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公開番号2025099522
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2023216230
出願日2023-12-21
発明の名称圧電デバイス
出願人上海天馬微電子有限公司
代理人藤央弁理士法人
主分類H04R 17/00 20060101AFI20250626BHJP(電気通信技術)
要約【課題】圧電素子を改善する。
【解決手段】圧電デバイスは、圧電素子を含む圧電素子層と、圧電素子層と支持体との間の薄膜トランジスタ層と、支持体と薄膜トランジスタ層との間、又は、支持体の薄膜トランジスタ層と反対側に配置された台座とを含む。圧電素子は、上部電極、下部電極及び上部電極と前記下部電極との間の圧電膜を含む。台座の内側において、圧電素子と積層方向において重なる空隙領域が存在する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
支持体上の積層構造を有する圧電デバイスであって、
圧電素子を含む圧電素子層と、
前記圧電素子層と前記支持体との間の薄膜トランジスタ層と、
前記支持体と前記薄膜トランジスタ層との間に配置された台座と、
を含み、
前記圧電素子は、上部電極、下部電極及び前記上部電極と前記下部電極との間の圧電膜を含み、
前記台座の内側において、前記圧電素子と積層方向において重なる空隙領域が存在する、
圧電デバイス。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
請求項１に記載の圧電デバイスであって、
前記下部電極の全域は、積層方向において見て、前記空隙領域に収容されている、
圧電デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電デバイスであって、
前記台座は、前記支持体と異なる材料で形成され、
前記台座はリング状であり、前記空隙領域の全域を囲む、
圧電デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の圧電デバイスであって、
前記台座と前記薄膜トランジスタ層との間に、前記台座と同一材料で一体的に形成された基板が存在する、
圧電デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の圧電デバイスであって、
前記薄膜トランジスタ層に含まれる半導体及導体は、前記空隙領域の端に偏らせて配置されている、
圧電デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載の圧電デバイスであって、
前記薄膜トランジスタ層の前記空隙領域と重なる領域は、前記空隙領域の重心を含む中央領域と前記中央領域の外側の外側領域とで構成され、
前記中央領域の外周は、前記重心と前記外側領域の外周との間の中点で構成され、
前記中央領域の導体領域及び半導体領域の密度は、前記外側領域の導体領域及び半導体領域の密度より小さい、
圧電デバイス。
【請求項７】
請求項１に記載の圧電デバイスであって、
前記薄膜トランジスタ層は、半導体層、ゲート電極層及びソース／ドレイン電極層を含み、
前記半導体層、前記ゲート電極層及び前記ソース／ドレイン電極層の構成要素の縁を一筆書きで囲んだ、前記半導体層、前記ゲート電極層及び前記ソース／ドレイン電極層が存在しない一続きの領域の最大面積が、前記空隙領域の面積の１／３以上である、
圧電デバイス。
【請求項８】
請求項１に記載の圧電デバイスであって、
前記薄膜トランジスタ層は、１以上の無機物層を含み、
前記薄膜トランジスタ層において、前記空隙領域と積層方向において重なる少なくとも一部領域の無機物が除去され、有機物で満たされている、
圧電デバイス。
【請求項９】
請求項１に記載の圧電デバイスであって、
前記支持体と前記台座とは同一材料で一体的に形成されている、
圧電デバイス。
【請求項１０】
請求項１に記載の圧電デバイスであって、
前記圧電素子層は、面内にレイアウトされた複数圧電素子を含み、
前記薄膜トランジスタ層と前記支持体との間において、前記複数圧電素子それぞれと積層方向において重なる空隙領域が存在し、
前記圧電デバイスは、前記薄膜トランジスタ層と前記支持体との間において前記空隙領域それぞれを囲む台座を含む、
圧電デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、圧電デバイスに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
物体の非破壊検査や、物体検知、指紋の読み取りなど、超音波センサは様々な分野で利用されている。例えば、指紋センサとして、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）を利用する集積化ＭＥＭＳ超音波指紋センサや、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）超音波指紋センサが開発されている。これらは、二次元配列された画素からなる画素アレイを含み、各画素は、超音波トランスデューサを含む。
【０００３】
超音波トランスデューサは、例えば圧電素子である。画素内の超音波トランスデューサは、超音波の送信及び受信を行う一つの素子で構成されてもよく、超音波の送信を行うトランスミッタと超音波の受信を行うレシーバとで構成されてもよい。具体的には、超音波トランスデューサは、電気信号に応じて超音波を発し、対象物で反射された超音波を受信して電気信号に変換する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米国特許第１１２８８８９１号
米国特許出願公開第２０２１／０１５８００５号
米国特許第１１３６６５４３号
【非特許文献】
【０００５】
Ziyi Liu et al., ”Fabrication and characterization of row-column addressed pMUT array with monocrystalline PZT thin film toward creating ultrasonic imager”, Sensors & Actuators: A. Physical 342 (2022) 113666.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧電素子を用いたＴＦＴ駆動指紋センサは、圧電薄膜を上下の電極で挟んだ構造で厚み振動を利用する。この場合、電圧－圧力の変換効率が低く、多画素・大面積化する際に消費電力が大きくなってしまう課題がある。圧電振動振幅を大きくするために、ダイアフラム構造を用いた薄膜圧電素子が提案されている。しかし、ダイアフラム構造を有する指紋センサは、空隙を生成する際のプロセスダメージが圧電素子に及びやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様は、支持体上の積層構造を有する圧電デバイスであって、圧電素子を含む圧電素子層と、前記圧電素子層と前記支持体との間の薄膜トランジスタ層と、前記支持体と前記薄膜トランジスタ層との間に配置された台座と、を含む。前記圧電素子は、上部電極、下部電極及び前記上部電極と前記下部電極との間の圧電膜を含む。前記台座の内側において、前記圧電素子と積層方向において重なる空隙領域が存在する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様によれば、圧電素子を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施形態の超音波センサ装置の構成を示したブロック図である。
超音波センサ装置を含む端末の構成例を示す。
実施形態の画素アレイ基板の画素の回路構成を示した回路図である。
画素の断面構造の一部を模式的に示す。
画素の一部構成を示す平面図である。
図５Ａに示す台座層に含まれる、画素の台座を模式的に示す平面図である。
画素における、台座層及び、より上層である半導体層のレイアウト例を模式的に示す。
台座層、半導体層、及びそれらより上層のゲート電極層を示す。
図４から５Ｄを参照して説明した空隙領域を有する画素と、空隙領域を有していない画素のシミュレーション結果を示す。
本明細書の一実施形態の画素の構造を模式的に示す平面図である。
図７Ａに示す構造における、台座層内の台座、台座が囲む空隙領域、空隙領域の中央領域、そして下部電極の位置関係を示す平面図である。
画素における、台座層及び、半導体層及び中央領域のレイアウト例を模式的に示す。
台座層、半導体層、ゲート電極層及び中央領域のレイアウト例を模式的に示す。
一つの画素の一部の断面構造を模式的に示す。
無機物除去領域を含む画素の構造例を模式的に示す平面図である。
図９Ａに示す構造例において、台座層と他の層又は領域との関係を説明するための図である。
図４から５Ｄを参照して説明した空隙領域を有し、無機物除去領域を有していない画素と、図８から９Ｂを参照して説明した空隙領域及び無機物除去領域を有する画素のシミュレーション結果を示す。
画素の製造方法の例を示す。
画素の製造方法の例を示す。
画素の製造方法の例を示す。
画素の製造方法の例を示す。
画素の製造方法の例を示す。
画素の製造方法の例を示す。
画素の製造方法の例を示す。
画素の製造方法の例を示す。
画素の製造方法の例を示す。
画素の製造方法の例を示す。
画素の製造方法の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下において、本開示の超音波センサ装置について図面を参照して詳細に説明する。各図面における各構成要素の大きさや縮尺は、図の視認性を確保するために適宜変更して記載している。また、各図面におけるハッチングは、各構成要素を区別するためのものであり、必ずしも切断面を意味するものではない。また、スイッチング素子あるいは増幅素子として用いられる非線形素子についてトランジスタという呼称を用いるが、トランジスタはＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＴＦＴ）を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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