非対称薄膜ｃＭＵＴ素子及び製作方法
【課題】 非対称薄膜容量性微小機械加工超音波変換器（ｃＭＵＴ）及びｃＭＵＴ撮像アレイの製作に関する技術を提供する。
【解決手段】 非対称薄膜容量性微細機械加工超音波変換器（ｃＭＵＴ）素子及び製作方法。好ましい実施形態では、本発明によるｃＭＵＴ素子は、一般的に非対称特性を有する薄膜を含む。薄膜は、その端部が異なる幅を有するようにその長さにわたって変動する幅を有することができる。非対称薄膜は、その様々な幅寸法のために様々な撓み特性を有することができる。別の好ましい実施形態では、本発明によるｃＭＵＴ素子は、一般的に非対称特性を有する電極要素を含む。電極要素は、その端部が異なる幅を有するようにその長さにわたって変動する幅を有することができる。非対称電極要素は、その様々な幅寸法のために異なる受信及び送信特性を有することができる。別の好ましい実施形態では、薄膜に沿って位置決めされた質量負荷が、薄膜の質量分布を変更することができる。また、他の実施形態も特許請求して説明する。
【解決手段】 非対称薄膜容量性微細機械加工超音波変換器（ｃＭＵＴ）素子及び製作方法。好ましい実施形態では、本発明によるｃＭＵＴ素子は、一般的に非対称特性を有する薄膜を含む。薄膜は、その端部が異なる幅を有するようにその長さにわたって変動する幅を有することができる。非対称薄膜は、その様々な幅寸法のために様々な撓み特性を有することができる。別の好ましい実施形態では、本発明によるｃＭＵＴ素子は、一般的に非対称特性を有する電極要素を含む。電極要素は、その端部が異なる幅を有するようにその長さにわたって変動する幅を有することができる。非対称電極要素は、その様々な幅寸法のために異なる受信及び送信特性を有することができる。別の好ましい実施形態では、薄膜に沿って位置決めされた質量負荷が、薄膜の質量分布を変更することができる。また、他の実施形態も特許請求して説明する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にチップの製作に関し、より詳細には、非対称薄膜容量性微小機械加工超音波変換器（ｃＭＵＴ）及びｃＭＵＴ撮像アレイの製作に関する。
関連出願への相互参照及び優先権請求
本出願は、２００４年３月１１日出願の米国特許仮出願出願番号第６０／５５２，０８２号の恩典を請求するものである。本出願はまた、共に２００５年２月２８日出願で「高調波ＣＭＵＴ素子及び製作方法」という名称であり、かつ共に２００４年２月２７日出願の米国特許仮出願出願番号第６０／５４８，１９２号の恩典を主張する、米国特許出願出願番号第１１／・・・、・・・号及びＰＣＴ特許出願出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００５／・・・・・・に対する優先権を主張し、かつそれらの一部継続出願であり、本出願はまた、共に２００５年２月２８日出願で「多要素電極ＣＭＵＴ素子及び製作方法」という名称であり、かつ共に２００４年２月２７日出願の米国特許仮出願第６０／５４８，１９３号及び２００４年９月１６日出願の米国特許仮出願第６０／６１１，０４９号の恩典を主張する、米国特許出願出願番号第１１／・・・、・・・号及びＰＣＴ特許出願出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００５／・・・・・・に対する優先権を主張し、かつそれらの一部継続出願であり、本出願はまた、共に２００５年２月７日出願で「ＣＭＵＴ素子及び製作方法」という名称であり、かつ共に２００４年２月６日出願の米国特許仮出願第６０／５４２，３７８号の恩典を主張する、米国特許出願第１１／０５３，６７２号及びＰＣＴ特許出願出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００３８９８に対する優先権を主張し、かつそれらの一部継続出願である。
【背景技術】
【０００２】
容量性微小機械加工超音波変換器は、一般的に機械的及び電子的構成要素を非常に小さなパッケージに組み合わせるものである。機械的及び電子的構成要素は、互いに作動して機械的エネルギを電気的エネルギに又はその反対に変換する。ｃＭＵＴは、典型的に非常に小さく、機械的及び電気的部分の両方を有するので、それらは、一般的に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）素子と呼ばれる。ｃＭＵＴは、サイズが極めて小さいために、医療用装置技術を含む多くの異なる技術分野の多数の用途に使用することができる。
【０００３】
医療用装置の領域内でのｃＭＵＴに対する１つの用途は、軟部組織イメージングである。組織高調波イメージングは、それが撮像組織に関する独特の情報を提供するので医療用超音波イメージングで重要になっている。高調波イメージングでは、送信中に撮像アレイから組織に中心周波数（ｆ0）で超音波エネルギが送信される。この超音波エネルギは、特に高い振幅レベルでは非線形的に組織と相互作用し、例えば、２ｆ0、３ｆ0、４ｆ0のような入力周波数のより高い高調波で超音波エネルギが発生する。これらの高調波信号は、次に撮像アレイによって受信されて画像が形成される。帰還信号を受信するために、撮像アレイ内の超音波変換器は、好ましくは、超広帯域信号を受信する感受性を有するであろう。
【０００４】
従来の超音波変換器は、このような方法で実行することはできない。例えば、圧電変換器は、これらの変換器が基本周波数（ｆ0）とその奇数高調波（３ｆ0、５ｆ0など）でのみ効率的である傾向を有するために、高調波イメージング用途に対して適していない。圧電変換器の奇数の高調波の効率を補償するために、変換器は、典型的には減衰され、いくつかのマッチング層が使用されて広帯域（〜９０％部分帯域幅）変換器を作り出す。しかし、この手法は、バッキング及びマッチング層のためにかなりのエネルギが失われるので感度と帯域幅の間に交換条件を必要とする。更に、従来の圧電変換器と製作方法は、素子製作業者が従来の圧電変換器の振動高調波を制御又は調節することを可能にしない。
【０００５】
従来のｃＭＵＴはまた、一般的に、組織の高調波イメージングに対して構成されていない。例えば、従来のｃＭＵＴは、ｃＭＵＴ薄膜の複数の振動モードに適応されておらず、かつそれらを利用しない。むしろ、従来の圧電変換器のような従来のｃＭＵＴは、ｃＭＵＴ薄膜の第１の振動モードを利用しただけの実質的に均一な円形形状又は矩形形状の薄膜を有する。更に、従来のｃＭＵＴ及び製作方法は、調節可能な振動モード又は制御可能な振動高調波を有することができるｃＭＵＴを提供しない。従来のｃＭＵＴ形式の設計により、合理的なＳＮ比を有するためには９０％部分帯域幅が通常望ましい。しかし、この部分帯域幅は、医療用イメージング用途に対するｃＭＵＴ薄膜の複数の振動次数の使用を排除する。より詳細には、従来のｃＭＵＴ設計は、広い帯域幅にわたってより高い感度を達成するように最適化されず、又はｃＭＵＴ薄膜の複数の振動モードを利用するようになっていない。
【０００６】
従って、組織高調波イメージング用途に対してｃＭＵＴ素子の性能を増大及び強化する強化薄膜を有するｃＭＵＴの製作を可能にするｃＭＵＴ製作方法に対する必要性が当業技術に存在する。
更に、ｃＭＵＴ素子性能を増大及び強化するために薄膜の複数の振動モードと複数の振動高調波とを利用するｃＭＵＴを製作する方法に対する必要性が当業技術に存在する。
更に、ｃＭＵＴ薄膜に対する異なる振動モードに関連する周波数を使用して超音波エネルギを受信及び送信することができるＣＭＵＴ素子に対する必要性が当業技術に存在する。
本発明の実施形態は、そのようなｃＭＵＴの製作とｃＭＵＴ撮像アレイの製作を提供することに主として関連している。
【０００７】
【特許文献１】米国特許仮出願出願番号第６０／５５２，０８２号
【特許文献２】米国特許仮出願出願番号第６０／５４８，１９２号
【特許文献３】米国特許仮出願第６０／５４８，１９３号
【特許文献４】米国特許仮出願第６０／６１１，０４９号
【特許文献５】米国特許仮出願第６０／５４２，３７８号
【特許文献６】米国特許出願第１１／０５３，６７２号
【特許文献７】ＰＣＴ特許出願出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００３８９８
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、可変幅薄膜ｃＭＵＴアレイ変換器の製作方法及びシステムを含む。本発明はまた、可変幅電極要素を備えたｃＭＵＴを含む。本発明は、医療用撮像用途に特に有用とすることができる超音波エネルギ又は波の送信及び受信を最適化するための強化された薄膜及び多要素電極を有する撮像用途に対するｃＭＵＴを提供する。本発明のｃＭＵＴは、所定の周波数を受信するようになった不均一な質量分布の薄膜を有することができる。本発明はまた、調和的に関連付けられた振動モードを有するように適応させることができる薄膜を有するｃＭＵＴを提供する。更に、本発明は、ｃＭＵＴ薄膜の振動高調波を調節して作動周波数と関連の高調波とに対応させることができるように製作することが可能な薄膜を有するｃＭＵＴを提供する。更に、本発明は、ｃＭＵＴ薄膜が撮像媒体中に浸漬された時に、電極をｃＭＵＴ薄膜の複数の振動モードのピーク近くに配置して製作することが可能なｃＭＵＴを提供する。
ｃＭＵＴは、素子の寄生キャパシタンスを低下させて、従って電気的性能を改善して光学検出法の使用を可能にするために、以下に限定されるものではないが、シリコン、水晶、又はサファイアのような誘電性又は透明な基板上に製作することができる。更に、本発明の好ましい実施形態により構成されたｃＭＵＴは、血管内カテーテル及び超音波撮像のような液浸用途で使用することができる。
【０００９】
本発明は、好ましくは、薄膜と薄膜の振動モードを調節するための薄膜周波数調節器とを有するｃＭＵＴを含む。薄膜周波数調節器は、薄膜の少なくとも２つの振動モードが調和的に関連付けられるように薄膜の調節を可能にする。薄膜周波数調節器は、その長さの少なくとも一部分に沿って不均一な質量分布を有する薄膜を含むことができる。質量の不均一性は、いくつかの方法、例えば、薄膜の厚みを変えることにより、薄膜の密度を変えることにより、又は例えば薄膜にその薄膜に近接して質量負荷を設けることによって提供することができる。質量負荷は、その長さに沿って質量の不均一性を提供する単一の質量源とすることができ、又は薄膜に沿って様々な場所に配置された複数の別々の質量負荷要素とすることができる。
【００１０】
ｃＭＵＴは、ｃＭＵＴの電極要素である質量負荷を含むことができる。好ましい質量負荷は金である。
複数の質量負荷要素は、薄膜の周波数応答を修正する。薄膜は、複数の振動モードを有することができ、薄膜の周波数調節器は、薄膜の振動モードが調和的に関連付けられるように薄膜を適応させることができる。薄膜は、基本周波数で振動するように適応させることができ、薄膜周波数調節器は、実質的に基本周波数の２倍に等しい周波数で振動するように薄膜を調節することができる。
【００１１】
本発明は、薄膜を設ける段階、薄膜の目標振動周波数を判断する段階、及び薄膜の目標振動周波数を誘導するために薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って薄膜の質量分布を変更する段階を含む、ｃＭＵＴの振動モードを制御する方法を更に含むことができる。好ましい実施形態では、薄膜の目標振動周波数は、薄膜の基本周波数の実質的に２倍である。薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って薄膜の質量分布を変更する段階は、薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って様々な厚みを有する薄膜を設ける段階、又は薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って様々な密度を有する薄膜を設ける段階を含むことができる。好ましくは、薄膜は、第１の振動モードと第１の振動モードの周波数の約２倍である第２の振動モードとを有し、薄膜は、第１の振動モードで超音波エネルギを送信し、第２の振動モードで超音波エネルギを受信するようになっている。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によるｃＭＵＴの製作方法は、薄膜を設ける段階、及び所定の周波数でエネルギを受信するために不均一な質量分布を有するように薄膜を構成する段階を含む。不均一な質量分布を有するように薄膜を構成する段階は、薄膜に近接して複数の質量負荷を設ける段階を含むことができる。第１の振動モードで超音波エネルギを送信し、第１の振動モードの周波数の約２倍である第２の振動モードで超音波エネルギを受信するように薄膜を適応させる更に別の段階を提供することができる。更に、薄膜の振動モードが調和的に関連付けられるように薄膜を適応させることができ、薄膜の振動モードに近接して電極要素を位置決めする更に別の段階を付加することができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態は、薄膜と薄膜に近接した質量負荷とを含む。質量負荷は、所定の周波数でエネルギを受信するように薄膜を適応させることができる。更に、薄膜がその長さの少なくとも一部分に沿って不均一な質量分布を有するように薄膜上に複数の質量負荷を配置することができる。質量負荷は、薄膜の一部か、薄膜に近接するか、又は薄膜に沿って位置決めすることができる。質量負荷は、薄膜とは異なる材料にすることができる。薄膜は、薄膜の振動モードが調和的に関連付けられるように薄膜の質量を分布させるために、質量負荷を使用して厚みが異なる領域を有するように形成することができる。代替的に、薄膜の不均一な質量分布の一部分は、様々な厚みの領域を有するように薄膜をパターン化することによって形成することができる。調和ｃＭＵＴはまた、薄膜によって形成された空洞、薄膜に近接した第１の電極、及び基板に近接した第２の電極を含むことができる。空洞は、第１の電極と第２の電極の間に配置することができる。第１の電極と第２の電極は、複数の要素を有するように構成することができる。
【００１４】
別の好ましい実施形態では、ｃＭＵＴを製作する方法は、基板に近接して薄膜を設ける段階、及び薄膜をその長さの少なくとも一部分に沿って不均一な質量分布を有するように構成する段階を含むことができる。ｃＭＵＴを製作する方法はまた、第１の導電層に近接して犠牲層を設ける段階、犠牲層に近接して第１の薄膜層を設ける段階、第２の導電層に近接して第２の薄膜層を設ける段階、及び犠牲層を除去する段階を含むことができる。第１及び第２の薄膜層は、薄膜を形成することができる。ｃＭＵＴの製作方法はまた、薄膜の振動モードの周波数及び形状をシフトする段階、及び受信状態で超音波エネルギを受信して送信状態で超音波エネルギを送信するように作動するように薄膜を適応させる段階を含むことができる。
【００１５】
更に別の好ましい実施形態では、調和ｃＭＵＴを制御する方法は、薄膜の振動モードを判断する段階、及び所定の周波数に対応する薄膜振動モードを誘導するために１つ又はそれよりも多くの質量負荷を薄膜上に位置決めする段階を含むことができる。調和ｃＭＵＴは、薄膜に近接した上部電極、基板に近接した下部電極、及び薄膜と下部電極の間の空洞を有することができる。調和ｃＭＵＴを制御する方法はまた、薄膜の振動モードに対応するように第１の電極要素を位置決めする段階を含むことができる。第１の電極要素は、上部電極及び／又は下部電極の一部とすることができる。所定の周波数は、薄膜の基本周波数の実質的に２倍とすることができる。薄膜は、第１の振動モードと、第１の振動モードの周波数の約２倍である第２の振動モードとを有することができる。薄膜は、第１の振動モードで超音波エネルギを送信し、第２の振動モードで超音波エネルギを受信するように適応させることができる。
【００１６】
更に別の好ましい実施形態では、ｃＭＵＴは、第１の端部と第２の端部とを有する薄膜を含むことができ、薄膜は、二等分側線に関して実質的に非対称とすることができる。二等分側線は、薄膜の端部間の中間の位置の境界を定めることができる。薄膜の端部は、異なる幅を有することができ、一端での薄膜の幅は、好ましくは他端での薄膜の幅よりも大きい。詳細説明と図を精査すれば、本明細書で使用される「幅」寸法が「厚み」と異なることは明確に理解されるであろう。薄膜は、第１の崩壊力と、第１の端部に近接した第１の点で薄膜を崩壊状態まで駆動するのに必要な力として定義された薄膜の特性と、第２の端部に近接した第２の点で薄膜を崩壊状態まで駆動するのに必要な力としての薄膜の特性として同様に定義された第２の崩壊とを具現することができる。第１の崩壊力は、好ましくは第２の崩壊力とは異なり、かつそれよりも低い。
【００１７】
本発明によるｃＭＵＴはまた、第１の端部と第２の端部とを有する電極要素を含むことができる。電極要素は、二等分側線に関して実質的に非対称とすることができる。二等分側線は、電極要素の第１及び第２の端部の間の位置の境界を定めることができる。電極要素の第１の端部は、第２の端部での電極要素の幅よりも小さい幅を有することができる。電極要素は、非対称の電極要素を基板の方向に実質的に等しい距離の第１の点と第２の点で薄膜を撓ませるように適応させることができるように、第１の点と第２の点で薄膜上に恐らくは異なる量の力をもたらすように適応させることができる。
【００１８】
薄膜はまた、好ましくは、その長さに沿って様々な撓み特性を有するようになっている。更に、第１の端部から第２の端部まで測定された薄膜の長さは、好ましくは、第１の端部での薄膜の幅の２倍よりも長いか又は実質的にそれに等しい。薄膜はまた、伸長させ、所定の形状を有し、超広帯域信号を送信及び受信するように適応させることができる。本発明の好ましい実施形態では、薄膜は、実質的に台形である。
【００１９】
本発明の更に別の好ましい実施形態では、ｃＭＵＴを製作する方法は、一般的に、薄膜を設ける段階、及び薄膜を二等分側線に関して実質的に非対称に構成する段階を含む。ｃＭＵＴを製作する方法はまた、薄膜の第１の端部で第１の幅と薄膜の第２の端部で第２の幅とを有するように薄膜を構成する段階を含むことができる。第１の端部での第１の幅は、第２の端部での第２の幅よりも大きくすることができる。薄膜はまた、第１の点で第１の撓み特性を有し、第２の点で第２の撓み特性を有するように構成することができる。薄膜はまた、薄膜の第１の端部と第２の端部の間の距離が、第１の側面と第２の側面の間の第２の端部で測定された薄膜の幅の２倍よりも長いか又は実質的に等しくなるように構成することができる。薄膜は、更に、超広帯域信号の送信及び受信の両方を行い、かつ台形形状に構成することができる。
【００２０】
ｃＭＵＴを製作する方法はまた、電極要素を設ける段階を含むことができる。電極要素は、二等分側線に関して実質的に非対称にすることができる。更に、電極要素は、電極要素の第１の端部に第１の幅と電極要素の第２の端部に第２の幅とを有するように構成することができる。第１の端部の第１の幅は、第２の端部の第２の幅よりも小さくすることができる。ｃＭＵＴを製作する方法はまた、第１の点と第２の点で薄膜に対して力をもたらし、基板の方向に実質的に等しい距離の第１の点と第２の点で薄膜を撓ませるように電極要素を構成する段階を含むことができる。
本発明の様々な好ましい実施形態を特徴付けるこれら及び他の特徴並びに利点は、以下の詳細説明を読んで関連する図面を精査することから明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
ｃＭＵＴは、特に微小規模及びアレイ用途に対して、圧電超音波変換器の代替として開発されたものである。ｃＭＵＴは、一般的に表面を微小機械加工され、１次元又は２次元アレイに製作されて特定用途のためにカスタマイズすることができる。ｃＭＵＴは、帯域幅とダイナミックレンジの点で圧電変換器に同等の性能を有することができるが、一般的にサイズが相当に小さいものである。
ｃＭＵＴは、一般的に、導電性基板の上方に吊り下げられた薄膜内に配置された上部電極、又は基板の近くか又はそれに連結された下部電極を組み込んでいる。任意的に、基板と下部電極の間に接着層又は他の層を配置することができる。薄膜は、弾性特性を有し、刺激に応答してそれを変動させることができる。例えば、刺激は、以下に限定されるものではないが、薄膜に圧力を作用する外力と、ｃＭＵＴ電極を通して印加される静電気力とを含むことができる。
【００２２】
ｃＭＵＴは、多くの場合に音響波を送信及び受信するのに使用される。音響波を送信するために、ｃＭＵＴ薄膜内に配置されたｃＭＵＴ電極にＡＣ信号と大きなＤＣバイアス電圧が印加される。代替的に、電圧は、下部電極に印加することができる。ＤＣ電圧は、変換が効率的な場所に薄膜を引き下ろすことができ、ｃＭＵＴ素子応答を線形化することができる。ＡＣ電圧は、ガス又は流体のような周囲媒体内に音響波を発生させるために、望ましい周波数で薄膜を動かすことができる。音響波を受信するために、衝突する音響波がｃＭＵＴ薄膜を動かす時のｃＭＵＴ電極間のキャパシタンスの変化を測定することができる。
【００２３】
本発明は、ｃＭＵＴの振動高調波を制御するために強化された薄膜を含むｃＭＵＴを提供する。本発明によるｃＭＵＴ薄膜は、薄膜の長さに沿って不均一な質量分布を有することができる。薄膜は、例えば、実質的に均一な厚みを有することができるが、密度の変動を有して質量分布プロフィールをもたらしている。代替的に、薄膜の厚みを変動させることによって質量分布を提供することができる。厚みと密度が実質的に均一な単一材料から薄膜が作られる場合には、質量負荷を利用することもできる。
【００２４】
薄膜に沿って質量分布を制御することにより、ｃＭＵＴ薄膜の振動高調波を制御することが可能になる。一例として、複数の質量負荷を薄膜の近くにするか、その一部にするか、又はそれに沿って位置決めし、薄膜振動モードのシフト又は調節を助けることができる。不均一な質量分布を有するｃＭＵＴ薄膜は、超音波のような超音波エネルギの送信及び受信を強化することができる。不均一な質量分布とｃＭＵＴ薄膜の振動モードに対応する複数の電極とを有するｃＭＵＴ薄膜は、送信及び受信中に望ましいが別々の周波数範囲で超音波のような超音波エネルギの送信及び受信を強化することができる。更に、本発明により強化された薄膜を有するｃＭＵＴは、ｃＭＵＴ薄膜の基本作動周波数と基本作動周波数の高調波周波数とを利用して超音波信号を送信及び受信することができる。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態に従ってｃＭＵＴを製作するための例示的な機器は、以下に限定されるものではないが、ＰＥＣＶＤシステムと、ドライエッチングシステムと、金属スパッタリングシステムと、ウェットベンチと、フォトリソグラフィ機器とを含むことができる。本発明に従って製作されたｃＭＵＴは、一般的に、積層工程で基板上に堆積させてパターン化した材料を含む。本発明は、金属犠牲層が使用された時の好ましくは最大処理温度である約２５０℃で様々な窒化珪素層を堆積するために低温ＰＥＣＶＤ工程を利用することができる。代替的に、他の好ましい実施形態による本発明は、約３００℃で犠牲層として堆積したアモルファスシリコン犠牲層を利用することができる。
【００２６】
ここで、同じ数字が同じ要素を表す図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴ１００の断面図である。ｃＭＵＴ１００は、基板１０５、下部電極１１０、空洞１５０、薄膜１１５、及び上部電極１３０（好ましくは、第１の上部電極要素１３０Ａ、第２の上部電極要素１３０Ｂ、第３の上部電極要素１３０Ｃとして形成された）を含めて一般的に基板１０５に近接した様々な構成要素を含む。ｃＭＵＴ１００はまた、図に誇張された形状で示されて縮尺に従っていないことが理解される質量負荷１５５及び１６０を含むことができる。質量負荷１５５及び１６０は、薄膜１１５に近接するか、その上に配置するか、又はそれに沿って位置決めすることができ、薄膜１１５から分離するか、又はそれと一体化することができる。以下に図５と６に関連してより詳細に説明するように、ｃＭＵＴ撮像アレイに複数のｃＭＵＴ１００を使用することができる。
【００２７】
基板１０５は、シリコンで形成することができ、信号発生及び受信回路を収容することができる。基板１０５はまた、光学検出法の利用を可能にする好ましくは透明な材料を含むことができる。基板１０５は、ｃＭＵＴ１００が超音波エネルギ又は音響波を送信して受信するのを可能にするために、少なくとも部分的には基板１０５に組み込まれた集積回路１６５を含むことができる。代替的な実施形態では、集積回路１６５は、基板１０５に近接する別の基板（図示しない）に配置することができる。
【００２８】
集積回路１６５は、電気及び光信号を発生して受信するように適応させることができる。集積回路１６５はまた、画像処理プロセッサ１７０に信号を供給するように適応させることができる。例えば、集積回路１６５は、画像処理プロセッサ１７０に連結することができる。集積回路１６５は、信号発生及び受信回路の両方を収容することができ、又は別々の集積発生及び受信回路を利用することができる。画像処理プロセッサ１７０は、集積回路１６５によって受信された又は感知された信号を処理し、電気及び光信号から画像を生成するように適応させることができる。
【００２９】
下部電極１１０は、基板１０５上に堆積させてパターン化することができる。代替的な実施形態では、基板１０５と下部電極１１０の間に接着層（図示しない）を配置することができる。接着層は、下部電極１１０を基板１０５に十分に接着させるために使用することができる。接着層は、クロム、又は下部電極１１０を基板１０５に接着することができる多くの他の材料で形成することができる。下部電極１１０は、好ましくは、金又はアルミニウムのような導電材料で製作することができる。下部電極１１０はまた、例えば、上部電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃと類似した複数の別々の電極要素（図示しない）にパターン化することができる。下部電極１１０の複数の要素は、下部電極１１０の複数の要素上に堆積した隔離層で互いから隔離することができるが、後の製作工程で、電極要素の一部を電気的に連結することもできる。隔離層はまた、ｃＭＵＴ１００を形成するために使用される他の材料から下部電極１１０を保護するために利用することができる。
【００３０】
薄膜１１５は、好ましくは弾性特性を有し、基板１０５に対してそれを変動可能にする。好ましい実施形態では、薄膜１１５は、窒化珪素を含み、複数の薄膜層で形成される。例えば、薄膜１１５は、第１の薄膜層と第２の薄膜層で形成することができる。更に、薄膜１１５は、側面区域１１６及び１１７と中心区域１１８とを有することができる。図示のように、中心区域１１８は、一般的に側面区域１１６及び１１７の間に均等に配置することができる。
【００３１】
薄膜１１５はまた、空洞１５０を形成することができる。空洞１５０は、一般的に下部電極１１０と薄膜１１５の間に配置された犠牲層を除去又はエッチングすることによって形成することができる。隔離層を使用する実施形態では、空洞は、一般的に隔離層と薄膜１１５の間に配置されると考えられる。空洞１５０は、外部圧力又は静電気力のような刺激に応答して薄膜１１５が変動することを可能にするチャンバを提供する。
【００３２】
好ましい実施形態では、複数の電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃが薄膜１１５内に配置される。代替的に、単一の電極又は電極要素を薄膜１１５内に部分的に配置することができる。複数の電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃのうちの２つ又はそれよりも多くは、電気的に連結されて電極要素の対を形成する。好ましくは、側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、薄膜１１５の側面１１６及び１１７のより近くに形成され、中心電極要素１３０Ｂは、薄膜１１５の中心区域１１８のより近くに形成される。電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃは、金又はアルミニウムのような導電材料を使用して製作することができる。側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、電気的に連結して中心電極要素１３０Ｂから隔離し、電極要素の対を形成することができる。電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃは、同じ導電材料で形成することができ、薄膜１１５内で所定の位置と様々な幾何学的構成を有するようにパターン化することができる。側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃの対は、中心電極１３０Ｂよりも小さな幅を有することができ、対１３０Ａ及び１３０Ｃの少なくとも一部は、基板１０５から中心電極要素１３０Ｂとほぼ同じ距離に配置することができる。代替的な実施形態では、薄膜１１５内の基板１０５から様々な距離に付加的な電極要素を形成することができる。
【００３３】
電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃは、超音波のような超音波エネルギを送信及び受信するように適応させることができる。側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃには、第１の電圧供給装置１７５（Ｖ1）から第１の信号を提供することができ、中心電極１３０Ｂには、第２の電圧供給装置１８０（Ｖ2）から第２の信号を提供することができる。側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、電気的に連結させることができ、そのために電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃの一方に供給された電圧又は信号は、電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃの他方に供給されることになる。これらの信号は、ＤＣバイアス電圧のような電圧及びＡＣ信号とすることができる。
【００３４】
側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、超音波の送信に対して比較的大きな間隙を形成するように薄膜１１５を成形するように適応させることができる。送信中により大きな送信圧力を可能にする間隙サイズを使用することが好ましい。更に、側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、超音波の受信に対して比較的小さな間隙を形成するように薄膜１１５を成形するように適応させることができる。ｃＭＵＴ１００のより高い感度を可能にする受信に対する小さな間隙サイズを使用することが望ましい。中心電極要素１３０Ｂと側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、両方とも超音波のような超音波エネルギを受信して送信することができる。
【００３５】
ｃＭＵＴ１００は、薄膜１１５の形状を変えることによって超音波エネルギを送信及び受信するように最適化することができる。電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃには、薄膜１１５の形状を変えるために電圧供給装置１７５、１８０（Ｖ1、Ｖ2）から様々な電圧と信号を供給することができる。更に、様々な電圧と信号を供給することにより、ｃＭＵＴ１００は、２つの状態、すなわち、送信状態と受信状態で作動することができる。例えば、受信状態中に側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、第１の電圧供給装置１７５（Ｖ1）からＤＣバイアス電圧を供給され、音響超音波の受信に対して薄膜１１５の形状を最適化することができる。
【００３６】
本発明の好ましい実施形態では、薄膜１１５は、その長さに沿って不均一な質量分布を有する。薄膜１１５は、その長さにわたって様々な質量分布を有し、その変動は、厚み、密度、材料の組成、及び薄膜の長さに沿った他の薄膜特性の変動のうちの１つ又はそれよりも多くの結果とすることができる。
好ましい実施形態では、質量負荷１５５及び１６０は、薄膜１１５上に堆積されてパターン化され、不均一な質量分布の薄膜１１５を提供する。代替的に、薄膜１１５は、薄膜１１５の長さに沿ったある一定の点が厚み及び／又は密度の変動を通じて様々な質量を有するようにして、均一な質量分布を有するようにパターン化することができる。
【００３７】
質量負荷１５５及び１６０は、好ましくは、以下に限定されるものではないが、金のような高密度で可鍛性の材料で形成される。質量負荷１５５及び１６０を形成するために多くの他の高密度で可鍛性の材料を使用することができる。金は、高密度で柔らかい材料のために好ましく、薄膜の剛性のために薄膜の振動と大きく干渉することがない。本発明の好ましい実施形態では、質量負荷１５５及び１６０の厚みは、約１マイクロメートルであり、幅は、約２マイクロメートルである。質量負荷１５５及び１６０のサイズと形状は、望ましい結果を達成するために修正することができる。質量負荷１５５及び１６０は、それぞれ側面１１６及び１１７と近接することができる。他の実施形態では、２つよりも多い質量負荷１５５及び１６０を利用することができる。質量負荷１５５及び１６０は、薄膜１１５の振動と変動を制御又は調節するために使用することができる。例えば、質量負荷１５５及び１６０は、薄膜１１５の特定の振動モードのピーク振動領域に対応して配置するか又は位置決めすることができる。
【００３８】
薄膜１１５は、その弾性特性のために様々な周波数で振動することができ、複数の振動モードを有することができる。例えば、薄膜１１５は、１次の振動モード並びに他のより高次の振動モード（例えば、２次、３次など）を有することができる。薄膜１１５の振動モードの調節は、ｃＭＵＴ１００の性能の改良をもたらすものである。例えば、薄膜１１５の振動モードをｃＭＵＴ１００によって利用された作動周波数及び作動周波数の高調波で発生させるようにシフトすると、使用時に薄膜１１５をこれらの周波数で共振させることが可能になり、結果的に超音波エネルギの効率的な送信及び受信をもたらすことになる。電圧供給装置１７５及び１８０に対して供給された及びそれから受信した信号を組み合わせることにより、超音波エネルギの送信を所定の周波数で最小にすることができ、かつ受信信号をその特定の周波数で最大にすることができる。薄膜１１５の質量分布を修正することにより、薄膜１１５の振動モードをｃＭＵＴ１００に対する周波数スペクトル内の望ましい位置にシフトする助けになる。例えば、薄膜１１５は、それが所定の周波数を受信するように負荷された質量とすることができる。所定の周波数は、ｃＭＵＴ１００によって送信された信号の第１の高調波周波数のような高調波周波数とすることができる。
【００３９】
図２は、本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴ１００のサンプルパルスエコー周波数スペクトルを示している。図示のように、調和ｃＭＵＴ１００に対する周波数応答２０５は、第１のピーク２１０と第２のピーク２２０を有する。第１のピーク２１０は、実質的に作動周波数（ｆ0）付近に中心を有する送信周波数領域２１５に一致させることができる。第２のピーク２２０は、実質的に作動周波数の第２の高調波周波数（２*ｆ0）付近に中心を有する受信周波数領域２２５に一致させることができる。ｃＭＵＴ１００の薄膜１１５は、第１の振動次数の周波数が作動周波数（ｆ0）付近に中心があり、第２の振動次数が作動周波数の第２の高調波周波数（２*ｆ0）付近に中心があるように調節することができる。そのような構成は、振動モードのピークが作動周波数と作動周波数の高調波とに対応するように薄膜１１５の振動モードを調和的に関連付けることを可能にする。
【００４０】
ｃＭＵＴ１００の薄膜１１５は、図２に示すような周波数応答を有するように強化することができる。薄膜は、望ましい作動周波数と作動周波数の第２の高調波とで超音波エネルギを送信及び受信するように適応させることができる。本発明はまた、ｃＭＵＴ１００の薄膜に対応する複数の振動モードで作動するようにｃＭＵＴ薄膜を強化するために使用することができる。例えば、薄膜１１５は、薄膜１１５の第３の振動モードの移動を助けるために質量負荷を薄膜１１５上のある一定の位置に置くことによって作り出すことができる。薄膜１１５の第３の振動モードは、第３の高調波周波数（３*ｆ0）に応答して移動又は調節され、第３の高調波周波数領域で送信及び受信された信号を改善することができる。ある一定の高調波周波数に対応するように振動モードをシフトすることに加えて、振動モードをシフトすることによって高調波周波数付近に広帯域幅を作り出すことができ、従って、薄膜１１５の送信及び受信領域を増すことができる。
【００４１】
図３は、本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴを製作するために利用される製作工程を示している。典型的には、製作工程は、材料の様々な層を基板上に堆積させる段階と、様々な層を所定の構成にパターン化して基板１０５上にｃＭＵＴ１００を製作する段階とを含む積層工程である。
本発明の好ましい実施形態では、「Ｓｈｉｐｌｅｙ Ｓ−１８１３」のようなフォトレジストを使用してｃＭＵＴの様々な層をリソグラフ的に形成する。そのようなフォトレジスト材料は、バイアと材料層とをパターン化するための従来の高温の使用を必要としない。代替的に、多くの他のフォトレジスト又はリソグラフ材料を使用することができる。
【００４２】
本発明の製作工程の第１の段階は、基板１０５上に下部電極１１０を設けるものである。基板１０５は、シリコン、水晶、ガラス、又はサファイアのような誘電体を含むことができる。一部の実施形態では、基板１０５は、集積電子機器を収容し、集積電子機器は、信号の送信及び受信に対して分離することができる。代替的に、適切な信号送信及び受信電子機器を収容する基板１０５に隣接して配置された第２の基板（図示しない）を使用することができる。導電性金属のような導電材料は、下部電極１１０を形成することができる。下部電極１１０はまた、シリコン基板１０５をドープすることにより、又は金属のような導電材料層を基板１０５上に堆積してパターン化することによって形成することができる。それでも、ドープされたシリコン下部電極１１０により、上部電極の全ての不動部分が寄生キャパシタンスを増大する可能性があり、従って、素子性能を劣化させて大部分の光学スペクトルに対して光学検出技術を妨害する。
【００４３】
これらの短所を克服するために、パターン化された下部電極１１０を使用することができる。図３（ａ）に示すように、下部電極１１０は、基板１０５とは異なる長さにパターン化することができる。下部電極１１０をパターン化することにより、素子の寄生キャパシタンスを著しく低減することができる。
下部電極１１０は、多要素電極にパターン化することができ、多要素電極は、基板１０５から様々な距離に配置することができる。アルミニウム、クロム、及び金は、下部電極１１０を形成するのに使用することができる例示的な材料である。本発明の好ましい実施形態では、下部電極１１０の厚さは、約１５００オングストロームであり、堆積の後に回折グレーディングとして及び／又は様々な長さを有するようにパターン化することができる。
【００４４】
次の段階では、隔離層３１５を堆積させる。隔離層３１５は、下部電極１１０上に置かれた他の層から下部電極１１０の各部分又はその全体を隔離することができる。隔離層３１５は、窒化珪素とすることができ、好ましくは、約１５００オングストロームの厚さにすることができる。「Ｕｎａｘｉｓ ７９０ ＰＥＣＶＤ」システムを使用して、好ましい実施形態に従って約２５０℃で隔離層３１５を堆積させることができる。隔離層３１５は、ｃＭＵＴの製作中に使用されるエッチング液から下部電極１１０又は基板１０５を保護するのを助けることができる。下部電極層１１０上に堆積された状態で、隔離層３１５は、所定の厚さにパターン化することができる。代替的な好ましい実施形態では、隔離層３１５は利用されない。
【００４５】
隔離層３１５を堆積させた後で、犠牲層３２０が隔離層３１５上に堆積される。犠牲層３２０は、好ましくは、単に一時的な層であり、製作中にエッチングで除去されて、ｃＭＵＴ１００に空洞１５０を形成する。隔離層３１５が使用されない時には、犠牲層３２０は、直接下部電極１１０上に堆積される。犠牲層３２０は、ｃＭＵＴの製作中に付加的な層を堆積する間の空間を保持するために使用される。犠牲層３２０は、約３００℃で「Ｕｎａｘｉｓ ７９０ ＰＥＣＶＤ」システムを使用して堆積させて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用してパターン化することができるアモルファスシリコンで形成することができる。犠牲層３２０を形成するために、スパッタリングされた金属もまた使用することができる。犠牲層３２０は、得られる空洞又はバイアに対して様々な幾何学的構成を提供するために、異なる区分、様々な長さ、及び異なる厚さにパターン化することができる。
【００４６】
図３（ｂ）に示すように、第１の薄膜層３２５を次に犠牲層３２０上に堆積させる。第１の薄膜層３２５は、例えば「Ｕｎａｘｉｓ ７９０ ＰＥＣＶＤ」システムを使用して堆積させることができる。第１の薄膜層３２５は、窒化珪素又はアモルファスシリコンの層にすることができ、約６０００オングストロームの厚さを有するようにパターン化することができる。第１の薄膜層３２５の厚さは、特定の実施に応じて変えることができる。犠牲層３２０の上への第１の薄膜層３２５の堆積は、振動する薄膜１１５の形成を助けるものである。
【００４７】
第１の薄膜層３２５をパターン化した後で、図３（ｃ）に示すように第１の薄膜層３２５上に第２の導電層３３０を堆積させることができる。第２の導電層３３０は、ｃＭＵＴの上部電極を形成することができる。第２の導電層１３０は、互いから隔離することができる電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、及び１３０Ｃにパターン化することができる。電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、及び１３０Ｃは、基板１０５から異なる距離に配置することができる。１つ又はそれよりも多くの電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、及び１３０Ｃを電気的に結合して電極要素の対を形成することができる。例えば、側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、互いに連結することができ、電極要素の対を形成する。好ましくは、形成された電極の対１３０Ａ及び１３０Ｃは、第２の電極要素１３０Ｂから隔離されている。
【００４８】
電極要素対１３０Ａ及び１３０Ｃは、アルミニウム、クロム、金、又はその組合せのような導電材料で形成することができる。例示的な実施形態では、電極要素対１３０Ａ及び１３０Ｃは、厚さが約１２００オングストロームのアルミニウムと厚さが約３００オングストロームのクロムとを含む。アルミニウムは、良好な導電性を提供することができ、クロムは、堆積中にアルミニウムに形成されたあらゆる酸化の平滑化を助けることができる。更に、電極要素対１３０Ａ及び１３０Ｃは、第１の導電層１１０と同じ導電材料又は異なる導電材料を含むことができる。
【００４９】
次の段階では、図３（ｄ）に示すように、電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、及び１３０Ｃの上に第２の薄膜層３３５を堆積させる。第２の薄膜層３３５は、製作のこの時点でｃＭＵＴ薄膜層（第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５によって形成された）の厚さを増加させ、ｃＭＵＴの製作中に使用されたエッチング液から第２の導電層３３０を保護するのに役立つことができる。第２の薄膜層３３５はまた、第１の電極要素１３０Ａの第２の電極要素１３０Ｂからの隔離を助けることができる。第２の薄膜層の厚さは、約６０００オングストロームにすることができる。一部の実施形態では、第２の薄膜層３３５は、第２の薄膜層３３５が最適な幾何学的構成を有するように堆積及びパターン化技術を使用して調節される。好ましくは、第２の薄膜層３３５が所定の幾何学的構成に従って調節された状態で、犠牲層３２０はエッチングで除去され、図３（ｆ）に示すように空洞１５０が残る。
【００５０】
第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５は、薄膜１１５を形成する。薄膜１１５は、外部圧力及び静電気力の刺激に応答して変動又は共振することができる。更に、薄膜１１５は、その弾性特性のために複数の振動モードを有することができる。これらの振動モードの位置は、本発明によるｃＭＵＴの設計及び製作の助けになる可能性がある。例えば、第１及び第２の導電層３１０及び３３０は、合成薄膜の振動モードに近接する電極又は電極要素にパターン化することができる。そのような電極又は電極要素の配置は、超音波エネルギの効率的な受信及び送信を可能にすることができる。更に、薄膜１１５に対する振動モードの位置は、薄膜１１５の質量分布を変えることによって調節及び制御することができる。
【００５１】
エッチング液が犠牲層３２０まで到達することができるように、ＲＩＥ工程を使用して、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５を通して開口３４０及び３４５をエッチングすることができる。図３（ｅ）に示すように、犠牲層３２０までのアクセス経路は、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５をエッチングで除去することによって開口３４０及び３４５で形成することができる。アモルファスシリコン犠牲層３２０が使用される時には、シリコンに対するエッチング工程の選択性を知る必要がある。エッチング工程の選択性が低い場合、犠牲層３２０及び隔離層３１５を通して基板１０５まで簡単にエッチングすることができる。これが行われる場合、エッチング液が基板１０５を攻撃する可能性があり、ｃＭＵＴ素子を破壊する可能性がある。犠牲層と共に使用されるエッチング液に対して耐性がある金属で下部電極１１０が形成される時には、金属層がエッチング遅延剤として作用して基板１０５を保護することができる。当業者は、様々なエッチング液を熟知しており、エッチングされる材料にエッチング液を適合させることができるであろう。犠牲層３２０がエッチングされた後で、空洞３５０は、図３（ｆ）に示すようにシール３４２及び３４７によって密封することができる。
【００５２】
隔離層３１５と薄膜層３２５及び３３５との間に空洞３５０を形成することができる。空洞３５０はまた、下部電極１１０と第１の薄膜層３２５との間に配置することもできる。空洞３５０は、本発明の一部の好ましい実施形態による所定の高さを有するように形成することができる。空洞３５０により、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５によって形成されたｃＭＵＴ薄膜１１５は、刺激に応答して変動及び共振することができる。犠牲層３２０をエッチングすることによって空洞３５０が形成された後に、第２の薄膜層３３５上にシーリング層（図示しない）を堆積させることによって空洞３５０を真空密封することができる。当業者は、空洞３５０にある一定の圧力を設定し、次にそれを密封して真空密封を形成する様々な方法を熟知しているであろう。
【００５３】
シーリング層は、一般的に、空洞３５０の高さよりも厚さが厚い窒化珪素の層である。例示的な実施形態では、シーリング層の厚さは、約４５００オングストロームであり、空洞３５０の高さは、約１５００オングストロームである。代替的な実施形態では、第２の薄膜層３３５は、局所シーリング技術を使用して密封されるか又は所定の加圧条件下で密封される。第２の薄膜層３３５のシールは、液浸用途に対してｃＭＵＴを適応させることができる。シーリング層を堆積した後に、ｃＭＵＴ薄膜１１５が厚すぎて望ましい周波数で共振できない場合があるので、ｃＭＵＴ薄膜１１５の厚さは、シーリング層を再びエッチングすることによって調節することができる。シーリング層をエッチングするために、ＲＩＥのようなドライエッチング工程を使用することができる。
【００５４】
次の段階では、第２の薄膜層３３５上に複数の質量負荷１５５及び１６０を堆積させることによってｃＭＵＴの薄膜の不均一な質量分布を達成することができる。複数の質量負荷１５５及び１６０は、第２の薄膜層３３５上の様々な場所に置くことができる。第２の薄膜層３３５上の複数の質量負荷１５５及び１６０は、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５によって形成された薄膜１１５の振動モードに対応させることができる。複数の質量負荷１５５及び１６０はまた、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５によっていくつかの所定の区域に形成された薄膜の振動モードをシフト又は調節するために使用することができる。本発明の特徴は、関連の特定の振動モードを選択的に制御することを可能にする。これらの所定の区域は、電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃを超音波音響エネルギを送信及び受信するために使用することができるように、電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃの近くに配置することができる。代替的な実施形態では、第２の薄膜層３３５は、不均一な質量分布を有する薄膜を形成するために異なる厚みの領域を有するようにパターン化することができる。
【００５５】
本発明のｃＭＵＴ製作工程の最終段階は、電気接続性に対してｃＭＵＴを設けるものである。より詳細には、ＲＩＥエッチングを使用して、下部電極１１０上の隔離層３１５と電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ上の第２の薄膜層３３５とを貫通してエッチングし、それらを接続のためにアクセス可能にすることができる。
付加的な結合パッドを形成して電極に接続することができる。結合剤パッドにより、ワイヤ結合を使用して上部及び下部電極１１０及び１３０に対して外部電気接続を行うことが可能になる。一部の実施形態では、結合剤パッド上に金を堆積してパターン化することができ、ワイヤ結合の信頼性を改善することができる。
【００５６】
本発明の代替的な実施形態では、犠牲層３２０は、第１の薄膜層３２５を堆積させた後にエッチングすることができる。この代替的な実施形態は、犠牲層３２０のエッチング段階を実行して薄膜層３２５及び３３５によって形成された薄膜１１５を除去する前にｃＭＵＴ１００に時間を費やさない。上部電極１３０がまだ堆積されていないので、第２の薄膜層３３５にピンホールが発生して上部電極１３０がエッチング液によって破壊される危険性はない。
【００５７】
図４は、本発明の好ましい実施形態により調和ｃＭＵＴ１００を製作するための好ましい方法を説明する論理流れ図を示している。第１の段階は、基板を設ける段階に関わるものである１０５（４０５）。基板１０５は、不透明、半透明、又は透明を含む様々な構成のものとすることができる。例えば、基板１５０は、以下に限定されるものではないが、シリコン、ガラス、又はサファイアとすることができる。次に、基板１０５上に隔離層を堆積させて所定の厚さを有するようにパターン化する（４１０）。隔離層は任意的であり、一部の実施形態では利用しない場合がある。一部の実施形態では、接着層もまた使用することができ、隔離層が確実に基板１０５に結合され、又は下部電極１１０を基板１０５に適切に結合することができる。
【００５８】
隔離層がパターン化された後に、隔離層上に第１の導電層１１０を堆積させて所定の形状にパターン化する（４１５）。代替的に、基板１０５のドープ表面、例えば、ドープされたシリコン基板表面は、第１の導電層１１０を形成することができる。第１の導電層１１０は、好ましくは、基板１０５上にｃＭＵＴ１００の下部電極１１０を形成する。第１の導電層１１０は、パターン化されて複数の電極要素を形成することができる。複数電極要素の少なくとも２つが互いに連結されて、電極要素の対を形成することができる。
【００５９】
第１の導電層１１０が所定の形状にパターン化された状態で、第１の導電層１１０上に犠牲層３２０を堆積させることができる（４２０）。犠牲層３２０は、選択的な堆積とパターン化によってそれが所定の厚さを有するようにパターン化することができる。次に、犠牲層３２０上に第１の薄膜層３２５を堆積させることができる（４２５）。
堆積された第１の薄膜層３２５は、次に、所定の厚さを有するようにパターン化され、第２の導電層１３０を次に第１の薄膜層３２５上に堆積させる（４３０）。第２の導電層１３０は、好ましくは、ｃＭＵＴ１００の上部電極１３０を形成する。第２の導電層１３０は、パターン化されて複数の電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃを形成することができる。複数の電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃの少なくとも２つは、互い連結されて電極要素対を形成する。第２の導電層１３０が所定の形状にパターン化された後に、パターン化された第２の導電層１３０上に第２の薄膜層３３５を堆積させる（４３５）。第２の薄膜層３３５もまた、最適な幾何学的構成を有するようにパターン化することができる。
【００６０】
第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５は、第２の導電層１３０をカプセル封入することができ、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５の弾性特性によってそれを第１の導電層１１０に対して移動させることを可能にする。第２の薄膜層３３５がパターン化された後に、犠牲層３２０がエッチングによって除去され、第１及び第２の導電層１１０及び１３０の間に空洞１５０を形成する（４３５）。第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５の下部に形成された空洞１５０は、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５を共振させて基板１０５に対して移動させるための空間を提供する。次の段階で、第２の薄膜層３３５上にシーリング層を堆積することによって第２の薄膜層３３５が密封される（４３５）。
【００６１】
最終の段階（４４０）では、第２の薄膜層３３５上に質量負荷を形成することができる。複数の質量負荷はまた、第２の薄膜層３３５上に形成することができ、それらは、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５によって形成された薄膜１１５の振動モードに対応する第２の薄膜層３３５上の点に置くことができる。質量負荷は、好ましくは金のような高密度で可鍛性の材料で形成される。質量負荷は、薄膜層１１５が変動する厚みの領域を有するように薄膜層１１５の質量分布を変えるのを助けることができる。代替的な実施形態では、薄膜層１１５は、変動する厚み又は密度を有するようにパターン化することができる。
本発明の実施形態はまた、ｃＭＵＴ撮像システムのｃＭＵＴアレイを形成するために利用することができる。当業者は、図５及び６に示すｃＭＵＴ撮像アレイが単に例示的であり、他の撮像アレイも本発明の実施形態に従って達成可能であることを認識するであろう。
【００６２】
図５は、基板上にリング−環状アレイに形成されたｃＭＵＴ撮像アレイ素子を示している。図示のように、素子５００は、基板５０５とｃＭＵＴアレイ５１０及び５１５とを含む。基板５０５は、好ましくは円盤形状であり、素子５００は、前向きｃＭＵＴ撮像アレイとして利用することができる。素子５００は、２つのｃＭＵＴアレイ５１０及び５１５と共に示されているが、他の実施形態は、１つ又はそれよりも多くのｃＭＵＴアレイを有することができる。１つのｃＭＵＴアレイが利用される場合、それは、基板５０５の外周の近くに配置することができる。複数のｃＭＵＴアレイが利用される場合、それらは、環状ｃＭＵＴアレイが共通の中心点を有するように同心状に形成することができる。一部の実施形態はまた、本発明の一部の実施形態による異なる幾何学的構成のｃＭＵＴアレイを利用することができる。
【００６３】
図６は、基板上の側方に向いたアレイに形成されたｃＭＵＴ撮像アレイシステムを示している。図示のように、素子６００は、基板６０５とｃＭＵＴアレイ６１０及び６１５とを含む。基板６０５は、円筒形状とすることができ、ｃＭＵＴアレイは、基板６０５の外面に連結することができる。ｃＭＵＴアレイ６１０及び６１５は、インターデジタル的に配置されて側方に向いたｃＭＵＴ撮像アレイのために使用されるｃＭＵＴ素子を含むことができる。素子６００の一部の実施形態は、円筒形状基板６００の外面上に離間した関係で１つ又は複数のｃＭＵＴ撮像アレイ６１０及び６１５を含むことができる。
【００６４】
本発明はまた、ｃＭＵＴ薄膜の振動モードの位置を判断し、かつ質量負荷を判断してｃＭＵＴ薄膜の振動モードを調節するためにｃＭＵＴ１００又はｃＭＵＴアレイの解析を意図している。便宜上、以下に説明するｃＭＵＴの構成要素は、図７に関連している。しかし、構成要素の特定の機能又は構成要素の特定の配置及びサイズの説明は、図７の範囲を制限するように意図しておらず、制限としてではなく例示としてのみ提供する。
【００６５】
ｃＭＵＴを解析するための手法は、水のような流体中でのｃＭＵＴ薄膜の運動を模擬することである。例えば、ｃＭＵＴ薄膜の運動を模擬するために「ＡＮＳＩＳ（登録商標）」ツールのような有限要素解析ツールを使用することができる。本発明の好ましい実施形態では、薄膜は、約４０μｍの幅と約０．６μｍの厚みを有することができる。代替的に、他の寸法を使用することもできる。薄膜は、長くて矩形にすることができるので、１−Ｄ解析を使用することができる。他のシミュレーションは、２−Ｄ又は３−Ｄのような他の次元解析パラメータを使用することができる。
【００６６】
ｃＭＵＴの静電作用を模擬するために、薄膜に１ｋＰａ（キロパスカル）の均一な圧力を加えることができる。薄膜の得られる振動プロフィールを次に計算することができる。図７は、周波数を関数とする薄膜にわたる平均速度７００を示している。図に示すように、スペクトル７０５は、約８ＭＨｚと約２４ＭＨｚでヌルになる７１０及び７１５以外は、２−３０ＭＨｚの領域で比較的平坦である。薄膜の振動プロフィールを更に理解するために、図８に示すように薄膜にわたる最大速度を計算してプロットすることができる。図８では、薄膜の速度は、５つのピーク８０５Ａ、８０５Ｂ、８０５Ｃ、８０５Ｄ、８０５Ｅを有することができる。薄膜の局所ピーク速度は、平均速度よりも一桁大きな値を超える可能性がある。
【００６７】
薄膜変位プロフィールがピークの発生する周波数付近でプロットされると、薄膜がその第３及び第５共振近くに移動する周波数で平均速度がヌルになる。図９Ａ−Ｃは、０．８ＭＨｚと８ＭＨｚにおける薄膜にわたる振動プロフィールを示している。これらの周波数は、薄膜の第１と第３の振動モードに対応している。ｃＭＵＴは、８ＭＨｚ付近で顕著な圧力の出力を全く発生しないが、薄膜は、加えられた圧力に応答して大きな振幅で局所的に振動する。従って、特定のモードがピーク速度を有する薄膜の部分にわたって局所的な電極を置くことにより、ある一定の周波数範囲付近で大きな出力信号を発生させることができる。更に、特定の振動モードの位置を選択的に配置することにより、強化された応答がどこで発生するかを判断することができる。
【００６８】
本発明はまた、関連の特定の薄膜振動モードの周波数を選択的に制御することにより、ｃＭＵＴの設計に対してより高次の振動モードを利用することができる。例えば、薄膜上の所定の位置に質量負荷を配置することによってこれを達成することができる。薄膜の質量分布は、均一な薄膜上に質量負荷を堆積させてパターン化し、不均一な質量分布の薄膜をもたらすことによって変えることができる。例えば、第３の振動モードが目標にされて、ピーク歪みエネルギ（すなわち、ピーク）を有する薄膜の領域に質量負荷が集中される。
【００６９】
質量負荷は、その高い密度と低い剛性のために金が好ましい。金は、約１マイクロメートルの厚みと約２マイクロメートルの幅を有するように構成することができる。図１０Ａ−Ｂに示すように、質量負荷は、ピーク変位の位置１０１５及び１０２０に置くことができる。図１０Ａ−Ｂに示すように、質量負荷をピーク変位の位置１０１５及び１０２０に置くことにより、第３の振動モード周波数を約８ＭＨｚ（１１０５を参照されたい）から約６．５ＭＨｚ（１１１０を参照されたい）にシフトすることができる（図１１）。薄膜に対する第３の振動モード周波数のシフトは、第２及び第４の振動モードのような薄膜の周囲の振動モードに著しい影響を与えないで行うことができる。
【００７０】
上述の質量負荷手法の一例として、図１１に示すように、ｃＭＵＴスペクトルの約８ＭＨｚで発生するヌルを低減するように薄膜を設計することができる。薄膜には、第３の振動モードに対応するように置かれた異なる質量負荷を負荷することができる。質量負荷の幅と厚みを約１マイクロメートルにすることができ、又は厚みを約１マイクロメートルで幅を約２マイクロメートルにすることができる。図１１に示すように、質量負荷を薄膜に沿って置くことにより薄膜の平均速度が調節される。
【００７１】
図１１は、約８ＭＨｚで発生するヌル１１１０が減少することを示している。従って、薄膜の形状と厚みを強化することにより、薄膜の周波数応答を最小にすることができる。図１１によって更に示すように、質量負荷は、大部分のスペクトルに対する薄膜の平均速度に大きく影響を及ぼさず、それは、薄膜の質量負荷がｃＭＵＴの全体効率を低下させないことを証明するものである。ｃＭＵＴの得られる周波数スペクトルは、薄膜に沿って付加的な質量負荷を連続して置くことにより更に成形することができる。
【００７２】
本発明によって意図された高次振動モード制御を備えたｃＭＵＴを利用する好ましい用途は、高調波イメージングである。ｃＭＵＴ周波数スペクトルのピークの位置を変えるために質量負荷が使用されるので、望ましい周波数範囲で受信される信号を改良することができる。更に、上述のように、ｃＭＵＴ電極を複数要素にパターン化することにより、複数要素に対して局所的な振動を選択的に検出することができる。例えば、幅が約１０マイクロメートルの側面電極要素と幅が約１５マイクロメートルの中心電極要素とを有する二重電極要素構造のｃＭＵＴは、異なる振動モードの位置で発生する振動を選択的に検出するのに使用することができる。
【００７３】
図１２は、調和ｃＭＵＴの推定送信及び受信スペクトルを示している。中心及び側面要素の両方を超音波エネルギの送信に使用することができ、側面要素だけを超音波エネルギの受信に使用することができる。図１２が示すように、調和ｃＭＵＴは、約４ＭＨｚの基本周波数の送信に適する広帯域送信スペクトル１２０５を有することができる。更に、受信信号１２１０のスペクトルは、高調波信号が約８ＭＨｚであることを示し、送信されたスペクトルに対してほぼ１５ｄＢだけ増幅される。高調波信号がより多くの減衰を受けるので、本発明は、受信及び送信周波数スペクトルが強化された改良されたｃＭＵＴ設計を提供する。
【００７４】
図１３Ａと１３Ｂは、本発明の好ましい実施形態による非対称の薄膜１３１５と電極要素１３３０とを備えたｃＭＵＴ１３００を示している。図１３に示すように、ｃＭＵＴ１３００は、一般的に、基板１３０５、薄膜１３１５、及び電極要素１３３０を含む。図１３Ｂに示すように、薄膜１３１５は伸長され、電極要素１３３０は、それが基板１３０５の上方に吊り下げられるように薄膜１３１５内に配置することができる。
【００７５】
薄膜１３１５は、単一の薄膜１３１５内で複数の薄膜特性を達成するために複数の幅を有するように構成することができる。ｃＭＵＴ１３００の様々な要素の幅が図１３Ａに示されており、一方で要素の厚みが図１３Ｂに示されていることが分るであろう。例えば、薄膜１３１５は、一般的に台形形状に構成され、第１の端部１３２０での薄膜１３１５の幅は、第２の端部１３２５での薄膜１３１５の幅よりも小さい。図１３Ｂでは薄膜１３１５の厚みが均一で対称に見えるが、そのように均一で対称である必要はないことが分るであろう。好ましい実施形態では、薄膜１３１５の形状は、二等分線１３５０に関して非対称である。一部の実施形態では、二等分線は、二等分側線１３５０とすることができる。二等分側線１３５０は、図１３Ａに示すように、薄膜１３１５の第１の端部１３３５と第２の端部１３４０の間の中間点の位置の境界を定めることができる。二等分側線１３５０はまた、薄膜１３１５の第１の端部１３３５と第２の端部１３４０の間で他の位置の境界を定めることもできる。
【００７６】
薄膜１３１５は、薄膜１３１５の長さに沿って幅が変動するためにその長さに沿って不均一な撓み特性を呈する。均一な物質性を仮定すると、幅がより大きな薄膜１３１５の部分は、幅がより小さな薄膜１３１５の部分よりも簡単に撓むことになる。薄膜１３１５の撓み特性は、薄膜１３１５の長さ、幅、及び厚みばかりでなく、薄膜を製作するために使用される材料によって影響される。均一な物質性を仮定すると、薄膜１３１５の各異なる部分は、異なる基本周波数で振動する。従って、薄膜１３１５の長さに沿って幅を変動させることにより、薄膜１３１５は、超広帯域信号を送信及び受信することができる。
【００７７】
薄膜１３１５の不均一な撓み特性のために、薄膜１３３０に対して不均一な容量性の力を与えるようになった電極要素１３３０を使用することが望ましい場合がある。標準の対称な電極が使用される場合、薄膜１３１５の各部分に対して均一な力が加えられる。従って、薄膜１３１５の第１の部分は、崩壊するように駆動することができ、一方で薄膜１３１５の別の部分は、崩壊させることができない。本発明の好ましい実施形態では、不均一な電極要素１３３０が使用されて電極要素１３３０の長さに沿って薄膜１３１５に不均一な力が加えられ、それによって薄膜１３１５にわたって実質的に等しい量を撓ませる。そのような実施形態では、薄膜１３１５の複数の部分、又は薄膜１３１５の大部分でさえも同時に崩壊するように駆動することができる。
【００７８】
図１３は、非対称電極要素１３３０を有するｃＭＵＴ１３００を示している。図１３Ｂでは、電極要素１３３０の厚みが均一で対称に見えるが、そのように均一で対称である必要はないことが分るであろう。ｃＭＵＴの電極要素１３３０は、電極要素１３３０の電気的感度が薄膜１３１５の長さに沿って均一になるように適切に成形することができる。本発明の好ましい実施形態では、薄膜の全ての部分は、単一のＤＣバイアスレベルにおける対応する崩壊電圧の約９０−９５％までバイアスされることが望ましい。また、電極要素１３３０は、送信時に薄膜１３１５が対称に励振されるように、かつ対称振動モードが好ましく検出されるように置くことができる。
【００７９】
電極要素１３３０は、薄膜１３１５に複数の力を加えるために複数の幅を含むように構成することができる。例えば、電極要素１３３０は、第１の端部１３３５における電極要素１３３０の幅が第２の端部１３４０における電極要素１３３０の幅とは異なるように、ほぼ台形形状に構成することができる。好ましい実施形態では、薄膜１３１５の形状は、二等分線１３５０に関して非対称である。二等分線１３５０は、薄膜１３１５の第１の端部１３３５と第２の端部１３４０との中間点の位置の境界を定めることができる二等分側線１３５０とすることができる。代替的に、この二等分側線は、薄膜１３１５の第１の端部１３３５と第２の端部１３４０との間で他の位置の境界を定めることができる。薄膜１３１５の二等分側線は、図１３Ａには電極要素１３３０の二等分側線と同等に示されているが、そのように同等である必要はない。
【００８０】
図１３Ａに示すように、薄膜１３１５と電極要素１３３０は、それらの幅が反比例して変化するように配向することができる。例えば、電極要素１３３０の第１の端部１３３５は、薄膜１３１５の第１の端部１３２０に対応することができる。同様に、薄膜１３１５の第２の端部１３２５は、電極要素１３３０の第２の端部１３４０に対応することができる。代替的な実施形態では、薄膜１３１５と電極要素１３３０は、他の配置に配向することができ、他の因子が、薄膜１３１５と電極要素１３３０の向きに影響を及ぼす場合がある。例えば、電極要素１３３０の形状と向きは、薄膜１３１５の厚みに依存する可能性がある。
【００８１】
好ましい実施形態では、薄膜１３１５の第２の端部１３２５は、約２０マイクロメートル幅とすることができ、この薄膜は、約０．８マイクロメートル厚みとすることができ、窒化珪素で作ることができる。電極要素１３３０は、約０．１６マイクロメートル厚みのアルミニウムで作ることができる。電極要素１３３０は、一般的に、窒化珪素薄膜１３１５の中心に配置することができる。約０．１６マイクロメートルの間隙１３１４が、基板１３０５に近接する下部電極から薄膜１３１５を分離する場合、電極要素１３３０の第２の端部１３４０が約１０マイクロメートル幅の場合には、薄膜１３１５は、約１３８Ｖ付近のＤＣバイアスで崩壊することになる。更に、薄膜１３１５の第１の端部１３２０が、約１２マイクロメートル幅の場合には、電極要素の第１の端部１３３５は、約７．８マイクロメートル幅になり、約１３８ボルトの崩壊電圧を有することができる。これらの寸法を用いて、電極要素１３３０に単一のＤＣバイアスを適用することにより、大部分の薄膜１３１５を駆動して実質的に同時に崩壊させることができる。
【００８２】
本発明の好ましい実施形態では、薄膜１３１５のアスペクト比（平均長さ／平均幅）は、約２よりも大きい。そのような実施形態では、薄膜１３１５の動力学、すなわち共振は、幅寸法によって支配されることになる。長さ寸法にわたって薄膜１３１５の幅を変えることにより、異なる区域の反共振、すなわち、断面上の平均薄膜速度がほぼゼロになる周波数は、比較的狭い周波数範囲にわたって分布されることになり、そのために周波数応答の全体的均一性の中心を望ましいレベルに置くことができる。この手法は、ｃＭＵＴの第１のモード付近に幅広いピークを有することによって周波数範囲を広げることを目的とするものではない。むしろ、より平滑な移行により、第１、第２、及び第３のモードによるピークを埋めることによって超広帯域幅が達成される。
【００８３】
図１４は、本発明の好ましい実施形態によるｃＭＵＴアレイ要素のパルスエコースペクトルの概略グラフを示している。第１の帯域１４０５は、実質的に薄膜１３１５の第１の振動モードに対応し、均一なピストン運動に非常に似ている。第２の帯域１４１０は、実質的に薄膜１３１５の第２の対称モードに対応し、薄膜にわたって正味の平均粒子速度を有する。薄膜１３１５の理想的な反共振モードは、送信中に励振されず、図１６に示すように、薄膜１３１５と電極要素１３３０は、実質的に均一であり、ｃＭＵＴの様々な断面の中心軸付近で対称であると仮定されている。また、受信モードでは、薄膜の変位が反対称の時には、均一な入射圧力波は、典型的に正味の平均変位を発生することにはならない。本発明の多くの用途では、薄膜１３１５が水のような媒体中に浸漬されるので、モード形状は、真空中の同じ薄膜と正確に同じにならないであろうが、異なる解析と実験技術を通して得ることができる。
【００８４】
図１４に示すように、帯域１４０５及び１４１０は、２つ又はそれよりも多くの異なる周波数範囲で超音波撮像をするために別々に使用することができる。例えば、第１のモードは、約１２ＭＨｚでの撮像を実行するために使用することができ、第２のモードは、約４０ＭＨｚでの撮像を実行するために使用することができる。この作動の手法は、一般的に、同じｃＭＵＴアレイが２つの異なる周波数範囲での撮像に使用される用途において使用される。更に、これらのモード付近の位置と帯域幅は、ｃＭＵＴ薄膜１３１５の製作中に微小機械加工技術を使用して調節することができる。
【００８５】
多くの用途に対して、非常に広い周波数にわたって感度の良い変換器が望ましい。更に、変換器の感度を６ｄＢ帯域で均一にする必要はない。一部の用途では、図１５に示すように、関連の周波数範囲にわたって変動がある一定の限界、すなわち１２ｄＢよりも低いことが好ましい。制限された感度を補償し、超広帯域イメージング、符号化された励振を使用する高調波イメージング、又は造影剤を使用する高調波イメージングに対する信号を処理するために、電子及びデジタル濾過技術を使用することができる。図１４に示されているｃＭＵＴ周波数応答は、液浸薄膜の反共振による深いヌルのためにこれらの用途に対して好ましくはない。ｃＭＵＴアレイ要素を構成する全ての薄膜の幾何学形状が均一なので、これらのヌルは非常に良好に定義される。この問題は、ｃＭＵＴ薄膜を製作するための微小機械加工技術を利用することによって対処することができる。
【００８６】
図１５は、３つの周波数応答１５１０、１５１５、１５２０の組合せによって達成することができる結合周波数応答１５０５を示している。一般的に、望ましい結果を達成するためには、薄膜の長さにわたって極めて僅かな（１−１０％）幅の変動が適している。他の用途に対しては、より厳密な幅の変動が好ましい。これらの周波数応答は、図１６に示されているｃＭＵＴ薄膜に沿ったある一定の領域に対応するものである。
図１６は、図１５に示す周波数応答に対応する周波数応答を生成するためのｃＭＵＴ薄膜と対応する領域の上面図である。図示のように、領域１６１０は、周波数応答１５１０を生成し、領域１６１５は、周波数応答１５１５を生成し、領域１６２０は、周波数応答５２０を生成する。
【００８７】
図１７は、各々台形薄膜である複数のｃＭＵＴを示している。複数のｃＭＵＴは、本発明の好ましい実施形態に従って配置されている。図１７に示すように、複数のｃＭＵＴ１７１０、１７１５、１７２０、１７２５、１７３０、１７３５、１７４０、及び１７４５は、単一基板１７０５上に配置することができる。ｃＭＵＴ１７１０、１７１５、１７２０、１７２５、１７３０、１７３５、１７４０、及び１７４５は、各々薄膜（Ａで示される）と電極要素（Ｂで示される）とを有する。例えば、ｃＭＵＴ１７２０は、薄膜１７２０Ａと電極要素７２０Ｂとを有する。変換器アレイ要素にわたる活性（振動する）表面積を最大にするために、この及び類似の構成を使用することができる。更に、電極要素を連結することにより、この複数のｃＭＵＴの多重ｃＭＵＴを電気的に結合し、ｃＭＵＴ又はｃＭＵＴ要素アレイを形成することができる。
図１７に示すように、ｃＭＵＴは、薄膜の広い端部が別の薄膜の狭い端部と近接するように、薄膜が方向を交替するように基板１７０５上に配向することができる。例えば、薄膜１７４０Ｂの幅の広い方の端部は、薄膜１７４５Ｂの短い方の幅の端部に近接して配置される。そのような配向は、非対称特性を有する複数のｃＭＵＴを単一基板１７０５上に配置することを可能にする。
【００８８】
本発明の代替的な実施形態では、厚み寸法における薄膜の幾何学形状を変えることにより、周波数帯域の類似の周波数均衡化と中心周波数調節とを達成することができる。図１８Ａは、本発明の好ましい実施形態により成形された質量負荷を有するｃＭＵＴ１８００の上面図である。ｃＭＵＴ１８００は、一般的に、基板１８０５、薄膜１８１０、及び電極１８２５を含む。更に、ｃＭＵＴ１８００は、図１８Ｂ及び１８Ｃに示すように、薄膜１８１０によって形成された空洞１８０９を含むことができる。電極１８２５は、薄膜１８１０内に配置することができ、図１８Ａで破線のボックスとして示されている。薄膜１８１０は、第１の端部１８１０Ａと第２の端部１８１０Ｂとを有することができる。第１の端部１８１０Ａは、第２の端部１８１０Ｂよりも広い幅を有することができる。
【００８９】
ｃＭＵＴ１８００はまた、質量負荷１８１５及び１８２０を含むことができる。質量負荷１８１５及び１８２０は、それらの長さにわたって変動する幅を有することができる。例えば、質量負荷１８１５は、第１の端部１８１０Ａと第２の端部１８１０Ｂとを有することができ、第１の端部１８１０Ａは、第２の端部１８１０Ｂよりも広い幅を有することができる。同様に、質量負荷１８２０は、第１の端部１８２０Ａと第２の端部１８２０Ｂとを有することができ、第１の端部１８２０Ａは、第２の端部１８２０Ｂよりも広い幅を有することができる。質量負荷１８１５及び１８２０は、薄膜１８１０の一部分にすることができ、又は薄膜１８１０に近接して配置することができる。
【００９０】
図１８Ｂと１８Ｃは、ｃＭＵＴ１８００の断面図であり、線Ａ−ＡとＢ−Ｂに沿った質量負荷の様々な幅を示している。図１８Ｂと１８Ｃの質量負荷１８１５及び１８２０の幅を比較して明らかなように、質量負荷１８１５及び１８２０の幅は、図１８Ｃよりも図１８Ｂの幅の方が広い。
薄膜１８１０の端部１８１０Ａ及び１８１０Ｂを成形することにより、薄膜１８１０のモードの中心の周波数を望ましい位置まで移動させることができる。薄膜１８１０の振動モードを高調波のような望ましい中心周波数に配置するために質量負荷１８２０及び１８２５を使用することもできる。更に、質量負荷１８２０及び１８２５の幅をその長さ寸法にわたって変えることにより、周波数応答を台形薄膜のそれと類似にすることができる。薄膜１８１０の第１及びそれよりも高いモードの振動形状は、薄膜１８１０上の質量分布によって制御することができる。更に、電極要素１８２５の位置は、特定モードに対する信号の受信を最大にするように最適化することができる。
【００９１】
図１９Ａと１９Ｂは、均一なｃＭＵＴ薄膜（図１９Ａ）とマルチモード最適化ｃＭＵＴ薄膜（図１９Ｂ）の断面図である。更に、これらの図は、ｃＭＵＴに対応するサンプル振動モード図を示している。図１９Ａに示すように、第１モード変位プロフィール１９５０と第２モード変位プロフィール１９５５は、図１９Ａに示す均一なｃＭＵＴ薄膜に対応している。また、図１９Ｂに示すように、第１モード変位プロフィール１９５０と第２モード変位プロフィール１９５５は、図１９Ｂに示すマルチモード最適化ｃＭＵＴ薄膜に対応している。
【００９２】
変位プロフィール１９５５及び１８５５は、質量負荷１８１５及び１８２０を有する最適化ｃＭＵＴ薄膜１８１０（図１９Ｂ）が、薄膜１９１０（図１９Ａ）の第２モード変位プロフィール１９５５と比較して改良された第２モード変位プロフィールを有することを示している。第２モードに対するモード変位が電極要素１８２５に対応して信号の受信及び送信の強化を可能にするので、変位プロフィールは強化される。
例示的な実施形態を特に参照して本発明の様々な実施形態を詳細に説明したが、当業者は、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲内で変形及び修正を行うことができることを理解するであろう。従って、本発明の様々な実施形態の範囲は、上述の実施形態に制限されるべきではなく、特許請求の範囲及び全ての適用可能な均等物によってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴの断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴのサンプルパルスエコー周波数スペクトルを示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴを製作するために利用される製作工程を示す図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴを製作するために利用される製作工程を示す論理流れ図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態によるリング環状アレイに形成された複数の調和ｃＭＵＴを含むｃＭＵＴ撮像アレイシステムを示す図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態による側方に向いたアレイに形成された複数の調和ｃＭＵＴを含むｃＭＵＴ撮像アレイシステムを示す図である。
【図７】図７に示すｃＭＵＴの表面にわたって周波数の関数として計算された平均速度を示すグラフを示す線図である。
【図８】図１に示すｃＭＵＴ薄膜の表面にわたって周波数の関数として計算されたピーク速度振幅を示すグラフである。
【図９Ａ】約０．８ＭＨｚでの図１に示すｃＭＵＴ薄膜に対する振動プロフィールを示す線図である。
【図９Ｂ】約８ＭＨｚでの図１に示すｃＭＵＴ薄膜に対する振動プロフィールのマグニチュードを示す線図である。
【図９Ｃ】約８ＭＨｚでの図１に示すｃＭＵＴ薄膜に対する振動プロフィールの位相を示す線図である。
【図１０Ａ】第３のモードで振動しているｃＭＵＴ薄膜の断面を示す線図である。
【図１０Ｂ】ｃＭＵＴ薄膜に沿って位置決めされた質量負荷の断面を示す線図である。
【図１１】質量負荷が負荷された場合と負荷されない場合の図１に示すｃＭＵＴ薄膜に対する平均速度の比較を示す線図である。
【図１２】調和ｃＭＵＴに対する送信及び受信電極要素に対応するサンプル計算平均速度の線図である。
【図１３Ａ】本発明の好ましい実施形態による非対称特性を有するｃＭＵＴの上面図である。
【図１３Ｂ】本発明の好ましい実施形態による非対称特性を有するｃＭＵＴの断面図である。
【図１４】異なる周波数帯域にわたる超音波撮像に対して変換器のいくつかの振動モードが別々に使用される非対称特性を有するｃＭＵＴに対する概略パルスエコー周波数スペクトル図である。
【図１５】本発明の好ましい実施形態による非対称特性を有するｃＭＵＴのサンプルパルスエコー周波数スペクトル応答図である。
【図１６】図１５の応答図に対応する周波数応答を有するｃＭＵＴ薄膜の断面を示す本発明の好ましい実施形態による非対称特性を有するｃＭＵＴの上面図である。
【図１７】本発明の好ましい実施形態による非対称特性を有する複数のｃＭＵＴで構成されたｃＭＵＴアレイ要素を示す図である。
【図１８Ａ】本発明の好ましい実施形態による非対称な不均一質量分布の薄膜を有するｃＭＵＴを示す図である。
【図１８Ｂ】線Ａ−Ａに沿った図１８ＡのｃＭＵＴの断面図である。
【図１８Ｃ】線Ｂ−Ｂに沿った図１８ＡのｃＭＵＴの断面図である。
【図１９Ａ】均一なｃＭＵＴの断面図と均一なｃＭＵＴに対するサンプルマルチモード変位図である。
【図１９Ｂ】本発明による非対称特性を有するｃＭＵＴの断面図と非対称特性を有するｃＭＵＴに対するサンプルマルチモード変位図である。
【符号の説明】
【００９４】
１３００ ｃＭＵＴ
１３０５ 基板
１３１５ 薄膜
１３３０ 電極要素
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にチップの製作に関し、より詳細には、非対称薄膜容量性微小機械加工超音波変換器（ｃＭＵＴ）及びｃＭＵＴ撮像アレイの製作に関する。
関連出願への相互参照及び優先権請求
本出願は、２００４年３月１１日出願の米国特許仮出願出願番号第６０／５５２，０８２号の恩典を請求するものである。本出願はまた、共に２００５年２月２８日出願で「高調波ＣＭＵＴ素子及び製作方法」という名称であり、かつ共に２００４年２月２７日出願の米国特許仮出願出願番号第６０／５４８，１９２号の恩典を主張する、米国特許出願出願番号第１１／・・・、・・・号及びＰＣＴ特許出願出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００５／・・・・・・に対する優先権を主張し、かつそれらの一部継続出願であり、本出願はまた、共に２００５年２月２８日出願で「多要素電極ＣＭＵＴ素子及び製作方法」という名称であり、かつ共に２００４年２月２７日出願の米国特許仮出願第６０／５４８，１９３号及び２００４年９月１６日出願の米国特許仮出願第６０／６１１，０４９号の恩典を主張する、米国特許出願出願番号第１１／・・・、・・・号及びＰＣＴ特許出願出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００５／・・・・・・に対する優先権を主張し、かつそれらの一部継続出願であり、本出願はまた、共に２００５年２月７日出願で「ＣＭＵＴ素子及び製作方法」という名称であり、かつ共に２００４年２月６日出願の米国特許仮出願第６０／５４２，３７８号の恩典を主張する、米国特許出願第１１／０５３，６７２号及びＰＣＴ特許出願出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００３８９８に対する優先権を主張し、かつそれらの一部継続出願である。
【背景技術】
【０００２】
容量性微小機械加工超音波変換器は、一般的に機械的及び電子的構成要素を非常に小さなパッケージに組み合わせるものである。機械的及び電子的構成要素は、互いに作動して機械的エネルギを電気的エネルギに又はその反対に変換する。ｃＭＵＴは、典型的に非常に小さく、機械的及び電気的部分の両方を有するので、それらは、一般的に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）素子と呼ばれる。ｃＭＵＴは、サイズが極めて小さいために、医療用装置技術を含む多くの異なる技術分野の多数の用途に使用することができる。
【０００３】
医療用装置の領域内でのｃＭＵＴに対する１つの用途は、軟部組織イメージングである。組織高調波イメージングは、それが撮像組織に関する独特の情報を提供するので医療用超音波イメージングで重要になっている。高調波イメージングでは、送信中に撮像アレイから組織に中心周波数（ｆ0）で超音波エネルギが送信される。この超音波エネルギは、特に高い振幅レベルでは非線形的に組織と相互作用し、例えば、２ｆ0、３ｆ0、４ｆ0のような入力周波数のより高い高調波で超音波エネルギが発生する。これらの高調波信号は、次に撮像アレイによって受信されて画像が形成される。帰還信号を受信するために、撮像アレイ内の超音波変換器は、好ましくは、超広帯域信号を受信する感受性を有するであろう。
【０００４】
従来の超音波変換器は、このような方法で実行することはできない。例えば、圧電変換器は、これらの変換器が基本周波数（ｆ0）とその奇数高調波（３ｆ0、５ｆ0など）でのみ効率的である傾向を有するために、高調波イメージング用途に対して適していない。圧電変換器の奇数の高調波の効率を補償するために、変換器は、典型的には減衰され、いくつかのマッチング層が使用されて広帯域（〜９０％部分帯域幅）変換器を作り出す。しかし、この手法は、バッキング及びマッチング層のためにかなりのエネルギが失われるので感度と帯域幅の間に交換条件を必要とする。更に、従来の圧電変換器と製作方法は、素子製作業者が従来の圧電変換器の振動高調波を制御又は調節することを可能にしない。
【０００５】
従来のｃＭＵＴはまた、一般的に、組織の高調波イメージングに対して構成されていない。例えば、従来のｃＭＵＴは、ｃＭＵＴ薄膜の複数の振動モードに適応されておらず、かつそれらを利用しない。むしろ、従来の圧電変換器のような従来のｃＭＵＴは、ｃＭＵＴ薄膜の第１の振動モードを利用しただけの実質的に均一な円形形状又は矩形形状の薄膜を有する。更に、従来のｃＭＵＴ及び製作方法は、調節可能な振動モード又は制御可能な振動高調波を有することができるｃＭＵＴを提供しない。従来のｃＭＵＴ形式の設計により、合理的なＳＮ比を有するためには９０％部分帯域幅が通常望ましい。しかし、この部分帯域幅は、医療用イメージング用途に対するｃＭＵＴ薄膜の複数の振動次数の使用を排除する。より詳細には、従来のｃＭＵＴ設計は、広い帯域幅にわたってより高い感度を達成するように最適化されず、又はｃＭＵＴ薄膜の複数の振動モードを利用するようになっていない。
【０００６】
従って、組織高調波イメージング用途に対してｃＭＵＴ素子の性能を増大及び強化する強化薄膜を有するｃＭＵＴの製作を可能にするｃＭＵＴ製作方法に対する必要性が当業技術に存在する。
更に、ｃＭＵＴ素子性能を増大及び強化するために薄膜の複数の振動モードと複数の振動高調波とを利用するｃＭＵＴを製作する方法に対する必要性が当業技術に存在する。
更に、ｃＭＵＴ薄膜に対する異なる振動モードに関連する周波数を使用して超音波エネルギを受信及び送信することができるＣＭＵＴ素子に対する必要性が当業技術に存在する。
本発明の実施形態は、そのようなｃＭＵＴの製作とｃＭＵＴ撮像アレイの製作を提供することに主として関連している。
【０００７】
【特許文献１】米国特許仮出願出願番号第６０／５５２，０８２号
【特許文献２】米国特許仮出願出願番号第６０／５４８，１９２号
【特許文献３】米国特許仮出願第６０／５４８，１９３号
【特許文献４】米国特許仮出願第６０／６１１，０４９号
【特許文献５】米国特許仮出願第６０／５４２，３７８号
【特許文献６】米国特許出願第１１／０５３，６７２号
【特許文献７】ＰＣＴ特許出願出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００３８９８
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、可変幅薄膜ｃＭＵＴアレイ変換器の製作方法及びシステムを含む。本発明はまた、可変幅電極要素を備えたｃＭＵＴを含む。本発明は、医療用撮像用途に特に有用とすることができる超音波エネルギ又は波の送信及び受信を最適化するための強化された薄膜及び多要素電極を有する撮像用途に対するｃＭＵＴを提供する。本発明のｃＭＵＴは、所定の周波数を受信するようになった不均一な質量分布の薄膜を有することができる。本発明はまた、調和的に関連付けられた振動モードを有するように適応させることができる薄膜を有するｃＭＵＴを提供する。更に、本発明は、ｃＭＵＴ薄膜の振動高調波を調節して作動周波数と関連の高調波とに対応させることができるように製作することが可能な薄膜を有するｃＭＵＴを提供する。更に、本発明は、ｃＭＵＴ薄膜が撮像媒体中に浸漬された時に、電極をｃＭＵＴ薄膜の複数の振動モードのピーク近くに配置して製作することが可能なｃＭＵＴを提供する。
ｃＭＵＴは、素子の寄生キャパシタンスを低下させて、従って電気的性能を改善して光学検出法の使用を可能にするために、以下に限定されるものではないが、シリコン、水晶、又はサファイアのような誘電性又は透明な基板上に製作することができる。更に、本発明の好ましい実施形態により構成されたｃＭＵＴは、血管内カテーテル及び超音波撮像のような液浸用途で使用することができる。
【０００９】
本発明は、好ましくは、薄膜と薄膜の振動モードを調節するための薄膜周波数調節器とを有するｃＭＵＴを含む。薄膜周波数調節器は、薄膜の少なくとも２つの振動モードが調和的に関連付けられるように薄膜の調節を可能にする。薄膜周波数調節器は、その長さの少なくとも一部分に沿って不均一な質量分布を有する薄膜を含むことができる。質量の不均一性は、いくつかの方法、例えば、薄膜の厚みを変えることにより、薄膜の密度を変えることにより、又は例えば薄膜にその薄膜に近接して質量負荷を設けることによって提供することができる。質量負荷は、その長さに沿って質量の不均一性を提供する単一の質量源とすることができ、又は薄膜に沿って様々な場所に配置された複数の別々の質量負荷要素とすることができる。
【００１０】
ｃＭＵＴは、ｃＭＵＴの電極要素である質量負荷を含むことができる。好ましい質量負荷は金である。
複数の質量負荷要素は、薄膜の周波数応答を修正する。薄膜は、複数の振動モードを有することができ、薄膜の周波数調節器は、薄膜の振動モードが調和的に関連付けられるように薄膜を適応させることができる。薄膜は、基本周波数で振動するように適応させることができ、薄膜周波数調節器は、実質的に基本周波数の２倍に等しい周波数で振動するように薄膜を調節することができる。
【００１１】
本発明は、薄膜を設ける段階、薄膜の目標振動周波数を判断する段階、及び薄膜の目標振動周波数を誘導するために薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って薄膜の質量分布を変更する段階を含む、ｃＭＵＴの振動モードを制御する方法を更に含むことができる。好ましい実施形態では、薄膜の目標振動周波数は、薄膜の基本周波数の実質的に２倍である。薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って薄膜の質量分布を変更する段階は、薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って様々な厚みを有する薄膜を設ける段階、又は薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って様々な密度を有する薄膜を設ける段階を含むことができる。好ましくは、薄膜は、第１の振動モードと第１の振動モードの周波数の約２倍である第２の振動モードとを有し、薄膜は、第１の振動モードで超音波エネルギを送信し、第２の振動モードで超音波エネルギを受信するようになっている。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によるｃＭＵＴの製作方法は、薄膜を設ける段階、及び所定の周波数でエネルギを受信するために不均一な質量分布を有するように薄膜を構成する段階を含む。不均一な質量分布を有するように薄膜を構成する段階は、薄膜に近接して複数の質量負荷を設ける段階を含むことができる。第１の振動モードで超音波エネルギを送信し、第１の振動モードの周波数の約２倍である第２の振動モードで超音波エネルギを受信するように薄膜を適応させる更に別の段階を提供することができる。更に、薄膜の振動モードが調和的に関連付けられるように薄膜を適応させることができ、薄膜の振動モードに近接して電極要素を位置決めする更に別の段階を付加することができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態は、薄膜と薄膜に近接した質量負荷とを含む。質量負荷は、所定の周波数でエネルギを受信するように薄膜を適応させることができる。更に、薄膜がその長さの少なくとも一部分に沿って不均一な質量分布を有するように薄膜上に複数の質量負荷を配置することができる。質量負荷は、薄膜の一部か、薄膜に近接するか、又は薄膜に沿って位置決めすることができる。質量負荷は、薄膜とは異なる材料にすることができる。薄膜は、薄膜の振動モードが調和的に関連付けられるように薄膜の質量を分布させるために、質量負荷を使用して厚みが異なる領域を有するように形成することができる。代替的に、薄膜の不均一な質量分布の一部分は、様々な厚みの領域を有するように薄膜をパターン化することによって形成することができる。調和ｃＭＵＴはまた、薄膜によって形成された空洞、薄膜に近接した第１の電極、及び基板に近接した第２の電極を含むことができる。空洞は、第１の電極と第２の電極の間に配置することができる。第１の電極と第２の電極は、複数の要素を有するように構成することができる。
【００１４】
別の好ましい実施形態では、ｃＭＵＴを製作する方法は、基板に近接して薄膜を設ける段階、及び薄膜をその長さの少なくとも一部分に沿って不均一な質量分布を有するように構成する段階を含むことができる。ｃＭＵＴを製作する方法はまた、第１の導電層に近接して犠牲層を設ける段階、犠牲層に近接して第１の薄膜層を設ける段階、第２の導電層に近接して第２の薄膜層を設ける段階、及び犠牲層を除去する段階を含むことができる。第１及び第２の薄膜層は、薄膜を形成することができる。ｃＭＵＴの製作方法はまた、薄膜の振動モードの周波数及び形状をシフトする段階、及び受信状態で超音波エネルギを受信して送信状態で超音波エネルギを送信するように作動するように薄膜を適応させる段階を含むことができる。
【００１５】
更に別の好ましい実施形態では、調和ｃＭＵＴを制御する方法は、薄膜の振動モードを判断する段階、及び所定の周波数に対応する薄膜振動モードを誘導するために１つ又はそれよりも多くの質量負荷を薄膜上に位置決めする段階を含むことができる。調和ｃＭＵＴは、薄膜に近接した上部電極、基板に近接した下部電極、及び薄膜と下部電極の間の空洞を有することができる。調和ｃＭＵＴを制御する方法はまた、薄膜の振動モードに対応するように第１の電極要素を位置決めする段階を含むことができる。第１の電極要素は、上部電極及び／又は下部電極の一部とすることができる。所定の周波数は、薄膜の基本周波数の実質的に２倍とすることができる。薄膜は、第１の振動モードと、第１の振動モードの周波数の約２倍である第２の振動モードとを有することができる。薄膜は、第１の振動モードで超音波エネルギを送信し、第２の振動モードで超音波エネルギを受信するように適応させることができる。
【００１６】
更に別の好ましい実施形態では、ｃＭＵＴは、第１の端部と第２の端部とを有する薄膜を含むことができ、薄膜は、二等分側線に関して実質的に非対称とすることができる。二等分側線は、薄膜の端部間の中間の位置の境界を定めることができる。薄膜の端部は、異なる幅を有することができ、一端での薄膜の幅は、好ましくは他端での薄膜の幅よりも大きい。詳細説明と図を精査すれば、本明細書で使用される「幅」寸法が「厚み」と異なることは明確に理解されるであろう。薄膜は、第１の崩壊力と、第１の端部に近接した第１の点で薄膜を崩壊状態まで駆動するのに必要な力として定義された薄膜の特性と、第２の端部に近接した第２の点で薄膜を崩壊状態まで駆動するのに必要な力としての薄膜の特性として同様に定義された第２の崩壊とを具現することができる。第１の崩壊力は、好ましくは第２の崩壊力とは異なり、かつそれよりも低い。
【００１７】
本発明によるｃＭＵＴはまた、第１の端部と第２の端部とを有する電極要素を含むことができる。電極要素は、二等分側線に関して実質的に非対称とすることができる。二等分側線は、電極要素の第１及び第２の端部の間の位置の境界を定めることができる。電極要素の第１の端部は、第２の端部での電極要素の幅よりも小さい幅を有することができる。電極要素は、非対称の電極要素を基板の方向に実質的に等しい距離の第１の点と第２の点で薄膜を撓ませるように適応させることができるように、第１の点と第２の点で薄膜上に恐らくは異なる量の力をもたらすように適応させることができる。
【００１８】
薄膜はまた、好ましくは、その長さに沿って様々な撓み特性を有するようになっている。更に、第１の端部から第２の端部まで測定された薄膜の長さは、好ましくは、第１の端部での薄膜の幅の２倍よりも長いか又は実質的にそれに等しい。薄膜はまた、伸長させ、所定の形状を有し、超広帯域信号を送信及び受信するように適応させることができる。本発明の好ましい実施形態では、薄膜は、実質的に台形である。
【００１９】
本発明の更に別の好ましい実施形態では、ｃＭＵＴを製作する方法は、一般的に、薄膜を設ける段階、及び薄膜を二等分側線に関して実質的に非対称に構成する段階を含む。ｃＭＵＴを製作する方法はまた、薄膜の第１の端部で第１の幅と薄膜の第２の端部で第２の幅とを有するように薄膜を構成する段階を含むことができる。第１の端部での第１の幅は、第２の端部での第２の幅よりも大きくすることができる。薄膜はまた、第１の点で第１の撓み特性を有し、第２の点で第２の撓み特性を有するように構成することができる。薄膜はまた、薄膜の第１の端部と第２の端部の間の距離が、第１の側面と第２の側面の間の第２の端部で測定された薄膜の幅の２倍よりも長いか又は実質的に等しくなるように構成することができる。薄膜は、更に、超広帯域信号の送信及び受信の両方を行い、かつ台形形状に構成することができる。
【００２０】
ｃＭＵＴを製作する方法はまた、電極要素を設ける段階を含むことができる。電極要素は、二等分側線に関して実質的に非対称にすることができる。更に、電極要素は、電極要素の第１の端部に第１の幅と電極要素の第２の端部に第２の幅とを有するように構成することができる。第１の端部の第１の幅は、第２の端部の第２の幅よりも小さくすることができる。ｃＭＵＴを製作する方法はまた、第１の点と第２の点で薄膜に対して力をもたらし、基板の方向に実質的に等しい距離の第１の点と第２の点で薄膜を撓ませるように電極要素を構成する段階を含むことができる。
本発明の様々な好ましい実施形態を特徴付けるこれら及び他の特徴並びに利点は、以下の詳細説明を読んで関連する図面を精査することから明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
ｃＭＵＴは、特に微小規模及びアレイ用途に対して、圧電超音波変換器の代替として開発されたものである。ｃＭＵＴは、一般的に表面を微小機械加工され、１次元又は２次元アレイに製作されて特定用途のためにカスタマイズすることができる。ｃＭＵＴは、帯域幅とダイナミックレンジの点で圧電変換器に同等の性能を有することができるが、一般的にサイズが相当に小さいものである。
ｃＭＵＴは、一般的に、導電性基板の上方に吊り下げられた薄膜内に配置された上部電極、又は基板の近くか又はそれに連結された下部電極を組み込んでいる。任意的に、基板と下部電極の間に接着層又は他の層を配置することができる。薄膜は、弾性特性を有し、刺激に応答してそれを変動させることができる。例えば、刺激は、以下に限定されるものではないが、薄膜に圧力を作用する外力と、ｃＭＵＴ電極を通して印加される静電気力とを含むことができる。
【００２２】
ｃＭＵＴは、多くの場合に音響波を送信及び受信するのに使用される。音響波を送信するために、ｃＭＵＴ薄膜内に配置されたｃＭＵＴ電極にＡＣ信号と大きなＤＣバイアス電圧が印加される。代替的に、電圧は、下部電極に印加することができる。ＤＣ電圧は、変換が効率的な場所に薄膜を引き下ろすことができ、ｃＭＵＴ素子応答を線形化することができる。ＡＣ電圧は、ガス又は流体のような周囲媒体内に音響波を発生させるために、望ましい周波数で薄膜を動かすことができる。音響波を受信するために、衝突する音響波がｃＭＵＴ薄膜を動かす時のｃＭＵＴ電極間のキャパシタンスの変化を測定することができる。
【００２３】
本発明は、ｃＭＵＴの振動高調波を制御するために強化された薄膜を含むｃＭＵＴを提供する。本発明によるｃＭＵＴ薄膜は、薄膜の長さに沿って不均一な質量分布を有することができる。薄膜は、例えば、実質的に均一な厚みを有することができるが、密度の変動を有して質量分布プロフィールをもたらしている。代替的に、薄膜の厚みを変動させることによって質量分布を提供することができる。厚みと密度が実質的に均一な単一材料から薄膜が作られる場合には、質量負荷を利用することもできる。
【００２４】
薄膜に沿って質量分布を制御することにより、ｃＭＵＴ薄膜の振動高調波を制御することが可能になる。一例として、複数の質量負荷を薄膜の近くにするか、その一部にするか、又はそれに沿って位置決めし、薄膜振動モードのシフト又は調節を助けることができる。不均一な質量分布を有するｃＭＵＴ薄膜は、超音波のような超音波エネルギの送信及び受信を強化することができる。不均一な質量分布とｃＭＵＴ薄膜の振動モードに対応する複数の電極とを有するｃＭＵＴ薄膜は、送信及び受信中に望ましいが別々の周波数範囲で超音波のような超音波エネルギの送信及び受信を強化することができる。更に、本発明により強化された薄膜を有するｃＭＵＴは、ｃＭＵＴ薄膜の基本作動周波数と基本作動周波数の高調波周波数とを利用して超音波信号を送信及び受信することができる。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態に従ってｃＭＵＴを製作するための例示的な機器は、以下に限定されるものではないが、ＰＥＣＶＤシステムと、ドライエッチングシステムと、金属スパッタリングシステムと、ウェットベンチと、フォトリソグラフィ機器とを含むことができる。本発明に従って製作されたｃＭＵＴは、一般的に、積層工程で基板上に堆積させてパターン化した材料を含む。本発明は、金属犠牲層が使用された時の好ましくは最大処理温度である約２５０℃で様々な窒化珪素層を堆積するために低温ＰＥＣＶＤ工程を利用することができる。代替的に、他の好ましい実施形態による本発明は、約３００℃で犠牲層として堆積したアモルファスシリコン犠牲層を利用することができる。
【００２６】
ここで、同じ数字が同じ要素を表す図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴ１００の断面図である。ｃＭＵＴ１００は、基板１０５、下部電極１１０、空洞１５０、薄膜１１５、及び上部電極１３０（好ましくは、第１の上部電極要素１３０Ａ、第２の上部電極要素１３０Ｂ、第３の上部電極要素１３０Ｃとして形成された）を含めて一般的に基板１０５に近接した様々な構成要素を含む。ｃＭＵＴ１００はまた、図に誇張された形状で示されて縮尺に従っていないことが理解される質量負荷１５５及び１６０を含むことができる。質量負荷１５５及び１６０は、薄膜１１５に近接するか、その上に配置するか、又はそれに沿って位置決めすることができ、薄膜１１５から分離するか、又はそれと一体化することができる。以下に図５と６に関連してより詳細に説明するように、ｃＭＵＴ撮像アレイに複数のｃＭＵＴ１００を使用することができる。
【００２７】
基板１０５は、シリコンで形成することができ、信号発生及び受信回路を収容することができる。基板１０５はまた、光学検出法の利用を可能にする好ましくは透明な材料を含むことができる。基板１０５は、ｃＭＵＴ１００が超音波エネルギ又は音響波を送信して受信するのを可能にするために、少なくとも部分的には基板１０５に組み込まれた集積回路１６５を含むことができる。代替的な実施形態では、集積回路１６５は、基板１０５に近接する別の基板（図示しない）に配置することができる。
【００２８】
集積回路１６５は、電気及び光信号を発生して受信するように適応させることができる。集積回路１６５はまた、画像処理プロセッサ１７０に信号を供給するように適応させることができる。例えば、集積回路１６５は、画像処理プロセッサ１７０に連結することができる。集積回路１６５は、信号発生及び受信回路の両方を収容することができ、又は別々の集積発生及び受信回路を利用することができる。画像処理プロセッサ１７０は、集積回路１６５によって受信された又は感知された信号を処理し、電気及び光信号から画像を生成するように適応させることができる。
【００２９】
下部電極１１０は、基板１０５上に堆積させてパターン化することができる。代替的な実施形態では、基板１０５と下部電極１１０の間に接着層（図示しない）を配置することができる。接着層は、下部電極１１０を基板１０５に十分に接着させるために使用することができる。接着層は、クロム、又は下部電極１１０を基板１０５に接着することができる多くの他の材料で形成することができる。下部電極１１０は、好ましくは、金又はアルミニウムのような導電材料で製作することができる。下部電極１１０はまた、例えば、上部電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃと類似した複数の別々の電極要素（図示しない）にパターン化することができる。下部電極１１０の複数の要素は、下部電極１１０の複数の要素上に堆積した隔離層で互いから隔離することができるが、後の製作工程で、電極要素の一部を電気的に連結することもできる。隔離層はまた、ｃＭＵＴ１００を形成するために使用される他の材料から下部電極１１０を保護するために利用することができる。
【００３０】
薄膜１１５は、好ましくは弾性特性を有し、基板１０５に対してそれを変動可能にする。好ましい実施形態では、薄膜１１５は、窒化珪素を含み、複数の薄膜層で形成される。例えば、薄膜１１５は、第１の薄膜層と第２の薄膜層で形成することができる。更に、薄膜１１５は、側面区域１１６及び１１７と中心区域１１８とを有することができる。図示のように、中心区域１１８は、一般的に側面区域１１６及び１１７の間に均等に配置することができる。
【００３１】
薄膜１１５はまた、空洞１５０を形成することができる。空洞１５０は、一般的に下部電極１１０と薄膜１１５の間に配置された犠牲層を除去又はエッチングすることによって形成することができる。隔離層を使用する実施形態では、空洞は、一般的に隔離層と薄膜１１５の間に配置されると考えられる。空洞１５０は、外部圧力又は静電気力のような刺激に応答して薄膜１１５が変動することを可能にするチャンバを提供する。
【００３２】
好ましい実施形態では、複数の電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃが薄膜１１５内に配置される。代替的に、単一の電極又は電極要素を薄膜１１５内に部分的に配置することができる。複数の電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃのうちの２つ又はそれよりも多くは、電気的に連結されて電極要素の対を形成する。好ましくは、側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、薄膜１１５の側面１１６及び１１７のより近くに形成され、中心電極要素１３０Ｂは、薄膜１１５の中心区域１１８のより近くに形成される。電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃは、金又はアルミニウムのような導電材料を使用して製作することができる。側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、電気的に連結して中心電極要素１３０Ｂから隔離し、電極要素の対を形成することができる。電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃは、同じ導電材料で形成することができ、薄膜１１５内で所定の位置と様々な幾何学的構成を有するようにパターン化することができる。側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃの対は、中心電極１３０Ｂよりも小さな幅を有することができ、対１３０Ａ及び１３０Ｃの少なくとも一部は、基板１０５から中心電極要素１３０Ｂとほぼ同じ距離に配置することができる。代替的な実施形態では、薄膜１１５内の基板１０５から様々な距離に付加的な電極要素を形成することができる。
【００３３】
電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃは、超音波のような超音波エネルギを送信及び受信するように適応させることができる。側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃには、第１の電圧供給装置１７５（Ｖ1）から第１の信号を提供することができ、中心電極１３０Ｂには、第２の電圧供給装置１８０（Ｖ2）から第２の信号を提供することができる。側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、電気的に連結させることができ、そのために電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃの一方に供給された電圧又は信号は、電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃの他方に供給されることになる。これらの信号は、ＤＣバイアス電圧のような電圧及びＡＣ信号とすることができる。
【００３４】
側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、超音波の送信に対して比較的大きな間隙を形成するように薄膜１１５を成形するように適応させることができる。送信中により大きな送信圧力を可能にする間隙サイズを使用することが好ましい。更に、側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、超音波の受信に対して比較的小さな間隙を形成するように薄膜１１５を成形するように適応させることができる。ｃＭＵＴ１００のより高い感度を可能にする受信に対する小さな間隙サイズを使用することが望ましい。中心電極要素１３０Ｂと側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、両方とも超音波のような超音波エネルギを受信して送信することができる。
【００３５】
ｃＭＵＴ１００は、薄膜１１５の形状を変えることによって超音波エネルギを送信及び受信するように最適化することができる。電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃには、薄膜１１５の形状を変えるために電圧供給装置１７５、１８０（Ｖ1、Ｖ2）から様々な電圧と信号を供給することができる。更に、様々な電圧と信号を供給することにより、ｃＭＵＴ１００は、２つの状態、すなわち、送信状態と受信状態で作動することができる。例えば、受信状態中に側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、第１の電圧供給装置１７５（Ｖ1）からＤＣバイアス電圧を供給され、音響超音波の受信に対して薄膜１１５の形状を最適化することができる。
【００３６】
本発明の好ましい実施形態では、薄膜１１５は、その長さに沿って不均一な質量分布を有する。薄膜１１５は、その長さにわたって様々な質量分布を有し、その変動は、厚み、密度、材料の組成、及び薄膜の長さに沿った他の薄膜特性の変動のうちの１つ又はそれよりも多くの結果とすることができる。
好ましい実施形態では、質量負荷１５５及び１６０は、薄膜１１５上に堆積されてパターン化され、不均一な質量分布の薄膜１１５を提供する。代替的に、薄膜１１５は、薄膜１１５の長さに沿ったある一定の点が厚み及び／又は密度の変動を通じて様々な質量を有するようにして、均一な質量分布を有するようにパターン化することができる。
【００３７】
質量負荷１５５及び１６０は、好ましくは、以下に限定されるものではないが、金のような高密度で可鍛性の材料で形成される。質量負荷１５５及び１６０を形成するために多くの他の高密度で可鍛性の材料を使用することができる。金は、高密度で柔らかい材料のために好ましく、薄膜の剛性のために薄膜の振動と大きく干渉することがない。本発明の好ましい実施形態では、質量負荷１５５及び１６０の厚みは、約１マイクロメートルであり、幅は、約２マイクロメートルである。質量負荷１５５及び１６０のサイズと形状は、望ましい結果を達成するために修正することができる。質量負荷１５５及び１６０は、それぞれ側面１１６及び１１７と近接することができる。他の実施形態では、２つよりも多い質量負荷１５５及び１６０を利用することができる。質量負荷１５５及び１６０は、薄膜１１５の振動と変動を制御又は調節するために使用することができる。例えば、質量負荷１５５及び１６０は、薄膜１１５の特定の振動モードのピーク振動領域に対応して配置するか又は位置決めすることができる。
【００３８】
薄膜１１５は、その弾性特性のために様々な周波数で振動することができ、複数の振動モードを有することができる。例えば、薄膜１１５は、１次の振動モード並びに他のより高次の振動モード（例えば、２次、３次など）を有することができる。薄膜１１５の振動モードの調節は、ｃＭＵＴ１００の性能の改良をもたらすものである。例えば、薄膜１１５の振動モードをｃＭＵＴ１００によって利用された作動周波数及び作動周波数の高調波で発生させるようにシフトすると、使用時に薄膜１１５をこれらの周波数で共振させることが可能になり、結果的に超音波エネルギの効率的な送信及び受信をもたらすことになる。電圧供給装置１７５及び１８０に対して供給された及びそれから受信した信号を組み合わせることにより、超音波エネルギの送信を所定の周波数で最小にすることができ、かつ受信信号をその特定の周波数で最大にすることができる。薄膜１１５の質量分布を修正することにより、薄膜１１５の振動モードをｃＭＵＴ１００に対する周波数スペクトル内の望ましい位置にシフトする助けになる。例えば、薄膜１１５は、それが所定の周波数を受信するように負荷された質量とすることができる。所定の周波数は、ｃＭＵＴ１００によって送信された信号の第１の高調波周波数のような高調波周波数とすることができる。
【００３９】
図２は、本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴ１００のサンプルパルスエコー周波数スペクトルを示している。図示のように、調和ｃＭＵＴ１００に対する周波数応答２０５は、第１のピーク２１０と第２のピーク２２０を有する。第１のピーク２１０は、実質的に作動周波数（ｆ0）付近に中心を有する送信周波数領域２１５に一致させることができる。第２のピーク２２０は、実質的に作動周波数の第２の高調波周波数（２*ｆ0）付近に中心を有する受信周波数領域２２５に一致させることができる。ｃＭＵＴ１００の薄膜１１５は、第１の振動次数の周波数が作動周波数（ｆ0）付近に中心があり、第２の振動次数が作動周波数の第２の高調波周波数（２*ｆ0）付近に中心があるように調節することができる。そのような構成は、振動モードのピークが作動周波数と作動周波数の高調波とに対応するように薄膜１１５の振動モードを調和的に関連付けることを可能にする。
【００４０】
ｃＭＵＴ１００の薄膜１１５は、図２に示すような周波数応答を有するように強化することができる。薄膜は、望ましい作動周波数と作動周波数の第２の高調波とで超音波エネルギを送信及び受信するように適応させることができる。本発明はまた、ｃＭＵＴ１００の薄膜に対応する複数の振動モードで作動するようにｃＭＵＴ薄膜を強化するために使用することができる。例えば、薄膜１１５は、薄膜１１５の第３の振動モードの移動を助けるために質量負荷を薄膜１１５上のある一定の位置に置くことによって作り出すことができる。薄膜１１５の第３の振動モードは、第３の高調波周波数（３*ｆ0）に応答して移動又は調節され、第３の高調波周波数領域で送信及び受信された信号を改善することができる。ある一定の高調波周波数に対応するように振動モードをシフトすることに加えて、振動モードをシフトすることによって高調波周波数付近に広帯域幅を作り出すことができ、従って、薄膜１１５の送信及び受信領域を増すことができる。
【００４１】
図３は、本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴを製作するために利用される製作工程を示している。典型的には、製作工程は、材料の様々な層を基板上に堆積させる段階と、様々な層を所定の構成にパターン化して基板１０５上にｃＭＵＴ１００を製作する段階とを含む積層工程である。
本発明の好ましい実施形態では、「Ｓｈｉｐｌｅｙ Ｓ−１８１３」のようなフォトレジストを使用してｃＭＵＴの様々な層をリソグラフ的に形成する。そのようなフォトレジスト材料は、バイアと材料層とをパターン化するための従来の高温の使用を必要としない。代替的に、多くの他のフォトレジスト又はリソグラフ材料を使用することができる。
【００４２】
本発明の製作工程の第１の段階は、基板１０５上に下部電極１１０を設けるものである。基板１０５は、シリコン、水晶、ガラス、又はサファイアのような誘電体を含むことができる。一部の実施形態では、基板１０５は、集積電子機器を収容し、集積電子機器は、信号の送信及び受信に対して分離することができる。代替的に、適切な信号送信及び受信電子機器を収容する基板１０５に隣接して配置された第２の基板（図示しない）を使用することができる。導電性金属のような導電材料は、下部電極１１０を形成することができる。下部電極１１０はまた、シリコン基板１０５をドープすることにより、又は金属のような導電材料層を基板１０５上に堆積してパターン化することによって形成することができる。それでも、ドープされたシリコン下部電極１１０により、上部電極の全ての不動部分が寄生キャパシタンスを増大する可能性があり、従って、素子性能を劣化させて大部分の光学スペクトルに対して光学検出技術を妨害する。
【００４３】
これらの短所を克服するために、パターン化された下部電極１１０を使用することができる。図３（ａ）に示すように、下部電極１１０は、基板１０５とは異なる長さにパターン化することができる。下部電極１１０をパターン化することにより、素子の寄生キャパシタンスを著しく低減することができる。
下部電極１１０は、多要素電極にパターン化することができ、多要素電極は、基板１０５から様々な距離に配置することができる。アルミニウム、クロム、及び金は、下部電極１１０を形成するのに使用することができる例示的な材料である。本発明の好ましい実施形態では、下部電極１１０の厚さは、約１５００オングストロームであり、堆積の後に回折グレーディングとして及び／又は様々な長さを有するようにパターン化することができる。
【００４４】
次の段階では、隔離層３１５を堆積させる。隔離層３１５は、下部電極１１０上に置かれた他の層から下部電極１１０の各部分又はその全体を隔離することができる。隔離層３１５は、窒化珪素とすることができ、好ましくは、約１５００オングストロームの厚さにすることができる。「Ｕｎａｘｉｓ ７９０ ＰＥＣＶＤ」システムを使用して、好ましい実施形態に従って約２５０℃で隔離層３１５を堆積させることができる。隔離層３１５は、ｃＭＵＴの製作中に使用されるエッチング液から下部電極１１０又は基板１０５を保護するのを助けることができる。下部電極層１１０上に堆積された状態で、隔離層３１５は、所定の厚さにパターン化することができる。代替的な好ましい実施形態では、隔離層３１５は利用されない。
【００４５】
隔離層３１５を堆積させた後で、犠牲層３２０が隔離層３１５上に堆積される。犠牲層３２０は、好ましくは、単に一時的な層であり、製作中にエッチングで除去されて、ｃＭＵＴ１００に空洞１５０を形成する。隔離層３１５が使用されない時には、犠牲層３２０は、直接下部電極１１０上に堆積される。犠牲層３２０は、ｃＭＵＴの製作中に付加的な層を堆積する間の空間を保持するために使用される。犠牲層３２０は、約３００℃で「Ｕｎａｘｉｓ ７９０ ＰＥＣＶＤ」システムを使用して堆積させて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用してパターン化することができるアモルファスシリコンで形成することができる。犠牲層３２０を形成するために、スパッタリングされた金属もまた使用することができる。犠牲層３２０は、得られる空洞又はバイアに対して様々な幾何学的構成を提供するために、異なる区分、様々な長さ、及び異なる厚さにパターン化することができる。
【００４６】
図３（ｂ）に示すように、第１の薄膜層３２５を次に犠牲層３２０上に堆積させる。第１の薄膜層３２５は、例えば「Ｕｎａｘｉｓ ７９０ ＰＥＣＶＤ」システムを使用して堆積させることができる。第１の薄膜層３２５は、窒化珪素又はアモルファスシリコンの層にすることができ、約６０００オングストロームの厚さを有するようにパターン化することができる。第１の薄膜層３２５の厚さは、特定の実施に応じて変えることができる。犠牲層３２０の上への第１の薄膜層３２５の堆積は、振動する薄膜１１５の形成を助けるものである。
【００４７】
第１の薄膜層３２５をパターン化した後で、図３（ｃ）に示すように第１の薄膜層３２５上に第２の導電層３３０を堆積させることができる。第２の導電層３３０は、ｃＭＵＴの上部電極を形成することができる。第２の導電層１３０は、互いから隔離することができる電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、及び１３０Ｃにパターン化することができる。電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、及び１３０Ｃは、基板１０５から異なる距離に配置することができる。１つ又はそれよりも多くの電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、及び１３０Ｃを電気的に結合して電極要素の対を形成することができる。例えば、側面電極要素１３０Ａ及び１３０Ｃは、互いに連結することができ、電極要素の対を形成する。好ましくは、形成された電極の対１３０Ａ及び１３０Ｃは、第２の電極要素１３０Ｂから隔離されている。
【００４８】
電極要素対１３０Ａ及び１３０Ｃは、アルミニウム、クロム、金、又はその組合せのような導電材料で形成することができる。例示的な実施形態では、電極要素対１３０Ａ及び１３０Ｃは、厚さが約１２００オングストロームのアルミニウムと厚さが約３００オングストロームのクロムとを含む。アルミニウムは、良好な導電性を提供することができ、クロムは、堆積中にアルミニウムに形成されたあらゆる酸化の平滑化を助けることができる。更に、電極要素対１３０Ａ及び１３０Ｃは、第１の導電層１１０と同じ導電材料又は異なる導電材料を含むことができる。
【００４９】
次の段階では、図３（ｄ）に示すように、電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、及び１３０Ｃの上に第２の薄膜層３３５を堆積させる。第２の薄膜層３３５は、製作のこの時点でｃＭＵＴ薄膜層（第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５によって形成された）の厚さを増加させ、ｃＭＵＴの製作中に使用されたエッチング液から第２の導電層３３０を保護するのに役立つことができる。第２の薄膜層３３５はまた、第１の電極要素１３０Ａの第２の電極要素１３０Ｂからの隔離を助けることができる。第２の薄膜層の厚さは、約６０００オングストロームにすることができる。一部の実施形態では、第２の薄膜層３３５は、第２の薄膜層３３５が最適な幾何学的構成を有するように堆積及びパターン化技術を使用して調節される。好ましくは、第２の薄膜層３３５が所定の幾何学的構成に従って調節された状態で、犠牲層３２０はエッチングで除去され、図３（ｆ）に示すように空洞１５０が残る。
【００５０】
第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５は、薄膜１１５を形成する。薄膜１１５は、外部圧力及び静電気力の刺激に応答して変動又は共振することができる。更に、薄膜１１５は、その弾性特性のために複数の振動モードを有することができる。これらの振動モードの位置は、本発明によるｃＭＵＴの設計及び製作の助けになる可能性がある。例えば、第１及び第２の導電層３１０及び３３０は、合成薄膜の振動モードに近接する電極又は電極要素にパターン化することができる。そのような電極又は電極要素の配置は、超音波エネルギの効率的な受信及び送信を可能にすることができる。更に、薄膜１１５に対する振動モードの位置は、薄膜１１５の質量分布を変えることによって調節及び制御することができる。
【００５１】
エッチング液が犠牲層３２０まで到達することができるように、ＲＩＥ工程を使用して、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５を通して開口３４０及び３４５をエッチングすることができる。図３（ｅ）に示すように、犠牲層３２０までのアクセス経路は、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５をエッチングで除去することによって開口３４０及び３４５で形成することができる。アモルファスシリコン犠牲層３２０が使用される時には、シリコンに対するエッチング工程の選択性を知る必要がある。エッチング工程の選択性が低い場合、犠牲層３２０及び隔離層３１５を通して基板１０５まで簡単にエッチングすることができる。これが行われる場合、エッチング液が基板１０５を攻撃する可能性があり、ｃＭＵＴ素子を破壊する可能性がある。犠牲層と共に使用されるエッチング液に対して耐性がある金属で下部電極１１０が形成される時には、金属層がエッチング遅延剤として作用して基板１０５を保護することができる。当業者は、様々なエッチング液を熟知しており、エッチングされる材料にエッチング液を適合させることができるであろう。犠牲層３２０がエッチングされた後で、空洞３５０は、図３（ｆ）に示すようにシール３４２及び３４７によって密封することができる。
【００５２】
隔離層３１５と薄膜層３２５及び３３５との間に空洞３５０を形成することができる。空洞３５０はまた、下部電極１１０と第１の薄膜層３２５との間に配置することもできる。空洞３５０は、本発明の一部の好ましい実施形態による所定の高さを有するように形成することができる。空洞３５０により、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５によって形成されたｃＭＵＴ薄膜１１５は、刺激に応答して変動及び共振することができる。犠牲層３２０をエッチングすることによって空洞３５０が形成された後に、第２の薄膜層３３５上にシーリング層（図示しない）を堆積させることによって空洞３５０を真空密封することができる。当業者は、空洞３５０にある一定の圧力を設定し、次にそれを密封して真空密封を形成する様々な方法を熟知しているであろう。
【００５３】
シーリング層は、一般的に、空洞３５０の高さよりも厚さが厚い窒化珪素の層である。例示的な実施形態では、シーリング層の厚さは、約４５００オングストロームであり、空洞３５０の高さは、約１５００オングストロームである。代替的な実施形態では、第２の薄膜層３３５は、局所シーリング技術を使用して密封されるか又は所定の加圧条件下で密封される。第２の薄膜層３３５のシールは、液浸用途に対してｃＭＵＴを適応させることができる。シーリング層を堆積した後に、ｃＭＵＴ薄膜１１５が厚すぎて望ましい周波数で共振できない場合があるので、ｃＭＵＴ薄膜１１５の厚さは、シーリング層を再びエッチングすることによって調節することができる。シーリング層をエッチングするために、ＲＩＥのようなドライエッチング工程を使用することができる。
【００５４】
次の段階では、第２の薄膜層３３５上に複数の質量負荷１５５及び１６０を堆積させることによってｃＭＵＴの薄膜の不均一な質量分布を達成することができる。複数の質量負荷１５５及び１６０は、第２の薄膜層３３５上の様々な場所に置くことができる。第２の薄膜層３３５上の複数の質量負荷１５５及び１６０は、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５によって形成された薄膜１１５の振動モードに対応させることができる。複数の質量負荷１５５及び１６０はまた、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５によっていくつかの所定の区域に形成された薄膜の振動モードをシフト又は調節するために使用することができる。本発明の特徴は、関連の特定の振動モードを選択的に制御することを可能にする。これらの所定の区域は、電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃを超音波音響エネルギを送信及び受信するために使用することができるように、電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃの近くに配置することができる。代替的な実施形態では、第２の薄膜層３３５は、不均一な質量分布を有する薄膜を形成するために異なる厚みの領域を有するようにパターン化することができる。
【００５５】
本発明のｃＭＵＴ製作工程の最終段階は、電気接続性に対してｃＭＵＴを設けるものである。より詳細には、ＲＩＥエッチングを使用して、下部電極１１０上の隔離層３１５と電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ上の第２の薄膜層３３５とを貫通してエッチングし、それらを接続のためにアクセス可能にすることができる。
付加的な結合パッドを形成して電極に接続することができる。結合剤パッドにより、ワイヤ結合を使用して上部及び下部電極１１０及び１３０に対して外部電気接続を行うことが可能になる。一部の実施形態では、結合剤パッド上に金を堆積してパターン化することができ、ワイヤ結合の信頼性を改善することができる。
【００５６】
本発明の代替的な実施形態では、犠牲層３２０は、第１の薄膜層３２５を堆積させた後にエッチングすることができる。この代替的な実施形態は、犠牲層３２０のエッチング段階を実行して薄膜層３２５及び３３５によって形成された薄膜１１５を除去する前にｃＭＵＴ１００に時間を費やさない。上部電極１３０がまだ堆積されていないので、第２の薄膜層３３５にピンホールが発生して上部電極１３０がエッチング液によって破壊される危険性はない。
【００５７】
図４は、本発明の好ましい実施形態により調和ｃＭＵＴ１００を製作するための好ましい方法を説明する論理流れ図を示している。第１の段階は、基板を設ける段階に関わるものである１０５（４０５）。基板１０５は、不透明、半透明、又は透明を含む様々な構成のものとすることができる。例えば、基板１５０は、以下に限定されるものではないが、シリコン、ガラス、又はサファイアとすることができる。次に、基板１０５上に隔離層を堆積させて所定の厚さを有するようにパターン化する（４１０）。隔離層は任意的であり、一部の実施形態では利用しない場合がある。一部の実施形態では、接着層もまた使用することができ、隔離層が確実に基板１０５に結合され、又は下部電極１１０を基板１０５に適切に結合することができる。
【００５８】
隔離層がパターン化された後に、隔離層上に第１の導電層１１０を堆積させて所定の形状にパターン化する（４１５）。代替的に、基板１０５のドープ表面、例えば、ドープされたシリコン基板表面は、第１の導電層１１０を形成することができる。第１の導電層１１０は、好ましくは、基板１０５上にｃＭＵＴ１００の下部電極１１０を形成する。第１の導電層１１０は、パターン化されて複数の電極要素を形成することができる。複数電極要素の少なくとも２つが互いに連結されて、電極要素の対を形成することができる。
【００５９】
第１の導電層１１０が所定の形状にパターン化された状態で、第１の導電層１１０上に犠牲層３２０を堆積させることができる（４２０）。犠牲層３２０は、選択的な堆積とパターン化によってそれが所定の厚さを有するようにパターン化することができる。次に、犠牲層３２０上に第１の薄膜層３２５を堆積させることができる（４２５）。
堆積された第１の薄膜層３２５は、次に、所定の厚さを有するようにパターン化され、第２の導電層１３０を次に第１の薄膜層３２５上に堆積させる（４３０）。第２の導電層１３０は、好ましくは、ｃＭＵＴ１００の上部電極１３０を形成する。第２の導電層１３０は、パターン化されて複数の電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃを形成することができる。複数の電極要素１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃの少なくとも２つは、互い連結されて電極要素対を形成する。第２の導電層１３０が所定の形状にパターン化された後に、パターン化された第２の導電層１３０上に第２の薄膜層３３５を堆積させる（４３５）。第２の薄膜層３３５もまた、最適な幾何学的構成を有するようにパターン化することができる。
【００６０】
第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５は、第２の導電層１３０をカプセル封入することができ、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５の弾性特性によってそれを第１の導電層１１０に対して移動させることを可能にする。第２の薄膜層３３５がパターン化された後に、犠牲層３２０がエッチングによって除去され、第１及び第２の導電層１１０及び１３０の間に空洞１５０を形成する（４３５）。第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５の下部に形成された空洞１５０は、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５を共振させて基板１０５に対して移動させるための空間を提供する。次の段階で、第２の薄膜層３３５上にシーリング層を堆積することによって第２の薄膜層３３５が密封される（４３５）。
【００６１】
最終の段階（４４０）では、第２の薄膜層３３５上に質量負荷を形成することができる。複数の質量負荷はまた、第２の薄膜層３３５上に形成することができ、それらは、第１及び第２の薄膜層３２５及び３３５によって形成された薄膜１１５の振動モードに対応する第２の薄膜層３３５上の点に置くことができる。質量負荷は、好ましくは金のような高密度で可鍛性の材料で形成される。質量負荷は、薄膜層１１５が変動する厚みの領域を有するように薄膜層１１５の質量分布を変えるのを助けることができる。代替的な実施形態では、薄膜層１１５は、変動する厚み又は密度を有するようにパターン化することができる。
本発明の実施形態はまた、ｃＭＵＴ撮像システムのｃＭＵＴアレイを形成するために利用することができる。当業者は、図５及び６に示すｃＭＵＴ撮像アレイが単に例示的であり、他の撮像アレイも本発明の実施形態に従って達成可能であることを認識するであろう。
【００６２】
図５は、基板上にリング−環状アレイに形成されたｃＭＵＴ撮像アレイ素子を示している。図示のように、素子５００は、基板５０５とｃＭＵＴアレイ５１０及び５１５とを含む。基板５０５は、好ましくは円盤形状であり、素子５００は、前向きｃＭＵＴ撮像アレイとして利用することができる。素子５００は、２つのｃＭＵＴアレイ５１０及び５１５と共に示されているが、他の実施形態は、１つ又はそれよりも多くのｃＭＵＴアレイを有することができる。１つのｃＭＵＴアレイが利用される場合、それは、基板５０５の外周の近くに配置することができる。複数のｃＭＵＴアレイが利用される場合、それらは、環状ｃＭＵＴアレイが共通の中心点を有するように同心状に形成することができる。一部の実施形態はまた、本発明の一部の実施形態による異なる幾何学的構成のｃＭＵＴアレイを利用することができる。
【００６３】
図６は、基板上の側方に向いたアレイに形成されたｃＭＵＴ撮像アレイシステムを示している。図示のように、素子６００は、基板６０５とｃＭＵＴアレイ６１０及び６１５とを含む。基板６０５は、円筒形状とすることができ、ｃＭＵＴアレイは、基板６０５の外面に連結することができる。ｃＭＵＴアレイ６１０及び６１５は、インターデジタル的に配置されて側方に向いたｃＭＵＴ撮像アレイのために使用されるｃＭＵＴ素子を含むことができる。素子６００の一部の実施形態は、円筒形状基板６００の外面上に離間した関係で１つ又は複数のｃＭＵＴ撮像アレイ６１０及び６１５を含むことができる。
【００６４】
本発明はまた、ｃＭＵＴ薄膜の振動モードの位置を判断し、かつ質量負荷を判断してｃＭＵＴ薄膜の振動モードを調節するためにｃＭＵＴ１００又はｃＭＵＴアレイの解析を意図している。便宜上、以下に説明するｃＭＵＴの構成要素は、図７に関連している。しかし、構成要素の特定の機能又は構成要素の特定の配置及びサイズの説明は、図７の範囲を制限するように意図しておらず、制限としてではなく例示としてのみ提供する。
【００６５】
ｃＭＵＴを解析するための手法は、水のような流体中でのｃＭＵＴ薄膜の運動を模擬することである。例えば、ｃＭＵＴ薄膜の運動を模擬するために「ＡＮＳＩＳ（登録商標）」ツールのような有限要素解析ツールを使用することができる。本発明の好ましい実施形態では、薄膜は、約４０μｍの幅と約０．６μｍの厚みを有することができる。代替的に、他の寸法を使用することもできる。薄膜は、長くて矩形にすることができるので、１−Ｄ解析を使用することができる。他のシミュレーションは、２−Ｄ又は３−Ｄのような他の次元解析パラメータを使用することができる。
【００６６】
ｃＭＵＴの静電作用を模擬するために、薄膜に１ｋＰａ（キロパスカル）の均一な圧力を加えることができる。薄膜の得られる振動プロフィールを次に計算することができる。図７は、周波数を関数とする薄膜にわたる平均速度７００を示している。図に示すように、スペクトル７０５は、約８ＭＨｚと約２４ＭＨｚでヌルになる７１０及び７１５以外は、２−３０ＭＨｚの領域で比較的平坦である。薄膜の振動プロフィールを更に理解するために、図８に示すように薄膜にわたる最大速度を計算してプロットすることができる。図８では、薄膜の速度は、５つのピーク８０５Ａ、８０５Ｂ、８０５Ｃ、８０５Ｄ、８０５Ｅを有することができる。薄膜の局所ピーク速度は、平均速度よりも一桁大きな値を超える可能性がある。
【００６７】
薄膜変位プロフィールがピークの発生する周波数付近でプロットされると、薄膜がその第３及び第５共振近くに移動する周波数で平均速度がヌルになる。図９Ａ−Ｃは、０．８ＭＨｚと８ＭＨｚにおける薄膜にわたる振動プロフィールを示している。これらの周波数は、薄膜の第１と第３の振動モードに対応している。ｃＭＵＴは、８ＭＨｚ付近で顕著な圧力の出力を全く発生しないが、薄膜は、加えられた圧力に応答して大きな振幅で局所的に振動する。従って、特定のモードがピーク速度を有する薄膜の部分にわたって局所的な電極を置くことにより、ある一定の周波数範囲付近で大きな出力信号を発生させることができる。更に、特定の振動モードの位置を選択的に配置することにより、強化された応答がどこで発生するかを判断することができる。
【００６８】
本発明はまた、関連の特定の薄膜振動モードの周波数を選択的に制御することにより、ｃＭＵＴの設計に対してより高次の振動モードを利用することができる。例えば、薄膜上の所定の位置に質量負荷を配置することによってこれを達成することができる。薄膜の質量分布は、均一な薄膜上に質量負荷を堆積させてパターン化し、不均一な質量分布の薄膜をもたらすことによって変えることができる。例えば、第３の振動モードが目標にされて、ピーク歪みエネルギ（すなわち、ピーク）を有する薄膜の領域に質量負荷が集中される。
【００６９】
質量負荷は、その高い密度と低い剛性のために金が好ましい。金は、約１マイクロメートルの厚みと約２マイクロメートルの幅を有するように構成することができる。図１０Ａ−Ｂに示すように、質量負荷は、ピーク変位の位置１０１５及び１０２０に置くことができる。図１０Ａ−Ｂに示すように、質量負荷をピーク変位の位置１０１５及び１０２０に置くことにより、第３の振動モード周波数を約８ＭＨｚ（１１０５を参照されたい）から約６．５ＭＨｚ（１１１０を参照されたい）にシフトすることができる（図１１）。薄膜に対する第３の振動モード周波数のシフトは、第２及び第４の振動モードのような薄膜の周囲の振動モードに著しい影響を与えないで行うことができる。
【００７０】
上述の質量負荷手法の一例として、図１１に示すように、ｃＭＵＴスペクトルの約８ＭＨｚで発生するヌルを低減するように薄膜を設計することができる。薄膜には、第３の振動モードに対応するように置かれた異なる質量負荷を負荷することができる。質量負荷の幅と厚みを約１マイクロメートルにすることができ、又は厚みを約１マイクロメートルで幅を約２マイクロメートルにすることができる。図１１に示すように、質量負荷を薄膜に沿って置くことにより薄膜の平均速度が調節される。
【００７１】
図１１は、約８ＭＨｚで発生するヌル１１１０が減少することを示している。従って、薄膜の形状と厚みを強化することにより、薄膜の周波数応答を最小にすることができる。図１１によって更に示すように、質量負荷は、大部分のスペクトルに対する薄膜の平均速度に大きく影響を及ぼさず、それは、薄膜の質量負荷がｃＭＵＴの全体効率を低下させないことを証明するものである。ｃＭＵＴの得られる周波数スペクトルは、薄膜に沿って付加的な質量負荷を連続して置くことにより更に成形することができる。
【００７２】
本発明によって意図された高次振動モード制御を備えたｃＭＵＴを利用する好ましい用途は、高調波イメージングである。ｃＭＵＴ周波数スペクトルのピークの位置を変えるために質量負荷が使用されるので、望ましい周波数範囲で受信される信号を改良することができる。更に、上述のように、ｃＭＵＴ電極を複数要素にパターン化することにより、複数要素に対して局所的な振動を選択的に検出することができる。例えば、幅が約１０マイクロメートルの側面電極要素と幅が約１５マイクロメートルの中心電極要素とを有する二重電極要素構造のｃＭＵＴは、異なる振動モードの位置で発生する振動を選択的に検出するのに使用することができる。
【００７３】
図１２は、調和ｃＭＵＴの推定送信及び受信スペクトルを示している。中心及び側面要素の両方を超音波エネルギの送信に使用することができ、側面要素だけを超音波エネルギの受信に使用することができる。図１２が示すように、調和ｃＭＵＴは、約４ＭＨｚの基本周波数の送信に適する広帯域送信スペクトル１２０５を有することができる。更に、受信信号１２１０のスペクトルは、高調波信号が約８ＭＨｚであることを示し、送信されたスペクトルに対してほぼ１５ｄＢだけ増幅される。高調波信号がより多くの減衰を受けるので、本発明は、受信及び送信周波数スペクトルが強化された改良されたｃＭＵＴ設計を提供する。
【００７４】
図１３Ａと１３Ｂは、本発明の好ましい実施形態による非対称の薄膜１３１５と電極要素１３３０とを備えたｃＭＵＴ１３００を示している。図１３に示すように、ｃＭＵＴ１３００は、一般的に、基板１３０５、薄膜１３１５、及び電極要素１３３０を含む。図１３Ｂに示すように、薄膜１３１５は伸長され、電極要素１３３０は、それが基板１３０５の上方に吊り下げられるように薄膜１３１５内に配置することができる。
【００７５】
薄膜１３１５は、単一の薄膜１３１５内で複数の薄膜特性を達成するために複数の幅を有するように構成することができる。ｃＭＵＴ１３００の様々な要素の幅が図１３Ａに示されており、一方で要素の厚みが図１３Ｂに示されていることが分るであろう。例えば、薄膜１３１５は、一般的に台形形状に構成され、第１の端部１３２０での薄膜１３１５の幅は、第２の端部１３２５での薄膜１３１５の幅よりも小さい。図１３Ｂでは薄膜１３１５の厚みが均一で対称に見えるが、そのように均一で対称である必要はないことが分るであろう。好ましい実施形態では、薄膜１３１５の形状は、二等分線１３５０に関して非対称である。一部の実施形態では、二等分線は、二等分側線１３５０とすることができる。二等分側線１３５０は、図１３Ａに示すように、薄膜１３１５の第１の端部１３３５と第２の端部１３４０の間の中間点の位置の境界を定めることができる。二等分側線１３５０はまた、薄膜１３１５の第１の端部１３３５と第２の端部１３４０の間で他の位置の境界を定めることもできる。
【００７６】
薄膜１３１５は、薄膜１３１５の長さに沿って幅が変動するためにその長さに沿って不均一な撓み特性を呈する。均一な物質性を仮定すると、幅がより大きな薄膜１３１５の部分は、幅がより小さな薄膜１３１５の部分よりも簡単に撓むことになる。薄膜１３１５の撓み特性は、薄膜１３１５の長さ、幅、及び厚みばかりでなく、薄膜を製作するために使用される材料によって影響される。均一な物質性を仮定すると、薄膜１３１５の各異なる部分は、異なる基本周波数で振動する。従って、薄膜１３１５の長さに沿って幅を変動させることにより、薄膜１３１５は、超広帯域信号を送信及び受信することができる。
【００７７】
薄膜１３１５の不均一な撓み特性のために、薄膜１３３０に対して不均一な容量性の力を与えるようになった電極要素１３３０を使用することが望ましい場合がある。標準の対称な電極が使用される場合、薄膜１３１５の各部分に対して均一な力が加えられる。従って、薄膜１３１５の第１の部分は、崩壊するように駆動することができ、一方で薄膜１３１５の別の部分は、崩壊させることができない。本発明の好ましい実施形態では、不均一な電極要素１３３０が使用されて電極要素１３３０の長さに沿って薄膜１３１５に不均一な力が加えられ、それによって薄膜１３１５にわたって実質的に等しい量を撓ませる。そのような実施形態では、薄膜１３１５の複数の部分、又は薄膜１３１５の大部分でさえも同時に崩壊するように駆動することができる。
【００７８】
図１３は、非対称電極要素１３３０を有するｃＭＵＴ１３００を示している。図１３Ｂでは、電極要素１３３０の厚みが均一で対称に見えるが、そのように均一で対称である必要はないことが分るであろう。ｃＭＵＴの電極要素１３３０は、電極要素１３３０の電気的感度が薄膜１３１５の長さに沿って均一になるように適切に成形することができる。本発明の好ましい実施形態では、薄膜の全ての部分は、単一のＤＣバイアスレベルにおける対応する崩壊電圧の約９０−９５％までバイアスされることが望ましい。また、電極要素１３３０は、送信時に薄膜１３１５が対称に励振されるように、かつ対称振動モードが好ましく検出されるように置くことができる。
【００７９】
電極要素１３３０は、薄膜１３１５に複数の力を加えるために複数の幅を含むように構成することができる。例えば、電極要素１３３０は、第１の端部１３３５における電極要素１３３０の幅が第２の端部１３４０における電極要素１３３０の幅とは異なるように、ほぼ台形形状に構成することができる。好ましい実施形態では、薄膜１３１５の形状は、二等分線１３５０に関して非対称である。二等分線１３５０は、薄膜１３１５の第１の端部１３３５と第２の端部１３４０との中間点の位置の境界を定めることができる二等分側線１３５０とすることができる。代替的に、この二等分側線は、薄膜１３１５の第１の端部１３３５と第２の端部１３４０との間で他の位置の境界を定めることができる。薄膜１３１５の二等分側線は、図１３Ａには電極要素１３３０の二等分側線と同等に示されているが、そのように同等である必要はない。
【００８０】
図１３Ａに示すように、薄膜１３１５と電極要素１３３０は、それらの幅が反比例して変化するように配向することができる。例えば、電極要素１３３０の第１の端部１３３５は、薄膜１３１５の第１の端部１３２０に対応することができる。同様に、薄膜１３１５の第２の端部１３２５は、電極要素１３３０の第２の端部１３４０に対応することができる。代替的な実施形態では、薄膜１３１５と電極要素１３３０は、他の配置に配向することができ、他の因子が、薄膜１３１５と電極要素１３３０の向きに影響を及ぼす場合がある。例えば、電極要素１３３０の形状と向きは、薄膜１３１５の厚みに依存する可能性がある。
【００８１】
好ましい実施形態では、薄膜１３１５の第２の端部１３２５は、約２０マイクロメートル幅とすることができ、この薄膜は、約０．８マイクロメートル厚みとすることができ、窒化珪素で作ることができる。電極要素１３３０は、約０．１６マイクロメートル厚みのアルミニウムで作ることができる。電極要素１３３０は、一般的に、窒化珪素薄膜１３１５の中心に配置することができる。約０．１６マイクロメートルの間隙１３１４が、基板１３０５に近接する下部電極から薄膜１３１５を分離する場合、電極要素１３３０の第２の端部１３４０が約１０マイクロメートル幅の場合には、薄膜１３１５は、約１３８Ｖ付近のＤＣバイアスで崩壊することになる。更に、薄膜１３１５の第１の端部１３２０が、約１２マイクロメートル幅の場合には、電極要素の第１の端部１３３５は、約７．８マイクロメートル幅になり、約１３８ボルトの崩壊電圧を有することができる。これらの寸法を用いて、電極要素１３３０に単一のＤＣバイアスを適用することにより、大部分の薄膜１３１５を駆動して実質的に同時に崩壊させることができる。
【００８２】
本発明の好ましい実施形態では、薄膜１３１５のアスペクト比（平均長さ／平均幅）は、約２よりも大きい。そのような実施形態では、薄膜１３１５の動力学、すなわち共振は、幅寸法によって支配されることになる。長さ寸法にわたって薄膜１３１５の幅を変えることにより、異なる区域の反共振、すなわち、断面上の平均薄膜速度がほぼゼロになる周波数は、比較的狭い周波数範囲にわたって分布されることになり、そのために周波数応答の全体的均一性の中心を望ましいレベルに置くことができる。この手法は、ｃＭＵＴの第１のモード付近に幅広いピークを有することによって周波数範囲を広げることを目的とするものではない。むしろ、より平滑な移行により、第１、第２、及び第３のモードによるピークを埋めることによって超広帯域幅が達成される。
【００８３】
図１４は、本発明の好ましい実施形態によるｃＭＵＴアレイ要素のパルスエコースペクトルの概略グラフを示している。第１の帯域１４０５は、実質的に薄膜１３１５の第１の振動モードに対応し、均一なピストン運動に非常に似ている。第２の帯域１４１０は、実質的に薄膜１３１５の第２の対称モードに対応し、薄膜にわたって正味の平均粒子速度を有する。薄膜１３１５の理想的な反共振モードは、送信中に励振されず、図１６に示すように、薄膜１３１５と電極要素１３３０は、実質的に均一であり、ｃＭＵＴの様々な断面の中心軸付近で対称であると仮定されている。また、受信モードでは、薄膜の変位が反対称の時には、均一な入射圧力波は、典型的に正味の平均変位を発生することにはならない。本発明の多くの用途では、薄膜１３１５が水のような媒体中に浸漬されるので、モード形状は、真空中の同じ薄膜と正確に同じにならないであろうが、異なる解析と実験技術を通して得ることができる。
【００８４】
図１４に示すように、帯域１４０５及び１４１０は、２つ又はそれよりも多くの異なる周波数範囲で超音波撮像をするために別々に使用することができる。例えば、第１のモードは、約１２ＭＨｚでの撮像を実行するために使用することができ、第２のモードは、約４０ＭＨｚでの撮像を実行するために使用することができる。この作動の手法は、一般的に、同じｃＭＵＴアレイが２つの異なる周波数範囲での撮像に使用される用途において使用される。更に、これらのモード付近の位置と帯域幅は、ｃＭＵＴ薄膜１３１５の製作中に微小機械加工技術を使用して調節することができる。
【００８５】
多くの用途に対して、非常に広い周波数にわたって感度の良い変換器が望ましい。更に、変換器の感度を６ｄＢ帯域で均一にする必要はない。一部の用途では、図１５に示すように、関連の周波数範囲にわたって変動がある一定の限界、すなわち１２ｄＢよりも低いことが好ましい。制限された感度を補償し、超広帯域イメージング、符号化された励振を使用する高調波イメージング、又は造影剤を使用する高調波イメージングに対する信号を処理するために、電子及びデジタル濾過技術を使用することができる。図１４に示されているｃＭＵＴ周波数応答は、液浸薄膜の反共振による深いヌルのためにこれらの用途に対して好ましくはない。ｃＭＵＴアレイ要素を構成する全ての薄膜の幾何学形状が均一なので、これらのヌルは非常に良好に定義される。この問題は、ｃＭＵＴ薄膜を製作するための微小機械加工技術を利用することによって対処することができる。
【００８６】
図１５は、３つの周波数応答１５１０、１５１５、１５２０の組合せによって達成することができる結合周波数応答１５０５を示している。一般的に、望ましい結果を達成するためには、薄膜の長さにわたって極めて僅かな（１−１０％）幅の変動が適している。他の用途に対しては、より厳密な幅の変動が好ましい。これらの周波数応答は、図１６に示されているｃＭＵＴ薄膜に沿ったある一定の領域に対応するものである。
図１６は、図１５に示す周波数応答に対応する周波数応答を生成するためのｃＭＵＴ薄膜と対応する領域の上面図である。図示のように、領域１６１０は、周波数応答１５１０を生成し、領域１６１５は、周波数応答１５１５を生成し、領域１６２０は、周波数応答５２０を生成する。
【００８７】
図１７は、各々台形薄膜である複数のｃＭＵＴを示している。複数のｃＭＵＴは、本発明の好ましい実施形態に従って配置されている。図１７に示すように、複数のｃＭＵＴ１７１０、１７１５、１７２０、１７２５、１７３０、１７３５、１７４０、及び１７４５は、単一基板１７０５上に配置することができる。ｃＭＵＴ１７１０、１７１５、１７２０、１７２５、１７３０、１７３５、１７４０、及び１７４５は、各々薄膜（Ａで示される）と電極要素（Ｂで示される）とを有する。例えば、ｃＭＵＴ１７２０は、薄膜１７２０Ａと電極要素７２０Ｂとを有する。変換器アレイ要素にわたる活性（振動する）表面積を最大にするために、この及び類似の構成を使用することができる。更に、電極要素を連結することにより、この複数のｃＭＵＴの多重ｃＭＵＴを電気的に結合し、ｃＭＵＴ又はｃＭＵＴ要素アレイを形成することができる。
図１７に示すように、ｃＭＵＴは、薄膜の広い端部が別の薄膜の狭い端部と近接するように、薄膜が方向を交替するように基板１７０５上に配向することができる。例えば、薄膜１７４０Ｂの幅の広い方の端部は、薄膜１７４５Ｂの短い方の幅の端部に近接して配置される。そのような配向は、非対称特性を有する複数のｃＭＵＴを単一基板１７０５上に配置することを可能にする。
【００８８】
本発明の代替的な実施形態では、厚み寸法における薄膜の幾何学形状を変えることにより、周波数帯域の類似の周波数均衡化と中心周波数調節とを達成することができる。図１８Ａは、本発明の好ましい実施形態により成形された質量負荷を有するｃＭＵＴ１８００の上面図である。ｃＭＵＴ１８００は、一般的に、基板１８０５、薄膜１８１０、及び電極１８２５を含む。更に、ｃＭＵＴ１８００は、図１８Ｂ及び１８Ｃに示すように、薄膜１８１０によって形成された空洞１８０９を含むことができる。電極１８２５は、薄膜１８１０内に配置することができ、図１８Ａで破線のボックスとして示されている。薄膜１８１０は、第１の端部１８１０Ａと第２の端部１８１０Ｂとを有することができる。第１の端部１８１０Ａは、第２の端部１８１０Ｂよりも広い幅を有することができる。
【００８９】
ｃＭＵＴ１８００はまた、質量負荷１８１５及び１８２０を含むことができる。質量負荷１８１５及び１８２０は、それらの長さにわたって変動する幅を有することができる。例えば、質量負荷１８１５は、第１の端部１８１０Ａと第２の端部１８１０Ｂとを有することができ、第１の端部１８１０Ａは、第２の端部１８１０Ｂよりも広い幅を有することができる。同様に、質量負荷１８２０は、第１の端部１８２０Ａと第２の端部１８２０Ｂとを有することができ、第１の端部１８２０Ａは、第２の端部１８２０Ｂよりも広い幅を有することができる。質量負荷１８１５及び１８２０は、薄膜１８１０の一部分にすることができ、又は薄膜１８１０に近接して配置することができる。
【００９０】
図１８Ｂと１８Ｃは、ｃＭＵＴ１８００の断面図であり、線Ａ−ＡとＢ−Ｂに沿った質量負荷の様々な幅を示している。図１８Ｂと１８Ｃの質量負荷１８１５及び１８２０の幅を比較して明らかなように、質量負荷１８１５及び１８２０の幅は、図１８Ｃよりも図１８Ｂの幅の方が広い。
薄膜１８１０の端部１８１０Ａ及び１８１０Ｂを成形することにより、薄膜１８１０のモードの中心の周波数を望ましい位置まで移動させることができる。薄膜１８１０の振動モードを高調波のような望ましい中心周波数に配置するために質量負荷１８２０及び１８２５を使用することもできる。更に、質量負荷１８２０及び１８２５の幅をその長さ寸法にわたって変えることにより、周波数応答を台形薄膜のそれと類似にすることができる。薄膜１８１０の第１及びそれよりも高いモードの振動形状は、薄膜１８１０上の質量分布によって制御することができる。更に、電極要素１８２５の位置は、特定モードに対する信号の受信を最大にするように最適化することができる。
【００９１】
図１９Ａと１９Ｂは、均一なｃＭＵＴ薄膜（図１９Ａ）とマルチモード最適化ｃＭＵＴ薄膜（図１９Ｂ）の断面図である。更に、これらの図は、ｃＭＵＴに対応するサンプル振動モード図を示している。図１９Ａに示すように、第１モード変位プロフィール１９５０と第２モード変位プロフィール１９５５は、図１９Ａに示す均一なｃＭＵＴ薄膜に対応している。また、図１９Ｂに示すように、第１モード変位プロフィール１９５０と第２モード変位プロフィール１９５５は、図１９Ｂに示すマルチモード最適化ｃＭＵＴ薄膜に対応している。
【００９２】
変位プロフィール１９５５及び１８５５は、質量負荷１８１５及び１８２０を有する最適化ｃＭＵＴ薄膜１８１０（図１９Ｂ）が、薄膜１９１０（図１９Ａ）の第２モード変位プロフィール１９５５と比較して改良された第２モード変位プロフィールを有することを示している。第２モードに対するモード変位が電極要素１８２５に対応して信号の受信及び送信の強化を可能にするので、変位プロフィールは強化される。
例示的な実施形態を特に参照して本発明の様々な実施形態を詳細に説明したが、当業者は、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲内で変形及び修正を行うことができることを理解するであろう。従って、本発明の様々な実施形態の範囲は、上述の実施形態に制限されるべきではなく、特許請求の範囲及び全ての適用可能な均等物によってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴの断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴのサンプルパルスエコー周波数スペクトルを示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴを製作するために利用される製作工程を示す図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態による調和ｃＭＵＴを製作するために利用される製作工程を示す論理流れ図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態によるリング環状アレイに形成された複数の調和ｃＭＵＴを含むｃＭＵＴ撮像アレイシステムを示す図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態による側方に向いたアレイに形成された複数の調和ｃＭＵＴを含むｃＭＵＴ撮像アレイシステムを示す図である。
【図７】図７に示すｃＭＵＴの表面にわたって周波数の関数として計算された平均速度を示すグラフを示す線図である。
【図８】図１に示すｃＭＵＴ薄膜の表面にわたって周波数の関数として計算されたピーク速度振幅を示すグラフである。
【図９Ａ】約０．８ＭＨｚでの図１に示すｃＭＵＴ薄膜に対する振動プロフィールを示す線図である。
【図９Ｂ】約８ＭＨｚでの図１に示すｃＭＵＴ薄膜に対する振動プロフィールのマグニチュードを示す線図である。
【図９Ｃ】約８ＭＨｚでの図１に示すｃＭＵＴ薄膜に対する振動プロフィールの位相を示す線図である。
【図１０Ａ】第３のモードで振動しているｃＭＵＴ薄膜の断面を示す線図である。
【図１０Ｂ】ｃＭＵＴ薄膜に沿って位置決めされた質量負荷の断面を示す線図である。
【図１１】質量負荷が負荷された場合と負荷されない場合の図１に示すｃＭＵＴ薄膜に対する平均速度の比較を示す線図である。
【図１２】調和ｃＭＵＴに対する送信及び受信電極要素に対応するサンプル計算平均速度の線図である。
【図１３Ａ】本発明の好ましい実施形態による非対称特性を有するｃＭＵＴの上面図である。
【図１３Ｂ】本発明の好ましい実施形態による非対称特性を有するｃＭＵＴの断面図である。
【図１４】異なる周波数帯域にわたる超音波撮像に対して変換器のいくつかの振動モードが別々に使用される非対称特性を有するｃＭＵＴに対する概略パルスエコー周波数スペクトル図である。
【図１５】本発明の好ましい実施形態による非対称特性を有するｃＭＵＴのサンプルパルスエコー周波数スペクトル応答図である。
【図１６】図１５の応答図に対応する周波数応答を有するｃＭＵＴ薄膜の断面を示す本発明の好ましい実施形態による非対称特性を有するｃＭＵＴの上面図である。
【図１７】本発明の好ましい実施形態による非対称特性を有する複数のｃＭＵＴで構成されたｃＭＵＴアレイ要素を示す図である。
【図１８Ａ】本発明の好ましい実施形態による非対称な不均一質量分布の薄膜を有するｃＭＵＴを示す図である。
【図１８Ｂ】線Ａ−Ａに沿った図１８ＡのｃＭＵＴの断面図である。
【図１８Ｃ】線Ｂ−Ｂに沿った図１８ＡのｃＭＵＴの断面図である。
【図１９Ａ】均一なｃＭＵＴの断面図と均一なｃＭＵＴに対するサンプルマルチモード変位図である。
【図１９Ｂ】本発明による非対称特性を有するｃＭＵＴの断面図と非対称特性を有するｃＭＵＴに対するサンプルマルチモード変位図である。
【符号の説明】
【００９４】
１３００ ｃＭＵＴ
１３０５ 基板
１３１５ 薄膜
１３３０ 電極要素
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さと幅を有する薄膜、
を含み、
前記薄膜は、該薄膜の前記長さにわたって二等分線に関して非対称である、
ことを特徴とするｃＭＵＴ。
【請求項２】
前記薄膜は、第１の端部と第２の端部を更に有し、
前記第１の端部での前記薄膜の幅は、前記第２の端部での該薄膜の幅よりも広く、
前記第１の端部から前記第２の端部までの距離は、前記薄膜の前記長さを定義する、
ことを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項３】
前記薄膜は、前記第１の端部に近接する第１の点で該薄膜を崩壊状態まで駆動するために第１の崩壊力と、前記第２の端部に近接する第２の点で該薄膜を崩壊状態まで駆動するために第２の崩壊力とを必要とし、
前記第１の崩壊力は、前記第２の崩壊力よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４】
第１の端部と第２の端部の間の距離として定義された長さを有する電極要素、
を更に含み、
前記電極要素は、該電極要素の前記長さにわたって二等分線に関して非対称である、
ことを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項５】
第１の端部と第２の端部の間の距離として定義された長さと、幅とを有する電極要素、
を更に含み、
前記第１の端部での前記電極要素の幅は、前記第２の端部での該電極要素の幅よりも狭い、
ことを特徴とする請求項３に記載のｃＭＵＴ。
【請求項６】
前記電極要素は、前記第１の崩壊力と前記第２の崩壊力をもたらすようになっており、前記第１の点と前記第２の点で実質的に等しい量で前記薄膜を撓ませる、
ことを特徴とする請求項５に記載のｃＭＵＴ。
【請求項７】
前記薄膜の幅は、該薄膜が複数の断面を有するように該薄膜の前記長さにわたって変動し、
前記複数の断面の各断面は、異なる幅を有し、
前記複数の断面の各断面は、異なる基本周波数を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項８】
前記薄膜の前記長さは、前記第１の端部での該薄膜の幅の２倍よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のｃＭＵＴ。
【請求項９】
第１の端部と第２の端部の間の距離として定義された長さと、幅とを有する電極要素、
を更に含み、
前記第１の端部での前記電極要素の幅は、前記第２の端部での該電極要素の幅よりも狭く、
前記電極要素は、第１の崩壊力と第２の崩壊力をもたらすようになっており、前記第１の点と前記第２の点で実質的に等しい量で前記薄膜を撓ませるものであり、
前記薄膜は、振動モードを有し、
前記薄膜の前記幅は、該薄膜の前記振動モードと該薄膜の前記撓み特性とを変更するようになっている、
ことを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項１０】
前記薄膜は、超広帯域信号を送信及び受信するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項１１】
前記薄膜は、実質的に台形であることを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項１２】
ｃＭＵＴを製作する方法であって、
長さと幅を有する薄膜を設ける段階と、
前記薄膜を該薄膜の前記長さにわたって二等分線に関して非対称になるように構成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記薄膜を該薄膜の前記長さにわたって二等分側線に関して実質的に非対称になるように構成する前記段階は、
前記薄膜を該薄膜の第１の端部で第１の幅と該薄膜の第２の端部で第２の幅とを有するように構成する段階、
を含み、
前記第１の幅は、前記第２の幅よりも広く、
前記第１の端部から前記第２の端部までの距離は、前記薄膜の前記長さを定義する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第１の端部と第２の端部の間の距離として定義された長さを有する電極要素を設ける段階、
を更に含み、
前記電極要素は、該電極要素の前記長さにわたって二等分線に関して非対称である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
第１の端部と第２の端部の間の距離として定義された長さを有する電極要素を設ける段階と、
前記電極要素を該電極要素の前記第１の端部で第１の幅と該電極要素の前記第２の端部で第２の幅とを有するように構成する段階と、
を更に含み、
前記第１の幅は、前記第２の幅よりも狭い、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
第１の端部に近接する第１の点で崩壊状態まで前記薄膜を駆動するための第１の崩壊力と、第２の端部に近接する第２の点で崩壊状態まで該薄膜を駆動するための第２の崩壊力とを有するように該薄膜を構成する段階、
を更に含み、
前記第１の崩壊力は、前記第２の崩壊力よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
電極要素を設ける段階と、
前記第１の崩壊力と前記第２の崩壊力をもたらして前記第１の点と前記第２の点で実質的に等しい量で前記薄膜を撓ませるように前記電極要素を構成する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記薄膜の前記長さが、前記第１の端部と前記第２の端部の一方で測定された該薄膜の幅の２倍よりも大きくなるように該薄膜を構成する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
超広帯域信号を送信及び受信するように前記薄膜を構成する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記薄膜を該薄膜の前記長さにわたって二等分側線に関して実質的に非対称になるように構成する前記段階は、
前記薄膜を実質的に台形形状に構成する段階、
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
薄膜と、
前記薄膜の振動モードを所定の周波数に調節するための薄膜周波数調節器と、
を含むことを特徴とするｃＭＵＴ。
【請求項２２】
前記薄膜周波数調節器は、長さの少なくとも一部分に沿って不均一な質量分布を有する前記薄膜を含むことを特徴とする請求項２１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２３】
前記薄膜周波数調節器は、前記薄膜に近接した質量負荷を含むことを特徴とする請求項２２に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２４】
前記質量負荷は、複数の別々の質量負荷要素を含むことを特徴とする請求項２３に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２５】
前記質量負荷は、ｃＭＵＴの電極要素であることを特徴とする請求項２３に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２６】
前記質量負荷は、金であることを特徴とする請求項２３に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２７】
前記複数の質量負荷要素は、前記薄膜の周波数応答を修正することを特徴とする請求項２４に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２８】
前記薄膜は、複数の振動モードを有し、前記薄膜周波数調節器は、該複数の振動モードの少なくとも２つを調和的に関連付けるようになっていることを特徴とする請求項２１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２９】
前記薄膜は、基本周波数で振動するようになっており、前記薄膜周波数調節器は、該薄膜を該基本周波数の２倍に実質的に等しい周波数で振動するように調節することを特徴とする請求項２１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項３０】
前記薄膜の振動モードに関連する位置に該薄膜に近接した電極要素を更に含むことを特徴とする請求項２１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項３１】
ｃＭＵＴの振動モードを制御する方法であって、
薄膜を設ける段階と、
前記薄膜の目標振動周波数を判断する段階と、
前記薄膜の前記目標振動周波数を誘導するために、該薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って該薄膜の質量分布を変更する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３２】
前記薄膜の前記目標振動周波数は、該薄膜の基本周波数の実質的に２倍であることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って該薄膜の質量分布を変更する前記段階は、該薄膜の該長さの少なくとも一部分に沿って厚みが変動する薄膜を設ける段階を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って該薄膜の質量分布を変更する前記段階は、該薄膜の該長さの少なくとも一部分に沿って密度が変動する薄膜を設ける段階を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記薄膜は、第１の振動モードと該第１の振動モードの周波数の約２倍である第２の振動モードとを有し、該薄膜は、該第１の振動モードで超音波エネルギを送信し、該第２の振動モードで超音波エネルギを受信するようになっていることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
ｃＭＵＴを製作する方法であって、
薄膜を設ける段階と、
所定の周波数でエネルギを受信するために不均一な質量分布を有するように前記薄膜を構成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３７】
不均一な質量分布を有するように前記薄膜を構成する前記段階は、該薄膜に近接して複数の質量負荷を設ける段階を含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
第１の振動モードで超音波エネルギを送信し、かつ第２の振動モードで超音波エネルギを受信するように前記薄膜を適応させる段階を更に含み、
前記第２の振動モードは、前記第１の振動モードの周波数の約２倍である、
ことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記薄膜の前記振動モードが調和的に関連付けられるように該薄膜を適応させる段階を更に含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記薄膜の振動モードに近接して電極要素を位置決めする段階を更に含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
第１の電極要素と第２の電極要素とを有する多要素第１電極、
を含み、
前記第１及び第２の電極要素は、超音波を送信するようになっている、
ことを特徴とするｃＭＵＴ。
【請求項４２】
前記多要素第１電極は、ｃＭＵＴのホット電極であることを特徴とする請求項４１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４３】
前記第１及び第２の電極要素は、薄膜内に配置されていることを特徴とする請求項４１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４４】
前記第１及び第２の電極要素は、基板に近接していることを特徴とする請求項４１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４５】
前記第１の電極要素と前記第２の電極要素は、電気的に結合されていることを特徴とする請求項４１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４６】
薄膜と、前記第１の電極要素と前記第２の電極要素の少なくとも一方を含む薄膜成形手段とを更に含むことを特徴とする請求項４１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４７】
前記多要素第１電極は、第３の電極要素を更に含み、前記第１の電極要素は、ｃＭＵＴの第１の側面に近接し、前記第２の電極要素は、ｃＭＵＴの他方の側面に近接し、該第３の電極要素は、ｃＭＵＴの中央に近接していることを特徴とする請求項４１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４８】
前記第１の電極要素と前記第２の電極要素は、側面電極要素対であり、超音波信号の送信中に薄膜を協働して成形するように互いに電気的に結合していることを特徴とする請求項４７に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４９】
下部電極を更に含み、
前記薄膜と前記下部電極は、電気的中立状態において間隙距離によって分離されており、
前記側面電極要素対は、超音波の送信中に前記間隙距離の１／３を越えて前記薄膜を撓ませるようになっている、
ことを特徴とする請求項４８に記載のｃＭＵＴ。
【請求項５０】
前記側面電極要素対は、送信要素であり、前記第３の要素は、受信要素であり、該側面電極要素対の前記第１及び第２の電極要素の各々は、てこの作用の曲げを利用するようにｃＭＵＴのそれぞれの側面に位置していることを特徴とする請求項４８に記載のｃＭＵＴ。
【請求項５１】
超音波を送受信する方法であって、
第１の電極要素と第２の電極要素とを組み込んだ多要素第１電極を有するｃＭＵＴを設ける段階と、
超音波を送信するために前記第１の電極要素及び前記第２の電極要素に第１の電圧を印加する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５２】
超音波信号を受信するために前記第１の電極要素及び前記第２の電極要素にバイアス電圧を印加する段階を更に含むことを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記受信超音波信号を光学的に感知する段階を更に含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記受信超音波信号を電気的に感知する段階を更に含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
ｃＭＵＴを製作する方法であって、
上部導電体を設ける段階と、
前記上部導電体から間隙距離だけ分離した下部導電体を設ける段階と、
前記上部及び下部導電体の少なくとも一方を複数の電極要素に構成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５６】
前記上部及び下部導電体を電圧供給装置に電気的に結合するように適応させる段階を更に含むことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記複数の前記電極要素の第１の電極要素に第１の電圧を供給する段階と、
前記複数の前記電極要素の第２の電極要素に第２の電圧を供給する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記第１の導電体に近接して犠牲層を設ける段階と、
前記犠牲層に近接して第１の薄膜層を設ける段階と、
前記第２の導電体に近接して第２の薄膜層を設ける段階と、
前記犠牲層を除去する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５９】
前記第２の導電体は、前記第１の薄膜層と前記第２の薄膜層の間に配置されていることを特徴とする請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記複数の電極要素の該電極要素のうちの少なくとも２つを電気的に結合する段階を更に含むことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項６１】
処理温度の表面を有する基板上にｃＭＵＴを製作する方法であって、
基板の表面に近接してエッチング液に対して抵抗性の第１の導電層を設ける段階と、
前記第１の導電層の一部分に近接して犠牲層を設ける段階と、
前記犠牲層の一部分をエッチングする前記エッチング液でｃＭＵＴをエッチングする段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６２】
前記犠牲層に近接して第１の薄膜層を設ける段階と、
前記第１の薄膜層の一部分に近接して第２の導電層を設ける段階と、
前記第２の導電層に近接して第２の薄膜層を設ける段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記処理温度は、約３００℃よりも低いことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
前記基板は、内蔵回路を含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６５】
前記第１の導電層は、金を含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６６】
前記犠牲層は、クロムを含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６７】
前記基板として透明基板を設ける段階を更に含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６８】
前記第１の導電層、前記第２の導電層、前記第１の薄膜層、及び前記第２の薄膜層のうちの少なくとも１つとして反射層を設ける段階を更に含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６９】
光信号を受信及び供給するようになった回路を前記基板に近接して設ける段階を更に含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項７０】
エッチング液に対して抵抗性である、基板に近接したｃＭＵＴ素子の第１の導電層と、
前記エッチング液で犠牲層をエッチングすることによって形成された空洞を定める、前記第１の導電層に近接したｃＭＵＴの第１の薄膜層と、
を含むことを特徴とするｃＭＵＴ素子。
【請求項７１】
前記第１の薄膜層に近接した第２の導電層と、
前記第２の導電層に近接した第２の薄膜層と、
を更に含むことを特徴とする請求項７０に記載の素子。
【請求項７２】
光信号及び電気信号の少なくとも一方を前記第１の導電層へ及びそこから誘導及び受信する前記基板に近接した回路を更に含むことを特徴とする請求項７０に記載の素子。
【請求項７３】
前記基板は、電気信号又は光信号の少なくとも一方が該基板を通過することを可能にすることを特徴とする請求項７０に記載の素子。
【請求項７４】
前記第１の導電層は、金を含み、前記犠牲層は、クロムを含むことを特徴とする請求項７０に記載の素子。
【請求項７５】
前記第１の導電層の少なくとも１つは、約３００℃よりも低い温度の前記基板に近接して置かれていることを特徴とする請求項７０に記載の素子。
【請求項７６】
前記基板は、内蔵回路を含むことを特徴とする請求項７０に記載の素子。
【請求項７７】
表面を有する基板上にｃＭＵＴを製作する方法であって、
基板の表面に近接してエッチング液に対して抵抗性の第１の導電層を設ける段階と、
前記第１の導電層の少なくとも一部分に近接して犠牲層を設ける段階と、
前記犠牲層に近接して第１の薄膜層を設ける段階と、
前記第１の薄膜層の少なくとも一部分に近接して第２の導電層を設ける段階と、
前記第２の導電層に近接して第２の薄膜層を設ける段階と、
前記エッチング液で前記犠牲層の少なくとも一部分を除去する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７８】
前記基板の前記表面と第１の導電層との間に接着層を配置する段階から更に構成されることを特徴とする請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
３００℃よりも低い温度の前記第１の導電層、前記第２の導電層、及び前記犠牲層のうちの少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項７７に記載の方法。
【請求項８０】
前記基板は、光信号又は電気信号の少なくとも一方が該基板を通過することを可能にするようになっていることを特徴とする請求項７７に記載の方法。
【請求項１】
長さと幅を有する薄膜、
を含み、
前記薄膜は、該薄膜の前記長さにわたって二等分線に関して非対称である、
ことを特徴とするｃＭＵＴ。
【請求項２】
前記薄膜は、第１の端部と第２の端部を更に有し、
前記第１の端部での前記薄膜の幅は、前記第２の端部での該薄膜の幅よりも広く、
前記第１の端部から前記第２の端部までの距離は、前記薄膜の前記長さを定義する、
ことを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項３】
前記薄膜は、前記第１の端部に近接する第１の点で該薄膜を崩壊状態まで駆動するために第１の崩壊力と、前記第２の端部に近接する第２の点で該薄膜を崩壊状態まで駆動するために第２の崩壊力とを必要とし、
前記第１の崩壊力は、前記第２の崩壊力よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４】
第１の端部と第２の端部の間の距離として定義された長さを有する電極要素、
を更に含み、
前記電極要素は、該電極要素の前記長さにわたって二等分線に関して非対称である、
ことを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項５】
第１の端部と第２の端部の間の距離として定義された長さと、幅とを有する電極要素、
を更に含み、
前記第１の端部での前記電極要素の幅は、前記第２の端部での該電極要素の幅よりも狭い、
ことを特徴とする請求項３に記載のｃＭＵＴ。
【請求項６】
前記電極要素は、前記第１の崩壊力と前記第２の崩壊力をもたらすようになっており、前記第１の点と前記第２の点で実質的に等しい量で前記薄膜を撓ませる、
ことを特徴とする請求項５に記載のｃＭＵＴ。
【請求項７】
前記薄膜の幅は、該薄膜が複数の断面を有するように該薄膜の前記長さにわたって変動し、
前記複数の断面の各断面は、異なる幅を有し、
前記複数の断面の各断面は、異なる基本周波数を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項８】
前記薄膜の前記長さは、前記第１の端部での該薄膜の幅の２倍よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のｃＭＵＴ。
【請求項９】
第１の端部と第２の端部の間の距離として定義された長さと、幅とを有する電極要素、
を更に含み、
前記第１の端部での前記電極要素の幅は、前記第２の端部での該電極要素の幅よりも狭く、
前記電極要素は、第１の崩壊力と第２の崩壊力をもたらすようになっており、前記第１の点と前記第２の点で実質的に等しい量で前記薄膜を撓ませるものであり、
前記薄膜は、振動モードを有し、
前記薄膜の前記幅は、該薄膜の前記振動モードと該薄膜の前記撓み特性とを変更するようになっている、
ことを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項１０】
前記薄膜は、超広帯域信号を送信及び受信するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項１１】
前記薄膜は、実質的に台形であることを特徴とする請求項１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項１２】
ｃＭＵＴを製作する方法であって、
長さと幅を有する薄膜を設ける段階と、
前記薄膜を該薄膜の前記長さにわたって二等分線に関して非対称になるように構成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記薄膜を該薄膜の前記長さにわたって二等分側線に関して実質的に非対称になるように構成する前記段階は、
前記薄膜を該薄膜の第１の端部で第１の幅と該薄膜の第２の端部で第２の幅とを有するように構成する段階、
を含み、
前記第１の幅は、前記第２の幅よりも広く、
前記第１の端部から前記第２の端部までの距離は、前記薄膜の前記長さを定義する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第１の端部と第２の端部の間の距離として定義された長さを有する電極要素を設ける段階、
を更に含み、
前記電極要素は、該電極要素の前記長さにわたって二等分線に関して非対称である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
第１の端部と第２の端部の間の距離として定義された長さを有する電極要素を設ける段階と、
前記電極要素を該電極要素の前記第１の端部で第１の幅と該電極要素の前記第２の端部で第２の幅とを有するように構成する段階と、
を更に含み、
前記第１の幅は、前記第２の幅よりも狭い、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
第１の端部に近接する第１の点で崩壊状態まで前記薄膜を駆動するための第１の崩壊力と、第２の端部に近接する第２の点で崩壊状態まで該薄膜を駆動するための第２の崩壊力とを有するように該薄膜を構成する段階、
を更に含み、
前記第１の崩壊力は、前記第２の崩壊力よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
電極要素を設ける段階と、
前記第１の崩壊力と前記第２の崩壊力をもたらして前記第１の点と前記第２の点で実質的に等しい量で前記薄膜を撓ませるように前記電極要素を構成する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記薄膜の前記長さが、前記第１の端部と前記第２の端部の一方で測定された該薄膜の幅の２倍よりも大きくなるように該薄膜を構成する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
超広帯域信号を送信及び受信するように前記薄膜を構成する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記薄膜を該薄膜の前記長さにわたって二等分側線に関して実質的に非対称になるように構成する前記段階は、
前記薄膜を実質的に台形形状に構成する段階、
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
薄膜と、
前記薄膜の振動モードを所定の周波数に調節するための薄膜周波数調節器と、
を含むことを特徴とするｃＭＵＴ。
【請求項２２】
前記薄膜周波数調節器は、長さの少なくとも一部分に沿って不均一な質量分布を有する前記薄膜を含むことを特徴とする請求項２１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２３】
前記薄膜周波数調節器は、前記薄膜に近接した質量負荷を含むことを特徴とする請求項２２に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２４】
前記質量負荷は、複数の別々の質量負荷要素を含むことを特徴とする請求項２３に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２５】
前記質量負荷は、ｃＭＵＴの電極要素であることを特徴とする請求項２３に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２６】
前記質量負荷は、金であることを特徴とする請求項２３に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２７】
前記複数の質量負荷要素は、前記薄膜の周波数応答を修正することを特徴とする請求項２４に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２８】
前記薄膜は、複数の振動モードを有し、前記薄膜周波数調節器は、該複数の振動モードの少なくとも２つを調和的に関連付けるようになっていることを特徴とする請求項２１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項２９】
前記薄膜は、基本周波数で振動するようになっており、前記薄膜周波数調節器は、該薄膜を該基本周波数の２倍に実質的に等しい周波数で振動するように調節することを特徴とする請求項２１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項３０】
前記薄膜の振動モードに関連する位置に該薄膜に近接した電極要素を更に含むことを特徴とする請求項２１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項３１】
ｃＭＵＴの振動モードを制御する方法であって、
薄膜を設ける段階と、
前記薄膜の目標振動周波数を判断する段階と、
前記薄膜の前記目標振動周波数を誘導するために、該薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って該薄膜の質量分布を変更する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３２】
前記薄膜の前記目標振動周波数は、該薄膜の基本周波数の実質的に２倍であることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って該薄膜の質量分布を変更する前記段階は、該薄膜の該長さの少なくとも一部分に沿って厚みが変動する薄膜を設ける段階を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記薄膜の長さの少なくとも一部分に沿って該薄膜の質量分布を変更する前記段階は、該薄膜の該長さの少なくとも一部分に沿って密度が変動する薄膜を設ける段階を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記薄膜は、第１の振動モードと該第１の振動モードの周波数の約２倍である第２の振動モードとを有し、該薄膜は、該第１の振動モードで超音波エネルギを送信し、該第２の振動モードで超音波エネルギを受信するようになっていることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
ｃＭＵＴを製作する方法であって、
薄膜を設ける段階と、
所定の周波数でエネルギを受信するために不均一な質量分布を有するように前記薄膜を構成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３７】
不均一な質量分布を有するように前記薄膜を構成する前記段階は、該薄膜に近接して複数の質量負荷を設ける段階を含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
第１の振動モードで超音波エネルギを送信し、かつ第２の振動モードで超音波エネルギを受信するように前記薄膜を適応させる段階を更に含み、
前記第２の振動モードは、前記第１の振動モードの周波数の約２倍である、
ことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記薄膜の前記振動モードが調和的に関連付けられるように該薄膜を適応させる段階を更に含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記薄膜の振動モードに近接して電極要素を位置決めする段階を更に含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
第１の電極要素と第２の電極要素とを有する多要素第１電極、
を含み、
前記第１及び第２の電極要素は、超音波を送信するようになっている、
ことを特徴とするｃＭＵＴ。
【請求項４２】
前記多要素第１電極は、ｃＭＵＴのホット電極であることを特徴とする請求項４１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４３】
前記第１及び第２の電極要素は、薄膜内に配置されていることを特徴とする請求項４１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４４】
前記第１及び第２の電極要素は、基板に近接していることを特徴とする請求項４１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４５】
前記第１の電極要素と前記第２の電極要素は、電気的に結合されていることを特徴とする請求項４１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４６】
薄膜と、前記第１の電極要素と前記第２の電極要素の少なくとも一方を含む薄膜成形手段とを更に含むことを特徴とする請求項４１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４７】
前記多要素第１電極は、第３の電極要素を更に含み、前記第１の電極要素は、ｃＭＵＴの第１の側面に近接し、前記第２の電極要素は、ｃＭＵＴの他方の側面に近接し、該第３の電極要素は、ｃＭＵＴの中央に近接していることを特徴とする請求項４１に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４８】
前記第１の電極要素と前記第２の電極要素は、側面電極要素対であり、超音波信号の送信中に薄膜を協働して成形するように互いに電気的に結合していることを特徴とする請求項４７に記載のｃＭＵＴ。
【請求項４９】
下部電極を更に含み、
前記薄膜と前記下部電極は、電気的中立状態において間隙距離によって分離されており、
前記側面電極要素対は、超音波の送信中に前記間隙距離の１／３を越えて前記薄膜を撓ませるようになっている、
ことを特徴とする請求項４８に記載のｃＭＵＴ。
【請求項５０】
前記側面電極要素対は、送信要素であり、前記第３の要素は、受信要素であり、該側面電極要素対の前記第１及び第２の電極要素の各々は、てこの作用の曲げを利用するようにｃＭＵＴのそれぞれの側面に位置していることを特徴とする請求項４８に記載のｃＭＵＴ。
【請求項５１】
超音波を送受信する方法であって、
第１の電極要素と第２の電極要素とを組み込んだ多要素第１電極を有するｃＭＵＴを設ける段階と、
超音波を送信するために前記第１の電極要素及び前記第２の電極要素に第１の電圧を印加する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５２】
超音波信号を受信するために前記第１の電極要素及び前記第２の電極要素にバイアス電圧を印加する段階を更に含むことを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記受信超音波信号を光学的に感知する段階を更に含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記受信超音波信号を電気的に感知する段階を更に含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
ｃＭＵＴを製作する方法であって、
上部導電体を設ける段階と、
前記上部導電体から間隙距離だけ分離した下部導電体を設ける段階と、
前記上部及び下部導電体の少なくとも一方を複数の電極要素に構成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５６】
前記上部及び下部導電体を電圧供給装置に電気的に結合するように適応させる段階を更に含むことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記複数の前記電極要素の第１の電極要素に第１の電圧を供給する段階と、
前記複数の前記電極要素の第２の電極要素に第２の電圧を供給する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記第１の導電体に近接して犠牲層を設ける段階と、
前記犠牲層に近接して第１の薄膜層を設ける段階と、
前記第２の導電体に近接して第２の薄膜層を設ける段階と、
前記犠牲層を除去する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５９】
前記第２の導電体は、前記第１の薄膜層と前記第２の薄膜層の間に配置されていることを特徴とする請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記複数の電極要素の該電極要素のうちの少なくとも２つを電気的に結合する段階を更に含むことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項６１】
処理温度の表面を有する基板上にｃＭＵＴを製作する方法であって、
基板の表面に近接してエッチング液に対して抵抗性の第１の導電層を設ける段階と、
前記第１の導電層の一部分に近接して犠牲層を設ける段階と、
前記犠牲層の一部分をエッチングする前記エッチング液でｃＭＵＴをエッチングする段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６２】
前記犠牲層に近接して第１の薄膜層を設ける段階と、
前記第１の薄膜層の一部分に近接して第２の導電層を設ける段階と、
前記第２の導電層に近接して第２の薄膜層を設ける段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記処理温度は、約３００℃よりも低いことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
前記基板は、内蔵回路を含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６５】
前記第１の導電層は、金を含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６６】
前記犠牲層は、クロムを含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６７】
前記基板として透明基板を設ける段階を更に含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６８】
前記第１の導電層、前記第２の導電層、前記第１の薄膜層、及び前記第２の薄膜層のうちの少なくとも１つとして反射層を設ける段階を更に含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６９】
光信号を受信及び供給するようになった回路を前記基板に近接して設ける段階を更に含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項７０】
エッチング液に対して抵抗性である、基板に近接したｃＭＵＴ素子の第１の導電層と、
前記エッチング液で犠牲層をエッチングすることによって形成された空洞を定める、前記第１の導電層に近接したｃＭＵＴの第１の薄膜層と、
を含むことを特徴とするｃＭＵＴ素子。
【請求項７１】
前記第１の薄膜層に近接した第２の導電層と、
前記第２の導電層に近接した第２の薄膜層と、
を更に含むことを特徴とする請求項７０に記載の素子。
【請求項７２】
光信号及び電気信号の少なくとも一方を前記第１の導電層へ及びそこから誘導及び受信する前記基板に近接した回路を更に含むことを特徴とする請求項７０に記載の素子。
【請求項７３】
前記基板は、電気信号又は光信号の少なくとも一方が該基板を通過することを可能にすることを特徴とする請求項７０に記載の素子。
【請求項７４】
前記第１の導電層は、金を含み、前記犠牲層は、クロムを含むことを特徴とする請求項７０に記載の素子。
【請求項７５】
前記第１の導電層の少なくとも１つは、約３００℃よりも低い温度の前記基板に近接して置かれていることを特徴とする請求項７０に記載の素子。
【請求項７６】
前記基板は、内蔵回路を含むことを特徴とする請求項７０に記載の素子。
【請求項７７】
表面を有する基板上にｃＭＵＴを製作する方法であって、
基板の表面に近接してエッチング液に対して抵抗性の第１の導電層を設ける段階と、
前記第１の導電層の少なくとも一部分に近接して犠牲層を設ける段階と、
前記犠牲層に近接して第１の薄膜層を設ける段階と、
前記第１の薄膜層の少なくとも一部分に近接して第２の導電層を設ける段階と、
前記第２の導電層に近接して第２の薄膜層を設ける段階と、
前記エッチング液で前記犠牲層の少なくとも一部分を除去する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７８】
前記基板の前記表面と第１の導電層との間に接着層を配置する段階から更に構成されることを特徴とする請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
３００℃よりも低い温度の前記第１の導電層、前記第２の導電層、及び前記犠牲層のうちの少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項７７に記載の方法。
【請求項８０】
前記基板は、光信号又は電気信号の少なくとも一方が該基板を通過することを可能にするようになっていることを特徴とする請求項７７に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１８Ｃ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１８Ｃ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【公表番号】特表２００８−５１０３２４（Ｐ２００８−５１０３２４Ａ）
【公表日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５０３０６９（Ｐ２００７−５０３０６９）
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００８２５９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８７３９１
【国際公開日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【出願人】（５０４４６６８３４）ジョージア テック リサーチ コーポレイション (17)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００８２５９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８７３９１
【国際公開日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【出願人】（５０４４６６８３４）ジョージア テック リサーチ コーポレイション (17)
【Ｆターム（参考）】
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