DE102005019886B4

DE102005019886B4 - Variabler Kodensator und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102005019886B4
Application number: DE102005019886A
Authority: DE
Inventors: Takeaki Kawasaki Shimanouchi; Tadashi Kawasaki Nakatani; Masahiko Kawasaki Imai; Anh Tuan Kawasaki Nguyen; Satoshi Kawasaki Ueda
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2025-04-29
Also published as: CN1815646A; KR100699957B1; US20070039147A1; US20060171097A1; US7307827B2; TWI271758B; JP2006210843A; KR20060087984A; CN1815646B; DE102005019886A1; TW200627488A

Abstract

Variabler Kondensator, dessen Kapazität durch Änderung des Abstandes zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden (1, 2) verändert wird, wobei beide der zwei einander gegenüberliegenden Elektroden (1, 2) beweglich sind und wobei eine dielektrische Schicht (3) zwischen den zwei Elektroden (1, 2) angeordnet ist, und eine (1) oder beide (1, 2) der zwei Elektroden (1, 2) einen konvexen Abschnitt und/oder einen konkaven Abschnitt aufweist/aufweisen derart, dass, wenn der Abstand zwischen den beiden Elektroden (1, 2) verkürzt wird, zur Ausbildung eines Kontaktteils zunächst Teile der zwei Elektroden (1, 2) miteinander in Kontakt gelangen, wobei die dielektrische Schicht (3) dazwischen ist, und dann der Kontaktbereich vom Kontaktteil als Ursprung allmählich zunimmt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen variablen Kondensator und ein Verfahren zur Herstellung desselben, und betrifft insbesondere einen variablen Kondensator unter Einsatz von MEMS-Techniken (Mikro-Elektromechanisches System) und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Ein variabler Kondensator ist eine wichtige Komponente elektrischer Schaltkreise, einschließlich eines Oszillators mit variabler Frequenz, eines geregelten Verstärkers, eines Phasenschiebers, einer Impedanzanspassungsschaltung usw., und in jüngerer Zeit enthält eine zunehmende Anzahl an tragbaren Vorrichtungen einen variablen Kondensator. Im Vergleich zu Varactordioden, welche heutzutage hauptsächlich verwendet werden, weist ein variabler Kondensator, der unter Einsatz von MEMS-Techniken hergestellt ist, den Vorteil auf, dass bei einem geringen Verlust der Q-Wert erhöht werden kann, und deshalb besteht eine hohe Notwendigkeit, den variablen Kondensator weiterzuentwickeln (siehe bspw. die veröffentlichte japanische Patentanmeldung 2003-188049 und 09-162074).

Allgemein weist ein variabler Kondensator zwei sich gegenüberliegende Elektroden auf, wobei eine der beiden die bewegliche Elektrode ist, und die Kapazität wird durch Änderung des Abstands zwischen der beiden gegenüberliegenden Elektroden verandert, indem die bewegliche Elektrode mit einem Antrieb angesteuert wird.

WO 03/106326 A2 zeigt einen variablen Kondensator, dessen Kapazität durch Änderung des Abstandes zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden verändert wird, wobei beide der zwei einander gegenüberliegenden Elektroden beweglich sind, und wobei eine dielektrische Schicht zwischen den zwei Elektroden angeordnet ist.

US 2003/0151879 A1 zeigt gewellte Oberflächen an Kondensatoroberflächen, allerdings verschlechtern darin diese Welligkeiten die elektrischen Charakteristik, so dass darauf abgezielt wird, derartige Unregelmäßigkeiten zu verhindern.

US 21 79 068 , WO 01/45127 A1, US 66 25 004 B1 und DE 25 13 785 A1 gehören auch zum Stand der Technik.

1 ist ein Strukturdiagramm eines typischen herkömmlichen variablen Kondensators gezeigt. Eine feste Elektrode 41 ist auf einem Substrat 44 angebracht, und eine bewegliche Elektrode 42 wird von einem Substrat 44 elastisch getragen, und ist zur festen Elektrode 41 gerichtet. In 1 ist funktionell eine Feder 51 veranschaulicht, um diese elastische Stütze zu verdeutlichen. Durch Einstellen einer zwischen der festen Elektrode 41 und der beweglichen Elektrode 42 anzulegenden Spannung wird die Balance zwischen der elektrostatischen Anziehungskraft, die zwischen den zwei Elektroden 41, 42 erzeugt wird, und der Stärke der Feder 51 geregelt, und ein zufälliger Abstand d wird zwischen den beiden Elektroden 41 und 42 gewährleistet. Darüber hinaus wird durch Änderung des Abstands d eine gewünschte elektrostatische Kapazität erhalten.

Der herkömmliche variable Kondensator, der in 1 gezeigt ist, weist die folgenden Probleme auf: Wenn der Abstand d zwischen den beiden Elektroden 41 und 42 auf zwei Drittel des Ursprungswertes oder weniger verringert wird, tritt ein Einzugsphänomen auf, und die bewegliche Elektrode 42 wird plötzlich angezogen und gelangt in Kontakt mit der festen Elektrode 41, und folglich tritt zwischen den beiden Elektroden 41 und 42 ein Kurzschluss auf. Aus diesem Grund kann bei einem variablen Kondensator mit einer solchen Struktur, da der Abstand d zwischen den beiden Elektroden 41 und 42 bis auf zwei Drittel des Anfangswertes verringert werden kann, die Kapazität nur bis zum 1,5-fachen des anfänglichen Wertes verändert werden.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Beim variablen Kondensator nach Anspruch 1 kommen, wenn der Abstand zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Elektroden verkürzt wird, zunächst Teile der beiden Elektroden in Kontakt miteinander, wobei die dielektrische Schicht dazwischen liegt, und dann nimmt der Kontaktbereich allmählich gegenüber dem ursprünglichen Kontaktteil zu. In dieser Struktur wird es ermöglicht, eine große Kapazität und eine große Kapazitätsänderung zu erhalten, ohne dass ein Einzugsphänomen auftritt.

Bei dem variablen Kondensator gemäß Anspruch 1 ist es auch möglich, da mindestens eine der beiden Elektroden einen konvexen Abschnitt und/oder einen konkaven Abschnitt aufweist, auf einfache Weise eine Struktur zu erhalten, bei der Teile der beiden Elektroden miteinander in Kontakt gelangen, wobei die dielektrische Schicht dazwischen liegt, wenn der Abstand zwischen den beiden Elektroden verkürzt wird.

Bei dem Verfahren des Herstellens eines variablen Kondensators gemäß Anspruch 7 kann, indem bspw. ein dielektrischer Film mit einer Zugspannung auf einen Elektrodenfilm, welcher eine Kompressionsspannung aufweist, aufgebracht wird, eine Struktur mit einem konkaven Zentrum leicht erzeugt werden. Da der Elektrodenfilm und der dielektrische Film, welche entgegengesetzte Spannungsrichtungen aufweisen, aufeinander aufgebracht werden, kann auf einfache Weise eine Elektrode mit einem konvexen oder konkaven Zentrum erzeugt werden.

Beim Verfahren zum Herstellen eines variablen Kondensators gemäß Anspruch 8 wird eine Opferschicht auf einem Substrat ausgebildet, ein konvexes Photolackmuster wird auf der Opferschicht ausgebildet, ein Elektrodenfilm wird über der Opferschicht und dem Photolackmuster ausgebildet, und dann werden die Opferschicht und das Photolackmuster entfernt. Demgemäß kann leicht eine Elektrode mit einer teilweisen konvexen Form erzeugt werden.

Die obige Aufgabe und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Strukturdiagramm eines typischen herkömmlichen variablen Kondensators;
2 ist eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen variablen Kondensator;
3 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen variablen Kondensators;
die 4A bis 4C sind Strukturdiagramme der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der ersten Ausführungsform;
5 ist ein Strukturdaigramm der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der zweiten Ausführungsform;
6 ist ein Strukturdiagramm der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der dritten Ausführungsform;
7 ist ein Strukturdiagramm der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der vierten Ausführungsform;
8 ist ein Strukturdiagramm der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der fünften Ausführungsform;
9 ist ein Strukturdiagramm der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der sechsten Ausführungsform;
10 ist ein Strukturdiagramm der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der siebten Ausführungsform;
11 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Verfahren zur Herstellung einer beweglichen Elektrode zeigt;
12 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Verfahren zur Herstellung einer beweglichen Elektrode zeigt;
die 13A bis 13D sind Querschnittsansichten, welche ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung einer beweglichen Elektrode zeigen; und
die 14A bis 14C sind Strukturdiagramme der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der achten Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende Beschriebung erläutert die Erfindung spezifisch mit Bezug auf die Zeichnungen. 2 ist eine Draufsicht auf einen variablen Kondensator gemäß der Erfindung, und 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht desselben variablen Kondensators.
In den 2 und 3 bezeichnet das Bezugszeichen 4 ein Substrat aus Silicon, Glas, einem Verbundhalbleiter oder dergleichen. Eine kreuzförmige Öffnung 31 ist im Zentrum des Substrats 4 ausgebildet, und eine Isolationsschicht 32 ist auf der oberen Oberfläche 4 angeordnet. In den 2 und 3 bzeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 eine untere bewegliche Elektrode bzw. eine obere bewegliche Elektrode, wobei beide bspw. aus Aluminium hergestellt sind.
Die bewegliche Elektrode 1 weist Schienenabschnitte 1a, 1a auf beiden Seiten auf, und einen Kondensatorabschnitt 1b im Zentrum, und ein Ende eines Schienenabschnitts 1a ist mit einem Signalblock 33 verbunden, und ein Ende des anderen Schienenabschnitts 1a ist auf der Isolationsschicht 32 mit dieser verbunden und elektrisch von einer geerdeten Elektrode 34 getrennt. Die bewegliche Elektrode 1 wird durch das Substrat 4 an diesen Enden gestützt, und der andere Teil der beweglichen Elektrode 1 mit Ausnahme dieser Enden ist über der Öffnung 31 positioniert. Andererseits weist die bewegliche Elektrode 2 Schienenabschnitte 2a, 2a auf beiden Seiten auf, und einen Kondensatorabschnitt 2b im Zentrum, und die Enden der beiden Schienenabschnitte 2a sind mit der geerdeten Elektrode 34 verbunden. Die bewegliche Elektrode 2 wird an diesen Enden durch das Substrat gestützt, und der andere Teil der beweglichen Elektrode 2 mit Ausnahme dieser Enden ist über der Öffnung 31 positioniert.
Diese beweglichen Elektroden 1 und 2 sind in Kreuzform entsprechend der Öffnung 31 des Substrats 4 angeordnet, und der Kondensatorabschnitt 1b der beweglichen Elektrode 1 und der Kondensatorabschnitt 2b der beweglichen Elektrode 2 sind zueinander hin gerichtet, wobei eine Luftschicht dazwischen ist. Diese zueinander gerichteten Kondensatorabschnitte 1b und 2b wirken als Kondensator. Es ist anzumerken, dass die bewegliche Elektrode 1 und die bewegliche Elektrode 2, welche elektrisch gegeneinander isoliert sind, in einem Zustand verwendet werden können, in dem sie oberhalb der Erde driften, wobei jedoch zum Reduzieren dieser Driftkapazität die bewegliche Elektrode 2 mit der geerdeten Elektrode 34 verbunden ist.
Eine Leistungsversorgungsschaltung 35 ist zwischen dem Block 33 und der geerdeten Elektrode 34 vorhanden, um eine Spannung zwischen dem Signalblock 33 (bewegliche Elektrode 1) und der geerdeten Elektrode 34 (bewegliche Elektrode 2) anzulegen. Durch Anlegen einer Spannung zwischen der beweglichen Elektrode 1 und der beweglichen Elektrode 2 durch die Leistungsversorgungsschaltung 35 wird der Abstand zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 durch die elektrostatische Anziehungskraft gesteuert, welche durch die beiden Elektroden 1 und 2 erzeugt wird. Darüber hinaus wird durch Einstellen des Abstands zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 die gewünschte elektrostatische Kapazität erhalten.
(Erste Ausführungsform)
Die 4A bis 4C sind Strukturdiagramme der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der ersten Ausführungsform. Wie in 4A gezeigt, werden die bewegliche Elektrode 1 und die bewegliche Elektrode 2 elastisch durch das Substrat 4 getragen, so dass ihre Kondensatorabschnitte 1b und 2b zueinander gerichtet sind. Die obere bewegliche Elektrode 2 ist flach, aber die untere bewegliche Elektrode 1 ist konvex deformiert. Auf der Außenoberfläche der beweglichen Elektrode 1 auf derjenigen Seite, die zur beweglichen Elektrode 2 gerichtet ist, ist eine dielektrische Schicht 3, bspw. aus Aluminiumoxid, angeordnet. Es ist anzumerken, dass die Schienenabschnitte 1a, 1a der beweglichen Elektrode 1 und die Schienenabschnitte 2a, 2a der beweglichen Elektrode 2 als Federelemente wirken, und in den 4A bis 4C sind funktionell Federn 11 und 12 veranschaulicht, um diese elastische Abstützung zu verdeutlichen.
Durch Einstellen einer Spannung, die zwischen der beweglichen Elektrode 1 und der beweglichen Elektrode 2 anzulegen ist, wird ein zufälliger Abstand zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 durch die elektrostatische Anziehungskraft gewährleistet, welche durch die beiden Elektroden 1 und 2 erzeugt wird, und die gewünschte elektrostatische Kapazität wird durch Änderung des Abstands erhalten.
Wenn der Abstand zwischen der beweglichen Elektrode 1 und der beweglichen Elektrode 2 durch Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Elektorden 1 und 2 verkürzt wird, indem eine Spannung zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 angelegt wird, kommen zunächst aufgrund der Tatsache, dass die bewegliche Elektrode 1 konvex ist, am Zentrum ein Teil der beweglichen Elektrode 1 und ein Teil der beweglichen Elektrode 2 miteinander in Kontakt, wobei die dielektrische Schicht 3 dazwischen liegt (4B). Dann gelangen die bewegliche Elektrode 2 und die dielektrische Schicht 3 (bewegliche Elektrode 1) allmählich ausgehend vom Kontaktteil zum Umfang hin miteinander in Kontakt, und der Kontaktbereich nimmt allmählich zu (4C).
Die Federkonstate der Federn 11 und 12, welche die bewegliche Elektrode 1 oder die bewegliche Elektrode 2 tragen, ist kleiner eingestellt als die Federkonstante der beweglichen Elektrode 1 (Kondensatorabschnitt 1b) oder der beweglichen Elektrode 2 (Kondensatorabschnitt 2b). Deshalb ist es, wenn eine Spannung zwischen der beweglichen Elektrode 1 und der beweglichen Elektrode 2 angelegt wird, wie in 4B gezeigt, möglich, eine Kapazitätsänderung zu erhalten, bis die bewegliche Elektrode 1 und die bewegliche Elektrode 2 miteinander in Kontakt gelangen, da eine Balance zwischen der Federkonstante der Federn 11 und 12, welche die jeweiligen Elektroden 1 und 2 stützen, und der elektrostatischen Anziehungskraft zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 besteht. Darüber hinaus ist es, wenn eine Spannung zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 angelegt wird, wie in 4C gezeigt, möglich, eine Kapazitätsänderung aufgrund der Balance zwischen der Federkonstante der beweglichen Elektrode 1 oder 2 und der elektrostatischen Anziehungskraft zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 zu erhalten.
Eine elektrostatische Anziehungskraft F, welche darauf hinwirkt, das Intervall zwischen den zueinander gerichteten parallelen Platten zu verringern, wird durch die nachstehende Gleichung (1) angegeben. Je kleiner der Abstand d zwischen den Elektroden ist, desto größer ist die erzeugte elektrostatische Anziehungskraft F, und deshalb ist, wenn der Abstand d zwischen den Elektroden gering ist, eine kleinere anzulegende Spannung nötig, um die elektrostatische Anziehungskraft F derselben Größe zu erhalten. F = Sε0εrV2/2d2 (1)wobei gilt: S: Fläche der Elektroden; d: Abstand zwischen den Elektroden; ε₀: Dielektrizitätskonstante in Vakuum; ε_r: relative Dielektrizitätskonstante zwischen den Elektroden; V: angelegte Spannung.
Der Abstand zwischen den beiden Elektroden 1 und 2, der in den 4B oder 4C gezeigt ist, ist an demjenigen Teil, an dem sich die beiden Elektroden 1 und 2 berühren, gleich 0, und der Abstand ist sehr nahe an 0 an dessen Umfang, und somit ist es in diesen Teilen möglich zu bewirken, dass die beiden Elektroden 1 und 2 auf Grund einer nur kleinen angelegten Spannung miteinander in Kontakt gelangen. Da die elektrosatische Kapazität C durch die nachstehende Gleichung (2) ausgedrückt wird, ist die elektrostatische Kapazität C umso größer, je kleiner der Abstand d zwischen den Elektroden ist, und eine Änderung des Abstands zwischen den Elektroden im Bereich, in dem der Abstand d zwischen den Elektroden klein ist, überträgt sich als große Kapazitätsänderung. C = ε0εrS/d (2)
Aus den vorstehend dargelegten Gründen kann ein erfindungsgemäßer variabler Kondensator sowohl eine große elektrostatische Kapazität als auch eine große elektostatische Kapazitätsänderung durch eine kleine Antriebsspannung gewährleisten. Darüber hinaus ist es möglich, die Größe im Vergleich zu einem herkömmlichen variablen Kondensator zu verringern, wobei die gleiche elektrostatische Kapazität gewährleistet bleibt.
Da die beweglichen Elektroden 1 und 2, die den variablen Kondensator bilden, selbst Federeigenschaften besitzen, wird das Auftreten einer Klebeerscheinung zwischen den beiden Elektroden verringert. Mit Bezug auf das Klebephänomen wird, wenn eine hydrophobe Behandlung mit der Oberfläche durchgeführt wird, indem ein hydrophobes Agens, bspw. Dimethyldichlorsilan oder Octadecyltrichlorsilan auf den Kontaktteil aufgebracht wird, der Einfluss der Feuchigkeit in der umgebenden Atmosphäre der Kondensatorabschnitte 1b und 2b blockiert, und deshalb ist es möglich, das Klebephänomen weiter zu verringern. Eine hydrophobe Behandlung kann auf die Oberfläche durch Einsatz von Plasma aus Chlorfluorcarbonsystemgas durchgeführt werden.
(Zweite Ausführungsform)
5 ist ein Strukturdiagramm der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der zweiten Ausführungsform. In 5 sind die gleichen Teile wie in den 4A bis 4C mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In der in 5 gezeigten zweiten Ausführungsform ist die obere bewegliche Elektrode 2 flach, aber die untere bewegliche Elektrode 1 ist konkav deformiert. In diesem Beispiel kommen die beiden Elektroden 1 und 2 miteinander zunächst am Umfang in Kontakt, und dann nimmt der Kontaktbereich gegen das Zentrum hin zu. Die zweite Ausführungsform erzeugt den gleichen Effekt wie die ersten Ausführungsform.
(Dritte Ausführungsform)
6 ein Strukturdiagramm der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der dritten Ausführungsform. In 6 sind die gleichen Teile wie in den 4A bis 4C mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In der dritten Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, sind sowohl die obere bewegliche Elektrode 2 als auch die untere bewegliche Elektrode 1 konvex deformiert. In diesem Beispiel kommen die beiden Elektroden 1 und 2, ähnlich der ersten Ausführungsform, miteinander zunächst im Zentrum in Kontakt, und dann nimmt der Kontaktbereich gegen die Umfangsseite zu. Die dritte Ausführungsform erzeugt auch den gleichen Effekt wie die erste Ausführungsform.
(Vierte Ausführungsform)
7 ein Strukturdiagramm der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der vierten Ausführungsform. In 7 sind die gleichen Teile wie in den 4A bis 4C mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Bei der in 7 gezeigten vierten Ausführungsform, sind sowohl die obere bewegliche Elektrode 2 als auch die untere bewegliche Elektrode 1 konvex deformiert. In diesem Beispiel kommen die beiden Elektroden 1 und 2, ähnlich der zweiten Ausführungsform, zunächst am Umfang miteinander in Kontakt, und dann nimmt der Kontaktbereich gegen das Zentrum hin zu. Die vierte Ausführungsform erzeugt auch den gleichen Effekte wie die erste Ausführungsform.
(Fünfte Ausführungsform)
8 ein Strukturdiagramm der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der fünften Ausführungsform. In 8 sind die gleichen Teile wie in den 4A bis 4C mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In der fünften Ausführungsform, die in 8 gezeigt ist, ist die untere bewegliche Elektrode 1 konvex deformiert und die obere bewegliche Elektrode 2 ist konkav deformiert. Die fünfte Ausführungsform erzeugt auch den gleichen Effekt wie die erste Ausführungsform. In der fünften Ausführungsform sind die konvexe Form der beweglichen Elektrode 1 und die konkave Form der beweglichen Elektrode 2 vorzugsweise unterschiedlich ausgebildet, d.h. die Krümmungen derselben unterscheiden sich vorzugweise voneinander, um zu verhindern, dass die beiden Elektroden 1 und 2 miteinander gleichzeitig über dem gesamten Bereich in Kontakt gelangen.
(Sechste Ausführungsform)
9 ein Strukturdiagramm der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der sechsten Ausführungsform. In 9 sind die gleichen Teile wie in den 4A bis 4C mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In den vorstehend beschriebenen ersten bis fünften Ausführungsformen weisen die beweglichen Elektroden als Ganzes eine konvexe oder konkave Form auf, wohingegen bei der in 9 gezeigten sechsten Ausführungsform die obere bewegliche Elektrode 2 vollständig flach ist, wobei die untere bewegliche Elektrode 1 aus einer flachen Elektrode hergestellt ist, welche partiell konvex deformiert ist. In diesem Beispiel kommen die bieden Elektroden 1 und 2 zunächst am konvexen Abschnitt miteinander in Kontakt, und dann nimmt der Kontaktbereich gegen den Umfang hin zu. Die sechste Ausführungsform erzeugt auch den gleichen Effekt wie die erste Ausführungsform.
(Siebte Ausführungsform)
10 ein Strukturdiagramm der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der siebten Ausführungsform. In 10 sind die gleichen Teile wie in den 4A bis 4C mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In der in 10 gezeigten siebten Ausführungsform ist die obere bewegliche Elektrode 2 im Wesentlichen flach, aber die untere bewegliche Elektrode 1 weist eine Wellenform mit einem konvexen Abschnitt und einem konkaven Abschnitt in Abwechslung auf. In diesem Beispiel kommen die beiden Elektroden 1 und 2 zunächst miteinander am konvexen Abschnitt in Kontakt, und dann nimmt der Kontaktbereich gegen den Umfang hin zu. Die siebte Ausführungsform erzeugt auch den gleichen Effekt wie die erste Ausführungsform.
Die folgende Beschreibung erläutert ein Verfahren zum Herstellen einer solchen konvexen Form und konkaven Form. Wenn eine bewegliche Elektrode aus einer einzelnen Schicht besteht, d.h., wenn keine dielektrische Schicht auf der Oberfläche angeordnet ist, kann eine konvexe Form oder eine konkave Form erzeugt werden, indem die Filmabscheidetechnik, die Verdampfungstemperatur usw. beim Ausbilden der Elektrode gesteuert werden.
Im Fall einer beweglichen Elektrode mit einer darauf angeordneten dielektrischen Schicht ist es möglich, eine konvexe Form oder eine konkave Form zu erzeugen, indem eine unterschiedliche interne Spannung oder ein unterschiedlicher thermischer Expansionskoeffizient bei den eingesetzten Materialien genutzt wird. Bspw. kann durch Verwendung eines Materials mit einer Kompressionsspannung als Material der beweglichen Elektrode 1 und eines Materials mit einer Zugspannung als Material der dielektrischen Schicht 3 zum Ausbilden des Elektrodenfilms 13 und eines dielektrischen Films 14 aus diesen Materialien, wie in 11 gezeigt, die Struktur mit einem konkaven Zentrum, wie in den zweiten und vierten Ausführungsformen beschrieben, erzeugt werden.
Darüber hinaus ist es, wie in 12 gezeigt, auch möglich, eine teilweise konvexe oder konkave Form zu erzeugen, in dem die Filmdicke der beweglichen Elektrode 1 und/oder der dielektrischen Schicht 3 teilweise verändert werden.
Die 13A bis 13D sind Querschnittsansichten, welche ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung einer beweglichen Elektrode zeigen. Bspw. wird eine Opferschicht 22 auf einem Substrat 21, das bspw. aus Siliciumoxid besteht, ausgebildet, und ein Photolackmuster 23 wird auf der Opferschicht 22 ausgebildet (13A). Nach dem Deformieren des Musters des Photolacks 23 in konvexe Form durch Wärmebehandlung (13B) wird ein Elektrodenfilm 24, der bspw. aus Aluminium hergestellt ist, ausgebildet, um die Opferschicht 22 und die Photolackschicht 23 zu bedecken (13C). Schließlich wird durch Entfernen der Opferschicht 22 und der Widerstandschicht 23 eine bewegliche Elektrode mit einer teilweisen konvexen Form erhalten (13D).
(Achte Ausführungsform)
Die 14A bis 14C sind Strukturdiagramme der wesentlichen Abschnitte eines variablen Kondensators gemäß der achten Ausführungsform. In den 14A bis 14C sind die gleichen Teile wie in den 4A bis 4C mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Anders als bei den vorstehend beschriebenen ersten bis siebten Ausführungsformen, bei denen eine konvexe Form oder eine konkave Form in der beweglichen Elektroden 1 und/oder in der beweglichen Elektrode 2 ausgebildet wird, sind bei der achten Ausführungsform sowohl die bewegliche Elektrode 1 als auch die bewegliche Elektrode 2 Plattenelektroden.
Wie in 14A gezeigt, werden die bewegliche Elektrode 1 und die bewegliche Elektrode 2 elastisch durch das Substrat 4 gestützt, so dass ihre Kondensatorabschnitte 1b und 2b zueinander gerichtet sind. Die bewegliche Elektrode 1 und die bewegliche Elektrode 2 sind nicht parallel und die beiden Elektroden 1 und 2 sind so angeordnet, dass die bewegliche Elektrode 1 in Bezug auf die bewegliche Elektrode 2 verdreht ist.
Wenn der Abstand zwischen der beweglichen Elektrode 1 und der beweglichen Elektrode 2 durch Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 verkürzt wird, kommen zunächst ein Teil der beweglichen Elektrode 1 und ein Teil der beweglichen Elektrode 2 (in 14B links) miteinander in Kontakt, wobei die dielektrische Schicht 3 zwischen ihnen ist, da die bewegliche Elektrode 1 in Bezug auf die bewegliche Elektrode 2 geneigt wird. Dann gelangen die bewegliche Elektrode 2 und die dielektrische Schicht 3 (bewegliche Elektrode 1) miteinander fortschreitend vom Kontaktteil ausgehend in Kontakt, und der Kontaktbereich nimmt allmählich zu (14C). Die achte Ausführungsform erzeugt auch den gleichen Effekt wie die erste Ausführungsform.
Es ist anzumerken, dass bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, obwohl die dielektrische Schicht 3 auf der unteren beweglichen Elektrode 1 angebracht ist, die dielektrische Schicht 3 auch auf der Oberfläche der oberen beweglichen Elektrode 2 angebracht werden kann, und zwar auf derjenigen Seite, die gegen die bewegliche Elektrode 1 gerichtet ist. Alternativ dazu kann es möglich sein, die dielektrische Schicht 3 auf den Außenoberflächen sowohl der beweglichen Elektrode 1 als auch der beweglichen Elektrode 2 aufzubringen. Es ist anzumerken, dass in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, obwohl die dielektrische Schicht 3 auf der gesamten Oberfläche der Elektrode 1 und/oder 2 aufgebracht ist, die dielektrische Schicht 3 auf einem Teil der Oberfläche der Elektrode 1 und/oder 2 aufgebracht werden kann. Als Ergebnis davon spielt die Form der dielektrischen Schicht 3 keine Rolle, solange ein Kurzschluss zwischen den Elektroden 1 und 2 verhindert wird. Das Anordnen der dielektrischen Schicht 3 auf der beweglichen Elektrode 1 und/oder der beweglichen Elektrode 2 ist nicht wesentlich, und es kann ein zufälliges Verfahren dazu verwendet werden, die dielektrische Schicht 3 anzubringen, solange die dielektrische Schicht 3 zwischen der beweglichen Elektrode 1 und der beweglichen Elektrode 2 vorhanden ist, wenn die Elektroden 1 und 2 miteinander in Kontakt gelangen.
Obwohl jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen Fälle erläutert, bei denen beide einander entgegengesetzten Elektroden bewegliche Elektroden sind, ist die die vorliegende Erfindung auch auf die Struktur anwendbar, gemäß der eine der Elektroden eine feste Elektrode ist und die andere eine bewegliche Elektrode.
Darüber hinaus kann es, obwohl die Struktur unter Einsatz eines elektrostatischen Antriebs zum Ändern des Abstands zwischen den beiden zueinander gerichteten Elektroden erläutert wurde, möglich sein, andere Antriebsmittel einzusetzen, bspw. einen piezoelektrischen Antrieb, einen thermischen Antrieb und einen elektromagnetischen Antrieb.
Obwohl jedes Beispiel einen variablen Kondensator erläutert, bei dem sowohl die Kapazitätsänderung, bevor die beiden einander gegenüberliegenden Elektroden in Kontakt miteinander kommen, und die Kapazitätsänderung, während der Kontaktbereich vom Kontaktteil als Ursprung aus zunimmt, eingesetzt werden, kann der variable Kondensator auch nur unter Einsatz der Kapazitätsänderung, während der Kontaktbereich zunimmt, arbeiten.
Bei einem variablen Kondensator gemäß der vorliegenden Erifndung gelangen, wenn der Abstand zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Elektroden verkürzt wird, Teile der beiden Elektroden miteinander in Kontakt, wobei eine dielektrische Schicht dazwischen liegt, und der Kontaktbereich nimmt allmählich vom Kontaktteil des Ursprungs aus zu. Gemäß dieser Struktur können eine hohe Kapazität und eine große Kapazitätsänderung erhalten werden, ohne durch ein Einzugsphänomen beeinflusst zu werden.
Bei einem erfindungsgemäßen variablen Kondensator ist es, da eine oder beide der beiden Elektroden einen konvexen Abschnitt und/oder einen konkaven Abschnitt aufweisen, möglich, auf einfache Weise eine Struktur zu erreichen, in der Teile der beiden Elektroden miteinander in Kontakt gelangen, wobei eine dielektrische Schicht dazwischen ist, wenn der Abstand zwischen den beiden Elektroden verkürzt wird.
Bei einem erfindungsgemäßen variablen Kondensator ist es, da eine der beiden Elektroden in Bezug auf die andere Elektrode geneigt wird, möglich, auf einfache Weise eine Struktur zu erhalten, in der Teile der beiden Elektroden miteinander in Kontakt gelangen, wobei eine dielektrische Schicht dazwischen ist, wenn der Abstand zwischen den beiden Elektroden verkürzt wird.
Bei einem erfindungsgemäßen variablen Kondensator kann, da die dielektrische Schicht, die zwischen die beiden einander gegenüberliegenden Elektroden zu setzen ist, auf mindestens einer der Außenoberfläche einer der Elektroden angeordnet ist, die dielektrische Schicht zum Verhindern eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden auf stabile Weise vorgegeben werden kann.
Bei einem erfindungsgemäßen variablen Kondensator ist es, da die Außenoberflächen der beiden zueinander gerichteten Elektroden und/oder die Außenoberfläche der dielektrischen Schicht einer hydrophoben Behandlung unterzogen wurde, möglich, das Auftreten des Klebephänomens zwischen den beiden Elektroden zu verringern.
Bei einem erfindungsgemäßen variablen Kondensator ist es, da der konvexe Abschnitt und/oder der konkave Abschnitt als Federn verwendet werden, wenn der Abstand zwischen den beiden zueinander gerichteten Elektroden verändert wird, möglich, den Kontakt des konvexen Abschnitts und/oder des konkaven Abschnitts als Ursprung zu vergrößern.
Bei einem erfindungsgemäßen variablen Kondensator können, da der konvexe Abschnitt und/oder der konkave Abschnitt der beiden zueinander gerichteten Elektroden unter Verwendung einer unterschiedlichen internen Spannung oder eines unterschiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten zwischen den Materialien ausgebildet werden, der konvexe Abschnitt und/oder der konkave Abschnitt leichter ausgebildet werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines variablen Kondensators kann auf einfache Weise eine Elektrode mit einem konvexen oder konkaven Zentrum erzeugt werden, da ein Elektrodenfilm und ein dielektrischer Film mit unterschiedlichen Spannungsrichtungen aufeinander aufgebracht werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines variablen Kondensators wird eine Opferschicht auf einem Substrat ausgebildet, ein konvexes Photolackmuster wird auf der Opferschicht ausgebildet, ein Elektrodenfilm wird ausgebildet, um die Opferschicht und die Widerstandsschicht zu bedecken, und dann werden die Opferschicht und die Widerstandsschicht entfernt. Dementsprechend ist es möglich, eine Elektrode mit einer teilweise konvexen Form auf einfache Weise zu erzeugen.

Claims

Variabler Kondensator, dessen Kapazität durch Änderung des Abstandes zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden (1, 2) verändert wird, wobei beide der zwei einander gegenüberliegenden Elektroden (1, 2) beweglich sind und wobei eine dielektrische Schicht (3) zwischen den zwei Elektroden (1, 2) angeordnet ist, und eine (1) oder beide (1, 2) der zwei Elektroden (1, 2) einen konvexen Abschnitt und/oder einen konkaven Abschnitt aufweist/aufweisen derart, dass, wenn der Abstand zwischen den beiden Elektroden (1, 2) verkürzt wird, zur Ausbildung eines Kontaktteils zunächst Teile der zwei Elektroden (1, 2) miteinander in Kontakt gelangen, wobei die dielektrische Schicht (3) dazwischen ist, und dann der Kontaktbereich vom Kontaktteil als Ursprung allmählich zunimmt.
Variabler Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode (1) in Bezug auf die andere Elektrode (2) geneigt ist.
Variabler Kondensator nach Ansprüche 1 oder 2, wobei die dielektrische Schicht (3) auf einer Außenoberfläche einer (1) oder beider (1, 2) der zwei Elektroden (1, 2) angeordnet ist.
Variabler Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Außenoberflächen der Elektroden (1, 2) und/oder eine Außenoberfläche der dielektrischen Schicht (3) einer hydrophoben Behandlung unterzogen wurden.
Variabler Kondensator nach Anspruch 1, wobei der konvexe Abschnitt und/oder der konkave Abschnitt als Federn bei der Änderung des Abstandes zwischen den beiden Elektroden wirken.
Variabler Kondensator nach Anspruch 1, wobei der konvexe Abschnitt und/oder der konkave Abschnitt unter Einsatz einer unterschiedlichen internen Spannung oder eines unterschiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten zwischen den Materialien ausgebildet werden.
Verfahren zum Herstellen eines variablen Kondensators, dessen Kapazität durch Änderung des Abstandes zwischen zwei zueinander gerichteten Elektroden (1, 2) verändert wird, wobei beide der zwei einander gegenüberliegenden Elektroden (1, 2) beweglich sind, aufweisend den Schritt des Erzeugens eines konvexen Abschnitts und/oder eines konkaven Abschnitts an einer (1) oder beiden (1, 2) der zwei Elektroden (1, 2) durch das jeweilige Stapelns eines Elektrodenfilms (13), welcher die jeweilige Elektrode (1) bildet, und eines jeweiligen dielektrischen Films (14), welcher eine interne Spannung oder einen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, welche/welcher von demjenigen/derjenigen des jeweiligen Elektrodenfilms (13) verschieden ist.
Verfahren zum Herstellen eines variablen Kondensators, dessen Kapazität durch Änderung des Abstands zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden (1, 2) verändert wird, wobei beide der zwei einander gegenüberliegenden Elektroden (1, 2) beweglich sind, aufweisend die folgenden Schritte: Ausbilden einer Opferschicht (22) auf einem Substrat (21); Ausbilden eines konvexen Photolackmusters (23) auf der Opferschicht (22); Ausbilden eines Elektrodenfilms (24) der die Elektrode (1) bildet, auf der Opferschicht (22) und dem Photolackmuster (23); und dem Photolackmuster (23); und Entfernen der Opferschicht (22) und des Photolackmusters (22).