JP2007158360A - 可変インダクタを備える物品 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ミクロ機械の可変／同調可能なインダクタを提供する。
【解決手段】本発明のインダクタは、空間電磁継手を支持することができる少なくとも二つの素子と、その幾何学的関係を変化させるための手段とを備える。上記素子の間の幾何学的関係を変化させると、インダクタのインダクタンスが変化する。ある実施形態の場合には、変化する幾何学的関係は、二つの素子の間の空間である。上記空間は、上記素子の間の差動運動により変化する。他の実施形態の場合には、本発明は、上記可変インダクタを内蔵する共振回路を含み、オッシレータは、上記共振回路を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、インダクタに関し、特にミクロ機械可変インダクタ、およびそれと一緒に使用する回路に関する。

＜関連出願＞
本出願は、米国特許出願第０９／１５２，１８５号および第０９／１５２，１８９号（両方とも１９９８年９月１２日出願）に関連する。
インダクタおよび可変インダクタは有用なものであり、および／または種々の重要な用途および製品で必要な回路素子である。例えば、インダクタおよび可変インダクタは、多くの高周波無線製品にとって必要な素子である。特に、インダクタおよび可変インダクタは、低雑音アンプ、電力アンプおよびミキサを整合させ、負荷を掛けるために使用され、また、上記高周波無線製品の可変周波数オッシレータに周波数選択共振回路を供給するために使用される。

通常のセルラー電話の場合には、インダクタおよび他の「受動」構成部品（例えば、コンデンサおよび抵抗）は、回路盤のスペースの９０％以上を占める場合があり、能動デバイスの数の１０倍になる場合がある。上記電話の機能は、ますますより少ない数のチップ内に集積される傾向にあるので、容易に集積できない受動構成部品回路盤設計レベルでの重要な問題になってきている。それ故、半導体に集積できる受動構成部品を製造できることが望ましい。

上記のような半導体に集積できる受動構成部品の開発は、いくつかの問題により阻害されてきた。インダクタの場合には、高周波用途に対する重要なパラメータとしては、「品質係数」Ｑ（すなわち、抵抗損失が相対的に小さいこと）および適当な高さの自己共振周波数の入手等がある。都合の悪いことに、上記パラメータの中の一つの性能を改善しようとすると、通常、他のパラメータを犠牲にしなければならないことになる。例えば、インダクタのサイズを大きくすると、通常、抵抗損失も低下するが、その共振周波数も低下してしまう。

従来技術の場合には、能動回路は、通常、「同調」、すなわち、集積回路のインダクタンスを変化させるのに使用される。このアプローチは、位相ノイズの劣化、電力要件が比較的高くなること、およびダイナミック・レンジが狭くなることなどのようないくつかの欠点がある。

１９９７年１２月７〜１０日にワシントンで開催された１９９７年ＩＥＥＥ電子デバイス会合の、プクルケ（Ｐｃｈｌｋｅ）他の「シリコンをベースとする高周波集積回路用途用のＱが非常に高い同調可能なインダクタ」の３．４．１−３．４．４は、シリコンをベースとする高周波集積回路用途に有用であるとする可変インダクタの従来技術による実行を開示している。この同調可能なインダクタは、Ｑおよびインダクタンスを変化させるのに可変位相シフタを使用する。報告によると、性能は優れているということであるが、位相シフタを使用しているのが欠点である。

開示の可変／同調可能なインダクタの場合には、インダクタンスを変化させるために、インダクタの幾何学的形状を変化させている。より詳細に説明すると、上記実施形態の場合には、従来技術とは対照的に、本発明のインダクタは、空間電磁継手を支持する少なくとも二つの素子、およびその幾何学的関係を変化させるための手段を備える。上記素子間の幾何学的関係を変化させると、インダクタのインダクタンスも変化する。

ある実施形態の場合には、本発明の可変インダクタは、グラウンド・プレーン、このプレーンから間隔を置いて設置されている導電性平面ループ、および上記グラウンド・プレーンとループとの間の幾何学的関係を変化させるための手段とを備える。他の実施形態の場合には、可変インダクタは、相互に間隔を置いて設置されている二つの導電性平面ループ、これら二つのループの間の幾何学的関係を変化させるための手段とを備える。

例示としての実施形態の場合には、変化する幾何学的関係は、ループとグラウンド・プレーンとの間の空間、または二つのループの間の空間である。種々の実施形態の場合、空間は、関連素子の間の差動運動により変化する。

例示としての実施形態の場合には、上記差動運動は、（１）素子の一方が運動できないようにして、または（２）二つの素子が作動刺激に異なる応答をするように、これらの素子のパラメータ／特性を変化させることにより行われる。変化対象のパラメータとしては、素子（例えば、ループ）の厚さ、製造材料および使用する構造等があるが、これらに限定されない。例示としての実施形態の場合には、作動刺激としては、温度、静電気の力、電気機械的衝動、および磁気の力等がある。

他の実施形態の場合には、本発明は、上記可変インダクタを内蔵する共振回路、および上記共振回路を含むオッシレータを備える。

本発明は、可変インダクタおよびそれを使用する回路である。上記可変インダクタは、シリコン、ゲルマニウム等のような「集積できる」支持体上に製造することが有利であるが、材料はこれらに限定されない。しかし、用途によっては、本発明の受動可変インダクタを、ガラス基板、またはその他の非導電基板、または誘電係数の低い基板のような、「集積できない」支持体上に形成したほうが、望ましい場合もあることを理解されたい。本発明の可変インダクタは、集積できない支持体と一緒に使用するのに適しているし、集積できる支持体と一緒に使用するのに適している。

本発明の可変インダクタを説明した後で、本発明のいくつかの例示としての共振回路について説明する。

受動インダクタの全インダクタンス、Ｌ_ＲＦは下記式により表わされる。
［１］ Ｌ_ＲＦ＝Ｌ_ＳＥＬＦ＋Ｍ

全インダクタンスを構成する二つのインダクタンスとは、（１）自己インダクタンス、Ｌ_ＳＥＬＦと、（２）相互インダクタンス、Ｍである。自己インダクタンスは、インダクタのセグメントの幾何学的形状によるものである。相互インダクタンスは、幾何学的形状、空間的距離、およびインダクタンスを形成しているいくつかのセグメントを流れる電流の相対的位相によるものである。上記幾何学的形状および位相関係が、インダクタに与える影響については周知である。インダクタンスは、自己インダクタンスまたは相互インダクタンス、Ｍを変化させた場合に、変化する、すなわち、「同調」する。本発明の場合には、インダクタンスは、インダクタのセグメントの幾何学的形状／空間的距離を変化させることにより変化させている。

図１−図４Ｂは、本発明の可変インダクタの、いくつかの例示としての実施形態である。これらすべての例示としての実施形態の場合には、インダクタの種々の素子またはセグメントの、幾何学的形状／空間的距離を変化させることにより、インダクタンスを変化させている。素子またはセグメントは、空間電磁継手を支持する材料を含んでいなければならないことを理解することができるだろう。適当な材料としては、導電材料、導体でない磁気材料（例えば、強磁性ガラス）および超伝導材料等があるが、これらに限定されない。

例示としての実施形態の場合には、電磁継手を行う誘導素子の中のあるものを「ループ」と呼び、「Ｕ」字形で表わす。上記誘導素子は、任意の形にすることができることを理解されたい。すなわち、誘導素子はループである必要はないし、「Ｕ」字形である必要もないし、またはどのような任意の特定の形をとることもできる。実際、電磁継手を行うある実施形態の場合には、上記誘導ラインはまっすぐである。本明細書で使用する場合、電磁継手を行う素子を説明する際に使用する「ループ」という用語は、螺旋、ループ（楕円形、円形、長方形等を含む）、直線および任意の他の適当な形状を含む任意の幾何学的形状を意味する。

図面を分かりやすくするために、上記幾何学的形状を変化させる手段または刺激（例えば、アクチュエータ、作動刺激）は、図１−図４Ｂに示していないし、それについての説明もしていない。作動デバイス／刺激については後で説明する。

図１の実施形態の場合には、例示としての可変インダクタ１００は、「ループ」１１０、グラウンド・プレーン１０４、および支持体１０２を備え、これらの部材は図に示すように相互に関連している。インダクタ１００は、ループ１１０とグラウンド・プレーン１０４との間に差動運動を発生することができるように構成されている。例示としての実施形態の場合には、ループ１１０は、支持体１０２に「固定」されていて、一方、グラウンド・プレーン１０４は、自由端部１０５のところで、ベクトル１０６の方向に移動することができるが、固定端部１０３のところでは拘束されている。ループ１１０は、移動することができないので、グラウンド・プレーン１０４が運動すると、ループとグラウンド・プレーンとの間に差動運動が発生する。高周波信号のような信号は、接点１１６ａオッシレータ１６ｂを通して、ループ１１０に送られる。支持体１０２は、必要に応じて、適宜、半導体に内蔵させることもできるし、内蔵させなくてもよい。

ある実施形態の場合には、金属でできているグラウンド・プレーン１０４は、インダクタのセグメント１１８および１１９の間の相互インダクタンスに影響を与える。すでに説明したように、インダクタ１００のようなインダクタのインダクタンスは、他の要因とともに、上記空間的距離の関数である。

グラウンド・プレーンがループ１０４と異なる平面に位置するように、グラウンド・プレーン１０４の自由端部１０５が、（例えば、固定端部１０３を中心にして回転するというように）支持体１０２から離れて上に向かって運動すると、グラウンド・プレーン１０４と、インダクタ・セグメント１１８または１１９との間の距離ｘは、ベクトルの方向１０７に沿って変化する。そのため、セグメント１１８および１１９の間の相互インダクタンスは、ベクトルの方向１０７に沿って変化する。

グラウンド・プレーン１０４は、ベクトルの方向１０６に沿って運動するので、グラウンド・プレーンと、インダクタ１０８および１０９に沿った任意の点との間の距離ｘは変化し、グラウンド・プレーンの運動方向により、増大したり、短縮したりする。そのような運動の結果、有効な電気的空間１１７が変化し、それにより、（例えば、セグメント１１８および１１９に沿った任意の点のような）ループ１１０の異なる素子の間の自己インダクタンスが変化し、そのため、インダクタ１００のインダクタンスが変化する。

他の実施形態（図示せず）の場合には、ループ１１０は運動することができ、一方、グラウンド・プレーン１０４は運動することができない。このような実施形態の場合には、ループ１１０を、アンカー１１２および１１４のようないアンカーのところで、支持体１０２に固定することができ、ループ１１０はこれらのアンカーを中心にして回転することができる。以下に説明するように、グラウンド・プレーン１０４で、（または、ループ１１０のようなループ内で）発生した運動は、差動方法の関数として、その固定端部を中心にして本当に回転するのではなく、グラウンド・プレーン（または、ループ）の「湾曲」から上に向かって運動する。本明細書および添付の特許請求の範囲内においては、「運動」、「可動」「回転」等という用語は、拘束されていないグラウンド・プレーンまたはループの運動を説明する際に使用する場合には、固定点を中心とする湾曲および／または回転を含む。

いくつかの実施形態の場合には、グラウンド・プレーン１０４は、磁気材料または他の方法で磁気を与えられた材料からできている。グラウンド・プレーン１０４が磁気を帯びている場合には、ベクトル方向１０６に沿って運動すると、インダクタンスに比較的大きな変化が起こる。

ループ１１０（および他の実施形態を示す他の図面のループ）は、一回しか巻かれていないが、複数回巻かれたループも、本発明と一緒に使用するのに適していることを理解することができるだろう。巻数を増やすと、インダクタのインダクタンスの数値が高くなる。

図２は、可変インダクタ２００の第二の例示としての実施形態である。インダクタ２００は、二つのループ、すなわち、外側のループ２１０、および内側のループ２２０を備える。両方のループは、アンカー２１２、２１４のところで固定されている。ループ２１０は、ベクトルの方向２１６で示すように、自由端部２１１のところで運動することができ、ループ２２０は、ベクトルの方向２２２で示すように、自由端部２２１のところで運動することができる。高周波信号のような信号は、接点２１６ａおよび２１６ｂを通して、ループ２１０および２２０に送られる。

以下に説明するように、ループ２１０および２２０の間に差動運動が発生するように、ループは適当に配置、作動等がされる。すなわち、上記運動により、幾何学的形状／空間的距離が変化するように、ループは相互に相対的運動をすることができる。すでに説明したように、そのような変化が起こると、インダクタンスが変化する。

図３Ａおよび図３Ｂの例示としての可変インダクタ３００は、二つのループ状のインダクタ２００を含む。インダクタ３００は、例示としてのインダクタ３００の外側のループ２１０が、フック３０２により運動できないようになっている点が、インダクタ２００とは異なる。フック３０２は、ループ２１０を支持体１０２に比較的近い位置に維持する。拘束されていない内側のループ２２０が上下に運動すると、インダクタンスが変化する。図３Ｂは、拘束されている外側のループ２１０に向かって、ベクトルの方向３２２に沿って、下方に運動する内側のループ２２０である。内側のループおよび外側のループが同一平面内に位置すると、自己インダクタンスが最大になる。

図４Ａ−図４Ｃの例示としての可変インダクタ４００も、二つのループを持つ。インダクタ４００においては、外側のループ２１０は、支持体４０２により支持されている。外側のループ２１０から下に向かって延びる部材４１８は、支持体４０２（図４Ｂ）の上に位置する。このような方法により、ループ２１０の下向きの運動が、ほとんど防止される。インダクタ３００とは異なり、支持体４０２は、ループ２１０を、上に向かって、支持体１０２から比較的遠い位置に移動させる。固定されていない内側のループ２２０が、上下に運動するにつれてインダクタンスが変化する。図４Ａは、同じ平面内に位置する内側のループおよび外側のループを示す。図４Ｃは、拘束されている外側のループ２１０から遠ざかる方向に、ベクトルの方向４２２に沿って、下方に運動する内側のループ２２０を示す。

本発明の可変インダクタは、インダクタンスを変化させるために、インダクタ・セグメントの間、（または、インダクタ・セグメントとグラウンド・プレーンとの間の）差動運動を利用する。上記の差動運動の実行方法については、以下に説明する。

ある実施形態の場合には、差動刺激として、温度変化を使用することができる。例えば、上記温度変化を起こさせるために、インダクタを非常に小さなオーブンまたはクーラー内に設置することができる。インダクタ・セグメント等の間で差動運動を起こさせるために、セグメントは、温度に対して異なる応答をしなければならない。このような異なる応答は、例えば、異なる金属を使用して、また、セグメントの一方の表面を波形するなど、機械的設計を変更して、インダクタ・セグメントの厚さを変化させることにより起こさせることができる。

別の方法としては、ループを選択的に加熱するために、ループの一方にＤＣバイアスを掛けることができる。例えば、図５に示すように、ループ２２０が選択的に加熱されるように、ループ２２０にバイアスを掛けることができる。

熱作動による運動は、通常、ループまたはグラウンド・プレーンの「湾曲」である。このような湾曲については、ＳＰＩＥの３６８０巻の５８２〜５９１ページにリプリントされている、１９９９年３〜４月にフランスのパリで開催されたＭＥＭＳおよびＭＯＥＭＳの設計、試験およびミクロ製造についてのシンポジウムの際に発表された、ガメル他の「自己組立ての、ミクロ機械加工した高周波インダクタの設計、試験およびシミュレーション」が、固定インダクタの場合について報告している。

図３Ａおよび図３Ｂのインダクタ３００、および図４Ａ／図４Ｃのインダクタ４００は、熱作動と一緒に使用するのによく適している。例えば、温度が下がると、拘束されていないループは、「湾曲」し始め、支持体１０２から離れて、上に向かって運動する。温度が上がると、ループは平面に戻ろうとする。

他の実施形態の場合には、可動部材は、静電気により作動する。図６は、静電作動を行うための装置であり、この場合、電極６３０および６３２は、ループ２１０の「自由端部」の下に位置していて、電極６４０および６４２は、ループ２２０の自由端部の下に位置している。ＤＣバイアスが、関連ループを引きつける静電力を発生する電極に掛けられる。バイアス電圧の数値が、静電力およびループの運動量（すなわち、湾曲）を制御する。

図７の別の例示としての実施形態の場合には、ループ２１０および２２０は、電気機械的に動作する。より詳細に説明すると、ループ２１０は、リンケージ１５２ａにより、そのループに機械的係合しているアクチュエータに７５８により作動する。例示としてのアクチュエータ７５８の動作により、部材７５９は、ほぼ「水平」方向、または「同一平面」内をベクトルの方向７０７に沿って運動する。このような同一平面内の運動は、リンケージ１５２ａの動作を通して「垂直方向」の上昇または「平面から外へ出る」運動に変換される。例示としてのリンケージ１５２ａは、ヒンジ７５４によりループ２１０に接続し、ヒンジ７６０によりアクチュエータ７５８に接続している硬質のアーム７５２を備える。ループ２２０は、同様に、リンケージ７５２ｂにより、それに機械的に接続しているアクチュエータ（図を見やすくするために図示していない）により作動する。

本発明と一緒に使用するのに適しているアクチュエータは、例えば、周知のスクラッチ・ドライブ、コーム・ドライブ、および当業者であれば周知の電気機械動作用の種々の他の任意の適当な構成を含む。

本発明の可変インダクタは、例えば、多重ユーザＭＥＭＳ（ミクロ電気機械システム）プロセス、ノースカロライナ州、リサーチ・トライアングル・パーク所在のＭＥＭＳマイクロエレクトロニクス・センター・オブ・ノースカロライナ（ＭＣＮＣ）社が市販している「ＭＵＭＰ」のような標準ミクロ機械工作技術により製造することができる。

ＭＣＮＣのＭＵＭＰの一つとして３ポリシリコン層表面ミクロ機械加工プロセスがある。このプロセスを使用することにより、「露出できない」、通常、アドレス電極および支持体上のローカル配線をパターン形成するために使用される、「ＰＯＬＹ０」と呼ばれる第一の蒸着層を形成することができる。それ故、ＰＯＬＹ０層は、例えば、インダクタ・ループの静電差動にとって役に立つ電極６３０、６３２、６４０および６４２（図６参照）を形成するのに使用することができる。「ＰＯＬＹ１」および「ＰＯＬＹ２」と呼ばれる、上の二つのポリシリコン層は、「露出することができ」、そのため、アクチュエータの素子、または可動ループおよびグラウンド・プレーンのような機械的構造体を形成するのに使用することができる。ＰＯＬＹ１および／またはＰＯＬＹ２は、製造中ポリシリコン層の間に蒸着された犠牲酸化層をエッチングによる除去することにより露出することができる。

ポリシリコン層、ＰＯＬＹ０、ＰＯＬＹ１およびＰＯＬＹ２の公称の厚さは、それぞれ、０．５ミクロン、２ミクロンおよび１．５ミクロンである。ポリシリコン層および酸化層は、それぞれ、パターン形成され、不必要な材料が、次の層が形成される前に、反応性イオン・エッチングにより、各層から除去される。そうしたい場合には、公称０．６〜１．３ミクロンの厚さの金属層をＰＯＬＹ２層の上に蒸着することができる。

当業者であれば、ＭＣＮＣの３層プロセス、および他のＭＥＭＳ製造プロセスは周知の技術である。

ＭＣＮＣ３層プロセスに基づく、例示としてのループ１１０、２１０および２２０のようなインダクタ・ループの製造方法について以下に説明する。図８Ａ−図８Ｉは、この方法を示す。これらの図面は、図を分かりやすくするために、（例えば、インダクタ１００の場合には、アンカー１１４およびセグメント１１９だけというように）インダクタ・ループの構造の一部だけを示す側面図である。ＭＣＮＣプロセスを使用して蒸着する材料のいくつかの層は、この構造体を形成する場合には使用されない。製造中にこの構造体上に蒸着された層の不必要な部分は、後で石版印刷ステップで完全に除去される。このような使用されていない層は、図面をわかりやすくするために表示していない。図を分かりやすくするために、このような使用されない層は図示していない。以下の説明および添付の図面においては、種々のポリシリコン層に対して、ＭＣＮＣという名称を使用する。

図８Ａに示すように、ポリシリコンの第一の層ＰＯＬＹ０が、窒化シリコンのような絶縁層ＩＮ上に形成される。その後で、層、ＰＯＬＹ０は、適当なマスクを使用してパターン形成される。図８Ｂは、インダクタ・ループの一方の「端部」に対して、アンカーとしての働きをするパターン形成された層、ＰＯＬＹ０ｐを示す。

その後で、図８Ｃに示すように、酸化物の層、ＯＸが、層、ＩＮおよび層、ＰＯＬＹ０_ｐの上に蒸着される。次に、図８Ｄに示すように、酸化物の層、ＯＸがパターン形成される。

図８Ｅの場合には、ポリシリコンの層、ＰＯＬＹ２が、パターン形成された層、ＯＸ_ｐおよびＰＯＬＹ０_ｐの上に蒸着される。インダクタ・ループおよび支持体は、層、ＰＯＬＹ２上に形成される。それ故、層、ＰＯＬＹ２が、適当に構成されたマスクにより、上記構造体内にパターン形成される。図８Ｆは、パターン形成された層ＰＯＬＹ２_ｐである。

層、ＰＯＬＹ２をパターン形成した後で、金属層、Ｍが、層、ＰＯＬＹ２_ｐに上に蒸着され、パターン形成される。金属は、支持体およびループ上に蒸着され、導電性の表面を形成する。図８Ｇは、パターン形成された層、ＰＯＬＹ２_ｐ上でパターン形成された層、Ｍを示す。最後に、図８Ｈに示すように、酸化物の層、ＯＸが、フッ化水素等でエッチングされ、パターン形成されたＰＯＬＹ２_ｐが露出する。

いくつかの実施形態の場合には、二つの金属の層が、単一の層に対向して、インダクタ１０２全体の上に蒸着され、それにより、その電気的抵抗が、単一の層の電気的抵抗より低くなる。さらに他の実施形態の場合には、三つまたはそれ以上の金属層が、電気的抵抗をさらに低くするために使用される。例えば、アルミニウム、銅、銀または金を含む種々の金属の中の任意のものをこの目的のために使用することができる。当業者であれば周知のように、金は、通常、ＣＭＯＳプロセスには使用されない。それ故、本発明の可変インダクタをＣＭＯＳチップに内蔵させる実施形態の場合には、金よりむしろ上記の他の金属を使用すべきである。

可変インダクタ４００のようないくつかの実施形態の場合には、インダクタ・ループの中の少なくとも一つを基板から浮かせて形成することが望ましい。そうするための一つの方法は、図８Ｉに示すように、固定されていない端部を支持体上に蒸着した層、ＩＮから上方に移動させるように露出させるときに、パターン形成された層、ＰＯＬＹ２_ｐを「湾曲」させる方法である。

このような上方への湾曲は、湾曲させる構造体の構造層（例えば、上記実施形態のパターン形成された層、ＰＯＬＹ２）の上に、「応力層」を蒸着することにより起こさせることができる。応力層は、蒸着した場合、高いレベルの固有応力を持つ材料の層を含む。

例えば、すでに説明したように、導電性表面を形成するために、ＰＯＬＹ２層の上に金属が蒸着される。上記金属としては、通常、（ＣＭＯＳ用途でない場合には）金が使用される。しかし、金はポリシリコンに接着しない。それ故、多くの場合、金を蒸着する前に、ＰＯＬＹ２層の上に、薄い接着層が蒸着される。ある実施形態の場合には、上記接着層は応力層である。

好適には、接着層は、クローム、またはチタンまたはタングステンのような耐火金属であることが好ましい。何故なら、蒸着したクローム、チタン、タングステン等は、高い固有応力を持っているからである。パターン形成された層、ＰＯＬＹ２_ｐを露出させるために、犠牲酸化層がエッチングにより除去されると、クローム等の層が収縮して応力が最も小さくなる。上記のような収縮が起こると、上に向かう力が、パターン形成された層、ＰＯＬＹ２_ｐの、固定されていない端部に加わり、上記端部を「上方に」湾曲させる。

他の実施形態（図示せず）の場合には、パターン形成された層であるＰＯＬＹ２_ｐが、圧縮応力により形成され、上の層（例えば、金属）が、低い応力で蒸着される。露出の場合には、ＰＯＬＹ２_ｐ層は膨張して、同じように上方に湾曲する。

上記の例示としての実施形態の場合には、ＭＣＮＣプロセスのＰＯＬＹ１層は使用されないで、ＰＯＬＹ２層が使用される。理由はいくつかある。第一理由は、１．５ミクロンのＰＯＬＹ２層が、ＰＯＬＹ１層（２ミクロン）より薄いので、ＰＯＬＹ２層の方が、「湾曲」し易いことである。第二の理由は、ループに、必要な導電性を与えるために、これらの構造体を含む、（例えば、ポリシリコンのような）構造層上に金属を蒸着した方が有利であるからである。ＭＣＮＣプロセスの場合には、金属はＰＯＬＹ１層の上に蒸着することはできないが、ＰＯＬＹ２層の上には蒸着することができる。

上記方法は、ＭＣＮＣの３ポリシリコン層ＭＥＭＳ製造技術を使用しているが、インダクタ・ループは、他の表面ミクロ機械工作プロセスを使用しても製造することができることを理解されたい。

すでに説明したように、受動インダクタの全インダクタンス、Ｌ_ＲＦは、下記式により表わされる。
［１］ Ｌ_ＲＦ＝Ｌ_ＳＥＬＦ＋Ｍ

ここで、Ｌ_ＳＥＬＦは、自己インダクタンスであり、Ｍは相互インダクタンスである。

他の実施形態の場合には、全インダクタンスは、インダクタを通る電流の流れの方向により影響を受ける。隣接するライン内を同じ方向に並列に電流が流れる場合には、図９に示すように、各インダクタ・ループ２１０および２２０内を電流Ｉ_２１０およびＩ_２２０が流れ、正の相互インダクタンスが発生する。隣接するライン内を反対方向に並列に電流が流れる場合には、図１０に示すように、各インダクタ・ループ２１０および２２０内を電流Ｉ_３１０およびＩ_３２０が流れ、負の相互インダクタンスが発生する。

電流が反対方向流れる場合には、二つのインダクタ・ループ２１０および２２０は、図１０の端部９５０のような、ループの少なくとも一方の端部で相互に絶縁される。端部９５０においては、ループ２１０は、電気的接点９１６ａにより終端され、ループ２２０は、電気的接点９１Ｂｂにより終端される。接点９１６ａおよび９１６ｂは物理的に独立している。

図１−図４Ｃの可変インダクタは、電流が同じ方向に流れるように構成されている。他の実施形態の場合には、電流が対向して流れるように、このインダクタを容易に構成することができることを理解することができるだろう。

小型であり、ＣＭＯＳ処理と互換性を持っているので、都合のよいことに、この可変インダクタは、商業規模の処理により、モノリシックの形で、多数の重要な回路に集積することができる。最も基本的な回路レベルにおいて、周知の同調可能なＬＣ回路を改良した回路を供給するために、このインダクタを使用することができる。本発明の同調可能なＬＣ回路は、本発明により、可変インダクタに電気的に接続される信号ゼネレータおよびコンデンサを備えることができる。当業者であれば周知のように、このような回路は、直列にも並列にも配置することができる。

上記の同調可能なＬＣ回路は、無線遠隔通信および他の用途で、改良形の可変周波数オッシレータ、フィルタおよび他の重要な回路を供給するために使用される。ある実施形態の場合には、本発明は無線周波数オッシレータを供給する。この場合、オッシレータは、ＤＣ電力を高周波電力に変換するデバイスまたは回路である。本発明の改良形オッシレータは、種々の周知の構成で、本発明の可変インダクタを含む。

このような構成の一つとしては、ポートが一つの負抵抗オッシレータがある。図１１は、その概念図である。このようなオッシレータは、負荷Ｌおよび負抵抗入力デバイスＩＮを含むものとして思い描くことができる。通常、負抵抗デバイスは、負抵抗を作るためにバイアスが掛けられている、ガン・ダイオードまたはインパット・ダイオードである。本発明の場合には、負荷は、本発明の可変インダクタを含むＬＣ回路のような共振構造体を備える。

もう一つのオッシレータ構成は、増幅デバイスを使用して、負抵抗の機能を実行する。図１２は、従来のアンプをベースとする可変周波数オッシレータである。このようなオッシレータは、周波数依存構造体、すなわち、共振構造体ＲＳおよび増幅デバイスＡを含む。電力出力ポートは、通常は、トランジスタとして実行される増幅デバイスＡのどちらかの側面上に設置することができる。

本発明の、改良形のアンプをベースとする可変周波数オッシレータの場合には、共振構造体ＲＳは、本発明の可変インダクタを含むＬＣ回路を備える。アンプは、入力のところで、共振構造体内の高周波信号をモニタすることができるように、また出力のところで、共振構造体内で発振を維持するのに最も適した方法で、増幅した信号を共振構造体内に注入することができるよう構成される。当業者であれば、上記機能を供給するのに適している増幅デバイスを設計することができるだろう。

上記実施形態の中のある実施形態の場合、本発明の可変インダクタの製造方法をＣＭＯＳ処理と一体化すると有利であり、または必要である。一体化する方法は、市販されていて、通常、特定の用途のニーズに容易に適応させることができる。そのようなプロセスの一つに、マサチューセッツ州、ノーウッド所在のアナログ・デバイス社が市販している「ＢｉＭＯＳＩＩｅ（登録商標）」プロセスがある。ＢｉＭＯＳＩＩｅ（登録商標）プロセスは、ＭＥＭＳ構造体を形成するのに適している表面ミクロ機械工作プロセスを、アナログ用途に有用なデバイスを形成するのに適しているＣＭＯＳプロセスと合体させる。ＢｉＭＯＳＩＩｅ（登録商標）プロセスに関する情報は、ｈｔｔｐ：／／ｉｍｅｎｓ，ｍｃｎｃ ｏｒｇのアナログ・デバイス／ＭＣＮＣサーバ・ページに掲載されている。サング他の米国特許第５，３２６，７２６号および５，６２０，９３１号を参照されたい。上記米国特許は、引用によって本明細書の記載に援用する。

さらに、ＣＭＯＳチップ内にＭＥＭＳ構造体をモノリシックに内蔵させる方法は、バークレイ所在のカリフォルニア大学およびニューメキシコ州、アルバカーキ所在のサンディア・ナショナル・ラボラトリーの提供によるものである。

上記実施形態は、本発明の原理を適用することにより考案することができる、多くの可能な特定の装置の単なる例示としてのものに過ぎないことを理解されたい。通常の当業者であれば、本発明の範囲および精神から逸脱することなしに、上記原理により他の装置も考案することができる。それ故、上記他の装置も、特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に含まれる。

本発明の可変インダクタの第一の実施形態である。 本発明の可変インダクタの第二の実施形態である。 本発明の可変インダクタの第三の実施形態である。 本発明の可変インダクタの第三の実施形態である。 本発明の可変インダクタの第四の実施形態である。 本発明の可変インダクタの第四の実施形態である。 本発明の可変インダクタの第四の実施形態である。 熱作動用の例示としての装置である。 静電作動用の例示としての装置である。 電気機械的作動用の例示としての装置である。 例示としての製造方法である。 例示としての製造方法である。 例示としての製造方法である。 例示としての製造方法である。 例示としての製造方法である。 例示としての製造方法である。 例示としての製造方法である。 例示としての製造方法である。 例示としての製造方法である。 正の相互インダクタンスを発生するための装置である。 負の相互インダクタンスを発生するための装置である。 従来技術の、ポートが一つの負抵抗オッシレータの概念図である。 アンプをベースとする可変周波数オッシレータの概念図である。

Claims (21)

1. 同調可能なインダクタを備える物品であって、
   同調可能なインダクタが、空間電磁結合を可能にする第一の材料を含む第一の平らなループと、
   前記第一の平らなループの内側であって前記第一の平らなループと同一平面内に位置するように運動可能な第二の素子であって、前記第二の素子が空間電磁結合を可能にする第二の材料を含み、少なくとも前記第二の素子の一部がその第二の素子の固定端部に対して運動可能であり、第二の素子は前記第一のループから間隔を置いて設置され、
   前記第一のループと前記第二の素子との間の空間を変化させることができるアクチュエータとを持つ物品。
2. 請求項１に記載の物品において、前記第二の素子が、グラウンド・プレーンである物品。
3. 請求項２に記載の物品において、前記アクチュエータが、前記グラウンド・プレーンと前記ループとの間の空間内で差動運動を発生し、その結果、前記空間を変化させる物品。
4. 請求項２に記載の物品において、前記グラウンド・プレーンが、磁気を帯びている物品。
5. 請求項１に記載の物品において、前記アクチュエータが、前記第一のループを運動させることができる物品。
6. 請求項５に記載の物品において、前記第二の素子が、第二の平らなループである物品。
7. 請求項６に記載の物品において、前記アクチュエータが、第一および第二の位置の間で、前記第一のループを運動させることができ、前記第一の位置において、前記第一および第二のループが同一平面上に位置し、前記第二の位置において、前記第一および第二のループが同一平面上に位置しない物品。
8. 請求項７に記載の物品において、前記第二のループが固定されている物品。
9. 請求項６に記載の物品において、前記第一のループ内を電流が流れる方向が、前記第二ループ内を電流が流れる方向と同じである物品。
10. 請求項６に記載の物品において、前記第一のループ内を電流が流れる方向が、前記第二ループ内を電流が流れる方向と反対である物品。
11. 請求項７に記載の物品に置いて、前記第一のループが、第一の厚さを持つ第一の金属を備え、前記第二のループが、第二の厚さを持つ第二の金属を備える物品。
12. 請求項１１に記載の物品において、前記第一の厚さと第二の厚さとが異なる物品。
13. 請求項１１に記載の物品において、前記第一の金属と第二の金属とが異なる物品。
14. 請求項７に記載の物品において、前記第一のループが波状になっている物品。
15. 請求項１に記載の物品において、前記アクチュエータが、前記第一のループに、ＤＣバイアスを掛けるための手段を備える物品。
16. 請求項１に記載の物品において、前記アクチュエータが、ＤＣ静電制御を備える物品。
17. 請求項１に記載の物品において、前記アクチュエータが、機械的リンケージを備える物品。
18. 請求項１７に記載の物品において、前記アクチュエータが、さらに、前記機械的リンケージにより、前記第一のループに動作できるように接続している電気機械デバイスを備える物品。
19. 請求項１に記載の物品において、前記物品が、前記同調可能なインダクタに電気的に接続している信号ゼネレータおよびコンデンサを持つＬＣ回路を備える物品。
20. 請求項１９に記載の物品において、前記物品が、可変周波数オッシレータを備え、前記可変周波数オッシレータが、前記ＬＣ回路を備える共振構造体に電気的に接続している負抵抗デバイスを含む物品。
21. 請求項１に記載の物品であって、該物品が更に、
    支持体と、
    該支持体へ接続された前記第一の平らなループの少なくとも一つの端部とを含むものであって、前記第二の素子の固定端部が前記支持体へ接続される物品。

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