CN101859644B - 变容元件和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种变容元件和电子设备，该变容元件包括：介电层；一对信号电极，各自设置于介电层的一面上，并彼此相对；一对控制电极，各自设置于介电层的该面上，并在与这对信号电极彼此相对的方向交叉的方向上彼此相对。

Description

变容元件和电子设备
相关申请的参考
本申请包含于2009年4月13日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-097276所公开的主题，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种变容元件以及设置有该变容元件的电子设备，更具体地，涉及一种通过施加控制场来改变电容量的变容元件以及设置有该变容元件的电子设备。
背景技术
过去，变容元件被用以施加来自外部的偏置信号，并改变电容量以控制频率、时间等。作为这样的变容元件，例如变容二极管(可变电容量二极管)和MEMS(micro electro mechanical systems，微机电系统)已被商用。用于这样的应用的变容元件通常具有两个端子，并且没有端子单独用于控制电容量的控制偏置信号的应用。因此，在实际电路中，这样的二端子变容元件被配置为用作四端子元件。
图27A和图27B示出了二端子变容元件被配置为用作四端子元件的电路构造。在图27A示出的实例中，变容元件160(变容电容器)的一个端子通过偏置消除电容器161连接至交流信号的输入/输出端子中的一个，并通过限流电阻器162连接至控制电压的输入端子。变容元件160的另一端子连接至交流信号的输入/输出端子中的另一个，并连接至控制电压的输出端子。
在图27A示出的电路构造中，信号电流(交流信号)流入偏置消除电容器161和变容电容器160，控制电流(直流偏置电流)通过限流电阻器162仅流入变容电容器160。此时，通过改变控制电压，改变变容电容器160的电容量，从而也改变信号电流。
在图27B示出的实例中，同图27A一样，变容元件160的一个端子通过偏置消除电容器161连接至交流信号的输入/输出端子中的一个，并通过限流电阻器162连接至控制电压的输入端子。在图27B示出的实例中，变容元件160的另一端子通过偏置消除电容器163连接至交流信号的输入/输出端子中的另一个，并通过限流电阻器164连接至控制电压的输出端子。即，在图27B示出的实例中，连接至变容元件160的前述一个端子的外围电路构造同样用于另一端子。
图27B示出的电路构造中，与图27A示出的实例相同，信号电流流入两偏置消除电容器161和163以及变容电容器160，而控制电流仅流入变容电容器160。因此，图27B的实例中，变容电容器160的电容量也通过改变控制电压而改变，从而也改变信号电流。
然而，在图27A和图27B示出的电路构造中，虽然控制电压电源和信号电压源是独立构造的，但它们最终连接的变容元件160的端子是公共的。这种情况下，尽管电路中二个端子被配置为用作四个端子，但来自控制电压电源的直流偏置电流(控制电流)与信号电流发生干扰(例如参考图27B中的虚线箭头)。
因此，图27A和图27B所示的电路构造使用限流电阻器162和/或164来保护和/或分离控制电路，并使用偏置消除电容器161和/或163来保护和/或分离信号电路。特别地，设定电阻值R为较大，以确保控制电路的保护和/或分离。然而，这种情况下，由限流电阻器162和/或164的电阻值R和变容元件160的电容量C确定的时间常数(＝RC)变大，并且电容量控制的响应性能下降。
尽管图27A和图27B中所示的变容元件设置有偏置消除电容器(其实质上为二端子元件)，但本发明人已提出不使用这样的偏置消除电容器的构造的变容元件(参考日本未审查专利申请公开第2007-287996号)。在日本未审查专利申请公开第2007-287996号中，提出使用铁电材料作为变容元件的元件。图28A和图28B示出了日本未审查专利申请公开第2007-287996号提出的变容元件200的电极结构。图28A是变容元件200的示意性透视图，图28B是构成变容元件200的电介质构件204的截面构造图。
根据日本未审查专利申请公开第2007-287996号的变容元件200中，各端子设置在长方体形状的电介质构件204的4个表面上。4个端子中，两个相对端子是连接到信号电源203的信号端子203a和203b，另两个相对端子是连接到控制电源202的控制端子202a和202b。
变容元件200内，如图28B所示，具有经由铁电层205交替层压多个控制电极202c至202g和多个信号电极203c至203f的结构。在图28B的实例中，图中最底层的控制电极202g、从底部数第5个的控制电极202e、和最上层的控制电极202c连接至一个控制端子202a。从底部数第3个的控制电极202f和从底部数第7个的控制电极202d连接至另一个控制端子202b。从底部数第4个的信号电极203e和从底部数第8个的信号电极203c连接至一个信号端子203a。从底部数第2个的信号电极203f和从底部数第6个的信号电极203d连接至另一个信号端子203b。
根据日本未审查专利申请公开第2007-287996号的变容元件200具有独立地设置控制端子和信号端子以向各端子分别施加控制电压或信号电压的构造。根据日本未审查专利申请公开第2007-287996号的变容元件200也具有在电介质构件204内层压多个信号电极和控制电极的构造。因此，根据日本未审查专利申请公开第2007-287996号的变容元件200具有以低成本允许电容量增大的优势。并且，具有诸如日本未审查专利申请公开第2007-287996号中的结构的变容元件200易于以低成本进行生产。根据日本未审查专利申请公开第2007-287996号的变容元件200还具有在工作时无需偏置消除电容器的优点。
发明内容
如上所述，在日本未审查专利申请公开第2007-287996号中，因为在变容元件200中经由铁电层205交替层压信号电极和控制电极，所以相邻的电极通过图28B中的电容C1至C8所示互相电容耦合。结果，在电介质构件204中，在一对信号端子203a和203b之间形成的信号电容器和在一对控制端子202a和202b之间形成的控制电容器成为直接相互连接。此时，在这对信号端子203a和203b之间产生的信号场的方向变为与这对控制端子202a和202b之间产生的控制场的方向相同。图29更为示意性地示出电介质构件204内的动作状况。
尽管在日本未审查专利申请公开第2007-287996号中，变容元件200内的一对信号端子203a和203b彼此相对的方向与一对控制端子202a和202b彼此相对的方向垂直，但在电介质构件204内信号电极和控制电极经由铁电层205交替层压。因此，变容元件200具有基本上相当于图29所示的在同一方向上设置一对信号端子203a和203b以及一对控制端子202a和202b的构造。变容元件200还具有一对控制端子202a和202b连接到变容电容器以及信号端子和控制端子连接到固定(恒定电容)电容器的构造。这种情况下，在一对信号端子203a和203b之间产生的信号场的方向变为与一对控制端子202a和202b之间产生的控制场的方向相同(图29中虚线箭头的方向)。
上述构造的变容元件200中，信号场的方向与控制场的方向一致，为了以较低控制电压来改变电容值，期望通过使铁电层205更薄来提高控制场的灵敏度(控制场的强度)。然而，使铁电层205更薄会产生绝缘性降低以及对于信号电压的耐压降低的问题。
即，在具有日本未审查专利申请公开第2007-287996号中提出的电极结构的变容元件200中，使控制电压降低和使对于信号电压的耐压提高是相矛盾的。从而，对于具有日本未审查专利申请公开第2007-287996号中提出的电极结构的变容元件200，难以充分支持输入具有较大振幅的信号电压以及期望通过以较低的控制电压来控制变容元件200的电容值的应用。在信号场的强度大的情况下，还存在根据产生信号场(交流信号)的信号电平改变介电常数并且因此改变变容元件的电容量的问题。
期望提供一种变容元件，其能够不考虑对于信号电压的耐压性能而设定控制端子之间的控制场的灵敏度、且通过输入至信号端子之间的信号电平保持电容量不变的变容元件，并提供一种设置有该变容元件的电子设备。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种第一变容元件，其设置有介电层；一对信号电极，各自设置于介电层的一面上并彼此相对；以及一对控制电极，各自设置于介电层的该面上。在本发明的本实施方式中，一对控制电极彼此相对的方向被设置为与一对信号电极彼此相对的方向交叉的方向。
根据本发明的另一实施方式，提供了一种第二变容元件，其设置有一对信号电极，设置为以预定方向而彼此相对；以及一对控制电极，设置为以与该预定方向交叉的方向而彼此相对，并且，根据本发明的本实施方式的第二变容元件设置有第一介电层，设置于一对信号电极之间并且设置于一对控制电极之间；以及第二介电层，其介电常数低于第一介电层且设置在信号电极和控制电极之间。
如上所述，在根据本发明实施方式的第一和第二变容元件中，独立地设置一对信号电极和一对控制电极，这对信号电极间的信号电容器的电容值通过这对控制电极间产生的控制场来改变。此外，在本发明的实施方式中，各电极被设置为使得这对信号电极相对的方向与这对控制电极相对的方向相交叉。因此，在本发明的实施方式中，可以分别为信号电极和控制电极设定相对介电常数、电极面积以及电极间距这三个确定电容量的要素。即，在本发明的实施方式中，可以分别设计信号端子间的耐压性能和控制端子间的耐压性能。
根据本发明的又一实施方式，提供了一种第一电子设备，其设置有根据本发明上述实施方式的第一变容元件，以及施加控制电压至这对控制电极的控制电压供给单元。
根据本发明的再一实施方式，提供了一种第二电子设备，其设置有根据本发明上述实施方式的第二变容元件，以及施加控制电压至一对控制电极的控制电压供给单元。
在根据本发明实施方式的变容元件中，如上所述，可以分别(独立地)设计信号端子间的耐压性能和控制端子间的耐压性能。因此，根据本发明的实施方式，可以提供能够不考虑对于信号电压的耐压性能而设定控制端子之间的控制场的灵敏度、且通过输入至信号端子之间的信号电平保持电容量不变的变容元件。
此外，根据本发明实施方式的电子设备具有根据本发明实施方式的变容元件，因此即使在输入高信号电压的电子设备中也可以用较低的控制电压来控制变容元件的电容量。
附图说明
图1为根据一个实施方式的变容元件的示意性构造图；
图2为根据该实施方式的电介质构件的透视图；
图3A为从上面观看时根据该实施方式的电介质构件的透视图，图3B为图3A中以IIIB-IIIB截取的截面图；
图4为根据该实施方式的电介质构件的分解透视图；
图5示出了根据该实施方式的变容元件的动作略图；
图6为厚度方向交叉型变容元件的电介质构件的分解侧视图；
图7A至图7C为构成厚度方向交叉型变容元件的电介质构件的各层的顶视图；
图8为厚度方向交叉型变容元件的电介质构件的示意性截面图；
图9示出了面内交叉型变容元件的电极间产生的杂散电容的状态；
图10A为根据另一实施方式的变容元件的电介质构件的外部透视图，图10B为其侧视图；
图11为根据另一实施方式的变容元件内的信号电极和控制电极的配置图；
图12为根据另一实施方式的变容元件内的低介电层的配置图；
图13为根据另一实施方式的变容元件内的电介质构件的分解透视图；
图14A为用于形成根据另一实施方式的变容元件的信号电极和控制电极的掩模的顶视图，图14B为用于形成其低介电层的掩模的顶视图；
图15A和图15B示出了用于形成信号电极和控制电极的掩模的另一构造实例；
图16示出了根据另一实施方式的变容元件的动作略图；
图17示出了根据第一修改例的变容元件的信号电极、控制电极以及低介电层的构造；
图18示出了根据第二修改例的变容元件的信号电极、控制电极以及低介电层的构造；
图19A为根据第三修改例的变容元件的电介质构件的分解透视图，图19B示出了根据第三修改例的变容元件的信号电极、控制电极以及低介电层的构造；
图20示出了厚度方向交叉型变容元件的信号电极和控制电极间产生的杂散电容的状态；
图21A为根据第四修改例的变容元件的电介质构件的分解透视图，图21B为根据第四修改例的电介质构件的分解侧视图；
图22A至图22E为构成根据第四修改例的电介质构件的各层的顶视图；
图23A为根据第四修改例的电介质构件的示意性截面图，图23B为从其上面观看时根据第四修改例的变容元件的电介质构件的透视图；
图24A根据第五修改例的变容元件的电介质构件的分解透视图，图24B为根据第五修改例的电介质构件的分解侧视图；
图25为根据第五修改例的电介质构件的示意性截面图；
图26为根据又一实施方式的电子设备的示意性电路构造；
图27A和图27B为现有的变容电容器附近的电路构造；
图28A为现有的变容元件的示意性透视图，图28B为现有的变容元件的截面结构图；以及
图29示出了现有的变容元件的动作略图。
具体实施方式
下面将参考附图并按照以下顺序，描述根据本发明实施方式的变容元件的实例以及设置有该变容元件的电子设备。本发明的实施方式不限于下述实例。
1.一个实施方式：根据本发明一个实施方式的变容元件的基本构造实例
2.另一实施方式：具有低介电层的变容元件的构造实例
3.又一实施方式：具有根据本发明实施方式的变容元件的电子设备的构造实例
<1.一个实施方式>
[变容元件的构造]
图1示出了根据本发明一个实施方式的变容元件的示意性构造。图1中，从左向右的方向定义为x方向，从下向上的方向定义为z方向，并且从前向后的方向定义为y方向。
变容元件10设置有例如长方体形状的电介质构件1、一对信号端子2a和2b(第一和第二信号端子)、一对控制端子3a和3b(第一和第二控制端子)。
第一和第二信号端子2a和2b均可由例如平板形状的金属构件形成。第一和第二信号端子2a和2b分别设置在电介质构件1的两个相对的侧面上。图1所示的实例中，第一和第二信号端子2a和2b设置在垂直于x方向的两个侧面上。第一和第二信号端子2a和2b分别连接至下述的形成在电介质构件1中的第一和第二信号电极12a和12b。
第一和第二控制端子3a和3b均可由例如平板形状的金属构件形成。第一和第二控制端子3a和3b分别设置在电介质构件1的两个未设置第一和第二信号端子2a和2b的相对的侧面上。图1所示的实例中，第一和第二控制端子3a和3b设置在垂直于y方向的两个侧面上。第一和第二控制端子3a和3b分别连接至下述的形成在电介质构件1中的第一和第二控制电极13a和13b。此外，信号端子和控制端子形成在电介质构件1的侧面上，以避免彼此接触。
图2、图3A和图3B示出了根据本实施方式的电介质构件的构造实例。图2为电介质构件1的外部透视图。图3A为从上面观看时电介质构件1的透视图，图3B为沿图3A中IIIB-IIIB截取的截面图。
电介质构件1主要由电介质构件主体11、以及形成于其内的一对信号电极12a和12b(第一和第二信号电极)和一对控制电极13a和13b(第一和第二控制电极)构成。
电介质构件主体11由介电常数随施加的控制电压而改变的电介质材料形成。例如，电介质构件主体11由相对介电常数大于1000的铁电材料形成。
具体来说，可以使用能产生离子极化的铁电材料来用作形成电介质构件主体11的材料。该产生离子极化的铁电材料是由离子结晶材料形成的、因阳离子和阴离子的原子的位移而电极化的铁电材料。该产生离子极化的铁电材料通常用化学式ABO3表示(O表示氧元素)，其中A和B表示预定的两种元素，且具有钙钛矿结构。该铁电材料可包括，例如，钛酸钡(BaTiO3)、铌酸钾(KNbO3)和钛酸铅(PbTiO3)。作为形成电介质构件主体11的材料，例如也可使用其中钛酸铅(PbTiO3)和锆酸铅(PbZrO3)相混合的PZT(锆钛酸铅)。
作为形成电介质构件主体11的材料，也可使用能够产生电子极化的铁电材料。在这样的铁电材料内，由正电荷偏置的部分与由负电荷偏置的部分分开，以产生电偶极矩，从而产生极化。作为这样的材料，过去报道过稀土类铁氧化物，其形成Fe2+电荷表面和Fe3+电荷表面以形成极化，并表现出铁电特性。此体系中，由分子式(RE)·(TM)2·O4(O：氧元素)表示的材料被报道有高介电常数，其中RE表示稀土元素，TM表示铁族元素。这样的稀土元素可包括，例如，Y、Er、Yb和Lu(特别是，Y和重稀土元素)，这样的铁族元素可包括，例如，Fe、Co和Ni(特别是，Fe)。这样的(RE)·(TM)2·O4可包括，例如，ErFe2O4、LuFe2O4和YFe2O4。
作为形成电介质构件主体11的材料，也可使用具有各向异性的铁电材料。电介质构件主体11通过烧结等方式由下述的多个电介质片结合而成。
第一和第二信号电极12a和12b是交流信号从外部经由第一和第二信号端子2a和2b而施加至的电极，且两者分开预定间隔相对设置。在图2和图3示出的实例中，第一和第二信号电极12a和12b均配置为具有例如矩形的上表面，并且这两个信号电极被设置为这两个信号电极的短边侧的各个端部是分开预定间隔而相对的。图2和图3示出的实例中，第一和第二信号电极12a和12b被设置为在x方向上相对。
第一和第二控制电极13a和13b为控制电压经由第一和第二控制端子3a和3b而施加至的电极，且两者分开预定间隔相对设置。此时，第一和第二控制电极13a和13b被设置为第一和第二控制电极13a和13b彼此相对的方向与第一和第二信号电极12a和12b彼此相对的方向相交叉。
在图2和图3示出的实例中，第一和第二控制电极13a和13b均配置为具有例如矩形的上表面，并且这两个控制电极被设置为这两个控制电极的短边侧的各个端部是分开预定间隔而相对的。在图2和图3示出的实例中，第一和第二控制电极13a和13b被设置为第一和第二控制电极13a和13b彼此相对的方向垂直于第一和第二信号电极12a和12b彼此相对的方向(x方向)，即y方向。
并且，第一和第二信号电极12a和12b以及第一和第二控制电极13a和13b形成为具有彼此相同程度的厚度，且在电介质构件1的面内方向上形成在大致同一个平面上。
本实施方式假定提供适于能使较大的外部信号输入至其并且以低控制电压改变电容量的应用的变容元件10。因此，如图3A所示，相对的第一和第二信号电极12a和12b间的距离ds(电极间距)优选设定为大于相对的第一和第二控制电极13a和13b间的距离dr。其原因如下。
由于从变容元件10中的电阻特性的角度来看，如上所述的应用中输入信号较大，因此信号电极间距优选扩展为尽可能宽，以使得元件中的信号场的强度更小。并且，从低电压驱动的角度来看，控制电极间距优选设定为尽可能小，以增强控制场的强度。因此，在上述的应用中，信号电极间的距离ds通常大于控制电极间的距离dr，如图3A所示。然而，信号电极间的距离ds和控制电极间的距离dr的相对大小不限于此，而可根据应用而作适当修改。即，基于变容元件10的应用，还存在信号电极间的距离ds等于控制电极间的距离dr或信号电极间的距离ds小于控制电极间的距离dr的情况。
第一和第二信号电极12a和12b以及第一和第二控制电极13a和13b使用包括例如金属微粉末(Pd、Pd/Ag(Pd和Ag的合金)、Ni等)的导电浆料形成。这样能够降低变容元件10的制造成本。
通过如上所述方式设置和构造各电极，能够在电介质构件1的同一平面内使得第一和第二信号电极12a和12b间产生的信号场方向与第一和第二控制电极13a和13b间产生的控制场方向相交叉。
由于如上所述的根据本实施方式的变容元件10中，信号场和控制场在电介质构件1的面内方向上彼此交叉，因此以下称之为面内交叉型变容元件10。在本实施方式中，电介质构件主体11的电介质区14夹在第一和第二信号电极12a和12b以及第一和第二控制电极13a和13b之间，成为具有可变电容量的主区域。因此以下称电介质区14为可变电容区(第一介电层)。
尽管在本实施方式中，上面给出了信号电极相对的方向和控制电极相对的方向垂直的构造实例的描述，但是本发明实施方式不限于此。信号电极相对的方向和控制电极相对的方向也可不互相垂直而是互相交叉。在本实施方式中，以上描述了如图2和图3中所示的实例，其中，一对信号电极被设置为以电介质构件主体11的长边方向(图中的x方向)彼此相对，而一对控制电极被设置为以电介质构件主体11的短边方向(图中的y方向)彼此相对。然而，本发明实施方式不限于此。在图2和图3中，一对信号电极也可在y方向彼此相对，一对控制电极也可在x方向彼此相对。尽管本实施方式给出了电介质构件1例如为长方体形状的实例描述，但是电介质构件1也可根据应用等配置为任意形状。
[变容元件的制造方法]
下面，将参考图4，简要描述根据本实施方式的变容元件10的制造方法的实例。图4为根据本实施方式的电介质构件1的分解透视图。
首先，制备由上述铁电材料形成的电介质片11a(介电层)。并且，制备在要形成第一和第二信号电极12a和12b以及第一和第二控制电极13a和13b的区域对应的区域内形成有开口部的掩模。
接着，制备由例如Pd、Pd/Ag、Ni等的金属微粉末制成的导电浆料，将导电浆料经由掩模涂布(丝网印刷)于电介质片11a上。这样，在电介质片11a的一个表面上形成了第一和第二信号电极12a和12b以及第一和第二控制电极13a和13b。
接着，将由上述铁电材料形成的另一电介质片11b层压于其上形成了电极的电介质片11a的表面上，以进行热压。然后，在还原性气氛中高温烧结热压的构件，以结合电介质片11a和11b以及导电浆料层(信号电极和控制电极)。本实施方式中，以此方式制造面内交叉型变容元件10。
[变容元件的动作]
图5是示出了根据本实施方式的变容元件10的动作略图的示意图。如上所述，在根据本实施方式的变容元件10中，第一和第二信号端子2a和2b间产生的信号场方向垂直于第一和第二控制端子3a和3b间产生的控制场方向。因此，根据本实施方式的变容元件10的构造，相当于各端子均以如下方式设置的构造：一对信号端子2a和2b相对的方向垂直于一对控制端子3a和3b相对的方向，且分别在信号端子之间以及在控制端子之间连接有各自的变容电容器。
在根据本实施方式的变容元件10中，由于电介质构件1由上述铁电材料形成，因此可变电容区14内的极化状态可通过在第一和第二控制端子3a和3b间施加直流控制电压而改变，从而改变介电常数(相对介电常数)。结果，第一和第二控制端子3a和3b间的控制电容器的电容值Cr变化。此时，随着可变电容区14内的介电常数的变化，第一和第二信号端子2a和2b间的电容值Cs也发生变化。即，根据本实施方式的变容元件10中，第一和第二信号端子2a和2b间的电容值Cs能够由施加在第一和第二控制端子3a和3b间的控制电压来控制。因此，本实施方式中，在将交流信号输入信号端子之间的情况下，变容元件10可用作具有受控信号电容器的电容元件。
如上所述，在根据本实施方式的变容元件10中，分别地设置一对信号电极12a和12b(端子)和一对控制电极13a和13b(端子)。本实施方式中，各电极被设置为一对信号电极12a和12b相对的方向垂直于一对控制电极13a和13b相对的方向。从而，一对信号电极12a和12b间的信号电容器的电容值由一对控制电极13a和13b间产生的控制场来控制。因此，本实施方式中，可以分别为信号电极和控制电极设定相对介电常数、电极区域以及电极间距这三个确定电容量的要素。即，根据本实施方式，可以分别设计信号端子2a和2b间的耐压性能以及控制端子3a和3b间的耐压性能，并且可不考虑对与信号电压的耐压而设定控制端子3a和3b间的控制场的灵敏度。并且，根据实施方式，能够提供通过输入至信号端子之间的信号电平而保持电容量不变的变容元件。
作为除本实施方式外的具有信号场和控制场交叉的构造的变容元件，例如，可考虑在电介质构件的面内方向上产生信号场、在电介质构件的厚度方向上产生控制场的构造。图6示出了这样的变容元件的构造。图6为这样的变容元件的电介质构件的分解侧视图。
图6所示的变容元件的电介质构件20设置有在表面上形成有第一控制电极22的第一电介质片21、在表面上形成有一对信号电极24和25的第二电介质片23以及在表面上形成有第二控制电极27的第三电介质片26。电介质构件20还设置有覆盖形成在第三电介质片26的表面上的第二控制电极27的第四电介质片28。各电介质片可由与形成上述实施方式描述的电介质构件的材料类似的铁电材料形成。各电极可由与形成上述实施方式的信号电极和控制电极的材料类似的材料形成。
图7A至图7C示出了形成于各电介质片上的电极的构造。图7A为第三电介质片26的顶视图，图7B为第二电介质片23的顶视图，而图7C为第一电介质片21的顶视图。
如图7A所示，在第三电介质片26上，第二控制电极27形成为从一个长边侧的端部的中心沿着短边侧(图7A中的y方向)的方向延伸，并具有例如矩形形状的上表面。
如图7B所示，第二电介质片23上，具有例如矩形形状的上表面的一对信号电极24和25形成于短边侧的两个端部附近并分开了预定间隔。一对信号电极24和25之间的距离被设定为等于或大于第二控制电极27的宽度(或第一控制电极22)。在图7B的实例中，一对信号电极24和25的结构(形状、尺寸等)相同。
如图7C所示，在第一电介质片21上，第一控制电极22形成为从另一长边侧的端部的中心沿着短边侧(图7C中的y方向)的方向延伸，并具有例如矩形形状的上表面。图7A和图7C的实例中，第一和第二控制电极22和27具有相同的构造。
图8示出了结合各电介质片后的电介质构件20的示意性截面图。上述构造的电极形成于各电介质片上，且各片以图6所示的顺序层压以进行结合，第一和第二控制电极22和27被设置为在电介质构件20的厚度方向上彼此相对。相反地，一对信号电极24和25被设置为在同一平面上在电介质构件20的面内方向上彼此相对。
在图6至图8所示的变容元件中，由于信号场方向是指电介质构件20的面内方向，并且控制场方向是指厚度方向，因此可使信号场与控制场交叉。因此，在具有如此构造的变容元件中，同样可以分别地设计信号端子之间的耐压特性和控制端子之间的耐压特性，并且同样可不考虑对于信号电压的耐压特性而设定控制端子之间的控制场的灵敏度。以下将作为图6至图8中所示的实例的具有这样的场交叉模式的变容元件称为厚度方向交叉型变容元件。
然而，上述厚度方向交叉型变容元件有如下缺陷。当在各电介质片上形成预定电极时，这种类型的变容元件具有高的印刷精度。与此相比，当层压各电介质片时，电极间的对准精度较低。因此，厚度方向交叉型变容元件中，当层压各电介质片时，考虑到电极间的对准误差，难以将电极做大。例如，在图6至图8示出的实例中，难以将两个控制电极22和27的宽度做得足够宽。即，在厚度方向交叉型变容元件中，电极尺寸受到当层压各电介质片时电极间对准误差的限制，并且存在难以使电容可变量足够大的可能。
在厚度方向交叉型变容元件中，一对控制电极22和27间的厚度d变为大约为两个电介质片的厚度(参考图8)。即，在厚度方向交叉型变容元件中，难以使控制电极间的间隔足够小，这是因为受到其间的电介质片的数量以及各电介质片的厚度的限制。结果，在厚度方向交叉型变容元件中，存在难以使控制电压足够小的可能。
与此相反，在根据本实施方式的变容元件10中，由于信号电极和控制电极形成在电介质构件1内的同一平面上，因此能够消除上述缺陷(层压时的对准误差)。
厚度方向交叉型变容元件的构造可为如图6至图8所示的实例中从变容元件的上面看时具有一对控制电极的重叠区域的构造，也可为一对控制电极不重叠的构造。作为非重叠构造，例如可考虑如下构造。从上面看时，变容元件的一对控制电极和一对信号电极的设置模式与本实施方式(图3A和图3B)的模式类似，并且各控制电极分别形成在比其中形成有一对信号电极的介电层更高或更低的介电层中。在这样的构造中，一对控制电极间产生的控制场方向相对于变容元件的厚度和面内方向而倾斜。这种情况下，尽管一对控制电极间的距离变得比图6至图8所示的实例中的距离更大，但控制电极和信号电极间的距离与图6至图8所示的实例相比也变得更大，从而与图6至图8所示的实例相比，能够减小控制电极和信号电极间的寄生电容。
<2.另一实施方式>
在根据上述实施方式的变容元件中，一对信号电极和一对控制电极在电介质构件中在面内方向上形成于大致同一平面上，并且由于信号电极和控制电极间的距离变小，在信号电极和控制电极间产生杂散电容。图9示出了此状态。图9为从上面观看时根据前述实施方式的变容元件的电介质构件的透视图。
在根据前述实施方式的变容元件中，当信号电极和控制电极间的距离变小时，在信号电极和控制电极间除可变电容区14外的区域产生杂散电容(寄生电容)，如图9中箭头所示。更具体地，杂散电容产生在信号电极的长边侧的端部和控制电极最靠近信号电极该端部的长边侧的端部之间。当以这种方式在信号电极和控制电极之间产生杂散电容时，变容元件的电容可变范围变小。
由于上述原因，在本实施方式中，描述了可分别地设计信号端子之间的耐压特性和控制端子之间的耐压特性、同时可消除信号电极和控制电极之间产生的杂散电容的上述问题的变容元件。
[变容元件的构造]
根据本实施方式的变容元件的整体构造与前述实施方式的构造(图1)相同，尽管未示出，但根据本实施方式的变容元件设置有例如长方体形状的电介质构件、一对信号端子以及一对控制端子。各端子的设置也与前述实施方式相同。然而，本实施方式中，仅对前述实施方式的电介质构件的构造做了修改。因此，本部分仅给出电介质构件的构造的描述。
图10A和图10B示出了根据本实施方式的电介质构件的构造实例。图10A为电介质构件的外部透视图，而图10B为从图10A中y方向观看时电介质构件的侧视图。在图10A和图10B中，与前述实施方式(图2)相同的构件使用相同的参考数字和字母。在图10A中，图的从左向右的方向定义为x方向，图的从下向上的方向定义为z方向，图的从前向后的方向定义为y方向。
电介质构件31构造为有电介质构件主体11，以及形成于其内的一对信号电极12a和12b(第一和第二信号电极)、一对控制电极13a和13b(第一和第二控制电极)和4个低介电层32(第二介电层)。
电介质构件主体11由例如与前述实施方式相同的相对介电常数大于1000的铁电材料形成。第一和第二信号电极12a和12b以及第一和第二控制电极13a和13b具有与前述实施方式相同的构造和设置方式。
图11示出了第一和第二信号电极12a和12b以及第一和第二控制电极13a和13b的上表面的配置图。第一和第二信号电极12a和12b沿图中的x方向设置并间隔预定距离，第一和第二控制电极13a和13b沿图中的y方向设置并间隔预定距离。第一和第二信号电极12a和12b以及第一和第二控制电极13a和13b在电介质构件31的面内方向上设置在大致同一平面上。在本实施方式中，第一和第二信号电极12a和12b间的对向距离ds(电极距离)被配置为大于相对的第一和第二控制电极13a和13b间的距离dr。然而，本发明实施方式不限于此，根据其应用等，相对的信号电极间的距离ds也可等于或小于相对的控制电极间的距离(ds≤dr)。
一对信号电极12a和12b以及一对控制电极13a和13b的设置实例不限于此。信号电极彼此相对的方向和控制电极彼此相对的方向也可不垂直，而是相互交叉。
4个低介电层32是具有例如矩形形状的上表面的层，以及用以减小上述信号电极和控制电极间的杂散电容的层。各低介电层32由具有比电介质构件主体11的介电常数(相对介电常数)明显小的介电常数(相对介电常数)的电介质材料形成。例如，其由相对介电常数等于或小于10的电介质材料形成。作为形成低介电层32的材料，从易于制造变容元件的角度来考虑，优选使用能够以与各电极相同的涂布方式(丝网印刷等)形成的材料。满足这些条件的电介质材料可包括，例如，氧化铝体系、硅酸镁体系等。在本实施方式中，4个低介电层32具有与信号电极和控制电极的厚度相同程度的厚度。
图12示出了本实施方式中4个低介电层32的上表面的配置图。在本实施方式中，4个低介电层32在电介质构件31的面内方向上设置在与一对信号电极12a和12b以及一对控制电极13a和13b大致相同的平面上。4个低介电层32形成在一对信号电极12a和12b、一对控制电极13a和13b以及可变电容区14(第一介电层)以外的区域内。更具体地，在本实施方式中，低介电层32形成在由信号电极长边侧的端部、控制电极最接近于信号电极该端部的长边侧的端部以及电介质构件31的侧面围绕的区域内。通过以如此方式设置，能够减小在信号电极长边侧的端部和控制电极最接近于信号电极该端部的长边侧的端部之间产生的杂散电容。
然而，低介电层32的设置不限于图12的实例。低介电层32也可设置在任意区域内，只要该区域中在与信号电极和控制电极大致相同的平面内产生了信号电极和控制电极之间的杂散电容即可。
[变容元件的制造方法]
下面，将参考图13和图14，简要描述本实施方式的变容元件的制造方法。图13为本实施方式的电介质构件31的分解透视图，图14A为用于形成信号电极和控制电极的掩模的顶视图，图14B为用于形成低介电层32的掩模的顶视图。
首先，制备由与形成前述实施方式中的电介质构件的材料相同的铁电材料形成的第一电介质片11a(介电层)。并且，制备如图14A所示在与要形成信号电极和控制电极的区域相应的区域内设置有开口部34、其他区域内设置有丝网区35的电极形成掩模33。并且，制备如图14B所示在要形成低介电层32的区域相应的区域内设置有开口部37、其他区域内设置有丝网区38的低介电层形成掩模36。
接着，通过将例如Pd、Pd/Ag、Ni等的金属微粉末制成浆料而制备导电浆料，将导电浆料经由电极形成掩模33涂布(丝网印刷等)在第一电介质片11a上。这样，在第一电介质片11a的一个表面上形成了第一和第二信号电极12a和12b以及第一和第二控制电极13a和13b。
接着，将包括相对介电常数例如为10以下的低电介质的浆料材料经由低介电层形成掩模36涂布于第一电介质片11a上。这样，在第一电介质片11a形成有第一和第二信号电极12a和12b以及第一和第二控制电极13a和13b的表面上形成了4个低介电层32。
接着，将由与形成前述实施方式中描述的电介质构件的材料相同的铁电材料形成的第二电介质片11b层压于第一电介质片11a形成电极的表面上，以进行热压。然后，在还原性气氛中高温烧结所热压的构件，以结合第一和第二电介质片11a和11b、信号电极、控制电极以及低介电层32。在本实施方式中，以此方式制造了面内交叉型变容元件。
上述用于制造根据本实施方式的电介质构件31的电极形成掩模33(图14A)也可使用如图15A和图15B所示的两个掩模来构成。图15A所示的掩模39在与要形成低介电层32的区域对应的区域内设置有丝网印刷区40。图15B所示的掩模41在与可变电容区14附近对应的区域内形成有丝网印刷区42。图15A和图15B所示的两个掩模可通过重叠使用，从而能够构成与图14A所示的电极形成掩模33同样的掩模图案。
图15A中的掩模39具有图14B所示的低介电层形成掩模36的开口部的反转图案，用于制造低介电层形成掩模36的掩模数据可用来制造掩模39。因此，在使用图15A和图15B所示的两个掩模构成电极形成掩模33的情况下，易于制造电极形成掩模。
[变容元件的动作]
图16示出了从上面观看时根据本实施方式的变容元件内的电介质构件31的透视图。在本实施方式中，与前述实施方式相同，分别地设置一对信号电极12a和12b(端子)和一对控制电极13a和13b(端子)。在本实施方式中，各个电极被设置为一对信号电极12a和12b彼此相对的方向与一对控制电极13a和13b彼此相对的方向垂直。从而，一对信号电极12a和12b间的信号电容器的电容值能够由一对控制电极13a和13b间产生的控制场来控制。
因此，在本实施方式中，与前述实施方式相同，可以分别地为信号电极和控制电极设定相对介电常数、电极区域以及电极间距这三个确定电容量的要素。即，根据本实施方式，可以分别地设计信号电极间的耐压性能和控制电极间的耐压性能，从而能够在不考虑对于信号电压的耐压性能的情况下设定控制端子之间的控制场的灵敏度。此外，根据本实施方式，可提供通过输入至信号端子之间的信号电平来保持电容量不变的变容元件。
此外，在本实施方式中，由于一对信号电极12a和12b以及一对控制电极13a和13b形成在电介质构件31中的同一平面上，因此，同前述实施方式一样，能够消除当层压电介质片时由于各电极的对准误差而产生的上述问题。
而且，在本实施方式中，由于在电介质构件31中低介电层32形成在与形成有信号电极和控制电极的平面相同的平面上的信号电极和控制电极之间，因此能够使在信号电极和控制电极间产生的杂散电容(图16中的箭头)减小。因此，本实施方式中，可以抑制因杂散电容引起的变容元件的性能劣化(例如，电容量可变范围减小等)。
[第一修改例]
减小信号电极和控制电极间产生的杂散电容的变容元件的构造不限于上述的第二个实施方式的构造实例。图17示出了减小信号电极和控制电极间产生的杂散电容的变容元件的另一构造实例(第一修改例)。图17是从上面观看时第一修改例的变容元件的电介质构件的透视图。图17中，与上述的第二个实施方式(图16)相同的构件用相同的参考数字和字母标记。
比较图16和图17可见，本实例中的电介质构件51除对低介电层52做了修改外，具有与上述的第二实施方式相同的构造。因此，本部分仅描述低介电层52的构造。
在本实例中，同上述的第二实施方式一样，4个低介电层52形成在可变电容区14以外的区域内。低介电层52由与形成上述的第二实施方式的低介电层32的材料相同的低电介质材料形成。
本实例中，各个低介电层52均具有例如大致矩形形状的上表面，并且在其4个角部区域中的最接近可变电容区14的角部区域处设置有伸向可变电容区14的凸部52a(下称为保护区52a)。从而，将保护区52a设置在信号电极与控制电极相对的角部区域之间。
如上所述，在本实例的变容元件中，低电介质材料形成的保护区52a形成在信号电极和控制电极之间最短距离的区域中。因此，在本实例中，能够更多地减小信号电极和控制电极间产生的杂散电容，并可以抑制由杂散电容引起的变容元件的性能劣化(例如，电容量可变范围减小等)。
[第二修改例]
图18示出了减小信号电极和控制电极间产生的杂散电容的变容元件的另一构造实例(第二修改例)。图18是从上面观看时第二修改例的变容元件中电介质构件的透视图。图18中，与第一修改例(图17)相同的构件用相同的参考数字和字母标记。
比较图17和图18可见，本实例中的电介质构件61除了对一对信号电极62a和62b(第一和第二信号电极)以及一对控制电极63a和63b(第一和第二控制电极)的构造做了修改外，具有与第一修改例相同的构造。因此，本部分仅描述信号电极和控制电极的构造。
本实例中，第一和第二信号电极62a和62b均由上表面例如为大致矩形形状的电极构成，同上述的第二个实施方式一样，两者均被设置为具有分开预定间隔而彼此相对的短边侧的端部。在图18所示的实例中，第一和第二信号电极62a和62b在x方向上彼此相对。
第一和第二控制电极63a和63b均由上表面例如为大致矩形形状的电极构成。同上述的第二个实施方式一样，第一和第二控制电极63a和63b被设置为具有分开预定间隔而彼此相对的短边侧的端部，且其相对的方向垂直于第一和第二信号电极62a和62b相对的方向。即，在图18所示的实例中，第一和第二控制电极63a和63b在y方向上彼此相对。那么，在本实例中，同上述的第二个实施方式一样，第一和第二信号电极62a和62b以及第一和第二控制电极63a和63b也在电介质构件61的面内方向上设置在大致同一平面内。
此外，在本实例中，各电极靠近可变电容区14的末端部的形状被设置为电极宽度朝向可变电容区14变窄(凸部)。即，电极形状为在信号电极和控制电极相对的且夹有低介电层52的保护区52a的区域内未设置角部区域。
如上所述，在根据本实例的变容元件中，由于同第一修改例一样，低介电层52的保护区52a形成在信号电极和控制电极之间最短距离的区域中，因此能够更多地减小信号电极和控制电极间产生的杂散电容。
而且，在本实例中，由于在信号电极和控制电极相对的且夹有低介电层52的保护区52a的区域内未形成角部区域，因此可避免信号电极和控制电极之间该区域内的场集中，从而更多地减小杂散电容。
而且，在本实例中，由于形成低介电层52中的保护区52a的区域比第一修改例中的宽，因此更易于形成低介电层52。
[第三修改例]
尽管上述的第二个实施方式以及第一和第二修改例中给出了在除一对信号电极、一对控制电极以及可变电容区以外的区域内形成低介电层的实例的描述，但是本发明的实施方式不限于此。例如，低介电层也可构成为覆盖除可变电容区以外的区域。图19A和图19B示出了这样的变容元件的构造实例(第三修改例)。图19A为本实例的变容元件的电介质构件的分解透视图，图19B为从上面观看时本实例的电介质构件的透视图。在图19A和图19B中，与上述的第二个实施方式(图13)相同的构件用相同的参考数字和字母标记。
比较图19A和图13可见，本实例中电介质构件70除对上述的第二个实施方式的电介质构件31的低介电层做了修改外，其他构造与上述的第二个实施方式相同。因此，本部分仅描述低介电层的构造。
本实例中的电介质构件70设置有两个低介电层71和72。在本实施方式中，两个低介电层71和72具有相同构造。低介电层72为片状构件，具有与第二电介质片11b(或第一电介质片11a)相同程度的宽度和长度。开口部72a形成在对应于变容元件的可变电容区14的区域内。低介电层72的厚度与电极厚度程度相同。
在本实例中，如图19A所示，第一和第二信号电极12a和12b以及第一和第二控制电极13a和13b设置在两个低介电层71和72之间。因此，在根据本实例的电介质构件70中，通过结合各层，低介电层形成为包裹除可变电容区14外的各电极的上下表面和长边侧表面。
如上所述，在根据本实例的变容元件中，低介电层不仅形成在信号电极和控制电极的侧表面之间，还形成在各电极的上下表面与电介质构件主体之间。因此，在根据本实例的变容元件中，能够减小经由电介质构件主体在信号电极和控制电极之间产生的杂散电容。从而，在本实例中，与上述的第二个实施方式以及第一和第二修改例相比，可以更多地减小杂散电容。
尽管第三修改例中给出了在信号电极和控制电极的上下表面上形成低介电层的实例的描述，但是本发明的实施方式不限于此。这样的低介电层也可仅形成在信号电极和控制电极的上表面和下表面之一上。
[第四修改例]
尽管上述的第二实施方式以及第一至第三修改例中给出了将信号电极和控制电极在电介质构件的面内方向上设置在大致同一平面上的类型的描述，即在面内交叉型变容元件中形成低介电层的实例，但是本发明的实施方式不限于此。例如，低介电层也可用于图6至图8所示的厚度方向交叉型变容元件。在第四修改例中，给出了具有低介电层的厚度方向交叉型变容元件的构造实例的描述。
在描述根据本实例的变容元件的具体构造前，先简要说明厚度方向交叉型变容元件中杂散电容的产生方式。图20示出厚度方向交叉型变容元件中杂散电容的产生方式。在这种类型的变容元件中，由于第一和第二控制电极22和27之间的距离变得更小，所以如图20中实线箭头所示，在除可变电容区30外的区域内，以信号电极和控制电极之间的电介质构件20的厚度方向而产生杂散电容。在这种情况下，同面内交叉型变容元件一样，也存在变容元件的电容量可变范围变小的问题。
图21A和图21B示出了第四修改例的厚度方向交叉型变容元件的构造实例。图21A为根据本实例的变容元件的电介质构件的分解透视图，而图21B为从图21A中的y方向观看时电介质构件的分解侧视图。
根据本实例的变容元件的电介质构件80设置有表面上形成有第一控制电极82的第一电介质片81、表面上形成有一对低介电层84的第二电介质片83、以及表面上形成有一对信号电极86和87的第三电介质片85。电介质构件80还设置有表面上形成有一对低介电层89的第四电介质片88、表面上形成有第二控制电极91的第五电介质片90、以及覆盖第二控制电极91的第六电介质片92。
在本实例中，第二至第六电介质片依次层压在第一电介质片81上，且在各电介质片之间夹有电极或低介电层而进行层压。然后，在层压了各电介质片的状态下，同上述的第二个实施方式一样，进行热压和高温烧结以结合电介质片、电极和低介电层，从而形成电介质构件80。各电介质片可由与形成上述第一个实施方式的电介质构件的材料相同的铁电材料形成。各电极也可由与形成上述第一个实施方式的信号电极和控制电极的材料相同的材料形成。各低介电层可由与形成上述第二个实施方式的低介电层的材料相同的材料形成，且其厚度可与各电极程度相同。
图22A至图22E示出了根据本实例的形成在各电介质片上的电极或低介电层的结构。图22A为第五电介质片90的顶视图，图22B为第四电介质片88的顶视图，图22C为第三电介质片85的顶视图，图22D为第二电介质片83的顶视图，以及图22E为第一电介质片81的顶视图。
如图22A所示，在第五电介质片90上，第二控制电极91形成为从一个长边侧的端部的中心沿着短边侧方向(图20A中的y方向)延伸。
如图22B所示，在第四电介质片88上，一对低介电层89形成为具有例如矩形等形状的上表面并以预定间隔分离，并且设置在第四电介质片88的短边侧的两个端部附近。优选地，一对低介电层89之间的距离设定为等于或大于第二控制电极91(或第一控制电极82)的宽度，且小于一对信号电极86和87之间的距离。在本实例中，表面上形成有一对低介电层89的第四电介质片88具有与表面上形成有一对低介电层84的第二电介质片83相同的构造(参考图22D)。
如图22C所示，在第三电介质片85上，一对信号电极86和87形成为具有例如矩形等形状的上表面并以预定间隔分离，并且设置在第三电介质片85的短边侧的两个端部附近。该对信号电极86和87之间的距离优选设定为等于或大于第一控制电极82(或第二控制电极91)的宽度。图22C的实例中，该对信号电极86和87具有相同的构造。
如图22E所示，在第一电介质片81上，第一控制电极82形成为从另一长边侧的端部的中心沿着短边侧方向(图22E中的y方向)延伸，并且具有例如矩形形状的上表面。在本实例中，第一和第二控制电极82和91具有相同的构造。
图23A和图23B示出了本实例中在层压各电介质片以进行结合后的电介质构件80的构造。图23A为电介质构件80的示意性截面图，图23B为从其上面观看时电介质构件80的透视图。在本实例中，当层压具有如图22A至图22E所示构造的电极或低介电层的各电介质片以进行结合时，第一和第二控制电极82和91被设置为在电介质构件80的厚度方向(图23A中的z方向)上彼此相对。相反，一对信号电极86和87在电介质构件80的面内方向上设置在同一平面上且彼此相对。
在本实例中，在电介质构件80的厚度方向上，在信号电极和控制电极间的中间位置处分别地形成低介电层84和89，并且低介电层84和89的末端部附近被分别地设置在控制电极的长边侧端部和信号电极最接近于该端部的末端部之间。这种情况下，能够减小控制电极的长边侧端部和信号电极最接近于该端部的末端部之间产生的杂散电容。因此，在根据本实例的变容元件中，可更多地抑制因信号电极和控制电极间产生的杂散电容而引起的变容元件的性能劣化(例如，电容量可变范围缩小等)。
在根据本实例的变容元件中，同上述实施方式相同，分别地设置一对信号电极86和87以及一对控制电极82和91。各电极设置为一对信号电极86和87相对的方向垂直于一对控制电极82和91相对的方向。从而，产生的控制场的方向与该对信号电极86和87间产生的信号场的方向交叉，以控制该对信号电极86和87间的电容量。
因此，在本实例中，同上述实施方式相同，也能够分别地设计信号端子间的耐压性能和控制端子间的耐压性能，从而可以在不考虑对于信号电压的耐压性能的情况下设定控制端子之间的控制场的灵敏度。在本实例中，同上述实施方式相同，可提供通过输入至信号端子之间的信号电平来保持电容量不变的变容元件。
[第五修改例]
在第五修改例中，给出了具有低介电层的厚度方向交叉型变容元件的又一构造实例的描述。
图24A和图24B示出了根据第五修改例的厚度方向交叉型变容元件的构造实例。图24A为根据本实例的变容元件的电介质构件的分解透视图，而图24B为从图24A中的y方向观看时的分解侧视图。在图24A和图24B中，与第四修改例(图21A和21B)相同的构件用相同的参考数字标记。
根据本实例的变容元件的电介质构件95设置有表面上形成有第一控制电极82的第一电介质片96，表面上依次形成有一对低介电层84、一对信号电极86和87以及一对低介电层89的第二电介质片97。电介质构件95还设置有表面上形成有第二控制电极91的第三电介质片98，以及覆盖第二控制电极91的第四电介质片99。
比较图24A和图24B以及图21A和图21B可见，本实例的电介质构件80具有这样的构造，其中省略了根据第四修改例的第三和第四电介质片85和88，而直接在一对低介电层84上依次形成一对信号电极86和87以及一对低介电层89。其他结构与第四修改例类似。
图25示出了在层压各电介质片以进行结合后本实例中的电介质构件95的示意性截面图。通过层压上述各电介质片以进行结合，一对信号电极86和87处于直接夹持于一对低介电层84和一对低介电层89之间的状态。
在根据本实例的结构中，同第四修改例相同，在电介质构件95的厚度方向上在信号电极和控制电极之间分别地形成低介电层84和89。因此，在本实例中，同第四修改例相同，可通过低介电层减小信号电极和控制电极间产生的杂散电容，并抑制杂散电容对变容元件性能的影响。
此外，由于根据本实例的变容元件的控制电极间的电介质片的数量比第四修改例中的少，因此与第四修改例相比，控制电极之间的距离能够更小。因此，在根据本实例的变容元件中，能够以比第四修改例更低的电压进行驱动。然而，从变容元件制造方法的容易性来看，更容易在各电介质片上分别地形成各电极和低介电层(如第四修改例的变容元件中那样)。即，第四修改例的变容元件能够比第五修改例更简单地制造出来。
[第六修改例]
尽管用第四和第五修改例中描述的厚度方向交叉型变容元件示出了从变容元件的上面观看时具有两个控制电极重叠的区域的构造实例，但是本发明实施方式不限于此。在根据第四或第五修改例的变容元件的构造中，一对控制电极也可构造为从变容元件的上面观看时两个控制电极不重叠(第六修改例)。
例如，从变容元件的上面观看时一对控制电极和一对信号电极的设置被配置为同上述的第一个实施方式(图3A和图3B)相同，并且在形成有一对信号电极的介电层的上面和下面的介电层上分别地形成一对控制电极。这种情况下，一对控制电极间产生的控制场方向相对于变容元件的厚度和面内方向倾斜。从而在这种结构中，不仅能够获得与第四和第五修改例相同的效果，还能够获得比第四和第五修改例更大的控制电极和信号电极之间的距离，从而可使寄生电容更小。
<3.又一实施方式>
根据上述的本发明实施方式的变容元件适用于各种电子设备。在又一实施方式中，描述了根据本发明上述任一实施方式的变容元件应用于例如液晶电视等使用的冷阴极荧光灯(CCFL)背光(电子设备)的反相电路的构造实例。
图26示出了根据本实施方式的CCFL背光的反相电路的示意性电路构造。反相电路100被构造有，例如，CCFL 101、变容元件102、控制电压电源103(控制电压供给单元)、升压变压器104以及驱动电路105。
变容元件102可采用上述实施方式以及第一至第五修改例中描述的任意的四端子变容元件。尽管变容元件102在图26中表示为二端可变电容器，但其实际上设置有一对信号端子(未示出)和一对控制端子(未示出)。
变容元件102的一控制端子连接至控制电压电源103的正极端，而另一控制端子连接至控制电压电源103的负极端。从而，变容元件102的电容量由控制电压电源103来控制。变容元件102的一个信号端子连接至CCFL 101的一端子，另一信号端子连接至升压变压器104。图26所示的变容元件102用作镇流电容器。
CCFL 101的另一端子连接至升压变压器104。升压变压器104通过驱动电路105连接并由驱动电路105进行驱动。
在上述结构的反相电路中，由升压变压器104放大的高压交流电压经由构成镇流电容器的变容元件102而施加至CCFL 101。升压变压器104的输出电压通常为大约1500V、50kHz的交流电压，流入CCFL 101的电流为5mA至10mA。
尽管图26中示出的反相电路的实例中示出了设置有一个CCFL101的构造，但是该构造也可包含两个并联驱动的CCFL 101。在这种情况下，当并联驱动两个CCFL 101时，使用变容元件102以分隔这两个CCFL 101。作为具有此构造的元件，除了电容器外也可使用例如变压器。
尽管为了降低成本，在CCFL背光中使用了镇流电容器，但其有如下不足：CCFL 101的电容量的变化以及与周边金属间的杂散电容的不同会导致各CCFL 101中的电流变化和亮度不均。
与此相反，在本实施方式中，从与用作镇流电容器的变容元件102的控制端子连接的控制电压电源103施加直流电压，以调节变容元件102的电容值。因此，在其中安装有这样的变容元件102的CCFL背光中，可通过调节变容元件102的电容值来保持CCFL 101的亮度均匀。
在本实施方式中，由于上述任一实施方式以及第一至第五修改例中的变容元件可用作镇流电容器，因此能够在保持变容元件的信号端子的耐压的同时，以低控制电压驱动变容元件。例如，变容元件102的电容值可用约为升压变压器104的输出电压的1/100至1/300的控制电压来调节。
在根据本实施方式的变容元件102中，如上所述，独立地设置信号端子和控制端子。因此，即使在调节电容量时将直流电压施加到变容元件的控制端子的情况下，直流电压也不会施加到与变容元件的信号端子连接的升压变压器104以及CCFL 101。因此，在本实施方式中，电容量调整期间升压变压器104的变压器线圈不会流入过大电流，这样在实施变容元件102时，可通过施加控制电压至变容元件102而调节电容量。
除上述又一实施方式所述的电子设备外，根据本发明实施方式的变容元件也适用于其他各种电子设备，同样的，在不影响电子设备中的其他电路而实施变容元件102的时候，可将电容量调节至期望值。例如，通过使用根据本发明实施方式的变容元件，能够调整由运输电子设备时组件的变化等原因引起的电子设备的频率漂移。
另外，在例如非接触IC(集成电路)卡等中应用根据本发明实施方式的任意的变容元件的情况下，变容元件也可用作保护电路。更具体地，可使用根据本发明实施方式的变容元件作为保护电路，来避免当非接触IC卡靠近读写器时因接收信号过大而引起的低耐压半导体装置形成的控制电路的损坏。然而，在这种情况下，通过对所接收到的交流信号进行整流而获得的直流电压受到非接触IC卡内例如串联多个电阻器的电路的电阻分压，经过电阻分压的直流电压用作变容元件的控制电压。
即，在根据本发明实施方式的电子设备中，变容元件的控制电压的供给机构(控制电压供给单元)不限于上述的第二个实施方式的控制电压电源。例如在将根据本发明实施方式的变容元件用作诸如非接触IC卡的电子设备的情况下，也可使用从输入的交流信号产生和提供控制电压的电路作为控制电压的供给机构。
本领域普通技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种变更、组合、子组合以及变形，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (6)

1.一种变容元件，包括：
介电层；
一对信号电极，各自设置于所述介电层的同一面上，并彼此相对；以及
一对控制电极，各自设置于所述介电层的所述同一面上，并在与所述一对信号电极彼此相对的方向交叉的方向上彼此相对，
其中，所述介电层由介电常数因直流电压的施加而变化的电介质材料形成。
2.根据权利要求1所述的变容元件，其中，所述一对信号电极之间的距离不同于所述一对控制电极之间的距离。
3.根据权利要求2所述的变容元件，其中，所述一对信号电极之间的距离大于所述一对控制电极之间的距离。
4.一种变容元件，包括：
一对信号电极，设置为在预定方向上彼此相对；
一对控制电极，设置为在与所述预定方向交叉的方向上彼此相对；
第一介电层，设置在所述一对信号电极之间并且设置在所述一对控制电极之间；以及
第二介电层，具有比所述第一介电层的介电常数低的介电常数，并且设置在所述信号电极和所述控制电极之间，
其中，所述第一介电层和所述第二介电层由介电常数因直流电压的施加而变化的电介质材料形成，并且
所述一对信号电极、所述一对控制电极以及所述第二介电层在所述第一介电层的面内方向上设置。
5.一种电子设备，包括：
变容元件，其具有：介电层；一对信号电极，各自设置于所述介电层的同一面上，并且彼此相对；以及一对控制电极，各自设置于所述介电层的所述同一面上，并且在与所述一对信号电极彼此相对的方向交叉的方向上彼此相对；其中，所述介电层由介电常数因直流电压的施加而变化的电介质材料形成，以及
控制电压供给单元，向所述一对控制电极供给控制电压。
6.一种电子设备，包括：
变容元件，其具有：一对信号电极，设置为在预定方向上彼此相对；一对控制电极，设置为在与所述预定方向交叉的方向上彼此相对；第一介电层，设置在所述一对信号电极之间并且设置在所述一对控制电极之间；以及第二介电层，具有比所述第一介电层的介电常数低的介电常数，并且设置在所述信号电极和所述控制电极之间；其中，所述第一介电层和所述第二介电层由介电常数因直流电压的施加而变化的电介质材料形成，并且所述一对信号电极、所述一对控制电极以及所述第二介电层在所述第一介电层的面内方向上设置，以及
控制电压供给单元，向所述一对控制电极供给控制电压。
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