CN1954640A - 压力波产生装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

通过空气中的氧气等使热绝缘层2被氧化，即使因为体积膨胀而产生压缩抵抗力，也可以使压缩抵抗力得以被分散，从而防止产生断裂以及由此而引起的热绝缘层及导热体的破损。该压力波产生装置具备有基板1和沿着基板1的厚度方向在其表面所形成的多孔体的热绝缘层2，以及在热绝缘层2上所形成的薄膜状的导热体3，通过导热体3和媒体之间进行热交换，从而产生压力波。以热绝缘层2的宽度方向W的中央部位的厚度作为基准厚度t，假设将宽度方向热绝缘层的厚度分布以基准厚度t为参照而进行平均化，热绝缘层2的外围部位的多孔度，比中央部位的多孔度要低。通过降低热绝缘层2的外围部位的多孔度，随着热绝缘层2的外围部分上被基板1所约束的固定点的数量的增加，其位置也就随之而被分散，从而可以分散集中在热绝缘层2的外围部分的压缩抵抗力。

Description

压力波产生装置及其制造方法

技术领域

本发明关于一种用来产生音箱的声波、超声波或单脉冲的疏密波等压力波的压力波产生装置及其制造方法。

背景技术

一直以来，我们对利用通过压电效果而产生的机械性振动的超声波产生装置非常熟悉。在利用机械性振动的超声波产生装置中，比如，在像钛酸钡类的压电材料的结晶的两面设置电极，在两电极之间提供电能量，使其产生机械性振动，从而使空气等媒体产生振动，进而产生超声波。然而，利用机械性振动的超声波产生装置因为拥有固有的共振频率，频率范围狭窄，并且容易受到外部的振动及外气压变动的影响。

另外，例如在特开平11-300274号公报或者特开平2002-186097号公报上所登载的，没有机械性振动也可以产生超声波的装置中，给媒体提供热能，利用通过热诱导而形成空气疏密的压力波产生装置，也有提案出来。

在利用热诱导的压力波装置中，如图35及图36B所示，具备有单结晶的硅基板的半导体基板1、沿着半导体基板1的厚度方向的一侧表面起向半导体基板1的内侧发展形成规定深度的热绝缘层2，以及在热绝缘层2上形成金属薄膜(比如Al薄膜等)的发热体3。热绝缘层2由多孔性硅层形成，与半导体基板1相比，具有非常小的热传导率和体积热容量。

通过交流电源Vs给发热体3提供交流电流，发热体3在产生热量的同时，发热体3的温度(或者发热量)根据通过的交流电流的频率数而产生变化。另一方面，在发热体3的正下方形成热绝缘层2，发热体3由于有半导体基板1的热绝缘效果，从而在发热体3及其附近的空气之间进行着有效的热交换。同时，根据发热体3的温度变化(或者发热量的变化)，空气重复进行着膨胀和收缩的变化，其结果产生超声波等压力波(图35中的向上的箭头表示压力波的前进方向)

在这种利用热诱导的压力波产生装置中，通过改变施加在发热体3上的交流电压(驱动电压)的频率数，可以使产生的超声波的频率数在宽大的范围内进行变化。因此可以作为超声波声源及音箱的声源来进行利用。

根据上述的特开平11-300274号公报，与半导体基板1的热传导度及体积热容量相比，希望降低热绝缘层2的热传导度及体积热容量。此外，热绝缘层2的热传导度和体积热容量的积，与半导体基板1的热传导度和体积热容量的积相比，希望其更小。例如，半导体基板1是由单结晶的硅基板所形成，热绝缘层2是由多孔性的硅层所形成的情况下，热绝缘层2的热传导度和体积热容量的积，大约是半导体基板1的热传导度和体积热容量的积的1/400。

要在单结晶的硅基板的半导体基板1的一侧表面上形成多孔性硅层的热绝缘层2，如图37A及37B所示，在半导体基板1的一侧表面上，在预定形成热绝缘层2的区域的相对应的部位，形成被开孔的保护膜层。然后把在半导体基板1的其他表面的整面上形成的通电用的电极4作为阳极，在电解液中，在与半导体基板1的一侧表面相对而配置的阴极之间进行通电，从而完成阳极化处理。

发明内容

(第一课题)

然而，如果长期使用这种压力波装置，由多孔体形成的热绝缘体2会发生由于空气中的氧气和水分而引起的氧化等化学变化。例如，表1显示的是，使用多孔性硅作为热绝缘层2的情况下，长时间在空气中使用而引起的氧化变化的一个例子，其显示的是在温度为85℃，湿度是85％的高温高湿度的环境中暴露250个小时之后所得出的元素比率。

(表1)

	元素比率(％)
			O	Si
	暴露前	38.5			61.5
暴露后			26.5	73.5

通过表1我们可以看到，暴露处理的前后相比，氧的元素比率由26.5％增加到38.5％，多孔性硅层发生了非常显著的氧化反应。随着这种由多孔体形成的热绝缘层的氧化反应的进行，由于体积膨胀而在热绝缘层上产生压缩抵抗力。

然而，在上述以往的压力波产生装置中，例如如图36B所示的A-A断面上，多孔性层的热绝缘层2的厚度，包括其周围部分大致是均一的。因此由于在空气中长期使用而引起的氧化反应等，热绝缘层2发生体积膨胀，产生压缩抵抗力。在热绝缘层2的外围2e与半导体基板1接触的部分，热绝缘层2的底部(点P2)被半导体基板1所约束成为固定点。所以在热绝缘层2上产生的热抵抗力就会集中在热绝缘层2的外围2e中与半导体基板1的表面所接触的地方(点P1)。从而在多孔体的热绝缘层2的点P1附近发生断裂，热绝缘层2就有可能发生破损。这种热绝缘层2的断裂也会向其内部发展。如果热绝缘层2的断裂延伸到发热体3的下部时，在发热体3的外围部分也会产生断裂。

在这种状态下，如图36A所示，在发热体3的两端之间施加交流电流时，本来，如果发热体3没有断裂的话，通过的电流应该是均一的，但是现在电流集中地流向发热体3断裂的端部。因此发热体3的断裂部位的发热量增加，通过热抵抗力断裂向发热体3的内部进一步延伸。最终就有可能造成发热体3自身发生破损。

(第二课题)

另外，在上述以往利用热诱导的压力波产生装置中，如图36A所示，虽然在发热体3长侧方向的两端之间施加有交流电流，但是随着施加电压的开/关变化，发热体3重复进行膨胀收缩的变化。发热体3由半导体基板1被热绝缘，因此由于发热体3发生剧烈的温度变化，从而在发热体3上产生热抵抗力，由此而使发热体3有可能发生破损。

在设计利用热诱导的压力波产生装置时，将压力波产生装置的尺寸设置为一直以来被广泛使用的，利用机械振动的超声波产生装置的一般尺寸，即15mm×15mm，为了使其产生出与利用机械振动的超声波产生装置同样的声压(例如，频率数为40kHz，在距离30cm的位置上，20Pa的程度)，针对发热体3的温度进行了探讨。其结果发现，发热体3的温度在瞬间即可超过1000度，达到非常高的温度。

本发明的目的在于提供一种利用热诱导的压力波产生装置，通过此装置及方法，导热体和/或热绝缘层由于热抵抗力而不易破坏，并提供一种制造该装置的方法。

本发明压力波产生装置，具备有基板、沿着基板厚度方向的一侧表面上形成的多孔体的热绝缘层，以及在热绝缘层上形成薄膜状的发热体。压力波发生装置根据施加在发热体上的输入电压的波形变化，发热体的温度发生变化，通过发热体和如空气等媒体之间进行热交换，从而产生压力波。其特点是，以热绝缘层的宽度方向的中央部位的厚度为基准厚度，假设前记宽度方向热绝缘层的厚度分布根据前记基准厚度进行平均化，热绝缘层的外围部分的多孔度与中央部分的多孔度相比要低。

根据这种结构，该压力波产生装置具备有基板、沿着基板厚度方向的一侧表面上形成的多孔体的热绝缘层，以及在热绝缘层上形成薄膜状的发热体。根据施加在发热体上的输入电压的波形变化，发热体的温度发生变化，通过发热体和媒体之间进行热交换，从而产生压力波。以热绝缘层的宽度方向的中央部位的厚度为基准厚度，假设前记宽度方向热绝缘层的厚度分布根据前记基准厚度进行平均化，热绝缘层的外围部分的多孔度与中央部分的多孔度相比要低。因此，在空气中长时间使用的情况下，即使发生了由于热绝缘层的氧化等化学变化，而引起热绝缘层发生体积膨胀，由此而产生压缩抵抗力，也可以通过降低热绝缘层的外围部分的多孔度，使压缩抵抗力得以被分散。也就是说，通过降低热绝缘层外围部分的多孔度，与以往的压力波产生装置相比，例如，随着热绝缘层外围中被基板约束的固定点的数量的增加，其位置也得以被分散，从而可以分散集中在热绝缘层外围部分的压缩抵抗力。其结果，降低了在热绝缘层产生断裂的可能性，从而达到防止因热绝缘层上的断裂为诱因而发生发热体破损。进而，可以防止压力波产生装置发生破损，从而可以长时间的产生稳定的超声波。

另外，热绝缘层的外围部分的厚度可以比中央部分的厚度小。

在这种情况下，热绝缘层的外围部分在空气中长时间使用时，即使由于热绝缘层的氧化等化学反应而引起热绝缘层发生体积膨胀，在以往的压力波装置中，集中在热绝缘层外围中与基板表面相接触的地方的压缩抵抗力，可以沿着热绝缘层的外围面(比如倾斜面)得以被分散。其结果，可以降低在热绝缘层上发生断裂的可能性。并且，可以防止压力波产生装置的破损，从而可以长时间的产生稳定的超声波。

另外，在热绝缘层的外围部分，沿着基板厚度方向被释放的热量，与沿着中央部分的基板厚度被释放的热量相比变得更多，从而可以提高基板和热绝缘层交接附近热绝缘层及发热体的机械性强度。其结果，可以防止因抵抗力而造成的热绝缘层及发热体的破损。并且，不需要改变材料和/或组成，可以简单地生产制造出来。

或者也可以是，热绝缘层的外围部分的单位体积内的多孔度，比中央部分单位体积内的多孔度低。

在这种情况下，通过改变单位体积的多孔度，使热绝缘层外围部分的物理性发生变化，达到不均一性，从而将热绝缘层外围部分中被基板约束的固定点位置的单位体积内的多孔度，向发生变化的区域进行分散。这样就可以将以往的压力波装置中，集中在热绝缘层外围与基板表面相接触部分处的压缩抵抗力，沿着热绝缘层的外周面(例如多孔度的倾斜面)进行分散。在热绝缘层的外围部分上，沿着基板厚度方向被释放的热量与沿着中央部分基板厚度方向释放的热量相比变得更大，从而提高了基板与热绝缘层交界处附近的热绝缘层及发热体的机械强度。同时，还可以与前面提到的权利要求2中的，热绝缘层外围部分的厚度与中央部分的厚度相比被降低的特点进行结合。

另外，从基板厚度方向的一侧表面沿着基板的内侧，以热绝缘层宽度方向中央部分的基准厚度为标准，在规定的宽度方向的范围内，将从发热体的外围部分延向内侧部分厚度方向的平均热传导率设为αin，平均体积热容量设为Cin，将从发热体的外围部分延向外侧部分厚度方向的平均热传导率设为αout，平均体积热容量设为Cout，满足αin×Cin＜αout×Cout的条件，并且，在前记内侧部分与前记外侧部分的交接处附近αin×Cin的值可以与外侧的值一样大。

在该发明中，在下记的关系式中，通过提高热绝缘层的热传导率与体积热容量的积，可以增加单位时间内的放热量。根据这一观点，通过增加放热量，控制发热体周围部分温度的上升，从而完成缓和发热体外围部分的温度调节这一技术思想。

$T\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{1-j}{\sqrt{2}}.\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\ω\α}}C}.q\left(\mathrm{\ω}\right)$

在上述计算式中，α为热绝缘层的热传导率，C为热绝缘层的体积热容量，ω为施加在发热体两端之间的交流电压的角频率数，q(ω)为输入在发热体上的电能量，T(ω)为发热体的温度。

如上所述，将从发热体的外围部分延向内侧部分厚度方向的平均热传导率设为αin，平均体积热容量设为Cin，将从发热体的外围部分延向外侧部分厚度方向的平均热传导率设为αout，平均体积热容量设为Cout，满足αin×Cin＜αout×Cout的条件，并且，在前记内侧部分与前记外侧部分的交接处附近αin×Cin的值可以由内向外逐渐增加。因此，在发热体的外围部分，沿着基板厚度方向被释放的热量比在发热体中央部分被释放的热量大，与以往的压力波装置相比，减少了施加在发热体上的热抵抗力。因此，与以往的压力波装置相比，就不易发生由于热抵抗力而引起的发热体破损，从而提高了压力波装置的寿命。也就是说，在驱动压力波装置的时候，即使随着发热体的温度上升及温度下降导致发热体膨胀及收缩从而产生了热抵抗力，发热体也几乎可以不会发生破损，从而可以长时间的产生稳定的超声波。

附图说明

图1A显示的是关于本发明第一实施例压力波产生装置的其中一个结构示例的剖面图。图1B显示的是其他结构示例的剖面图。

图2A显示的是关于本发明第二实施例压力波产生装置结构的平面图。图2B是图2A的A-A剖面图，图2C显示的是，将包括特绝缘层的表面和半导体基板的第一面在内的平面的温度分布根据有限要素法进行模拟化之后的基准点的说明图。

图3显示的是关于第二实施例的压力波产生装置结构的概念图。

图4A显示的是施加在压力波装置上的交流电压的波形图。图4B是表示发热体温度变化的波形图。图4C表示的是压力波装置产生的压力波(声波)的波形图。

图5A～图5C显示的是关于第二实施例的压力波产生装置的制造方法的工程图。

图6显示的是关于第二实施例的压力波产生装置制造方法的其他工程的工程图。

图7显示的使用在第二实施例的压力波产生装置制造方法上的阳极化处理装置的图。

图8显示的是关于第二实施例的压力波产生装置以及以往的压力波产生装置的温度分布特点的图表。

图9显示的是关于第二实施例的压力波产生装置的其他结构示例的剖面图。

图10A～图10C显示的是关于第三实施例的压力波产生装置制造方法的工程图。

图11显示的是使用在第三实施例的压力波产生装置制造方法上的阳极化处理装置的图。

图12显示的关于本发明第四实施例的压力波产生装置结构的剖面图。

图13A～图13E显示的是关于第四实施例的压力波产生装置制造方法的工程图。

图14显示的是第四实施例的压力波产生装置制造方法的其他工程的工程图。

图15A显示的是关于本发明第五实施例的压力波产生装置结构的平面图。图15B显示的是图15A中的A-A剖面图。图15C显示的是图15A中的B-B剖面图。

图16显示的是关于本发明第六实施例的压力波产生装置结构的剖面图。

图17显示的是关于本发明第七实施例的压力波产生装置结构的剖面图。

图18显示的是关于本发明第八实施例的压力波产生装置结构的剖面图。

图19显示的是关于本发明第九实施例的压力波产生装置结构的剖面图。

图20显示的是使用在第九实施例的压力波产生装置制造方法上的阳极化处理时，电流密度形状的其中一个示例的图表。

图21显示的是关于本发明第十实施例的压力波产生装置结构的剖面图。

图22显示的是使用在第十实施例的压力波产生装置制造方法上的阳极化处理时，电流密度形状的其中一个示例的图表。

图23A显示的是使用在第十实施例的压力波产生装置制造方法上的阳极化处理时，电流密度形状的其他示例的图表。图23B使用在第十实施例的压力波产生装置制造方法上的阳极化处理时，电流密度形状的另外一个示例的图表。

图24显示的是本发明十一实施例的压力波产生装置结构的剖面图。

图25显示的是使用在第十一实施例的压力波产生装置制造方法上的阳极化处理时，电流密度形状的一个示例图表。

图26A显示的是使用在第十一实施例的压力波产生装置制造方法上的阳极化处理时，电流密度形状的其他示例的图表。图26B显示的是使用在第十一实施例的压力波产生装置制造方法上的阳极化处理时，电流密度形状的另外一个示例的图表。

图27显示的是关于本发明第十二实施例的压力波产生装置结构的剖面图。

图28显示的是使用了各种材料进行试验的第十二实施例的压力波产生装置的输出特性的图表。

图29显示的是使用了各种材料进行试验的第十二实施例的压力波产生装置的寿命特性的图表。

图30A显示的是第十二实施例的压力波产生装置结构的平面图。图30B显示的是图30A中的A-A剖面图。图30C显示的是图30A中的B-B剖面图。

图31A显示的是关于本发明第十三实施例的压力波产生装置的结构的平面图。图31B显示的是第十三实施例的压力波产生装置结构的剖面图。

图32显示的是施加到压力波产生装置的发热体上的输入电量与产生的声压及发热体的温度之间关系的图表。

图33A显示的是关于本发明第十四实施例的压力波产生装置结构的平面图表。图33B显示的是第十四实施例的压力波产生装置结构的剖面图。

图34A显示的是第十四实施例的压力波产生装置的其他结构的平面图。图34B显示的是第十四实施例的压力波产生装置的其他结构的剖面图。

图35显示的是以往的压力波产生装置的结构及其工作的剖面图。

图36A显示的是以往的压力波产生装置结构的平面图。图36B显示的是图36A中的A-A剖面图。图36C显示的是将包括热绝缘层表面和半导体基板的第一面在内的平面的温度分布用有限要素法进行模拟化后的基准点的说明图。

图37A显示的是以往的压力波产生装置的制造方法的一个工程的平面图。图37B显示的是图36A中的A-A剖面图。

具体实施方式

(第一实施例)

针对本发明的第一实施例进行说明。图1A显示的是关于第一实施例的压力波装置的基本结构的剖面图。如图1A所示，压力波发生装置具备了由半导体基板形成的基板1、在沿着基板1的厚度方向的一侧表面(第一面)1a上形成的如多孔性硅层等的多孔体热绝缘层2、以及在热绝缘层2上形成的铝薄膜等的薄膜状发热体3。该压力波产生装置，可以根据施加在发热体3上的输入电量的波形而改变发热体3的温度，通过发热体3与空气等媒体之间进行的热交换而产生压力波。

在第一实施例的压力波产生装置中，以热绝缘层2的宽度方向的中央部分厚度“t”为基准厚度，假定将宽度方向“W”的热绝缘层2的厚度分布用基准厚度“t”进行平均化，其特点是，热绝缘层2的外围部分的多孔度D1比中央部分的多孔度D2要小。这种结构主要是对应上述第一课题。不特别限定热绝缘层2和发热体3的大小关系，在图1A所示的例子中，发热体3是从热绝缘层2的外围部分向内侧延伸而形成的。另外，通过在热绝缘层2的外周部分上形成倾斜部2a，在半导体基板1的宽度方向的热绝缘层2的外周部分的多孔度变得比中央部分的多孔度要小。

由于这种结构，热绝缘层2的外围部分，在空气中长时间使用的情况下，即使由于热绝缘层的氧化等化学反应而引起了热绝缘层2发生体积膨胀，在图36B中所显示的以往的压力波产生装置上的，集中在热绝缘层2的外围部分2e与半导体基板1的表面相接触点(点P1)上的压缩抵抗力，也可以沿着倾斜部分2a本分散。并且，可以防止由于热绝缘层2上的断裂而引起的发热体3的破损。从而防止了压力波产生装置破损，可以长时间的产生稳定的超声波。

同时，沿着基板厚度方向被释放的热量与沿着中央部分基板厚度方向被释放的热量相比要多，从而可以提高半导体基板1和热绝缘层2的交接处附近的热绝缘层2及发热体3的机械强度。其结果，达到了防止由于抵抗力而引起的热绝缘层及发热体3的破损。

另外，将热绝缘层2的外围部分的多孔度“D1”比中央部分的多孔度“D2”降低的方法并不限于以上所提供的方法，如上述所记，在热绝缘层2外围部分上设置倾斜部分2a，因此外围部分的厚度要比中央部分的厚度要小，如图1B所示，热绝缘层2的外围部分的单位体积内的多孔度也可以比中央部分的单位体积内的多孔度小。在这种情况下，通过改变单位体积内的多孔度，可以使热绝缘层2的外围部分的物理性发生变化，达到不均一，从而将热绝缘层2的外围部分上被半导体基板1所约束的固定点位置上的单位体积内的多孔度向发生变化的区域内进行分散。因此，在以往的压力波产生装置中集中在热绝缘层2外围部分与半导体基板1的表面1a相接触点(点P1)上的压缩抵抗力，可以沿着热绝缘层2的外围面(比如多孔度的倾斜面)得以被分散。在热绝缘层2的外围部分上，沿着半导体基板1的厚度方向被释放的热量比沿着中央部分半导体基板1的厚度方向被释放的热量要多，从而可以提高半导体基板1与热绝缘层2交接处附近的热绝缘层2及发热体3的机械强度。另外，还可以与图1A的将外围部分的厚度变得比中央部分的厚度要小的特点相结合起来。

按照第一实施例的效果运作的话，在空气中长时间使用的情况下，即使因为热绝缘层2发生氧化等化学变化，而造成热绝缘层2发生体积膨胀，产生出压缩抵抗力，由于减少了热绝缘层2的外围部分的多孔度，压缩抵抗力也可以得以被分散。也就是说，通过降低热绝缘层2的外围部分的多孔度，与以往的压力波产生装置相比，随着在热绝缘层2外围部分上被半导体基板1所约束的固定点个数的增加，其位置被分散，从而使集中在热绝缘层2的外围部分的压缩抵抗力得以被分散。其结果可以降低在热绝缘层2上产生断裂的可能性，从而防止因热绝缘层的断裂而引起的发热体的破损。进而防止压力波产生装置破损，可以长时间的产生出稳定的超声波。

(第二实施例)

针对本发明的第二实施例进行说明。图2A显示的是关于第二实施例的压力波装置的平面图，图2B是图2A中的A-A剖面图。

如图2B所示，第二实施例的压力波产生装置上，具备了单结晶的p形硅基板的半导体基板(基板)1、沿着半导体基板1的厚度方向的一侧表面(第一面)1a向半导体基板1的内侧形成的多孔性硅层(多孔体)的热绝缘层2、以及在热绝缘层2上形成薄膜(比如类似于铝薄膜的金属薄膜等)的发热体3。如图2A所示，半导体基板1的平面形状为矩形(比如长方形)，热绝缘层2及发热体3的平面形状也形成为矩形状(比如长方形)。试举一例，发热体3的长边的长度设定为12mm，短边的长度设定为10mm。同时，将半导体基板1的厚度设定525μm。热绝缘层2的厚度设定为10μm，发热体3的厚度设定为50nm。这些尺寸并不是特别指定的。

如图2B所示，热绝缘层2在与半导体基板1的厚度方向垂直相交的宽度方向上(包括上述长方形的长边方向及短边方向的两方)，除掉与发热体3的外围部分相对的部分，为了达到规定的深度，形成的厚度基本上一致。另外，在与发热体3的外围部分相对的部分上，为了使热绝缘层2的厚度由内向外逐渐递减，形成了倾斜部分2a。也就是说，在第二实施例中，也假定以热绝缘层2的宽度方向的中央部分厚度作为基准厚度，将宽度方向的热绝缘层2的厚度分布用基准厚度进行平均化，从倾斜部分2a到热绝缘层2的外围部分的多孔度，形成得比中央部分的多孔度要小。

在压力波装置上，通过给发热体3输入(提供电能量)随时间而变化的电压以及/或者电流(比如交流电流)，在使发热体3发热的同时，也可以使发热体3的温度(或者发热量)随着时间而发生变化。从而通过发热体3与媒体(比如空气)之间进行热交换而产生压力波。从交流电源(参照图15的Vs)向发热体3长的方向的两端之间施加例如图4A所示的正弦波形的交流电压时，发热体3的温度由于焦耳热的产生而发生如图4B的变化。同时，随着发热体3的温度变化而产生如图4C波形的压力波(声波)。

构成热绝缘层2的多孔性硅层，是通过如在后面的制造方法中所阐述的，将作为半导体基板1的p形硅基板的一部分在电解液中进行阳极化处理，而形成的。同时，通过适当地改变阳极化处理的条件，可以改变热绝缘层2的多孔度。多孔性硅层随着多孔度的提高，热传导率及热容量变小。因此，通过恰当的设定多孔度，与单结晶硅相比可以大幅地降低多孔性硅层的热传导率。

将发热体3正下方的热绝缘层2的热传导率设为α，体积热容量为C，施加在发热体3上的正弦波形的交流电压角频率数为ω，发热体3的温度为T(ω)(温度T为ω关数)，对于从半导体基板1的厚度方向的热绝缘层2的表面开始的距离(深度)，将为热绝缘层2的表面温度的1/e倍(e为自然对数的底)的距离定义为热扩散长度L，从而得出下列算式。

$L\≅\sqrt{(2\mathrm{\α}/\mathrm{\ωC})}$

希望热绝缘层2的厚度是热扩散长度L的0.5-3倍。

在第二实施例的压力波产生装置中，如图2B所示，热绝缘层2上，为了使在与发热体3的外围部分相对部分的厚度由内向外逐渐递减，形成了倾斜部分2a。在该压力波装置中，在向发热体3进行通电时(提供电能量时)，包括发热体3的外围附近的热绝缘层2的表面(热绝缘层2和发热体3的交界处)，及半导体基板1的第一面1a在内的平面的温度分布，用有限要素法进行模拟处理。结果如图8的曲线“A”所示。同时，针对如图35所示的以往示例，也进行同样的模拟处理，其结果如图8的曲线“B”所示。

图8中的曲线“A”及“B”，分别如图2C和图36C所示，是将发热体3的短边方向的断面(A-A断面)上的热绝缘层2与发热体3的外围的接点作为原点O，将远离热绝缘层2的方向(图2C及图36C的右侧)作为X轴的正方向，包括半导体基板1的第一面1a在内的平面的温度分布进行模拟处理而得出的结果。另外，作为在进行模拟处理时的热传导率及体积热容量的数据，使用了在上述特开平11-300274号公报中公开的数值数据，由单结晶硅基板而成的半导体基板1的热传导率设为168W(m·k)，热容量为1.67×10⁶J/(m³·k)，由多孔度为60％的多孔性硅层而成的热绝缘层2的热传导率设为1W/(m·k)，热容量设为0.7×10⁶J/(m³·k)。

由图8可以看到，不管是第二实施例的压力波产生装置，还是以往的压力波产生装置，存在有沿着X轴方向上的温度调节(-dT/dx)，但是第二实施例的压力波产生装置与以往的压力波产生装置相比，温度调节变得比较缓和。其理由在于，第二实施例的压力波产生装置中，在与发热体3的外围部分相对的部分上，为了使热绝缘层2的厚度由内向外逐渐递减，形成有倾斜部分2a，所以沿着半导体基板1的厚度方向释放的热量，要比沿着发热体3中央部分释放的热量多。

换句话说，在第二实施例的压力波产生装置中，如图3所示，从半导体基板1的厚度方向D的一侧表面(第一面)1a，向半导体基板1的内侧延续，在以热绝缘层2的宽度方向中央部分的基准厚度“t”所规定的宽度方向W的范围内，将从发热体的外围部分3e延向内侧部分厚度方向的平均热传导率设为αin，平均体积热容量设为Cin，将从发热体的外围部分延向外侧部分厚度方向的平均热传导率设为αout，平均体积热容量设为Cout，满足αin×Cin＜αout×Cout的条件，并且，在内侧部分与外侧部分交接处附近αin×Cin的值可以由内向外逐渐增加。也就是说，热传导率和体积热容量的积越大，放热性越高，从而提高单位时间内的放热量，因此，在第二实施例中，通过将发热体3外围部分附近正下方热绝缘层2的放热性，与发热体3中央部分正下方热绝缘层2的放热性相比加大，就可以缓和发热体3外围部分附近的温度调节。

如上所述，在第二实施例的压力波产生装置中，在发热体3的外围部分，沿着半导体基板1的厚度方向释放的热量，比在发热体3中央部分释放的热量要大，与以往的压力波产生装置相比，降低了施加在发热体3上的热抵抗力，因热抵抗力而引起的发热体3就不容易发生破损，从而可以延长压力波产生装置的寿命。

在上述由基准厚度“t”所规定的宽度方向“W”的范围内，由于将αin×Cin值的变化范围的界限(即倾斜部分2a的外周端)与发热体3的外围设置为基本一致，热绝缘层2的外围部分的物理性与中央部分的物理性基本保持一致的情况下，也就是说，形成热绝缘层2的多孔性硅层的物理性在均一的情况下，就不会过大地增加从发热体3的外围部分向半导体基板1释放的热量，从而可以抑制压力波振幅的降低。

接下来，针对第二实施例的压力波产生装置的制造方法中，参照图5A-图5C、图6以及图7进行说明。如图5A所示，p形硅基板的半导体基板1的厚度方向的其他表面(第二面)1b上，用于阳极氧化时的平面形状，形成为矩形状的通电用电极4。如图6所示，在与半导体基板1的第一面1a平行的面内，通电用电极4的中心，与预计形成矩形状发热体3的区域(发热体形成区域)3a的中心基本上一致。同时，通电用电极4的各个边的长度，仅仅在所规定的缩小尺寸部分，比发热体形成区域3a的相对应各边的长度设定得要小。

在通电用电极4的形成工程中，例如在半导体基板1的第二面1b上，用溅射法和蒸煮付着法等使导电性层成膜，利用影印石版技术和蚀刻技术，可以除去导电性层上除使用在通电用电极4以外的不要部分。另外，在第二实施例中，将发热体形成区域3a的长边设定为12mm，短边设定为10mm，将上缩小尺寸设定为1mm也就是说，通电用电极4比发热形成区域3a要小，长边设定为11mm，短边设定为9mm。该数值并没有特别限定。

通电用电极4形成后，在通电用电极4上连接上通电用的引导线(图上没有表示)的一端，为了避免通电用电极4和引导线的一端连接部位接触到用于阳极化处理的电解液，使用具有耐氟酸性的纸材进行包裹。之后，如图7所示，通过使用阳极化处理装置进行阳极化处理，如图5B所示，由多孔性硅层形成的热绝缘层2在半导体基板1上形成。然后，通过在半导体基板1的第一面1a的发热体形成区域3a上进行发热体形成工程，如图5C所示，得到了拥有发热体3的结构。

在第二实施例的压力波产生装置的制造方法中，如上述所记，通过阳极化处理形成了热绝缘层2。在进行阳极化处理时，如图7所示，将构成半导体基板1的主要物质—被处理物24浸泡在处理槽22中的电解液23里。然后，在电解液23中，将白金电极21相对与半导体基板1的第一面1a进行设置。并且，将分别连接在通电用电极4上的引导线连接在电流源20的正极一侧，将白金电极21连接在电流源20的负极一侧。然后，将通电用电极4作为阳极，白金电极21作为阴极，在规定的通电时间(例如8分钟)内，从电流源20向通电用电极4和白金电极21之间输入规定的电流密度(例如20mA/cm²)。

通过这种阳极化处理，在半导体基板1的第一面1a侧，除外围部分之外，形成了厚度均匀(例如10μm)的热绝缘层2。之后，从处理槽22中取出被处理物24，剥掉上述被处理物24上的纸材，拔掉连接在通电用电极4上的引导线。

另外，阳极化处理时的条件没有特别限定，在例如1-500mA/cm²程度的范围内对电流密度进行适当的设定即可。

另外，作为用于阳极化处理时的电解液，使用例如用55wt％的氟化氢水溶液和乙醇通过1∶1的比例混合而成的混合液。并且，纸材可以使用如用特弗伦(注册商标)之类的氟树脂制成的纸材。

在形成发热体3时，通过溅射法等，在半导体基板1的第一面1a上，形成发热体3用的金属薄膜(如Al薄膜等)。之后，在金属薄膜上涂抹光致抗蚀剂，通过使用影印石版技术，形成被式样化了的，用于形成发热体3的抗耐层(图中没有显示)。然后，将抗耐层作为保护膜，通过使用干燥蚀刻法工程除去金属薄膜中不需要的部分，形成发热3。最后，通过除掉抗耐层，得到了如图5C所示的结构。

如上述所记的，一般来说是将通电用电极4的大小，与应该形成的热绝缘层2的大小相比稍微减小一点，并且，将白金电极21的大小，与热绝缘层2的大小相比稍微加大一点，这样的话，在应该形成的热绝缘层2的外围部分上，电场的方向变得稍微倾斜，并且，从内向外电解强度逐渐减弱。因此，在这种条件下进行阳极化处理时，在半导体基板1的第一面1a侧形成的氧化膜，膜的厚度由内向外呈逐渐变薄的形式形成，即流向热绝缘层2的外围部分的电流减少。因此，在半导体基板1的第一面1a侧上形成的热绝缘层2的外围部分上，如图2B等所示，为了使由内向外的厚度逐渐减小。形成了倾斜部分2a。在这里，配合倾斜部分2a形成发热体的话，与以往的压力波产生装置相比，可以降低施加在发热体3上的热抵抗力，从而不容易发生因热抵抗力而引起的发热体3的破损。

使用移动型电子显微镜观察热绝缘层2的截面形状的结果，参照图3，可以看到，在热绝缘层2的外围部分，随着从包括半导体基板1的第一面1a在内的第一基准平面开始的深度的加深，从包括发热体3的端面(外周)3e在内的第二基准平面开始的宽度方向“W”的距离“d”变长，热绝缘层2和半导体基板1的交接处变得倾斜。具体来说，从第一基准平面开始的深度在10μm的位置时，从发热体3的第二基准平面开始的距离变为大约0.5mm。

此外，如上述所记，通过将通电用电极4与发热体形成区域3a相比缩小，可以使热绝缘层2的倾斜部分2a外围与发热体3的外围保持一致，并且，可以使其比发热体3的外围更向内侧位置进行设置。具体地说，如上述所记，如果将通电用电极4的各个边的长度，与发热体形成区域3a的各个边的长度相比，只减小1mm的情况下(以上述缩小尺寸为1mm时)，热绝缘层2的倾斜部分2a的外围与发热体3的外围基本上保持一致。如果将通电用电极4的各个边的长度，与发热体形成区域3a的各个边的长度相比，只减小2mm的情况下(以上述缩小尺寸为2mm时)，热绝缘层2的倾斜部分2a，与发热体3的外围相比，在其内侧位置上形成。

后者的情况下，投射到发热体3上的热绝缘层2的投影区域，与发热体3的外围相比，在其内侧，因此发热体3的外围部分直接接触在半导体基板1的第一面1a上。像这样当热绝缘层2的外围在发热体3的外围的内侧形成的情况下，如图9A(SIC)所示，也可以使热绝缘层2的外围部分的厚度与中央部分的厚度(上述基准厚度)基本保持一致而形成。

在此情况下，作为半导体基板1的材料的单结晶硅的热传导率及体积热容量分别为上述的αout、Cout，作为热绝缘层2的材料的多孔性硅的热传导率及体积热容量分别为上述的αin、Cin，因此热传导率和热容量的积的大小关系满足αin×Cin＜αout×Cout的条件。同时在上述基准厚度范围内，αin×Cin的值的变化区域的交接处与发热体3的外围相比，向其内侧进行设置，从而可以使发热体3的外围部分的温度调节变得更加缓和，与以往的压力波产生装置相比，更加降低了施加在发热体3上的热抵抗力。

如图37B所示，即使在半导体基板1的第二面1b的整面上形成通电用电极4，与上述相同，也可以形成热绝缘层2。在此情况下，通过阳极化处理形成热绝缘层2时，只要在半导体基板1的第一面1a上设置保护膜，规定出形成热绝缘层2的区域即可。

在第二实施例中，虽然采用单结晶的p形硅基板作为半导体基板1，但是半导体基板1并不仅限于单结晶的p形硅基板，也可以使用多结晶或者非结晶质的p形硅基板。另外，半导体基板1不仅限于p形基板，也可以是n形基板及无上漆基板。

并且，根据半导体基板1的种类不同，可以适当的改变阳极化处理的条件。以此类推，构成热绝缘层2的多孔体也不仅限于多孔性硅层，比如，也可以是通过将多结晶硅进行阳极化处理而形成的多孔性多结晶硅层，以及硅以外的半导体材料构成的多孔性半导体层。同时，发热体3的材料也不仅限于Al，也可以使用与Al相比耐热性更高的金属材料(例如，W，Mo，Pt，Ir等)。

(第三实施例)

接下来，针对本发明的第三实施例进行说明。第三实施例的压力波产生装置的基本构成，与上述的第二实施例相同，区别只是在采用单结晶的n形硅基板作为半导体基板1这一点。因此，省略关于压力波产生装置的结构的图示及其说明，只针对制造方法参照图10A-10C进行说明。

如图10A所示，由n形硅基板而成的半导体基板1的厚度方向的第二面1b的整面上，形成用于阳极化处理时的通电用电极4。并且，作为通电用电极4，将导电性层在半导体基板1的第二面1b上，用溅射法和蒸煮附着法等进行成膜即可。

形成通电用电极4之后，在通电用电极4上连接上通电用的引导线(图上没有显示)的一端，为了避免通电用电极4和引导线的一端连接部位接触到用于阳极化处理的电解液，使用具有耐氟酸性的纸材进行包裹。之后，如图11A所示，通过使用阳极化处理装置进行阳极化处理，如图10B所示，由多孔性硅层形成的热绝缘层2在半导体基板1上形成。然后，通过在半导体基板1的第一面1a的发热体形成区域3a上进行发热体形成工程，如图10C所示，得到了拥有发热体3的结构。

在第三实施例的压力波产生装置的制造方法中，如上述所记，通过阳极化处理形成了热绝缘层2。在进行阳极化处理时，如图11A所示，将构成半导体基板1的主要物质—被处理物24浸泡在处理槽22中的电解液23里。然后，在电解液23中，将用具有抗电解液23材料制成的光遮蔽板30，相对与半导体基板1的第一面1a进行设置。并且，为了在与光遮蔽板30和半导体基板1的第一面1a相对的位置上，设置白金电极21。然后，分别将连接在通电用电极4上的引导线连接在电流源20的正极一侧，将白金电极21连接在电流源20的负极一侧。之后，针对半导体基板1的第一面1a，用图示中没有的光源(比如，钨灯)进行光照射的同时，将通电用电极4作为阳极，白金电极21作为阴极，在规定的通电时间(例如8分钟)内，从电流源20向通电用电极4和白金电极21之间输入规定的电流密度(例如20mA/cm²)。

通过这种阳极化处理，在半导体基板1的第一面1a侧，除外围部分之外，形成了厚度均匀(例如10μm)的热绝缘层2。之后，从处理槽22中取出被处理物24，剥掉上述被处理物24上的纸材，拔掉连接在通电用电极4上的引导线。

另外，阳极化处理时的条件没有特别限定，在例如1-500mA/cm²程度的范围内对电流密度进行适当的设定即可。同时，上述所规定的通电时间也可以根据热绝缘层2的厚度进行适当的设定。

另外，作为用于阳极化处理时的电解液，可以使用例如用55wt％的氟化氢水溶液和乙醇通过1∶1的比例混合而成的混合液。并且，纸材可以使用如用特弗伦(注册商标)之类的氟树脂制成的纸材。

光遮蔽板30是用具有抗电解液23的材料(例如硅等)，在如图11B所示的平面形状上形制成的。具体来说，光遮蔽板30针对于半导体基板1，预计形成热绝缘层2的区域(热绝缘层形成区域)的中央部分相对应部位32的开口率设为100％，热绝缘层2的外侧相对应部位31的开口率设为0％，使与热绝缘层2外围部分相对的部位33的开口率由内侧向外侧逐渐递减。

在形成发热体3时，如上述第二实施例的情况相同，通过溅射法等，在半导体基板1的第一面1a上，形成发热体3用的金属薄膜(如Al薄膜等)。之后，在金属薄膜上涂抹光致抗蚀剂，通过使用影印石版技术，形成被式样化了的，用于形成发热体3的抗耐层(图中没有显示)。然后，将抗耐层作为保护膜，通过使用干燥蚀刻法工程除去金属薄膜中不需要的部分，形成发热体3。最后，通过除掉抗耐层，得到了如图10C所示的结构。

根据第三实施例的压力波产生装置的制造方法可以看到，在热绝缘层2的形成工程中，使用了光遮蔽板30，与照射在中央部位上的光的强度相比，将照射在半导体基板1的第一面1a上的热绝缘层形成区域外围部位上的光的强度减弱，并且，从内向外以强度递减的形式照射光的同时，进行阳极化处理。从而，半导体基板1的第一面1a上热绝缘层形成区域的外围部分的多孔化速度，与中央部分的多孔化的速度相比减缓，如图2B所示，在半导体基板1的第一面1a侧上形成的热绝缘层2的外围部分，为了使厚度从内向外逐渐递减，形成了倾斜部分2a。其结果，与以往的压力波产生装置相比，可以降低施加在发热体3上的热抵抗力，从而不易发生因热抵抗力而引起的发热体3的破损。

(第四实施例)

下面，针对本发明的第四实施例进行说明。第四实施例的压力波产生装置的基本构成，与上述的第二实施例基本相同，不同的是，如图12所示，将热绝缘层2的外围部分的厚度与中央部分的厚度(上述基准厚度)设定为一致，构成热绝缘层2的多孔性硅层的多孔度，从中央部分开始向周围逐渐增大。另外，在与第二实施例相同的构成要素上使用了相同的符号，省略说明。

在第四实施例的压力波产生装置上，热绝缘层2的外围与发热体3的外围基本一致(也就是说，在上述基准厚度范围内，αin×Cin值的变化范围的界限与发热体3的外围一致)并且，将热绝缘层2的厚度，在中央部分与外围部分设置为基本一致的同时，热绝缘层2外围部分的平均热传导率和平均热容量的积，与中央部分的平均热传导率和平均热容量的积相比设定得要大。也就是说，使热绝缘层2的物理性呈现不均一，从而使热绝缘层2外围部分的单位体积内的多孔度，要比中央部分单位体积内的多孔度小。

在第四实施例的压力波产生装置上，也可以增加从发热体3外围部分沿着半导体基板1的厚度方向释放的热量，从而降低施加在发热体3上的热抵抗力。这样就不会增加从发热体3外围部分向半导体基板1释放的热量，从而得以抑制压力波振幅的降低。

下面，针对第四实施例的压力波产生装置的制造方法，参照图13A-13E以及图14进行说明。首先，在预定形成p形硅基板的半导体基板1第一面1a上的热绝缘层2的区域(热绝缘层形成区域)上，如图13A所示，通过利用离子注入法和热扩散法等进行催化处理，形成规定了厚度(比如，2μm)的不纯物催化区域11。不纯物催化区域11。在不纯物催化区域11，形成具有其外围部分的比电阻比中央部分的比电阻要小(在第四实施例中，从中央部分向外部比电阻逐渐递减)的不纯物浓度分布。

设定发热体3的平面尺寸的长边为12mm，短边为10mm，设定不纯物催化区域11的中心部分的比电阻大约是30Ω·cm，外围的比电阻大约为2Ω·cm。并且，在中心部分和外围部分之间，为使比电阻逐渐发生变化而进行催化处理。这些数值仅是试举一例，并不是特别限定。

接下来，在半导体基板1的第一面1a的整面上，通过使用等离子CVD法等，对阳极化处理时用于形成保护膜的硅氮化膜进行成膜处理，利用影印石版技术及蚀刻技术，对硅氮化膜中与热绝缘层形成区域相重叠的部分进行开孔。结果如图13B所示，在半导体基板1的第一面1a上，形成了由剩余的硅氮化膜构成的保护膜层5。

然后如图13C所示，在p形硅基板的半导体基板1的第二面1b的整面上，形成用于阳极化处理时要用的通电用电极4。作为通电用电极4，在半导体基板1的第二面1b上，将导电性层使用溅射法和蒸煮附着法等进行成膜处理即可。

通电用电极4形成后，在通电用电极4上连接通电用的引导线(图上没有显示)的一端，为了避免通电用电极4和引导线的一端连接部位接触到用于阳极化处理的电解液，使用具有耐氟酸性的纸材进行包裹。之后，如图7所示，通过使用阳极化处理装置进行阳极化处理，形成了中央部分与外围部分的多孔度具有差异的多孔性硅层的热绝缘层2。然后除去保护膜层5，得到了如图13D所示的结构。接下来，通过在半导体基板1的第一面1a的发热体形成区域3a上进行发热体发热体形成工程，从而得到了如图13E所示的具有发热体3的结构。

如图7所示，用于阳极化处理的阳极化处理装置基本上与第二实施例的情况相同。将通电用电极4作为阳极，白金电极21作为阴极，通过在规定的通电时间(例如2分钟)内，从电流源20向通电用电极4和白金电极21之间输入规定的电流密度(例如20mA/cm²)，从而在半导体基板1的第一面1a侧，形成规定厚度(比如2.5μm)的热绝缘层2。热绝缘层2的中心部分的多孔度大约是60％，外围部分的多孔度约为0％。

另外，阳极化处理时的条件没有特别的限定。在例如1-500mA/cm²程度的范围内对电流密度进行适当的设定即可。同时，上述所规定的通电时间也可以根据热绝缘层2的厚度进行适当的设定。

另外，作为用于阳极化处理时的电解液，可以使用例如用55wt％的氟化氢水溶液和乙醇通过1∶1的比例混合而成的混合液。并且，纸材可以使用如用特弗伦(注册商标)之类的氟树脂制成的纸材。

形成发热体3的工程，如上述第二实施例的情况相同，通过溅射法等，在半导体基板1的第一面1a上，形成发热体3用的金属薄膜(如Al薄膜等)。之后，在金属薄膜上涂抹光致抗蚀剂，通过使用影印石版技术，形成被式样化了的，用于形成发热体3的抗耐层(图中没有显示)。然后，将抗耐层作为保护膜，通过使用干燥蚀刻法工程除去金属薄膜中不需要的部分，形成发热体3。最后，通过除掉抗耐层，得到了如图13E所示的结构。

根据第四实施例的压力波产生装置的制造方法可以看到，在半导体基板1的第一面1a上形成得热绝缘层2的厚度基本上保持一致，同时与热绝缘层2宽度方向的多孔度相比，可以降低外围部分的多孔度。也就是说，热绝缘层2外围部分的平均热传导率和平均体积热容量的积，比中央部分的平均热传导率和平均体积热容量的积要大，因此，与以往的压力波产生装置相比，可以降低施加在发热体3上的热抵抗力，从而不易发生因热抵抗力而引起的发热体3的破损。

另外，在宽度方向上，在形成热绝缘层2时，只要使热绝缘层2的外围部分与半导体基板1的热绝缘层2的交界处，以及与外侧部分的交界处之间的热膨胀系数保持一致，就不会出现热膨胀系数不连续的部位。也就是说，在αin×Cin值的变化区域内，最起码要使形成热绝缘层2的材料自身的热传导率和热容量中的其中之一，由内向外使其逐渐变大，在αin×Cin＝αout×Cout部分，只要使材料的组成一致，αin×Cin＝αout×Cout部分的热膨胀系数就不会出现不连续的地方。其结果，就不容易发生因热绝缘层2外围部分和半导体基板1之间的热膨胀系数的差引起抵抗力，导致热绝缘层2上产生断裂的现象

如图14所示，在形成通电用电极4的平面形状时，只要与半导体基板1的第一面1a上发热体形成领域3a相整合进行形成的话，就不需要在半导体基板1的第一面1a设置保护膜5，从而就可以做到只须将不纯物催化区域进行多孔性化处理，形成由多孔性硅层构成的热绝缘层2。

(第五实施例)

下面，针对本发明的第五实施例进行说明。第五实施例的压力波产生装置，如图15A及15B所示，具备有单结晶的p形硅基板的半导体基板1、沿着半导体基板1的厚度方向的一侧表面(第一面)1a形成的多孔性硅层的热绝缘层2、以及在热绝缘层2上形成薄膜(比如类似于铝薄膜的金属薄膜等)的发热体3。另外，热绝缘层2不仅限于使用多孔性硅层，比如，也可以使用SiO₂膜及Si₃N₄膜等。

与上述第一到第四实施例的压力波产生装置相比，不同的是，在第五实施例的压力波产生装置上，热绝缘层2基本上在半导体基板1的整面上形成，而且，在半导体基板1的第一面1a(热绝缘层2的表面2c)上，形成有与发热体3的长边侧的两边外围部分的端面3e相联接的温度调节缓和部分15。

温度调节缓和部分15，使用的是比热绝缘层2的热传导率还要高的材料制成的高热传导性层。作为温度调节缓和部分15的材料，只要采用与发热体3相比，电绝缘性高，并且，与热绝缘层2相比，热传导性高的无机材料(比如，AIN系列的材料以及SiC系列的材料等)即可，并且希望AIN及SiC与Si之间的热膨胀系数差值小。由这些材料形成的温度调节缓和部分15，可以在规定的位置使用保护膜，通过溅射法而形成。另外，温度调节缓和部分15在形成时，虽然与在热绝缘层2上形成的发热体3的外围部分的上述长边侧的两面外围面相衔接，但是没有与发热体3的表面3c(参照图15B)衔接。

依据第五实施例的压力波产生装置，在发热体3的长边侧外围部分产生的热量，被传到了温度调节缓和部分15，因此，在发热体3的长边侧外围部分的温度调节，即热绝缘层2的表面附近的温度调节就得到了缓和。与以往的压力波产生装置相比，可以降低施加在发热体3上的热抵抗力，从而不易发生因热抵抗力而引起的发热体3的破损。其结果，在延长了压力波产生装置寿命的同时，在给发热体3通电时，与以往的装置相比，可以使电力得到增加，从而可以增大产生的压力波的振幅。

温度调节缓和部分15在形成时，与发热体3的长边侧外围部分的端面3e相衔接，并且，没有与外围部分附近的表面3c衔接上，因此缓和了发热体3外围部分的温度降低，从而可以缓和温度调节。另外，作为温度调节缓和部分15的材料，通过使用如上述的无机材料，与使用有机材料相比，可以提高温度调节缓和部分15的耐热性。同时，在流向发热体3的电流方向上，由于温度调节缓和部分15的电阻比发热体3的电阻要大很多(大到几乎可以忽视流向温度调节缓和部分15的电流)，因此，通过使电流流向温度调节缓和部分15，从而可以降低电力的损失。

(第六实施例)

下面，针对本发明的第六实施例进行说明。如图16所示，热绝缘层2不是在半导体基板1的整面内，而是在所规定的区域内形成的。并且，温度调节缓和部分15在形成时，不仅与半导体基板1的第一面1a衔接，而且还与热绝缘层2的表面2c、发热体3的外围部分的端面3e以及外围部分附近的表面3c相衔接。

在第六实施例的压力波产生装置中，温度调节缓和部分15不仅与发热体3的外围部分端面3e衔接，而且还与表面3c衔接，因此与上述第五实施例的压力波产生装置相比，虽然结构多少有些复杂，但是可以更加缓和发热体3周伟的温度调节。同时，在发热体3外围附近产生的热量的一部分，通过温度调节缓和部分15传递到半导体基板1，因此，与温度调节缓和部分15没有与半导体基板1衔接的情况相比，在发热体3的周围产生的热量可以有效地发散出去。

另外，在第六实施例的压力波产生装置中，虽然热绝缘层2只是在半导体基板1的第一面1a侧所规定的区域内形成，与第五实施例相同，也可以在半导体基板1的第一面1a侧的整面上形成热绝缘层2。

(第七实施例)

下面，针对本发明的第七实施例进行说明。在第七实施例的压力波产生装置中，如图17所示，与第六实施例的压力波产生装置相比，不同之处在于，在半导体基板1的厚度方向上的温度调节缓和部分15的厚度，从半导体基板1的宽度方向的外围部分开始，越向发热体3的内侧，厚度变得越薄。可以通过在半导体基板1和保护膜之间设置空间，用溅射法进行成膜处理，从而形成这种温度调节缓和部分15。

在第七实施例的压力波产生装置中，与上述第六实施例的压力波产生装置相比，温度调节缓和部分15的形状复杂，有可能会降低制造时的工作效率，但是可以更加缓和发热体3外围部分的温度调节。另外，与第五实施例相同，也可以在半导体基板1的第一面1a侧的整面上形成热绝缘层2。

(第八实施例)

下面，针对本发明的第八实施例进行说明。在第八实施例的压力波产生装置中，如图18所示，温度调节缓和部分15的物理性不是均一的，在半导体基板1的宽度方向上，从发热体3的内侧向外围部分延伸，热传导率变得越来越高。在其他方面，与上述第五实施例相同。可以通过例如，在由AIN或SiC制成的高热传导性层上，通过使AIN或SiC的组成比倾斜，而得到具有这种热传导率分布的温度调节缓和部分15。

在第八实施例的压力波产生装置中，与上述第六实施例的压力波产生装置相比，虽然温度调节缓和部分15的制造过程复杂，但是可以更加缓和发热体3外围部分的温度调节。另外，与第五实施例相同，也可以在半导体基板1的第一面1a侧的整面上形成热绝缘层2。

(第九实施例)

下面，针对本发明的第九实施例进行说明。在第九实施例的压力波产生装置中，如图19所示，具备有单结晶的p形硅基板的半导体基板1、沿着半导体基板1的厚度方向的一侧表面(第一面)1a形成的多孔性硅层的热绝缘层2、在热绝缘层2上形成薄膜(比如类似于铝薄膜的金属薄膜等)的发热体3、以及分别在发热体3的两端部分上形成的一对垫子14。垫子14是通电时使用的。

在第九实施例中，热绝缘层2在高多孔度层21和低多孔度层22的两层上形成。多孔度高的高多孔度层21，可以用比如多孔度为70％多孔性硅层制成，放置在发热体3的一侧。同时，多孔度低的低多孔度层22，可以用比如多孔度为40％的多孔性硅层制成，放置在半导体基板1的一侧。

这些多孔性层，可以通过将作为半导体基板1的p形硅基板的一部分放入到电解液中，进行阳极化处理而得到。多孔性硅层随着多孔度的提高，热传导率及体积热容量变小，因此，通过恰当的设定多孔度，与单结晶硅相比，可以大幅的降低热传导率。

在第九实施例的压力波产生装置中，半导体基板1的厚度为525μm，热绝缘层2的高多孔度层21的厚度为5μm，热绝缘层2的低多孔度层22的厚度为5μm，发热体3的厚度为50nm。这些厚度只是试举一例，没有特别限定。此外，希望将高多孔度层21的厚度设定为超过热扩散长L以上的数值。另外，作为第九实施例的压力波产生装置的一个使用示例，可以设想将其作为一种超声波产生装置来使用，在这种装置中，设定通向发热体3的输入电力的波形的频率数为20Hz，作为压力波的频率数可以产生出40Hz的超声波。假定热绝缘层2是多孔度为60％的多孔性硅层，热传导率为1W/(m·K)，体积热容量为0.7×10⁶J/(m³·K)，频率数f为40kHz，根据上述算式2得出的热扩散长L＝3.37μm，来设定高多孔度层21的厚度。

下面，针对第九实施例的压力波产生装置的制造方法进行说明。与在第二实施例中说明过的压力波产生装置的制造方法相同，首先，在半导体基板1的第二面1b上，形成用于阳极化处理时用的通电用电极(图中没有显示)。然后，将半导体基板1的第一面1a侧的高多孔度层21的预定形成区域以及低多孔度层22的预定形成区域，用阳极化处理使其变成多孔性化，从而形成高多孔度层21和低多孔度层22的热绝缘层。

阳极化处理时，电解液可以使用55wt％的氟化氢水溶液和乙醇通过1∶1的比例混合而成的混合液。将构成半导体基板1的主要物质—被处理物浸泡在处理槽中的电解液里。把通电用电极4作为阳极，与半导体基板1的第一面1a相对的白金电极作为阴极，从电流源向阳极和阴极之间输入规定了电流密度的电流。如图20所示，形成高多孔度层21时，用第1的电流密度J1(比如100mA/cm²)，在第1的规定时间T2(比如2分钟)内进行阳极化处理，形成低多孔度层22时，用第2的电流密度J2(比如10mA/cm²)，在第2的规定时间T2(比如15分钟)内进行阳极化处理。这样就可以连续地形成高多孔度层21和低多孔度层22。

在结束上述阳极化处理的通电之后，从电解液中取出被处理物，依次进行完洗净和干燥，形成发热体3。然后，通过形成垫子14，如图19所示，从而完成压力波产生装置。另外，在干燥程序中，可以适当地采用氮气体干燥、远心干燥机干燥等各种干燥方法。在发热体形成程序中，可以利用金属保护膜等通过蒸煮附着法等形成发热体3。同样在形成垫子的工序中，也可以使用利用金属保护膜等通过蒸煮附着法等来形成垫子14。

综上所述，根据第九实施例的压力波产生装置，热绝缘层2是由，沿着半导体基板1的厚度方向，在发热体3一侧形成的高多孔度层21，和在半导体基板1一侧形成的低多孔度层22而构成的，并且，半导体基板1一侧的低多孔度层22的多孔度，比发热体3一侧形成的高多孔度层21的多孔度要小。因此，抑制了热绝缘层2上发热体3侧部位的热绝缘性能的下降，提高了热绝缘层2上与半导体基板1交接附近的机械性强度。而且，可以缓和在热绝缘层2上，发生在与半导体基板1交接附近的抵抗力，从而可以防止在制造时和驱动时热绝缘层2发生的断裂，以及发热体3的破损。其结果，可以提高制造时的运转率以及可靠性。

另外，在第九实施例的压力波产生装置中，热绝缘层2是由，发热体3一侧的高多孔度层21，和半导体基板1一侧的低多孔度层22而构成的，因此，可以通过高多孔度层21的多孔度以及厚度尺寸，来决定热绝缘层2的热绝缘性能。另一方面，可以通过低多孔度层22的多孔度以及厚度尺寸，来设计热绝缘层2上半导体基板1侧部分的机械性强度，因此，虽然热绝缘层2本身是两层，也可以在简单地设计热绝缘层2的热绝缘性能的同时，比较容易地形成热绝缘层2。另外，如上述所记，如果将热绝缘层2上的高多孔度层21得厚度设定为超过上述热扩散长L的数值的话，就可以防止因向半导体基板1侧进行热传导而引起的压力波振幅的大幅度降低。换句话说，在在第九实施例的压力波产生装置中，沿着半导体基板1的厚度方向，与热绝缘层2的多孔度一致时相比，热绝缘性能没有降低，从而提高了制造时及驱动时的机械性强度。并且，与以往的压力波产生装置相比，提高了耐热性，从而，通过增加通电时施加在发热体3上的电量，增大压力波的振幅。

(第十实施例)

下面，针对本发明的第十实施例进行说明。在第十实施例的压力波产生装置中，如图21所示，与上述第九实施例的压力波产生装置的结构相同，不同之处在于，热绝缘层2是由，沿着半导体基板1的厚度方向，在发热体3一侧形成的高多孔度层21，和在半导体基板1一侧形成的随着越接近半导体基板1，多孔度逐渐降低的低多孔度倾斜层23而构成的。为了使低多孔度倾斜层23，在与高多孔度层21的交接处多孔度呈连续性，在与半导体基板1的交界处附近多孔度为零，多孔度的深度轮廓需要设定。

第十实施例的压力波产生装置的制造方法，与上述第九实施例的压力波产生装置的制造方法基本相同，如图22所示，形成高多孔度层21时，用第1的电流密度J1(比如100mA/cm²)，在第1的规定时间T2(比如2分钟)内进行阳极化处理，形成低多孔度倾斜层23时，根据为了适合低多孔度倾斜层23的形成所设定的电流密度的减少模式，在第2的规定时间T3(比如10分钟)内进行阳极化处理。图22所示为电流密度的减少模式的其中一例，设定的是，将电流密度在第2的规定时间T3内，从第1的电流密度J1向第2的电流密度J3(比如0mA/cm²)进行连续性减少的单一减少模式。另外，电流密度的减少模式，并不仅限于如图22所示的倾斜度固定的单一减少模式，比如，如图23A所示，可以是随着时间的变化倾斜度逐渐增大的单一减少模式，也可以是如图23B所示的，随着时间的变化倾斜度逐渐减小的单一减少模式。

在第十实施例的压力波产生装置中，也与第九实施例的压力波产生装置相同，沿着半导体基板1的厚度方向，在半导体基板1一侧的低多孔度倾斜层23的多孔度，比发热体3一侧形成的高多孔度层21的多孔度要小。因此，抑制了热绝缘层2上发热体3侧部位的热绝缘性能的下降，提高了热绝缘层2上与半导体基板1侧部位的机械性强度。而且，可以防止在制造时和驱动时热绝缘层2发生断裂，以及发热体3发生破损。同时，还可以防止半导体基板1从热绝缘层2上剥离下来。其结果，可以提高制造时的运转率以及可靠性。

另外，在第十实施例的压力波产生装置中，沿着半导体基板1的厚度方向，在热绝缘层2的高多孔度层21和低多孔度倾斜层23的交界处，多孔度是呈连续性的，因此，在形成低多孔度倾斜层23时，电流密度的控制会变得比较复杂，然而，与第九实施例的压力波产生装置中，热绝缘层2的多孔度呈阶梯状变化的情况相比，可以分散在高多孔度层21和低多孔度倾斜层23的交界处附近产生的抵抗力，使其减小，从而提高热绝缘层2的机械性强度。而且，低多孔度倾斜层23在形成时，在与半导体基板1的交界处附近的多孔度为零，因此，可以提高热绝缘层2上与半导体基板1交界处附近的机械性强度，同时，还可以更加缓和产生在交界处附近的抵抗力。从而可以防止在制造时和驱动时热绝缘层2断裂的发生，进一步切实地防止了因热绝缘层2的断裂而引起的发热体3的破损，以及半导体基板1从热绝缘层2上剥离下来。

(第十一实施例)

下面，针对本发明的第十一实施例进行说明。在第十一实施例的压力波产生装置中，如图24所示，与上述第九实施例的压力波产生装置的结构相同，不同之处在于，沿着半导体基板1的厚度方向，在形成热绝缘层2的多孔度时，随着从发热体3侧向半导体基板1侧接近，多孔度呈连续性的递减。也就是说，沿着半导体基板1的厚度方向，在热绝缘层2上，越接近发热体3的区域，多孔度越高。越接近半导体基板1的区域，多孔度越低。另外，为了使热绝缘层2在与半导体基板1的交界处附近的多孔度为零，多孔度的深度轮廓需要设定。

第十一实施例的压力波产生装置的制造方法，与上述第九实施例的压力波产生装置的制造方法基本相同，如图25所示，根据为了适合热绝缘层2形成而设定的规定的电流密度的减少模式，在规定的时间T4(比如10分钟)内进行阳极化处理，图25所示为电流密度的减少模式的其中一例，设定的是，将电流密度在规定时间T4内，从第1的电流密度J4(比如，100mA/cm²)向第2的电流密度J5(比如0mA/cm²)进行连续性减少的单一减少模式。另外，电流密度的减少模式，并不仅限于如图25所示的倾斜度固定的单一减少模式，比如，如图26A所示，可以是随着时间的变化倾斜度逐渐增大的单一减少模式，也可以是如图26B所示的，随着时间的变化倾斜度逐渐减小的单一减少模式。

如上所述，在第十一实施例的压力波产生装置中，沿着半导体基板1的厚度方向，随着从发热体3侧向半导体基板1侧接近，热绝缘层2的多孔度呈连续性的递减，因此，在进一步提高热绝缘层2的强度的同时，还可以缓和产生在热绝缘层2上与半导体基板1交界处附近的抵抗力。另外，形成热绝缘层2的多孔度时，在与半导体基板1的交界处附近的多孔度为零，因此，在提高热绝缘层2上与半导体基板1的交界处附近的机械性强度的同时，还可以进一步缓和在交界处附近产生的抵抗力。从而可以防止在制造时和驱动时热绝缘层2断裂的发生，进一步切实地防止了因热绝缘层2的断裂而引起的发热体3的破损，以及半导体基板1从热绝缘层2上剥离下来。

(第十二实施例)

下面，针对本发明的第十二实施例进行说明。在第十二实施例的压力波产生装置中，如图27所示，具备有在半导体基板1的一个表面(第1面)1a侧形成的多孔性层的热绝缘层2、在热绝缘层2上形成薄膜(比如类似于铝薄膜的金属薄膜等)的发热体3、在半导体基板1的第1面1a上发热体3的两侧部位形成的绝缘膜25、绝缘膜25及覆盖热绝缘层2的表面的一部分而形成的保护膜16、保护膜16及在发热体3的一部分上形成的一对垫子14。

在第十二实施例的压力波产生装置中热绝缘层2在半导体基板1的第一面1a侧的规定区域内形成的同时，发热体3，在热绝缘层2上，与热绝缘层2的外围相比，在其内侧形成。绝缘膜25由SiO₂膜构成，在半导体基板1的第一面1a上，并且，在发热体3以外的区域上形成。保护膜16在热绝缘层2上没有堆积发热体3的区域的表面，以覆盖绝缘膜25的形式形成。另外，垫子14是在发热体3及保护膜16上，以横跨的形式形成。为了防止热绝缘层2的氧化，保护膜16设计为包裹住发热体3的整个外围。

在第十二实施例中，半导体基板1使用的是单结晶的硅基板，热绝缘层2由多孔度约为70％多孔性硅层构成。通过将作为半导体基板1的上述规定区域内硅基板的一部分，在氟化氢水溶液中进行阳极化处理，可以形成作为热绝缘层2的多孔性硅层。在这里，通过设定适当的阳极化处理的条件(比如电流密度，通电时间等)，可以得到构成热绝缘层2的多孔性硅层的多孔度及厚度的期望值。多孔性硅层随着多孔度的增加，热传导率及体积热容量减小，比如，我们知道，将热传导率为148W(m·K)，体积热容量为1.63×10⁶J/(m³·K)的单结晶硅基板进行阳极化处理，形成得多孔度为60％的多孔性硅层，其热传导率为1W(m·K)，体积热容量为0.7×10⁶J/(m³·K)。另外，在第十二实施例中，如上所述，热绝缘层2是由多孔度约为70％的多孔性硅层构成，热绝缘层2的热传导率为0.12W(m·K)，体积热容量为0.5×10⁶J/(m³·K)。

作为保护膜16的材料，可以从碳化物，氮化物，硼化物，硅群中进行选择，并且，最好选择与硅相比具有高熔点的材料。在这里，保护膜16是用与硅相比具有高熔点的HfC形成的。也可以采用与硅相比具有高熔点的碳化物，如TaC，HfC，NbC，ZrC，TiC，VC，WC，ThC，SiC等等。也可以采用与硅相比具有高熔点的氮化物，如HfN，TiN，TaN，BN，Si₃N₄等。也可以采用与硅相比具有高熔点的硼化物，如HfB，TaB，ZrB，TiB，NbB，WB，VB，MoB，CrB等。也可以采用与硅相比具有高熔点的硅群，如WSi₂，MoSi₂，TiSi₂等。针对发热体3的材料在后面进行说明。另外，在第十二实施例的压力波产生装置中，热绝缘层2的厚度为2μm，发热体3的厚度为50nm，各垫子14的厚度为0.5μm。这些数据只是一例，没有特别的限定。

下面，针对第十二实施例的压力波产生装置的制造方法进行说明。首先，在构成半导体基板1的硅基板的第二面1b侧，形成用于阳极化处理的通电用电极(图中没有显示)。之后，在硅基板的第一面1a侧，形成在与上述规定区域相对应的部分被开孔了的绝缘膜25，通过将硅基板的上述规定区域进行阳极化处理而使其多孔性化。由此形成了多孔性硅层的热绝缘层2。在阳极化处理工序中，电解液可以使用用55wt％的氟化氢水溶液和乙醇通过1∶1的比例混合而成的混合液，将构成硅基板的主要物质一被处理物浸泡在处理槽中的电解液里。把通电用电极作为阳极，与硅基板的第一面1a相对的白金电极作为阴极，在规定的时间内，从电流源向阳极和阴极之间输入规定了电流密度的电流，从而形成多孔性硅层的热绝缘层2。

热绝缘层2在半导体基板1的第一面1a上形成后，再依次形成保护膜16、发热体3和垫片14。最后经过重组变换工序，完成压力波产生装置。另外，再保护膜16、发热体3及垫片14的各个形成工序中，可以使用例如溅射法、各种蒸煮附着发、各种CVD法等进行成膜处理。式样化可以恰当地利用平版技术及蚀刻技术来完成。

接下来针对对发热体3的材料进行探讨所得出的结果进行说明。针对图27所示的压力波产生装置，将发热体3上产生压力波的部分的平面尺寸(以下简称为平面尺寸)设为20mm×20mm，作为发热体3的材料，分别对使用了下表中的金属材料Au，Pt，Mo，Ir，W的压力波产生装置进行试验。但是，在使用Au的压力波产生装置上，发热体3是由热绝缘层2上的10mm的铬膜和该铬膜上的40nm的金膜构成，而分别使用Pt，Mo，Ir，W的压力波产生装置上，发热体3是由厚度为50nm的单一的金属材料薄膜构成的。另外，表2的各个数值是参考了日本金属学会编写的“金属数据书”(丸善株式会社，1984年1月30日发行，改订2版)而定。

(表2)

材料	熔点	热传导率	比热	比电阻	热膨胀系数	牵引强度	耐力	伸展	硬度	活泼率	刚性率
												W	3355	159	134	5.65	0.045	588	539	2	360Hv	403
Wo	2605	138	247	5.2	0.051	480	441	50	160Hv	327	121
												Al	635	238	900	2.86	0.237	47	11.7	60	17Hv	76	26
Cu	1058	394	385	1.67	0.162	213	68.7	50	40HR	136
												Ni	1428	82.9	435	6.84	0.53	316	58.8	30	60Hv	205	77
Ta	2965	54.0	138	12.5	0.066	206	177	40	70Hv	181
												Ti	1655	15.0	519	55.0	0.089	233	137	54	60Hv	114
Ir	2418	143	130	5.3	0.068	204		6	200Hv	570	230
												Ag	936	419	234	1.59	0.193	125	53.9	48	26Hv	101	31
Pt	1744	72.0	134	10.6	0.09	127	24.5	37	39Hv	170
												Au	1038	293	126	2.35	0.142	130		45	25HB	88	30
Rh	1935	150	243		0.082	686		5	120Hv	379

Pd	1627	72.0	243		0.018	171	34.3	30	38Hv	121
												Ru	2225	105			0.091	490	363	3	350Hv	438	170
Os	3020	87.0			0.047				350Hv

熔点的单位为(℃)，热传导了单位为(W/(m·K))，比热的单位为(J/(kg·k))，比电阻的单位为(μΩ·cm)，热膨胀系数的单位为(×10^-4/K)，牵引强度的单位为(N/mm²)，耐力的单位为(N/mm²)，伸展的单位为(％)，活泼率的单位为(GPa)，刚性率的单位为(GPa)。

对于被试验的压力波产生装置，图28显示了，将输入到发热体3上的输入电压进行各种变化时所测出的输出声压的结果。在图28上，横轴为，输入频率数为30kHz的正旋波电压，将峰值进行各种变化时的输入电力的峰值(最大输入)，纵轴为，在距离发热体3的表面30cm的位置上测定到的频率数为60kHz的超声波的声压(输出声压)。

在这里，分别使用Au/Pt，Mo，Ir，W作为发热体3的材料时，最大输出声压分别为48Pa，150Pa，236Pa，226Pa，264Pa。

将上述结果综合之后如下表所示。在表3中，还显示了，假设平面尺寸为5mm×5mm时的最大输出声压的换算值。

(表3)

金属材料	20mm×20mm	5mm×5mm(换算)
			Au/Cr	48Pa	3Pa
Pt	150Pa	9.4Pa
			Mo	236Pa	14.8Pa
Ir	226Pa	14.1Pa
			W	264Pa	16.5Pa

从表3可以看到，通过分别使用Pt，Mo，Ir以及W作为发热体3的材料，与使用金作为发热体3的材料时相比，耐破坏电力得到提高，从而可以达到高输出化。

然而，要想抑制从压力波产生装置中产生出来的压力波的指向性，在广泛的区域内释放超声波的话，需要将上述的平面尺寸减小。但是另一方面，由于产生的声压与上述平面尺寸是成正比的，因此如果将上述的平面尺寸减小的话，声压的绝对量也会被降低。

从声源产生的压力波，要想检测出从对象物上反射出来的反射波，从而检测出距离对象物的距离和方向的话，最少也需要数Pa程度的声压。

从表2我们可以看到，采用Pt，Ir，W作为发热体3的材料的压力波产生装置中，即使将上述平面尺寸设为5mm×5mm，也可以获得超过8Pa的声压。本发明者通过针对上述表1中各个物理性质，对pt，Mo，Ir，W与Au的相对大小关系进行了比较，结果发现，将Pt，Mo，Ir，W的所有与Au的大小关系设为具有相同的物理性质，活泼率就特别的被显示了出来。也就是说，Pt，Mo，Ir，W各自的活泼率都要比Au的活泼率高，Au的活泼率为88GPa时，Pt，Mo，Ir，W的活泼率分别为170GPa、327GPa、570GPa、403GPa。因此，作为发热体3的材料，通过使用活泼率在Pt的活泼率170GPa以上的金属材料，与采用Au作为发热体3的材料时相比，可以提高耐破坏电力，从而达到高输出化。

另外，在以往的JIS规格(JIS C 2524)中，对“电热线及电热带的寿命方法”进行了规格化，在该规格中，规定了应该在输出是额定1.2倍的情况下进行寿命试验。依据该寿命试验方法，将压力波产生装置的声压额定设为8Pa时，必须要在声压为9.6Pa的情况下进行寿命试验。以上述平面尺寸为5mm×5mm的压力波装置来看，最大输出声压比9.6Pa还要大的压力波装置上的发热体3的材料是Mo，Ir，W，从上述表2可以看到，将Mo，Ir，W的所有与Pt的大小关系设为具有相同的物理性质，硬度(金刚石锥硬度标)就特别的被显示了出来。也就是说，Mo，Ir，W各自的金刚石锥硬度标硬度都要比Pt的金刚石锥硬度标硬度大，Pt的(0131)硬度为39Hv时，Mo，Ir，W的金刚石锥硬度标硬度分别是160Hv、200Hv、360Hv。因此作为发热体3的材料，通过使用活泼率在170GPa以上，并且金刚石锥硬度标硬度在160Hv以上的金属材料，与采用Au、Pt作为发热体3的材料时相比，可以提高耐破坏电力，从而达到高输出化并提高了可靠性。

在这里，Mo，Ir，W中，针对使用了最大输出声压最小的Ir的压力波产生装置，和使用了最大声压最大的W的压力波产生装置，将初期驱动时的声压设为12Pa，进行了数个样品试验。结果如图29所示。在图29中，横轴为驱动次数，纵轴为声压(输出声压)。图中，曲线a1-a5显示了使用Ir作为发热体3的金属材料的样品的连续驱动寿命特性，曲线b1-b3显示了使用W作为发热体3的金属材料的样品的寿命特性。另外，图29中的向下的箭头标志在曲线b1-b3中，表示的是压力波产生装置发生破损的时间。

根据图29可以看到，对寿命热性进行比较的话，在使用了最大输出声压比较大的W的压力波产生装置中，最大驱动次数为80,000,000次，与此相对，在使用了Ir的压力波产生装置中，对所有的样品即使驱动了300,000,000次，发热体3也没有发生断线，提供了稳定的声压。也就是说，与使用最大输出声压较大的W的压力波产生装置相比，使用了Ir的压力波产生装置具有非常卓越的连续驱动寿命特性。

作为压力波产生装置的驱动条件，可以想到各种各样的条件，比如说，1秒钟一次，不分昼夜连续驱动的产品的寿命为10年的话，必须保证要有300,000,000次左右的驱动次数。在这里我们得到了一个确认，那就是，与在使用上述W的压力波产生装置上，只能完成80,000,000次的驱动相比较，在使用了Ir的压力波产生装置上，对所有的样品即使驱动了360,000,000次也没有发生断线。关于连续驱动寿命特性，使用了Ir作为发热体3的材料的压力波产生装置，与使用W的压力波产生装置相比具有卓越的寿命特性，我们认为主要原因如下，W虽然是高熔点金属，但是在数百度的环境下容易发生氧化反应，而与此相对，Ir为贵金属，与W相比耐氧化性高，可以防止发热体3发生氧化反应。

在第12实施例的压力波产生装置中，由于在半导体基板1的第一面的1a一侧设置了保护膜16，因此，能够防止热绝缘层2被氧化。进而，能够防止因热绝缘层2氧化而导致输出下降的现象发生，同时，还可以提高可靠性。作为保护膜16的材料，是从碳化物、氮化物、硼化物、硅化物诸种材料中选择出来的，其是比硅的融点还高的高融点材料，因此，可以利用溅射法、蒸发法、CVD法等半导体制造工艺，通过一般性的薄膜形成法形成保护膜16。

图27所示的构成范例中，在半导体基板1的第1面的1a一侧，形成了包围发热体3一周的保护膜16。另外，如图30A-30C所示，在半导体基板1的第1面的1a一侧，将垫子14的一部分介于发热体3的两短边近旁与绝缘膜25之间，仅在发热体3的周围而在没有垫子14的领域中形成保护膜16也可以。这样的情况下，可以通过各个垫子14的部分以及保护膜16，来防止热绝缘层2被氧化。

(第13实施例)

其次，说明一下本发明的第13种实施例。在第13实施例的压力波产生装置中，如图31A以及图31B所示，在单结晶硅基板的半导体基板1的表面一(第1面)1a一侧，形成了热绝缘体2，而且，为覆盖热绝缘层2形成了氧化防止层35。金属膜的发热体3，被形成于氧化防止层35之上。在半导体基板1的第1面的1a处、氧化防止层35以及发热体3的两侧部附近，成对的垫子14以相互连接的形式形成。由于处于31A中的氧化防止层35的长边以及短边的长度，被设置比热绝缘层2的长边和短边的长度更长，所以，没有被热绝缘层2上的发热体3所层叠的领域的表面被氧化防止层35所覆盖。

发热体3，是由高融点金属之一种的钨所形成。发热体3的热传导率是174W/(m·K)，体积热容量是2.5×10⁶J/(m³·K)。发热体3的材料不限于金属钨，如果有比硅的融点更高的高融点金属也可以，例如，钽、钼、铱也都可以使用。

作为氧化防止层35的材料，是从碳化物、氮化物、硼化物、硅化物诸种类的材料中选择出来的，并且，还可以选择比硅的融点还高的高融点材料。这种情况下，氧化防止层35，是由比硅的融点还高的高融点的HfC所形成。作为比硅的融点还高的高融点碳化物，还可以采用TaC、HfC、NbC、ZrC、TiC、VC、WC、ThC、SiC等。作为比硅的融点还高的高融点氮化物，还可以采用HfN，TiN，TaN，BN，Si₃N₄。作为比硅的融点还高的高融点硼化物，还可以采用HfB、TaB、ZrB、TiB、NbB、WB、VB、MoB、CrB等。作为比硅的融点还高的高融点硅化物，还可以采用WSi₂、MoSi₂、TiSi₂等。

此外，在第12实施例的压力波产生装置中，热绝缘层2形成前的硅基板的厚度是525μm、热绝缘层2的厚度是2μm、发热体3的厚度是50nm、各个垫子14的厚度是0.5μm，氧化防止层35的厚度是50nm。而且，这些厚度仅是一个例子，并不是作出的特别限定。

以下，就第13实施例的压力发生装置的制造方法方面作以说明。首先，在作为半导体基板1而使用着的硅基板的第2面1b一侧，形成阳极化处理时使用的通电用电极(无图示)。此后，在硅基板的第1面的a一侧，上述指定领域的对应部分形成被开空的绝缘膜25，同时，通过阳极化处理对硅基板的上述指定领域进行多孔质化处理。通过这一处理，多孔质硅层的热绝缘层2被形成。在阳极化处理工艺中，55wt％的氟化氢水溶液与乙醇按1∶1的比例进行混合，以此混合后的混合液作为电解液，将以硅基板为主要构成成分的被处理物放入处理槽的电解液中浸渍。以通电用电极作为阳极，以与硅基板的第1面1a一侧相向配置的白金电极为阴极，从电源处引进电流，通过在指定时间内于阳极与阴极之间流过指定电流密度的电流，形成多孔质硅层的热绝缘层2。

在半导体基板1的第1面1a一侧形成热绝缘层2后，以氧化防止层35、发热体3、垫子14的顺序进行形成。最后，进行切片工艺，压力波产生装置被完成。此外，在保护膜16、发热体3、以及垫子14的各个形成工艺中，例如，通过各种的溅射法、各种的蒸发法、各种的CVD法等工艺，也可以进行膜形成。至于形式，例如，若能适当地使用平板印刷技术以及蚀刻技术也可以。

作为第13实施例的压力波产生装置的比较例子，从图31A以及31B所示的构造，尝试制作了去除氧化防止层35的压力波产生装置。而且，通过不断调整输入发热体3的电流，测定了各种输出音压以及温度。其结果如果32所示。图32中，横坐标，是表示以频率为30kHz的正弦波电压为输入电压，其峰值变化时的输入电的峰值。左侧的纵坐标，是表示在从发热体3的表面仅错开30cm的位置，所测定的频率为60kHz的超音波的音压(输出音压)。右侧的纵坐标，是表示发热体3的表面温度。该图中，曲线C表示音压的变化，曲线D表示发热体3的温度变化。

从图32可以明白，随着向发热体3输入电量的增加，音压以及发热体3的温度有上升的趋势。如果要达到15Pa左右的音压，必须使发热体3的温度上升到400℃左右，而要达到30Pa左右的音压，必须使发热体3的温度上升到1000℃以上的高温。但是，如同这个比较性例子，在多孔质硅层的热绝缘层2的部分露出构造中，当发热体3的温度达到400℃左右时，热绝缘层2开始在空气中发生氧化，热绝缘层2的体积热容量增加。通常，多孔质硅层与同样厚度的块状硅相比具有更大的表面积，所以具有更大的活性，更容易在空气中被氧化。因此，因发热体3的热量加热，通常被认为会加速热绝缘层2的氧化。

与此相对，在第13实施例的压力产生装置中，为防止热绝缘层2的氧化，将氧化防止层35放置于发热体3与热绝缘层2之间，以使得热绝缘层2中发热体3所没有层叠部分的表面不被露出。在此，如果构成氧化防止层35的高融点膜的膜厚(厚度)过厚，氧化防止层35的体积热容量就会变得过大，热绝缘层2的机能将变得无法发挥、压力波产生装置的输出就会下降。在第13实施例中，被允许的氧化防止层35的高融点膜的膜厚，设定于热量扩散长度L以下，此热量扩散长度L由热传导率、体积热容量与发热体3被通电时输入电的波形决定。热量扩散长度L，根据第2实施例中所述的方式2导出。

此处，说明从第13实施例的压力波产生装置产生超声波场合的数值。氧化防止层35的材料是HfC的情况下，频率f是20kHz的时候，(即，产生频率是20kHz的超音波的时候)，热量扩散长度L＝11μm，因此，设定氧化防止层35的厚度为11μm以下即可。另外，频率f是100kHz的时候，(即，产生频率是100kHz的超音波的时候)，热量扩散长度L＝5.1μm，因此，设定氧化防止层35的厚度为5.1μm以下即可。在第13实施例中，当采用HfC为上述的氧化防止层35的材料时，设定氧化防止层35的厚度为50nm。

氧化防止层35为TaN的情况下，频率f是20kHz的时候，热量扩散长度L＝5.9μm，因此，设定氧化防止层35的厚度为5.9μm以下即可。另外，频率f是100kHz的时候，热量扩散长度L＝2.6μm，因此，设定氧化防止层35的厚度为2.6μm以下即可。

如此，在第13实施例的压力波产生装置中，于发热体3与多孔质硅层的热绝缘体2之间放置了为防止热绝缘体2氧化的氧化防止层35，因此，即使在发热体3处于高温的场合，也可以防止多孔质硅层的热绝缘层2被氧化，从而防止了因多孔质硅层的氧化而导致输出下降现象的出现。此外，发热体3是由融点比硅还高的高融点金属形成，同时，氧化防止层35也是由融点比硅还高的高融点材料形成，所以，可以将发热体3的温度上升到硅的最高使用可能的温度(硅的融点是1410℃)。因此，与用铝等融点相对较低的低融点金属材料所形成的发热体相比，可以达到高输出化。而且，由于将氧化防止层35的膜厚设定在热量扩散长度L以下，所以，因该氧化防止层35的设置而能够抑制输出的下降。

进而，作为氧化防止层35的材料，可以通过选择上述碳化物、氮化物、硼化物、硅化物诸种类的材料的一种，利用溅射法、蒸发法、CVD法等半导体制造工艺，通过一般性的薄膜形成法形成氧化防止层35。

(第14实施例)

接下来，就本发明的第14实施例进行说明。第14实施例的压力波产生装置如图33A以及33B所示，热绝缘层2形成于单结晶硅基板的半导体基板1的表面一(第1面)1a一侧，而且，金属膜的发热体3形成于热绝缘层2之上。进而，为了覆盖发热体3以及热绝缘层2中没有形成发热体3的领域，氧化防止层35被形成。成对的垫子14以相互连接的形式形成于半导体基板1的第1面1a一侧、发热体3的两侧部附件以及氧化防止层。即，与上述图31A以及31B所示的第13实施例中的压力产生装置相比较，有一点不同，即氧化防止层35形成于发热体3之上。其他方面，与第13实施例的压力波产生装置相同。

如前所述，如果要达到15Pa左右的音压，必须使发热体3的温度上升到400℃左右；而要达到30Pa左右的音压，必须使发热体3的温度上升到1000℃以上的高温。但是，对于发热体3的表面中露出的构造而言，当发热体3的温度达到400℃左右时，其开始在空气中发生氧化，且发热体3的电阻值增加。与此相对，在第14实施例的压力波产生要素中，氧化防止层35是由融点比硅还高的高融点材料形成的高融点膜，且其被设置于发热体3的表面，所以，即使发热体3的温度达到了400℃以上的高温，发热体3也不会被氧化，发热体3的电阻值以及体积热容量也可以在长时间内维持一个固定值。

另外，如图34A所示，尽管发热体3、热绝缘层2以及氧化防止层35的任意平面形状均为长方形，但由于氧化防止层35的长边以及短边的长度均被设置的大于热绝缘层2的长边以及短边的长度，所以，热绝缘层2中没有发热体3形成的领域的表面均被氧化防止层35所覆盖。因此，氧化防止层35能够防止热绝缘层2的氧化，同时，因热绝缘层2的氧化而引起的热绝缘层2的热容量增加、导致输出下降的现象也能够被防止。

此外，如图34A以及图34B所示，通过氧化防止层35的覆盖，各个垫子14的部分也能够得到同样的效果。

其他的变形例子

上述各个实施例中，均采用Si作为半导体基板1的材料，但是半导体基板1的材料并不仅限于Si，例如，Ge、SiC、GaP、GaAs、InP等通过阳极化处理形成多孔质化后，也是可以采用的其他半导体材料。

此外，在各个实施例中，对于压力波产生装置的发热体3，虽然已经说明了输入正弦波和方波等波形周期性变化的电力的情况，但本发明并不仅限于此，如果向发热体3输入电力的波形为孤立波，作为压力波，能够产生单脉冲性的粗密波(脉冲音波)。

本申请是基于以下日本国专利申请2004-134312、2004-134313、2004-188785、2004-188790、2004-188791、以及2004-280417，在参照上述专利申请的说明书以及图面的基础上，应当使本申请的内容与本申请的发明相联结。

另外，关于本申请的发明，虽然参照附属图面的实施例已经被充分地记载，但仍可能会有各种各样的变更和变形，对于这一点，具备这一领域一般知识的人很容易就能明白。因此，这些变更以及变形，并不超出本发明的申请范围，自然应作出包含于本发明申请范围的解释。

Claims (20)

1、压力波产生装置包括：基板，形成于基板厚度方向的表面的多孔体的热绝缘层以及形成于热绝缘层上的薄膜发热体，其中发热体的温度与输入到发热体的电力的波形相对应而变化，通过发热体与媒介间的热交换产生压力波；其特征在于：

以热绝缘层幅面方向的中央部分的厚度作为基准厚度、假定前述幅面方向上的热绝缘层厚度的分布已经以前述基准厚度进行了平均化，并且，以热绝缘层外部的多孔度比中央部位的多孔度小为特征的压力波产生装置。

2、根据权利要求1所述的压力波产生装置，其特征在于：热绝缘层外部的厚度比中央部位的厚度小。

3、根据权利要求1或2所述的压力波产生装置，其特征在于：热绝缘层外部的单位体积对应的多孔度比中央部位的单位体积对应的多孔度小。

4、根据权利要求1至3任何一项所述的压力波产生装置，其特征在于：从基板厚度方向的表面一向基板内侧、在热绝缘层的幅面方向中央部位的基准厚度、且在规定的幅面方向范围内，当以αin表示从发热体的圆周到内侧部分的厚度方向的平均热传导率、以Cin表示平均体积热容量，以αout表示从发热体外部到外侧部分的厚度方向的平均热传导率、以Cout表示平均体积热容量，满足αin×Cin＜αout×Cout的条件，并且，在上述内侧部分与上述外层部分交界处附件αin×Cin的值比外侧的值大。

5、根据权利要求4所述的压力波产生装置，其特征在于：使αin×Cin的值的变化范围与发热体的圆周基本一致；或者，使其处于发热体圆周的内侧。

6、根据权利要求4所述的压力波产生装置，其特征在于：αin×Cin在变化的范围内，形成热绝缘层的材料本身的热传导率与热容量，至少使二者中一个向外侧作连续性地变化。

7、根据权利要求1所述的压力波产生装置，其特征在于：设置了温度倾斜缓和部，且形成该温度倾斜缓和部的材料的热传导率，比形成连接发热体外周部的热绝缘层之材料的热传导率高。

8、根据权利要求1所述的压力波产生装置，其特征在于：在基板的厚度方向，热绝缘层的基板附件部分的多孔度，比发热体附件部分的多孔度小。

9、根据权利要求8所述的压力波产生装置，其特征在于：在基板的厚度方向，热绝缘层具备两个特征，即，于发热体一侧形成了高多孔度层以及于基板一侧形成了低多孔度层；此外，高多孔度层的厚度被设定的大于热扩散长的值，该热扩散长的值由高多孔度层的热传导率、体积热容量以及输向发热体的电流的波形决定。

10、根据权利要求1所述的压力波产生装置，其特征在于：采用具备170GPa以上杨格率的材料形成发热体。

11、根据权利要求1所述的压力波产生装置，其特征在于：采用具备160Hv以上维氏硬度的材料形成发热体。

12、根据权利要求1所述的压力波产生装置，其特征在于：发热体的材料为贵金属。

13、根据权利要求1所述的压力波产生装置，其特征在于：在发热体与热绝缘层之间，形成了防止热绝缘层氧化的氧化防止层。

14、根据权利要求1所述的压力波产生装置，其特征在于：热绝缘层被形成于基板表面一一侧指定范围，同时，在热绝缘层之上从热绝缘层的外周发热体被形成于内侧；在热绝缘层的内部、发热体没有被形成部分的表面，形成了防止热绝缘层被氧化的氧化防止层。

15、根据权利要求1所述的压力波产生装置，其特征在于：至少在发热体的表面，防止发热体被氧化的氧化防止层的形成。

16、根据权利要求13至15任何一项所述的压力波产生装置，其特征在于：氧化防止层的厚度被设定于热扩散长以下，该热扩散长由氧化防止层的热传导率、体积热容量以及输向发热体之电流的波形决定。

17、根据权利要求13至15任何一项所述的压力波产生装置，其特征在于：氧化防止层是选择碳化物、氮化物、硼化物、硅化物诸种材料中的一种而形成。

18、压力波产生装置的制造方法，包括：

采用半导体基板作为基板，对半导体基板厚度方向的表面一一侧的预定形成绝缘层的区域进行阳极氧化处理，通过这一多孔质化的操作，具备两种工艺，即，形成多孔质半导体层的热绝缘层的热绝缘层形成工艺，以及热绝缘层形成工艺之后、于半导体基板的前述表面一一侧形成的发热体形成工艺；

其特征在于：在热绝缘层形成工艺中，于半导体基板厚度方向的其他表面之上，为了与形成发热体的预定范围相对应，形成比应形成的热绝缘层的大小还小的通电用电极；并且，以通电用电极为阳极进行阳极氧化处理。

19、压力波产生装置的制造方法，包括：

采用n形半导体基板作为基板，对半导体基板厚度方向的表面一一侧的预定形成绝缘层的区域进行阳极氧化处理，通过这一多孔质化的操作，具备两种工艺，即，形成多孔质半导体层的热绝缘层的热绝缘层形成工艺，以及热绝缘层形成工艺之后、于半导体基板的前述表面一一侧形成的发热体形成工艺；

其特征在于：在热绝缘层形成工艺中，于上述位置表面之上的指定范围内，为了使圆周部分被照射的光的强度小于中央部分被照射的光的强度，在向上述指定领域的表面照射光的同时进行阳极氧化处理。

20、压力波产生装置的制造方法，包括：

形成杂质催化区域的催化工艺：采用半导体基板作为基板，于半导体基板厚度方向的表面一一侧的预定形成绝缘层的区域中，杂质催化区域具备使圆周部分的比电阻比中央部分的比电阻小的杂质浓度分布；

热绝缘层形成工艺：热绝缘层形成工艺，是指以半导体基板的厚度方向的其他表面上形成的通电用电极为阳极，在杂质催化区域内进行阳极氧化处理，通过这一多孔质化的处理，形成多孔质半导体层的热绝缘层的工艺；

发热体形成工艺：发热体形成工艺，是指热绝缘层形成工艺之后、于半导体基板的前述表面一一侧形成的发热体的工艺。

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