JP2008103777A - Micromechanical resonator - Google Patents

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Kenichiro Suzuki
健一郎 鈴木
Mitsuhiro Okada
光広 岡田
Hironori Nagasaki
寛範 長崎
Akimasa Tamano
晃正 玉野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To lower the impedance of a micromechanical resonator which has a resonator 5 having both ends supported on a substrate 9 and two electrodes 1 and 2 disposed opposite the resonator 5, where one electrode 1 and resonator 5 face each other to form one or a plurality of gap portions and the other electrode 2 and resonator 5 face each other to form one or a plurality of gap portions. <P>SOLUTION: In the micromechanical resonator, the resonator 5 has a plurality of resonance beams 52, 53, and 54 disposed in mutually parallel position relation on the substrate 9, where both end portions of each resonance beam are supported on the substrate 9 and adjacent resonance beams are coupled to each other at or nearby positions of their antinodes of vibrations. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、入力された高周波信号を機械的な信号に変換した後に再び高周波信号に変換して出力する共振器に関し、特に、半導体分野における微細加工技術を利用して作製されるマイクロメカニカル共振器に関するものである。   The present invention relates to a resonator that converts an input high-frequency signal into a mechanical signal, and then converts the high-frequency signal back to a high-frequency signal and outputs the same, and more particularly, a micromechanical resonator manufactured using a microfabrication technique in the semiconductor field. It is about.

近年、半導体分野における微細加工技術を利用して、微細な機械構造を電子回路と一体化して形成する、所謂マイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)技術が開発されており、フィルターや共振器への応用が検討されている。   In recent years, so-called microelectromechanical system (MEMS) technology has been developed that uses microfabrication technology in the semiconductor field to form a fine mechanical structure integrated with an electronic circuit, and has been applied to filters and resonators. It is being considered.

図24は、MEMS技術を用いた従来のマイクロメカニカル共振器を表わしている(非特許文献1)。該マイクロメカニカル共振器は、図示の如く基板(96)上に共振子(90)を具え、該共振子(90)は、角柱状の共振ビーム(92)と、該共振ビーム(92)の両端部を支持すべき4本の角柱状の支持ビーム(91)〜(91)とから構成されており、各支持ビーム(91)の基端部はそれぞれアンカー(93)によって基板(96)上に固定されている。これによって、共振子(90)は、基板(96)の表面から僅かに浮上した位置に保持されている。   FIG. 24 shows a conventional micromechanical resonator using MEMS technology (Non-Patent Document 1). The micromechanical resonator includes a resonator (90) on a substrate (96) as shown in the figure. The support beam is composed of four prismatic support beams (91) to (91), and the base ends of the support beams (91) are respectively mounted on the substrate (96) by anchors (93). It is fixed. Thus, the resonator (90) is held at a position slightly floating from the surface of the substrate (96).

又、共振子(90)の共振ビーム(92)の両側には、共振ビーム(92)の中央部を挟んで入力電極(94)と出力電極(95)が配備され、共振ビーム(92)と両電極(94)95)との間に所定のギャップ部Gが形成されている。
そして、入力電極(94)には高周波電源(6)が接続されると共に、1つのアンカー(93)には主電圧電源(7)が接続されている。
In addition, on both sides of the resonant beam (92) of the resonator (90), an input electrode (94) and an output electrode (95) are disposed across the center of the resonant beam (92), and the resonant beam (92) and A predetermined gap G is formed between the two electrodes (94) 95).
A high frequency power source (6) is connected to the input electrode (94), and a main voltage power source (7) is connected to one anchor (93).

アンカー(93)を介して共振子(90)に直流電圧Vpを印加した状態で、入力電極(94)に高周波信号Viを入力すると、入力電極(94)と共振ビーム(92)との間にギャップ部Gを介して交番静電気力が発生し、該静電気力によって共振子(90)が基板(96)の表面と平行な面内で振動する。この共振子(90)の振動により、共振ビーム(92)と両電極(95)(94)との間に形成される静電容量が変化し、該静電容量の変化が出力電極(95)から高周波信号Ioとして出力される。   When a high frequency signal Vi is input to the input electrode (94) in a state where the DC voltage Vp is applied to the resonator (90) through the anchor (93), the input electrode (94) and the resonant beam (92) are placed between them. An alternating electrostatic force is generated through the gap portion G, and the resonator (90) vibrates in a plane parallel to the surface of the substrate (96) by the electrostatic force. Due to the vibration of the resonator (90), the capacitance formed between the resonant beam (92) and both electrodes (95) (94) changes, and the change in the capacitance is caused by the change in the output electrode (95). Is output as a high-frequency signal Io.

又、図25は、従来の他のマイクロメカニカル共振器を表わしている(非特許文献2、特許文献1)。該マイクロメカニカル共振器は、基板(107)上に平板状の共振子(100)を具え、該共振子(100)は、両端部と中央部の3カ所に支持部(103)を有すると共に、隣接する2つの支持部(103)(103)間に共振ビーム(102)を有している。各支持部(103)には支持ビーム(101)が突設され、各支持ビーム(101)の基端部はそれぞれアンカー(104)によって基板(107)に固定されている。これによって、共振子(100)は、基板(107)の表面から僅かに浮上した位置に保持されている。   FIG. 25 shows another conventional micro mechanical resonator (Non-Patent Document 2, Patent Document 1). The micromechanical resonator includes a plate-like resonator (100) on a substrate (107), and the resonator (100) has support portions (103) at three places, both end portions and a central portion, A resonant beam (102) is provided between two adjacent supports (103) (103). A support beam (101) protrudes from each support portion (103), and a base end portion of each support beam (101) is fixed to the substrate (107) by an anchor (104). As a result, the resonator (100) is held at a position slightly lifted from the surface of the substrate (107).

又、基板(107)上には、共振子(100)の2つの共振ビーム(102)(102)との間に、入力電極(106)と出力電極(105)が配備され、一方の共振ビーム(102)と入力電極(106)の間、並びに他方の共振ビーム(102)と出力電極(105)との間に、所定のギャップ部が形成されている。
そして、入力電極(106)には高周波電源(6)が接続されると共に、1つのアンカー(104)には主電圧電源(7)が接続されている。
On the substrate (107), an input electrode (106) and an output electrode (105) are provided between the two resonant beams (102) and (102) of the resonator (100). A predetermined gap is formed between (102) and the input electrode (106) and between the other resonant beam (102) and the output electrode (105).
A high frequency power source (6) is connected to the input electrode (106), and a main voltage power source (7) is connected to one anchor (104).

アンカー(104)を介して共振子(100)に直流電圧Vpを印加した状態で、入力電極(106)に高周波信号Viを入力すると、入力電極(106)と共振ビーム(102)との間にギャップ部を介して交番静電気力が発生し、該静電気力によって共振子(100)が基板(107)の表面と垂直な面内で振動する。この共振子(100)の振動により、共振子(100)と両電極(106)(105)との間に形成される静電容量が変化し、該静電容量の変化が出力電極(105)から高周波信号Ioとして出力される。   When a high frequency signal Vi is input to the input electrode (106) in a state where the DC voltage Vp is applied to the resonator (100) through the anchor (104), the input electrode (106) and the resonant beam (102) are placed between them. An alternating electrostatic force is generated through the gap, and the resonator (100) vibrates in a plane perpendicular to the surface of the substrate (107) by the electrostatic force. Due to the vibration of the resonator (100), the capacitance formed between the resonator (100) and both electrodes (106) (105) changes, and the change in the capacitance is the output electrode (105). Is output as a high-frequency signal Io.

W.-T.Hsu,J.R.Clark, and C.T.-C.Nguyen,“Q-optimized lateral freee-free beam micromechanical resonators,”Digest of Technical papers, the 11th Int. Conf. on Solid-State Sensors & Actuators (Transducers’01), Munich, Germany, June 10-14,2001, pp.1110-1113.W.-T.Hsu, JRClark, and CT-C. Nguyen, “Q-optimized lateral freee-free beam micromechanical resonators,” Digest of Technical papers, the 11th Int. Conf. On Solid-State Sensors & Actuators (Transducers '01), Munich, Germany, June 10-14, 2001, pp.1110-1113. M.U.Demirci and C.T.-C.Nguyen,“Higher-mode freee-free beam micromechanical resonators,”Proceedings,2003 IEEE Int. Frequency Control Symposium, Tampa, May5-8, 2003, pp.810-818.M.U.Demirci and C.T.-C.Nguyen, “Higher-mode freee-free beam micromechanical resonators,” Proceedings, 2003 IEEE Int. Frequency Control Symposium, Tampa, May5-8, 2003, pp.810-818. 特表2002-535865号公報Special Table 2002-535865

上述の如きマイクロメカニカル共振器においては、図26(a)に示す1次の共振モードの他、同図(b)に示す2次の共振モードや同図(c)に示す3次の共振モード等の高次の共振モードが混在して発生するが、特にマイクロメカニカル共振器をGHz帯で動作する高周波無線通信機器に応用する場合、製造時の加工を容易にするため、共振器のサイズを大きく出来る、高次の共振モードを利用する必要がある。しかしながら、図27に示す如く、1次の共振モードの強度が最も高く、3次の共振モード、5次の共振モードと、高次になるほど強度が低くなるため、応用が進んでいないのが実状である。   In the micromechanical resonator as described above, in addition to the primary resonance mode shown in FIG. 26A, the secondary resonance mode shown in FIG. 26B and the tertiary resonance mode shown in FIG. However, when micromechanical resonators are applied to high-frequency wireless communication devices operating in the GHz band, the size of the resonators should be reduced in order to facilitate processing during manufacturing. It is necessary to use a higher-order resonance mode that can be increased. However, as shown in FIG. 27, the first-order resonance mode has the highest intensity, the third-order resonance mode, the fifth-order resonance mode, and the higher the order, the lower the intensity. It is.

そこで本発明者らは上記の課題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、意図的に高次の共振モードを発生させることが可能なマイクロメカニカル共振器の開発に成功した。
図17及び図18は、該マイクロメカニカル共振器の一例を示している。図示の如く、該マイクロメカニカル共振器は、基板(9)上に両端部が支持された共振ビーム(52)と、該共振ビーム(52)を挟んで両側に配置された2つの電極(1)(2)とを具え、共振ビーム(52)の両端部間にて、一方の電極(1)と共振ビーム(52)とが互いに対向して、1或いは複数のギャップ部が形成されると共に、他方の電極(2)と共振ビーム(52)とが互いに対向して、1或いは複数のギャップ部が形成され、高周波信号の入力により何れか一方若しくは両方の電極(1)(2)と共振ビーム(52)との間に交番静電気力を発生させて共振ビーム(52)に振動を与え、何れか一方若しくは両方の電極(1)(2)と共振ビーム(52)との間の静電容量の変化を高周波信号として出力するものである。
Thus, as a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have succeeded in developing a micromechanical resonator that can intentionally generate a higher-order resonance mode.
17 and 18 show an example of the micromechanical resonator. As shown in the figure, the micromechanical resonator includes a resonant beam (52) supported at both ends on a substrate (9) and two electrodes (1) disposed on both sides of the resonant beam (52). (2), between the both ends of the resonant beam (52), one electrode (1) and the resonant beam (52) face each other to form one or a plurality of gaps, The other electrode (2) and the resonant beam (52) face each other to form one or a plurality of gaps, and either one or both of the electrodes (1), (2) and the resonant beam are input by inputting a high frequency signal. An alternating electrostatic force is generated between the resonant beam 52 and the resonant beam 52 to vibrate, and the capacitance between one or both of the electrodes 1, 2 and the resonant beam 52. Is output as a high-frequency signal.

該マイクロメカニカル共振器によれば、ギャップ部の数に応じた3次以上の高次の共振モードで共振ビーム(52)が共振し、高い周波数の出力信号が得られることになる。従って、出力される高周波信号の周波数を挺倍する必要がないため、特に、低位相ノイズが必要とされる装置、例えばリモートキーレスエントリーシステムや、スペクトラム拡散通信やソフトウエア無線等のRF無線装置に有効である。   According to the micromechanical resonator, the resonant beam (52) resonates in a third-order or higher-order resonance mode corresponding to the number of gap portions, and an output signal having a high frequency can be obtained. Therefore, it is not necessary to multiply the frequency of the high-frequency signal to be output. Therefore, in particular, for devices that require low phase noise, such as remote keyless entry systems, RF wireless devices such as spread spectrum communication and software defined radio. It is valid.

ところで、この様な装置への応用を考慮した場合、マイクロメカニカル共振器のインピーダンスを低減させて損失を少しでも抑えることが要求される。
そこで本発明の目的は、発明者らが開発したマイクロメカニカル共振器を更に低インピーダンスなものとすることである。
By the way, when considering application to such an apparatus, it is required to reduce the impedance of the micromechanical resonator to suppress the loss as much as possible.
Accordingly, an object of the present invention is to further reduce the impedance of the micromechanical resonator developed by the inventors.

本発明に係るマイクロメカニカル共振器は、基板(9)上に両端部が支持された共振子(5)と、該共振子(5)に対向して配置された2つの電極(1)(2)とを具え、一方の電極(1)と共振子(5)とが互いに対向して、1或いは複数のギャップ部が形成されると共に、他方の電極(2)と共振子(5)とが互いに対向して、1或いは複数のギャップ部が形成され、高周波信号の入力により何れか一方若しくは両方の電極(1)(2)と共振子(5)との間に交番静電気力を発生させて共振子(5)に振動を与え、何れか一方若しくは両方の電極(1)(2)と共振子(5)との間の静電容量の変化を高周波信号として出力するものである。
ここで、前記共振子(5)は、基板(9)上に、互いに並列の位置関係に配置された複数本の共振ビームを具え、各共振ビームの両端部が基板上に支持されると共に、隣接する共振ビームどうしが、それぞれの振動の腹の位置若しくはその近傍位置にて互いに連結されている。
The micromechanical resonator according to the present invention includes a resonator (5) whose both ends are supported on a substrate (9), and two electrodes (1) and (2) disposed opposite to the resonator (5). ), One electrode (1) and the resonator (5) face each other to form one or a plurality of gaps, and the other electrode (2) and the resonator (5) Opposite to each other, one or a plurality of gaps are formed, and an alternating electrostatic force is generated between one or both electrodes (1), (2) and the resonator (5) by inputting a high frequency signal. A vibration is applied to the resonator (5), and a change in capacitance between one or both of the electrodes (1), (2) and the resonator (5) is output as a high-frequency signal.
Here, the resonator (5) includes a plurality of resonance beams arranged in parallel with each other on the substrate (9), and both ends of each resonance beam are supported on the substrate, Adjacent resonant beams are connected to each other at or near the antinodes of each vibration.

本発明に係るマイクロメカニカル共振器においては、前記共振子(5)を構成する複数本の共振ビームに対し、これらの共振ビームが配列されている面に対して垂直な方向に、若しくは平行な方向に静電気力を作用させる。   In the micromechanical resonator according to the present invention, the plurality of resonance beams constituting the resonator (5) are perpendicular to or parallel to the plane on which these resonance beams are arranged. Electrostatic force is applied to the.

上記本発明のマイクロメカニカル共振器によれば、共振子が1本の共振ビームから構成されている複数のマイクロメカニカル共振器を単に電気的に並列接続した場合に比べて、共振子(5)を構成する各共振ビームの機械的振幅が増大し、Q値が増大することが、実験的に確認された。   According to the micromechanical resonator of the present invention described above, the resonator (5) is compared with a case where a plurality of micromechanical resonators each having a resonator composed of a single resonant beam are simply electrically connected in parallel. It has been experimentally confirmed that the mechanical amplitude of each of the constituting resonant beams increases and the Q value increases.

具体的には、前記共振子(5)を構成する複数本の共振ビームは、それぞれの共振周波数が互いに異なることとなる形状寸法を有している。例えば、前記共振子(5)を構成する複数本の共振ビームは、それぞれの長さが互いに異なっている。
該具体的構成によれば、よりQ値が増大することが、実験的に確認された。
Specifically, the plurality of resonance beams constituting the resonator (5) have shapes and dimensions that make their resonance frequencies different from each other. For example, the plurality of resonant beams constituting the resonator (5) have different lengths.
According to the specific configuration, it has been experimentally confirmed that the Q value is further increased.

ここで、互いに隣接する2本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比を、1.2未満とすれば、共振子(5)を同じサイズの複数本の共振ビームによって構成した場合に比べて、Q値が増大することが、実験的に確認された。
更に、互いに隣接する2本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比を、約1.01〜約1.02の範囲とすれば、Q値の最大化を図ることが出来る。
Here, if the ratio of the length of the longer resonance beam to the length of the shorter one of the two adjacent resonance beams is less than 1.2, the resonator (5) is the same. It has been experimentally confirmed that the Q value is increased as compared with the case of a plurality of resonant beams having a size.
Further, if the ratio of the length of the longer resonance beam to the length of the shorter resonance beam of the two adjacent resonance beams is in the range of about 1.01 to about 1.02, Q The value can be maximized.

本発明に係るマイクロメカニカル共振器によれば、Q値を増大させてインピーダンスの低減を図ることが出来る。   According to the micromechanical resonator according to the present invention, the Q value can be increased to reduce the impedance.

以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係るマイクロメカニカル共振器は、図1に示す如く、シリコン或いはガラスからなる基板(9)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(5)が配備され、その両端部はシリコン、アルミニウム等の導電材料からなるアンカー(3)(3)によって基板(9)上に支持されている。これによって、共振子(5)は、基板(9)の表面から僅かに浮上した位置に保持されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
In the micromechanical resonator according to the present invention, a resonator (5) made of a conductive material such as silicon or aluminum is disposed on a substrate (9) made of silicon or glass as shown in FIG. It is supported on the substrate (9) by anchors (3) (3) made of a conductive material such as silicon or aluminum. Thus, the resonator (5) is held at a position slightly lifted from the surface of the substrate (9).

共振子(5)は、互いに並列の位置関係に配置された3本の共振ビーム(52)(53)(54)を具え、各共振ビームの両端部がアンカー(3)(3)に連結されている。又、3本の共振ビーム(52)(53)(54)は、隣接するどうしがビーム中央部にてシリコン、アルミニウム等の導電材料からなる連結ビーム(41)により連結されている。   The resonator (5) includes three resonant beams (52) (53) (54) arranged in parallel with each other, and both ends of each resonant beam are connected to the anchors (3) (3). ing. The three resonant beams (52), (53), and (54) are connected to each other by a connecting beam (41) made of a conductive material such as silicon or aluminum at the center of the beam.

共振子(5)の3本の共振ビーム(52)(53)(54)を挟んで基板(9)側の下方には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる2本の電極(1)(1)が配備されると共に、基板(9)とは反対側の上方には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる1本の電極(2)が配備され、これらの電極(1)(1)(2)は基板(9)上で互いに連結されている。下方の各電極(1)には、3本の共振ビーム(52)(53)(54)を横切る電極突出部(16)が形成されると共に、上方の電極(2)には3本の共振ビーム(52)(53)(54)を横切る電極突出部(26)が形成され、これらの電極突出部(16)(26)(26)は食い違いの位置関係で交互に等間隔で並んでいる。
電極(1)(1)(2)には高周波電源(6)が接続され、一方のアンカー(3)には主電圧電源(7)が接続されている。
Two electrodes (1) (1) (1) made of a conductive material such as silicon or aluminum are disposed below the substrate (9) with the three resonant beams (52) (53) (54) of the resonator (5) interposed therebetween. 1) is provided, and one electrode (2) made of a conductive material such as silicon or aluminum is provided above the opposite side of the substrate (9). These electrodes (1) (1) (2) are connected to each other on the substrate (9). Each lower electrode (1) is formed with an electrode protrusion (16) crossing three resonant beams (52), (53) and (54), and the upper electrode (2) has three resonances. Electrode protrusions (26) crossing the beams (52), (53), and (54) are formed, and these electrode protrusions (16), (26), and (26) are alternately arranged at equal intervals in a misaligned positional relationship. .
A high frequency power source (6) is connected to the electrodes (1), (1) and (2), and a main voltage power source (7) is connected to one anchor (3).

主電圧電源(7)からアンカー(3)を介して共振子(5)に直流電圧Vpを印加した状態で、高周波電源(6)から電極(1)(1)(2)に高周波信号Viを入力すると、3本の共振ビーム(52)(53)(54)と電極突出部(16)(26)(26)の間にギャップ部を介して交番静電気力が発生し、該静電気力によって3本の共振ビーム(52)(53)(54)が基板(9)の表面と垂直な面内で振動する。
この共振ビーム(52)(53)(54)の振動により、共振ビーム(52)(53)(54)と電極突出部(16)(26)(26)の間の静電容量が変化し、該静電容量の変化が該アンカー(3)から高周波信号Ioとして出力される。
A high-frequency signal Vi is applied from the high-frequency power source (6) to the electrodes (1), (1), and (2) in a state where the DC voltage Vp is applied from the main voltage power source (7) to the resonator (5) via the anchor (3). When input, an alternating electrostatic force is generated between the three resonant beams (52) (53) (54) and the electrode protrusions (16), (26) and (26) via the gap, and the electrostatic force causes 3 The resonant beams (52), (53) and (54) of the book vibrate in a plane perpendicular to the surface of the substrate (9).
Due to the vibration of this resonant beam (52) (53) (54), the capacitance between the resonant beam (52) (53) (54) and the electrode protrusion (16) (26) (26) changes, The change in capacitance is output as a high-frequency signal Io from the anchor (3).

ここで、共振子(5)を構成する3本の共振ビーム(52)(53)(53)は、それぞれ3次共振モードで振動するが、該振動の3つの腹の位置の内、中央の腹の位置にて連結ビーム(41)により互いに機械的に連結されているので、共振子(5)は全体として1つの共振周波数で共振することになる。   Here, the three resonance beams (52) (53) (53) constituting the resonator (5) vibrate in the third-order resonance mode. Since they are mechanically connected to each other at the antinode position by the connecting beam (41), the resonator (5) resonates at one resonance frequency as a whole.

上記マイクロメカニカル共振器は、3本の共振ビーム(52)(53)(54)の各ビームを独立に具えた3つの共振器要素を互いに並列関係で機械的に連結した構成を有しているが、本発明のマイクロメカニカル共振器(連結型マイクロメカニカル共振器)は、1つの共振器要素からなるマイクロメカニカル共振器(単独型マイクロメカニカル共振器)よりも大きな機械的振幅で振動することになる。
そして、3つの共振器要素によって得られる出力電流を足し合わせた電流値が高周波信号として出力されることになる。
The micromechanical resonator has a configuration in which three resonator elements each independently including three beams (52), (53), and (54) are mechanically connected in parallel with each other. However, the micromechanical resonator (connected micromechanical resonator) of the present invention vibrates with a mechanical amplitude larger than that of a micromechanical resonator (single micromechanical resonator) composed of one resonator element. .
A current value obtained by adding the output currents obtained by the three resonator elements is output as a high-frequency signal.

図2は、3つの単独型マイクロメカニカル共振器の周波数特性Pa、Pb、Pcと、該3つの単独型マイクロメカニカル共振器の共振器要素を互いに連結してなる連結型マイクロメカニカル共振器の周波数特性Pmとを比較したものである。
図示の如く、本発明の連結型マイクロメカニカル共振器の周波数特性Pmの機械的振幅の大きさは、3つの単独型マイクロメカニカル共振器の周波数特性Pa、Pb、Pcの何れの機械的振幅よりも大きくなっている。
従って、本発明の連結型マイクロメカニカル共振器によれば、3つの単独型マイクロメカニカル共振器によって得られる3つの出力電流を足し合わせた電流値よりも大きな出力電流が得られることとなり、共振器全体のインピーダンスを低下させることが出来る。
FIG. 2 shows the frequency characteristics Pa, Pb, and Pc of three single-type micromechanical resonators and the frequency characteristics of a coupled-type micromechanical resonator formed by connecting the resonator elements of the three single-type micromechanical resonators. This is a comparison with Pm.
As shown in the figure, the magnitude of the mechanical amplitude of the frequency characteristic Pm of the coupled micromechanical resonator of the present invention is larger than the mechanical amplitude of any of the frequency characteristics Pa, Pb, and Pc of the three individual micromechanical resonators. It is getting bigger.
Therefore, according to the coupled micromechanical resonator of the present invention, an output current larger than the current value obtained by adding the three output currents obtained by the three individual micromechanical resonators can be obtained. Impedance can be reduced.

次に、図3乃至図16を用いて、本発明の連結型マイクロメカニカル共振器の種々の実施例と、各実施例におけるコンピュータシミュレーションを用いたモード解析及び静的解析の結果について説明する。   Next, various embodiments of the coupled micromechanical resonator of the present invention and the results of mode analysis and static analysis using computer simulation in each embodiment will be described with reference to FIGS.

第1実施例
図3に示す第1実施例においては、2本の共振ビーム(52)(53)を基板上に基板と平行に配列し、これらの共振ビーム(52)(53)を上面及び下面の中央位置にて連結ビーム(41)(41)により互いに連結して、横型2連結の共振子(5)が構成されている。
該共振子(5)においては、図4に示す如く、両共振ビーム(52)(53)の配列方向に、各共振ビーム(52)(53)の中央部と両端部に互いに逆向きの静電気力P1、P2を作用させて、図中に点線で示す様に両共振ビーム(52)(53)に3次の共振モードを発生させる。
ここで、共振ビーム(52)(53)(54)の中央部に作用させる静電気力P1は、共振ビーム(52)(53)(54)の両端部に作用させる静電気力P2よりも小さく設定されている。
First Embodiment In the first embodiment shown in FIG. 3, two resonant beams (52) (53) are arranged on a substrate in parallel with the substrate, and these resonant beams (52) (53) are arranged on the upper surface and A laterally-coupled resonator (5) is constituted by coupling with each other by coupling beams (41) and (41) at the center position of the lower surface.
In the resonator (5), as shown in FIG. 4, electrostatic charges in opposite directions are arranged at the center and both ends of each resonance beam (52) (53) in the arrangement direction of both resonance beams (52) (53). The forces P1 and P2 are applied to generate a third-order resonance mode in both resonance beams (52) and (53) as indicated by dotted lines in the figure.
Here, the electrostatic force P1 applied to the central part of the resonant beams (52) (53) (54) is set smaller than the electrostatic force P2 applied to both ends of the resonant beams (52) (53) (54). ing.

コンピュータシミュレーションにおいては、図5に示す様に、共振ビームに生じる3次共振モードの振動の2つの節の間隔を単位長さとして、5μmの単位長さを有する第1の共振ビームと、該共振ビームの単位長さを徐々に変化させた第2の共振ビームの組み合わせにおいて、連結型マイクロメカニカル共振器のQ値の変化を調べた。
その結果、図示の如く、2つの共振器要素のサイズが同じ連結型マイクロメカニカル共振器のQ値は、単独型マイクロメカニカル共振器のQ値(図中の「1個の場合」)よりも大きなものとなった。
In the computer simulation, as shown in FIG. 5, the first resonant beam having a unit length of 5 μm with the interval between two nodes of the vibration of the third-order resonance mode generated in the resonant beam as a unit length, and the resonance In the combination of the second resonance beams in which the unit length of the beam was gradually changed, the change in the Q value of the coupled micromechanical resonator was examined.
As a result, as shown in the figure, the Q value of the coupled micromechanical resonator having the same size of the two resonator elements is larger than the Q value of the single micromechanical resonator (“one” in the figure). It became a thing.

更に、2つの共振器要素のサイズが異なる連結型マイクロメカニカル共振器のQ値は、2つの共振器要素のサイズが同じ連結型マイクロメカニカル共振器のQ値に対し、第2の共振ビームの単位長さが5μm〜5.1μmの範囲では、より大きな値となり、更に第2の共振ビームの単位長さが5.06μmにて最大値となった。
従って、2本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、1.02未満であることが好ましく、更に、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約1.012であることが最も好ましいということが出来る。
Furthermore, the Q value of the coupled micromechanical resonator having two resonator elements of different sizes is equal to the unit of the second resonant beam with respect to the Q value of the coupled micromechanical resonator having the same size of the two resonator elements. When the length was in the range of 5 μm to 5.1 μm, the value was larger, and the unit length of the second resonance beam was the maximum value at 5.06 μm.
Therefore, the ratio of the length of the longer resonant beam to the length of the shorter resonant beam of the two resonant beams is preferably less than 1.02, and the length of the shorter resonant beam is further reduced. Most preferably, the ratio of the length of the longer resonant beam to the length is about 1.012.

第2実施例
図6に示す第2実施例においては、3本の共振ビーム(52)(53)(54)を基板上に基板と平行に配列し、これらの共振ビーム(52)(53)(54)を上面及び下面の中央位置にて連結ビーム(41)(41)により互いに連結して、横型3連結の共振子(5)が構成されている。
該共振子(5)においては、図7に示す如く、3本の共振ビーム(52)(53)(54)の配列方向に、各共振ビーム(52)(53)(54)の中央部と両端部に互いに逆向きの静電気力P1、P2を作用させて、図中に点線で示す様に3本の共振ビーム(52)(53)(54)に3次の共振モードを発生させる。
ここで、共振ビーム(52)(53)(54)の中央部に作用させる静電気力P1は、共振ビーム(52)(53)(54)の両端部に作用させる静電気力P2よりも小さく設定されている。
Second Embodiment In the second embodiment shown in FIG. 6, three resonant beams (52) (53) (54) are arranged on a substrate in parallel with the substrate, and these resonant beams (52) (53) are arranged. (54) are connected to each other by connecting beams (41) and (41) at the center positions of the upper surface and the lower surface to form a horizontal three-connected resonator (5).
In the resonator (5), as shown in FIG. 7, in the arrangement direction of the three resonant beams (52), (53), and (54), the central portion of each resonant beam (52), (53), and (54) Electrostatic forces P1 and P2 that are opposite to each other are applied to both ends to generate a third-order resonance mode in the three resonance beams (52), (53), and (54) as indicated by dotted lines in the figure.
Here, the electrostatic force P1 applied to the central part of the resonant beams (52) (53) (54) is set smaller than the electrostatic force P2 applied to both ends of the resonant beams (52) (53) (54). ing.

コンピュータシミュレーションにおいては、図8に示す様に、5μmの単位長さを有する第1の共振ビームAと、該共振ビームの単位長さを徐々に変化させた第2の共振ビームBと、各共振ビームBに対して同じだけ単位長さを変化させた第3の共振ビームCとの組み合わせを有する連結型マイクロメカニカル共振器のQ値の変化を調べた。
その結果、図示の如く、3つの共振器要素のサイズが同じ連結型マイクロメカニカル共振器のQ値は、単独型マイクロメカニカル共振器のQ値(図中の「1個の場合」)よりも大きなものとなった。
In the computer simulation, as shown in FIG. 8, a first resonance beam A having a unit length of 5 μm, a second resonance beam B in which the unit length of the resonance beam is gradually changed, and each resonance The change in the Q value of the coupled micromechanical resonator having the combination with the third resonant beam C in which the unit length was changed by the same amount as the beam B was examined.
As a result, as shown in the figure, the Q value of the coupled micromechanical resonator having the same size of the three resonator elements is larger than the Q value of the single micromechanical resonator (“one case” in the figure). It became a thing.

更に、3つの共振器要素のサイズが異なる連結型マイクロメカニカル共振器のQ値は、3つの共振器要素のサイズが同じ連結型マイクロメカニカル共振器のQ値に対し、第2の共振ビームの単位長さが5μm〜5.1μmの範囲であって、且つ第3の共振ビームの単位長さが5μm〜5.2μmの範囲では、より大きな値となり、更に第2の共振ビームの単位長さが5.09μm、第3の共振ビームの単位長さが5.18μmで最大値となった。
従って、隣接する2本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、1〜1.02の範囲が好ましく、更に、隣接する2本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約1.018であることが最も好ましいということが出来る。
Furthermore, the Q value of the coupled micromechanical resonator having three resonator element sizes different from each other is the unit of the second resonant beam with respect to the Q value of the coupled micromechanical resonator having the same three resonator element sizes. When the length is in the range of 5 μm to 5.1 μm and the unit length of the third resonance beam is in the range of 5 μm to 5.2 μm, the value becomes larger, and the unit length of the second resonance beam is further increased. The maximum value was 5.09 μm, and the unit length of the third resonance beam was 5.18 μm.
Accordingly, the ratio of the length of the longer resonant beam to the length of the shorter resonant beam of the two adjacent resonant beams is preferably in the range of 1 to 1.02, and moreover, It can be said that the ratio of the length of the longer resonant beam to the length of the shorter resonant beam among the resonant beams is most preferably about 1.018.

第3実施例
図9に示す第3実施例においては、3本の共振ビーム(52)(53)(54)を基板上に基板と垂直に配列し、各共振ビームの長さ方向の中央位置にて連結ビーム(41)(41)により互いに連結して、縦型3連結の共振子(5)が構成されている。
該共振子(5)においては、図10に示す如く、3本の共振ビーム(52)(53)(54)の配列方向と直交する向きに、各共振ビーム(52)(53)(54)の中央部と両端部に互いに逆向きの静電気力P1、P2を作用させて、図中に点線で示す様に3本の共振ビーム(52)(53)(54)に3次の共振モードを発生させる。
ここで、共振ビーム(52)(53)(54)の中央部に作用させる静電気力P1は、共振ビーム(52)(53)(54)の両端部に作用させる静電気力P2よりも小さく設定されている。
Third Embodiment In the third embodiment shown in FIG. 9, three resonant beams (52) (53) (54) are arranged on the substrate perpendicular to the substrate, and the center positions of the respective resonant beams in the length direction are arranged. Are coupled to each other by coupled beams (41) and (41) to form a vertical three-coupled resonator (5).
In the resonator (5), as shown in FIG. 10, each resonant beam (52) (53) (54) is oriented in a direction orthogonal to the arrangement direction of the three resonant beams (52) (53) (54). The electrostatic forces P1 and P2 that are opposite to each other are applied to the center and both ends of each of the three resonance beams (52), (53), and (54) as shown by the dotted lines in the figure. generate.
Here, the electrostatic force P1 applied to the central part of the resonant beams (52) (53) (54) is set smaller than the electrostatic force P2 applied to both ends of the resonant beams (52) (53) (54). ing.

コンピュータシミュレーションにおいては、図11に示す様に、5μmの単位長さを有する第1の共振ビームAと、該共振ビームの単位長さを徐々に変化させた第2の共振ビームBと、各共振ビームBに対して同じだけ単位長さを変化させた第3の共振ビームCとの組み合わせを有する連結型マイクロメカニカル共振器のQ値の変化を調べた。   In the computer simulation, as shown in FIG. 11, a first resonance beam A having a unit length of 5 μm, a second resonance beam B in which the unit length of the resonance beam is gradually changed, and each resonance The change in the Q value of the coupled micromechanical resonator having the combination with the third resonant beam C in which the unit length was changed by the same amount as the beam B was examined.

その結果、3つの共振器要素のサイズが異なる連結型マイクロメカニカル共振器のQ値は、3つの共振器要素のサイズが同じ連結型マイクロメカニカル共振器のQ値に対し、第2の共振ビームの単位長さが5μm〜5.12μmの範囲であって、且つ第3の共振ビームの単位長さが5μm〜5.24μmの範囲では、より大きな値となり、更に第2の共振ビームの単位長さが5.09μm、第3の共振ビームの単位長さが5.18μmで最大値となった。
従って、隣接する2本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、1〜1.024の範囲が好ましく、更に、隣接する2本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約1.018であることが最も好ましいということが出来る。
As a result, the Q value of the coupled micromechanical resonator in which the sizes of the three resonator elements are different from the Q value of the coupled micromechanical resonator in which the size of the three resonator elements is the same as that of the second resonant beam. When the unit length is in the range of 5 μm to 5.12 μm and the unit length of the third resonance beam is in the range of 5 μm to 5.24 μm, the value is larger, and the unit length of the second resonance beam is further increased. Was 5.09 μm, and the unit length of the third resonance beam was 5.18 μm, which was the maximum value.
Therefore, the ratio of the length of the longer resonant beam to the length of the shorter resonant beam of the two adjacent resonant beams is preferably in the range of 1 to 1.024. It can be said that the ratio of the length of the longer resonant beam to the length of the shorter resonant beam among the resonant beams is most preferably about 1.018.

第4実施例
図12(a)(b)はそれぞれ、縦型2連結の共振子と縦型3連結の共振子において、各共振ビームの中央部に作用させる静電気力P1と各共振ビームの両端部に作用させる静電気力P2を均等とした場合のQ値の変化を表わしている。
図12(a)に示す如く縦型2連結の共振子においては、隣接する2本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、1〜1.024の範囲が好ましく、更に、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約1.024であることが最も好ましいということが出来る。
又、図12(b)に示す如く縦型3連結の共振子においては、隣接する2本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、1〜1.024の範囲が好ましく、更に、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約1.018であることが最も好ましいということが出来る。
Fourth Embodiment FIG. 12 (a) (b), respectively, in the vertical 2 connected resonators and vertical 3 coupled resonators, both ends of the electrostatic force P1 and each resonator beam to be applied to the central portion of each resonator beam The change of the Q value when the electrostatic force P2 applied to the part is equalized is shown.
As shown in FIG. 12 (a), in a vertically connected resonator, the ratio of the length of the longer resonance beam to the length of the shorter resonance beam of two adjacent resonance beams is 1 The range of ˜1.024 is preferred, and it can be said that the ratio of the length of the longer resonant beam to the length of the shorter resonant beam is most preferably about 1.024.
Also, as shown in FIG. 12B, in the vertical three-coupled resonator, the ratio of the length of the longer resonant beam to the length of the shorter resonant beam of the two adjacent resonant beams is 1 to 1.024 is preferable, and the ratio of the length of the longer resonant beam to the length of the shorter resonant beam is most preferably about 1.018.

図12に示す結果から、本発明の連結型マイクロメカニカル共振器においては、各共振ビームの中央部に作用させる静電気力P1よりも各共振ビームの両端部に作用させる静電気力P2を大きく設定した場合に限らず、これらの静電気力P1、P2を均等とした場合にも同様の効果を得ることが出来ると言える。   From the results shown in FIG. 12, in the coupled micromechanical resonator of the present invention, when the electrostatic force P2 applied to both ends of each resonance beam is set larger than the electrostatic force P1 applied to the center portion of each resonance beam. It can be said that the same effect can be obtained when the electrostatic forces P1 and P2 are equalized.

第5実施例
図13〜図15は、縦型3連結の共振子を有するマイクロメカニカル共振器において、共振子を1次共振モードで振動させる実施例を示している。図16(a)(b)はそれぞれ、縦型2連結の共振子と縦型3連結の共振子において、静電気力を各共振ビームの中央部に作用させ、共振子を1次共振モードで振動させた場合のQ値の変化を表わしている。
図13は各共振ビームの寸法形状を表わしている。図14は、実験番号毎に、タイプAの共振ビーム(52)、タイプBの共振ビーム(53)及びタイプCの共振ビーム(54)について、各ビームの単位長さLを表わしている。又、図15は、縦型3連結の共振子における連結ビーム(41)の形状寸法と、外力の位置及び大きさを表わしている。
尚、縦型2連結の共振子では、タイプAの共振ビーム(52)とタイプBの共振ビーム(53)のみを用いた。
Fifth Embodiment FIGS. 13 to 15 show an embodiment in which a resonator is vibrated in a primary resonance mode in a micromechanical resonator having vertical three-connected resonators. FIGS. 16 (a) and 16 (b) respectively show an electrostatic force acting on the central part of each resonance beam in a vertical two-connected resonator and a vertical three-connected resonator, and the resonator vibrates in the primary resonance mode. The change of the Q value when it is made to represent is shown.
FIG. 13 shows the size and shape of each resonant beam. FIG. 14 shows the unit length L of each beam for the type A resonant beam (52), the type B resonant beam (53), and the type C resonant beam (54) for each experiment number. FIG. 15 shows the geometry of the connection beam (41) and the position and size of the external force in the vertical three-connection resonator.
It should be noted that only the type A resonance beam (52) and the type B resonance beam (53) were used in the vertical two-connected resonator.

縦型2連結の共振子では、図16(a)の如く、Q値は、タイプBの共振ビーム(53)の単位長さLが5μm〜6.8μmの範囲で増大し、約6.2μmでQ値が最大となっている。又、縦型3連結の共振子では、図16(b)の如く、Q値は、タイプCの共振ビーム(53)の単位長さLが5μm〜6.6μmの範囲で増大し、約5.8μmでQ値が最大となっている。
従って、本発明に係る連結型のマイクロメカニカル共振器においては、3次以上の高次の共振モードで各共振ビームを振動させる構成に限らず、1次の共振モードで各共振ビームを振動させる構成であっても同様の効果を得ることが出来ると言える。
As shown in FIG. 16A, in the case of the vertically connected resonators, the Q value increases when the unit length L of the resonance beam 53 of type B is in the range of 5 μm to 6.8 μm, and is about 6.2 μm. The Q value is the maximum. In addition, in the vertical three-connected resonator, as shown in FIG. 16B, the Q value increases when the unit length L of the resonance beam 53 of type C is in the range of 5 μm to 6.6 μm, and is about 5 The Q value is maximum at 0.8 μm.
Therefore, the coupled micromechanical resonator according to the present invention is not limited to the configuration in which each resonance beam is oscillated in the third or higher order resonance mode, but the configuration in which each resonance beam is oscillated in the first resonance mode. Even so, it can be said that the same effect can be obtained.

図17〜図23は、本発明に係る連結型マイクロメカニカル共振器を構成すべき高次モード発生のための1つの共振器要素の具体的な構成例を示している。尚、以下の説明において共振子、各種電極及び電源は、複数の共振器要素に共通の構成であって、各共振器要素の共振ビームは、共振ビーム(52)で代表している。
第1構成例
図17及び図18に示す共振器要素においては、シリコン或いはガラスからなる基板(9)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(5)が配備されると共に、該共振子(5)の両側には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる一対の駆動電極(1)(2)が配備されている。
FIGS. 17 to 23 show specific configuration examples of one resonator element for generating a higher-order mode that should constitute the coupled micromechanical resonator according to the present invention. In the following description, the resonator, the various electrodes, and the power source are common to a plurality of resonator elements, and the resonance beam of each resonator element is represented by a resonance beam (52).
In the resonator element shown in FIGS. 17 and 18, a resonator (5) made of a conductive material such as silicon or aluminum is disposed on a substrate (9) made of silicon or glass, and the resonator element shown in FIG. On both sides of the resonator (5), a pair of drive electrodes (1) and (2) made of a conductive material such as silicon and aluminum are provided.

共振子(5)は、長さが例えば10〜20μmの角柱状の共振ビーム(52)と、該共振ビーム(52)の両端部に互いに平行に突設された一対の支持ビーム(51)(51)とを具えて、全体がH字状に形成されている。共振ビーム(52)には、その長手方向の7カ所にくびれ部が等間隔に凹設されている。各支持ビーム(51)の両端部は、それぞれシリコン、アルミニウム等の導電材料からなるアンカー(3)によって、基板(9)の表面に固定されており、これによって、共振子(5)は、基板(9)の表面から僅かに浮上した位置に保持されている。
又、共振子(5)の両支持ビーム(51)(51)の外側には、それぞれ支持ビーム(51)の中央部に対向して、一対のバイアス電極(4)(4)が配備されており、支持ビーム(51)とバイアス電極(4)の間には所定(例えば0.1〜0.5μm)のギャップが形成されている。
The resonator (5) includes a prismatic resonant beam (52) having a length of, for example, 10 to 20 μm, and a pair of support beams (51) (51) (projected parallel to both ends of the resonant beam (52)). 51) and the whole is formed in an H shape. In the resonant beam (52), constricted portions are recessed at equal intervals at seven locations in the longitudinal direction. Both ends of each support beam (51) are fixed to the surface of the substrate (9) by anchors (3) made of a conductive material such as silicon and aluminum, whereby the resonator (5) It is held at a position slightly lifted from the surface of (9).
In addition, a pair of bias electrodes (4) and (4) are arranged outside the both support beams (51) and (51) of the resonator (5) so as to face the central portion of the support beam (51). A predetermined gap (for example, 0.1 to 0.5 μm) is formed between the support beam 51 and the bias electrode 4.

一対の駆動電極(1)(2)はそれぞれ、基部(11)(21)と、該基部(11)(21)から共振ビーム(52)へ向けて等間隔に突設された3つの電極突出部(10)(20)とを具えて、全体が櫛歯状を呈している。
一方の駆動電極(1)の3つの電極突出部(10)(10)(10)と他方の駆動電極(2)の3つの電極突出部(20)(20)(20)はそれぞれ、基板(9)の表面と平行な面内で、共振ビーム(52)の非くびれ部と交互に対向して、共振ビーム(52)の非くびれ部との間に所定(例えば0.1〜0.5μm)のギャップ部Gを形成している。
Each of the pair of drive electrodes (1) and (2) has a base part (11) (21) and three electrode protrusions protruding from the base part (11) (21) toward the resonance beam (52) at equal intervals. The parts (10) and (20) have a comb-like shape as a whole.
The three electrode protrusions (10), (10), and (10) of one drive electrode (1) and the three electrode protrusions (20), (20), and (20) of the other drive electrode (2) are each a substrate ( 9) In a plane parallel to the surface of the resonance beam (52), it is alternately opposed to the non-constricted portion of the resonant beam (52), and between the non-constricted portion of the resonant beam (52) (for example, 0.1 to 0.5 μm). ) Gap portion G is formed.

図18に示す如く、一対の駆動電極(1)(2)には高周波電源(6)が接続され、1つのアンカー(3)には主電圧電源(7)が接続されている。又、一対のバイアス電極(4)(4)にはバイアス電圧電源(8)が接続されている。
斯くして、図17及び図18に示す共振器要素は、高周波電源(6)から2つの駆動電極(1)(2)に高周波信号が入力されて、1つのアンカー(3)から高周波信号Ioが出力される1ポート型の共振器要素を構成している。
As shown in FIG. 18, a high frequency power source (6) is connected to a pair of drive electrodes (1) and (2), and a main voltage power source (7) is connected to one anchor (3). A bias voltage power source (8) is connected to the pair of bias electrodes (4) (4).
Thus, in the resonator element shown in FIGS. 17 and 18, a high frequency signal is input from the high frequency power source (6) to the two drive electrodes (1) and (2), and the high frequency signal Io is output from one anchor (3). 1-port type resonator element is output.

上記の共振器要素において、アンカー(3)を介して共振子(5)に直流電圧Vpを印加した状態で、両駆動電極(1)(2)に高周波信号を入力すると、電極突出部(10)(20)と支持ビーム(51)の非くびれ部との間に静電気力が発生し、この静電気力によって、共振子(5)の共振ビーム(52)は、その両端部を支持部(50)(50)として、基板(9)の表面と平行な面内で振動することになる。
電極突出部(10)(20)と共振ビーム(52)の非くびれ部との間に発生させるべき静電気力は、上述の如く、共振ビーム(52)の中央部近傍のギャップ部で最も小さく且つ両端部近傍のギャップ部で最も大きくなる様に設定される。
In the above resonator element, when a high frequency signal is input to both the drive electrodes (1) and (2) in a state where the DC voltage Vp is applied to the resonator (5) via the anchor (3), the electrode protrusions (10 ) (20) and a non-constricted portion of the support beam (51) generate an electrostatic force. Due to this electrostatic force, the resonant beam (52) of the resonator (5) is supported at both ends by the support portion (50). ) (50), it vibrates in a plane parallel to the surface of the substrate (9).
As described above, the electrostatic force to be generated between the electrode protrusions (10) and (20) and the non-constricted portion of the resonant beam (52) is the smallest in the gap near the center of the resonant beam (52) and The gap is set to be the largest in the gap near the both ends.

共振子(5)の共振ビーム(52)は、くびれ部が振動の節、非くびれ部が振動の腹となって振動し、この振動に伴って、共振ビーム(52)と両駆動電極(1)(2)との間に形成される静電容量が変化し、該静電容量の変化が他の1つのアンカー(3)から高周波信号Ioとして出力される。   The resonance beam (52) of the resonator (5) vibrates with the constricted portion as a vibration node and the non-constricted portion as an antinode of vibration. With this vibration, the resonant beam (52) and both drive electrodes (1) are vibrated. ) And (2) change in capacitance, and the change in capacitance is output as a high-frequency signal Io from the other anchor (3).

ここで、バイアス電極(4)(4)にバイアス電圧を印加することにより、共振子(5)の支持ビーム(51)(51)とバイアス電極(4)(4)との間に静電気力が発生し、これによって共振子(5)の共振ビーム(52)は、長手方向の引っ張り力を受けることになる。
従って、バイアス電圧電源(8)のバイアス電圧を調整することにより、共振ビーム(52)の共振周波数を変化させることが出来る。
Here, by applying a bias voltage to the bias electrodes (4) and (4), an electrostatic force is generated between the support beams (51) and (51) of the resonator (5) and the bias electrodes (4) and (4). This causes the resonant beam (52) of the resonator (5) to receive a tensile force in the longitudinal direction.
Therefore, the resonant frequency of the resonant beam (52) can be changed by adjusting the bias voltage of the bias voltage power supply (8).

第2構成例
図19に示す共振器要素においては、シリコン或いはガラスからなる基板(9)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(5)が配備されると共に、該共振子(5)の両側には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる入力電極(22)と出力電極(12)が配備されている。
In the resonator element shown in FIG. 19, a resonator (5) made of a conductive material such as silicon or aluminum is disposed on a substrate (9) made of silicon or glass, and the resonator ( On both sides of 5), an input electrode (22) and an output electrode (12) made of a conductive material such as silicon or aluminum are provided.

共振子(5)は、第1構成例と同じ構造を有し、共振子(5)の両支持ビーム(51)(51)の外側には、それぞれ支持ビーム(51)の中央部に対向して、一対のバイアス電極(4)(4)が配備されており、支持ビーム(51)とバイアス電極(4)の間には所定(例えば0.1〜0.5μm)のギャップが形成されている。   The resonator (5) has the same structure as that of the first configuration example. The resonator (5) is opposed to the central portion of the support beam (51) on the outside of the support beams (51) and (51). A pair of bias electrodes (4) and (4) is provided, and a predetermined gap (for example, 0.1 to 0.5 μm) is formed between the support beam (51) and the bias electrode (4). Yes.

入力電極(22)及び出力電極(12)はそれぞれ、基部(23)(13)と、該基部(23)(13)から共振ビーム(52)へ向けて等間隔に突設された3つの電極突出部(24)(14)とを具えて、全体が櫛歯状を呈している。
入力電極(22)の3つの電極突出部(24)(24)(24)と出力電極(12)の3つの電極突出部(14)(14)(14)はそれぞれ、基板(9)の表面と平行な面内で、共振ビーム(52)の非くびれ部と交互に対向して、共振ビーム(52)の非くびれ部との間に所定(例えば0.1〜0.5μm)のギャップ部Gを形成している。
Each of the input electrode (22) and the output electrode (12) includes a base (23) (13) and three electrodes projecting at equal intervals from the base (23) (13) toward the resonance beam (52). The projecting portions (24) and (14) are provided, and the whole has a comb-teeth shape.
The three electrode protrusions (24), (24) and (24) of the input electrode (22) and the three electrode protrusions (14), (14) and (14) of the output electrode (12) are the surfaces of the substrate (9), respectively. In a plane parallel to the non-necked portion of the resonant beam (52) and a predetermined gap (for example, 0.1 to 0.5 μm) between the non-necked portion of the resonant beam (52). G is formed.

入力電極(22)には高周波電源(6)が接続され、1つのアンカー(3)には主電圧電源(7)が接続されている。又、一対のバイアス電極(4)(4)にはバイアス電圧電源(8)が接続されている。
斯くして、図19に示す共振器要素は、高周波電源(6)から入力電極(22)に高周波信号が入力されて、出力電極(12)から高周波信号Ioが出力される2ポート型の共振器を構成している。
A high frequency power source (6) is connected to the input electrode (22), and a main voltage power source (7) is connected to one anchor (3). A bias voltage power source (8) is connected to the pair of bias electrodes (4) (4).
Thus, the resonator element shown in FIG. 19 is a two-port type resonance in which a high frequency signal is input from the high frequency power source (6) to the input electrode (22) and a high frequency signal Io is output from the output electrode (12). Make up the vessel.

上記の共振器要素において、アンカー(3)を介して共振子(5)に直流電圧Vpを印加した状態で、入力電極(22)に高周波信号を入力すると、電極突出部(24)と支持ビーム(51)の非くびれ部との間に静電気力が発生し、この静電気力によって、共振子(5)の共振ビーム(52)は、その両端部を支持部(50)(50)として、基板(9)の表面と平行な面内で振動することになる。
電極突出部(10)と共振ビーム(52)の非くびれ部との間に発生させるべき静電気力は、上述の如く、共振ビーム(52)の中央部近傍のギャップ部で最も小さく且つ両端部近傍のギャップ部で最も大きくなる様に設定される。
In the above resonator element, when a high frequency signal is input to the input electrode (22) with the DC voltage Vp applied to the resonator (5) via the anchor (3), the electrode protrusion (24) and the support beam An electrostatic force is generated between the non-constricted portion of (51), and this electrostatic force causes the resonant beam (52) of the resonator (5) to be formed on both ends of the substrate as support portions (50) and (50). It will vibrate in a plane parallel to the surface of (9).
As described above, the electrostatic force to be generated between the electrode protrusion (10) and the non-constricted portion of the resonant beam (52) is the smallest in the gap near the center of the resonant beam (52) and near both ends. It is set to be the largest in the gap portion.

共振子(5)の共振ビーム(52)は、くびれ部が振動の節、非くびれ部が振動の腹となって振動し、この振動に伴って、共振ビーム(52)と出力電極(12)との間に形成される静電容量が変化し、該静電容量の変化が出力電極(12)から高周波信号Ioとして出力される。   The resonant beam (52) of the resonator (5) vibrates with the constricted part serving as a vibration node and the non-constricted part serving as an antinode, and along with this vibration, the resonant beam (52) and the output electrode (12). The electrostatic capacity formed between the output electrode 12 and the output electrode 12 is output as a high-frequency signal Io.

ここで、バイアス電極(4)(4)にバイアス電圧を印加することにより、共振子(5)の支持ビーム(51)(51)とバイアス電極(4)(4)との間に静電気力が発生し、これによって共振子(5)の共振ビーム(52)は、長手方向の引っ張り力を受けることになる。
従って、バイアス電圧電源(8)のバイアス電圧を調整することにより、共振ビーム(52)の共振周波数を変化させることが出来る。
Here, by applying a bias voltage to the bias electrodes (4) and (4), an electrostatic force is generated between the support beams (51) and (51) of the resonator (5) and the bias electrodes (4) and (4). This causes the resonant beam (52) of the resonator (5) to receive a tensile force in the longitudinal direction.
Therefore, the resonant frequency of the resonant beam (52) can be changed by adjusting the bias voltage of the bias voltage power supply (8).

第3構成例
図20に示す共振器要素においては、シリコン或いはガラスからなる基板(9)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(5)が配備されると共に、該共振子(5)の両側には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる一対の駆動電極(15)(25)が配備されている。
In the resonator element shown in FIG. 20, a resonator (5) made of a conductive material such as silicon or aluminum is disposed on a substrate (9) made of silicon or glass, and the resonator ( On both sides of 5), a pair of drive electrodes (15), (25) made of a conductive material such as silicon or aluminum is provided.

共振子(5)は、第1構成例と同じ構造を有し、共振子(5)の両支持ビーム(51)(51)の外側には、それぞれ支持ビーム(51)の中央部に対向して、一対のバイアス電極(4)(4)が配備されており、支持ビーム(51)とバイアス電極(4)の間には所定(例えば0.1〜0.5μm)のギャップが形成されている。   The resonator (5) has the same structure as that of the first configuration example. The resonator (5) is opposed to the central portion of the support beam (51) on the outside of the support beams (51) and (51). A pair of bias electrodes (4) and (4) is provided, and a predetermined gap (for example, 0.1 to 0.5 μm) is formed between the support beam (51) and the bias electrode (4). Yes.

一方の駆動電極(15)は、共振ビーム(52)の下方、即ち共振ビーム(52)と基板(9)の間へ向けて等間隔に突出する3つの電極突出部(16)(16)(16)を具え、他方の駆動電極(25)は、共振ビーム(52)の上方へ向けて等間隔に突出する3つの電極突出部(26)(26)(26)を具えている。
一方の駆動電極(15)の3つの電極突出部(16)(16)(16)と他方の駆動電極(25)の3つの電極突出部(26)(26)(26)はそれぞれ、基板(9)の表面と垂直な面内で、共振ビーム(52)の非くびれ部と交互に対向して、共振ビーム(52)の非くびれ部との間に所定(例えば0.1〜0.5μm)のギャップ部を形成している。
One drive electrode (15) has three electrode protrusions (16), (16), which protrude at equal intervals below the resonance beam (52), that is, between the resonance beam (52) and the substrate (9). 16), and the other drive electrode (25) includes three electrode protrusions (26), (26), (26) protruding upward at equal intervals toward the resonance beam (52).
The three electrode protrusions (16), (16), (16) of one drive electrode (15) and the three electrode protrusions (26), (26), (26) of the other drive electrode (25) are each a substrate ( 9) In a plane perpendicular to the surface of the resonant beam (52), it is alternately opposed to the non-constricted portion of the resonant beam (52), and between the non-constricted portion of the resonant beam (52) (for example, 0.1 to 0.5 μm). ) Is formed.

一対の駆動電極(15)(25)には高周波電源(6)が接続され、1つのアンカー(3)には主電圧電源(7)が接続されている。又、一対のバイアス電極(4)(4)にはバイアス電圧電源(8)が接続されている。
斯くして、図20に示す共振器要素は、高周波電源(6)から2つの駆動電極(15)(25)に高周波信号が入力されて、1つのアンカー(3)から高周波信号Ioが出力される1ポート型の共振器要素を構成している。
A high frequency power source (6) is connected to the pair of drive electrodes (15) and (25), and a main voltage power source (7) is connected to one anchor (3). A bias voltage power source (8) is connected to the pair of bias electrodes (4) (4).
Thus, in the resonator element shown in FIG. 20, a high frequency signal is input from the high frequency power source (6) to the two drive electrodes (15) and (25), and a high frequency signal Io is output from one anchor (3). 1-port type resonator element.

上記の共振器要素において、アンカー(3)を介して共振子(5)に直流電圧Vpを印加した状態で、両駆動電極(15)(25)に高周波信号を入力すると、電極突出部(16)(26)と支持ビーム(51)の非くびれ部との間に静電気力が発生し、この静電気力によって、共振子(5)の共振ビーム(52)は、その両端部を支持部(50)(50)として、基板(9)の表面と垂直な面内で振動することになる。
電極突出部(16)(26)と共振ビーム(52)の非くびれ部との間に発生させるべき静電気力は、上述の如く、共振ビーム(52)の中央部近傍のギャップ部で最も小さく且つ両端部近傍のギャップ部で最も大きくなる様に設定される。
In the above resonator element, when a DC voltage Vp is applied to the resonator (5) via the anchor (3) and a high frequency signal is input to both the drive electrodes (15) and (25), the electrode protrusions (16 ) (26) and a non-constricted portion of the support beam (51), an electrostatic force is generated. By this electrostatic force, the resonance beam (52) of the resonator (5) is supported at both ends by the support portion (50). ) (50), it vibrates in a plane perpendicular to the surface of the substrate (9).
As described above, the electrostatic force to be generated between the electrode protrusions (16), (26) and the non-constricted portion of the resonant beam (52) is the smallest in the gap near the center of the resonant beam (52) and The gap is set to be the largest in the gap near the both ends.

共振子(5)の共振ビーム(52)は、図21に示す様に、くびれ部が振動の節、非くびれ部が振動の腹となって振動し、この振動に伴って、共振ビーム(52)と両駆動電極(1)(2)との間に形成される静電容量が変化し、該静電容量の変化が他の1つのアンカー(3)から高周波信号Ioとして出力される。   As shown in FIG. 21, the resonance beam (52) of the resonator (5) vibrates with the constricted portion serving as a vibration node and the non-constricted portion serving as an antinode of vibration. ) And the drive electrodes (1) and (2) change, and the change in capacitance is output as a high-frequency signal Io from the other anchor (3).

ここで、バイアス電極(4)(4)にバイアス電圧を印加することにより、共振子(5)の支持ビーム(51)(51)とバイアス電極(4)(4)との間に静電気力が発生し、これによって共振子(5)の共振ビーム(52)は、長手方向の引っ張り力を受けることになる。
従って、バイアス電圧電源(8)のバイアス電圧を調整することにより、共振ビーム(52)の共振周波数を変化させることが出来る。
Here, by applying a bias voltage to the bias electrodes (4) and (4), an electrostatic force is generated between the support beams (51) and (51) of the resonator (5) and the bias electrodes (4) and (4). This causes the resonant beam (52) of the resonator (5) to receive a tensile force in the longitudinal direction.
Therefore, the resonant frequency of the resonant beam (52) can be changed by adjusting the bias voltage of the bias voltage power supply (8).

第4構成例
図22に示す共振器要素においては、シリコン或いはガラスからなる基板(9)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(5)が配備されると共に、該共振子(5)の両側には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる入力電極(27)と出力電極(17)が配備されている。
In the resonator element shown in FIG. 22, a resonator (5) made of a conductive material such as silicon or aluminum is disposed on a substrate (9) made of silicon or glass, and the resonator ( On both sides of 5), an input electrode (27) and an output electrode (17) made of a conductive material such as silicon or aluminum are provided.

共振子(5)は、第1構成例と同じ構造を有し、共振子(5)の両支持ビーム(51)(51)の外側には、それぞれ支持ビーム(51)の中央部に対向して、一対のバイアス電極(4)(4)が配備されており、支持ビーム(51)とバイアス電極(4)の間には所定(例えば0.1〜0.5μm)のギャップが形成されている。   The resonator (5) has the same structure as that of the first configuration example. The resonator (5) is opposed to the central portion of the support beam (51) on the outside of the support beams (51) and (51). A pair of bias electrodes (4) and (4) is provided, and a predetermined gap (for example, 0.1 to 0.5 μm) is formed between the support beam (51) and the bias electrode (4). Yes.

入力電極(27)及び出力電極(17)はそれぞれ、共振ビーム(52)の下方、即ち共振ビーム(52)と基板(9)の間へ向けて等間隔に突出する3つの電極突出部(28)(18)を具え、これらの電極突出部(28)(18)はそれぞれ、基板(9)の表面と垂直な面内で、共振ビーム(52)の非くびれ部と交互に対向して、共振ビーム(52)の非くびれ部との間に所定(例えば0.1〜0.5μm)のギャップ部を形成している。   The input electrode (27) and the output electrode (17) each have three electrode protrusions (28) protruding at equal intervals below the resonance beam (52), that is, between the resonance beam (52) and the substrate (9). ) (18), and these electrode protrusions (28) and (18) are alternately opposed to the non-constricted portions of the resonant beam (52) in a plane perpendicular to the surface of the substrate (9). A predetermined gap (for example, 0.1 to 0.5 μm) is formed between the resonance beam 52 and the non-constricted portion.

入力電極(27)には高周波電源(6)が接続され、1つのアンカー(3)には主電圧電源(7)が接続されている。又、一対のバイアス電極(4)(4)にはバイアス電圧電源(8)が接続されている。
斯くして、図22に示す共振器要素は、高周波電源(6)から入力電極(27)に高周波信号が入力されて、出力電極(17)から高周波信号Ioが出力される2ポート型の共振器要素を構成している。
A high frequency power source (6) is connected to the input electrode (27), and a main voltage power source (7) is connected to one anchor (3). A bias voltage power source (8) is connected to the pair of bias electrodes (4) (4).
Thus, the resonator element shown in FIG. 22 is a two-port type resonance in which a high frequency signal is input from the high frequency power source (6) to the input electrode (27) and a high frequency signal Io is output from the output electrode (17). It constitutes the vessel element.

上記の共振器要素において、アンカー(3)を介して共振子(5)に直流電圧Vpを印加した状態で、入力電極(27)に高周波信号を入力すると、電極突出部(28)と支持ビーム(51)の非くびれ部との間に静電気力が発生し、この静電気力によって、共振子(5)の共振ビーム(52)は、その両端部を支持部(50)(50)として、基板(9)の表面と垂直な面内で振動することになる。
電極突出部(28)と共振ビーム(52)の非くびれ部との間に発生させるべき静電気力は、上述の如く、共振ビーム(52)の中央部近傍のギャップ部で最も小さく且つ両端部近傍のギャップ部で最も大きくなる様に設定される。
In the above resonator element, when a high frequency signal is input to the input electrode (27) with the DC voltage Vp applied to the resonator (5) via the anchor (3), the electrode protrusion (28) and the support beam An electrostatic force is generated between the non-constricted portion of (51), and this electrostatic force causes the resonant beam (52) of the resonator (5) to be formed on both ends of the substrate as support portions (50) and (50). It will vibrate in a plane perpendicular to the surface of (9).
The electrostatic force to be generated between the electrode protrusion (28) and the non-constricted portion of the resonant beam (52) is the smallest in the gap near the center of the resonant beam (52) and near both ends as described above. It is set to be the largest in the gap portion.

共振子(5)の共振ビーム(52)は、図23に示す様に、くびれ部が振動の節、非くびれ部が振動の腹となって振動し、この振動に伴って、共振ビーム(52)と出力電極(17)との間に形成される静電容量が変化し、該静電容量の変化が出力電極(17)から高周波信号Ioとして出力される。   As shown in FIG. 23, the resonance beam (52) of the resonator (5) vibrates with the constricted portion serving as a vibration node and the non-constricted portion serving as a vibration antinode, and the resonance beam (52 ) And the output electrode (17) change, and the change in capacitance is output from the output electrode (17) as a high-frequency signal Io.

ここで、バイアス電極(4)(4)にバイアス電圧を印加することにより、共振子(5)の支持ビーム(51)(51)とバイアス電極(4)(4)との間に静電気力が発生し、これによって共振子(5)の共振ビーム(52)は、長手方向の引っ張り力を受けることになる。
従って、バイアス電圧電源(8)のバイアス電圧を調整することにより、共振ビーム(52)の共振周波数を変化させることが出来る。
Here, by applying a bias voltage to the bias electrodes (4) and (4), an electrostatic force is generated between the support beams (51) and (51) of the resonator (5) and the bias electrodes (4) and (4). This causes the resonant beam (52) of the resonator (5) to receive a tensile force in the longitudinal direction.
Therefore, the resonant frequency of the resonant beam (52) can be changed by adjusting the bias voltage of the bias voltage power supply (8).

本発明に係るマイクロメカニカル共振器は、上述の各種構成を有する複数の共振器要素を基板上に横型若しくは縦型に配列し、これらを連結ビームにより互いに連結することによって構成される。尚、図1に示す本発明のマイクロメカニカル共振器は、横型3連結のマイクロメカニカル共振器であるが、外力の方向は基板に対して垂直方向となっている。
この様な連結型マイクロメカニカル共振器によれば、複数の単独型マイクロメカニカル共振器を単に電気的に接続した構成よりもQ値が増大し、共振器全体の損失を低減させることが出来る。
The micromechanical resonator according to the present invention is configured by arranging a plurality of resonator elements having the above-described various configurations in a horizontal or vertical form on a substrate and connecting them together by a connecting beam. The micromechanical resonator of the present invention shown in FIG. 1 is a horizontal three-connected micromechanical resonator, but the direction of external force is perpendicular to the substrate.
According to such a coupled micromechanical resonator, the Q value is increased as compared with a configuration in which a plurality of individual micromechanical resonators are simply electrically connected, and the loss of the entire resonator can be reduced.

又、共振子(5)に高次モードの振動を意図的に発生させることが出来るので、共振子(5)を作製容易な寸法に維持したまま、従来よりも高い発振周波数を得ることが出来る。又、バイアス電圧電源(8)の電圧調整により、共振子(5)の形状寸法を変更することなく、共振周波数の変更を行なうことが出来る。   In addition, since the higher-order mode vibration can be intentionally generated in the resonator (5), a higher oscillation frequency than that of the prior art can be obtained while maintaining the resonator (5) in a size that is easy to manufacture. . Further, by adjusting the voltage of the bias voltage power supply (8), the resonance frequency can be changed without changing the shape of the resonator (5).

尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、共振子(5)の材料として、ヤング率の高い材料、例えばダイアモンド等を用いることによって、更に高い発振周波数を実現することも可能である。又、上記の構成例では電極の形状は何れも櫛歯状を呈しているが、複数の電極突出部(電極片)を互いに導電線路で接続した構成を採用することも可能である。   In addition, each part structure of this invention is not restricted to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the technical scope as described in a claim. For example, it is possible to realize a higher oscillation frequency by using a material having a high Young's modulus, such as diamond, as the material of the resonator (5). In the above configuration example, the electrodes have a comb-like shape, but a configuration in which a plurality of electrode protrusions (electrode pieces) are connected to each other by a conductive line may be employed.

本発明に係るマイクロメカニカル共振器の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the micro mechanical resonator which concerns on this invention. 連結型マイクロメカニカル共振器と単独型マイクロメカニカル共振器の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of a connection type | mold micro mechanical resonator and a single type | mold micro mechanical resonator. 本発明に係るマイクロメカニカル共振器の第1実施例を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a first embodiment of a micromechanical resonator according to the present invention. 第1実施例における静電気力の作用方向を説明する図である。It is a figure explaining the action direction of the electrostatic force in 1st Example. 第1実施例における共振ビームの単位長さの変化に応じたQ値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of Q value according to the change of the unit length of the resonant beam in 1st Example. 本発明に係るマイクロメカニカル共振器の第2実施例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows 2nd Example of the micro mechanical resonator which concerns on this invention. 第2実施例における静電気力の作用方向を説明する図である。It is a figure explaining the action direction of the electrostatic force in 2nd Example. 第2実施例における共振ビームの単位長さの変化に応じたQ値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of Q value according to the change of the unit length of the resonant beam in 2nd Example. 本発明に係るマイクロメカニカル共振器の第3実施例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows 3rd Example of the micro mechanical resonator which concerns on this invention. 第3実施例における静電気力の作用方向を説明する図である。It is a figure explaining the action direction of the electrostatic force in 3rd Example. 第3実施例における共振ビームの単位長さの変化に応じたQ値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of Q value according to the change of the unit length of the resonant beam in 3rd Example. 第4実施例における共振ビームの単位長さの変化に応じたQ値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of Q value according to the change of the unit length of the resonant beam in 4th Example. 第5実施例における共振ビームの形状寸法を示す図である。It is a figure which shows the geometrical dimension of the resonant beam in 5th Example. 第5実施例における各実験の共振ビームの単位長さを示す図表である。It is a graph which shows the unit length of the resonant beam of each experiment in 5th Example. 第5実施例における連結ビームの形状寸法を示す図である。It is a figure which shows the shape dimension of the connection beam in 5th Example. 第5実施例における共振ビームの単位長さの変化に応じたQ値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of Q value according to the change of the unit length of the resonant beam in 5th Example. 本発明のマイクロメカニカル共振器を構成すべき第1構成例の共振器要素の斜視図である。It is a perspective view of the resonator element of the 1st structural example which should comprise the micro mechanical resonator of this invention. 第1構成例の共振器要素の平面図である。It is a top view of the resonator element of the 1st example of composition. 第2構成例の共振器要素の平面図である。It is a top view of the resonator element of the 2nd example of composition. 第3構成例の共振器要素の平面図である。It is a top view of the resonator element of the 3rd example of composition. 第3構成例の共振器要素における共振ビームの振動状態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the vibration state of the resonant beam in the resonator element of the 3rd structural example. 第4構成例の共振器要素の平面図である。It is a top view of the resonator element of the 4th example of composition. 第4構成例の共振器要素における共振ビームの振動状態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the vibration state of the resonant beam in the resonator element of the 4th structural example. 従来のマイクロメカニカル共振器の斜視図である。It is a perspective view of the conventional micro mechanical resonator. 従来の他のマイクロメカニカル共振器の斜視図である。It is a perspective view of the other conventional micro mechanical resonator. 共振モードを説明する図である。It is a figure explaining a resonance mode. 1次共振モード及び高次共振モードの周波数特性を表わすグラフである。It is a graph showing the frequency characteristic of a primary resonance mode and a high-order resonance mode.

符号の説明Explanation of symbols

(1) 電極
(16) 電極突出部
(2) 電極
(26) 電極突出部
(3) アンカー
(4) バイアス電極
(5) 共振子
(51) 支持ビーム
(52) 共振ビーム
(53) 共振ビーム
(54) 共振ビーム
(41) 連結ビーム
(6) 高周波電源
(7) 主電圧電源
(8) バイアス電圧電源
(9) 基板
(1) Electrode
(16) Electrode protrusion
(2) Electrode
(26) Electrode protrusion
(3) Anchor
(4) Bias electrode
(5) Resonator
(51) Support beam
(52) Resonant beam
(53) Resonant beam
(54) Resonant beam
(41) Linked beam
(6) High frequency power supply
(7) Main voltage power supply
(8) Bias voltage power supply
(9) Board

Claims (9)

基板(9)上に両端部が支持された共振子(5)と、該共振子(5)に対向して配置された2つの電極(1)(2)とを具え、一方の電極(1)と共振子(5)とが互いに対向して、1或いは複数のギャップ部が形成されると共に、他方の電極(2)と共振子(5)とが互いに対向して、1或いは複数のギャップ部が形成され、高周波信号の入力により何れか一方若しくは両方の電極(1)(2)と共振子(5)との間に交番静電気力を発生させて共振子(5)に振動を与え、何れか一方若しくは両方の電極(1)(2)と共振子(5)との間の静電容量の変化を高周波信号として出力するマイクロメカニカル共振器において、
前記共振子(5)は、基板(9)上に、互いに並列の位置関係に配置された複数本の共振ビームを具え、各共振ビームの両端部が基板上に支持されると共に、隣接する共振ビームどうしが、それぞれの振動の腹の位置若しくはその近傍位置にて互いに連結されていることを特徴とするマイクロメカニカル共振器。
A resonator (5) whose both ends are supported on a substrate (9) and two electrodes (1) and (2) arranged opposite to the resonator (5) are provided, and one electrode (1 ) And the resonator (5) face each other to form one or more gaps, and the other electrode (2) and the resonator (5) face each other to make one or more gaps. And an alternating electrostatic force is generated between one or both of the electrodes (1), (2) and the resonator (5) by the input of a high frequency signal to vibrate the resonator (5), In a micro mechanical resonator that outputs a change in capacitance between one or both electrodes (1), (2) and a resonator (5) as a high frequency signal,
The resonator (5) includes a plurality of resonance beams arranged in parallel with each other on the substrate (9), and both ends of each resonance beam are supported on the substrate and adjacent resonances. A micromechanical resonator characterized in that beams are connected to each other at or near the antinodes of each vibration.
前記共振子(5)を構成する複数本の共振ビームは、それぞれの共振周波数が互いに異なっている請求項1に記載のマイクロメカニカル共振器。   The micromechanical resonator according to claim 1, wherein the resonance beams of the plurality of resonance beams constituting the resonator (5) have different resonance frequencies. 前記共振子(5)を構成する複数本の共振ビームは、それぞれの長さが互いに異なっている請求項2に記載のマイクロメカニカル共振器。   The micromechanical resonator according to claim 2, wherein the plurality of resonance beams constituting the resonator (5) have different lengths. 互いに隣接する2本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、1.2未満である請求項3に記載のマイクロメカニカル共振器。   4. The micromechanical resonator according to claim 3, wherein a ratio of a length of a longer resonance beam to a length of a shorter resonance beam among two adjacent resonance beams is less than 1.2. 5. 互いに隣接する2本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、約1.01〜約1.02の範囲である請求項3に記載のマイクロメカニカル共振器。   The ratio of the length of the longer resonant beam to the length of the shorter resonant beam of the two adjacent resonant beams is in the range of about 1.01 to about 1.02. Micro mechanical resonators. 前記共振子(5)と両電極(1)(2)との間には、3つ以上のギャップ部が形成されて、該共振子(5)は3次以上の高次共振モードで振動し、該共振子(5)を構成する複数本の共振ビームは、高次共振モードにおける振動の腹の位置若しくはその近傍位置で互いに連結されている請求項1乃至請求項5の何れかに記載のマイクロメカニカル共振器。   Three or more gaps are formed between the resonator (5) and the electrodes (1) and (2), and the resonator (5) vibrates in a third-order or higher order resonance mode. The plurality of resonance beams constituting the resonator (5) are connected to each other at a position of an antinode of vibration in a higher-order resonance mode or a position in the vicinity thereof. Micromechanical resonator. 互いに隣接する2本の共振ビームは、該共振ビームの弾性係数と同等若しくはそれ以上の弾性係数を有する連結ビーム(41)によって互いに連結されている請求項1乃至請求項6の何れかに記載のマイクロメカニカル共振器。   The two resonance beams adjacent to each other are connected to each other by a connection beam (41) having an elastic coefficient equal to or greater than the elastic coefficient of the resonance beam. Micromechanical resonator. 前記共振子(5)を構成する複数本の共振ビームには、これらの共振ビームが配列されている面に対して垂直な方向に静電気力を作用させる請求項1乃至請求項7項の何れかに記載のマイクロメカニカル共振器。   The electrostatic force is applied to the plurality of resonance beams constituting the resonator (5) in a direction perpendicular to a plane on which the resonance beams are arranged. The micromechanical resonator according to 1. 前記共振子(5)を構成する複数本の共振ビームには、これらの共振ビームが配列されている面に対して平行な方向に静電気力を作用させる請求項1乃至請求項7項の何れかに記載のマイクロメカニカル共振器。   The electrostatic force is applied to a plurality of resonance beams constituting the resonator (5) in a direction parallel to a plane on which the resonance beams are arranged. The micromechanical resonator according to 1.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010011134A (en) * 2008-06-27 2010-01-14 Seiko Instruments Inc Resonance frequency variable mems vibrator
JP2010141889A (en) * 2008-12-09 2010-06-24 Commissariat A L'energie Atomique & Aux Energies Alternatives Array of coupled resonator, bandpass filter, and oscillator
KR101117279B1 (en) * 2010-04-12 2012-03-20 연세대학교 산학협력단 Nano resonator
CN110024285A (en) * 2016-12-15 2019-07-16 株式会社村田制作所 The MEMS resonator of spurious mode with inhibition
JP2021513243A (en) * 2018-02-08 2021-05-20 キョーセラ ティキティン オーユーKyocera Tikitin Oy Coupled MEMS resonator

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62271513A (en) * 1986-05-20 1987-11-25 Fujitsu Ltd Vibrator
JP2004221853A (en) * 2003-01-14 2004-08-05 Toshiba Corp Micro mechanical filter and portable information terminal
JP2004312784A (en) * 2004-07-20 2004-11-04 Toshiba Corp Oscillator filter and method of manufacturing same
JP2004328076A (en) * 2003-04-21 2004-11-18 Sony Corp Mems type resonator and manufacturing method thereof, and filter
JP2005079604A (en) * 2003-08-29 2005-03-24 Sony Corp Signal transmission apparatus
JP2005094568A (en) * 2003-09-19 2005-04-07 Sony Corp Resonator for micro-electro-mechanical system, its driving method and frequency filter
JP2005184496A (en) * 2003-12-19 2005-07-07 Seiko Epson Corp Vibrator and micro-resonator
JP2005318217A (en) * 2004-04-28 2005-11-10 Sony Corp Filter and transceiver
JP2005536031A (en) * 2002-08-14 2005-11-24 インテル・コーポレーション Buckling beam bistable microelectromechanical switch using electrothermal actuation
JP2006033450A (en) * 2004-07-16 2006-02-02 Sharp Corp Micro resonance device, micro filter device, micro oscillator, and wireless communication device
WO2006031666A1 (en) * 2004-09-10 2006-03-23 Honeywell International Inc. Radio having a mems preselect filter
WO2006083482A2 (en) * 2005-01-07 2006-08-10 Trustees Of Boston University Nanomechanical oscillator

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62271513A (en) * 1986-05-20 1987-11-25 Fujitsu Ltd Vibrator
JP2005536031A (en) * 2002-08-14 2005-11-24 インテル・コーポレーション Buckling beam bistable microelectromechanical switch using electrothermal actuation
JP2004221853A (en) * 2003-01-14 2004-08-05 Toshiba Corp Micro mechanical filter and portable information terminal
JP2004328076A (en) * 2003-04-21 2004-11-18 Sony Corp Mems type resonator and manufacturing method thereof, and filter
JP2005079604A (en) * 2003-08-29 2005-03-24 Sony Corp Signal transmission apparatus
JP2005094568A (en) * 2003-09-19 2005-04-07 Sony Corp Resonator for micro-electro-mechanical system, its driving method and frequency filter
JP2005184496A (en) * 2003-12-19 2005-07-07 Seiko Epson Corp Vibrator and micro-resonator
JP2005318217A (en) * 2004-04-28 2005-11-10 Sony Corp Filter and transceiver
JP2006033450A (en) * 2004-07-16 2006-02-02 Sharp Corp Micro resonance device, micro filter device, micro oscillator, and wireless communication device
JP2004312784A (en) * 2004-07-20 2004-11-04 Toshiba Corp Oscillator filter and method of manufacturing same
WO2006031666A1 (en) * 2004-09-10 2006-03-23 Honeywell International Inc. Radio having a mems preselect filter
WO2006083482A2 (en) * 2005-01-07 2006-08-10 Trustees Of Boston University Nanomechanical oscillator

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010011134A (en) * 2008-06-27 2010-01-14 Seiko Instruments Inc Resonance frequency variable mems vibrator
JP2010141889A (en) * 2008-12-09 2010-06-24 Commissariat A L'energie Atomique & Aux Energies Alternatives Array of coupled resonator, bandpass filter, and oscillator
KR101117279B1 (en) * 2010-04-12 2012-03-20 연세대학교 산학협력단 Nano resonator
CN110024285A (en) * 2016-12-15 2019-07-16 株式会社村田制作所 The MEMS resonator of spurious mode with inhibition
JP2020501454A (en) * 2016-12-15 2020-01-16 株式会社村田製作所 MEMS resonator with suppressed spurious mode
CN110024285B (en) * 2016-12-15 2023-04-18 株式会社村田制作所 MEMS resonator with suppressed parasitic modes
JP2021513243A (en) * 2018-02-08 2021-05-20 キョーセラ ティキティン オーユーKyocera Tikitin Oy Coupled MEMS resonator
US11736087B2 (en) 2018-02-08 2023-08-22 Kyocera Tikitin Oy Coupled MEMS resonator
JP7374910B2 (en) 2018-02-08 2023-11-07 キョーセラ ティキティン オーユー Coupled MEMS resonator

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