JP2006157830A - 微小共振器、周波数フィルタ及び通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 隣り合う微小共振素子間における振動により生じる相互作用による基板への影響をなくし、信頼性の高い微小共振器及び通信装置を提供する。
【解決手段】 微小共振素子が、同一基板上に微小機械振動を用いた複数の微小共振素子を有し、第１の位相で振動する微小共振素子と、この第１の位相と逆位相である第２の位相で振動する微小共振素子とが対をなすように配置されるように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微小共振器、この微小共振器を用いて構成した周波数フィルタ及びこの微小共振器によるフィルタを備えた通信装置に関する。

情報技術の発展に伴って、近年ネットワークを利用するデバイスの数は飛躍的に増加しており、使い勝手の面からも、無線ネットワーク技術に対する需要が高まっている。無線通信で用いられるＲＦ（高周波）フロントエンドモジュールには、半導体チップの他に、ＲＦ（高周波）フィルタ、ＩＦ（中間周波）フィルタ用にＳＡＷ（表面弾性波）フィルタや誘電体フィルタなど、比較的サイズの大きな部品が存在しており、これらの存在がＲＦフロントエンドの小型化と低コスト化を阻んできた。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が現在求められている。

一方、近年、マイクロマシン（MEMS:Micro Electro Mechanical Systems、超小型電気的・機械的複合体）素子、及びＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器が、注目されている。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、電極間のクーロン力などを応用して電気的に行われる。

半導体プロセスによるマイクロマニシング技術を用いて形成された微小振動素子は、デバイスの占有面積が小さいこと、高いＱ値を実現できること、他の半導体デバイスとの集積が可能なこと、という特長により、無線通信デバイスの中でも中間周波数(IF)フィルタ、高周波(RF)フィルタとしての利用がミシガン大学を始めとする研究機関から提案されている（非特許文献１参照）。

図１３は、非特許文献１に記載された高周波フィルタを構成する振動子、即ち、ＭＥＭＳ型の共振器の概略を示す。この共振器１は、半導体基板２上に絶縁膜３を介して、例えば、多結晶シリコンによる入力側配線層４と出力電極５が形成され、この出力電極５に対向して空間６を挟んで、例えば、多結晶シリコンによる振動可能なビーム、いわゆるビーム型の振動電極７が形成されている。振動電極７は、両端のアンカー部（支持部）８［８Ａ，８Ｂ］にて支持されるように、出力電極５をブリッジ状に跨いで入力側配線層４に接続される。振動電極７は入力電極となる。入力側配線４の金（Ａｕ）膜９より入力端子ｔ１が導出され、出力電極５より出力端子ｔ２が導出される。

この共振器１は、振動電極７と接地間にＤＣバイアス電圧Ｖ１が印加された状態で、入力端子ｔ１を通じて振動電極７に高周波信号Ｓ１が供給される。即ち、入力端子ｔ１からＤＣバイアス電圧Ｖ１と高周波信号Ｓ１が入力されると、長さＬで決まる固有振動数を有する振動電極７が、出力電極５と振動電極７間に生じる静電力で振動する。この振動によって、出力電極５と振動電極７との間の容量の時間変化と、ＤＣバイアス電圧に応じた高周波信号が出力電極５（従って、出力端子ｔ２）から出力される。高周波フィルタでは、振動電極７の固有振動数（共振周波数）に対応した信号が出力される。

IEEE Journal of Solid-state Circuits, Vol.35, No.4, April 2000

一般的に高い周波数領域においては、出力信号としての共振ピークが小さくなる傾向があり、高い周波数領域で良好なフィルタ特性を得るためには、共振ピークのＳＮ比を向上する必要がある。ミシガン大学の文献に係るディスク型の振動子によれば、出力信号のノイズ成分は、入力電極である振動電極７と出力電極５間に構成される寄生容量Ｃ０を直接透過する信号に起因する。

ノイズ成分を低減化する方法として、ＤＣバイアス電圧を印加する振動電極を入力電極と出力電極との間に配置する構成が考えられる。図１２は、上記のノイズ成分の低減方法をビーム型構造の共振器に対して適用した先行技術を示す。この共振器１１は、例えば半導体基板１２上に絶縁膜１３を介して入力電極１４及び出力電極１５が形成され、この入力電極１４及び出力電極１５に対向して空間１６を挟んで振動板となる電極、いわゆるビーム型の振動電極１７が形成されてなる。振動電極１７は、入出力電極１４，１５をブリッジ状に跨ぎ、入出力電極１４，１５の外側に配置した配線層１８に接続されるように、両端を支持部（いわゆるアンカー部）１９［１９Ａ、１９Ｂ］で一体に支持される。入力電極１４、出力電極１５、配線層１８は、同じ導電材料で形成され、例えば多結晶シリコン膜、アルミニウム膜などの金属膜等にて形成される。

入力電極１４には入力端子ｔ１が設けられ、入力端子ｔ１を通じて高周波信号Ｓ２が入力される。出力電極１５には出力端子ｔ２が設けられ、出力端子ｔ２から目的周波数の高周波信号が出力される。振動電極１７には、所要のＤＣバイアス電圧Ｖ２が印加される。

このＭＥＭＳ共振器１１では、入力電極１４に高周波振動Ｓ２が入力されると、ＤＣバイアス電圧Ｖ２が印加された振動電極１７と入力電極１４間に生じる静電力で振動電極１７が共振し、出力電極１５から目的周波数の高周波信号が出力される。このＭＥＭＳ共振器素子１１によれば、入出力電極１４及び１５の対向面積が小さくかつ入出力電極１４及び１５間の間隔を大きくとれるので、入出力電極間の寄生容量Ｃ０が小さくなる。従って、入出力電極１４間の寄生容量Ｃ０を直接透過する信号、つまりノイズ成分が小さくなり、出力信号のＳＮ比を向上させることができる。

しかしながら、上述の図１２に示すようなビーム構造を持つＭＥＭＳ共振器１１においては、インピーダンスが高くなり、即ち、数μｍ〜数十μｍサイズの共振器におけるインピーダンスは数十ＫΩ〜数百ＫΩに達するため、システムのインピーダンスとして５０Ωが基本である高周波(RF)デバイスへの適用は困難であるという問題が生じる。

そこで、インピーダンスを下げる方法として、ビーム構造を有する複数のＭＥＭＳ共振器素子を電気的に並列接続する構成が考えられる。図１０及び図１１は、上記のインピーダンスを下げる方法をビーム型構造の共振器に対して適用した先行技術を示す（特願２００３−３７７３０２号）。

この共振器５１は、共通の基板５２上にビーム構造を有する複数、本例では２つのＭＥＭＳ共振器素子２３［２３−１、２３−２］を並列的に配置し、これら複数のＭＥＭＳ共振器素子２３［２３−１、２３−２］を電気的に並列接続して構成される。
即ち、各ＭＥＭＳ共振器素子２３−１、２３−２は、それぞれ基板５２の同一平面上に入力電極１４及び出力電極１５をそれぞれ２つに分岐して形成し、分岐された各対をなす入出力電極１４−１、１５−１、入出力電極１４−２、１５−２に対向しておのおの空間１６を挟んで各独立した振動板となるビーム、いわゆるビーム型の振動電極１７形成して構成される。各ＭＥＭＳ共振器素子２３−１、２３−２は、同一基板５２上に並列して配置されるとともに、入力電極１４−１、１４−２が共通に接続され、出力電極１５−１，１５−２が共通接続されていることから、並列接続された形となる。

しかしながら、図１１Ａに示すように、ＭＥＭＳ共振器素子のような微小共振器同士を近づけて配設した場合は、隣り合う微小共振素子の振動電極１７の振動により生じる振動の位相Ｓが一致し、この振動により微小共振素子２３−１に生じた力Ｆ１と、微小共振素子２３−２に生じた力Ｆ２とが相互作用により重畳し、基板１２にＦ１とＦ２を足し合わした力のベクトルＦ３が発生する。その結果、その合体した力Ｆ３により基板１２自体が撓み、その結果として振動電極１７の振動によって基板１２に不要な振動モードが誘起されるという問題が生じる。図１１Ｂに示すように、基板１２に不要な振動が誘起された状態で、微小共振素子２３−１の透過特性と、微小共振素子２３−２の透過特性とを重ね合わせた場合には、上述した基板１２の振動により両微小共振素子の共振特性のピークがずれてしまう。すなわち、重ねあわせた後の透過特性が不安定になり、好ましい透過特性が得られないという問題が生じる。特に、両持ち梁構造のビームを用いた微小共振器の場合は、ビームを支持する支持部を介して振動が基板へ伝わりやすいという問題が生じる。

また、複数の微小共振素子を並列状に配置した場合には、各微小共振素子のビームの振動により生じた力が、基板上で足し合わされることになる。その結果、基板上でより大きな力が発生して基板が撓み、不要な振動がさらに大きくなるという問題が生じる。

なお、相互作用の影響を低減させるために、隣り合う微小共振素子同士の配置間隔を十分に広くするということも考えられるが、その場合には、基板上における配線や微小共振素子の占有面積が大きくなり、微小共振器の性能が低下するとともに、微小共振器の小型化が図れないという問題が生じる。

さらに、上述した微小共振器で周波数フィルタを構成した場合には、微小共振器の透過特性が悪いため、周波数フィルタの信頼性が低下するという問題が生じる。また、上述した微小共振器によるフィルタを通信機に用いた場合には、フィルタの透過特性が悪いため、通信の信頼性が低下するという問題が生じる。

本発明は、上述の点に鑑み、基板側の不要な振動を抑制して安定した良好な透過特性が得られる微小共振器を提供するものである。
また、本発明は、このような微小共振器による信頼性の高い周波数フィルタ、さらにこの微小共振器によるフィルタを備えた信頼性の高い通信装置を提供するものである。

本発明に係る微小共振器は、同一基板上に微小機械振動を用いた複数の微小共振素子を有し、第１の位相で振動する微小共振素子と、第１の位相と逆位相である第２の位相で振動する微小共振素子とが対をなすように配置されていることを特徴とする。
好ましくは、複数の微小共振素子が電気的に並列に接続されている構成とする。

本発明に係る微小共振器の好ましい形態は、同一平面上に配置された入力電極及び出力電極と、前記入力電極と出力電極に対して空間を挟んで配置された振動板となるビームとを備え、電気的に並列に接続されているとともに、同一基板上に並列に配置されている複数の微小共振素子を有し、前記入力電極又は出力電極のいずれか一方の電極が、互いに対向するように配置されている構成とする。
好ましくは、入力電極と出力電極を共通にして並列状に配置された複数の振動板からなるビームを備えている構成とする。
好ましくは、ビームを支持するための支持部材を有し、この支持部材が基板上に設けられている構成とする。

本発明に係る周波数フィルタは、同一基板上に微小機械振動を用いた複数の微小共振素子を有し、第１の位相で振動する微小共振素子と、第１の位相と逆位相である第２の位相で振動する微小共振素子とが対をなすように配置されてなる微小共振器を用いて構成されていることを特徴とする。
好ましくは、複数の微小共振素子が電気的に並列に接続されている構成とする。

本発明に係る周波数フィルタの好ましい形態は、同一平面上に配置された入力電極及び出力電極と、入力電極と出力電極に対して空間を挟んで配置された振動板となるビームとを備え、電気的に並列に接続されているとともに、同一基板上に並列に配置されている複数の微小共振素子を有し、入力電極又は出力電極のいずれか一方の電極が、互いに対向するように配置されてなる微小共振器を用いて構成されている構成とする。
好ましくは、入力電極と出力電極を共通にして並列状に配置された複数の振動板からなるビームを備えている構成とする。

本発明に係る通信装置は、送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、フィルタとして、同一基板上に微小機械振動を用いた複数の微小共振素子を有し、第１の位相で振動する微小共振素子と、第１の位相と逆位相である第２の位相で振動する微小共振素子とが対をなすように配置されている微小共振器によるフィルタが用いられていることを特徴とする。
好ましくは、複数の微小共振素子が電気的に並列に接続されている構成とする。

本発明に係る通信装置の好ましい形態は、送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備え、前記フィルタとして、同一平面上に配置された入力電極及び出力電極と、前記入力電極と出力電極に対して空間を挟んで配置された振動板となるビームとを備え、電気的に並列に接続されているとともに、同一基板上に並列に配置されている複数の微小共振素子を有し、前記入力電極又は出力電極のいずれか一方の電極が、互いに対向するように配置されている微小共振器によるフィルタが用いられている構成とする。
好ましくは、入力電極と出力電極を共通にして並列状に配置された複数の振動板からなるビームを備えている構成とする。

本発明の微小共振器では、隣り合う微小共振素子の振動の位相を逆相関係にすることにより、基板上における振動の相互作用の影響を低減することができ、振動により基板に生じる撓み、すなわち、不要な振動を防止することができる。また、本発明の周波数フィルタでは、透過特性の優れた微小共振器により構成されているので、安定したフィルタ動作を行うことができる。さらに、本発明の通信装置では、透過特性の優れた微小共振器によるフィルタを用いることにより、信頼性の高い通信を行うことができる。

本発明の微小共振器によれば、第１の位相で振動する微小共振素子とこれに逆相の第２の位相で振動する微小共振素子とが対をなすように配置されているので、微小共振器の動作時に、各微小共振素子から基板に伝わる運動エネルギーが相殺されて、基板に不要な振動が誘起されず、良好な透過特性を有する微小共振器を提供することができる。また、複数の微小共振素子が電気的に並列に接続されている微小共振器では、総合的に各微小共振素子から基板に伝わる運動エネルギーが相殺され、安定した良好な透過特性を有する微小共振器、いわゆる微小共振器群が得られる。

本発明の微小共振器によれば、微小共振素子に接続される入力電極又は出力電極のいずれか一方の電極が互いに対向するように配置されているので、各微小共振素子の振動により基板に生じる不要な振動を防止することにより、良好な透過特性を備えた微小共振器を提供することができる。

また、微小共振器が、入力電極と出力電極を共通にして並列状に配置された複数の振動板からなるビームを備えているときは、多数の微小共振素子を備えることができ、かつコンパクト化された微小共振器を提供することができる。また、ビームが基板上に設けられた支持部材で支持されているときも、良好な透過特性を備えた微小共振器を提供することができる。

本発明の周波数フィルタによれば、上述の本発明に係る微小共振器を用いて構成されるので、フィルタ特性が安定した信頼性の高い周波数フィルタを提供することができる。

本発明の通信装置によれば、上述の本発明に係る微小共振器による透過特性の高いフィルタを備えているので、通信の信頼性の高い通信装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の第1実施の形態を説明する。本発明で対象とする微小共振器は、マイクロスケール、ナノスケールの共振器素子を備えた共振器である。

図１は、本発明に係る微小共振器の第１実施の形態を示す。本実施の形態に係る微小共振器２１は、共通の基板２２上にビーム構造を有する複数、本例では２つの微小共振素子２３［２３−１、２３−２］を並列的に配置し、これら複数の微小共振素子２３［２３−１，２３−２］を電気的に並列接続して構成される。

即ち、各微小共振素子２３−１、２３−２は、図1及び図２に示すように、それぞれ基板２２の同一平面上に入力電極２４及び出力電極２５をそれぞれ２つに分岐して形成し、分岐された各対をなす出入力電極２４−１，２５−１、出入力電極２４−２，２５−２に対向してそれぞれ空間２６を挟んで各独立した振動板となるビーム、いわゆるビーム型の振動電極２７を形成して構成される。各微小共振素子２３−１，２３−２は、同一基板２２上に並列して配置されると共に、入力電極２４−１，２４−２が共通に接続され、出力電極２５−１，２５−２が共通に接続されていることから、並列接続された形となる。この微小共振器２１は、いわゆる複数の微小共振素子２３からなる微小共振器群として構成される。

図１に示すように、微小共振素子２３−１に接続される入力電極２４−１と、微小共振素子２３−２に接続される入力電極２４−２とが、両微小共振素子間に存在する隙間を隔てて、互いに対向するように配置されている。微小共振素子２３−１に接続される出力電極２５−１と、微小共振素子２３−２に接続される出力電極２５−２は、前記入力電極２４−１、２４−２を挟さむよう外側に配置されている。なお、入力電極と出力電極の配置が逆の関係になってもよい。

すなわち、微小共振素子２３−１に接続される出力電極２５−１と、微小共振素子２３−２に接続される出力電極２５−２とが、両微小共振素子間に存在する隙間を隔てて対向するように配置してもよい。つまり、隣接する微小共振素子２３の間で、入出力電極のいずれか一方の電極が互いに近接するように対向配置されている。

本実施の形態では、この複数の微小共振素子２３−１，２３−２の各入力電極２４を共通に接続し、各出力電極２５を共通に接続して１つのデバイスとして微小共振器２１が構成される。

各振動電極２７は、入出力電極２４，２５をブリッジ状に跨ぎ、入出力電極２４，２５の外側に配置した支持部を兼ねる配線層２８に接続されるように両端が支持されている。
基板２２は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基盤、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板等が用いられる。本例では、シリコン基板上にシリコン窒化膜を形成した基盤が用いられる。入力電極２４、出力電極２５、配線層２８は、同じ導電材料で形成することができ、例えば多結晶シリコン膜、アルミニウム（Ａｌ）などの金属膜、さらには半導体基板に不純物を導入して形成した不純物半導体層、等にて形成することができる。振動電極２７は、例えば多結晶シリコン膜、アルミニウム（Ａｌ）などの金属膜にて形成することができる。

共通接続された入力電極２４には所要の周波数信号、例えば高周波信号が入力され、共通接続された出力電極２５から目的周波数の信号、例えば高周波信号が出力される。各振動電極２７には所要のＤＣバイアス電圧が印加される。

この微小共振器２１の動作は次の通りである。各振動電極２７に所要のＤＣバイアス電圧が印加される。入力電極２４に、例えば高周波信号が入力されると、振動電極２７と入力電極２４間に生じる静電力で、２次の振動モードで振動電極２７が共振する。この振動電極２７の共振で出力電極２５から目的周波数の高周波信号が出力される。他の周波数の信号が入力されたときは、振動電極２７が共振せず、出力電極２５からは信号が出力されない。

本実施の形態に係る微小共振器２１によれば、複数の微小共振素子２３［２３−１，２３−２］を並列に配置し、各入力電極２４及び各出力電極２５をそれぞれ共通に接続して、微小共振素子２３−１，２３−２を並列接続することにより、微小共振器２１の合成インピーダンスを低下させることができる。すなわち、このときの合成インピーダンスＺａは、次のようになる。
１／Ｚａ＝（１／Ｚ１）＋（１／Ｚ２）
Ｚ１＝Ｚ２とすれば、
Ｚａ＝（１／２）Ｚ１
となる。
すなわち、各微小共振素子２３−１、２３−２を同じパターンで形成し、それぞれのインピーダンスＺ１，Ｚ２の値を同じにすれば、合成インピーダンスＺａは、インピーダンスＺ１の２分の１になる。従って、微小共振素子を２つ以上配置して並列接続すれば、適用すべき電子機器に適合する合成インピーダンスを有した微小共振器２１が得られる。

本実施の形態に係る微小共振器２１によれば、図１及び図２に示すように、隣り合う微小共振素子２３に接続される入力電極２４又は出力電極２５のいずれか一方の電極を、互いに対向するように配置することで、図２に示すように隣り合う微小共振素子２３−１の振動の位相Ｓと微小共振素子２３−２の振動の位相Ｓが逆相関係となる。その結果、振動電極２７の振動により微小共振素子２３−１に生じた力Ｆ１と、微小共振素子２３−２に生じた力Ｆ２とが、基板２２上において相互に作用した場合には、それぞれの力Ｆ１とＦ２が、互いに逆方向に作用して打ち消しあい、基板２２上に生じる力は０となる。

従って、振動により発生する力は０となるので、基板２２が撓むことはなく不要な振動が誘起されることはない。すなわち、振動により微小共振素子に生じた力が、支持部２８を介して基板２２上に作用する場合でも、基板２２が撓むことを防止できる。したがって、図３に示すように、この状態で隣り合う微小共振素子２３−１、２３−２の透過特性を重ね合わせた場合に良好な透過特性を得ることができる。

図４は、本発明に係る微小共振器の第２実施の形態を示す。
本実施の形態に係る微小共振器３１は、図１に示した微小共振器２１の入力電極２４及び出力電極２５上に、並列状に複数の振動電極２７を配置して構成される。すなわち、複数の振動電極２７が、各入出力電極２４，２５の長手方向に沿って平行に配列される。
入力電極２４−１、出力電極２５−１の上には、微小共振素子列２３′−１が、入力電極２４−２、出力電極２５−２の上には、微小共振素子列２３′−２が、それぞれ形成されている。
第１実施の形態と同じ構成に対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。

本実施の形態に係る微小共振器３１によれば、各微小共振素子２３の振動電極２７を加算することで、振動電極面積を大きくした１つの微小共振器を得ることができる。また、隣り合う微小共振素子２３に接続される入力電極２４又は出力電極２５のいずれか一方の電極を、互いに対向するように配置させているので、一組の入力電極２４及び出力電極２５上に複数の振動電極２７を並列状に設けたとしても、微小共振素子列２３′−１の振動の位相と、それに隣り合う微小共振素子列２３−２の振動の位相とを互いに反転させた関係にすることができる。その結果、各振動電極２７の振動により微小共振素子列２３′−１及び２３′−２に生じた力が、基板２２上において相互に作用した際には互いの力が逆方向に作用して打ち消しあい、基板２２上に生じる力の和は０となる。すなわち、振動により微小共振素子に生じる力によって、基板２２が振動することはないので、この状態で隣り合う微小共振素子列の透過特性を重ね合せた場合でも良好な透過特性を得ることができる。

図５は、本発明に係る微小共振器の第３実施の形態を示す。本実施の形態に係る微小共振器３３は、共通の基板２２上にビーム構造を有する複数、本例では４つの微小共振素子２３［２３−１，２３−２，２３−３，２３−４］を並列的に配置し、これら複数の微小共振素子２３［２３−１，２３−２，２３−３，２３−４］を電気的に並列接続して構成される。すなわち、各微小共振素子２３−１、２３−２、２３−３，２３−４は、それぞれ基板２２の同一平面上に入力電極２４及び出力電極２５をそれぞれ４つに分岐して形成し、分岐された各対をなす入出力電極２４−１、２５−１、入出力電極２４−２，２５−２、入出力電極２４−３，２５−３、入出力電極２４−４，２５−４に対向してそれぞれ空間を挟んで各独立した振動板となるビーム、いわゆるビーム型の振動電極２７を形成して構成される。各微小共振素子２３−１〜２３−４は、同一基板２２上に並列して配置されると共に、入力電極２４−１〜２４−４が共通に接続され、出力電極２５−１〜２５−４が共通に接続されていることから、並列接続された形となる。

図５に示すように、隣り合う微小共振素子２３−１と微小共振素子２３−２との関係においては、微小共振素子２３−１に接続される入力電極２４−１と、微小共振素子２３−２に接続される入力電極２４−２とが、両微小共振素子間に存在する隙間を隔てて、互いに対向するように配置されている。微小共振素子２３−１に接続される出力電極２５−１と、微小共振素子２３−２に接続される出力電極２５−２は、前記入力電極２４−１、２４−２を挟むよう外側に配置されている。
また、隣り合う微小共振素子２３−２と微小共振素子２３−３との関係においては、微小共振素子２３−２に接続される出力電極２５−２と微小共振素子２３−３に接続される出力電極２５−３とが、両微小共振素子間に存在する隙間を隔てて、互いに対向するように配置されている。微小共振素子２３−２に接続される入力電極２４−２と、微小共振素子２３−３に接続される入力電極２４−３は、前記出力電極２５−２、２５−３を挟むように配置されている。

さらに、微小共振素子２３−３と微小共振素子２３−４との関係においては、微小共振素子２３−３に接続される入力電極２４−３と、微小共振素子２３−４に接続される入力電極２４−４とが、両微小共振素子間に存在する隙間を隔てて、互いに対向するように配置されている。微小共振素子２３−３に接続される出力電極２５−３と、微小共振素子２３−４に接続される出力電極２５−４は、前記入力電極２４−３、２４−４を挟むよう外側に配置されている。
すなわち、いずれかの隣り合う微小共振素子２３間において、微小共振素子間に存在する隙間を隔てて、入力電極２４又は出力電極２５のいずれか一方の電極が、互いに対向するように配置されている。

本実施の形態では、この複数の微小共振素子２３−１〜２３−４の各入力電極２４を共通に接続し、各出力電極２５を共通に接続して１つのデバイスとして微小共振器３３が構成される。

本実施の形態に係る微小共振器３３によれば、複数の微小共振素子を並列的に配置させるように構成した微小共振器において、隣り合う微小共振素子２３に接続される入力電極２４又は出力電極２５のいずれか一方の電極を、互いに対向するように配置させているので、ひとつの微小共振素子の振動の位相と、それに隣り合う微小共振素子の振動の位相とを互いに反転させた関係にすることができる。

その結果、振動電極の振動により各微小共振素子に生じた力が、基板２２上において相互に作用した場合には互いに逆方向に作用して打ち消しあい、基板２２上に生じる力は０となる。すなわち、基板２２に作用する力０となり、振動により微小共振素子に生じる力によって基板２２が振動することはなく、この状態で隣り合う微小共振素子の透過特性を重ね合わせた場合には良好な透過特性を得ることができる。

図６は、本発明に係る微小共振器の第４実施の形態を示す。
本実施の形態に係る微小共振器４１は、図５に示した微小共振素子３３の入力電極２４及び出力電極２５上に、並列状に複数の振動電極２７を配置して構成される。すなわち、複数の振動電極２７が、各入出力電極２４，２５の長手方向に沿って平行に配列される。
入力電極２４−１、出力電極２５−１の上には、微小共振素子列２３’−１が、入力電極２４−２、出力電極２５−２の上には、微小共振素子列２３’−２が、入力電極２４−３、出力電極２５−３の上には、微小共振素子列２３’−３が、入力電極２４−４、出力電極２５−４の上には、微小共振素子列２３’−４が、それぞれ形成されている。
第３実施の形態と同じ構成に対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。

本実施の形態に係る微小共振器４１によれば、各微小共振素子２３の振動電極２７を加算することで、振動電極面積を大きくした１つの微小共振器を得ることができる。また、隣り合う微小共振素子２３に接続される入力電極２４又は出力電極２５のいずれか一方の電極を、互いに対向するように配置させているので、一組の入力電極２４及び出力電極２５上に複数の振動電極２７を並列状に設けたとしても、各列の微小共振素子、例えば微小共振素子列２３'−１の振動の位相と、それに隣り合う微小共振素子列、例えば微小共振素子列２３’−２の振動の位相とを逆位相とし、互いに反転させた関係にすることができる。

その結果、各振動電極２７の振動により各微小共振素子列２３’−１〜２３’−４に生じた力が、基板２２上において相互に作用した際には互いの力が逆方向に作用して打ち消しあい、基板２２上に生じる力の和は０となる。すなわち、振動により微小共振素子に生じる力によって、基板２２が振動することはないので、隣り合う微小共振素子列の透過特性を重ね合わせた場合に良好な透過特性を得ることができる。

次に、図７及び図８を用いて本実施の形態の微小共振器の製造方法を説明する。なお、図では要部の微小共振素子の断面構造を示す。
本実施の形態においては、まず、図７Ａに示すように、シリコン基板５１の上面に所要の膜厚の絶縁膜５２を形成した基板２２を用意する。本例では、シリコン基板５１上に膜厚１μｍのシリコン窒化（SiN）膜５２を形成して基板２２を形成する。

次に、図７Bに示すように、基板２２の絶縁膜５２上に下部電極、すなわち入出力電極となる所要の膜厚の導電性膜５３を形成する。本例では、シリコン窒化膜５２上に膜厚０．５μｍの多結晶シリコン膜（Poly-Si）５３を蒸着により形成する。
次いで、図７Cに示すように、多結晶シリコン膜５３を選択エッチングによりパターニングして下部電極となる入力電極２４及び出力電極２５と、配線層２８とを形成する。この出入力電極２４，２５及び配線層２８のパターンは、前述の図１、図４、図５、図６に対応したパターンに形成される。

次に、図７Dに示すように、入出力電極２４，２５及び配線層２８の上面を含む基板２２の前面に所要の膜厚の犠牲層５４を形成する。本例では、犠牲層となる膜厚０．５μｍのシリコン酸化（SiO_２）膜５４を蒸着により形成する。
次に、図７Eに示すように、犠牲層５４を平坦化処理して、入出力電極２４，２５上の犠牲層５４の膜厚を所要の膜厚に設定する。この犠牲層５４の膜厚は、前述の振動電極２７と入出力電極２４，２５との間の空間２６の高さに相当する。本例では、ＣＭＰ(化学機械研磨)法を用いて犠牲層のシリコン酸化膜５４を平坦化し、入出力電極２４、２５の上に膜厚０．１μｍのシリコン酸化膜５４が残るようにする。

つぎに、図８Fに示すように、犠牲層５４の一部を選択エッチングして配線層２８の一部が露出するコンタクト孔５５を形成する。
次に、図８Gに示すように、犠牲層５４上に振動電極、すなわちビームとなる所要の膜厚の導電性膜５６を形成する。このとき、導電性膜５６の一部はコンタクト孔５５を通じて配線２８に接続される。本例では、ビームとなる膜厚０．５μｍの多結晶シリコン膜５６を蒸着により形成する。
なお、前述の多結晶シリコン膜５３、５６、シリコン酸化膜５４は、化学蒸着法であるCVD(化学気相成長)法で形成することができるが、物理蒸着法で形成することも可能である。

次に、図８Hに示すように、導電性膜である多結晶シリコン膜５６をパターニングして振動電極となるビーム２７を形成する。

次に、図８Ｉに示すように、犠牲層５４を選択的に除去する。本例では、犠牲層であるシリコン酸化膜５４をフッ酸により除去する。これにより、入力電極２４及び出力電極２５に対して所要の空間２６を挟んでビーム、従って、振動電極２７が配置された微小共振器２１、３１、３３又は４１を得る。

本発明は、上述した各実施の形態の微小共振器を用いて周波数フィルタを構成することができる。この微小共振器によるフィルタは、高周波(ＲＦ）フィルタ、中間周波（ＩＦ）フィルタ等として用いることができる。

本発明は、上述した実施の形態の微小共振器による知る多を用いて構成される携帯電話機、無線ＬＡＮ機器、無線トランシーバ、テレビチューナ、ラジオチューナ等の、電磁波を利用して通信する通信装置を提供することができる。

次に、上述した本発明の実施の形態のフィルタを適用した通信装置の構成例を、図９を参照して説明する。
まず送信系の構成について説明すると、Ｉチャンネルの送信データとＱチャンネルの送信データを、それぞれデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）２０１Ｉ及び２０１Ｑに供給してアナログ信号に変換する。変換された各チャンネルの信号は、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑに供給され、送信信号の帯域以外の信号成分を除去した後に、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑの出力を、変調器２１０に供給する。

変調器２１０では、各チャンネル信号を、バッファアンプ２１１Ｉ及び２１１Ｑを介してミキサ２１２Ｉ及び２１２Ｑに供給する。この信号と、送信用のＰＬＬ(phase-locked loop)回路２０３から供給される送信周波数に対応した周波数信号とを混合して変調し、両混合信号を加算器２１４で加算して一系統の送信信号とする。この場合、ミキサ２１２Ｉに供給する周波数信号は、位相器２１３で信号位相を９０°シフトさせてあり、Ｉチャンネルの信号とＱチャンネルの信号とが直交変調されるようにしてある。

加算器２１４の出力は、バッファランプ２１５を介して電力増幅器２０４に供給し、所定の送信電力となるように増幅する。電力増幅器２０４で増幅された信号は、送受信切替器２０５と高周波フィルタ２０６を介してアンテナ２０７に供給され、アンテナ２０７から無線送信される。高周波フィルタ２０６は、この通信装置で送信及び受信する周波数帯域以外の信号成分を除去するバンド・パス・フィルタである。

受信系の構成としては、アンテナ２０７で受信した信号を、高周波フィルタ２０６及び送受信切替器２０５を介して高周波部２２０に供給する。高周波部２２０では、受信信号を低ノイズアンプ(LNA)２２１で増幅した後、バンド・パス・フィルタ２２２に供給して、受信周波数帯域以外の信号を除去し、この除去された信号を、バッファアンプ２２３を介してミキサ２２４に供給する。そして、チャンネル選択用ＰＬＬ回路２５１から供給される周波数信号を混合して、所定の送信チャンネルの信号を中間周波数信号とし、その中間周波信号を、バッファアンプ２２５を介して中間周波回路２３０に供給する。

中間周波回路２３０では、供給される中間周波信号を、バッファアンプ２３１を介してバンド・パス・フィルタ２３２に供給して、中間周波信号の帯域以外の信号成分を除去する。この除去された信号を自動ゲイン調整回路（AGC回路）２３３に供給して、ほぼ一定のゲインの信号とする。自動ゲイン調整回路２３３でゲイン調整された中間周波数信号は、バッファアンプ２３４を介して復調器２４０に供給される。

復調器２４０では、供給される中間周波信号を、バッファアンプ２４１を介してミキサ２４２Ｉ及び２４２Ｑに供給して、中間周波用ＰＬＬ回路２５２から供給される周波数信号を混合して、受信したＩチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分を復調する。この場合、Ｉ信号用のミキサ２４２Ｉには、位相器２４３で信号位相を９０°シフトさせた周波数信号を供給するようにしてあり、直交変調されたＩチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分を復調する。

復調されたＩチャンネルとＱチャンネルの信号は、それぞれバッファランプ２４４Ｉ及び２４４Ｑを介してバンド・パス・フィルタ２５３Ｉ及び２５３Ｑに供給され、Ｉチャンネル及びＱチャンネルの信号以外の信号成分が除去される。この除去された信号をアナログ／デジタル変換器（ADC）２５４Ｉ及び２５４Ｑに供給し、サンプリングしてデジタルデータ化し、Ｉチャンネルの受信データ及びＱチャンネルの受信データを得る。

ここまで説明した構成において、各バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ、２０２Ｑ、２０６，２２２，２３２，２５３Ｉ、２５３Ｑの一部又は全部を、上述した実施の形態のフィルタを適用して帯域制限することが可能である。
この通信装置によれば、前述したフィルタ、すなわち適用すべき通信装置に適合する合成インピーダンスを有したフィルタを備えるので、信頼性の高い通信装置を提供することができる。また、本発明の通信装置によれば、透過特性の高い微小共振器によるフィルタを備えているので、通信の信頼性の高い通信装置を提供することができる。

図９の例では、各フィルタをバンド・パス・フィルタとして構成したが、所定の周波数よりも下の周波数帯域だけを通過させるロー・パス・フィルタや、所定の周波数よりも上の周波数帯域だけを通過させるハイ・パス・フィルタとして構成し、それらのフィルタに上述した各実施の形態の構成のフィルタを適用してもよい。また図９の例では、無線送信及び無線受信を行う通信装置としたが、有線の伝送路を介して送信及び受信を行う通信装置が備えるフィルタに適用してもよく、さらに送信処理だけを行う通信装置や受信処理だけを行う通信装置が備えるフィルタに、上述した実施の形態のフィルタを適用してもよい。

本発明に係る微小共振器の第1実施の形態を示す構成図である。 図１の要部における微小共振素子の断面図である。 本発明に係る微小共振器の共振特性を示す図である。 本発明に係る微小共振器の第２実施の形態を示す構成図である。 本発明に係る微小共振器の第３実施の形態を示す構成図である。 本発明に係る微小共振器の第４実施の形態を示す構成図である。 Ａ〜Ｅ 本発明に係る微小共振器の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。 Ｆ〜Ｉ 本発明に係る微小共振器の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。 本発明の通信装置の一実施の形態を示す回路図である。 先行技術に係る微小共振器の例を示す構成図である。 Ａ 図１０の要部における微小共振素子の断面図である。 Ｂ 図１０の隣り合う微小共振素子の透過特性を重ねあわせた例を示す図である。 先行技術に係る微小共振器の例を示す断面図である。 従来のＭＥＭＳ共振器の断面図である。

符号の説明

２１、３１、３３、４１ 微小共振器
２２ 基板
２３ 微小共振素子
２４ 入力電極
２５ 出力電極
２６ 空間
２７ ビーム（振動電極）
２８ 支持部
２０２、２０６、２２２、２３２、２５３ フィルタ
２０１、２５４ デジタル／アナログ変換器
２０７ アンテナ

Claims (13)

1. 同一基板上に微小機械振動を用いた複数の微小共振素子を有し、
   第１の位相で振動する微小共振素子と、この第１の位相と逆位相である第２の位相で振動する微小共振素子とが対をなすように配置されていることを特徴とする微小共振器。
2. 前記複数の微小共振素子が電気的に並列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の微小共振器。
3. 同一基板上に配置された入力電極及び出力電極と、
   前記入力電極と出力電極に対して空間を挟んで配置された振動板となるビームとを備えた電気的に並列に接続されている複数の微小共振素子を有し、
   前記入力電極又は出力電極のいずれか一方の電極が、互いに対向するように配置されていることを特徴とする微小共振器。
4. 前記微小共振素子が、前記入力電極と出力電極を共通にして並列状に配置された複数の振動板からなるビームを備えていることを特徴とする請求項３記載の微小共振器。
5. 前記ビームを支持するための支持部材を有し、この支持部材が前記基板上に設けられていることを特徴とする請求項３又は４記載の微小共振器。
6. 同一基板上に微小機械振動を用いた複数の微小共振素子を有し、
   第１の位相で振動する微小共振素子と、該第１の位相と逆位相である第２の位相で振動する微小共振素子とが対をなすように配置されてなる微小共振器を用いて構成されていることを特徴とする周波数フィルタ。
7. 前記複数の微小共振素子が電気的に並列に接続されていることを特徴とする請求項６記載の周波数フィルタ。
8. 同一基板上に配置された入力電極及び出力電極と、
   前記入力電極と出力電極に対して空間を挟んで配置された振動板となるビームとを備え、
   電気的に並列に接続されている配置されている複数の微小共振素子を有し、
   前記入力電極又は出力電極のいずれか一方の電極が、互いに対向するように配置されてなる微小共振器を用いて構成されていることを特徴とする周波数フィルタ。
9. 前記微小共振器が、前記入力電極と出力電極を共通にして並列状に配置された複数の振動板からなるビームを備えていることを特徴とする請求項８記載の周波数フィルタ。
10. 送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、前記フィルタとして、
    同一基板上に微小機械振動を用いた複数の微小共振素子を有し、
    第１の位相で振動する微小共振素子と、該第１の位相と逆位相である第２の位相で振動する微小共振素子とが対をなすように配置されている微小共振器によるフィルタが用いられていることを特徴とする通信装置。
11. 前記フィルタにおける微小共振器は、
    前記複数の微小共振素子が電気的に並列に接続されていることを特徴とする請求項１０記載の通信装置。
12. 送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、前記フィルタとして、
    同一平面上に配置された入力電極及び出力電極と、
    前記入力電極と出力電極に対して空間を挟んで配置された振動板となるビームとを備えた電気的に並列に接続されている複数の微小共振素子を有し、
    前記入力電極又は出力電極のいずれか一方の電極が、互いに対向するように配置されている微小共振器によるフィルタが用いられていることを特徴とする通信装置。
13. 前記フィルタにおける微小共振器は、
    前記入力電極と出力電極を共通にして並列状に配置された複数の振動板からなるビームを備えていることを特徴とする請求項１２記載の通信装置。

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