JP2011004252A - 共振器およびその製造方法、発振器ならびに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりもＳ／Ｎ比を向上させることが可能な共振器およびその製造方法、ならびにそのような共振器を備えた発振器および電子機器を提供する。
【解決手段】入力交流信号Ｓinの周波数に応じて縦波振動による共振振動を行う振動部１１内において、振動部１１内に（ＬＣＲ直列共振回路と並列に）、導体部１１１よりも抵抗値の高い高抵抗部１１３を設ける。共振ピークの信号レベルＳｐを低下させずに、バックグランドレベルＳｂｇを下げることができる。なお、振動部１１において、梁部１２Ｈおよび支持部１３Ｈとの接続部分ならびにその周辺領域が高抵抗部１１３となっていると共に、これら梁部１２Ｈおよび支持部１３Ｈもまた高抵抗部（高抵抗領域）となっているようにするのが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の要素技術を応用した共振器およびその製造方法、ならびにそのような共振器を備えた発振器および電子機器に関する。

近年の無線通信技術の発展に伴い、無線通信技術を利用した通信機器において、小型化、軽量化が要求されている。そのため、これまで小型化が困難とされてきたＲＦ信号処理部分等に、半導体分野における微細加工技術を用いて微細な機械構造を作製するマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）技術が利用されてきている。このＭＥＭＳは、シリコンプロセス技術により、マイクロな機械的要素と電子回路要素とを融合したシステムであり、日本では主にマイクロマシンと称されるものである。ＭＥＭＳ技術は、その精密加工性などの優れた特徴から、高機能化に対応しつつ、小型で低価格なＳｏＣ（System on a Chip）を実現することができる。

このようなＭＥＭＳ技術を用いた素子の１つとして、機械的な共振を利用したメカニカル共振器（ＭＥＭＳ共振器）があり、これを利用したフィルタ、発信器、ミキサ等のＲＦ素子は、小型で集積化が可能であることから、通信分野への応用が始まっている（例えば、特許文献１）。しかしながら、携帯電話やミリ波通信等のアプリケーションの高周波化に伴い、このようなＭＥＭＳ共振器においても、動作周波数のＧＨｚ以上の高周波化が求められている。

そこで、このような動作周波数の高周波化を実現するため、縦波振動を利用した、誘電体埋め込み型のＭＥＭＳ共振器が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この共振器では、静電駆動力を得るための誘電体膜（絶縁膜）を振動体内部に埋め込むことにより縦波振動を発生させ、ＧＨｚ以上の高周波領域での動作を実現している。

特開２００７−１３４４７号公報

Dana Weinstein and Sunil A. Bhave, "Internal Dielectric Transduction of a 4.5 GHz Silicon Bar Resonator", IEEE International Electron Device Meeting 2007, pp.415-418.

図１２および図１３は、この縦波振動を利用した誘電体埋め込み型のＭＥＭＳ共振器（共振器１００−１）の概略構成および動作原理を表すものであり、図１２は外観斜視構成を、図１３はＸ−Ｙ平面（上面）構成をそれぞれ表している。この共振器１００−１では、支持基板１００上に、間隙Ｇを介して直方体状（Ｘ軸方向に延在）の振動部１０１が設けられている。この振動部１０１は、導電体Ｓｉ（シリコン）等からなる導体部１０１Ａと、ＳｉＮ（窒化シリコン）等からなる２つの絶縁膜１０１Ｂとから構成されている。導体部１０１Ａはこれら２つの絶縁膜１０１Ｂにより、交流信号の伝送方向（Ｘ軸方向）に沿って３つのブロックに電気的に分離されている。各ブロックの両側面（Ｚ−Ｘ側面）は、梁部１０２（サポートビーム）および支持部１０３（アンカー）により基板面に対して支持されている。そして、３つのブロックのうちの一端側のブロックでは、これら支持部１０３および梁部１０２を介して、コンデンサＣ１が接続された入力信号線Ｌinから、入力交流信号Ｓinが入力されている。一方、他端側のブロックでは、梁部１０２および支持部１０３を介して出力信号線Ｌoutから出力交流信号が出力されている。また、真ん中のブロックには、各絶縁膜１０１Ｂにおける両端面（Ｙ−Ｚ端面）間に電位差（バイアス）を与えるための直流電圧Ｖｄｃが、コイルＬ１を介して供給されるようになっている。

この状態において、入力信号線Ｌinから任意の周波数の入力交流信号Ｓinが入力されると、各絶縁膜１０１Ｂにはその周波数の静電引力が発生し、これにより振動部１０１内に圧縮応力が働く。ここで、入力交流信号Ｓinの周波数が、共振器の寸法により定まる縦波振動の共振周波数と等しい場合、振動部１０１は縦波振動による共振振動を起こす（図１３中の波形Ｗ１０１参照）。すると、各絶縁膜１０１Ｂは、振動によって圧縮および膨張を繰り返すことになる。このような絶縁膜１０１Ｂの変形により（図１３中の矢印Ｐ１０１参照）、各絶縁膜１０１Ｂの両端面（Ｙ−Ｚ端面）には電位差が発生するため、この共振周波数と等しい周波数の出力交流信号Ｓoutが、出力信号線Ｌoutから出力される。このような動作原理により、この共振器１００−１は、任意の入力交流信号Ｓinのうち、ある周波数（共振周波数）の信号のみを選択的に透過する共振器として機能する。

ところが、このような従来の誘電体埋め込み型のＭＥＭＳ共振器では、共振器の寄生容量が大きいことから、共振特性において、共振ピークの信号レベルに対してバックグランドレベルが相対的に上昇することになる。このため、このタイプの共振器では、共振ピークの信号レベルとバックグランドレベルとの比に対応する共振器のＳ／Ｎ比が低下してしまい、場合によっては共振ピークがバックグランドに埋もれてしまう（Ｓ／Ｎ比が０ｄＢ以下となる）という問題があった。

なお、このような共振器の寄生容量は、上記した振動部内の絶縁膜の静電容量により規定されるため、例えば絶縁膜の厚みを小さくするなどしてその静電容量を小さくし、共振器の寄生容量も減少させることも考えられる。ところが、この絶縁膜の静電容量を小さくした場合、確かに共振器の寄生容量も減少するものの、それに伴って共振ピークの信号レベルも低下してしまうことから、結局のところ、共振器のＳ／Ｎ比を高めることはできないことになる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、従来よりも共振器のＳ／Ｎ比を向上させることが可能な共振器およびその製造方法、ならびにそのような共振器を備えた発振器および電子機器を提供することにある。

本発明の共振器は、導体部と、この導体部を複数のブロックに電気的に分離するように設けられた複数の絶縁部と、この絶縁部の間に設けられると共に導体部よりも抵抗値の高い高抵抗部とを有する振動部を備えたものである。また、この振動部は、絶縁部において両端間に電位差を生じさせたときに、導体部におけるブロックへ入力される交流信号の周波数に応じて、縦波振動による共振振動を行うように構成されている。

本発明の発振器および電子機器は、共振振動を行う上記本発明の共振器を備えたものである。

本発明の共振器、発振器および電子機器では、振動部内の絶縁部において両端間に電位差を生じさせると、導体部におけるブロックへ入力される交流信号の周波数に応じて、振動部が縦波振動による共振振動を行う。これにより、導体部におけるブロックから交流信号が出力される。このとき、振動部内における絶縁部の間に、導体部よりも抵抗値の高い高抵抗部が設けられていることにより、共振器の寄生容量を経由する信号の漏洩（リーク）が抑えられ、この寄生容量を規定する絶縁膜の静電容量を変化させる（小さくする）ことなく、共振特性におけるバックグランドレベルが従来よりも低下する。すなわち、共振ピークの信号レベルを低下させることなく、バックグランドレベルを下げることができる。

本発明の共振器の製造方法は、基板上に、導体部と、この導体部を複数のブロックに電気的に分離する複数の絶縁部と、この絶縁部の間に設けられ導体部よりも抵抗値の高い高抵抗部とを有すると共に、絶縁部において両端間に電位差を生じさせたときに、導体部におけるブロックへ入力される交流信号の周波数に応じて縦波振動による共振振動を行う振動部を形成する工程を含むようにしたものである。

本発明の共振器の製造方法では、上記各工程により、振動部内における絶縁部の間に上記高抵抗部が設けられるため、共振ピークの信号レベルを低下させることなく、バックグランドレベルを下げることができる。

本発明の共振器およびその製造方法、発振器ならびに電子機器によれば、入力される交流信号の周波数に応じて縦波振動による共振振動を行う振動部内において、導体部よりも抵抗値の高い高抵抗部を設けるようにしたので、共振ピークの信号レベルを低下させずにバックグランドレベルを下げることができ、従来よりも共振器のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る共振器の外観構成を表す斜視図である。 図１に示した共振器の構成および動作原理を模式的に表す上面図である。 図１に示した共振器の等価回路構成を表す回路図である。 図１に示した共振器の製造方法の一例を工程順に表す断面図である。 図４に続く工程を表す断面図である。 図１２に示した従来の共振器の等価回路構成を表す回路図である。 図１に示した共振器の共振特性を従来のものと比較して表す特性図である。 本発明の変形例に係る共振器の外観構成を表す斜視図である。 図８に示した共振器の構成および動作原理を模式的に表す上面図である。 図８に示した共振器の等価回路構成を表す回路図である。 本発明の共振器の適用例に係る電子機器の機能ブロック図である。 従来の共振器の外観構成例を表す斜視図である。 図１２に示した共振器の構成および動作原理を模式的に表す上面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（振動部内に高抵抗部を設けた共振器の一例）
２．変形例 （電圧供給ブロックに直流電圧を供給する支持部も高抵抗領域とした例）
３．適用例 （実施の形態および変形例の共振器を内蔵した電子機器の例）

＜１．実施の形態＞
［共振器の構成］
（斜視構成・上面構成）
図１は、本発明の一実施の形態に係る共振器１の外観構成を斜視的に表したものであり、図２は、この共振器１の上面構成（Ｘ−Ｙ平面構成）を模式的に表したものである。共振器１は、以下説明するＸ軸方向に延在する振動部１１における機械的な縦波振動による共振振動を利用して、高周波（例えば、６０ＧＨｚ程度）の交流信号を伝送するＭＥＭＳ共振器である。

この共振器１では、支持基板１０上に、間隙Ｇを介して直方体状の振動部１１が設けられている。この振動部１１は、導体部１１１と、複数（ここでは、２つ）の絶縁膜（絶縁部）１１２と、高抵抗部１１３とから構成されている。導体部１１１はこれら２つの絶縁膜１１２により、交流信号の伝送方向（Ｘ軸方向）に沿って３つのブロックに電気的に分離されている。各ブロックの両側面（Ｚ−Ｘ側面）は、梁部１２（サポートビーム）および支持部１３（アンカー）により基板面に対して支持されている。

支持基板１０は、Ｓｉ基板１０Ａと、このＳｉ基板１０Ａ上に積層された保護層１０Ｂとから構成されている。保護層１０Ｂは、製造時において後述する犠牲層２０をウェットエッチングにより除去する際に、下地（Ｓｉ基板１０Ａ）を保護するためのものであり、例えばＳｉＮなどの絶縁材料により構成されている。したがって、この保護層１０Ｂは、エッチングに耐え得る程度の厚み（例えば、２００ｎｍ程度）となっている。

振動部１１は、例えば、（Ｘ軸方向：４０μｍ程度、Ｙ軸方向：１０μｍ程度、Ｚ軸方向：２μｍ程度）の大きさの直方体状となっている。この振動部１１において、導体部１１１は、例えば、リン（Ｐ）を含有して導電性を示す多結晶Ｓｉ（ｐ−Ｓｉ）等の導電性Ｓｉにより構成されている。ただし、金属（アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ）等）や半導体（Ｓｉ，ゲルマニウム（Ｇｅ）等）、またはそれらの窒化物（窒化チタン（ＴｉＮ）等）や炭化物（炭化チタン（ＴｉＣ）等）などの他の導電性材料を用いるようにしてもよい。なお、上記した梁部１２および支持部１３も、この導体部１１１と同一の材料により構成されている。一方、絶縁膜１１２は、例えばＳｉＮ等の絶縁性材料により構成されており、その厚みは、例えば３０ｎｍ程度となっている。ここで、ＳｉＮ以外の絶縁性材料としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂），酸化チタン（ＴｉＯ_X），ポリイミド，ＢＣＢ等の酸化物や窒化物、有機物等が挙げられる。

振動部１１内の高抵抗部１１３は、導体部１１１よりも抵抗値が高い部分であり、例えば高抵抗Ｓｉ等の高抵抗材料（例えば、抵抗率ρ＝１０⁴Ωｍ程度のもの）により構成されている。高抵抗Ｓｉ以外の高抵抗材料としては、例えば、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体や、それらの半導体化合物等が挙げられる。この高抵抗部１１３の厚みは、例えば１μｍ程度である。なお、高抵抗部１１３のヤング率（縦弾性係数）は、導体部１１１のヤング率と同程度（例えば、１７０ＧＰａ程度）となっているのが好ましい。これにより、振動部１１内における２つの絶縁膜１１２間に高抵抗部１１３を埋設させても、後述する振動部１１における共振特性が変化することなく、保持されるからである。

振動部１１における複数のブロックは、入力交流信号Ｓinが入力される入力ブロックと、出力交流信号Ｓoutが出力される出力ブロックと、電圧供給ブロックとから構成されている。入力ブロックでは、支持部１３および梁部１２を介して、コンデンサＣ１が接続された入力信号線Ｌinから、入力交流信号Ｓinが入力されている。出力ブロックでは、梁部１２および支持部１３を介して、出力信号線Ｌoutから出力交流信号が出力されている。電圧供給ブロックでは、各絶縁膜１１２における両端面（Ｙ−Ｚ端面）間に電位差を与えるための直流電圧Ｖｄｃが、電圧供給線Ｌｄｃ、梁部１２および支持部１３（電圧供給支持部）を介して供給されている。具体的には、ここでは、電圧供給ブロックに対応する位置に設けられた２つの梁部１２および支持部１３のそれぞれを介して、直流電圧Ｖｄｃが供給されるようになっている。なお、図１，図２中に示した抵抗器Ｒｄｃは、これら２ヶ所の支持部１３間の配線抵抗（ＤＣ配線抵抗Ｒｄｃ）を表しており、電圧供給線Ｌｄｃを介した信号漏洩（リーク）を抑制するためのものである。ただし、場合によっては、直流電圧Ｖｄｃが梁部１２および支持部１３を介さないで別個の端子等を経由して供給されるようにしてもよい。

ここで、この共振器１では、振動部１１内において、交流信号の伝送方向（Ｘ軸方向）に沿って、入力ブロックと出力ブロックとの間に、上記した電圧供給ブロックが配置されている。そして、この電圧供給ブロック内（具体的には、上記した２つの梁部１２および支持部１３の間の位置）に、高抵抗部１１３が埋設されている。

この振動部１１は、詳細は後述するが、各絶縁膜１１２において両端面（Ｙ−Ｚ端面）間に電位差（上記直流電圧Ｖｄｃに対応）を生じさせたときに、入力交流信号Ｓinの周波数に応じて、縦波振動による共振振動を行うようになっている（図２中の波形Ｗ１参照）。そして、各絶縁膜１１２が所定の１方向（ここではＸ軸方向：図１，図２中の矢印Ｐ１参照）に沿って振動することとなるように、導体部１１１における複数のブロック、絶縁膜１１２および高抵抗部１１３が、その１方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。ここで、各絶縁膜１１２は、図２に示したように、この縦波振動における波形Ｗ１の節部分の少なくとも１つに対応する位置もしくはその近傍に配置されているようにするのが好ましい。これにより、より効果的な共振振動が実現されるからである。また、同じく図２に示したように、高抵抗部１１３は（より好ましくは、梁部１２および支持部１３も）、この縦波振動における波形Ｗ１の節部分の少なくとも１つに対応する位置もしくはその近傍に配置されているようにするのが好ましい。このような位置に配置することにより、振動部１１の振動を妨げてしまうのが回避されるからである。なお、本実施の形態の共振器１では、梁部１２を用いて振動部１１をその側面側から支持するようにしているが、例えば振動部１１の下方（基板面側）からなど、他の方向から支持するようにしてもよい。

（等価回路構成）
図３は、共振器１の等価回路構成（機械振動による信号の伝達変換係数を用いた等価回路構成）を表したものである。この共振器１は、基本的には、上記した縦波振動による共振振動を生じさせるためのＬＣＲ直列共振回路により構成されている。具体的には、抵抗器Ｒｘ、インダクタＬｘおよびキャパシタＣｘが互いに直列接続された共振回路である。なお、図中に示したインピーダンスＺｘは、これら抵抗器Ｒｘ、インダクタＬｘおよびキャパシタＣｘにより規定されるインピーダンスの総和を表している。

この共振器１の等価回路構成ではまた、上記したＬＣＲ直列共振回路と並列に、共振器１の寄生容量Ｃｐ１，Ｃｐ２と、高抵抗部１１３に対応する抵抗器Ｒ１との直列接続回路が設けられている。すなわち、高抵抗部１１３に対応する抵抗器Ｒ１は、ＬＣＲ直列共振回路の経路上ではなく、このＬＣＲ直列共振回路とは並列接続されている。ここで、寄生容量Ｃｐ１，Ｃｐ２はそれぞれ、振動部１１内の２つの絶縁膜１１２の静電容量に対応するものであり、それらの膜厚や面積（Ｙ−Ｚ端面の面積）により規定されるようになっている。なお、図中に示したインピーダンスＺｐ１は、寄生容量Ｃｐ１，Ｃｐ２および抵抗器Ｒ１により規定されるインピーダンスの総和を表している。ここでは、高抵抗部１１３に対応する抵抗器Ｒ１が設けられていることにより、インピーダンスＺｘ，Ｚｐ１間の大小関係は、Ｚｘ＜Ｚｐ１となっている。

［共振器の製造方法］
この共振器１は、例えば次のようにして製造することができる。図４および図５は、共振器１を製造する工程の一例を断面図で表すものであり、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図（Ｚ−Ｘ断面図）およびＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図（Ｙ−Ｚ断面図）でそれぞれ示している。

まず、図４（Ａ）に示したように、Ｓｉ基板１０Ａ上に例えば減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長）法を用いて、上述した材料からなる保護層１０Ｂを、例えば５００ｎｍ程度の厚みで一様に形成する。これにより、支持基板１０が形成される。次いで、この支持基板１０上に、例えば減圧ＣＶＤ法を用いて前述した材料からなるｐ−Ｓｉ層１５を、例えば１０００ｎｍ程度の厚みで一様に形成したのち、例えばフォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングを行い、このｐ−Ｓｉ層１５をパターニングする。このようにしてパターニングされたｐ−Ｓｉ層１５は、入力信号線Ｌin、出力信号線Ｌout等の配線部分となる。

続いて、図４（Ｂ）に示したように、支持基板１０およびｐ−Ｓｉ層１５上に、例えば減圧ＣＶＤ法を用いて、例えばＳｉＯ₂膜を例えば５００ｎｍ程度の厚みで一様に形成することにより、犠牲層２０を形成する。そののち、図４（Ｃ）に示したように、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨）を用いて、この犠牲層２０の表面を平坦化する。

次に、図４（Ｄ）に示したように、この平坦化した犠牲層２０の表面に、例えばフォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングを行うことにより、支持部１３を形成するための開口２１（コンタクト孔）を形成する。この開口２１の大きさは、例えば５μｍ×５μｍ程度とし、深さは例えば４００ｎｍ程度とする。

続いて、図４（Ｅ）に示したように、この開口２１を含む犠牲層２０上に、例えば減圧ＣＶＤ法を用いて、振動部１１における導体部１１１を形成するための前述した材料からなるｐ−Ｓｉ層１６を、例えば２０００ｎｍ程度の厚みで一様に形成する。そののち、このｐ−Ｓｉ層１６を、例えばフォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングを行ってパターニングする。この際、ｐ−Ｓｉ層１６のうちの一部の領域を、例えばフォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングを行ってパターニングし、ｐ−Ｓｉ層１６と比べて抵抗率の高いｐ−Ｓｉ等を、減圧ＣＶＤ法を用いて成膜する。そして、これをＣＭＰ等によって平坦化することにより、ｐ−Ｓｉ層１６の内部に、高抵抗部１１３（高抵抗領域）を形成する。なお、このような高抵抗化処理による高抵抗部１１３の形成工程は、ここで説明した段階には限られず、他のどの段階で行うようにしてもよい。これにより、図４（Ｆ）に示したように、犠牲層２０上に、１つの導体パターンからなる導体パターン層が形成される。

次に、図４（Ｇ）に示したように、犠牲層２０上ならびにこれら各導体パターンの表面および側面に、例えば減圧ＣＶＤ法を用いて、ＳｉＮ等からなる絶縁層１７を、例えば３０ｎｍ程度の厚みで一様に形成する。

続いて、図５（Ａ）に示したように、この絶縁層１７上に、再び、前述した材料からなるｐ−Ｓｉ層１７（導体層）を、例えば２０００ｎｍ程度の厚みで一様に形成する。そののち、図５（Ｂ）に示したように、ｐ−Ｓｉ層１６（導体パターン層）、絶縁層１７およびｐ−Ｓｉ層１８の表面を、例えばＣＭＰを用いて平坦化する。これにより、導体部１１１の各ブロックとなるｐ−Ｓｉ層１６，１８間に、絶縁膜１１２となる絶縁層１７が埋め込まれた形状となる。

次に、図５（Ｃ）に示したように、埋め込まれた絶縁体層１７を含むｐ−Ｓｉ層１６，１８を、例えばフォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングを行ってパターニングする。これにより、梁部１２および支持部１３と共に振動部１１の外形を形成する。

続いて、図５（Ｄ）に示したように、例えばＤＨＦ（希釈弗酸）溶液等のエッチング溶液を用いたウェットエッチングを行い、犠牲層２０を選択的に除去する。これにより、振動部１１が、基板面に対して間隙Ｇを介して、梁部１２および支持部１３により支持されるようになる。なお、このとき、埋め込まれている部分以外の絶縁層１７も同時に除去されることになる。以上により、図１に示した共振器１が完成する。

［共振器の作用・効果］
（基本動作）
本実施の形態の共振器１では、電気信号におけるある特定の周波数の信号のみを機械的な振動に変換すると共に、この機械的な振動を再び電気信号に変換することにより、共振器として機能する。

具体的には、まず、任意の周波数の入力交流信号Ｓinが、入力信号線Ｌinから支持部１３および梁部１２を介して導体部１１１のうちの入力ブロックへ入力されると、各絶縁膜１１２にはその周波数の静電引力が発生し、振動部１１内に圧縮応力が働く。すなわち、電気信号から機械的な振動への変換がなされる。

ここで、入力交流信号Ｓinの周波数が、共振器１の寸法により定まる縦波振動の共振周波数ｆｒと等しい場合、振動部１１は縦波振動による共振振動を行う（図１中の波形Ｗ１参照）。

すると、各絶縁膜１１２は、振動によって圧縮および膨張を繰り返すことになる。このような絶縁膜１１２の変形により（図１，図２中の矢印Ｐ１参照）、各絶縁膜１１２の両端面（Ｙ−Ｚ端面）に、誘導起電力による電位差が発生する。すなわち、機械的な振動から電気信号への再変換がなされる。これにより、共振周波数ｆｒと等しい周波数の出力交流信号Ｓoutが、導体部１１１のうちの出力ブロックから梁部１２および支持部１３を介して、出力信号線Ｌoutから出力される。このような動作原理により、共振器１は、任意の入力交流信号Ｓinのうち、ある周波数（共振周波数ｆｒ）の信号のみを選択的に透過する共振器として機能する。

（比較例の作用）
ここで、図１２，図１３に示した従来の共振器１００−１（比較例）では、図６に示した等価回路において、ＬＣＲ直列共振回路と並列に、共振器１００−１の寄生容量Ｃｐ１，Ｃｐ２の直列接続回路が設けられている。すなわち、図３に示した本実施の形態の共振器１の等価回路とは異なり、高抵抗部１１３に対応する抵抗器Ｒ１がＬＣＲ直列共振回路と並列に設けられていない。これにより、インピーダンスＺｘと、寄生容量Ｃｐ１，Ｃｐ２の直列接続回路におけるインピーダンスＺｐ１００間と大小関係も、本実施の形態とは異なり、Ｚｘ＞Ｚｐ１００となっている。

したがって、この比較例に係る共振器１００−１では、寄生容量Ｃｐ１，Ｃｐ２が大きいことに起因して、例えば図７に示した共振特性のように、共振周波数ｆｒ付近の共振ピークの信号レベルＳｐに対し、バックグランドレベルＳｂｇ１００が相対的に上昇する。このため、この比較例の共振器１００−１では、共振ピークの信号レベルＳｐとバックグランドレベルＳｂｇ１００との比に対応する共振器のＳ／Ｎ比が低下してしまう。そして、場合によっては、この共振ピークの信号レベルＳｐが、バックグランドレベルＳｂｇ１００に埋もれてしまうことになる（Ｓ／Ｎ比が０ｄＢ以下となる）。

ここで、共振器１００−１の寄生容量Ｃｐ１，Ｃｐ２は、振動部１０１内の絶縁膜１０１Ｂの静電容量により規定されるため、例えばこの絶縁膜１０１Ｂの厚みを小さくするなどしてその静電容量を小さくし、寄生容量Ｃｐ１，Ｃｐ２も減少させることも考えられる。ところが、この絶縁膜１０１Ｂの静電容量を小さくした場合、確かに寄生容量Ｃｐ１，Ｃｐ２も減少するものの、それに伴って共振ピークの信号レベルＳｐも低下してしまうことから、結局のところ、共振器１００−１のＳ／Ｎ比を高めることはできないことになる。

（実施の形態の作用）
これに対して本実施の形態では、図１〜図３に示したように、振動部１１内における２つの絶縁膜１１２間に（ＬＣＲ直列共振回路と並列に）、導体部１１１よりも抵抗値の高い高抵抗部１１３が設けられている。これにより、共振器１の寄生容量Ｃｐ１，Ｃｐ２を経由する信号の漏洩（リーク）が抑えられるため、これら寄生容量Ｃｐ１，Ｃｐ２を規定する絶縁膜１１２の静電容量を変化させる（小さくする）ことなく、共振特性におけるバックグランドレベルが従来よりも低下する。すなわち、例えば図７中の矢印Ｐ２で示したように、共振ピークの信号レベルＳｐを低下させることなく、従来（比較例）と比べてバックグランドレベルＳｂｇを下げることができる。

以上のように本実施の形態では、入力交流信号Ｓinの周波数に応じて縦波振動による共振振動を行う振動部１１内において、振動部１１内に（ＬＣＲ直列共振回路と並列に）、導体部１１１よりも抵抗値の高い高抵抗部１１３を設けるようにしたので、共振ピークの信号レベルＳｐを低下させずにバックグランドレベルＳｂｇを下げることができ、従来よりも共振器のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。

また、各絶縁膜１１２における両端面（Ｙ−Ｚ端面）間に電位差を与えるための直流電圧Ｖｄｃが、電圧供給線Ｌｄｃから支持部１３および梁部１２を介して導体部１１１のうちの電圧供給ブロックへ供給されるようにしたので、直流電圧Ｖｄｃを入力するための専用の電極等を別個設ける必要がなくなり、構造を簡素化することができる。

＜２．変形例＞
図８は、本発明の変形例に係る共振器１Ａの外観構成を斜視的に表したものであり、図９は、この共振器１Ａの上面構成（Ｘ−Ｙ平面構成）を模式的に表したものである。なお、上記実施の形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。また、本変形例の共振器１Ａの製造方法は、上記実施の形態で説明した製造方法と基本的に同様となっており、違いはマスクパターンが異なることだけであるため、説明を省略する。

本変形例の共振器１Ａでは、まず、上記実施の形態の共振器１と同様に、振動部１１における電圧供給ブロック内に高抵抗部１１３が埋設されている。そして、共振器１とは異なり、この電圧供給ブロック内の高抵抗部１１３に対応する位置にのみ、梁部１２Ｈおよび支持部１３Ｈが配置されると共に、これら梁部１２Ｈおよび支持部１３Ｈがそれぞれ、高抵抗部１１３と同等（同一）の高抵抗材料により構成されている。すなわち、振動部１１において、梁部１２Ｈおよび支持部１３Ｈとの接続部分ならびにその周辺領域が高抵抗部１１３となっていると共に、これら梁部１２Ｈおよび支持部１３Ｈもまた、高抵抗部（高抵抗領域）となっている。なお、ここでも共振器１と同様に、梁部１２Ｈおよび支持部１３Ｈのそれぞれを介して、電圧供給ブロック内に直流電圧Ｖｄｃが供給されるようになっている。

したがって、図１０に示したように、この共振器１Ａの等価回路では、寄生容量Ｃｐ１，Ｃｐ２間に、高抵抗部１１３に対応する抵抗器Ｒ２１，Ｒ２２が互いに直列接続されている。また、これら抵抗器Ｒ２１，Ｒ２２の接続部分と電圧供給線Ｌｄｃとの間に、高抵抗部である梁部１２Ｈおよび支持部１３Ｈに対応する抵抗器Ｒ２２が接続されている。なお、図中に示したインピーダンスＺｐ２は、寄生容量Ｃｐ１，Ｃｐ２と、抵抗器Ｒ２１〜Ｒ２３からなる抵抗器Ｒ２とにより規定されるインピーダンスの総和を表しており、インピーダンスＺｘ，Ｚｐ２間の大小関係は、共振器１と同様にＺｘ＜Ｚｐ２となっている。

このような構成により本変形例においても、上記実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることができる。すなわち、共振ピークの信号レベルＳｐを低下させずにバックグランドレベルＳｂｇを下げることができ、従来よりも共振器のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。

また、本変形例では、振動部１１において、梁部１２Ｈおよび支持部１３Ｈとの接続部分ならびにその周辺領域が高抵抗部１１３となっていると共に、これら梁部１２Ｈおよび支持部１３Ｈもまた高抵抗部（高抵抗領域）となっているようにしたので、上記実施の形態とは異なり、電圧供給線Ｌｄｃを介した信号漏洩（リーク）を抑制するためのＤＣ配線抵抗Ｒｄｃを用いることなく、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。更に、このような共振器の構造は、本発明のような縦波振動による共振振動を行う共振器にのみ実現可能なものであり、前述した特許文献１のような横波振動による共振振動を行う共振器には適用できないものとなっている。

＜３．適用例＞
図１１は、上記実施の形態および変形例で説明した共振器１，１Ａ等を搭載した電子機器の一例としての通信装置の機能ブロック構成を表すものである。この通信装置は、上記実施の形態等で説明した共振器１，１Ａ等を、後述する送信用ＰＬＬ回路３１３、チャンネル選択用ＰＬＬ回路３４２または中間周波数用ＰＬＬ回路３４４等の発振器や、高周波フィルタ３０２等のフィルタ素子として搭載したものである。具体的には、この通信装置は、例えば、携帯電話器、情報携帯端末（ＰＤＡ）、無線ＬＡＮ機器などである。

この通信装置は、例えば、送信系回路３００Ａと、受信系回路３００Ｂと、送受信経路を切り替える送受信切替器３０１と、高周波フィルタ３０２と、送受信用のアンテナ３０３とを備えている。

送信系回路３００Ａは、２つのデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ；Digital/Analogue Converter）３１１Ｉ，３１１Ｑと、２つのバンドパスフィルタ３１２Ｉ，３１２Ｑとを備えている。これらのＤＡＣ３１１Ｉ，３１１Ｑおよびバンドパスフィルタ３１２Ｉ，３１２Ｑは、Ｉチャンネルの送信データおよびＱチャンネルの送信データに対応したものである。送信系回路３００Ａはまた、変調器３２０および送信用ＰＬＬ（Phase-Locked Loop ）回路３１３と、電力増幅器３１４とを備えている。変調器３２０は、上記した２つのバンドパスフィルタ３１２Ｉ，３１２Ｑに対応した２つのバッファアンプ３２１Ｉ，３２１Ｑおよび２つのミキサ３２２Ｉ，３２２Ｑと、移相器３２３と、加算器３２４と、バッファアンプ３２５とを含んで構成されている。

受信系回路３００Ｂは、高周波部３３０、バンドパスフィルタ３４１およびチャンネル選択用ＰＬＬ回路３４２と、中間周波回路３５０およびバンドパスフィルタ３４３と、復調器３６０および中間周波用ＰＬＬ回路３４４とを備えている。この受信系回路３００Ｂはまた、Ｉチャンネルの受信データおよびＱチャンネルの受信データに対応した２つのバンドパスフィルタ３４５Ｉ，３４５Ｑおよび２つのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ；Analogue/Digital Converter）３４６Ｉ，３４６Ｑを備えている。高周波部３３０は、低ノイズアンプ３３１と、バッファアンプ３３２，３３４と、ミキサ３３３とを含んで構成されている。中間周波回路３５０は、バッファアンプ３５１，３５３と、自動ゲイン調整（ＡＧＣ；Auto Gain Controller）回路３５２とを含んで構成されている。復調器３６０は、バッファアンプ３６１と、上記した２つのバンドパスフィルタ３４５Ｉ，３４５Ｑに対応した２つのミキサ３６２Ｉ，３６２Ｑおよび２つのバッファアンプ３６３Ｉ，３６３Ｑと、移相器３６４とを含んで構成されている。

この通信装置では、送信系回路３００ＡにＩチャンネルの送信データおよびＱチャンネルの送信データが入力されると、それぞれの送信データを以下の手順で処理する。すなわち、まず、ＤＡＣ３１１Ｉ、３１１Ｑにおいてアナログ信号に変換し、引き続きバンドパスフィルタ３１２Ｉ，３１２Ｑにおいて送信信号の帯域以外の信号成分を除去したのち、変調器３２０に供給する。続いて、変調器３２０において、バッファアンプ３２１Ｉ，３２１Ｑを介してミキサ３２２Ｉ，３２２Ｑに供給し、引き続き送信用ＰＬＬ回路３１３から供給される送信周波数に対応した周波数信号を混合して変調する。そののち、両混合信号を加算器３２４において加算することにより、１系統の送信信号とする。この際、ミキサ３２２Ｉに供給する周波数信号に関しては、移相器３２３において信号移相を９０°シフトさせることにより、Ｉチャンネルの信号とＱチャンネルの信号とが互いに直交変調されるようにする。最後に、バッファアンプ３２５を介して電力増幅器３１４に供給することにより、所定の送信電力となるように増幅する。この電力増幅器３１４において増幅された信号は、送受信切換器３０１および高周波フィルタ３０２を介してアンテナ３０３に供給されることにより、そのアンテナ３０３を介して無線送信される。この高周波フィルタ３０２は、通信装置において送信または受信する信号のうちの周波数帯域以外の信号成分を除去するバンドパスフィルタとして機能する。

一方、アンテナ３０３から高周波フィルタ３０２および送受信切換器３０１を介して受信系回路３００Ｂに信号が受信されると、その信号を以下の手順で処理する。すなわち、まず、高周波部３３０において、受信信号を低ノイズアンプ３３１で増幅し、引き続きバンドパスフィルタ３４１で受信周波数帯域以外の信号成分を除去したのち、バッファアンプ３３２を介してミキサ３３３に供給する。続いて、チャンネル選択用ＰＰＬ回路３４２から供給される周波数信号を混合し、所定の送信チャンネルの信号を中間周波信号とすることにより、バッファアンプ３３４を介して中間周波回路３５０に供給する。続いて、中間周波回路３５０において、バッファアンプ３５１を介してバンドパスフィルタ３４３に供給することにより中間周波信号の帯域以外の信号成分を除去する。そして、引き続きＡＧＣ回路３５２でほぼ一定のゲイン信号としたのち、バッファアンプ３５３を介して復調器３６０に供給する。続いて、復調器３６０において、バッファアンプ３６１を介してミキサ３６２Ｉ，３６２Ｑに供給したのち、中間周波用ＰＰＬ回路３４４から供給される周波数信号を混合し、Ｉチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分とを復調する。この際、ミキサ３６２Ｉに供給する周波数信号に関しては、移相器３６４において信号移相を９０°シフトさせることにより、互いに直交変調されたＩチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分とを復調する。最後に、Ｉチャンネルの信号およびＱチャンネルの信号をバンドパスフィルタ３４５Ｉ，３４５Ｑに供給することによりＩチャンネルの信号およびＱチャンネルの信号以外の信号成分を除去したのち、ＡＤＣ３４６Ｉ，３４６Ｑに供給してデジタルデータとする。これにより、Ｉチャンネルの受信データおよびＱチャンネルの受信データが得られる。

この通信装置は、上記各実施の形態等で説明した共振器を、送信用ＰＬＬ回路３１３、チャンネル選択用ＰＬＬ回路３４２または中間周波数用ＰＬＬ回路３４４等の発振器や、高周波フィルタ３０２等のフィルタ素子として搭載している。このため、上記実施の形態等において説明した作用により、優れた高周波特性を有する。

（その他の変形例）
以上、実施の形態、変形例および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態等では、振動部１１，１１Ａ内に２つの絶縁膜１１２が設けられていることにより、導体部１１１が３つのブロックに分離されている場合について説明したが、振動部内に設けられる絶縁膜１１２の数は、これには限られない。すなわち、振動部内に２つ以上の絶縁膜１１２が設けられていればよく、その数は任意に設定することが可能である。

また、上記実施の形態等において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。

更に、上記実施の形態等では、本発明の共振器を、通信装置に代表される電子機器に適用する場合について説明したが、これに限られるものではなく、本発明の共振器は、通信装置以外の電子機器（例えば、計測器など）に適用することも可能である。これらのいずれの場合においても、上記実施の形態等と同様の効果を得ることができる。

１，１Ａ…共振器、１０…支持基板、１０Ａ…Ｓｉ基板、１０Ｂ…保護層、１１…振動部、１１１…導体部、１１２…絶縁膜、１１３…高抵抗部、１２…梁部、１２Ｈ…梁部（高抵抗部）、１３…支持部、１３Ｈ…支持部（高抵抗部）、１５，１６，１８…ｐ−Ｓｉ層、１７…絶縁層、２０…犠牲層、２１…開口、３００Ａ…送信系回路、３００Ｂ…受信系回路、３０２…高周波フィルタ、３１３…送信用ＰＬＬ回路、３４２…チャンネル選択用ＰＬＬ回路、３４４…中間周波数用ＰＬＬ回路、Ｇ…間隙、Ｖｄｃ…直流電源、Ｃ１…コンデンサ、Ｌ１…コイル、Ｒｄｃ…ＤＣ配線抵抗、Ｒｘ…抵抗器、Ｃｘ…キャパシタ、Ｌｘ…インダクタ、Ｃｐ１，Ｃｐ２…寄生容量、Ｒ１，Ｒ２（Ｒ２１〜Ｒ２３）…抵抗器（高抵抗部）、Ｚｘ，Ｚｐ１，Ｚｐ２…インピーダンス、Ｌin…入力信号線、Ｌout…出力信号線、Ｌｄｃ…電圧供給線、Ｓin…入力交流信号、Ｓout…出力交流信号、Ｗ１…波形、Ｐ１…振動方向、ｆｒ…共振周波数、Ｓｐ…共振ピークの信号レベル、Ｓｂｇ…バックグランドレベル。

Claims (13)

1. 導体部と、この導体部を複数のブロックに電気的に分離するように設けられた複数の絶縁部と、前記絶縁部の間に設けられると共に前記導体部よりも抵抗値の高い高抵抗部とを有する振動部を備え、
   前記振動部は、前記絶縁部において両端間に電位差を生じさせたときに、前記導体部におけるブロックへ入力される交流信号の周波数に応じて、縦波振動による共振振動を行うように構成されている
   共振器。
2. 前記導体部は、前記交流信号の伝送方向に沿って、前記複数のブロックに分離されている
   請求項１に記載の共振器。
3. 前記導体部における複数のブロックが、
   交流信号が入力される入力ブロックと、
   交流信号が出力される出力ブロックと、
   前記電位差を生じさせるための直流電圧が供給される電圧供給ブロックと
   により構成され、
   前記高抵抗部が、前記電圧供給ブロック内に設けられている
   請求項２に記載の共振器。
4. 前記交流信号の伝送方向に沿って、前記入力ブロックと前記出力ブロックとの間に前記電圧供給ブロックが配置されている
   請求項３に記載の共振器。
5. 基板と、
   前記振動部を前記基板の一面に対して間隙を介して支持する支持部と
   を備えた請求項４に記載の共振器。
6. 前記直流電圧が、前記支持部のうちの前記電圧供給ブロックに対応する位置に配置された電圧供給支持部を介して入力され、
   前記振動部において、前記電圧供給支持部との接続部分およびその周辺領域が、前記高抵抗部となっていると共に、
   前記電圧供給支持部が、前記高抵抗部と同等の高抵抗材料により構成されている
   請求項５に記載の共振器。
7. 前記支持部は、前記縦波振動における節部分の少なくとも１つに対応する位置もしくはその近傍に配置されている
   請求項５に記載の共振器。
8. 前記絶縁部は、前記縦波振動における節部分の少なくとも１つに対応する位置もしくはその近傍に配置されている
   請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の共振器。
9. 前記高抵抗部が、前記導体部と同程度のヤング率を有する
   請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の共振器。
10. 基板上に、導体部と、この導体部を複数のブロックに電気的に分離する複数の絶縁部と、前記絶縁部の間に設けられ、前記導体部よりも抵抗値の高い高抵抗部とを有すると共に、前記絶縁部において両端間に電位差を生じさせたときに、前記導体部におけるブロックへ入力される交流信号の周波数に応じて縦波振動による共振振動を行う振動部を形成する工程を含む
    共振器の製造方法。
11. 前記振動部を形成する工程は、
    前記基板上に、導体パターンを有する導体パターン層を形成する工程と、
    前記導体パターンの表面および側面に、絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層上に導体層を形成する工程と、
    前記導体パターン層および前記導体層のうちの一部の領域に、高抵抗領域を形成する工程と、
    前記導体パターン層、前記絶縁層および前記導体層の表面を平坦化することにより、前記導体部、前記絶縁部および前記高抵抗部を形成する工程と
    を含む請求項１０に記載の共振器の製造方法。
12. 共振振動を行う共振器を備え、
    前記共振器は、
    導体部と、この導体部を複数のブロックに電気的に分離するように設けられた複数の絶縁部と、前記絶縁部の間に設けられると共に前記導体部よりも抵抗値の高い高抵抗部とを有する振動部を備え、
    前記振動部は、前記絶縁部において両端間に電位差を生じさせたときに、前記導体部におけるブロックへ入力される交流信号の周波数に応じて、縦波振動による共振振動を行うように構成されている
    発振器。
13. 共振振動を行う共振器を備え、
    前記共振器は、
    導体部と、この導体部を複数のブロックに電気的に分離するように設けられた複数の絶縁部と、前記絶縁部の間に設けられると共に前記導体部よりも抵抗値の高い高抵抗部とを有する振動部を備え、
    前記振動部は、前記絶縁部において両端間に電位差を生じさせたときに、前記導体部におけるブロックへ入力される交流信号の周波数に応じて、縦波振動による共振振動を行うように構成されている
    電子機器。

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