレクトレットを製造する例を挙げる。そして、シリコンマイクに設けた誘電体膜を負に帯電させる場合について説明する。
【００４９】
まず、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成について説明する。図６は、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置１００の筐体内部を示す図であって、筐体自体の図示は省略している。
【００５０】
図６に示すように、エレクトレットの製造装置１００は、筐体の内部が上下に分割された構成を有し、筐体の上部に位置する上部室１０１と、筐体の下部に位置する下部室１０２と、上部室１０１と下部室１０２とを仕切る仕切板１０３とを備えている。なお、上部室１０１及び下部室１０２は、それぞれ、本発明に係る第１室及び第２室を構成する。また、仕切板１０３は、本発明に係る筐体内部分割手段を構成する。
【００５１】
また、エレクトレットの製造装置１００は、シリコンマイク１１０を保持する台座１０４と、台座１０４の上部室１０１側の面上に設けられた電極１０５と、台座１０４の下部室１０２側の面上に設けられた電極１０６と、電極１０５と１０６との間に直流電圧を印加する直流電源１０７と、電離放射線を発生する電離放射線発生装置１０８とを備えている。なお、台座１０４は、本発明に係る筐体内部分割手段を構成する。
【００５２】
シリコンマイク１１０は、振動膜１２０が形成されたシリコン基板１１１と、音孔１３５が形成された背面板１３０とが対向した構造を有している。以下、振動膜１２０及び背面板１３０が互いに対向するそれぞれの面を「対向面」という。
【００５３】
振動膜１２０は、２０００ｎｍ程度の厚みを有しており、振動膜１２０と背面板１３０との間は、絶縁体のスペーサ１１２を挟むことにより１００００ｎｍ以上の間隙を有している。
【００５４】
また、振動膜１２０は、拡大図に示すように、シリコン１２１と、シリコン１２１の外側の面（対向面の裏面）上に形成された電極としてのアルミニウム薄膜１２２とを備えている。このアルミニウム薄膜１２２の膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。
【００５５】
背面板１３０は、拡大図に示すように、シリコン１３１と、シリコン１３１の対向面側に設けた誘電体としてのシリコン酸化膜１３２と、その上面に設けた防湿膜としてのシリコン窒化膜１３３とを備えている。また、シリコン１３１の対向面の裏面には電極としてのアルミニウム薄膜１３４が形成されている。ここで、各膜厚としては、例えば、シリコン酸化膜は１０００ｎｍ、シリコン窒化膜は２００ｎｍ、アルミニウム薄膜１３４は５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。
【００５６】
上部室１０１には、電離放射線発生装置１０８が配置されるとともに、電離放射線発生装置１０８から出射した電離放射線が透過する振動膜１２０の対向面の裏面、すなわちアルミニウム薄膜１２２の表面が露出している。
【００５７】
下部室１０２には、振動膜１２０の対向面が露出し、誘電体であるシリコン酸化膜１３２を備えた背面板１３０が配置されている。
【００５８】
上部室１０１及び下部室１０２は、それぞれ別個に任意のガスを注入することができるようになっている。
【００５９】
具体的には、上部室１０１には、電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも電離放射線の透過率が高いガス、例えばヘリウムガスを注入するのが好ましい。この構成により、電離放射線発生装置１０８から振動膜１２０までの空間で電離放射線が吸収される確率を下げることができるので、より多量の電離放射線が振動膜１２０を通過し、振動膜１２０と背面板１３０との間で生成されるイオン数を増加させることができる。なお、上部室１０１に空気のみを満たす構成であってもよい。
【００６０】
一方、下部室１０２には、空気にアルゴンを２０％〜９５％、好ましくは７０％〜９０％添加したガスを満たす。この際、簡便のため、密閉された筐体を用いず、ガスノズルを背面板１３０の直下に設置し、音孔１３５を通して空気及びアルゴンガスの混合ガスを振動膜１２０と背面板１３０との間の空隙に吹き付ける構成としてもよい。また、ガスノズルをシリコンマイク１１０の側面に設置し、振動膜１２０と背面板１３０との間の空隙に吹き付ける構成とすることもできる。なお、下部室１０２をアルゴンガス１００％とする構成であってもよい。
【００６１】
台座１０４の外周は仕切板１０３と結合され、台座１０４の内側には段差部のある貫通孔が形成されている。台座１０４は絶縁体で構成され、シリコンマイク１１０は、台座１０４の段差部に振動膜１２０側が電離放射線発生装置１０８側になるようセットされる。台座１０４にシリコンマイク１１０がセットされると、振動膜１２０を境に上部室１０１と下部室１０２とが分離されるとともに、振動膜１２０のアルミニウム薄膜１２２と電極１０５、背面板１３０のアルミニウム薄膜１３４と電極１０６とがそれぞれ電気的に接続されるようになっている。
【００６２】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法について説明する。
【００６３】
まず、シリコン酸化膜１３２が帯電していないシリコンマイク１１０を、台座１０４の段差部にセットする。その際、台座１０４の上下に設けた電極１０５及び１０６に、それぞれ、アルミニウム薄膜１２２及び１３４を電気的に接続する。この工程は、互いに対向する対向電極としてのアルミニウム薄膜１２２及び１３４のうち、アルミニウム薄膜１３４側に誘電体であるシリコン酸化膜１３２を配置する工程である（誘電体配置工程）。
【００６４】
続いて、筐体の上部室１０１にヘリウムガスを図示しない注入口から注入する。また、筐体の下部室１０２に、アルゴンガスを空気に添加した混合ガスを図示しない注入口から注入する。
【００６５】
次に、電離放射線発生装置１０８からシリコンマイク１１０に向けて軟Ｘ線を照射する（電離放射線照射工程）。照射した軟Ｘ線は、アルミニウム薄膜１２２を含む振動膜１２０を透過する。ここで、シリコン製の振動膜１２０の膜厚を２０００ｎｍとすると、例えばエネルギーが６．５ｋｅＶの軟Ｘ線の透過率は、およそ９５％である。振動膜１２０を透過した軟Ｘ線は、振動膜１２０と背面板１３０との間の混合ガスをイオン化する。
【００６６】
次に、直流電源１０７によって、アルミニウム薄膜１２２及び１３４に電圧を印加する。ここで、シリコン酸化膜１３２を負に帯電させる場合、アルミニウム薄膜１３４（背面板１３０側電極）がアルミニウム薄膜１２２（振動膜１２０側電極）に対して正の電位になるよう、直流電源１０７の極性を設定する。この状態で電離放射線の照射を行うと、振動膜１２０と背面板１３０との間で、空気中の酸素等が電離してイオンが生成されるだけでなく、アルゴンが電離放射線を吸収して正イオン化し、その際に放出された電子が、空気中の酸素等に作用してイオン数が増加する。この際、アルゴンイオンを含む正イオンは振動膜１２０に、負イオンは背面板１３０に引き寄せられ、背面板１３０に設けたシリコン酸化膜１３２は負に帯電される（誘電体帯電工程）。
【００６７】
以上のように、第１実施形態におけるエレクトレットの製造装置１００では、振動膜１２０と背面板１３０との対向電極間の空隙を下部室１０２に配置し、下部室１０２はアルゴンガスを空気に添加した雰囲気とし、誘電体であるシリコン酸化膜１３２に軟Ｘ線を照射する構成としたので、対向電極間でのイオンの生成量が増加するため、背面板１３０上に設けたシリコン酸化膜１３２の表面電位が短時間で上昇し、通常の空気中で所定の表面電位を得るのに要する時間を１／１０（３００秒→３０秒：実験１参照）に短縮することができる。
【００６８】
したがって、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置１００は、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００６９】
また、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置１００は、希ガスを用いるため、腐食や有害ガスの発生の問題もない。
【００７０】
なお、前述の実施形態において、振動膜１２０と背面板１３０との対向電極間の空隙を、アルゴンガスを空気に添加した雰囲気とした例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、対向電極間の空隙が、空気に比べて透過率が低いガスを含む雰囲気であってもよいし、空気にＣＯ２を混合させたものでもよい。
【００７１】
また、前述の実施形態のように、誘電体を負に帯電させる場合は、電離放射線を照射したときに、空気中よりも多くの負イオンが生成されるガスを用いるのが好ましい。負イオンが生成されやすいガスとしては、例えば、塩素系やフッ素系のガスが挙げられる。ただし、塩素系やフッ素系のガスを用いる場合は、これらのガスに耐性のある材料で誘電体等を構成するのが好ましい。
【００７２】
また、前述の実施形態において、電離放射線として軟Ｘ線を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｘ線やγ線等を用いても同様の効果が得られる。
【００７３】
また、前述の実施形態において、誘電体としてのシリコン酸化膜１３２を背面板１３０に設けた例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、誘電体を振動膜１２０側に設ける構成としても同様の効果が得られる。
【００７４】
（第１実施形態の他の態様）
前述の説明では、誘電体としてのシリコン酸化膜１３２を負に帯電させる場合について説明した。以下、第１実施形態の他の態様として、シリコン酸化膜１３２を正に帯電させる場合について説明する。この態様では、下部室１０２の雰囲気が前述の構成と異なっており、その他の構成は同様である。したがって、前述の説明と重複する説明は省略する。
【００７５】
まず、本態様のエレクトレットの製造装置における下部室１０２に、空気にアルゴンを５０％以上、好ましくは９９％以上添加した混合ガスを満たす。なお、下部室１０２をアルゴンガス１００％とする構成であってもよい。
【００７６】
次に、直流電源１０７によって、アルミニウム薄膜１２２及び１３４に電圧を印加する。ここで、シリコン酸化膜１３２を正に帯電させる場合、アルミニウム薄膜１３４（背面板１３０側電極）がアルミニウム薄膜１２２（振動膜１２０側電極）に対して負の電位になるよう、直流電源１０７の極性を設定する。この状態で電離放射線の照射を行うと、振動膜１２０と背面板１３０との間で、空気中の酸素等が電離してイオンが生成されるだけでなく、アルゴンが電離放射線を吸収して正イオン化し、その際に放出された電子が、空気中の酸素等に作用してイオン数が増加する。この際、負イオンは振動膜１２０側に、アルゴンイオンを含む正イオンは背面板１３０側に引き寄せられ、背面板１３０に設けたシリコン酸化膜１３２は正に帯電される（誘電体帯電工程）。
【００７７】
以上のように、第１実施形態の他の態様におけるエレクトレットの製造装置では、第１実施形態における効果に加えて、シリコン酸化膜１３２を正に帯電させる構成において、アルゴンガスを含む雰囲気にシリコン酸化膜１３２を配置することによりシリコン酸化膜１３２の表面電位の上昇にアルゴンイオンが大きく寄与するため、通常空気中で得られる表面電位よりも２５％大きい表面電位（３２／５０→４０／５０：実験２参照）を得ることができる。
【００７８】
（第２実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第２実施形態について説明する。本実施形態では、半導体微細加工技術によって形成され互いに対向する対向電極を備えたシリコンエレクトレット素子のうち、エレクトレットコンデンサシリコンスピーカ（以下、単に「シリコンスピーカ」という。）のエレクトレットを製造する例を挙げる。
【００７９】
まず、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成について説明する。図７は、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置２００の筐体内部を示す図であって、筐体自体の図示は省略している。
【００８０】
図７に示すように、エレクトレットの製造装置２００は、アルゴンと空気とが混合された混合ガスを放出するガスノズル２０１と、電極２０２〜２０４と、直流電源２０５と、電離放射線発生装置２０６とを備えている。
【００８１】
シリコンスピーカ２１０は、振動膜２２０及び２３０がそれぞれ形成された２つのシリコン基板２１１及び２１２と、それらに挟まれるように形成された固定基板２４０とを貼り合わせた構造を有している。振動膜２２０及び２３０は、例えば２０００ｎｍ程度の厚みを有しており、振動膜２２０及び２３０のそれぞれと固定基板２４０との間は、絶縁体のスペーサ２１３を挟むことにより１００００ｎｍ以上の間隙を有している。固定基板２４０は厚さ５０μｍ程度のシリコンで構成され、例えば０．１Ωｃｍ以下の抵抗率を有している。
【００８２】
振動膜２２０は、拡大図に示すように、シリコン２２１と、シリコン２２１の外側の面（対向面の裏面）上に形成された電極としてのアルミニウム薄膜２２２とを備えている。このアルミニウム薄膜２２２の膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。なお、図示を省略したが、振動膜２３０の構成も振動膜２２０と同様であり、固定基板２４０に対して対称にアルミニウム薄膜が形成されている。
【００８３】
また、固定基板２４０は、拡大図に示すように、シリコン２４１と、シリコン２４１の両面側（振動膜２２０、２３０の各対向面側）に形成された誘電体としてのシリコン酸化膜２４２と、その上面に形成された防湿膜としてのシリコン窒化膜２４３とを備えている。ここで、各膜厚としては、例えば、シリコン酸化膜２４２は１０００ｎｍ、シリコン窒化膜２４３は２００ｎｍ程度である。
【００８４】
電極２０２及び２０３は、それぞれ、振動膜２２０及び２３０の電極に接続されるようになっている。また、電極２０４は、固定基板２４０のシリコン２４１に接続されるようになっている。
【００８５】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法について説明する。
【００８６】
まず、シリコン酸化膜２４２が帯電していないシリコンスピーカ２１０を筐体内の所定治具（図示省略）にセットし、電極２０２〜２０４を介して振動膜２２０及び２３０と固定基板２４０とを直流電源２０５に接続する。
【００８７】
また、振動膜２２０及び２３０と固定基板２４０との空隙には、空気にアルゴンガスを２０％〜９５％、好ましくは７０％〜９０％添加した混合ガスを、シリコンスピーカ２１０の側面に設置したガスノズル２０１により吹き付ける。なお、混合ガスを使用せず、アルゴンガスのみを吹き付けてもよい。
【００８８】
次に、電離放射線発生装置２０６からシリコンスピーカ２１０に向けて軟Ｘ線を照射し、振動膜２２０及び２３０と固定基板２４０との間の混合ガスをイオン化する。このとき、振動膜２２０及び固定基板２４０は薄いため、軟Ｘ線が透過する。
【００８９】
ここで、シリコン製の振動膜２２０の膜厚を２０００ｎｍとすると、例えばエネルギーが６．５ｋｅＶの軟Ｘ線の透過率は、およそ９５％である。また、シリコン製の固定基板２４０の厚さを５０μｍとすると、６．５ｋｅＶの軟Ｘ線の透過率は、およそ２７％である。透過した軟Ｘ線は、振動膜２２０及び２３０と固定基板２４０との間のガスをイオン化する。なお、必要であれば、電離放射線発生装置２０６をもう一台用意し、振動膜２３０側から軟Ｘ線を照射する構成としても構わない。これにより、一方向から軟Ｘ線を照射した場合に、固定基板２４０による電離放射線の減衰によって２つの対向電極間で生成イオン数が非対称となることを防ぐことができ、固定基板２４０の両面間における表面電位の偏りを防ぐことができる。
【００９０】
次に、直流電源２０５によって、各電極に電圧を印加する。ここで、シリコン酸化膜２４２を負に帯電させる場合、固定基板２４０の電極が振動膜２２０及び２３０の電極に対して正の電位になるよう、直流電源２０５の極性を設定する。この状態で電離放射線の照射を行うと、振動膜２２０及び２３０と固定基板２４０との間で、空気中の酸素等が電離してイオンが生成されるだけでなく、アルゴンが電離放射線を吸収して正イオン化し、その際に放出された電子が、空気中の酸素等に作用してイオン数が増加する。この際、アルゴンイオンを含む正イオンは振動膜２２０及び２３０側に、負イオンは固定基板２４０側に引き寄せられ、固定基板２４０に設けたシリコン酸化膜２４２は負に帯電される。
【００９１】
以上のように、第２実施形態におけるエレクトレットの製造装置２００では、シリコンスピーカ２１０において、誘電体としてのシリコン酸化膜２４２が両面に形成された固定基板２４０と、振動膜２２０及び２３０とを備え、振動膜２２０及び２３０と固定基板２４０との空隙を空気にアルゴンを添加した雰囲気とし、シリコン酸化膜２４２に軟Ｘ線を照射する構成としたので、対向電極間でのイオンの生成量が増加するため、シリコン酸化膜２４２の表面電位が短時間で上昇し、通常空気中で所定の表面電位を得るのにかかる時間を１／１０（３００秒→３０秒：実験１参照）に低減することができる。
【００９２】
したがって、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置２００は、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００９３】
（第３実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第３実施形態について説明する。本実施形態では、エレクトレットフィルタのエレクトレットを製造する例を挙げる。
【００９４】
まず、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成について説明する。図８は、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置３００の筐体内部を示す図であって、筐体自体の図示は省略している。
【００９５】
図８に示すように、エレクトレットの製造装置３００は、アルゴンと空気とが混合された混合ガスをエレクトレットフィルタ３１０に向けて放出するガスノズル３０１と、メッシュ状電極３０２と、直流電源３０３と、電離放射線発生装置３０４とを備えている。
【００９６】
エレクトレットフィルタ３１０は、メッシュ状電極３０２に対向するよう配置された金属板３１１と、金属板３１１上に設けられたフィルタ材３１２とを備えている。
【００９７】
フィルタ材３１２は、例えばポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリカーボネート系、ポリ塩化ビニル系などの樹脂材料からなる繊維状あるいはメッシュ状、不織布状等に加工されたものである。本実施形態では、対向電極として、例えば開口率５０％程度のＳＵＳのメッシュ状電極３０２と、金属板３１１とを用い、金属板３１１の対向面上にフィルタ材３１２を設置する構成としている。メッシュ状電極３０２と金属板３１１との間は、直流電源３０３によって、例えば０〜１０ｋＶ程度の電位差を与えることができるようになっている。
【００９８】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法について説明する。
【００９９】
まず、メッシュ状電極３０２を用意し、筐体内部にメッシュ状電極３０２を配置して直流電源３０３と接続する。
【０１００】
続いて、メッシュ状電極３０２に対向させて、フィルタ材３１２を備えた金属板３１１を配置し、金属板３１１を接地する。
【０１０１】
さらに、電離放射線発生装置３０４から軟Ｘ線を照射し、メッシュ状電極３０２を通して、メッシュ状電極３０２と金属板３１１との間のガスをイオン化する。ガスとしては、空気にアルゴンを２０％〜９５％、好ましくは７０％〜９０％添加した混合ガスをガスノズル３０１から吹き付ける。なお、混合ガスを使用せず、アルゴンガスのみを吹き付けてもよい。
【０１０２】
次に、直流電源３０３によって、メッシュ状電極３０２と金属板３１１とに電圧を印加する。ここで、フィルタ材３１２を負に帯電させたい場合、金属板３１１がメッシュ状電極３０２に対して正の電位になるよう、直流電源３０３の極性を設定する。この状態で軟Ｘ線の照射を行うと、メッシュ状電極３０２と金属板３１１との間で、空気中の酸素等が電離してイオンが生成されるだけでなく、アルゴンが軟Ｘ線を吸収して正イオン化し、その際に放出された電子が、空気中の酸素等に作用してイオン数が増加する。この際、アルゴンイオンを含む正イオンはメッシュ状電極３０２に、負イオンは金属板３１１に引き寄せられ、金属板３１１上に設けたフィルタ材３１２は負に帯電される。
【０１０３】
以上のように、第３実施形態におけるエレクトレットの製造装置３００では、エレクトレットフィルタ３１０が、誘電体としてのフィルタ材３１２が設けられた金属板３１１を備え、別途用意したメッシュ状電極３０２と、金属板３１１との空隙を空気にアルゴンを添加した雰囲気とし、フィルタ材３１２に軟Ｘ線を照射する構成としたので、対向電極間でのイオンの生成量が増加するため、フィルタ材３１２の表面電位が短時間で上昇し、通常空気中で所定の表面電位を得るのにかかる時間を１／１０（３００秒→３０秒：実験１参照）に減らすことができる。
【０１０４】
したがって、本実施形態におけるエレクトレットの製造装置３００は、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ サンプル
１１、１１１、２１１、２１２ シリコン基板
１２、１３２、２４２ シリコン酸化膜
１３、１３３、２４３ シリコン窒化膜
２１、３１１ 金属板
２２、１０８、２０６、３０４ 電離放射線発生装置
２３ グリッド電極
２４、１０７、２０５、３０３ 直流電源
２５ 筐体
２６ 注入口
３１ アルゴンボンベ（ガス発生手段）
３２、３６ バルブ
３３、３７ 流量計
３４ チューブ
３５ 空気ボンベ
１００、２００、３００ エレクトレットの製造装置
１０１ 上部室（第１室）
１０２ 下部室（第２室）
１０３ 仕切板（筐体内部分割手段）
１０４ 台座（筐体内部分割手段）
１０５、１０６、２０２〜２０４ 電極
１１０ シリコンマイク
１１２、２１３ スペーサ
１２０、２２０、２３０ 振動膜
１２１、１３１、２２１、２４１ シリコン
１２２、１３４、２２２ アルミニウム薄膜
１３０ 背面板
１３５ 音孔
２０１、３０１ ガスノズル
２１０ シリコンスピーカ
２４０ 固定基板
３０２ メッシュ状電極
３１０ エレクトレットフィルタ
３１２ フィルタ材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する対向電極のいずれか一方の対向面側に誘電体を配置する誘電体配置工程と、前記対向電極のいずれか一方の電極を透過する電離放射線を発生して前記誘電体に照射する電離放射線照射工程と、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを含む雰囲気に前記対向電極間を設定した状態で、前記対向電極間に直流電圧を印加し、前記電離放射線によって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させる誘電体帯電工程とを含むことを特徴とするエレクトレットの製造方法。
【請求項２】
前記ガスは、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのいずれか、又はこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレットの製造方法。
【請求項３】
前記誘電体帯電工程において、前記誘電体が配置された側の電極よりも他方の電極の電位を低くし、前記負イオンにより前記誘電体を負に帯電させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレクトレットの製造方法。
【請求項４】
前記誘電体帯電工程において、前記誘電体が配置された側の電極よりも他方の電極の電位を高くし、前記正イオンにより前記誘電体を正に帯電させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレクトレットの製造方法。
【請求項５】
前記電離放射線照射工程において、前記電離放射線を発生する電離放射線発生装置から前記対向電極のうち前記電離放射線装置側の電極までの空間を、前記エネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が高いガスを含む雰囲気とすることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のエレクトレットの製造方法。
【請求項６】
前記誘電体は、半導体微細加工技術によって形成されるシリコンエレクトレット素子が備える対向電極のいずれか一方の対向面側に形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のエレクトレットの製造方法。
【請求項７】
前記誘電体は、エレクトレットフィルタが備える金属板上に形成された網状のものであって、前記対向電極のいずれか一方の電極としての前記金属板と、前記誘電体配置工程において予め用意する前記対向電極の他方の電極との間で帯電されるものであることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のエレクトレットの製造方法。
【請求項８】
互いに対向する対向電極のいずれか一方の電極の対向面側に配置された誘電体に前記対向電極のいずれか一方の電極を透過して電離放射線を照射する電離放射線照射装置と、直流電圧を前記対向電極間に印加する直流電源と、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを発生するガス発生手段とを備え、
前記直流電源は、前記対向電極間が前記ガスを含む雰囲気にある状態で前記電離放射線によって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させるものであることを特徴とするエレクトレットの製造装置。
【請求項９】
前記電離放射線照射装置及び前記対向電極を収容する筐体と、前記対向電極を保持し前記筐体の内部を第１室と第２室とに分割する筐体内部分割手段とを備え、
前記第１室には、前記電離放射線照射装置が配置されるとともに前記電離放射線が透過する電極の対向面の裏面が露出しており、
前記第２室には、前記ガスを含む雰囲気中に前記誘電体側にある電極が配置されるとともに前記電離放射線が透過する電極の対向面が露出していることを特徴とする請求項８に記載のエレクトレットの製造装置。
【請求項１０】
前記第１室は、前記エネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が高いガスを含むことを特徴とする請求項９に記載のエレクトレットの製造装置。
【請求項１】
互いに対向する対向電極のいずれか一方の対向面側に誘電体を配置する誘電体配置工程と、前記対向電極のいずれか一方の電極を透過する電離放射線を発生して前記誘電体に照射する電離放射線照射工程と、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを含む雰囲気に前記対向電極間を設定した状態で、前記対向電極間に直流電圧を印加し、前記電離放射線によって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させる誘電体帯電工程とを含むことを特徴とするエレクトレットの製造方法。
【請求項２】
前記ガスは、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのいずれか、又はこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレットの製造方法。
【請求項３】
前記誘電体帯電工程において、前記誘電体が配置された側の電極よりも他方の電極の電位を低くし、前記負イオンにより前記誘電体を負に帯電させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレクトレットの製造方法。
【請求項４】
前記誘電体帯電工程において、前記誘電体が配置された側の電極よりも他方の電極の電位を高くし、前記正イオンにより前記誘電体を正に帯電させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレクトレットの製造方法。
【請求項５】
前記電離放射線照射工程において、前記電離放射線を発生する電離放射線発生装置から前記対向電極のうち前記電離放射線装置側の電極までの空間を、前記エネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が高いガスを含む雰囲気とすることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のエレクトレットの製造方法。
【請求項６】
前記誘電体は、半導体微細加工技術によって形成されるシリコンエレクトレット素子が備える対向電極のいずれか一方の対向面側に形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のエレクトレットの製造方法。
【請求項７】
前記誘電体は、エレクトレットフィルタが備える金属板上に形成された網状のものであって、前記対向電極のいずれか一方の電極としての前記金属板と、前記誘電体配置工程において予め用意する前記対向電極の他方の電極との間で帯電されるものであることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のエレクトレットの製造方法。
【請求項８】
互いに対向する対向電極のいずれか一方の電極の対向面側に配置された誘電体に前記対向電極のいずれか一方の電極を透過して電離放射線を照射する電離放射線照射装置と、直流電圧を前記対向電極間に印加する直流電源と、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを発生するガス発生手段とを備え、
前記直流電源は、前記対向電極間が前記ガスを含む雰囲気にある状態で前記電離放射線によって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させるものであることを特徴とするエレクトレットの製造装置。
【請求項９】
前記電離放射線照射装置及び前記対向電極を収容する筐体と、前記対向電極を保持し前記筐体の内部を第１室と第２室とに分割する筐体内部分割手段とを備え、
前記第１室には、前記電離放射線照射装置が配置されるとともに前記電離放射線が透過する電極の対向面の裏面が露出しており、
前記第２室には、前記ガスを含む雰囲気中に前記誘電体側にある電極が配置されるとともに前記電離放射線が透過する電極の対向面が露出していることを特徴とする請求項８に記載のエレクトレットの製造装置。
【請求項１０】
前記第１室は、前記エネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が高いガスを含むことを特徴とする請求項９に記載のエレクトレットの製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２６７８８４（Ｐ２０１０−２６７８８４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１９２１７（Ｐ２００９−１１９２１７）
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００１１５６３６）リオン株式会社 (128)
【出願人】（０００１７３７２８）財団法人小林理学研究所 (15)
【出願人】（５９１０５３９２６）財団法人エヌエイチケイエンジニアリングサービス (169)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００１１５６３６）リオン株式会社 (128)
【出願人】（０００１７３７２８）財団法人小林理学研究所 (15)
【出願人】（５９１０５３９２６）財団法人エヌエイチケイエンジニアリングサービス (169)
【Ｆターム（参考）】
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