JP2008259100A - Micromechanical resonator - Google Patents

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Akimasa Tamano
晃正 玉野
Hironori Nagasaki
寛範 長崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micromechanical resonator capable of utilizing a resonant frequency of a higher frequency band than the conventional micromechanical resonator. <P>SOLUTION: A micromechanical resonator according to the present invention comprises a cylindrical resonator 2. The resonator 2 is supported so as to be oscillated within a plane in parallel with a substrate 7. Furthermore, first to eighth electrodes 30 to 37 are circularly disposed oppositely to the outer circumferential surface or the inner circumferential surface of the resonator 2, and a gap is formed between the first to eighth electrodes 30 to 37 and the outer circumferential surface or the inner circumferential surface of the resonator 2. A main voltage is applied to the resonator 2 and a high frequency signal is input to a plurality of predetermined electrodes in the first to eighth electrodes 30 to 37, thereby resonating the resonator 2. <P>COPYRIGHT: (C)2009,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、周波数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 is applied to frequency filters and resonators. Is being considered.

図10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している(非特許文献1、特許文献1)。該マイクロメカニカル共振器(120)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ヶ所に支持部(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. 10 shows a conventional micro mechanical resonator using the MEMS technology (Non-patent Document 1, Patent Document 1). The micromechanical resonator (120) includes a plate-like resonator (100) on a substrate (107), and the resonator (100) has support portions (103) at three locations, both ends and a central portion. A resonant beam (102) is provided between two supporting portions (103) and (103) adjacent to each other. 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Gが形成されている。そして、入力電極(106)には高周波電源(108)が接続されると共に、1つのアンカー(104)には主電圧電源(109)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 resonance beams (102) and (102) of the resonator (100), and one of the resonance beams is provided. A predetermined gap G 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 (108) is connected to the input electrode (106), and a main voltage power source (109) 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)の表面と垂直な方向に振動する。この共振子(100)の振動により、共振子(100)と両電極(105)(106)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) via the anchor (104), the input electrode (106) and the resonant beam (102) are interposed between them. An alternating electrostatic force is generated, and the resonator (100) vibrates in a direction 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 (105) (106) changes, and the change in the capacitance is the output electrode (105). Is output as a high-frequency signal Io.

又、図11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)。該マイクロメカニカル共振器(200)は、基板(207)上に、円筒形状の共振子(210)、出力電極(205)及び駆動電極(206)を具えている。又、該円筒形状の共振子(210)は、該円筒形状の共振子(210)の中心部にアンカー(204)を有し、該アンカー(204)を通って直交する2本の支持ビーム(201)を有している。   FIG. 11 shows another conventional micromechanical resonator (Non-Patent Document 2). The micromechanical resonator (200) includes a cylindrical resonator (210), an output electrode (205), and a drive electrode (206) on a substrate (207). The cylindrical resonator (210) has an anchor (204) at the center of the cylindrical resonator (210), and two support beams (two orthogonal to each other through the anchor (204)). 201).

該円筒形状の共振子(210)の中央に形成された中空部は該支持ビーム(201)によって仕切られており、4つの扇形状の中空部が形成される。前記アンカー(204)は基板(207)に固定されており、アンカー(204)及び支持ビーム(201)によって、円筒形状の共振子(210)は基板(207)の表面から僅かに浮上した位置に保持されている。円筒形状の共振子(210)には、アンカー(204)及び支持ビーム(201)を介して、主電圧電源(209)が接続される。   A hollow portion formed in the center of the cylindrical resonator (210) is partitioned by the support beam (201), and four fan-shaped hollow portions are formed. The anchor (204) is fixed to the substrate (207), and the cylindrical resonator (210) is slightly lifted from the surface of the substrate (207) by the anchor (204) and the support beam (201). Is retained. A main voltage power source (209) is connected to the cylindrical resonator (210) via an anchor (204) and a support beam (201).

又、円筒形状の共振子(210)に形成された4つの扇形状の中空部には、基板(207)から突設された4つの扇形状の駆動電極(206)〜(206)が配置されている。該4つの扇形状の駆動電極(206)〜(206)には高周波電源(208)が接続されている。更に、共振子(210)の外周面に対向して、2つの出力電極(205)(205)が配置されている。該2つの出力電極(205)(205)には出力回路(211)が接続される。   In addition, four fan-shaped drive electrodes (206) to (206) projecting from the substrate (207) are arranged in the four fan-shaped hollow portions formed in the cylindrical resonator (210). ing. A high frequency power source (208) is connected to the four fan-shaped drive electrodes (206) to (206). Further, two output electrodes (205) and (205) are arranged to face the outer peripheral surface of the resonator (210). An output circuit (211) is connected to the two output electrodes (205) and (205).

アンカー(204)及び支持ビーム(201)を介して円筒形状の共振子(210)に直流電圧Vpを印加した状態で、4つの扇形状の駆動電極(206)〜(206)に高周波信号Viを入力すると、4つの扇形状の駆動電極(206)〜(206)と円筒形状の共振子(210)との間に交番静電気力が発生し、該静電気力によって円筒形状の共振子(210)が基板(207)の表面と平行な面内で振動する。円筒形状の共振子(210)の振動により、円筒形状の共振子(210)と2つの出力電極(205)(205)との間の静電容量が変化し、該静電容量の変化が2つの出力電極(205)(205)から高周波信号Ioとして出力される。   In a state where a DC voltage Vp is applied to the cylindrical resonator (210) via the anchor (204) and the support beam (201), a high frequency signal Vi is applied to the four fan-shaped drive electrodes (206) to (206). When input, an alternating electrostatic force is generated between the four fan-shaped drive electrodes (206) to (206) and the cylindrical resonator (210), and the cylindrical resonator (210) is generated by the electrostatic force. It vibrates in a plane parallel to the surface of the substrate (207). Due to the vibration of the cylindrical resonator (210), the capacitance between the cylindrical resonator (210) and the two output electrodes (205) and (205) changes, and the change in the capacitance is 2. The high-frequency signal Io is output from the two output electrodes (205) and (205).

M.U.Demirci and C.T.-C.Nguyen, "Higher-Mode Free-Free Beam Micromechanical Resonators," Proceedings, 2003 IEEE Int. Frequency Control Symposium, Tampa, Florida, May5-8, 2003, pp.810-818.M.U.Demirci and C.T.-C.Nguyen, "Higher-Mode Free-Free Beam Micromechanical Resonators," Proceedings, 2003 IEEE Int. Frequency Control Symposium, Tampa, Florida, May5-8, 2003, pp.810-818. S.−S.Li, Y.-W.Lin, Y.Xie, Z.Ren, and C.T.-C.Nguyen, "Micromechanical “Hollow-Disk” Ring Resonators," Proceedings, 17th Int. IEEE Micro Electro Mechanical Systems Conf., Maastricht, The Netherlands, Jan. 25-29, 2004, pp.821-824.S.−S.Li, Y.-W.Lin, Y.Xie, Z.Ren, and CT-C.Nguyen, “Micromechanical“ Hollow-Disk ”Ring Resonators,” Proceedings, 17th Int. IEEE Micro Electro Mechanical Systems Conf., Maastricht, The Netherlands, Jan. 25-29, 2004, pp.821-824. 特許第3790104号Patent No. 3790104

上述の如き従来のマイクロメカニカル共振器においては、1次の共振モードの他、2次の共振モード及び3次の共振モードなどの高次の共振モードが混在して発生する。又、共振する共振子の最大振幅での形状が異なる共振モードも発生させることが可能である。GHz帯域の動作する高周波無線通信機器など、高い周波数領域でマイクロメカニカル共振器を利用する場合、上述の共振モードを利用することが可能である。   In the conventional micromechanical resonator as described above, in addition to the primary resonance mode, higher order resonance modes such as the secondary resonance mode and the tertiary resonance mode are mixedly generated. It is also possible to generate resonance modes having different shapes at the maximum amplitude of resonating resonators. When the micromechanical resonator is used in a high frequency region such as a high-frequency wireless communication device operating in the GHz band, the above-described resonance mode can be used.

しかし、従来のマイクロメカニカル共振器では、高い周波数領域を得るために高次の共振モードでの共振周波数を利用する場合、高次の共振モードでの共振周波数の振幅が1次、2次などの低次の共振モードで得られる共振周波数の振幅に比べて非常に低かった。そのため、高次の共振モードで得られる共振周波数を利用することは非常に困難であった。   However, in the conventional micromechanical resonator, when the resonance frequency in the higher order resonance mode is used in order to obtain a high frequency region, the amplitude of the resonance frequency in the higher order resonance mode is primary, secondary, etc. It was very low compared to the amplitude of the resonance frequency obtained in the low-order resonance mode. For this reason, it is very difficult to use the resonance frequency obtained in the higher-order resonance mode.

又、従来のマイクロメカニカル共振器において、共振する共振子の最大振幅での形状が異なる共振モードを利用した場合でも、高周波数帯域の共振周波数を得るためには高次の共振モードを利用する必要があった。しかし、それによって得られる共振周波数の振幅は1次、2次などの低次の共振モードで得られる共振周波数の振幅に比べて非常に低く、共振する共振子の最大振幅での形状が異なる共振モードでも高周波数帯域の共振周波数を利用することは非常に困難であった。   In addition, even in the case of using a resonance mode in which the shape of the resonating resonator is different in the maximum amplitude in a conventional micromechanical resonator, it is necessary to use a higher-order resonance mode in order to obtain a resonance frequency in a high frequency band. was there. However, the resonance frequency obtained thereby is very low compared to the resonance frequency obtained in the first-order and second-order resonance modes such as the second-order resonance mode, and the resonance is different in shape at the maximum amplitude. Even in the mode, it is very difficult to use the resonance frequency in the high frequency band.

本発明の目的は、従来のマイクロメカニカル共振器よりも高い周波数帯域の共振周波数を利用することが可能なマイクロメカニカル共振器を提供することである。   An object of the present invention is to provide a micromechanical resonator that can use a resonance frequency in a higher frequency band than a conventional micromechanical resonator.

本発明に係るマイクロメカニカル共振器は、基板(7)上に、環状の共振子(2)と、該共振子(2)の外周面又は内周面に対向して円陣に配置された第8つの電極(30)〜(37)とを具えている。前記共振子(2)は、前記基板(7)と平行な面内で振動することが可能に支持され、前記8つの電極(30)〜(37)はぞれぞれ該共振子(2)の外周面或いは内周面との間にギャップ部を形成している。   The micromechanical resonator according to the present invention includes, on a substrate (7), an annular resonator (2) and an eighth resonator disposed in a circle facing the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the resonator (2). And two electrodes (30) to (37). The resonator (2) is supported so as to be able to vibrate in a plane parallel to the substrate (7), and each of the eight electrodes (30) to (37) is the resonator (2). A gap portion is formed between the outer peripheral surface or the inner peripheral surface of each other.

そして、前記共振子(2)に主電圧が印加されると共に、前記8つの電極(30)〜(37)の内、所定の複数の電極へ高周波信号が入力されることによって、該共振子(2)と該複数の電極との間に交番静電気力が発生し、該共振子(2)が振動する。この際、8つの電極(30)〜(37)の内、高周波信号を入力する電極を選択することにより、共振する共振子の最大振幅での形状が異なる共振モードで共振子(2)が共振する。   A main voltage is applied to the resonator (2), and a high-frequency signal is input to a predetermined plurality of electrodes among the eight electrodes (30) to (37). An alternating electrostatic force is generated between 2) and the plurality of electrodes, and the resonator (2) vibrates. At this time, the resonator (2) resonates in the resonance mode in which the shape at the maximum amplitude of the resonator to be resonated is different by selecting an electrode for inputting a high-frequency signal among the eight electrodes (30) to (37). To do.

ここで、共振子(2)に沿って円陣に配置された前記8つの電極(30)〜(37)のそれぞれを順番に、第1電極(30)、第2電極(31)、第3電極(32)、第4電極(33)、第5電極(34)、第6電極(35)、第7電極(36)及び第8電極(37)とする。   Here, each of the eight electrodes (30) to (37) arranged in a circle along the resonator (2) is sequentially arranged, the first electrode (30), the second electrode (31), and the third electrode. (32), fourth electrode (33), fifth electrode (34), sixth electrode (35), seventh electrode (36) and eighth electrode (37).

第1乃至第8電極(30)〜(37)の内、第1電極(30)、第2電極(31)、第3電極(32)及び第4電極(33)に高周波信号を入力すると、共振子(2)の最大振幅での形状が基板(7)と平行な面内で膨張する形状の共振モードと、共振子(2)の最大振幅での形状が基板(7)と平行な面内で収縮する形状の共振モードで、該共振子(2)は共振する。以後、この共振モードをAモードと称する。   When a high frequency signal is input to the first electrode 30, the second electrode 31, the third electrode 32, and the fourth electrode 33 among the first to eighth electrodes 30 to 37, A resonance mode in which the shape of the resonator (2) at the maximum amplitude expands in a plane parallel to the substrate (7), and a surface in which the shape of the resonator (2) at the maximum amplitude is parallel to the substrate (7) The resonator (2) resonates in a resonance mode that contracts inside. Hereinafter, this resonance mode is referred to as an A mode.

又、第1電極(30)、第2電極(31)、第5電極(34)及び第6電極(35)に高周波信号を入力すると、共振子(2)の最大振幅での形状が、基板(7)と平行な面内で楕円形状となる共振モードで、該共振子(2)は共振する。以後、この共振モードをBモードと称する。   When a high frequency signal is inputted to the first electrode (30), the second electrode (31), the fifth electrode (34) and the sixth electrode (35), the shape of the resonator (2) at the maximum amplitude is changed to the substrate. The resonator (2) resonates in an elliptical resonance mode in a plane parallel to (7). Hereinafter, this resonance mode is referred to as a B mode.

更に、第1電極(30)、第3電極(32)、第5電極(34)及び第7電極(36)に高周波信号を入力すると、共振子(2)の最大振幅での形状が、基板(7)と平行な面内で該共振子(2)の中心点から前記第1乃至第8電極(30)〜(37)のそれぞれを臨む8方向が振動の腹となり、該共振子(2)の中心から第1電極(30)、第3電極(32)、第5電極(34)及び第7電極(36)を臨む方向の振幅が最大となる形状の共振モードで、該共振子(2)は共振する。以後、この共振モードをCモードと称する。   Furthermore, when a high frequency signal is inputted to the first electrode (30), the third electrode (32), the fifth electrode (34) and the seventh electrode (36), the shape of the resonator (2) at the maximum amplitude is changed to the substrate. Eight directions facing each of the first to eighth electrodes (30) to (37) from the center point of the resonator (2) in a plane parallel to (7) are antinodes of vibration, and the resonator (2 ) In the resonance mode having a shape in which the amplitude in the direction facing the first electrode (30), the third electrode (32), the fifth electrode (34), and the seventh electrode (36) from the center of the resonator ( 2) Resonates. Hereinafter, this resonance mode is referred to as C mode.

Aモード及びBモードは、本発明のマイクロメカニカル共振器だけではなく、従来のマイクロメカニカル共振器においても実現できる共振モードであるが、Cモードは本発明のマイクロメカニカル共振器に特有の共振モードである。   The A mode and the B mode are resonance modes that can be realized not only by the micromechanical resonator of the present invention but also by the conventional micromechanical resonator. The C mode is a resonance mode that is unique to the micromechanical resonator of the present invention. is there.

Cモードで共振する共振子(2)では、共振する共振子の最大振幅での形状がAモード及びBモードで共振する共振子(2)よりも多くの腹を持つ。即ち、Aモード及びBモードで共振する共振子(2)から得られる共振周波数よりも、高い周波数帯域の共振周波数がCモードで共振する共振子(2)から得られる。   The resonator (2) that resonates in the C mode has more antinodes than the resonator (2) that resonates in the A mode and the B mode. That is, a resonance frequency in a higher frequency band than the resonance frequency obtained from the resonator (2) resonating in the A mode and the B mode is obtained from the resonator (2) resonating in the C mode.

従って、本発明のマイクロメカニカル共振器によれば、従来のマイクロメカニカル共振器よりも高い周波数帯域の共振周波数を得ることが可能となっている。   Therefore, according to the micromechanical resonator of the present invention, it is possible to obtain a resonance frequency in a frequency band higher than that of the conventional micromechanical resonator.

又、具体的構成において、前記第1乃至第8電極(30)〜(37)は、前記共振子(2)の外周面に対向して配置されると共に、前記共振子(2)の内周面に対向して、バイアス電極(38)が配置され、該バイアス電極(38)にバイアス電圧を印加することが可能となっている。   Further, in a specific configuration, the first to eighth electrodes (30) to (37) are arranged to face the outer peripheral surface of the resonator (2) and the inner periphery of the resonator (2). A bias electrode (38) is disposed to face the surface, and a bias voltage can be applied to the bias electrode (38).

該具体的構成によれば、バイアス電極(38)にバイアス電圧を印加することにより、共振子(2)とバイアス電極(38)の間に静電気力が発生し、該静電気力によって共振子(2)は基板(7)の表面と平行な面内で引張力或いは圧縮力を受ける。この結果、共振子(2)の共振周波数が変化する。ここで、バイアス電圧は連続した値で調節が可能であるので、共振子(2)の共振周波数を連続的に微調整することが可能となっている。   According to this specific configuration, an electrostatic force is generated between the resonator (2) and the bias electrode (38) by applying a bias voltage to the bias electrode (38), and the resonator (2) is generated by the electrostatic force. ) Receives a tensile force or a compressive force in a plane parallel to the surface of the substrate (7). As a result, the resonance frequency of the resonator (2) changes. Here, since the bias voltage can be adjusted with a continuous value, the resonant frequency of the resonator (2) can be continuously finely adjusted.

他の具体的構成において、前記第1乃至第8電極(30)〜(37)には、スイッチ回路を介して高周波信号入力回路(64)が接続され、該スイッチ回路の切り換えによって所定の複数の電極に高周波信号を入力することが可能となっている。   In another specific configuration, a high-frequency signal input circuit (64) is connected to the first to eighth electrodes (30) to (37) via a switch circuit, and a predetermined plurality of signals are switched by switching the switch circuit. A high frequency signal can be input to the electrode.

該具体的構成によれば、第1乃至第8電極(30)〜(37)のうち、高周波信号を入力する電極の選択を行なうことが可能となり、共振子(2)の最大振幅での形状が異なる共振モードの選択が可能となっている。   According to this specific configuration, it is possible to select an electrode for inputting a high-frequency signal among the first to eighth electrodes (30) to (37), and the shape of the resonator (2) at the maximum amplitude. It is possible to select different resonance modes.

又、他の具体的構成において、前記スイッチ回路は、前記第1乃至第8電極(30)〜(37)のそれぞれを、高周波信号入力回路(64)と高周波信号出力回路(63)の何れか一方の回路に切り換え可能に接続すべき8つのスイッチ素子(80)〜(87)から構成されている。   In another specific configuration, the switch circuit may be configured such that each of the first to eighth electrodes (30) to (37) is a high-frequency signal input circuit (64) or a high-frequency signal output circuit (63). It is composed of eight switch elements (80) to (87) to be switchably connected to one circuit.

該具体的構成により、共振子(2)の最大振幅での形状が異なる共振モードの選択が可能であり、且つ共振子(2)の共振に応答した高周波信号を高周波信号出力回路(63)に接続された電極から得ることが可能となっている。   With this specific configuration, it is possible to select a resonance mode having a different shape at the maximum amplitude of the resonator (2), and a high-frequency signal in response to the resonance of the resonator (2) is supplied to the high-frequency signal output circuit (63). It can be obtained from the connected electrodes.

他の具体的構成において、前記第1乃至第8電極(30)〜(37)は、それらの配列の順番で交互に、高周波信号入力回路(64)と高周波信号出力回路(63)に接続されている。   In another specific configuration, the first to eighth electrodes (30) to (37) are alternately connected to the high-frequency signal input circuit (64) and the high-frequency signal output circuit (63) in the order of their arrangement. ing.

該具体的構成によれば、共振子(2)を前記Cモードの共振モードで共振させることが出来る。   According to this specific configuration, the resonator (2) can be resonated in the C-mode resonance mode.

本発明に係るマイクロメカニカル共振器によれば、従来のマイクロメカニカル共振器よりも高い周波数帯域の共振周波数を利用することが可能となっている。   According to the micromechanical resonator according to the present invention, it is possible to use a resonance frequency in a higher frequency band than the conventional micromechanical resonator.

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。
まず、本発明のマイクロメカニカル共振器を構成するマイクロメカニカル共振器本体(1)について、図1及び図2を用いて説明する。
基板(7)上に、円筒形の共振子(2)が配備され、基板(7)と平行な面内において該共振子(2)の中心点を通る直径線と該共振子(2)の外周面とが直交する該共振子(2)の外周面に、角柱状の支持ビーム(5)が突設されている。又、支持ビーム(5)の先端部は、基板(7)上に突設されたアンカー(4)に結合している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
First, a micromechanical resonator body (1) constituting a micromechanical resonator of the present invention will be described with reference to FIGS.
A cylindrical resonator (2) is provided on the substrate (7), and a diameter line passing through the center point of the resonator (2) in a plane parallel to the substrate (7) and the resonator (2) A prismatic support beam (5) protrudes from the outer peripheral surface of the resonator (2) perpendicular to the outer peripheral surface. The tip of the support beam (5) is coupled to an anchor (4) protruding from the substrate (7).

図2に示すように、共振子(2)は、アンカー(4)及び支持ビーム(5)によって該基板(7)から僅かに浮上した位置で、基板(7)と平行な面内で振動することが可能に保持されている。   As shown in FIG. 2, the resonator (2) vibrates in a plane parallel to the substrate (7) at a position slightly lifted from the substrate (7) by the anchor (4) and the support beam (5). Is held possible.

共振子(2)は、例えば外径10μm、内径5μm及び厚さ5μmの円筒形を呈している。又、該共振子(2)、アンカー(4)及び支持ビーム(5)の材料には、例えばシリコン、アルミニウムなどの導電材料が用いられる。基板(7)の材料には、例えばシリコン或いはガラスが用いられる。   The resonator (2) has, for example, a cylindrical shape having an outer diameter of 10 μm, an inner diameter of 5 μm, and a thickness of 5 μm. For the material of the resonator (2), anchor (4) and support beam (5), a conductive material such as silicon or aluminum is used. For example, silicon or glass is used as the material of the substrate (7).

共振子(2)の外周面に沿って、該共振子(2)の外周面に対向する位置に、第1電極(30)、第2電極(31)、第3電極(32)、第4電極(33)、第5電極(34)、第6電極(35)、第7電極(36)及び第8電極(37)がほぼ等間隔で円陣に配置されている。又、該共振子(2)と該第1乃至第8電極(30)〜(37)の間には所定のギャップ(例えば0.5〜1μm)が形成されている。該第1乃至第8電極(30)〜(37)の材料には、例えばシリコン、アルミニウムなどの導電材料が用いられる。   The first electrode (30), the second electrode (31), the third electrode (32), the fourth electrode are arranged along the outer peripheral surface of the resonator (2) at positions facing the outer peripheral surface of the resonator (2). An electrode (33), a fifth electrode (34), a sixth electrode (35), a seventh electrode (36), and an eighth electrode (37) are arranged in a circle at substantially equal intervals. A predetermined gap (for example, 0.5 to 1 μm) is formed between the resonator (2) and the first to eighth electrodes (30) to (37). As the material of the first to eighth electrodes (30) to (37), for example, a conductive material such as silicon or aluminum is used.

又、共振子(2)の内周には円柱形状のバイアス電極(38)が、基板(7)から突設されている。該共振子(2)と該バイアス電極(38)の間には所定のギャップ(例えば0.5〜1μm)が形成されている。又、バイアス電極(38)の材料には、例えばシリコン、アルミニウムなどの導電材料が用いられる。   A cylindrical bias electrode (38) projects from the substrate (7) on the inner periphery of the resonator (2). A predetermined gap (for example, 0.5 to 1 μm) is formed between the resonator (2) and the bias electrode (38). The bias electrode (38) is made of a conductive material such as silicon or aluminum.

<第1実施例>
図3を用いて、上述のマイクロメカニカル共振器本体(1)を用いた本発明のマイクロメカニカル共振器(11)の実施の第1形態について説明する。
該マイクロメカニカル共振器(11)は、前記マイクロメカニカル共振器本体(1)、スイッチ回路(9)、高周波信号入力回路(64)、バイアス電源(61)、主電圧電源(62)及び高周波信号出力回路(63)を具えている。
<First embodiment>
A first embodiment of the micromechanical resonator (11) of the present invention using the above-described micromechanical resonator body (1) will be described with reference to FIG.
The micro mechanical resonator (11) includes the micro mechanical resonator body (1), a switch circuit (9), a high frequency signal input circuit (64), a bias power source (61), a main voltage power source (62), and a high frequency signal output. It comprises a circuit (63).

該マイクロメカニカル共振器本体(1)の一方のアンカー(4)には主電圧電源(62)が接続され、直流電圧Vpが印加される。他方のアンカー(4)には高周波信号出力回路(63)が接続される。又、バイアス電極(38)にはバイアス電源(61)が接続され、直流電圧Vbが印加されている。又、マイクロメカニカル共振器本体(1)の第1乃至第8電極(30)〜(37)が、スイッチ回路(9)を介して、高周波信号入力回路(64)に接続されている。   A main voltage power source (62) is connected to one anchor (4) of the micro mechanical resonator body (1), and a DC voltage Vp is applied. A high frequency signal output circuit (63) is connected to the other anchor (4). A bias power source 61 is connected to the bias electrode 38 and a DC voltage Vb is applied. The first to eighth electrodes (30) to (37) of the micromechanical resonator main body (1) are connected to the high-frequency signal input circuit (64) via the switch circuit (9).

具体的には、スイッチ回路(9)は、それぞれオン/オフ式の第1スイッチ素子(90)、第2スイッチ素子(91)、第3スイッチ素子(92)、第4スイッチ素子(93)、第5スイッチ素子(94)、第6スイッチ素子(95)、第7スイッチ素子(96)、第8スイッチ素子(97)から構成されている。第1乃至第8スイッチ素子(90)〜(97)はそれぞれ独立してオン/オフすることが可能となっている。   Specifically, the switch circuit (9) includes on / off type first switch element (90), second switch element (91), third switch element (92), fourth switch element (93), It is composed of a fifth switch element (94), a sixth switch element (95), a seventh switch element (96), and an eighth switch element (97). The first to eighth switch elements (90) to (97) can be turned on / off independently.

そして、第1電極(30)が第1スイッチ素子(90)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第2電極(31)が第2スイッチ素子(91)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第3電極(32)が第3スイッチ素子(92)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第4電極(33)が第4スイッチ素子(93)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第5電極(34)が第5スイッチ素子(94)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第6電極(35)が第6スイッチ素子(95)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第7電極(36)第7スイッチ素子(96)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第8スイッチ素子(97)を介して第8電極(37)に高周波信号入力回路(64)に接続されている。   The first electrode (30) is connected to the high frequency signal input circuit (64) via the first switch element (90), and the second electrode (31) is input to the high frequency signal via the second switch element (91). The circuit (64) is connected, the third electrode (32) is connected to the high-frequency signal input circuit (64) via the third switch element (92), and the fourth electrode (33) is connected to the fourth switch element (93). The fifth electrode 34 is connected to the high frequency signal input circuit 64 through the fifth switch element 94, and the sixth electrode 35 is connected to the high frequency signal input circuit 64 through the fifth switch element 94. The sixth switch element (95) is connected to the high frequency signal input circuit (64), the seventh electrode (36) is connected to the high frequency signal input circuit (64) via the seventh switch element (96), and the eighth switch The high frequency signal input circuit (64) is connected to the eighth electrode (37) through the element (97).

高周波信号入力回路(64)は高周波電源(60)を具え、スイッチ回路(9)を介して、高周波電圧Viが第1乃至第8電極(30)〜(37)に印加される。これによって、高周波電圧Viを印加された電極と共振子(2)との間に高周波信号の位相に応答した交番静電気力による引張力或いは圧縮力が生じる。   The high frequency signal input circuit (64) includes a high frequency power source (60), and a high frequency voltage Vi is applied to the first to eighth electrodes (30) to (37) via the switch circuit (9). As a result, a tensile force or a compressive force is generated between the electrode to which the high frequency voltage Vi is applied and the resonator (2) due to the alternating electrostatic force in response to the phase of the high frequency signal.

ここで、第1乃至第8電極(30)〜(37)は基板(7)上に固定されているため、該交番静電気力によって、共振子(2)が振動する。共振子(2)が共振する際の最大振幅での形状は、高周波電圧Viを印加すべき電極の選択によって決定される。   Here, since the first to eighth electrodes (30) to (37) are fixed on the substrate (7), the resonator (2) vibrates by the alternating electrostatic force. The shape at the maximum amplitude when the resonator (2) resonates is determined by the selection of the electrode to which the high frequency voltage Vi is to be applied.

第1乃至第8電極(30)〜(37)の内、第1電極(30)、第2電極(31)、第3電極(32)及び第4電極(33)に高周波信号を入力すると、共振子(2)の最大振幅での形状が基板(7)と平行な面内で膨張する形状の共振モードと、共振子(2)の最大振幅での形状が基板(7)と平行な面内で収縮する形状の共振モードであるAモードで、該共振子(2)は共振する。   When a high frequency signal is input to the first electrode 30, the second electrode 31, the third electrode 32, and the fourth electrode 33 among the first to eighth electrodes 30 to 37, A resonance mode in which the shape of the resonator (2) at the maximum amplitude expands in a plane parallel to the substrate (7), and a surface in which the shape of the resonator (2) at the maximum amplitude is parallel to the substrate (7) The resonator (2) resonates in the A mode, which is a resonance mode having a shape that contracts inside.

又、第1電極(30)、第2電極(31)、第5電極(34)及び第6電極(35)に高周波信号を入力すると、共振子(2)の最大振幅での形状が、基板(7)と平行な面内で楕円形状となる共振モードであるBモードで、該共振子(2)は共振する。   When a high frequency signal is inputted to the first electrode (30), the second electrode (31), the fifth electrode (34) and the sixth electrode (35), the shape of the resonator (2) at the maximum amplitude is changed to the substrate. The resonator (2) resonates in a B mode, which is an elliptical resonance mode in a plane parallel to (7).

更に、第1電極(30)、第3電極(32)、第5電極(34)及び第7電極(36)に高周波信号を入力すると、共振子(2)の最大振幅での形状が、基板(7)と平行な面内で該共振子(2)の中心点から前記第1乃至第8電極(30)〜(37)のそれぞれを臨む8方向が振動の腹となり、該共振子(2)の中心から第1電極(30)、第3電極(32)、第5電極(34)及び第7電極(36)を臨む方向の振幅が最大となる形状の共振モードであるCモードで、該共振子(2)は共振する。   Furthermore, when a high frequency signal is inputted to the first electrode (30), the third electrode (32), the fifth electrode (34) and the seventh electrode (36), the shape of the resonator (2) at the maximum amplitude is changed to the substrate. Eight directions facing each of the first to eighth electrodes (30) to (37) from the center point of the resonator (2) in a plane parallel to (7) are antinodes of vibration, and the resonator (2 ) In the C mode, which is a resonance mode having a shape in which the amplitude in the direction facing the first electrode (30), the third electrode (32), the fifth electrode (34), and the seventh electrode (36) from the center is maximum. The resonator (2) resonates.

Aモード及びBモードは、本発明のマイクロメカニカル共振器だけではなく、従来のマイクロメカニカル共振器においても実現できる共振モードであるが、Cモードは本発明のマイクロメカニカル共振器に特有の共振モードである。Cモードで共振する共振子(2)では、共振する共振子の最大振幅での形状がAモード及びBモードで共振する共振子(2)よりも多くの腹を持つ。   The A mode and the B mode are resonance modes that can be realized not only by the micromechanical resonator of the present invention but also by the conventional micromechanical resonator. The C mode is a resonance mode that is unique to the micromechanical resonator of the present invention. is there. The resonator (2) that resonates in the C mode has more antinodes than the resonator (2) that resonates in the A mode and the B mode.

従って、本発明のマイクロメカニカル共振器によれば、Aモード及びBモードで共振する共振子(2)から得られる共振周波数よりも、高い周波数帯域の共振周波数がCモードで共振することによって、従来のマイクロメカニカル共振器よりも高い周波数帯域の共振周波数を得ることが可能となっている。   Therefore, according to the micromechanical resonator of the present invention, a resonance frequency in a higher frequency band than the resonance frequency obtained from the resonator (2) resonating in the A mode and the B mode resonates in the C mode. It is possible to obtain a resonance frequency in a frequency band higher than that of the micromechanical resonator.

又、共振子(2)と第1乃至第8電極(30)〜(37)間の静電容量は、共振子(2)の振動による共振子(2)と第1乃至第8電極(30)〜(37)間の距離に応じて変化する。そのため、共振する共振子(2)の振動の共振周波数は共振子(2)と電極間の静電容量に応じて変化する。従って、該静電容量は共振子(2)の共振周波数に応じた高周波成分を有し、該高周波成分は高周波電流Ioとして、高周波信号出力回路(63)に接続されたアンカー(4)を介して、外部に出力される。   The capacitance between the resonator (2) and the first to eighth electrodes (30) to (37) is the same as that of the resonator (2) and the first to eighth electrodes (30) due to the vibration of the resonator (2). ) To (37) depending on the distance. Therefore, the resonance frequency of the vibration of the resonator (2) that resonates changes according to the capacitance between the resonator (2) and the electrode. Therefore, the capacitance has a high frequency component corresponding to the resonance frequency of the resonator (2), and the high frequency component is converted into a high frequency current Io via an anchor (4) connected to the high frequency signal output circuit (63). Output to the outside.

又、該マイクロメカニカル共振器(11)において、バイアス電極(38)にバイアス電圧Vbを印加することにより、共振子(2)とバイアス電極(38)との間に静電気力が発生するため、共振子(2)はバイアス電極(38)に向かう方向に引張力を受ける。この結果、共振子(2)の共振周波数を変化させることが出来る。従って、バイアス電極(38)に印加するバイアス電圧Vbを調節することにより、アンカー(4)から出力される高周波信号の共振周波数を連続的に微調整することが可能である。   In the micromechanical resonator (11), applying a bias voltage Vb to the bias electrode (38) generates an electrostatic force between the resonator (2) and the bias electrode (38). The child (2) receives a tensile force in the direction toward the bias electrode (38). As a result, the resonance frequency of the resonator (2) can be changed. Therefore, by adjusting the bias voltage Vb applied to the bias electrode (38), it is possible to continuously fine-tune the resonance frequency of the high-frequency signal output from the anchor (4).

<第2実施例>
図4を用いて、上述のマイクロメカニカル共振器本体(1)を用いたマイクロメカニカル共振器(10)の実施の第2形態について説明する。
該マイクロメカニカル共振器(10)は、マイクロメカニカル共振器本体(1)、スイッチ回路(8)、高周波信号入力回路(64)、バイアス電源(61)、主電圧電源(62)及び高周波信号出力回路(63)とを具えている。
<Second embodiment>
A second embodiment of the micromechanical resonator (10) using the above-described micromechanical resonator body (1) will be described with reference to FIG.
The micro mechanical resonator (10) includes a micro mechanical resonator body (1), a switch circuit (8), a high frequency signal input circuit (64), a bias power source (61), a main voltage power source (62), and a high frequency signal output circuit. (63).

該マイクロメカニカル共振器本体(1)の一方のアンカー(4)には主電圧電源(62)が接続され、直流電圧Vpが印加される。バイアス電極(38)には、バイアス電源(61)が接続され、直流電圧Vbが印加される。又、高周波信号入力回路(64)或いは高周波信号出力回路(63)が、スイッチ回路(8)を介して、マイクロメカニカル共振器本体(1)の第1乃至第8電極(30)〜(37)に接続されている。   A main voltage power source (62) is connected to one anchor (4) of the micro mechanical resonator body (1), and a DC voltage Vp is applied. A bias power source (61) is connected to the bias electrode (38), and a DC voltage Vb is applied. The high frequency signal input circuit (64) or the high frequency signal output circuit (63) is connected to the first to eighth electrodes (30) to (37) of the micromechanical resonator main body (1) via the switch circuit (8). It is connected to the.

具体的には、第1電極(30)が第1スイッチ素子(80)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第2電極(31)が第2スイッチ素子(81)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第3電極(32)が第3スイッチ素子(82)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第4電極(33)が第4スイッチ素子(83)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第5電極(34)が第5スイッチ素子(84)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第6電極(35)が第6スイッチ素子(85)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第7電極(36)が第7スイッチ素子(86)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第8電極(37)が第8スイッチ素子(87)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続されている。   Specifically, the first electrode (30) is connected to the high frequency signal input circuit (64) and the high frequency signal output circuit (63) via the first switch element (80), and the second electrode (31) is the second electrode. The high frequency signal input circuit (64) and the high frequency signal output circuit (63) are connected via the switch element (81), and the third electrode (32) is connected to the high frequency signal input circuit (64 via the third switch element (82). ) And the high-frequency signal output circuit (63), and the fourth electrode (33) is connected to the high-frequency signal input circuit (64) and the high-frequency signal output circuit (63) via the fourth switch element (83). The five electrodes (34) are connected to the high frequency signal input circuit (64) and the high frequency signal output circuit (63) through the fifth switch element (84), and the sixth electrode (35) connects the sixth switch element (85). To the high-frequency signal input circuit (64) and the high-frequency signal output circuit (63), and the seventh electrode (36) is connected to the high-frequency signal input circuit (64) and the high-frequency signal via the seventh switch element (86). Is connected to a force circuit (63), the eighth electrode (37) is connected to the high-frequency signal input circuit (64) and the high-frequency signal output circuit (63) through the eighth switch element (87).

第1乃至第8スイッチ素子(80)〜(87)は、それぞれ独立して高周波信号入力回路(64)或いは高周波信号出力回路(63)の何れか一方の回路に切り換えることが可能となっている。   The first to eighth switch elements (80) to (87) can be independently switched to one of the high-frequency signal input circuit (64) and the high-frequency signal output circuit (63). .

高周波信号入力回路(64)は高周波電源(60)を具え、スイッチ回路(8)を介して、高周波電圧Viが第1乃至第8電極(30)〜(37)に印加される。これによって、高周波電圧Viを印加された電極と共振子(2)との間に、高周波信号の位相に応答した交番静電気力による引張力或いは圧縮力が生じる。   The high frequency signal input circuit (64) includes a high frequency power source (60), and a high frequency voltage Vi is applied to the first to eighth electrodes (30) to (37) via the switch circuit (8). As a result, a tensile force or a compressive force is generated between the electrode to which the high frequency voltage Vi is applied and the resonator (2) due to the alternating electrostatic force in response to the phase of the high frequency signal.

ここで、第1乃至第8電極(30)〜(37)は基板(7)上に固定されているため、該交番静電気力によって、共振子(2)が振動する。共振子(2)が共振する際の最大振幅での形状は、高周波電圧Viを印加すべき電極の選択によって決定される。   Here, since the first to eighth electrodes (30) to (37) are fixed on the substrate (7), the resonator (2) vibrates by the alternating electrostatic force. The shape at the maximum amplitude when the resonator (2) resonates is determined by the selection of the electrode to which the high frequency voltage Vi is to be applied.

又、共振子(2)と第1乃至第8電極(30)〜(37)間の静電容量は、該共振子(2)の振動による該共振子(2)と第1乃至第8電極(30)〜(37)間の距離に応じて変化する。そのため、共振する共振子(2)の振動の共振周波数は共振子(2)と電極間の静電容量に応じて変化する。従って、該静電容量は該共振子(2)の共振周波数に応じた高周波成分を有し、該高周波成分は高周波電流Ioとして、高周波信号出力回路(63)に接続された電極を介して、該共振周波数が外部に出力される。   The capacitance between the resonator (2) and the first to eighth electrodes (30) to (37) is the same as that of the resonator (2) and the first to eighth electrodes due to the vibration of the resonator (2). It changes according to the distance between (30)-(37). Therefore, the resonance frequency of the vibration of the resonator (2) that resonates changes according to the capacitance between the resonator (2) and the electrode. Therefore, the capacitance has a high-frequency component corresponding to the resonance frequency of the resonator (2), and the high-frequency component serves as a high-frequency current Io via an electrode connected to the high-frequency signal output circuit (63). The resonance frequency is output to the outside.

又、該マイクロメカニカル共振器(10)においても、実施の第1形態と同様に、バイアス電極(38)に印加するバイアス電圧Vbを調節することにより、高周波信号出力回路(63)に接続された電極から出力される高周波信号の共振周波数を連続的に微調整することが可能である。   The micromechanical resonator (10) is also connected to the high frequency signal output circuit (63) by adjusting the bias voltage Vb applied to the bias electrode (38) as in the first embodiment. It is possible to continuously fine-tune the resonance frequency of the high-frequency signal output from the electrode.

次に、前記マイクロメカニカル共振器(10)において、スイッチ回路(8)の操作により発生する共振子(2)の共振状態における最大振幅での形状について説明する。   Next, the shape of the resonator (2) generated by the operation of the switch circuit (8) in the micro mechanical resonator (10) at the maximum amplitude in the resonance state will be described.

図5に示すように、マイクロメカニカル共振器(10)において、第1スイッチ素子(80)、第2スイッチ素子(81)、第3スイッチ素子(82)及び第4スイッチ素子(83)を切り換えて第1電極(30)、第2電極(31)、第3電極(32)及び第4電極(33)と高周波信号入力回路(64)とを接続し、第5スイッチ素子(84)、第6スイッチ素子(85)、第7スイッチ素子(86)及び第8スイッチ素子(87)を切り換えて、第5電極(34)、第6電極(35)、第7電極(36)及び第8電極(37)と高周波信号出力回路(63)とを接続すると、共振子(2)はAモードで共振する。   As shown in FIG. 5, in the micro mechanical resonator (10), the first switch element (80), the second switch element (81), the third switch element (82) and the fourth switch element (83) are switched. The first electrode (30), the second electrode (31), the third electrode (32) and the fourth electrode (33) are connected to the high-frequency signal input circuit (64), and the fifth switch element (84), sixth The switch element (85), the seventh switch element (86) and the eighth switch element (87) are switched, and the fifth electrode (34), the sixth electrode (35), the seventh electrode (36) and the eighth electrode ( 37) and the high-frequency signal output circuit (63) are connected, the resonator (2) resonates in the A mode.

又、図6に示すように、マイクロメカニカル共振器(10)において、第1スイッチ素子(80)、第2スイッチ素子(81)、第5スイッチ素子(84)及び第6スイッチ素子(85)を切り換えて、第1電極(30)、第2電極(31)、第5電極(34)及び第6電極(35)と高周波信号入力回路(64)とを接続し、第3スイッチ素子(82)、第4スイッチ素子(83)、第7スイッチ素子(86)及び第8スイッチ素子(87)を切り換えて、第3電極(32)、第4極(33)、第7電極(36)及び第8電極(37)と高周波信号出力回路(63)とを接続すると、共振子(2)はBモードで共振する。   Further, as shown in FIG. 6, in the micro mechanical resonator (10), the first switch element (80), the second switch element (81), the fifth switch element (84) and the sixth switch element (85) are provided. By switching, the first electrode (30), the second electrode (31), the fifth electrode (34) and the sixth electrode (35) are connected to the high frequency signal input circuit (64), and the third switch element (82) The fourth switch element (83), the seventh switch element (86) and the eighth switch element (87) are switched, and the third electrode (32), the fourth pole (33), the seventh electrode (36) and the When the eight electrodes (37) and the high-frequency signal output circuit (63) are connected, the resonator (2) resonates in the B mode.

更に、図7に示すように、マイクロメカニカル共振器(10)において、第1スイッチ素子(80)、第3スイッチ素子(82)、第5スイッチ素子(84)及び第7スイッチ素子(86)を切り換えて、第1電極(30)、第3電極(32)、第5電極(34)及び第7電極(36)と高周波信号入力回路(64)とを接続し、第2スイッチ素子(81)、第4スイッチ素子(83)、第6スイッチ素子(85)及び第8スイッチ素子(87)を切り換えて、第2電極(31)、第4電極(33)、第6電極(35)及び第8電極(37)と高周波信号出力回路(63)とを接続すると、共振子(2)はCモードで共振する。   Further, as shown in FIG. 7, in the micromechanical resonator (10), the first switch element (80), the third switch element (82), the fifth switch element (84) and the seventh switch element (86) are provided. By switching, the first electrode (30), the third electrode (32), the fifth electrode (34), the seventh electrode (36) and the high-frequency signal input circuit (64) are connected, and the second switch element (81) The fourth switch element (83), the sixth switch element (85) and the eighth switch element (87) are switched, and the second electrode (31), the fourth electrode (33), the sixth electrode (35) and the When the eight electrodes (37) and the high-frequency signal output circuit (63) are connected, the resonator (2) resonates in the C mode.

図8はAモード、Bモード及びCモードで共振する共振子(2)の最大振幅での形状について説明する図である。実線は振動していない時の共振子(2)の形状を表わし、二点鎖線は共振する共振子の最大振幅での形状を表わしている。   FIG. 8 is a diagram for explaining the shape of the resonator (2) that resonates in the A mode, the B mode, and the C mode at the maximum amplitude. The solid line represents the shape of the resonator (2) when not oscillating, and the two-dot chain line represents the shape of the resonating resonator at the maximum amplitude.

図8(A)及び(B)は、Aモードで共振する共振子(2)の最大振幅での形状を説明する図である。Aモードでは、図8(A)の二点鎖線に表わすように最大振幅で共振子(2)の形状が膨張する共振モードと、図8(B)の二点鎖線に表わすように最大振幅で共振子(2)の形状が収縮する共振モードとが存在する。   FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining the shape of the resonator (2) that resonates in the A mode at the maximum amplitude. In the A mode, the resonance mode in which the shape of the resonator (2) expands at the maximum amplitude as shown by the two-dot chain line in FIG. 8 (A) and the maximum amplitude as shown by the two-dot chain line in FIG. 8 (B). There is a resonance mode in which the shape of the resonator (2) contracts.

又、図8(C)はBモードで共振する共振子(2)の最大振幅での形状を説明する図である。Bモードでは、二点鎖線に表わすように最大振幅で共振子(2)の形状が楕円状である。   FIG. 8C is a diagram for explaining the shape of the resonator (2) resonating in the B mode at the maximum amplitude. In the B mode, the shape of the resonator (2) is elliptical with the maximum amplitude as shown by a two-dot chain line.

更に、図8(D)はCモードで共振する共振子(2)の最大振幅での形状を説明する図である。Cモードでは、二点鎖線に表わすように最大振幅で共振子(2)の形状は、基板(7)と平行な面内で共振子(2)の中心点から前記第1乃至第8電極(30)〜(37)のそれぞれを臨む8方向が振動の腹となり、且つ共振子(2)の中心から第1電極、第3電極、第5電極及び第7電極を臨む方向が山となる。   Further, FIG. 8D is a diagram for explaining the shape of the resonator (2) resonating in the C mode at the maximum amplitude. In the C mode, the shape of the resonator (2) with the maximum amplitude as shown by the two-dot chain line is the first to eighth electrodes (from the center point of the resonator (2) in a plane parallel to the substrate (7). The eight directions facing each of 30) to (37) are antinodes of vibration, and the directions facing the first electrode, the third electrode, the fifth electrode, and the seventh electrode from the center of the resonator (2) are peaks.

Cモードで共振する共振子(2)では、共振する共振子の最大振幅での形状がAモード及びBモードで共振する共振子(2)よりも多くの振動の腹を有する。即ち、低次の共振モードにおいて、Cモードで共振する共振子(2)では、Aモード及びBモードで共振する共振子(2)より得られる共振周波数よりも、高い周波数帯域の共振周波数が得られる。   In the resonator (2) resonating in the C mode, the shape of the resonating resonator at the maximum amplitude has more antinodes than the resonator (2) resonating in the A mode and the B mode. That is, in the low-order resonance mode, the resonator (2) that resonates in the C mode has a resonance frequency in a higher frequency band than the resonance frequency obtained from the resonator (2) that resonates in the A mode and the B mode. It is done.

更に、Cモードは本発明のマイクロメカニカル共振器に特有の共振モードである。従って、本発明のマイクロメカニカル共振器では、従来のマイクロメカニカル共振器よりも高いGHz帯の周波数帯域に属する共振周波数を利用することが可能となっている。   Furthermore, the C mode is a resonance mode unique to the micromechanical resonator of the present invention. Therefore, in the micro mechanical resonator of the present invention, it is possible to use a resonance frequency belonging to a higher frequency band in the GHz band than the conventional micro mechanical resonator.

上記実施の形態では、前記スイッチ回路(8)の具える本発明のマイクロメカニカル共振器(10)について説明したが、前記スイッチ回路(9)を具えるマイクロメカニカル共振器(11)においても、Cモードの共振モードを得ることが可能となっている。   In the above embodiment, the micromechanical resonator (10) of the present invention provided with the switch circuit (8) has been described. However, in the micromechanical resonator (11) provided with the switch circuit (9), C It is possible to obtain a mode resonance mode.

図9は、本発明のマイクロメカニカル共振器本体(1)において、コンピュータシミュレーションにより、バイアス電極(38)に印加するバイアス電圧Vbを変化させたときの共振子(2)のAモードの収縮振動(第2モード)での共振周波数の変化を演算した結果を示すグラフである。演算に際して、共振子(2)は外径10μm、内径5μmおよび厚さ2μmとし、バイアス電極(38)にバイアス電圧Vbを印加しない状態での共振子(2)の共振周波数を600MHzに設定した。   FIG. 9 shows the A-mode contraction vibration (2) of the resonator (2) when the bias voltage Vb applied to the bias electrode (38) is changed by computer simulation in the micromechanical resonator body (1) of the present invention. It is a graph which shows the result of having calculated the change of the resonant frequency in the 2nd mode). In the calculation, the resonator (2) has an outer diameter of 10 μm, an inner diameter of 5 μm, and a thickness of 2 μm, and the resonance frequency of the resonator (2) without applying the bias voltage Vb to the bias electrode (38) was set to 600 MHz.

図9より、バイアス電圧Vbが0Vから100Vに連続的に変化することによって、共振周波数が600MHzから616MHzまで滑らかなカーブで変化する。従って、本発明のマイクロメカニカル共振器によれば、バイアス電極(38)に印加するバイアス電圧Vbを調節することにより、出力される高周波信号の共振周波数を連続的に微調整することが可能となっている。   As shown in FIG. 9, when the bias voltage Vb continuously changes from 0 V to 100 V, the resonance frequency changes from 600 MHz to 616 MHz with a smooth curve. Therefore, according to the micromechanical resonator of the present invention, by adjusting the bias voltage Vb applied to the bias electrode (38), it is possible to continuously fine-tune the resonance frequency of the output high-frequency signal. ing.

本発明のマイクロメカニカル共振器によれば、該マイクロメカニカル共振器に固有の共振モードであるCモードで該共振子(2)を共振させることにより、従来のマイクロメカニカル共振器よりも高い周波数帯域の共振周波数を利用することが可能となっている。   According to the micromechanical resonator of the present invention, by resonating the resonator (2) in the C mode that is a resonance mode inherent to the micromechanical resonator, a higher frequency band than that of the conventional micromechanical resonator is obtained. The resonance frequency can be used.

従って、本発明のマイクロメカニカル共振器は、より高い周波数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ェア無線などのRF無線装置に有効である。   Therefore, the micromechanical resonator of the present invention is effective for a device that requires a higher frequency, for example, an RF wireless device such as a remote keyless entry system, spread spectrum communication, or software defined radio.

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(2)の材料として、ヤング率の高い材料、例えばダイヤモンドなどを用いることによって、更に高い共振周波数を実現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, a higher resonance frequency can be realized by using a material having a high Young's modulus, such as diamond, as the material of the resonator (2).

又、上記実施例では第1乃至第8電極(30)〜(37)の何れも共振子(2)の外周面に沿って配置し、バイアス電極(38)を内周側に沿って配置しているが、第1乃至第8電極(30)〜(37)を共振子(2)の内周面に沿って配置し、バイアス電極(38)を共振子(2)の外周面に対向するように配置することも可能である。   In the above embodiment, all of the first to eighth electrodes (30) to (37) are arranged along the outer peripheral surface of the resonator (2), and the bias electrode (38) is arranged along the inner peripheral side. However, the first to eighth electrodes (30) to (37) are arranged along the inner peripheral surface of the resonator (2), and the bias electrode (38) is opposed to the outer peripheral surface of the resonator (2). It is also possible to arrange them as follows.

本発明のマイクロメカニカル共振器本体の斜視図である。It is a perspective view of the micro mechanical resonator main body of this invention. 図1のA−A線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line of FIG. 第1実施例のマイクロメカニカル共振器の平面図である。It is a top view of the micro mechanical resonator of 1st Example. 第2実施例のマイクロメカニカル共振器の平面図である。It is a top view of the micro mechanical resonator of 2nd Example. 第2実施例のマイクロメカニカル共振器において、円筒形状の共振子をAモードで振動させる際のスイッチ回路の操作を説明する図である。In the micro mechanical resonator of 2nd Example, it is a figure explaining operation of the switch circuit at the time of vibrating a cylindrical resonator in A mode. 第2実施例のマイクロメカニカル共振器において、円筒形状の共振子をBモードで振動させる際のスイッチ回路の操作を説明する図である。In the micro mechanical resonator of 2nd Example, it is a figure explaining operation of the switch circuit at the time of vibrating a cylindrical resonator in B mode. 第2実施例のマイクロメカニカル共振器において、円筒形状の共振子をCモードで振動させる際のスイッチ回路の操作を説明する図である。In the micro mechanical resonator of 2nd Example, it is a figure explaining operation of the switch circuit at the time of vibrating a cylindrical resonator in C mode. 第2実施例のマイクロメカニカル共振器において、共振する円筒形状の共振子の最大振幅での形状をそれぞれ説明する図である。It is a figure explaining the shape in the maximum amplitude of the cylindrical resonator to resonate in the micromechanical resonator of 2nd Example. 本発明に係るマイクロメカニカル共振器本体におけるバイアス特性に応じた共振周波数の変化を表わすグラフである。It is a graph showing the change of the resonant frequency according to the bias characteristic in the micro mechanical resonator main body which concerns on this invention. 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.

符号の説明Explanation of symbols

(1) マイクロメカニカル共振器本体
(10)(11) マイクロメカニカル共振器
(2) 共振子
(30)〜(37) 第1電極〜第8電極
(38) バイアス電極
(4) アンカー
(5) 支持ビーム
(60) 高周波電源
(61) バイアス電源
(62) 主電圧電源
(63) 高周波信号出力回路
(64) 高周波信号入力回路
(7) 基板
(8)(9) スイッチ回路
(1) Micromechanical resonator body
(10) (11) Micromechanical resonator
(2) Resonator
(30)-(37) 1st electrode-8th electrode
(38) Bias electrode
(4) Anchor
(5) Support beam
(60) High frequency power supply
(61) Bias power supply
(62) Main voltage power supply
(63) High frequency signal output circuit
(64) High frequency signal input circuit
(7) Board
(8) (9) Switch circuit

Claims (5)

基板(7)上に、環状の共振子(2)と、該共振子(2)の外周面又は内周面に対向して円陣に配置された8つの電極(30)〜(37)とを具え、前記共振子(2)は、基板(7)と平行な面内で振動することが可能に支持され、前記8つの電極(30)〜(37)はぞれぞれ、前記共振子(2)の外周面或いは内周面との間にギャップ部を形成し、前記共振子(2)に主電圧を印加すると共に、前記8つの電極(30)〜(37)の内、所定の複数の電極へ高周波信号を入力することによって、該共振子(2)と該複数の電極との間に交番静電気力を発生させて共振子(2)に振動を与え、該共振子(2)と前記8つの電極(30)〜(37)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。   On the substrate (7), an annular resonator (2) and eight electrodes (30) to (37) arranged in a circle facing the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the resonator (2). The resonator (2) is supported so as to be able to vibrate in a plane parallel to the substrate (7), and each of the eight electrodes (30) to (37) includes the resonator ( 2) A gap is formed between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface, a main voltage is applied to the resonator (2), and a predetermined number of the eight electrodes (30) to (37) are provided. By inputting a high-frequency signal to the electrodes, an alternating electrostatic force is generated between the resonator (2) and the plurality of electrodes to vibrate the resonator (2), and the resonator (2) A micromechanical resonator that outputs a change in capacitance between the eight electrodes (30) to (37) as a high-frequency signal. 前記8つの電極(30)〜(37)は、前記共振子(2)の外周面に対向して配置されると共に、前記共振子(2)の内周面に対向して、バイアス電極(38)が配置され、該バイアス電極(38)にバイアス電圧を印加することが可能である請求項1に記載のマイクロメカニカル共振器。   The eight electrodes (30) to (37) are disposed so as to face the outer peripheral surface of the resonator (2), and face the inner peripheral surface of the resonator (2) so as to face the bias electrode (38). The micro mechanical resonator according to claim 1, wherein a bias voltage can be applied to the bias electrode (38). 前記8つの電極(30)〜(37)には、スイッチ回路を介して高周波信号入力回路(64)が接続され、該スイッチ回路の切り換えによって所定の複数の電極に高周波信号を入力することが可能となっている請求項1又は請求項2に記載のマイクロメカニカル共振器。   A high-frequency signal input circuit (64) is connected to the eight electrodes (30) to (37) via a switch circuit, and a high-frequency signal can be input to a plurality of predetermined electrodes by switching the switch circuit. The micromechanical resonator according to claim 1 or 2, wherein 前記スイッチ回路は、前記8つの電極(30)〜(37)のそれぞれを、高周波信号入力回路(64)と高周波信号出力回路(63)の何れか一方の回路に切り換え可能に接続すべき8つのスイッチ素子(80)〜(87)から構成されている請求項3に記載のマイクロメカニカル共振器。   The switch circuit is configured to connect each of the eight electrodes (30) to (37) to one of a high-frequency signal input circuit (64) and a high-frequency signal output circuit (63) in a switchable manner. The micromechanical resonator according to claim 3, comprising switch elements (80) to (87). 前記8つの電極(30)〜(37)は、それらの配列の順番で交互に、高周波信号入力回路(64)と高周波信号出力回路(63)に接続されている請求項1又は請求項2に記載のマイクロメカニカル共振器。   The eight electrodes (30) to (37) are alternately connected to the high-frequency signal input circuit (64) and the high-frequency signal output circuit (63) in the order of their arrangement. The micromechanical resonator as described.
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