DE112004002785T5 - Variabler Kondensator und Herstellungsverfahren davon - Google Patents

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Abstract

Ein variabler Kondensator mit bewegbaren Elektroden, die sich einander gegenüberliegen, und umfassend:
ein Substrat, bewegbare Elektroden, welche erste Elektrodenabschnitte und zweite Elektrodenabschnitte besitzen, und eine Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren, welche die bewegbaren Elektroden steuern; wobei sich die bewegbaren Elektroden einander gegenüberliegen, um einen Kondensator zu formen, und die bewegbare Elektrode mit einem Signalbelag leitend verbunden ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung betrifft einen variablen Kondensator und ein Herstellungsverfahren davon und insbesondere einen variablen Kondensator, der eine elektro-mechanische Mikrosystem- (MEMS, engl. Micro Electro Mechanical System) Technologie verwendet und gegenüberliegende, bewegbare Elektroden besitzt, und ein Herstellungsverfahren davon,
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein variabler Kondensator ist ein wichtiges Bauteil in elektrischen Schaltungen, wie z.B. einem variablen Frequenzoszillator, einem Resonanzverstärker, einem Phasenschieber, einer Impedanzanpassungsschaltung und Ähnlichem, und in den letzten Jahren war die Verwendung in tragbaren Vorrichtungen ansteigend. Im Vergleich zu Varaktordioden, die heutzutage hauptsächlich verwendet werden, besitzen variable Kondensatoren, die mittels einer MEMS-Technologie hergestellt werden, den Vorteil eines geringeren Verlustes und eines höheren Q-Werts, weshalb die Entwicklung schnell fortschreitet.
  • 1(a) ist eine Querschnittansicht und 1(b) ist eine Draufsicht, welche den Aufbau eines herkömmlichen variablen Kondensators zeigen (siehe beispielsweise Nichtpatentdokument 1). Dieser variable Kondensator ist so aufgebaut, dass ein bewegbares Elektrodensubstrat 11, welches einen piezoelektrischen Aktuator 12 vom unimorphen Typ und eine bewegbare Elektrode 13 besitzt, und ein feststehendes Elektrodensubstrat 15, auf welchem eine feststehende Elektrode 16 montiert ist, mittels Löthöckern 14 verbunden sind, so dass sich die bewegbare Elektrode 13 und die feststehende Elektrode 16 einander gegenüberliegen, Der piezoelektrische Aktuator 12 steuert und bewegt die bewegbare Elektrode 13, und die Kapazität des Kondensators wird durch Variieren des Abstands zwischen der bewegbaren Elektrode 13 und der feststehenden Elektrode 16 gesteuert.
  • [Nichtpatentdokument 1]
  • Jan Y. Park, et al., "MICROMACHINED RF MEMS TUNABLE CAPACITORS USING PIEZOELECTRIC ACTUATORS", IEEE International Microwave Symposium, 2001.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Jedoch besitzt der herkömmliche, variable Kondensator, der oben beschrieben wird, Probleme, wie nachfolgend beschrieben wird. Die bewegbare Elektrode 13 und die feststehende Elektrode 16 sind mittels Löthöckern 14 verbunden, wodurch der Abstand zwischen den Elektroden durch die Löthöcker 14 geregelt ist, und es ist nicht möglich, diesen Abstand auf einen Zustand nahe "0" zu verringern, ebenso wie es für die elektrostatische Kapazität des Kondensators nicht möglich ist groß zu werden, wenn der piezoelektrische Aktuator 12 in seinem anfänglichen Zustand ist.
  • Die elektrostatische Kapazität C des Kondensators und der Abstand d zwischen den Elektroden des Kondensators haben das Verhältnis C = ε0εrS/d (ε0: Dielektrizitätskonstante im Vakuum, εr: relative Dielektrizitätskonstante, S = Oberflächenbereich der Elektroden), und dieses Verhältnis zwischen der elektrostatischen Kapazität C und dem Abstand d zwischen den Elektroden ist in 2 gezeigt. In 2 ist der Maßstab der vertikalen Achse und der horizontalen Achse durch das anfängliche C und d standardisiert. Wenn der Änderungsbetrag des piezoelektrischen Aktuators festgelegt ist, wird der prozentuale Anteil der Änderung der elektrostatischen Kapazität größer, wenn die Elektroden einander nahe sind, anders als wenn sie voneinander getrennt sind. Daher bedeutet die Tatsache, dass es für die elektrostatische Kapazität im anfänglichen Zustand nicht möglich ist groß zu werden (sie bleibt klein) auch, dass es für die Änderung der elektrostatischen Kapazität nicht möglich ist, groß zu werden (sie bleibt klein).
  • Wie in 1(b) gezeigt, sind in diesem herkömmlichen variablen Kondensator die bewegbare Elektrode 13 und der piezoelektrische Aktuator 12 durch einen Torsionsstab 17 verbunden, und die bewegbare Elektrode 13 und die Steuerelektrode für den piezoelektrischen Aktuator 12 sind zusammen integriert und elektrisch verbunden. Der schmale Torsionsstab 17 ist in der Leitung zu der bewegbaren Elektrode 13 des Kondensators enthalten, so dass es dort ein Problem gibt, indem dieser Bereich einen äquivalenten Reihenwiderstand (ESR, engl. equivalent series resistance) bildet und ein Widerstandsverlust auftritt; ferner arbeitet die Signalleitung, die mit dem variablen Kondensator elektrisch verbunden ist, auch als die Steuerelektrode für den piezoelektrischen Aktuator 12, so dass es, wenn diese Signalleitung mit dem dielektrischen piezoelektrischen Element in Kontakt kommt, ein Problem gibt, da ein dielektrischer Verlust auftritt und der Q-Wert sehr klein wird. Außerdem wird in der Leitung zu der bewegbaren Elektrode 13 keine Impedanzanpassung durchgeführt, so dass zugeführte Energie verloren geht, oder mit anderen Worten tritt auch ein Einfügungsverlust auf. Daher haben die Erfinder die technologische Entwicklung zum Lösen dieser Probleme vorangebracht.
  • Die Erfinder haben einen variablen Kondensator vorgeschlagen, der aus zwei gegenüberliegenden Elektroden aufgebaut ist, die beide durch einen piezoelektrischen Aktuator gesteuert werden (japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2004-127973). Bei dieser Art eines variablen Kondensators mit zwei bewegbaren Elektroden gibt es keine Löthöcker, wodurch es möglich ist, den Abstand zwi schen diesen beiden Elektroden auf einfache Weise zu verringern, und obwohl der Kondensator klein sein kann, ist es möglich, eine große elektrostatische Kapazität zu erreichen, und für die elektrostatische Kapazität ist es möglich, sich um einen großen Betrag zu verändern.
  • Unter Berücksichtigung der vorgenannten Probleme ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen variablen Kondensator und ein Herstellungsverfahren davon bereitzustellen, welcher in der Lage ist, die elektrostatische Kapazität des Kondensators zu erhöhen wie auch die prozentualen Anteil einer Änderung der elektrostatischen Kapazität zu erhöhen, obwohl der Kondensator klein ist, und welcher auch in der Lage ist, eine Feineinstellung der elektrostatischen Kapazität durchzuführen, und welcher einen hohen Q-Wert besitzt.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen variablen Kondensator und ein Herstellungsverfahren davon bereitzustellen, welcher in der Lage ist, einen Energieverlust (Einfügungsverlust) bei extern zugeführten Signalen zu vermeiden.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen variablen Kondensator und ein Herstellungsverfahren davon bereitzustellen, welcher in der Lage ist, eine große elektrostatische Kapazität und eine große Änderung der elektrostatischen Kapazität zu erreichen, selbst wenn die Steuerspannung des piezoelektrischen Aktuators gering ist.
  • Der variable Kondensator der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Substrat, bewegbare Elektroden mit ersten Elektrodenabschnitten und zweiten Elektrodenabschnitten und eine Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren, welche die bewegbaren Elektroden steuern; wobei sich die bewegbaren Elektroden einander gegenüberliegen, um einen Kondensator zu bilden, und die bewegbare Elektrode leitend mit einem Signalbelag verbunden ist.
  • In dieser Erfindung sind die bewegbaren Elektroden und die piezoelektrischen Aktuatoren, welche die bewegbaren Elektroden steuern, auf dem gleichen Substrat angeordnet, wodurch der Aufbau kompakt ist. Jede der bewegbaren Elektroden kann sich auch bewegen, wodurch es möglich ist, den Abstand zwischen den beiden bewegbaren Elektroden klein zu machen, ebenso wie es möglich ist, eine große elektrostatische Kapazität und eine große Änderung der elektrostatischen Kapazität zu erreichen und die elektrostatische Kapazität auf einfache Weise anzupassen. Außerdem, da die ersten Elektrodenabschnitte, die den Leitungen (Signalleitungen) entsprechen, welche zu den zweiten Elektrodenabschnitten laufen, die den Kondensator bilden, und die Steuerelektroden zum Steuern der piezoelektrischen Aktuatoren elektrisch getrennt sind, kommen die ersten Elektrodenabschnitte nicht mit den piezoelektrischen Elementen (hochdielektrischer Körper) der piezoelektrischen Aktuatoren in Kontakt, wodurch es möglich ist, einen Einfügungsverlust zu unterdrücken und einen Q-Wert zu erhöhen.
  • In dem variablen Kondensator der vorliegenden Erfindung besitzen die bewegbaren Elektroden die ersten Elektrodenabschnitte und die zweiten Elektrodenabschnitte, und die bewegbaren Elektroden sind so angeordnet, dass eine eine obere bewegbare Elektrode ist und die andere eine untere bewegbare Elektrode ist.
  • In dieser Erfindung ist kein schmaler Torsionsstab in den ersten Elektrodenabschnitten enthalten, welche den Leitungen zu den zweiten Elektrodenabschnitten entsprechen, die wie im Fall des Standes der Technik den Kondensator bilden, und da der äquivalenten Reihenwiderstand klein gehalten werden kann, ist es möglich, den Q-Wert zu erhöhen.
  • In dem variablen Kondensator der vorliegenden Erfindung enthält jeder der Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren Steuerelektroden und ein piezoelektrisches Element, das zwischen den Steuerelektroden angeordnet ist, und die Steuerelektroden sind von den bewegbaren Elektroden getrennt.
  • In dieser Erfindung sind die bewegbaren Elektroden für den Kondensator und die Steuerelektroden für die piezoelektrischen Aktuatoren so konstruiert, dass sie getrennt sind, wodurch die Leitungsabschnitte nicht mit den piezoelektrischen Elementen (hochdielektrische Körper) in Kontakt kommen, wie im Stand der Technik, und es möglich ist, den Q-Wert zu erhöhen.
  • In dem variablen Kondensator der vorliegenden Erfindung sind die piezoelektrischen Aktuatoren auf beiden Seiten der ersten Elektrodenabschnitte der bewegbaren Elektroden angeordnet, und Leitungen vom CPW-Typ werden durch die ersten Elektrodenabschnitte und die Steuerelektroden der piezoelektrischen Aktuatoren gebildet.
  • In dieser Erfindung ist es möglich, eine Impedanz durch Einstellen der Breite der ersten Elektrodenabschnitte der Leitungen vom CPW-Typ und des Raums zwischen den ersten Elektrodenabschnitten und den Steuerelektroden der piezoelektrischen Kondensatoren auf einfache Weise anzupassen, wodurch ein Einfügungsverlust eliminiert wird und es möglich ist, den Q-Wert zu erhöhen.
  • In dem variablen Kondensator der vorliegenden Erfindung ist eine dielektrische Schicht zwischen den zweiten Elektrodenabschnitten der bewegbaren Elektroden angeordnet, die sich einander gegenüberliegen.
  • In dieser Erfindung ist eine dielektrische Schicht zwischen den zweiten Elektrodenabschnitten angeordnet, welche den Kondensator bilden, wodurch es möglich ist, die elektrostatische Kapazität zu erhöhen wie auch den Betrag der Änderung der elektrostatischen Kapazität zu erhöhen.
  • In dem variablen Kondensator der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine der bewegbaren Elektroden mit einer Erdungselektrode verbunden.
  • In dieser Erfindung ist es durch Verbinden einer der bewegbaren Elektroden mit einer Erdungselektrode möglich, eine nicht geerdete Kapazität zu unterdrücken.
  • In dem variablen Kondensator der vorliegenden Erfindung sind der erste Elektrodenabschnitt und der Abschnittselektrodenabschnitt mindestens einer der bewegbaren Elektroden elektrisch getrennt.
  • In dieser Erfindung sind der erste Elektrodenabschnitt und der zweite Elektrodenabschnitt einer der bewegbaren Elektroden elektrisch getrennt, wodurch Signale, die einem der ersten Elektrodenabschnitte zugeführt werden, nicht durch den zweiten Elektrodenabschnitt zu dem anderen ersten Elektrodenabschnitt passieren und reflektiert werden, wodurch ein Energieverlust des zugeführten Signals (Einfügungsverlust) vermindert wird.
  • Der variable Kondensator der vorliegenden Erfindung ist ein variabler Kondensator mit bewegbaren Elektroden, die in der Richtung aufeinander zu bewegt werden können, und einer Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren, welche die bewegbaren Elektroden steuern, und umfasst: ein Spannungsanlegemittel zum Anlegen einer Spannung zwischen den bewegbaren Elektroden, welches so konstruiert ist, dass, wenn die bewegbaren Elektroden durch die piezoelektrischen Aktuatoren nahe aufeinander zu gesteuert wurden, das Spannungsanlegemittel eine Spannung zwischen den bewegbaren Elektroden anlegt.
  • In dieser Erfindung wird durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Paar bewegbarer Elektroden, wenn das Paar bewegbarer Elektroden durch die piezoelektrischen Aktuatoren nahe aufeinander zu gesteuert wurde, der Abstand zwischen den beiden bewegbaren Elektroden durch die elektrostatische Anziehung, die zwischen dem Paar bewegbarer Elektroden erzeugt wird, gleichmäßig kleiner gemacht.
  • Das Verfahren zum Herstellen eines variablen Kondensators der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines variablen Kondensators mit bewegbaren Elektroden, welche durch piezoelektrische Aktuatoren gesteuert werden, und umfasst: einen Prozess des Formens einer Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren auf einem Substrat; einen Prozess des Formens bewegbarer Elektroden mit ersten Elektrodenabschnitten und zweiten Elektrodenabschnitt auf dem Substrat; einen Prozess des Formens einer Opferschicht zum Formen eines Raums zwischen den bewegbaren Elektroden; einen Entfernungsprozess des Entfernens der Opferschicht; und einen Trennungsprozess des Abschneidens und Trennens der Abschnitte, bis auf die Endabschnitte der Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren und die Endabschnitte der ersten Elektrodenabschnitte der bewegbaren Elektroden, von dem Substrat.
  • In dieser Erfindung werden ein Paar bewegbarer Elektroden und die piezoelektrischen Aktuatoren, welche sie steuern, in einfacher Weise auf dem gleichen Substrat geformt.
  • Das Verfahren zum Herstellen eines variablen Kondensators der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines variablen Kondensators mit bewegbaren Elektroden, die durch piezoelektrische Aktuatoren gesteuert werden, und umfasst: einen Prozess des Formens einer Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren auf einem Substrat; einen Prozess des Formens bewegbarer Elektroden mit ersten Elektrodenabschnitten und zweiten Elektrodenabschnitt auf dem Substrat; einen Prozess des Formens einer dielektrischen Schicht zwischen den bewegbaren Elektroden; einen Prozess des Formens einer Opferschicht zum Formen eines Raums zwischen mindestens einer der bewegbaren Elektroden und der dielektrischen Schicht; einen Entfernungsprozess des Entfernens der Opferschicht; und einen Trennungsprozess des Abschneidens und Trennens der Abschnitten, bis auf die Endabschnitte der Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren und die Endabschnitte der ersten Elektrodenabschnitte der bewegbaren Elektroden, von dem Substrat.
  • In dieser Erfindung werden das Paar bewegbarer Elektroden, die piezoelektrischen Aktuatoren, welche sie steuern, und die dielektrische Schicht zwischen dem Paar bewegbarer Elektroden in einfacher Weise auf dem gleichen Substrat geformt.
  • In dem Verfahren zum Herstellen eines variablen Kondensators der vorliegenden Erfindung werden der Entfernungsprozess und der Trennungsprozess gleichzeitig durchgeführt.
  • In dieser Erfindung ist es durch das gleichzeitige Durchführen des Entfernungsprozesses des Entfernens der Opferschicht und des Trennungsprozesses des Abschneidens und Trennens der bewegbaren Elektroden und der piezoelektrischen Aktuatoren (bis auf die Endabschnitte) von dem Substrat möglich, eine Arbeitseffizienz zu verbessern.
  • Diese Erfindung kann einen variablen Kondensator bereitstellen, der eine exzellente Schlagfestigkeit besitzt, und für den es möglich ist, die elektrostatische Kapazität zu erhöhen wie auch den prozentualen Anteil einer Änderung der elektrostatischen Kapazität zu erhöhen, obwohl der Aufbau kompakt ist, und für den es möglich ist, eine Feineinstellung der elektrostatischen Kapazität durchzuführen.
  • Ferner sind die bewegbaren Elektroden und die piezoelektrischen Aktuatoren elektrisch getrennt, wird eine Torsionsstabkonstruktion vermieden, welche die Ursache eines äquivalenten Reihenwiderstands ist, und werden breite Leitungsabschnitte (erste Elektrodenabschnitte), die zu dem Kondensatorformungsabschnitt (zweite Elektrodenabschnitte) lau fen, beibehalten, wodurch es möglich ist, einen hohen Q-Wert zu erreichen.
  • Außerdem sind in dieser Erfindung der Kondensatorformungsabschnitt und die umgebenden Abschnitte über dem Substrat in der Luft schwebend angeordnet, wodurch eine Beeinflussung der Dielektrizitätskonstante des Substrats und Ähnliches vermieden wird, was es möglich macht, einen hohen Q-Wert zu erreichen.
  • Ferner sind in dieser Erfindung der erste Elektrodenabschnitt und der zweite Elektrodenabschnitt einer der bewegbaren Elektroden im Randabschnitt elektrisch getrennt, wodurch es möglich ist, einen Energieverlust (Einfügungsverlust) extern zugeführter Signale zu verhindern.
  • Des Weiteren wird in dieser Erfindung Spannung zwischen dem Paar bewegbarer Elektroden angelegt, nachdem das Paar bewegbarer Elektroden durch die piezoelektrischen Aktuatoren nahe zueinander gesteuert wurde, wodurch es möglich ist, den Abstand zwischen den beiden bewegbaren Elektroden durch die elektrostatische Anziehung, die zwischen dem Paar bewegbarer Elektroden erzeugt wird, weiter zu reduzieren, und somit ist es möglich, eine große elektrostatische Kapazität und eine große Änderung der elektrostatischen Kapazität zu erreichen.
  • Da ferner eine elektrostatische Anziehung erzeugt wird, wenn das Paar bewegbarer Elektroden durch die piezoelektrischen Aktuatoren nahe zueinander gesteuert wurde, ist es möglich, eine große elektrostatische Anziehung mit einer geringen Steuerspannung zu erzeugen.
  • BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Detail in Bezug auf die Zeichnungen erklärt werden. Die Erfindung ist nicht auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • 3 ist eine bildliche Darstellung des variablen Kondensators eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und 4 ist eine bildliche Explosionsdarstellung desgleichen. In der Figur ist 21 ein Substrat das geformt ist, indem ein zusammengesetzter Halbleiter verwendet wird. Eine kreuzförmige Öffnung 40 ist in dem Mittelabschnitt dieses Substrats 21 geformt, und eine Isolierschicht 23 ist auf der obersten Oberfläche des Substrats 21 geformt.
  • In der Figur ist 35 eine untere bewegbare Elektrode und ist 37 eine obere bewegbare Elektrode, wobei beide aus Aluminium (Al) hergestellt sind. Die untere bewegbare Elektrode 35 umfasst Leitungsabschnitte 35a, 35a an beiden Enden, um einen ersten Elektrodenabschnitt zu bilden, und einen mittlerer Kondensatorabschnitt 35b, um einen zweiten Elektrodenabschnitt zu bilden, wobei der Endabschnitt eines der Leitungsabschnitte 35a mit einem Signalbelag 45 verbunden ist, dem ein Signal von einer externen Hochfrequenzsignalquelle (nicht in der Figur gezeigt) zugeführt wird, und der Endabschnitt des anderen Leitungsabschnitts 35a ist mit der Isolierschicht 23 verbunden und ist von einer Erdungselektrode 44 elektrisch getrennt. Diese Endabschnitte stützen die untere bewegbare Elektrode 35 auf dem Substrat 21, und der Abschnitt der unteren bewegbaren Elektrode 35 außer diesen Endabschnitten ist über der Öffnung 40 angeordnet. Außerdem umfasst die obere bewegbare Elektrode 37 Leitungsabschnitte 37a, 37a an beiden Enden, um einen ersten Elektrodenabschnitt zu formen, und einen mittleren Kondensatorabschnitt 37b, um einen zweiten Elektrodenabschnitt zu formen, wobei die Endabschnitte der beiden Leitungsabschnitte 37a, 37a mit der Erdungselektrode 44 verbunden sind. Diese Endabschnitte stützen die obere bewegbare Elek trode 37 auf dem Substrat 21, und der Abschnitt der oberen bewegbaren Elektrode 37 außer diesen Endabschnitten ist über der Öffnung 40 angeordnet.
  • Die untere bewegbare Elektrode 35 und die obere bewegbare Elektrode 37 sind in einer Kreuzform angeordnet, die mit der Öffnung 40 des Substrats 21 übereinstimmt, so dass sich der Kondensatorabschnitt 35b der unteren bewegbaren Elektrode 35 und der Kondensatorabschnitt 37 der oberen bewegbaren Elektrode 37 durch eine Luftschicht einander gegenüberliegen. Der Kondensatorabschnitt 35b und der Kondensatorabschnitt 37b, die sich einander gegenüberliegen, arbeiten als ein Kondensator. Der Kondensatorabschnitt 35b und der Kondensatorabschnitt 37b, die elektrisch voneinander getrennt sind, können beide in einem über dem Boden schwebenden Zustand eingesetzt werden, jedoch wird, um eine nicht geerdete Kapazität zu unterdrücken, die obere bewegbare Elektrode 37 mit der Erdungselektrode 44 verbunden.
  • Die untere bewegbare Elektrode 35 und die obere bewegbare Elektrode 37 werden durch vier Aktuatoren 27a, 27b, 27c, 27d für die untere bewegbare Elektrode beziehungsweise vier Aktuatoren 29a, 29b, 29c, 29d für die obere bewegbare Elektrode gesteuert. Diese Aktuatoren 27a, 27b, 27c, 27d für die untere bewegbare Elektrode und diese Aktuatoren 29a, 29b, 29c, 29d für die obere bewegbare Elektrode sind zur Öffnung 40 des Substrats 21 gekehrt. Der Aktuator 27 für die untere bewegbare Elektrode (das Bezugszeichen 27 wird verwendet werden, wenn ein Aktuator für die untere bewegbare Elektrode als ein Repräsentant erklärt wird) und der Aktuator 29 für die obere bewegbare Elektrode (das Bezugszeichen 29 wird verwendet werden, wenn ein Aktuator für die obere bewegbare Elektrode als ein Repräsentant erklärt wird) sind piezoelektrische Aktuatoren vom unimorphen Typ, die aufgebaut sind, indem eine Isolierschicht 23, eine untere Aktuatorelektrode 31, eine piezoelektrische Schicht 34 und eine obere Aktuatorelektrode 33 der Reihe nach vom Boden aus aufeinander geschichtet werden. Die untere Aktuatorelektrode 31 ist aus Platin/Titan (Pt/Ti) hergestellt, die obere Aktuatorelektrode 33 ist aus Platin (Pt) hergestellt und sowohl die untere Aktuatorelektrode 31 als auch die obere Aktuatorelektrode 33 sind von der unteren bewegbaren Elektrode 35 und der oberen bewegbaren Elektrode 37 getrennt. Ein Signal, das dem Signalbelag 45 von der Hochfrequenzsignalquelle (nicht in der Figur gezeigt) zugeführt wird, passiert durch den Leitungsabschnitt 35a der unteren bewegbaren Elektrode 35 und fließt vom Kondensatorabschnitt 35b durch die Luftschicht zum Kondensatorabschnitt 37b der oberen bewegbaren Elektrode 37, welcher dem Kondensatorabschnitt 35b gegenüberliegt, und passiert dann durch den Leitungsabschnitt 37a zu der Erdungselektrode 44. Durch Umkehren der Polarisationsrichtung der piezoelektrischen Schichten 34 sowohl des Aktuators 27 der unteren bewegbaren Elektrode als auch des Aktuators 29 der oberen bewegbaren Elektrode, wird die Bewegungsrichtung der Aktuatorsteuerung umgekehrt.
  • Durch Anlegen einer Spannung an der oberen Aktuatorelektrode 33 des Aktuators 27 der unteren bewegbaren Elektrode durch Anlegen einer Spannung von der Energiequelle zum Steuern der unteren bewegbaren Elektrode (nicht in der Figur gezeigt) an einem Steuerungsbelag 42 der unteren bewegbaren Elektrode, bewegt sich die untere bewegbare Elektrode 35 in die Richtung der Seite der oberen bewegbaren Elektrode 37, und durch Anlegen einer Spannung an der oberen Aktuatorelektrode 33 des Aktuators 29 der oberen bewegbaren Elektrode durch Anlegen einer Spannung von der Energiequelle zum Steuern der oberen bewegbaren Elektrode (nicht in der Figur gezeigt) an einem Steuerungsbelag 43 für die obere bewegbare Elektrode, bewegt sich die obere bewegbare Elektrode 37 in die Richtung der Seite der unte ren bewegbaren Elektrode 35, so dass sich jede bewegbare Elektrode unabhängig bewegt. Daher ist es durch Steuern des Aktuators 27 der unteren bewegbaren Elektrode und/oder der oberen bewegbaren Elektrode 29 möglich, den Abstand zwischen der oberen bewegbaren Elektrode 37 (Kondensatorabschnitt 37b) und der unteren bewegbaren Elektrode 35 (Kondensatorabschnitt 35b) zu ändern und eine gewünschte elektrostatische Kapazität zu erreichen.
  • Mit dieser Erfindung sind die Leitungsabschnitte und die Kondensatorabschnitte, durch welche Signale von der Hochfrequenzsignalquelle fließen, von den Steuerelektroden zum Steuern der Aktuatoren elektrisch getrennt. Daher kommen die Leitungsabschnitte und die Kondensatorabschnitte nicht mit den piezoelektrischen Schichten (hochdielektrische Körper) in den Aktuatoren in Kontakt, und da sie von Luft umgeben sind, gibt es keinen dielektrischen Verlust, weshalb es möglich ist, den Q-Wert zu erhöhen.
  • 5 zeigt eine Querschnittansicht der Abschnitte B-B und C-C, die in 3 gezeigt sind. Der Leitungsabschnitt 35a der unteren bewegbaren Elektrode 35 und der Leitungsabschnitt 37a der oberen bewegbaren Elektrode 37 sind so, dass sie zwischen den unteren Aktuatorelektroden 31 angeordnet sind, die mit den Erdungselektroden 44 verbunden sind. Mit anderen Worten werden die Leitungsabschnitte 35a und 37a Leitungen vom CPW-Typ, und ein Einfügungsverlust wird durch Einstellen des Raums w1 zwischen der unteren Aktuatorelektrode 31 und dem Leitungsabschnitt 35a oder 37a und der Breite w2 des Leitungsabschnitts 35a oder 37a vermieden, und indem die Impedanz des Leitungsabschnitts 35a oder 37a mit 50Ω vorgesehen ist.
  • Als nächstes wird das Verfahren zum Herstellen des variablen Kondensators, der den oben beschriebenen Aufbau besitzt, in Bezug auf 6 und 7 erklärt werden. Die
  • 6 und die 7 zeigen eine Querschnittansicht des Abschnitts A-A, der in 3 gezeigt ist.
  • Eine Silizium-Nitrid-Schicht 23a geringer Spannung wird auf einem Siliziumsubstrat 21 geformt, indem ein LPCVD- (chemische Niederdruckgasphasenabscheidung) Verfahren verwendet wird, wonach eine Pt/Ti-Schicht 31a (beispielsweise mit einer Dicke von 0,5 μm/50 nm) und eine piezoelektrische Schicht 34a (beispielsweise mit einer Dicke von 0,5 μm), die aus Lithiumniobat, Bariumtitanat, Bleititanat, Blei-Zirkonat-Titanat, Bismut-Titanat oder Ähnlichem hergestellt ist, der Reihe nach geformt werden (siehe 6(a)).
  • Ferner werden, indem eine photolithographische Musterverarbeitung verwendet wird, eine piezoelektrische Schicht 34 und die untere Aktuatorelektrode 31 mit einer spezifizierten Form aus der piezoelektrischen Schicht 34a und der Pt/Ti-Schicht 31a geformt (siehe 6(b), (c)). Wenn dieser Musterungsprozess durchgeführt wird, wird ein RIE-(engl. Reactive Ion Etching) Apparat, der ein Cl2/Ar-(Chlor/Argon) Gas verwendet, oder ein Ionenzerkleinerungsapparat verwendet.
  • Wird eine photolithographische Methode verwendet, wird eine obere Pt-Aktuatorelektrode 33 oben auf der piezoelektrischen Schicht 34 geformt (siehe 6(d)), und eine Isolierschicht 23 wird durch eine Musterung der Silizium-Nitrid-Schicht 23a erhalten (siehe 6(e)). Anstatt eine Silizium-Nitrid-Schicht als die Isolierschicht 23 zu verwenden ist es auch möglich, eine Silizium-Oxid-Schicht zu verwenden, die geformt wird, indem ein Zerstäubungsverfahren, ein thermisches Oxidationsverfahren, ein CVD-Verfahren oder Ähnliches verwendet wird.
  • Als nächstes, nach dem Formen einer unteren bewegbaren Al-Elektrode 35, welche eine spezifizierte Form auf dem Substrat 21 besitzt (siehe 7(f)), wird eine Opfer schicht 41, die aus einem Schutzlackmaterial hergestellt ist und eine spezifizierte Form besitzt, geformt (siehe 7(g)), und eine obere bewegbare Al-Elektrode 37, welche eine spezifizierte Form besitzt, wird an einer Stelle geformt, so dass sie der unteren bewegbaren Elektrode 35 gegenüberliegt (siehe 7(h)).
  • Ferner wird das Substrat 21 um die untere bewegbare Elektrode 35, die obere bewegbare Elektrode 37, den Aktuator 27 der unteren bewegbaren Elektrode und den Aktuator 29 der oberen bewegbaren Elektrode herum von der darunter liegenden Oberfläche geätzt, indem ein DRIE-(Deep Reactive Ion Etching) Apparat verwendet wird, um eine Öffnung 40 zu formen (siehe 7(i)). Durch dieses Ätzen werden die übrigen Abschnitte, bis auf die Endabschnitte der Leitungsabschnitte 35a und 37a der unteren bewegbaren Elektrode 35 und der oberen bewegbaren Elektrode 37 und jeder der Endabschnitte des Aktuators 27 der unteren bewegbaren Elektrode und des Aktuators 29 der oberen bewegbaren Elektrode von dem Substrat 21 entfernt. Das Ätzgas, das in diesem Prozess verwendet wird, ist SF6 (Schwefelhexafluorid), und die Maskierung, die zum Formen der Öffnung 40 verwendet wird, ist ein Schutzlackmaterial.
  • Zum Schluss wird die Opferschicht 41 geätzt und entfernt, und der variable Kondensator wird durch Beibehalten eines Raums 42 zwischen der unteren bewegbaren Elektrode 35 und der oberen bewegbaren Elektrode 37 hergestellt (siehe 7(j)).
  • Abweichend von dem oben beschriebenen Herstellungsablauf ist es, nach dem Durchführen des in 7(h) gezeigten Prozesses, möglich, zuerst die Opferschicht 41 zu entfernen und den Raum 42 zwischen der unteren bewegbaren Elektrode 35 und der oberen bewegbaren Elektrode 37 beizubehalten, bevor das Substrat 21 geätzt und die Öffnung 40 geformt wird. Ferner ist es, anstelle des Schutzlacks, der oben als das Material beschrieben wird, das für die Opferschicht 41 verwendet wird, möglich, ein Oxid wie z.B. MgO (Magnesiumoxid) zu verwenden, und in diesem Fall ist es möglich, Essigsäure oder Salpetersäure als das Ätzmittel zu verwenden.
  • 8 zeigt eine Modifikation des Herstellungsverfahrens für einen variablen Kondensator. Die Herstellungsprozesse in der ersten Hälfte dieser Modifikation sind die gleichen wie jene, die oben beschrieben werden (siehe 6(a) bis 7(f)). Die Opferschicht 41, die eine spezifizierte Form besitzt, wird aus dem gleichen Siliziummaterial wie das Substrat 21 geformt (siehe 8(a)), und die obere bewegbare Al-Elektrode 37, welche eine spezifizierte Form besitzt, wird an einer Stelle geformt, so dass sie der unteren bewegbaren Elektrode 35 gegenüberliegt (siehe 8(b)).
  • Ferner wird beispielsweise SF6-Gas verwendet, um gleichzeitig die Opferschicht 41 und das Substrat 21 von der oberen Oberflächenseite des Substrats 21 zu ätzen, um eine Kavität 47 zu formen (siehe 8(c)). Ab diesem Ätzen ist das Entfernen der verbleibenden Abschnitte, bis auf die Endabschnitte der Leitungsabschnitte 35a und 37a der unteren bewegbaren Elektrode 35 und der oberen bewegbaren Elektrode 37 und jeden der Endabschnitte des Aktuators 27 der unteren bewegbaren Elektrode und des Aktuators 29 der oberen bewegbaren Elektrode, von dem Substrat 21 das gleiche wie in dem oben beschriebenen Beispiel, jedoch wird das Ätzen von der oberen Oberflächenseite des Substrats 21 durchgeführt, wodurch die Kavität 47 anstelle der Öffnung, wie in dem obigen Beispiel beschrieben, geformt wird.
  • Eine bildliche Explosionsdarstellung des variablen Kondensators, der gemäß dieser Modifikation hergestellt ist, ist in 9 gezeigt. Eine kreuzförmige Kavität 47 ist in dem mittleren Abschnitt des Substrats 21 geformt. In
  • 9 werden gleiche Bezugszeichen an Abschnitte vergeben, die identisch zu denen sind, die in 3 und 4 gezeigt sind, und eine Erklärung dieser wird ausgelassen.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • 10 ist eine bildliche Explosionsdarstellung des variablen Kondensators eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und 11 und 12 sind Querschnittzeichnungen, welche den Herstellungsprozess für diesen variablen Kondensator zeigen.
  • In diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Raum 50 um die untere bewegbare Elektrode 35, die obere bewegbare Elektrode 37, den Aktuator 27 der unteren bewegbaren Elektrode und den Aktuator 29 der oberen bewegbaren Elektrode herum zwischen der unteren bewegbaren Elektrode 35, der oberen bewegbaren Elektrode 37 und der Isolierschicht 23 und dem Substrat 21 vorhanden. Ferner, anstatt aus Silizium hergestellt zu sein, ist das Substrat 21 aus einem Material wie z.B. Glas, Saphir, Aluminium, Glaskeramik, Galliumarsen oder Ähnlichem geformt. Die übrige Konstruktion ist die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels, und die gleichen Bezugszeichen sind für identische Abschnitte vergeben.
  • Nachdem eine zweite Opferschicht 51, die aus Silizium hergestellt ist, indem ein Zerstäubungsverfahren verwendet wird, oben auf dem Substrat 21 geformt wird, das aus einem Material wie z.B. Glas hergestellt ist, werden beispielsweise eine Silizium-Nitrat-Schicht 23a, eine Pt/Ti-Schicht 31a und eine piezoelektrische Schicht 34a der Reihe nach auf die gleiche Art und Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel geformt (siehe 11(a)). Ferner werden wie in dem ersten Ausführungsbeispiel eine piezoelektrische Schicht 34, eine untere Aktuatorelektrode 31, eine obere Aktuatorelektrode 33 und eine Isolierschicht 23, von denen jede eine spezifizierte Form besitzt, erhalten (siehe 11(b) bis (e)).
  • Als nächstes wird, nachdem eine untere bewegbare Elektrode 35 mit einer spezifizierten Form auf der zweiten Opferschicht 51 geformt ist (siehe 12(f)), eine Opferschicht 41, die aus einem Schutzlackmaterial hergestellt ist, über den gesamten Körper geformt (siehe 12(g)), und eine obere bewegbare Al-Elektrode 31, welche eine spezifizierte Form besitzt, wird an einer Stelle geformt, so dass sie der unteren bewegbaren Elektrode 35 gegenüberliegt (siehe 12(h)).
  • Ferner wird die Opferschicht 41 geätzt und entfernt, wobei ein Raum 42 zwischen der unteren bewegbaren Elektrode 35 und der oberen bewegbaren Elektrode 37 beibehalten wird (siehe 12(i)), und durch Ätzen und Entfernen der zweiten Opferschicht 51 und Beibehalten eines Raums 50 zwischen dem Substrat 21 und der unteren bewegbaren Elektrode 35 und der Isolierschicht 23 wird der variable Kondensator hergestellt (siehe 12(j)). Es ist möglich, die Opferschicht 41 und die zweite Opferschicht 51 aus dem gleichen Material herzustellen und die Opferschicht 41 und die zweite Opferschicht 51 zeitgleich zu ätzen.
  • In diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist es durch Ätzen der zweiten Opferschicht 51 möglich, die untere bewegbare Elektrode 35 über dem Substrat 21 in der Luft schwebend vorzusehen, wodurch es nicht notwendig ist, das Substrat 21 zu ätzen, und es ist möglich, die Typen von Materialien zu vermehren, die für das Substrat 21 verwendet werden können. Beispielsweise wird es möglich Material zu verwenden, das schwierig zu ätzen ist, wie z.B. Glaskeramik mit einer niedrigen relativen Dielektrizitätskonstante. Dies macht es möglich, den Q-Wert weiter zu erhöhen.
  • (Drittes Ausführungsbeispiel)
  • 13 ist eine bildliche Explosionsdarstellung des variablen Kondensators eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung (nur die bewegbare Elektrode und der Aktuator), und 14 und 15 sind Querschnittzeichnungen, welche den Herstellungsprozess für diesen variablen Kondensator zeigen.
  • In diesem dritten Ausführungsbeispiel ist eine dielektrische Schicht 46 zwischen der unteren bewegbaren Elektrode 35 (Kondensatorabschnitt 35b) und der oberen bewegbaren Elektrode 37 (Kondensatorabschnitt 37b) angeordnet. Der sonstige Aufbau ist der gleiche wie der des ersten Ausführungsbeispiels und die gleichen Bezugszeichen werden für identische Abschnitte vergeben und eine Erklärung wird ausgelassen.
  • Diese dielektrische Schicht 46 kann auf der Seite der oberen bewegbaren Elektrode 37 (Kondensatorabschnitt 37b) angeordnet sein, wie in 13 gezeigt, oder auf der Seite der unteren bewegbaren Elektrode 35 (Kondensatorabschnitt 35b) (nicht in der Figur gezeigt). Die Masse des bewegbaren Abschnitts wird durch Verwendung dieser dielektrischen Schicht 46 erhöht, wodurch die Resonanzfrequenz etwas verringert wird oder die Bewegungsgeschwindigkeit ein wenig verringert wird, jedoch ist es möglich, die elektrostatische Kapazität und eine Änderungsrate dieser Kapazität wie nachfolgend beschrieben bedeutend zu erhöhen.
  • 16 ist eine Zeichnung, die den Effekt der dielektrischen Schicht 46 zeigt. Wie in 16(a) gezeigt, wird der Fall, in welchem die dielektrische Schicht 46 auf der Seite des Kondensatorabschnitts 37b der oberen bewegbaren Elektrode 37 angeordnet ist, erklärt. Indem die Dicke der dielektrischen Schicht 46 als d1 angenommen wird und die Dicke der Luftschicht, die zwischen der dielektrischen Schicht 46 und dem Kondensatorabschnitt 35b der unteren bewegbaren Elektrode 35 gebildet wird, als d2 angenommen wird, wird der Abstand d zwischen dem Kondensatorabschnitt 37b und dem Kondensatorabschnitt 35b d = d1 + d2.
  • 16(b) ist eine graphische Darstellung, welche die Änderung der elektrostatischen Kapazität C zeigt, wenn der Kondensatorabschnitt 35b und/oder der Kondensatorabschnitt 37b bewegt werden und die Dicke d2 der Luftschicht verändert wird. Der Kondensator 35b und der Kondensator 37b waren quadratisch (230 μm auf einer Seite) und der Abstand d zwischen den Elektroden und die Dicke d2 der Luftschicht im anfänglichen Zustand waren d = 0,75 μm und d2 = 0,3 μm (d2/d = 0,4) und eine dielektrische Schicht 46 (Dielektrizitätskonstante ε = 10), die aus Al2O3 (Aluminium) hergestellt ist, welches einen geringen dielektrischen Verlust besitzt, wurde verwendet. Auch die Veränderung der elektrostatischen Kapazität C eines Vergleichsbeispiels, welches sich nur darin unterschied, indem dort keine dielektrische Schicht vorgesehen war, ist zusätzlich in 16(b) gezeigt.
  • Wie in 16(b) gezeigt, war in dem Fall des variablen Kondensators dieser Erfindung mit einer dielektrischen Schicht 46 die elektrostatische Kapazität C in dem anfänglichen Zustand ungefähr 1,36 pF, und eine elektrostatische Kapazität beträgt in dem Zustand, in dem der Kondensatorabschnitt 35b in Kontakt mit der dielektrischen Schicht 46 ist, ungefähr 10,4 pF, wodurch die Änderung ungefähr 7,6 Mal beträgt. Durch eine derartige Verwendung einer dielektrischen Schicht 46, können die elektrostatische Kapazität und der variable Bereich sehr groß gemacht werden.
  • 14 ist eine Querschnittzeichnung, welche ein Beispiel des Herstellungsprozesses für den variablen Kondensator dieses dritten Ausführungsbeispiels zeigt (eine dielektrische Schicht 46 ist auf der Seite der oberen bewegbaren Elektrode 37 (Kondensatorabschnitt 37b) angeordnet). Die erste Hälfte des Prozesses ist die gleiche wie der Prozess des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels (siehe 6(a) bis 7(g)).
  • Indem eine photolithographische Musterung verwendet wird, wird eine dielektrische Schicht 46, die aus Al2O3 hergestellt ist, auf einer Opferschicht 41 geformt (siehe 14(a)), und eine obere bewegbare Al-Elektrode 37 mit einer spezifizierten Form wird an einer Stelle geformt, so dass sie der unteren bewegbaren Elektrode 35 gegenüberliegt (siehe 14(b)). Ferner wird ein DRIE-Apparat verwendet, um das Substrat 21 um die untere bewegbare Elektrode 35, die obere bewegbare Elektrode 37, den Aktuator 27 der unteren bewegbaren Elektrode und den Aktuator 29 der oberen bewegbaren Elektrode herum von der darunter liegenden Oberfläche zu ätzen, um eine Öffnung 40 zu formen (siehe 14(c)). Zum Schluss wird der variable Kondensator durch Ätzen und Entfernen der Opferschicht 41 und beibehalten eines Raums 42 zwischen der unteren bewegbaren Elektrode 35 und der dielektrischen Schicht 46 hergestellt (siehe 14(d)).
  • 15 ist eine Querschnittzeichnung, die ein Beispiel des Herstellungsprozesses des variablen Kondensators dieses dritten Ausführungsbeispiels zeigt (die dielektrische Schicht ist auf der Seite der unteren bewegbaren Elektrode 35 (Kondensatorabschnitt 35b) angeordnet). Die erste Hälfte des Prozesses ist die gleiche wie der Ablauf des ersten Ausführungsbeispiels (siehe 6(a) bis 7(f)).
  • Indem eine photolithographische Musterung verwendet wird, wird eine dielektrische Schicht 46, die aus Al2O3 hergestellt ist, oben auf der unteren bewegbaren Elektrode 35 geformt (siehe 15(a)). Eine Opferschicht 41, die aus einem Schutzlackmaterial oder MgO hergestellt ist, wird dann in eine spezifizierte Form geformt (siehe 15(b)), und eine obere bewegbare Al-Elektrode 37, die eine spezifizierte Form besitzt, wird an einer Stelle geformt, so dass sie der unteren bewegbaren Elektrode 35 gegenüberliegt (siehe 15(c)). Ferner wird das Substrat um die untere bewegbare Elektrode 35, die obere bewegbare Elektrode 37, den Aktuator 27 der unteren bewegbaren Elektrode und den Aktuator 29 der oberen bewegbaren Elektrode herum von der darunter liegenden Oberfläche geätzt, indem ein DRIE-Apparat verwendet wird, um eine Öffnung 40 zu formen (siehe 15(d)). Am Schluss wird die Opferschicht 41 geätzt und entfernt, und durch Beibehalten eines Raums 42 zwischen der dielektrischen Schicht 46 und der oberen bewegbaren Elektrode 37 wird der variable Kondensator hergestellt (siehe 15(e)).
  • Abweichend vom Herstellungsablauf der 14 und der 15, der oben beschrieben wird, ist es nach dem Ablauf, der in 14(b) und 15(c) gezeigt ist, zuerst möglich, das Substrat 21 zu ätzen und die Öffnung 40 nach dem Entfernen der Opferschicht 41 und dem Beibehalten des Raums 42 zu formen. Ferner ist es in diesem dritten Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben (siehe 8), möglich, die Opferschicht 41 aus dem gleichen Material wie das Substrat 21 herzustellen und die Opferschicht 41 und das Substrat 21 der Reihe nach oder gleichzeitig von der oberen Oberfläche des Substrats 21 zu ätzen.
  • (Viertes Ausführungsbeispiel)
  • 17 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei 17(a) eine Draufsicht auf den variablen Kondensator dieses vierten Ausführungsbeispiels ist und 17(b) eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts D ist, der in 17(a) gezeigt ist.
  • In diesem vierten Ausführungsbeispiel ist in der unteren bewegbaren Elektrode 35 einer der Leitungsabschnitte 35a mit dem Signalbelag 45 verbunden, und der Kondensato rabschnitt 35b und der andere Leitungsabschnitt 35a sind elektrisch getrennt. Mit anderen Worten ist, wie vom Signalbelag 45 aus gesehen, nach dem Abschnitt, in dem die untere bewegbare Elektrode 35 der oberen bewegbaren Elektrode 37 gegenüberliegt, um den Kondensator zu formen (der Abschnitt, in dem die Kondensatorabschnitt 35b dem Kondensatorabschnitt 37b gegenüberliegt), die untere bewegbare Elektrode 35 in zwei geteilt. Ferner kann der geteilte Leitungsabschnitt 35a mit der Erdungselektrode verbunden sein und auf Erdungspotential sein.
  • In diesem vierten Ausführungsbeispiel fließt ein Signal, welches von dem Signalbelag 45 eintritt, durch einen der Leitungsabschnitte 35a und passiert durch den Kondensatorabschnitt 35b, erreicht nicht das Ende auf der gegenüberliegenden Seite von dem Signalbelag 45 des anderen Leitungsabschnitts 35a und werden dort nicht reflektiert, es ist möglich, diese Art von reflektierten Signal zu entfernen, und somit ist es möglich, einen Energieverlust des zugeführten Signals zu vermeiden.
  • (Fünftes Ausführungsbeispiel)
  • 18 ist eine Draufsicht auf den variablen Kondensator eines fünften Ausführungsbeispiels. In 18 ist eine Energieversorgungsschaltung 48 zwischen dem Signalbelag 45 und der Erdungselektrode 44 angeordnet, wodurch es möglich wird, eine Spannung zwischen dem Signalbelag 45 (untere bewegbare Elektrode 35) und der Erdungselektrode 44 (obere bewegbare Elektrode 37) anzulegen.
  • Dieses fünfte Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zum Einstellen des Raums zwischen der unteren bewegbaren Elektrode 35 (Kondensatorabschnitt 35b) und der oberen bewegbaren Elektrode 37 (Kondensatorabschnitt 37b). Nach dem Steuern des Aktuators 27 der unteren bewegbaren Elektrode und/oder des Aktuators 29 der oberen bewegbaren Elek trode und einem Vermindern des Raums zwischen dem Kondensatorabschnitt 35b und dem Kondensatorabschnitt 37b, legt die Stromversorgungsschaltung 48 eine Spannung zwischen der unteren bewegbaren Elektrode 35 und der oberen bewegbaren Elektrode 37 an, und die elektrostatische Anziehung, die zwischen den Elektroden auftritt, vermindert den Abstand zwischen den Elektroden weiter.
  • Auf diese Art und Weise wird mit diesem fünften Ausführungsbeispiel eine zweistufige Abstandssteuerung durch die Steuerung des piezoelektrischen Aktuators und die Steuerung des elektrostatischen Aktuators durchgeführt, was es möglich macht, die bewegbaren Elektroden noch näher zusammen zu bringen, und es somit möglich macht, eine noch größere Änderung der elektrostatischen Kapazität zu erreichen. Nachdem die bewegbaren Elektroden durch den piezoelektrischen Aktuator nahe zusammen gebracht wurden, tritt eine elektrostatische Anziehung auf, welche den Effekt besitzt es zu ermöglichen, eine große elektrostatische Kapazität und eine Änderung der Kapazität zu erreichen. Außerdem, nachdem die bewegbaren Elektroden durch den piezoelektrischen Aktuator nahe zueinander gebracht wurden, tritt eine elektrostatische Anziehung auf, wodurch es möglich ist, eine große elektrostatische Anziehung mit einer kleinen Steuerspannung zu erzeugen.
  • In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind der Aktuator 27 der unteren bewegbaren Elektrode und der Aktuator 29 der oberen bewegbaren Elektrode Aktuatoren vom unimorphen Typ, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können die Aktuatoren bimorphe Aktuatoren vom Parallelkontakttyp sein, wie in 19(a) gezeigt, oder könnten bimorphe Aktuatoren vom Reihenkontakttyp sein, wie in 19(b) gezeigt. In den 19(a), (b) sind piezoelektrische Elemente 54a, 54b, welche in der Richtung polarisiert sind, die durch die Pfeile in der Figur indiziert ist, oberhalb und unterhalb einer mittleren Elektrode 63 angeordnet. Eine untere Steuerelektrode 53 ist auf dem piezoelektrischen Element 54a angeordnet und eine obere Steuerelektrode 55 ist auf dem piezoelektrischen Element 54b angeordnet. Ferner, wie in der Figur gezeigt, verformt sich der Bimorph durch Anlegen einer Gleichspannung V. wenn der Aktuator 27 der unteren bewegbaren Elektrode und der Aktuator 29 der oberen bewegbaren Elektrode vom bimorphen Typ sind, dann gibt es in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen keinen Bedarf an der Isolierschicht 23, die mit der unteren Aktuatorelektrode 31 in Kontakt ist.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht durch die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und Modifikationen beschränkt und kann andere verschiedene Ausführungsbeispiele oder Modifikationen einschließen. Beispielsweise werden in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen piezoelektrische Aktuatoren gesteuert, um den Abstand zwischen den beiden bewegbaren Elektroden zu vermindern oder um den Abstand zwischen einer bewegbaren Elektrode und einer dielektrischen Schicht zu vermindern (Erhöhen der elektrostatischen Kapazität), jedoch ist es umgekehrt auch möglich die Aktuatoren zu steuern, um diese Abstände zu erhöhen (Reduzieren der elektrostatischen Kapazität). In diesem Fall wird die Richtung der Verformung der piezoelektrischen Aktuatoren vom unimorphen Typ veranlasst, die entgegengesetzte Richtung zu sein. Ferner kann der variable Kondensator in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen oder Modifikationen in einem keramischen Gehäuse untergebracht werden. In diesem Fall werden die externen Verbindungsanschlüsse, die im Gehäuse vorgesehen sind, und verschiedene Beläge wie z.B. der Signalbelag 45, der auf dem Substrat 21 geformt ist, durch Verbindungselemente wie z.B. Draht oder Höcker verbunden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Querschnittansicht und eine Draufsicht, welche den Aufbau eines herkömmlichen variablen Kondensators zeigt;
  • 2 ist eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der elektrostatischen Kapazität und dem Abstand zwischen Elektroden eines Kondensators zeigt;
  • 3 ist eine bildliche Darstellung des variablen Kondensators eines ersten Ausführungsbeispiels;
  • 4 ist eine bildliche Explosionsdarstellung des variablen Kondensators des ersten Ausführungsbeispiels;
  • 5 ist eine Querschnittzeichnung eines Abschnitts B-B und eines Abschnitts C-C, die in 3 gezeigt sind;
  • 6 ist eine Querschnittzeichnung, welche den Herstellungsprozess des variablen Kondensators des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 7 ist eine Querschnittzeichnung, welche den Herstellungsprozess des variablen Kondensators des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 8 ist eine Querschnittzeichnung, welche eine Modifikation des Herstellungsprozesses des variablen Kondensators des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 9 ist eine bildliche Explosionsdarstellung einer Modifikation des variablen Kondensators des ersten Ausführungsbeispiels;
  • 10 ist eine bildliche Explosionsdarstellung des variablen Kondensators eines zweiten Ausführungsbeispiels;
  • 11 ist eine Querschnittzeichnung, welche den Herstellungsprozess des variablen Kondensators des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 12 ist eine Querschnittzeichnung, welche den Herstellungsprozess des variablen Kondensators des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 13 ist eine bildliche Explosionsdarstellung des variablen Kondensators eines dritten Ausführungsbeispiels (nur bewegbare Elektroden und piezoelektrische Aktuatoren);
  • 14 ist eine Querschnittzeichnung, welche ein Beispiel des Herstellungsprozesses des variablen Kondensators des dritten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 15 ist eine Querschnittzeichnung, welche ein weiteres Beispiel des Herstellungsprozesses des variablen Kondensators des dritten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 16 ist eine Zeichnung zum Erklären des Effekts einer dielektrischen Schicht in dem variablen Kondensator des dritten Ausführungsbeispiels;
  • 17 ist eine Draufsicht und eine vergrößerte Ansicht des variablen Kondensators eines vierten Ausführungsbeispiels;
  • 18 ist eine Draufsicht des variablen Kondensators eines fünften Ausführungsbeispiels; und
  • 19 ist eine Zeichnung zum Erklären eines piezoelektrischen Aktuators vom bimorphen Typ.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine untere bewegbare Elektrode 35, welche Leitungsabschnitte 35a, 35a an beiden Enden und einen Kondensatorabschnitt 35b in der Mitte besitzt, und eine obere bewegbare Elektrode 37, welche Leitungsabschnitte 37a, 37a an beiden Enden und einen Kondensatorabschnitt 37b in der Mitte besitzt, sind so platziert, dass sich die Kondensatorabschnitte 35b, 37b einander gegenüberliegen, und Steuerelektroden von Aktuatoren 27a, 27b, 27c, 27d für eine untere bewegbare Elektrode, welche die untere bewegbare Elektrode 35 steuern, und Aktuatoren 29a, 29b, 29c, 29d für eine obere bewegbare Elektrode, welche die obere bewegbare Elektrode 37 steuern, sind von der unteren bewegbaren Elektrode 35 und der oberen bewegbaren Elektrode 37 elektrisch getrennt. Diese Aktuatoren 27a bis 27d und/oder 29a bis 29d bewegen die untere bewegbare Elektrode 35 und/oder die obere bewegbare Elektrode 37, um den Abstand zwischen beiden Kondensatorabschnitten 35b, 37b einzustellen und die elektrostatische Kapazität zu steuern.
    • 21
    Substrat
    23
    Isolierschicht
    27, 27a, 27b, 27c, 27d
    Aktuator einer unteren bewegbarer
    Elektrode
    29, 29a, 29b, 29c, 29d
    Aktuator einer oberen bewegbaren
    Elektrode
    31
    untere Aktuatorelektrode
    33
    obere Aktuatorelektrode
    34
    piezoelektrische Schicht
    35
    untere bewegbare Elektrode
    37
    obere bewegbare Elektrode
    35a, 37a
    Leitungsabschnitt (erster Elektrodenabschnitt)
    35b, 37b
    Kondensatorabschnitt (zweiter Elektrodenabschnitt)
    40
    Öffnung
    41
    Opferschicht
    44
    Erdungselektrode
    45
    Signalbelag
    46
    dielektrische Schicht
    47
    Kavität
    48
    Energieversorgungsschaltung
    50
    Raum
    51
    zweite Opferschicht

Claims (11)

  1. Ein variabler Kondensator mit bewegbaren Elektroden, die sich einander gegenüberliegen, und umfassend: ein Substrat, bewegbare Elektroden, welche erste Elektrodenabschnitte und zweite Elektrodenabschnitte besitzen, und eine Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren, welche die bewegbaren Elektroden steuern; wobei sich die bewegbaren Elektroden einander gegenüberliegen, um einen Kondensator zu formen, und die bewegbare Elektrode mit einem Signalbelag leitend verbunden ist.
  2. Der variable Kondensator nach Anspruch 1, wobei die bewegbaren Elektroden die ersten Elektrodenabschnitte und die zweiten Elektrodenabschnitte besitzen und die bewegbaren Elektroden so platziert sind, dass eine eine obere bewegbare Elektrode ist und die andere eine untere bewegbare Elektrode ist.
  3. Der variable Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder der Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren Steuerelektroden und ein piezoelektrisches Element enthält, das zwischen den Steuerelektroden angeordnet ist, und die Steuerelektroden von den bewegbaren Elektroden getrennt sind.
  4. Der variable Kondensator nach Anspruch 3, wobei die piezoelektrischen Aktuatoren an beiden Seiten der ersten Elektrodenabschnitte der bewegbaren Elektroden angeordnet sind und Leitungen vom CPW-Typ durch die ersten Elektrodenabschnitte und die Steuerelektroden der piezoelektrischen Aktuatoren geformt sind.
  5. Der variable Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine dielektrische Schicht zwischen den zweiten Elektrodenabschnitten der bewegbaren Elektroden angeordnet ist, welche sich einander gegenüberliegen.
  6. Der variable Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eine der bewegbaren Elektroden mit einer Erdungselektrode verbunden ist.
  7. Der variable Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Elektrodenabschnitt und der zweite Elektrodenabschnitt mindestens einer der bewegbaren Elektroden elektrisch getrennt sind.
  8. Ein variabler Kondensator mit bewegbaren Elektroden, die in der Richtung aufeinander zu bewegt werden können, und einer Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren, welche die bewegbaren Elektroden steuern, und umfassend: ein Spannungsanlegemittel zum Anlegen einer Spannung zwischen den bewegbaren Elektroden, welches so konstruiert ist, dass wenn die bewegbaren Elektroden durch die piezoelektrischen Aktuatoren nahe aufeinander zu gesteuert wurden, das Spannungsanlegemittel eine Spannung zwischen den bewegbaren Elektroden anlegt.
  9. Ein Verfahren zum Herstellen eines variablen Kondensators mit bewegbaren Elektroden, die durch piezoelektrische Aktuatoren gesteuert werden, umfassend: einen Prozess des Formens einer Mehrzahl der piezoelektrischen Aktuatoren auf einem Substrat; einen Prozess des Formens bewegbarer Elektroden, welche erste Elektrodenabschnitte und zweite Elektrodenabschnitte auf dem Substrat besitzen; einen Prozess des Formens einer Opferschicht zum Formen eines Raums zwischen den bewegbaren Elektroden; ei nen Entfernungsprozess des Entfernens der Opferschicht; und einen Trennungsprozess des Abschneidens und Trennens der Abschnitte, bis auf die Endabschnitte der Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren und die Endabschnitte der ersten Elektrodenabschnitte der bewegbaren Elektroden, von dem Substrat.
  10. Ein Verfahren zum Herstellen eines variablen Kondensators, welcher bewegbare Elektroden besitzt, die durch piezoelektrische Aktuatoren gesteuert werden, umfassend: einen Prozess des Formens einer Mehrzahl der piezoelektrischen Aktuatoren auf einem Substrat; einen Prozess des Formens bewegbarer Elektroden, welche erste Elektrodenabschnitte und zweite Elektrodenabschnitte auf dem Substrat besitzen; einen Prozess des Formens einer dielektrischen Schicht zwischen den bewegbaren Elektroden; einen Prozess des Formens einer Opferschicht zum Formen eines Raums zwischen mindestens einer der bewegbaren Elektroden und der dielektrischen Schicht; einen Entfernungsprozess des Entfernens der Opferschicht; und einen Trennungsprozess des Abschneidens und Trennens der Abschnitte, bis auf die Endabschnitte der Mehrzahl piezoelektrischer Aktuatoren und die Endabschnitte der ersten Elektrodenabschnitte der bewegbaren Elektroden, von dem Substrat.
  11. Das Verfahren zum Herstellen eines variablen Kondensators nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Entfernungsprozess und der Trennungsprozess gleichzeitig durchgeführt werden.
DE112004002785.3T 2004-05-31 2004-05-31 Variabler Kondensator und Herstellungsverfahren davon Active DE112004002785B4 (de)

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