JP2008193638A

JP2008193638A - Ｍｅｍｓ振動子

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Publication number: JP2008193638A
Application number: JP2007028841A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Kihara; 竜児木原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】初期容量が大きくなることを防止し、出力信号を大きくすることにより特性の良好なＭＥＭＳ振動子を提供する。
【解決手段】本発明のＭＥＭＳ振動子１００は、基板としての半導体基板１０２の上に成膜された絶縁膜１０３上に形成された駆動電極１１０と可動電極１３０とから構成されている。この駆動電極１１０および可動電極１３０にそれぞれ形成された駆動電極指１１１と可動電極指１３４，１３６とが交差する交差指幅が長さの異なる第１の交差指幅と第２の交差指幅とを有して形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、可動電極指を備えた可動電極が基板上に形成されているＭＥＭＳ振動子に関する。

近年、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）技術を用い、微小なＭＥＭＳ振動子が製作されている。ここで、ＭＥＭＳ振動子とは、半導体製造技術を用いて製作された微小な機能素子にて構成された振動子と定義する。
このＭＥＭＳ振動子は、従来使用されてきた水晶などの圧電材料を利用した振動子または共振器とは異なり、固定部（以下、「駆動電極」という。）と可動部（以下、「可動電極」という。）を備え、駆動電極と可動電極間に生ずる静電力により可動電極が励振振動するように構成されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

先ず、ＭＥＭＳ振動子の構成を図７に示し説明する。図７は、従来のＭＥＭＳ振動子の斜視図である。図７に示すように、ＭＥＭＳ振動子１は、図示しない基板上に、駆動電極１０と検出電極２０と可動電極３０とが形成されている。駆動電極１０には、一定の長さの駆動電極指１１が形成され、検出電極２０には、一定の長さの検出電極指２１が形成されている。可動電極３０は、錘部３３の両端部に一定の長さの可動電極指３４，３５が形成されている。そして、この駆動電極指１１と可動電極指３４と、および検出電極指２１と可動電極指３５とが、それぞれが被さらないように対峙し、交差している。ここで、駆動電極指１１と可動電極指３４と、および検出電極指２１と可動電極指３５とがそれぞれ交差する長さを交差指幅と定義する。このＭＥＭＳ振動子１では、駆動電極指１１と可動電極指３４との交差指幅、および検出電極指２１と可動電極指３５との交差指幅は一定となっている。錘部３３の他端には、梁部３２を介して支持部３１が形成されている。この支持部３１により可動電極３０が図示しない基板と空隙を有して接続されている。

次に、ＭＥＭＳ振動子の動作特性について説明する。図８は、一般的に用いられている振動子の電気等価回路図である。なお、ここで述べる振動子は、前述のＭＥＭＳ振動子１においては可動電極３０のことである。図８に示す、Ｒ_r、Ｃ_r、Ｌ_rからなる共振回路は、振動子の力学的性質を「機械−電気変換」によって等価的に電気回路に置き換えた部分である。また、並列容量Ｃ₀は、振動子の初期容量成分である。
ここで、Ｒ_r、Ｃ_r、Ｌ_rは、振動子の形状によって決まり、式（１）により求められる。

一方、並列容量Ｃ₀は、振動子の電極と振動子との容量であり、式（２）により決まる。

ｍ_r：ＭＥＭＳ振動子の質量、ｋ_r：ばね定数、Ｑ：Ｑ値、Ｖ_DC：バイアス電圧、Ａ：電極と振動子の交差面積、ｄ₀：電極と振動子の間の間隔（ギャップ）。

次に、並列容量Ｃ₀と出力信号の関係について述べる。図８に示した等価回路によれば、系全体のインピーダンスＺ_xは、式（３）で表される。

式（３）より、図８に示した等価回路のインピーダンスが、並列容量Ｃ₀に依存していることがわかる。図９は、Ｒ_r、Ｃ_r、Ｌ_rを一定とし、並列容量Ｃ₀のみを変化させたときの振動子の挿入損失を示すグラフである。図９に示すように、並列容量Ｃ₀が大きくなるにしたがって振動子の出力信号が小さくなる。このように、並列容量Ｃ₀が小さいほど振動子の特性そのものが出力され、特性の損失が少ない。

特開平８−１４６０２９号公報米国特許第５０２５３４６号明細書

しかしながら、前述の従来のＭＥＭＳ振動子１では、駆動電極指１１と可動電極指３４、および検出電極指２１と可動電極指３５が交差する交差指幅が一定に形成されており交差する領域が大きくなる。このため、駆動電極１０と可動電極３０あるいは検出電極２０と可動電極３０のそれぞれの間に生じる初期容量（寄生容量）が大きくなり、初期容量成分である並列容量Ｃ₀が大きくなる。これにより、ＭＥＭＳ振動子１の出力信号が小さくなってしまうことがあるという課題を有していた。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、初期容量が大きくなることを防止し、出力信号の大きな、換言すれば、特性の良好なＭＥＭＳ振動子を提供することにある。

かかる問題を解決するために、本発明のＭＥＭＳ振動子は、基板と、複数の駆動電極指を一方端に有し、前記基板上に形成された駆動電極と、前記駆動電極指と対向するように形成された可動電極であって、該駆動電極指と被さらないように対峙して設けられた複数の可動電極指を一方端に有し、他方端から延設された梁部を介して設けられた支持部によって、前記基板と空隙を保つように前記基板に支持された前記可動電極とを有し、前記駆動電極指と前記可動電極指とが交差する交差指幅が、所定の長さの第１の交差指幅と前記第１の交差指幅より短い第２の交差指幅とを有することを特徴とする。

本発明のＭＥＭＳ振動子によれば、第１の交差指幅と第１の交差指幅より短い第２の交差指幅とを有するように駆動電極指と可動電極指とが交差している。このように、長さの短い第２の交差指幅を有しているため駆動電極指と可動電極指とが交差することによって生じる初期容量（寄生容量）を小さくすることが可能となる。これにより、初期容量成分である並列容量Ｃ₀が小さくなり、ＭＥＭＳ振動子の出力信号が小さくなることを防止することができる。したがって、特性の良好なＭＥＭＳ振動子を提供することが可能となる。

また、前記第２の交差指幅を有する領域の、前記駆動電極指および前記可動電極指のそれぞれの先端が略直線上に形成されている領域を有して対峙していることが望ましい。

このようにすれば、駆動電極指および可動電極指のそれぞれの先端が略直線上に形成されているため、第２の交差指幅を有する領域においては交差指幅を生じない。さらに、可動電極が振動している場合は、可動電極指の先端が駆動電極指の側に移動するためこの移動分だけ交差指幅を生じる。これにより、可動電極指の振動を開始するときの並列容量Ｃ₀を小さくすることができることから、ＭＥＭＳ振動子の出力信号が小さくなることを防止することができる。さらに、振動が始まり、その振動が継続されているときに生じる交差指幅により、ＭＥＭＳ振動子の出力信号を発生させることも可能である。

また、前記駆動電極指と前記可動電極指との交差指幅が、複数の前記駆動電極指の配列方向の中心線に対して対称となっていることが望ましい。

このようにすれば、複数の駆動電極指の配列方向の中心線に対して駆動電極指と可動電極指との交差指幅が対称となるため、交差することによって発生する静電力の分布も対称となる。これにより、可能電極を移動させようとする力も対称となるため振動が生じ易くなり、さらには安定した振動を発生させることが可能となる。

また、本発明のＭＥＭＳ振動子は、基板と、複数の駆動電極指を一方端に配列し、前記基板上に形成された駆動電極と、前記駆動電極指と対向するように複数の検出電極指を一方端に配列し、前記基板上に形成された検出電極と、前記駆動電極と前記検出電極との間に設けられた可動電極であって、前記駆動電極指および前記検出電極指にそれぞれ向かうように設けられた複数の可動電極指を両端に有する前記可動電極と、前記可動電極の他方端から延設された梁部と、前記可動電極と前記基板とが空隙を保つように該可動電極を支持する支持部であって、前記可動電極の他方端から前記梁部を介して設けられ、前記基板に接続された前記支持部とを有し、前記駆動電極指と前記可動電極指とが交差する交差指幅、および前記検出電極指と前記可動電極指とが交差する交差指幅が、所定の長さの第１の交差指幅と前記第１の交差指幅より短い第２の交差指幅とを有するように形成されていることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。

本発明のＭＥＭＳ振動子によれば、第１の交差指幅と第１の交差指幅より短い第２の交差指幅とを有するように駆動電極指と可動電極指、および検出電極指と可動電極指とが交差している。このように、長さの短い第２の交差指幅を有しているため駆動電極指と可動電極指、および検出電極指と可動電極指とが交差することによって生じる初期容量（寄生容量）を小さくすることが可能となる。これにより、初期容量成分である並列容量Ｃ₀が小さくなり、ＭＥＭＳ振動子の出力信号が小さくなることを防止することができる。したがって、特性の良好なＭＥＭＳ振動子を提供することが可能となる。

また、前記第２の交差指幅を有する領域の、前記駆動電極指、前記検出電極指、および前記可動電極指のそれぞれの先端が略直線上に形成されている領域を有して対峙していることが望ましい。

このようにすれば、駆動電極指、検出電極指および可動電極指のそれぞれの先端が略直線上に形成されているため、第２の交差指幅を有する領域においては交差指幅を生じない。さらに、可動電極が振動している場合は、可動電極指の先端が駆動電極指および検出電極指の側に移動するためこの移動分だけ交差指幅を生じる。これにより、可動電極指の振動を開始するときの並列容量Ｃ₀を小さくすることができることから、ＭＥＭＳ振動子の出力信号が小さくなることを防止することができる。さらに、振動が始まり、その振動が継続されているときに生じる交差指幅により、ＭＥＭＳ振動子の出力信号を発生させることも可能である。

また、前記駆動電極指と前記可動電極指との交差指幅、および前記検出電極指と前記可動電極指との交差指幅が、複数の前記駆動電極指および複数の前記検出電極指の配列方向の中心線に対して対称となっていることが望ましい。

このようにすれば、複数の駆動電極指および複数の検出電極指の配列方向の中心線に対して駆動電極指と可動電極指、および検出電極指と可動電極指との交差指幅が対称となるため、交差することによって発生する静電力の分布も対称となる。これにより、可能電極を移動させようとする力も対称となるため振動が生じ易くなり、さらには安定した振動を発生させることが可能となる。

以下、本発明に係る最良の形態について、以下に図面を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１は櫛歯構造の電極を持つＭＥＭＳ振動子の一例としての横振動型ＭＥＭＳ振動子の構成を示す構成図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図である。なお、同図は、横振動型ＭＥＭＳ振動子が振動していない状態を示している。

ＭＥＭＳ振動子１００は、基板としての半導体基板１０２の上に成膜された絶縁膜１０３上に形成され、駆動電極１１０、可動電極１３０から構成されている。
駆動電極１１０は、絶縁膜１０３上に形成された固定電極であり、バスバー１１３の一方端に駆動電極指１１１が配列されている。ここで、駆動電極指１１１の先端１１１ａは、略直線状に位置するように設けられている。
可動電極１３０は、絶縁膜１０３上に形成された支持部１３１と、支持部１３１から延出した梁部１３２と、梁部１３２が他方端に接続される錘部１３３と、錘部１３３の一方端から伸びる可動電極指１３４，１３６から構成されている。可動電極１３０は、支持部１３１により絶縁膜１０３上に接続されており、梁部１３２、錘部１３３、および可動電極指１３４，１３６が絶縁膜１０３との間に空間を保つように配置されている。

可動電極指１３４，１３６は、駆動電極指１１１と被さらないように対峙している。可動電極指１３４，１３６の配列方向の両端部の領域Ｂ１，Ｂ２には、可動電極指１３４が形成されており、駆動電極指１１１と交差している。ここで、交差する可動電極指１３４，１３６と駆動電極指１１１とが交差している長さを交差指幅という。以下、可動電極指１３４と駆動電極指１１１との交差指幅を第１の交差指幅という。可動電極指１３４，１３６の配列方向の中央部の領域Ａには、可動電極指１３６が形成されている。複数の可動電極指１３６のそれぞれの先端１３６ａは、駆動電極指１１１の先端１１１ａと同じ略直線状の仮想線上に位置するように設けられている。即ち、可動電極指１３６の先端１３６ａと駆動電極指１１１の先端１１１ａは、交差しておらず交差指幅を有していないこととなる。以下、可動電極指１３６と駆動電極指１１１との交差指幅を第２の交差指幅という。

なお、第２の交差指幅を有する可動電極指１３６は、駆動電極指１１１の配列される方向の中心線Ｃ１を基準として対称となるように配置されている。これにより、可動電極指１３６と駆動電極指１１１との交差指幅が対称となるため、交差することによって発生する静電力の分布も対称となる。これにより、可能電極を移動させようとする力も対称となるため振動が生じ易くなり、さらには安定した振動を発生させることが可能となる。

可動電極１３０は、シリコン、ポリシリコンあるいは金属の薄膜で形成され、電極として作用し、特定の共振周波数ｆで振動が生ずるように寸法、形状、質量、材質を最適化し設計されている。また、錘部１３３は、駆動電極１１０と図示しない半導体基板１０２に形成された他の電極との間の信号経路も兼ねている。

次に、第１実施形態に示す横振動型ＭＥＭＳ振動子の動作について説明する。
前述のような構成のＭＥＭＳ振動子１００において、可動電極１３０に直流電圧が印加されると、可動電極１３０と駆動電極１１０との間に電位差が生ずる。そして、駆動電極１１０の電極表面にはそれぞれの電位差に応じた電荷がチャージされる。この状態で、駆動電極１１０に交流電圧（共振周波数ｆの信号）を印加すると、駆動電極１１０の駆動電極指１１１と可動電極１３０の可動電極指１３４との間に静電力が働く。例えば、駆動電極１１０と可動電極１３０の電位差が大きくなると、静電力が大きくなり可動電極１３０が駆動電極１１０に引き寄せられる（矢印Ｖ１ａの方向に移動する）。これにより、第１の交差指幅を有する領域Ｂ１，Ｂ２では、可動電極指１３４と駆動電極指１１１との交差指幅はさらに大きくなり、第２の交差指幅を有する領域Ａでは、可動電極指１３６と駆動電極指１１１との間に交差が発生し、交差指幅が生じることとなる。それに伴い、静電力が大きくなる。
なお、駆動電極１１０と可動電極１３０の電位差が小さくなると、静電力も小さくなり、可動電極１３０に設けられた梁部１３２の復元力により元の位置に押し戻される（矢印Ｖ１ｂの方向に移動する）。これにより、可動電極指１３４と駆動電極指１１１との第１の交差指幅は小さくなり、第２の交差指幅としての可動電極指１３６と駆動電極指１１１との交差が無くなる。

ＭＥＭＳ振動子１００は、駆動電極指１１１と可動電極指１３４，１３６とが交差していないと静電力が発生しないため駆動しない。また、駆動電極指１１１と可動電極指１３４，１３６との交差指幅が長いと初期容量成分である並列容量Ｃ₀が大きくなりＭＥＭＳ振動子１００の出力信号が小さくなる。
第１の実施形態で説明したＭＥＭＳ振動子１００では、第１の交差指幅と第１の交差指幅より短い第２の交差指幅（本例では交差していない）とを有するように駆動電極指１１１と可動電極指１３４，１３６とが交差している。このような構成により、第１の交差指幅を有する領域Ｂ１，Ｂ２で駆動のための静電力を発生させるとともに、交差の発生していない第２の交差指幅の領域Ａにより初期容量（寄生容量）を小さくすることが可能となる。これにより、ＭＥＭＳ振動子１００は、駆動を維持しつつ、初期容量成分である並列容量Ｃ₀を小さくすることによるＭＥＭＳ振動子１００の出力信号の縮小を防止することができる。したがって、特性の良好なＭＥＭＳ振動子１００を提供することが可能となる。

（第２実施形態）
図２は、櫛歯構造の電極を持つＭＥＭＳ振動子の一例としての横振動型ＭＥＭＳ振動子の構成を示す構成図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。

ＭＥＭＳ振動子２００は、半導体基板２０２の上に成膜された絶縁膜２０３上に形成され、駆動電極２１０、検出電極２２０、可動電極２３０から構成されている。駆動電極２１０は、絶縁膜２０３上に形成された固定電極であり、バスバー２１３の一方端に駆動電極指２１１が配列されている。ここで、駆動電極指２１１の先端２１１ａは、略直線状の仮想線上に位置するように設けられている。

検出電極２２０は、絶縁膜２０３上に形成された固定電極であり、バスバー２２３の一方端に駆動電極指２１１に向かうように検出電極指２２１が配列されている。ここで、検出電極指２２１の先端２２１ａは、略直線状の仮想線上に位置するように設けられている。

可動電極２３０は、対向する駆動電極２１０と検出電極２２０の間に設けられている。可動電極２３０は、絶縁膜２０３上に形成された支持部２３１と、支持部２３１から延出した梁部２３２と、梁部２３２が他方端に接続される錘部２３３と、駆動電極２１０および検出電極２２０に向かう側の錘部２３３の２つの端部（両端）に配列された可動電極指２３４，２３６，２３５，２３７が設けられている。可動電極２３０は、支持部２３１により絶縁膜２０３上に固定され、梁部２３２、錘部２３３、可動電極指２３４，２３６，２３５，２３７が絶縁膜２０３との間に空間を保つように配置されている。可動電極２３０は、シリコン、ポリシリコンあるいは金属の薄膜で形成され、電極として作用し、特定の共振周波数ｆで振動が生ずるように寸法、形状、質量、材質を最適化し設計されている。また、錘部２３３は駆動電極２１０と検出電極２２０との間の信号経路も兼ねている。

一方の可動電極指２３４，２３６は、駆動電極指２１１と被さらないように対峙している。可動電極指２３４，２３６の配列方向の両端部の領域Ｂ１，Ｂ２には、可動電極指２３４が形成されており、駆動電極指２１１と交差している。
他方の可動電極指２３５，２３７は、検出電極指２２１と被さらないように対峙している。可動電極指２３５，２３７の配列方向の両端部の領域Ｂ１，Ｂ２には、可動電極指２３５が形成されており、検出電極指２２１と交差している。ここで、交差する可動電極指２３４，２３６，２３５，２３７と駆動電極指２１１および検出電極指２２１とが交差している長さを交差指幅という。以下、可動電極指２３４，２３５と駆動電極指２１１および検出電極指２２１との交差指幅を第１の交差指幅という。

また、可動電極指２３４，２３６の配列方向の中央部の領域Ａには、可動電極指２３６が形成されている。可動電極指２３５，２３７の配列方向の中央部の領域Ａには、可動電極指２３７が形成されている。複数設けられている可動電極指２３６のそれぞれの先端２３６ａは、駆動電極指２１１の先端２１１ａが設けられている略直線状の仮想線上に位置するように設けられている。即ち、可動電極指２３６の先端２３６ａと駆動電極指２１１の先端２１１ａは、交差しておらず交差指幅を有していない。同様に、可動電極指２３７のそれぞれの先端２３７ａは、検出電極指２２１の先端２２１ａが設けられている略直線状の仮想線上に位置するように設けられている。即ち、可動電極指２３７の先端２３７ａと検出電極指２２１の先端２２１ａは、交差しておらず交差指幅を有していないこととなる。これにより、領域Ａの部分の初期容量（寄生容量）を小さくすることが可能となり、可動後は、交差が発生するため所定の寄生容量を生じることができる。以下、可動電極指２３６と駆動電極指２１１、および可動電極指２３７と検出電極指２２１との交差指幅を第２の交差指幅という。

なお、第２の交差指幅を有する可動電極指２３６，２３７は、駆動電極指２１１および検出電極指２２１の配列される方向の中心線Ｃ２を基準として対称となるように配置されている。これにより、可動電極指２３６，２３７と駆動電極指２１１および検出電極指２２１との交差指幅が対称となるため、交差することによって発生する静電力の分布も対称となる。これにより、可能電極を移動させようとする力も対称となるため振動が生じ易くなり、さらには安定した振動を発生させることが可能となる。

次に、第２実施形態に示す横振動型ＭＥＭＳ振動子の動作について説明する。
前述のような構成のＭＥＭＳ振動子２００において、可動電極２３０に直流電圧が印加されると、可動電極２３０と駆動電極２１０の間、および可動電極２３０と検出電極２２０の間に電位差が生ずる。そして、駆動電極２１０と検出電極２２０の電極表面にはそれぞれの電位差に応じた電荷がチャージされる。この状態で、駆動電極２１０に交流電圧（共振周波数ｆの信号）を印加すると、駆動電極２１０の駆動電極指２１１と可動電極２３０の可動電極指２３４，２３６との間に静電力が働く。例えば、駆動電極２１０と可動電極２３０の電位差が大きくなると、静電力が大きくなり可動電極２３０が駆動電極２１０に引き寄せられる（矢印Ｖ２ａの方向に移動する）。これにより、第１の交差指幅を有する領域Ｂ１，Ｂ２では、可動電極指２３４と駆動電極指２１１との交差指幅はさらに大きくなり、第２の交差指幅を有する領域Ａでは、可動電極指２３６と駆動電極指２１１との間に交差が発生し、交差指幅を生じることとなる。それに伴い、静電力が大きくなる。
なお、駆動電極２１０と可動電極２３０の電位差が小さくなると、静電力も小さくなり、可動電極２３０に設けられた梁部２３２の復元力により元の位置に押し戻される（矢印Ｖ２ｂの方向に移動する）。これにより、可動電極指２３４と駆動電極指２１１との第１の交差指幅は小さくなり、第２の交差指幅としての可動電極指２３６と駆動電極指２１１との交差が無くなる。

ここで、駆動電極２１０と可動電極２３０の電位差が最大になった場合、電位差に加え電極間の容量も増加するため、駆動電極２１０と検出電極２２０に励起される電荷は増大する。これに対して、可動電極２３０が駆動電極２１０側に移動することにより、検出電極２２０と可動電極２３０の間隔が増大するため、可動電極２３０と検出電極２２０の間の容量は減少し、かつ、電位差は変わらないため電極表面の電荷が減少する。つまり、電荷の移動が生じ、検出電極２２０に電流が流れる。

逆に、駆動電極２１０と可動電極２３０の電位差が減少していった場合、可動電極２３０の梁部２３２の復元力により、可動電極２３０は駆動電極２１０側から離れ、梁部２３２のバネ性により元の位置以上に動き、検出電極２２０側へ移動する。このときに、可動電極２３０と検出電極２２０との間の容量が増大し、かつ、電位差は変わらないため、再び電極表面の電荷が増加する。つまり、電荷の移動が生じ、検出電極２２０に前記と逆方向に電流が流れる。

以上の動作が繰り返され、可動電極２３０が矢印Ｖ２ａ，Ｖ２ｂで示す方向に振動し、検出電極２２０から固有の共振周波数ｆを有する信号が出力される。
なお、共振周波数ｆ以外の信号を駆動電極２１０に印加した場合には、可動電極２３０が可動しないため、共振周波数ｆは出力されない。

このように、ＭＥＭＳ振動子２００は、固定部（駆動電極２１０、検出電極２２０）と可動部としての可動電極２３０を備え、駆動電極２１０と可動電極２３０間に生ずる静電力により可動電極２３０が励振振動し、その振動により励起される電荷の移動を検出電極２２０が検出して、共振周波数ｆを得るように構成されている。

ＭＥＭＳ振動子２００は、駆動電極指２１１と可動電極指２３４，２３６とが交差していないと静電力が発生しないため駆動しない。また、駆動電極指２１１と可動電極指２３４，２３６との交差指幅が長いと初期容量成分である並列容量Ｃ₀が大きくなりＭＥＭＳ振動子２００の出力信号が小さくなる。
第２の実施形態で説明したＭＥＭＳ振動子２００では、第１の交差指幅と第１の交差指幅より短い第２の交差指幅（非振動時は交差していない）とを有するように駆動電極指２１１と可動電極指２３４，２３６とが交差している。
このような構成により、第１の交差指幅を有する領域Ｂ１，Ｂ２で駆動のための静電力を発生させるとともに、交差の発生していない第２の交差指幅の領域Ａにより初期容量（寄生容量）を小さくすることが可能となる。これにより、ＭＥＭＳ振動子２００は、安定な駆動を維持しつつ、初期容量成分である並列容量Ｃ₀が小さくなることによって生じるＭＥＭＳ振動子２００の出力信号の減縮を防止することができる。また、振動が開始されると可動電極指２３４が移動することによって第２の交差指幅が長くなり、安定した静電力を保つことが可能となる。したがって、特性の良好なＭＥＭＳ振動子２００を提供することが可能となる。

次に、本発明に係るＭＥＭＳ振動子の応用例について説明する。なお、応用例１から応用例４は、先述した第１実施形態と同一符号を用いて説明し、同じ構成部分の説明は省略する。また、応用例１から応用例４は、第２実施形態の構成にも適用することが可能である。

（応用例１）
応用例１を図３に沿って説明する。図３は、櫛歯構造の電極を持つ横振動型ＭＥＭＳ振動子の構成を示す平面図である。図３に示すように、ＭＥＭＳ振動子１００は、基板としての半導体基板１０２の上に成膜された絶縁膜１０３上に形成され、駆動電極１１０、可動電極１３０から構成されている。
駆動電極１１０には、駆動電極指１１１が配列されている。ここで、駆動電極指１１１の先端１１１ａは、略直線状に位置するように設けられている。

可動電極１３０に形成された可動電極指１３４，１３６は、駆動電極指１１１と被さらないように対峙している。可動電極指１３４，１３６の配列方向の両端部の領域Ｂ１，Ｂ２には、可動電極指１３４が形成されており、駆動電極指１１１と交差している。この、可動電極指１３４と駆動電極指１１１との交差指幅を第１の交差指幅という。可動電極指１３４，１３６の配列方向の中央部の領域Ａには、可動電極指１３６が形成されており、駆動電極指１１１と交差している。この、可動電極指１３６と駆動電極指１１１との交差指幅を第２の交差指幅という。ここで、可動電極指１３６は、可動電極指１３４よりも短く形成されている。即ち、第２の交差指幅が第１の交差指幅より短くなるように形成される。これにより、ＭＥＭＳ振動子１００の駆動を維持しつつ、初期容量成分である並列容量Ｃ₀を小さくすることができる。
なお、第２の交差指幅を有する可動電極指１３６は、駆動電極指１１１の配列される方向の中心線Ｃ１を基準として対称となるように配置されている。

（応用例２）
応用例２を図４に沿って説明する。図４は、櫛歯構造の電極を持つ横振動型ＭＥＭＳ振動子の構成を示す平面図である。図４に示すように、ＭＥＭＳ振動子１００は、基板としての半導体基板１０２の上に成膜された絶縁膜１０３上に形成され、駆動電極１１０、可動電極１３０から構成されている。
駆動電極１１０には、駆動電極指１１１が配列されている。ここで、駆動電極指１１１の先端１１１ａは、略直線状に位置するように設けられている。

可動電極１３０に形成された可動電極指１３４，１３６は、駆動電極指１１１と被さらないように対峙している。可動電極指１３４，１３６は、配列方向の両端部から中央部に向かって順次短くなるように形成されている。即ち、中央部では交差指幅が短く、両端部では交差指幅が長い。

なお、図４では、可動電極指１３４，１３６が、両端部から中央部に向かって順次短くなる例で説明したがこれに限らず、中央部から両端部に向かって順次短くなるような構成でもよい。また、長い可動電極指１３４と短い可動電極指１３６が交互に配列される構成でも良い。このような構成においても、ＭＥＭＳ振動子１００の駆動を維持しつつ、初期容量成分である並列容量Ｃ₀を小さくすることができる。また、可動電極指１３４，１３６は、駆動電極指１１１の配列される方向の中心線Ｃ１を基準として対称となるように配置されている。

（応用例３）
応用例３を図５に沿って説明する。図５は、櫛歯構造の電極を持つ横振動型ＭＥＭＳ振動子の構成を示す平面図である。図５に示すように、ＭＥＭＳ振動子１００は、基板としての半導体基板１０２の上に成膜された絶縁膜１０３上に形成され、駆動電極１１０、可動電極１３０から構成されている。
可動電極１３０には、可動電極指１３４が配列されている。ここで、可動電極指１３４の先端１３４ａは、略直線状に位置するように設けられている。

駆動電極１１０に形成された駆動電極指１１１，１１４は、可動電極指１３４と被さらないように対峙している。駆動電極指１１１，１１４の配列方向の両端部の領域には、駆動電極指１１１が形成されており、可動電極指１３４と交差している。この、駆動電極指１１１と可動電極指１３４との交差指幅を第１の交差指幅という。駆動電極指１１１，１１４の配列方向の中央部の領域には、駆動電極指１１４が形成されており、可動電極指１３４と交差している。この、駆動電極指１１４と可動電極指１３４との交差指幅を第２の交差指幅という。ここで、駆動電極指１１４は、駆動電極指１１１よりも短く形成されている。即ち、第２の交差指幅が第１の交差指幅より短くなるように形成される。なお、図５では、駆動電極指１１４の先端１１４ａが可動電極指１３４の先端１３４ａが設けられている略直線状の仮想線上に位置するように設けられており、実質的に交差指幅が存在しない構成になっているがこれに限らない。駆動電極指１１４が、僅かに可動電極指１３４と交差する構成でもよく、この場合は僅かな交差指幅が生じることとなる。
これにより、ＭＥＭＳ振動子１００の駆動を維持しつつ、初期容量成分である並列容量Ｃ₀を小さくすることができる。
なお、第２の交差指幅を有する駆動電極指１１４は、可動電極指１３４の配列される方向の中心線Ｃ１を基準として対称となるように配置されている。

また、前述では、両端部の駆動電極指１１１が長く、中央部の駆動電極指１１４が短い構成で説明したがこれに限らず、両端部の駆動電極指１１１が短く、中央部の駆動電極指１１４が長い構成でもよい。このような構成においても、ＭＥＭＳ振動子１００の駆動を維持しつつ、初期容量成分である並列容量Ｃ₀を小さくすることができる。

（応用例４）
応用例４を図６に沿って説明する。図６は、櫛歯構造の電極を持つ横振動型ＭＥＭＳ振動子の構成を示す平面図である。図６に示すように、ＭＥＭＳ振動子１００は、基板としての半導体基板１０２の上に成膜された絶縁膜１０３上に形成され、駆動電極１１０、可動電極１３０から構成されている。
駆動電極１１０には、駆動電極指１１１が配列されている。ここで、駆動電極指１１１の先端１１１ａは、略直線状に位置するように設けられている。

可動電極１３０に形成された可動電極指１３４，１３６は、駆動電極指１１１と被さらないように対峙している。可動電極指１３４，１３６の配列方向の中央部の領域Ａには、可動電極指１３６が形成されており、駆動電極指１１１と交差している。この、可動電極指１３６と駆動電極指１１１との交差指幅を第１の交差指幅という。可動電極指１３４，１３６の配列方向の両端部の領域Ｂ１，Ｂ２には、可動電極指１３４が形成されており、駆動電極指１１１と交差している。この、可動電極指１３４と駆動電極指１１１との交差指幅を第２の交差指幅という。ここで、可動電極指１３４は、可動電極指１３６よりも短く形成されている。即ち、第２の交差指幅が第１の交差指幅より短くなるように形成される。これにより、ＭＥＭＳ振動子１００の駆動を維持しつつ、初期容量成分である並列容量Ｃ₀を小さくすることができる。
なお、図６では、駆動電極指１１１の先端１１１ａが、可動電極指１３４の先端１３４ａの設けられている略直線状の仮想線上に位置するように設けられており、実質的に交差指幅が存在しない構成になっているがこれに限らない。可動電極指１３４が、僅かに駆動電極指１１１と交差する構成でもよく、この場合は僅かな交差指幅が生じることとなる。
なお、第２の交差指幅を有する可動電極指１３４は、駆動電極指１１１の配列される方向の中心線Ｃ１を基準として対称となるように配置されている。

上述した応用例１から応用例４においても、前述の第１実施形態および第２実施形態と同様な効果を有している。

本発明に係るＭＥＭＳ振動子の第１実施形態としての横振動型ＭＥＭＳ振動子の構成を示す構成図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図。本発明に係るＭＥＭＳ振動子の第２実施形態としての横振動型ＭＥＭＳ振動子の構成を示す構成図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図。ＭＥＭＳ振動子の構成の応用例１を示す平面図。ＭＥＭＳ振動子の構成の応用例２を示す平面図。ＭＥＭＳ振動子の構成の応用例３を示す平面図。ＭＥＭＳ振動子の構成の応用例４を示す平面図。従来のＭＥＭＳ振動子を示す斜視図。一般的に用いられている振動子の電気等価回路図。振動子の挿入損失を示すグラフ。

符号の説明

１００，２００…ＭＥＭＳ振動子、１０２，２０２…基板としての半導体基板、１０３，２０３…絶縁膜、１１０，２１０…駆動電極、１１１，２１１…駆動電極指、１１１ａ，２１１ａ…先端、１１３，２１３…バスバー、１３０，２３０…可動電極、１３１，２３１…支持部、１３２，２３２…梁部、１３３，２３３…錘部、１３４，１３６，２３４，２３５，２３６，２３７…可動電極指、２２０…検出電極、２２１…検出電極指、１３４ａ，１３６ａ，２３６ａ，２３７ａ…先端。

Claims

基板と、
複数の駆動電極指を一方端に有し、前記基板上に形成された駆動電極と、
前記駆動電極指と対向するように形成された可動電極であって、該駆動電極指と被さらないように対峙して設けられた複数の可動電極指を一方端に有し、他方端から延設された梁部を介して設けられた支持部によって、前記基板と空隙を保つように前記基板に支持された前記可動電極とを有し、
前記駆動電極指と前記可動電極指とが交差する交差指幅が、所定の長さの第１の交差指幅と前記第１の交差指幅より短い第２の交差指幅とを有することを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
請求項１に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記第２の交差指幅を有する領域の、前記駆動電極指および前記可動電極指のそれぞれの先端が略直線上に形成されている領域を有して対峙していることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
請求項１または請求項２に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記駆動電極指と前記可動電極指との交差指幅が、複数の前記駆動電極指の配列方向の中心線に対して対称となっていることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
基板と、
複数の駆動電極指を一方端に配列し、前記基板上に形成された駆動電極と、
前記駆動電極指と対向するように複数の検出電極指を一方端に配列し、前記基板上に形成された検出電極と、
前記駆動電極と前記検出電極との間に設けられた可動電極であって、前記駆動電極指および前記検出電極指にそれぞれ向かうように設けられた複数の可動電極指を両端に有する前記可動電極と、
前記可動電極の他方端から延設された梁部と、
前記可動電極と前記基板とが空隙を保つように該可動電極を支持する支持部であって、前記可動電極の他方端から前記梁部を介して設けられ、前記基板に接続された前記支持部とを有し、
前記駆動電極指と前記可動電極指とが交差する交差指幅、および前記検出電極指と前記可動電極指とが交差する交差指幅が、所定の長さの第１の交差指幅と前記第１の交差指幅より短い第２の交差指幅とを有するように形成されていることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
請求項４に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記第２の交差指幅を有する領域の、前記駆動電極指、前記検出電極指、および前記可動電極指のそれぞれの先端が略直線上に形成されている領域を有して対峙していることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
請求項４または請求項５に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記駆動電極指と前記可動電極指との交差指幅、および前記検出電極指と前記可動電極指との交差指幅が、複数の前記駆動電極指および複数の前記検出電極指の配列方向の中心線に対して対称となっていることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。