JP2005311737A - Minute resonator and transceiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MEMS素子等を用いて構成される微小共振器とこれを備える送受信機に関する。 The present invention relates to a microresonator configured using a MEMS element or the like and a transceiver including the microresonator.
近年、IT(Information Technology)の発展に伴って、ネットワークを利用するデバイスの数が飛躍的に増加している。そうした中で、特に、使い勝手などの面から、無線ネットワーク技術の需要が高まっている。無線通信で用いられるRFフロントエンドモジュールには、半導体チップのほかに、RFフィルタ(高周波数フィルタ)やIFフィルタ(中間周波数フィルタ)用にSAW(Surface Acoustic Wave)フィルタや誘電体フィルタなど、比較的サイズの大きい部品が組み込まれており、これらの部品の存在がRFフロントエンドモジュールの小型化や低コスト化を阻害する要因になっている。そこで、これらのフィルタ機能を半導体チップの中に取り込むことで、RFフロントエンドモジュールの小型化や低コスト化を実現しようとする試みが行われている。具体的には、マイクロマシンの1つであるMEMS(Micro-Electro-Mechanical system;微小電気機械システム)素子を共振器として用いる技術が知られている。 In recent years, with the development of IT (Information Technology), the number of devices using a network has increased dramatically. Under such circumstances, the demand for wireless network technology is increasing especially from the viewpoint of usability. RF front-end modules used in wireless communication include semiconductor chips as well as SAW (Surface Acoustic Wave) filters and dielectric filters for RF filters (high frequency filters) and IF filters (intermediate frequency filters). Large-sized parts are incorporated, and the presence of these parts is a factor that hinders downsizing and cost reduction of the RF front-end module. Therefore, attempts have been made to realize a reduction in size and cost of the RF front-end module by incorporating these filter functions into a semiconductor chip. Specifically, a technique using a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) element, which is one of micromachines, as a resonator is known.
MEMS素子を用いた共振器(以下、微小共振器とも記す)は、半導体チップ上に半導体プロセスを用いて形成されるもので、共振器として機能させるためのビーム構造を有している。微小共振器は、デバイスの占有面積が小さいこと、高いQ値(エネルギー/損失の比)を実現できること、他の半導体デバイスとのインテグレーションが可能であること、などの特長をもっている。そこで、無線通信デバイスの中でも、周波数フィルタ(RFフィルタ、IFフィルタ)としての利用が提案されている(例えば、下記非特許文献1参照)。 A resonator using a MEMS element (hereinafter also referred to as a microresonator) is formed on a semiconductor chip by using a semiconductor process, and has a beam structure for functioning as a resonator. A microresonator has features such as a small device occupation area, a high Q value (energy / loss ratio), and integration with other semiconductor devices. Then, utilization as a frequency filter (RF filter, IF filter) is proposed among radio | wireless communication devices (for example, refer the following nonpatent literature 1).
しかしながら、上記非特許文献1で提案されている微小共振器は、インピーダンスが非常に高いため、寄生容量の影響を受けやすいものとなっている。寄生容量は、微小共振器の入出力電極間に介在し、SN比の悪化を招く要因となる。そのため、寄生容量の影響が大きくなると、信号の高周波化に対応することが困難になってしまう。
However, since the microresonator proposed in Non-Patent
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、微小共振器における寄生容量の影響を抑制して共振特性を向上させることにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to improve the resonance characteristics by suppressing the influence of parasitic capacitance in the microresonator.
本発明に係る微小共振器は、周波数信号が入力される入力電極と、この入力電極に入力された周波数信号によって振動するビーム電極と、このビーム電極の振動数に応じた信号を出力する出力電極とを有する共振回路部と、この共振回路部に対して並列に接続されたインダクタとを備えるものである。また、本発明に係る送受信機は、上記構成の微小共振器を用いたものである。 The microresonator according to the present invention includes an input electrode to which a frequency signal is input, a beam electrode that vibrates by the frequency signal input to the input electrode, and an output electrode that outputs a signal corresponding to the frequency of the beam electrode. And a inductor connected in parallel to the resonance circuit unit. A transceiver according to the present invention uses the microresonator having the above-described configuration.
本発明に係る微小共振器とこれを用いた送受信機においては、共振回路部に対してインダクタを並列に接続することにより、共振回路部内に介在する寄生容量の影響を小さく抑えることが可能となる。 In the microresonator according to the present invention and a transceiver using the same, by connecting an inductor in parallel to the resonant circuit unit, it is possible to suppress the influence of parasitic capacitance interposed in the resonant circuit unit. .
本発明のによれば、共振回路部に対してインダクタを並列に接続することにより、共振回路部内に介在する寄生容量の影響を抑制して共振特性を向上させることができる。 According to the present invention, by connecting the inductor in parallel to the resonance circuit unit, it is possible to improve the resonance characteristics by suppressing the influence of the parasitic capacitance interposed in the resonance circuit unit.
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明に用いられる微小共振器の主要部の構成例を示すもので、図中(A)はその平面図、(B)はその側断面図である。図1においては、ベースとなる半導体基板1上に絶縁膜2が形成されている。半導体基板1は例えばシリコン基板によって構成されるもので、絶縁膜2は例えば窒化シリコン膜によって構成されるものである。
FIG. 1 shows a configuration example of a main part of a microresonator used in the present invention, in which (A) is a plan view and (B) is a side sectional view thereof. In FIG. 1, an
絶縁膜2上には入力電極3と出力電極4が形成されている。また、入力電極3及び出力電極4の上方には、当該2つの電極3,4に対向する状態でビーム電極5が形成されている。ビーム電極5の両端部は一対の支持部6によって固定状態(両持ち梁状態)に支持されている。また、ビーム電極5は、入力電極3及び出力電極4の各電極面との間に微小なギャップを介して、当該入力電極3及び出力電極4を跨ぐ状態に形成されている。また、入力電極3と出力電極4は、ビーム電極5の長さ方向(図1の左右方向)の中心から等距離の位置に配置されている。
An
図2及び図3は本発明に用いられる微小共振器の製造プロセスの一例を示すフロー図である。まず、微小共振器を製造するにあたっては、図2(A)に示すように、シリコン基板等の半導体基板1上に絶縁膜2を形成する。この絶縁膜2は、例えば窒化シリコン膜を1μmの厚みで蒸着することにより形成される。次に、図2(B)に示すように、先ほど形成した絶縁膜2上に、例えば厚さ0.5μmの多結晶シリコン層からなる下部電極層7を蒸着により形成した後、この下部電極層7をフォトリソグラフィ技術によってパターニングすることにより、図2(C)に示すように、上記入力電極3、出力電極4及び一対の支持部6を形成する。
2 and 3 are flowcharts showing an example of a manufacturing process of the microresonator used in the present invention. First, in manufacturing a microresonator, as shown in FIG. 2A, an
次いで、図2(D)に示すように、半導体基板1の絶縁膜2上に、上記入力電極3、出力電極4及び支持部6を覆う状態で犠牲層8を形成する。この犠牲層8は、例えば二酸化シリコンを0.5μmの厚さで蒸着することにより形成される。次に、図2(E)に示すように、犠牲層8の表面(上面)をCMP(Chemical Mechanical Polishing;化学的機械研磨)法によって平坦化する。
Next, as shown in FIG. 2D, a
続いて、図3(A)に示すように、一対の支持部6上で犠牲層8に開口部(コンタクトホール)9を形成した後、図3(B)に示すように、上記開口部9を埋め込む状態で犠牲層8上に、例えば厚さ0.5μmの多結晶シリコン層からなる上部電極層10を形成する。次いで、図3(C)に示すように、上部電極層10をフォトリソグラフィ技術によってパターニングすることによりビーム電極5を形成する。その後、図3(D)に示すように、フッ酸等の溶剤を用いて犠牲層8を除去することにより、上記図1に示すようなビーム構造を有する微小共振器が得られる。
Subsequently, as shown in FIG. 3A, after an opening (contact hole) 9 is formed in the
このような製造プロセスによって得られる微小共振器において、例えば、入力電極3に直流電圧(DC)を印加しつつ周波数信号(RF信号、IF信号等)を入力すると、ビーム電極5と入力電極3との対向部分にクーロン力と総称される静電引力と静電反発力が繰り返し発生する。このうち、静電引力が発生したときはビーム電極5が入力電極3に接近する方向で微小変位し、静電反発力が発生したときはビーム電極5が入力電極3から離間する方向で微小変位する。この繰り返しによりビーム電極5は自身の固有振動数にしたがって共振(振動)し、この共振周波数(振動数)に対応した周波数帯域の信号が出力電極4から出力される。ちなみに、直流電流はビーム電極5に印加される場合もある。
In a microresonator obtained by such a manufacturing process, for example, when a frequency signal (RF signal, IF signal, etc.) is input while applying a direct-current voltage (DC) to the
図4は本発明の実施形態に係る微小共振器の構成を示す概略図である。図においては、信号の入力端子11と出力端子12との間に共振回路部13が直列に接続されている。入力端子11は、共振回路部13に周波数信号を入力するための信号端子であり、出力端12は、共振回路部13から出力された周波数信号を取り出すための信号端子である。共振回路部13は、上記図1に示す微小共振器の主要部、すなわち入力電極3、出力電極4、ビーム電極5等を用いて構成されるものである。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the microresonator according to the embodiment of the present invention. In the figure, a
入力端子11と出力端子12との間では、共振回路部13に対してインダクタ14が並列に接続されている。インダクタ14の一方端は入力端子11から共振回路部13の入力電極3(図1参照)に至る配線ラインL11に電気的に接続され、インダクタ14の他方端は共振回路部13の出力電極4(図1参照)から出力端子12に至る配線ラインL12に電気的に接続されている。
Between the
インダクタ14は、例えば図5に示すように、共振回路部13の入力電極3と出力電極4からそれぞれ引き出された配線ラインL11,L12に電気的に接続された渦巻き状の配線部14Aによって構成されるものである。渦巻き状の配線部14Aの最内周部につながる配線ラインL13は、コンタクトホール15A,15Bを利用して、渦巻き状の配線部14Aと異なる配線層で外周側に引き出され、配線ラインL14を通して配線ラインL11に電気的に接続されている。また、渦巻き状の配線部14Aの最外周部につながる配線ラインL15は配線ラインL12に電気的に接続されている。以上の構成により、共振回路部13とインダクタ14とは、同一基板上(図1の半導体基板1上)に形成されている。
For example, as shown in FIG. 5, the
図6は本発明の実施形態に係る微小共振器の等価回路図である。図において、共振回路部13は、R、Lx、Cxの直列共振回路を構成するものとなる。これに対して、共振回路部13の入力電極3と出力電極4との間に介在する寄生容量C0は共振回路部13に対して並列に接続されたものとなり、上述したインダクタ14によるインダクタンスLは共振回路部13及び寄生容量C0に対して並列に接続されたものとなる。また、上述のように直列共振回路を構成する共振回路部13に対して、インダクタンスLと寄生容量C0は並列共振回路15を構成するものとなる。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the microresonator according to the embodiment of the present invention. In the figure, the
そうした場合、共振回路部13の共振周波数はLxとCxで決まるため、このLxとCxで並列共振回路15が並列共振を起こすようにインダクタンスLの値を設定することにより、共振回路部13が共振するときに、並列共振回路15のインピーダンスが最大となる。具体的には、「L=Cx・Lx/C0」の条件でインダクタンスLの値を設定することにより、並列共振回路15のインピーダンスが理論上は無限大となる。ただし、実際には抵抗成分が必ず存在するため、並列共振回路15のインピーダンスが無限大とはならないものの、共振回路部13のインピーダンスに比較して非常に大きな値となる。そのため、インダクタ14の付加により寄生容量C0の影響(信号の漏洩)を抑制し、微小共振器の共振特性を向上させることができる。したがって、信号の高周波化への対応が容易になる。また、この微小共振器を用いることにより、優れた特性をもつ周波数フィルタやオシレータを実現することができる。
In such a case, since the resonance frequency of the
また、上述のように共振回路部13とインダクタ14を同一基板上に形成することにより、共振回路部13とインダクタ14を一連の半導体製造プロセスの中で同時進行的に作り込むことができる。また、共振回路部13とインダクタ14を含む微小共振器を1つのデバイスとしてコンパクトに製作することができる。さらに、渦巻き状の配線部14Aでインダクタ14を構成することにより、微小共振器の製造プロセスの中で、配線ラインのパターニングと同時にインダクタ14を製作することができる。
Further, by forming the
なお、上記実施形態においては、信号の入力端子11と出力端子12との間に共振回路部13を直列に接続し、この共振回路部13に対してインダクタ14を並列に接続するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図7に示すように、入力端子11と出力端子12との間に共振回路部13を並列に接続し、この共振回路部13に対してインダクタ14を並列に接続したものであってもよい。
In the above embodiment, the
この場合、共振回路部13の入力電極3(図1参照)は、入力電極11と出力電極12との間の配線ラインに電気的に接続され、共振回路部13の出力電極4(図1参照)は、グラウンド(GND)に電気的に接続(接地)されたものとなる。また、インダクタ14の一方端は共振回路部13の入力電極3につながる配線ラインに電気的に接続され、インダクタ14の他方端は共振回路部13の出力電極4につながる配線ラインに電気的に接続されたものとなる。したがって、この場合の等価回路は図8のように表される。かかる構成においても、上記同様の条件でインダクタンスLの値を設定することにより、寄生容量C0の影響を有効に抑制して微小共振器の共振特性を向上させることができる。
In this case, the input electrode 3 (see FIG. 1) of the
また、本発明は、微小共振器に限らず、この微小共振器を用いて構成される携帯電話機、無線LAN機器、テレビチューナー、ラジオチューナーなどの、電磁波を利用して通信する送受信機として提供することも可能である。 In addition, the present invention is not limited to a microresonator, and is provided as a transceiver that communicates using electromagnetic waves, such as a mobile phone, a wireless LAN device, a TV tuner, and a radio tuner that are configured using the microresonator. It is also possible.
3…入力電極、4…出力電極、5…ビーム電極、11…入力端子、12…出力端子、13…共振回路部、14…インダクタ、15…並列共振回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記共振回路部に対して並列に接続されたインダクタと
を備えることを特徴とする微小共振器。 A resonant circuit unit having an input electrode to which a frequency signal is input, a beam electrode that vibrates by the frequency signal input to the input electrode, and an output electrode that outputs a signal corresponding to the frequency of the beam electrode;
An inductor connected in parallel to the resonant circuit unit.
ことを特徴とする請求項1記載の微小共振器。 The microresonator according to claim 1, wherein the resonance circuit unit and the inductor are formed on the same substrate.
ことを特徴とする請求項2記載の微小共振器。 The microresonator according to claim 2, wherein the inductor is configured by a spiral wiring portion electrically connected to a wiring line drawn from the resonance circuit portion.
前記共振回路部に対して並列に接続されたインダクタと
を備える微小共振器を用いた
ことを特徴とする送受信機。
A resonant circuit unit having an input electrode to which a frequency signal is input, a beam electrode that vibrates by the frequency signal input to the input electrode, and an output electrode that outputs a signal corresponding to the frequency of the beam electrode;
A transceiver comprising: an inductor connected in parallel to the resonance circuit unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004126318A JP2005311737A (en) | 2004-04-22 | 2004-04-22 | Minute resonator and transceiver |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004126318A JP2005311737A (en) | 2004-04-22 | 2004-04-22 | Minute resonator and transceiver |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005311737A true JP2005311737A (en) | 2005-11-04 |
Family
ID=35439988
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004126318A Pending JP2005311737A (en) | 2004-04-22 | 2004-04-22 | Minute resonator and transceiver |
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Country | Link |
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-
2004
- 2004-04-22 JP JP2004126318A patent/JP2005311737A/en active Pending
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