JP2010045217A - 可変容量素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ブレーキ電圧V2が0Vの状態で、駆動キャパシタ46にV1の正電圧を印加すると、可動電極18が駆動電極14側に移動して、チューナブル・キャパシタ44の容量Cが小さくなる。ブレーキ電圧V2が印加されると、ブレーキ・キャパシタ20の下部ブレーキ電極24が水平方向に移動して、上部ブレーキ電極22と下部ブレーキ電極24との電極間距離が0μmになる。下部ブレーキ電極24と一体に形成された可動電極18も共に水平方向に移動して、可動電極18と固定電極16との電極間距離も0μmになる。即ち、両電極は誘電体層28を介して接触することになる。これで電極間での摩擦力によって可動電極18の位置を安定に維持することができる。
【選択図】図10
Description
<可変容量素子の概略構成>
まず、図1〜図3を参照して、可変容量素子の構成を簡単に説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る可変容量素子の外観を示す斜視図である。図2は可変容量素子を固定電極側から見た平面図である。図3は可変容量素子の側面図である。
次に、図4、図5を参照して、櫛型電極の構造を説明する。図4は図2に示す可変容量素子のX−X線断面図である。図5(A)は図2に示す領域Aでの櫛歯部の嵌合状態を示す図である。図2に示す領域Aは、誘電体26の近傍の約3μm×約10μmの小領域であり、図4では領域Bに相当する。図5(B)は図2に示す領域Aでの対向電極の分解斜視図である。
(1)可変容量素子の容量調整動作
まず、図6〜図9を参照して可変容量素子の容量調整動作を説明する。図6は図4に示す領域Bの部分拡大図である。図7(A)は可変容量素子の容量調整動作を説明する図であり、図7(B)はチューナブル・キャパシタの電圧依存性を示すグラフである。図8はチューナブル・キャパシタの動作の様子を示す断面図であり、図9はチューナブル・キャパシタの動作の様子を示す立体図である。
次に、図10及び図11を参照して可変容量素子の振動防止動作を説明する。図10(A)〜(C)はブレーキ・キャパシタが可動電極の振動を防止する様子を示す図である。図11(A)〜(C)はブレーキ・キャパシタの動作下でのチューナブル・キャパシタの特性を示すグラフである。
次に、図12及び図13を参照して、第1の実施の形態に係る可変容量素子の製造方法を説明する。ここでは、図4に領域Bで示す部分について製造工程の一例を示す。
図14(A)〜(C)は本発明の第2の実施の形態に係る可変容量素子の部分拡大図である。図14(A)は第1の実施の形態の図6に対応する図である。第2の実施の形態に係る可変容量素子10Aは、下部ブレーキ電極24が付設された可動電極18の裏面側に、絶縁層50を介して可動駆動電極52が形成されている以外は、第1の実施の形態と同様の構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を一部省略する。
図17は本発明の第3の実施の形態に係る可変容量素子の側面図である。図18(A)〜(C)は本発明の第3の実施の形態に係る可変容量素子の部分拡大図である。図17は第1の実施の形態の図3に対応する図である。図18(A)は第1の実施の形態の図6に対応する図である。第3の実施の形態に係る可変容量素子10Bは、支持基板12上に、駆動電極14を覆うように誘電層60を設けた以外は、第1の実施の形態と同様の構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
図19(A)〜(C)は本発明の第4の実施の形態に係る可変容量素子の部分拡大図である。図19(A)は第1の実施の形態の図6に対応する図である。第4の実施の形態に係る可変容量素子10Cは、第2の実施の形態と同様に、下部ブレーキ電極24が付設された可動電極18の裏面側に、絶縁層50を介して可動駆動電極52が形成されると共に、第3の実施の形態と同様に、支持基板12上に、駆動電極14を覆うように誘電層60を設けた以外は、第1の実施の形態と同様の構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
<可変容量素子の概略構成>
図20〜図22を参照して、第5の実施の形態に係る可変容量素子の構成を簡単に説明する。図20は本発明の第5の実施の形態に係る可変容量素子を固定電極側から見た平面図である。図21は図20に示す可変容量素子の側面図である。図22は図20に示す可変容量素子のY−Y線断面図である。
(1)可変容量素子の容量調整動作
まず、図23を参照して可変容量素子の容量調整動作を説明する。
図23に示すように、容量調整動作を実施する場合には、ブレーキ電圧V2が0Vの状態で、駆動キャパシタ106にV1の正電圧を印加する。駆動電極74及び可動電極78の間には、電源100から駆動電圧V1が印加される。これにより、駆動キャパシタ106の垂直方向の電極間距離が減少し、可動電極78が駆動電極74側に移動する。また、チューナブル・キャパシタ104の対向電極面積が減少し、固定電極76と可動電極78との対向距離も増加する。これにより、チューナブル・キャパシタ104の容量Cが小さくなる。
次に、図24を参照して可変容量素子の振動防止動作を説明する。
図24に示すように、振動防止動作を実施する場合には、ブレーキ・キャパシタ80にブレーキ電圧V2を印加する。上部ブレーキ電極82及び下部ブレーキ電極84の間には、電源102からブレーキ電圧V2が印加される。ブレーキ電圧V2が印加されると、下部ブレーキ電極84が水平方向を外側に移動して、上部ブレーキ電極82と下部ブレーキ電極84との水平方向の電極間距離が0μmになる。即ち、両電極は誘電体層88を介して接触することになる。
次に、図25及び図26を参照して、第5の実施の形態に係る可変容量素子の製造方法を説明する。ここでは、図22に示す構成の左半分の部分について製造工程の一例を示す。
図27は本発明の第6の実施の形態に係る可変容量素子の部分拡大図である。図27は第2の実施の形態の図14(A)に対応する図である。第6の実施の形態に係る可変容量素子70Aは、下部ブレーキ電極84及び可動電極78の裏面側に、絶縁層110を介して可動駆動電極112が形成されている以外は、第5の実施の形態と同様の構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
図29に示すように、ブレーキ電圧V2が0Vの状態で、駆動キャパシタ106にV1の正電圧を印加すると、可動電極78が駆動電極74側に移動する。しかしながら、静電力により可動電極78が駆動電極74側に移動した状態のままでは、外部振動を受けて可動電極78が振れる恐れがある。この振動を防止するために、ブレーキ・キャパシタ80にブレーキ電圧V2を印加する。上部ブレーキ電極82及び下部ブレーキ電極84の間には、電源102からブレーキ電圧V2が印加される。
10A 可変容量素子
10B 可変容量素子
10C 可変容量素子
12 支持基板
13 Si3N4絶縁層
14 駆動電極
15 SiO2犠牲膜
16 固定電極
16A 櫛歯部
17 Poly-Si層
18 可動電極
18A 櫛歯部
19 リリースホール
20 ブレーキ・キャパシタ
21 Poly-Si層
22 上部ブレーキ電極
22A 櫛歯部
23 溝部
24 下部ブレーキ電極
24A 櫛歯部
25 窒化シリコン(Si3N4)層
26 誘電体
27 リリースホール
28 誘電体層
30 支柱
32 アンカー部
34 梁部
36 ばね部材
40 電源
42 電源
44 チューナブル・キャパシタ
46 駆動キャパシタ
46A 駆動キャパシタ
46B 駆動キャパシタ
50 絶縁層
52 可動駆動電極
60 誘電層
70 可変容量素子
70A 可変容量素子
72 支持基板
73 Si3N4絶縁層
74 駆動電極
75 SiO2犠牲膜
76 固定電極
76A 櫛歯部
77A Poly-Si層
77B Poly-Si層
78 可動電極
78A 櫛歯部
79 リリースホール
80 ブレーキ・キャパシタ
81 Poly-Si層
82 上部ブレーキ電極
82A 櫛歯部
84 下部ブレーキ電極
84A 櫛歯部
86 連結部材
86H スルーホール
86B 基部
86S 側部
87 リリースホール
88 誘電体層
90 支柱
92 アンカー部
94 梁部
96 ばね部材
100 電源
102 電源
104 チューナブル・キャパシタ
106 駆動キャパシタ
110 絶縁層
112 可動駆動電極
112B 可動部
112A 固定部
112C 連結部
130 誘電層
Claims (11)
- 支持基板と、
前記支持基板の表面に形成された薄膜状の第1電極と、
前記第1電極の上方に固定配置されると共に、前記第1電極側に突出する複数の櫛歯部を備えた平板状の第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に配置され、前記第2電極に対して垂直方向及び水平方向に移動可能に保持されると共に、前記第2電極の複数の櫛歯部の間隙に対向し且つ第2電極側に突出する複数の櫛歯部を備え、表面が誘電体層で被覆された平板状の第3電極であって、前記第2電極と共に可変容量を構成し、前記第1電極と該第2電極の間に印加された第1電圧に応じて垂直方向に駆動される第3電極と、
前記第1電極の上方に固定配置され、前記第2電極と水平方向に接続されると共に、前記第1電極側に突出する複数の櫛歯部を備えた平板状の第4電極であって、前記第2電極とは電気的に絶縁された第4電極と、
前記第1電極と前記第4電極との間に配置され、前記第3電極と水平方向に接続されると共に、前記第4電極の複数の櫛歯部の間隙に対向し且つ第4電極側に突出する少なくとも1つの櫛歯部を備え、表面が誘電体層で被覆された平板状の第5電極であって、前記第4電極と共に前記第3電極の振動を防止する振動防止部を構成し、前記第4電極と該第5電極との間に印加された第2電圧に応じて水平方向に駆動されて、前記第4電極の櫛歯部と該第5電極の櫛歯部とが接触して静電力により前記第4電極に固定される第5電極と、 を備えた可変容量素子。 - 前記第3電極及び前記第5電極の前記第1電極と対向する面に絶縁膜を介して第6電極を更に形成し、該第6電極と前記第1電極との間に印加された第1電圧に応じて前記第3電極が垂直方向に駆動される請求項1に記載の可変容量素子。
- 前記第1電極と前記第3電極及び第5電極との間に、前記電極間での静電容量を調整する誘電体層が設けられた請求項1又は2に記載の可変容量素子。
- 前記第2電極と前記4電極とが1枚の平板として形成された請求項1〜3の何れか1項に記載の可変容量素子。
- 支持基板と、
前記支持基板の表面に形成された薄膜状の第1電極と、
前記第1電極の上方に固定配置されると共に、前記第1電極側に突出する複数の櫛歯部を備えた平板状の第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に配置され、前記第2電極に対して垂直方向及び水平方向に移動可能に保持されると共に、前記第2電極の複数の櫛歯部の間隙に対向し且つ第2電極側に突出する複数の櫛歯部を備え、表面が誘電体層で被覆された平板状の第3電極であって、前記第2電極と共に可変容量を構成し、前記第1電極と該第2電極の間に印加された第1電圧に応じて垂直方向に駆動される第3電極と、
前記第1電極の上方に固定配置され、前記第2電極に対し左右対称となるように前記第2電極と水平方向に接続されると共に、前記第1電極側に突出する複数の櫛歯部を備えた平板状の第4電極であって、前記第2電極とは電気的に絶縁された複数対の第4電極と、
前記第1電極と前記第4電極との間に配置され、前記第3電極と水平方向に接続されると共に、前記第4電極の複数の櫛歯部の間隙に対向し且つ第4電極側に突出する少なくとも1つの櫛歯部を備え、表面が誘電体層で被覆された平板状の第5電極であって、前記複数対の第4電極の各々に対応して設けられ、前記複数対の第4電極の各々と共に前記第3電極の振動を防止する振動防止部を構成し、前記第4電極と該第5電極との間に印加された第2電圧に応じて一対の第5電極が水平方向を反対向きに駆動されて、前記第4電極の櫛歯部と該第5電極の櫛歯部とが接触して静電力により前記複数対の第4電極の各々に固定される複数対の第5電極と、
を備えた可変容量素子。 - 前記第3電極及び前記複数対の第5電極の前記第1電極と対向する面に絶縁膜を介して第6電極を更に形成し、該第6電極と前記第1電極との間に印加された第1電圧に応じて前記第3電極が垂直方向に駆動される請求項5に記載の可変容量素子。
- 前記第1電極と前記第3電極及び第5電極との間に、前記電極間での静電容量を調整する誘電体層が設けられた請求項5又は6に記載の可変容量素子。
- 前記第2電極と前記複数対の第4電極の各々とが別々の平板として形成された請求項5〜7の何れか1項に記載の可変容量素子。
- 前記第3電極と前記複数対の第5電極の各々とは、可とう性を有する材料で形成されたU字状の接続部材で接続された請求項5〜8の何れか1項に記載の可変容量素子。
- 前記支持基板が、半導体基板又は結晶基板である請求項1〜9の何れか1項に記載の可変容量素子。
- 前記支持基板が、シリコン基板又は酸化アルミニウム基板である請求項1〜10の何れか1項に記載の可変容量素子。
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