JP2011173185A - Mems device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MEMS(Micro Electro Mechanical System)デバイスに関する。 The present invention relates to a MEMS (Micro Electro Mechanical System) device.
近年、MEMS技術を用いて、各種のMEMSデバイスが作製されるようになってきている。 In recent years, various MEMS devices have been manufactured using MEMS technology.
MEMSデバイスは、例えば、高周波信号処理回路などを構成する重要な部品となる。 The MEMS device is an important component constituting, for example, a high-frequency signal processing circuit.
MEMSデバイスの中には、可動部を備えるものがある。例えば、MEMS技術を用いて作製された可変キャパシタ(可変容量素子)およびスイッチ(スイッチング素子)などは、可動部を備えている。 Some MEMS devices include a movable part. For example, a variable capacitor (variable capacitance element) and a switch (switching element) manufactured using the MEMS technology include a movable portion.
以降、MEMS技術を用いて作製される可変キャパシタを、単に「可変キャパシタ」と呼称することがある。MEMS技術を用いて作製されるスイッチについても同様である。 Hereinafter, a variable capacitor manufactured using the MEMS technology may be simply referred to as a “variable capacitor”. The same applies to a switch manufactured using MEMS technology.
図1は、従来の可変キャパシタ7の例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a conventional
図1(a)に示すように、可変キャパシタ7は、基板71上に、固定電極72、可動電極73、および一対の支持層74a、74bなどを有している。可動電極73は、固定電極72と空隙を介して対向するように架橋状に形成されており、支持層74a、74bは、可動電極73をその両側で支持するように形成されている。
As shown in FIG. 1A, the
図1(b)に示すように、固定電極72と可動電極73との間に駆動電圧が印加されると、両電極間に静電引力が働くことにより、可動電極73は、固定電極72の側へ引き寄せられて撓む。ここで、可動電極73の垂直方向の変位量は、可動電極73の寸法、弾性係数、および駆動電圧の大きさなどによる。
As shown in FIG. 1B, when a driving voltage is applied between the
図2は、従来のスイッチ8の例を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a
図2(a)に示すように、スイッチ8は、基板81上に、固定電極82、可動電極83、一対の接点層84a、84b、および支持層85などを有している。可動電極83は、固定電極82と空隙を介して対向するように片持ち梁状に形成されており、支持層85は、可動電極83をその片側から支持するように形成されている。
As shown in FIG. 2A, the
図2(b)に示すように、固定電極82と可動電極83との間に駆動電圧が印加されると、両電極間に静電引力が働くことにより、可動電極83は、固定電極82の側へ引き寄せられて撓む。ここで、可動電極83の垂直方向の変位量は、可動電極83の寸法、弾性係数、および駆動電圧の大きさなどによる。
As shown in FIG. 2B, when a driving voltage is applied between the
なお、マイクロアクチュエータにおいて、容量変動層、および該容量変動層を支持している担体基質層のいずれかの上に、屈曲剛性を有する強化構造を配置することが提案されている(特許文献1)。 In the microactuator, it has been proposed to arrange a reinforcing structure having flexural rigidity on either the capacity variation layer or the carrier substrate layer that supports the capacity variation layer (Patent Document 1). .
また、アクチュエータにおいて、可動板と磁石とを接合する接合膜を、シロキサン結合を含みランダムな原子構造を有するSi骨格と、Si骨格に結合する脱離基とを含むものとすることが提案されている(特許文献2)。 Further, in the actuator, it has been proposed that the bonding film for bonding the movable plate and the magnet includes a Si skeleton including a siloxane bond and a random atomic structure and a leaving group bonded to the Si skeleton ( Patent Document 2).
MEMSデバイスは、動作回数を重ねても電気的または機械的な特性が変動しないことが求められる。よって、可動部を有するMEMSデバイスにおいては、同じ駆動電圧の大きさに対して可動部の変位量が一定であることが求められる。 The MEMS device is required not to change the electrical or mechanical characteristics even if the number of operations is repeated. Therefore, in a MEMS device having a movable part, the displacement amount of the movable part is required to be constant for the same drive voltage.
従来、可動部には、導電性を重視して、金(Au)、アルミニウム(Al)、または銅(Cu)などの電気抵抗の低い純金属が用いられてきた。また、構造の簡単さを重視して、これらの純金属を単層で形成していた。これらの純金属は、一般的に、弾性限界および疲労強度が小さい。 Conventionally, pure metals having a low electrical resistance such as gold (Au), aluminum (Al), or copper (Cu) have been used for the movable part with emphasis on conductivity. In addition, these pure metals are formed as a single layer with emphasis on the simplicity of the structure. These pure metals generally have a small elastic limit and fatigue strength.
そのため、可動部は、繰り返し動作することにより、機械的な物性が不可逆的に変化し続ける。例えば、弾性係数、強度、および形状などが不可逆的に変化し続ける。その結果、MEMSデバイスの電気的または機械的な特性が初期特性から変化していく。つまり、当初の設計値からのずれが次第に大きくなってくる。 Therefore, the movable part continues to change irreversibly due to repeated operation. For example, the elastic modulus, strength, shape, etc. continue to change irreversibly. As a result, the electrical or mechanical characteristics of the MEMS device change from the initial characteristics. In other words, the deviation from the initial design value gradually increases.
また、可動部に、金属疲労に基づく破断が生じることもある。 In addition, the movable part may break due to metal fatigue.
例えば、図1に示すような可変キャパシタ7において、可動電極73は、繰り返し動作しているうちに、固定電極72の側に曲がった形状に変形してしまうことがある。また、弾性係数が小さくなってしまうことがある。その場合には、駆動電圧に対する静電容量の関係が当初の関係とは異なったものとなる。つまり、可変キャパシタ7の特性が変化するという問題があった。図2に示すようなスイッチ8についても同様の理由から、繰り返し動作させているうちに、特性が変化するという問題があった。
For example, in the
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、高い導電性を有しかつ繰り返し動作しても機械的な物性の変化が抑制される可動部を備えたMEMSデバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and provides a MEMS device having a movable part that has high conductivity and that can suppress a change in mechanical properties even when repeatedly operated. For the purpose.
ここに記載された実施形態に係るMEMSデバイスは、基板と、前記基板上に設けられる支持部と、前記基板上に設けられる固定電極と、前記支持部によって支持されており、前記固定電極と対向して設けられる可動電極と、を備え、前記可動電極は、導電性を有する材料からなる第一層と、前記第一層よりも強度が高い材料または前記第一層よりも脆性が高い材料からなる第二層と、を含む。 The MEMS device according to the embodiment described herein is supported by a substrate, a support portion provided on the substrate, a fixed electrode provided on the substrate, and the support portion, and is opposed to the fixed electrode. The movable electrode is formed of a first layer made of a conductive material, a material having a higher strength than the first layer, or a material more brittle than the first layer. And a second layer.
本発明によれば、高い導電性を有しかつ繰り返し動作しても機械的な物性の変化が抑制される可動部を備えたMEMSデバイスを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can provide the MEMS device provided with the movable part which has high electroconductivity and can suppress the change of a mechanical physical property even if it operates repeatedly.
以下の実施形態の説明に用いる図においては、可変キャパシタおよびスイッチの構造をわかりやすくするために、各部の寸法の比率が実際の比率とは異なる比率で示されていることがある。 In the drawings used for the description of the following embodiments, in order to make the structures of the variable capacitor and the switch easier to understand, the ratio of the dimensions of each part may be shown at a ratio different from the actual ratio.
〔第一の実施形態〕
図3は第一の実施形態における可変キャパシタ1の例を示す断面図であり、図3(a)は駆動電圧をOFFにしたときの状態を示しており、図3(b)は駆動電圧をONにしたときの状態を示している。
[First embodiment]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the
図3に示すように、可変キャパシタ1は、基板11上に、固定電極12、可動電極13、および一対の支持層14a、14bなどを有している。
As shown in FIG. 3, the
固定電極12は、金(Au)、アルミニウム(Al)、または銅(Cu)などの導電性を有する材料からなり、基板11の表面に形成されている。
The
可動電極13は、下層の電気的機能層131および上層の補強材料層132の2層からなり、両側の端部が支持層14a、14bによって支持され、固定電極12と空隙を介して対向するように架橋状に形成されている。
The
電気的機能層131は、金(Au)、アルミニウム(Al)、または銅(Cu)などの、高い導電性を有する純金属またはそれに準ずる材料からなる。
The electrical
電気的機能層131の厚さは、可変キャパシタ1を適用する回路の種類に応じて、導電性を考慮した厚さとする。例えば、可変キャパシタ1を直流電流が流れる回路に適用する場合は、電気抵抗を所定の値以下に抑えられるだけの厚さを確保する。また、可変キャパシタ1を高周波信号が流れる回路に適用する場合は、高周波信号における表皮効果の周波数依存性を考慮した厚さとする。例えば、表皮効果の表皮厚の値以上の厚さを確保する。
The thickness of the electrical
補強材料層132は、電気的機能層131の材料よりも強度が高い材料または脆性が高い材料からなり、電気的機能層131の上面の全体に形成されている。つまり、補強材料層132が電気的機能層131の上面の全体に積層されている。
The reinforcing
補強材料層132の材料として、アルミニウム合金またはチタン合金などのいわゆる高強度合金を用いることができる。より具体的には、2000系Al−Cu−Mg系合金、7000系Al−Zn−Mg−Cu系合金、α−β型チタン合金、またはβ型チタン合金などを用いることができる。一般的に、合金は、純金属に異種金属が添加されていることから、結晶すべり面でのすべりを抑制し、純金属特有の延展性を小さくする効果がある。
As the material of the reinforcing
そのほかに、補強材料層132の材料として、酸化シリコン(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)などの酸化膜、または窒化シリコン(SiN)、窒化アルミニウム(AlN)などの窒化膜を用いることもできる。
In addition, as the material of the reinforcing
そのほかに、補強材料層132の材料として、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)を用いることもできる。ダイヤモンドライクカーボンは、特に高い膜強度を有するとともに、成膜性および加工性の面においても優れていることから、非常に有用である。
In addition, diamond-like carbon (DLC) can be used as the material of the reinforcing
なお、補強材料層132の材料は、前述した候補の中から、補強材料としての機能性のほかに、入手の容易性および製造プロセスにおける適合性なども考慮して選択される。
The material of the reinforcing
補強材料層132の厚さは、基本的には、電気的機能層131の厚さと同程度の厚さとする。例えば、電気的機能層131の厚さが1μmである場合は、補強材料層132の厚さも1μmとする。補強材料層132の厚さは、そのほかに、補強材料層132の材料、および可動電極13に加わる静電引力の大きさなどの各種の条件を勘案して決定される。
The thickness of the reinforcing
このように、可動電極13の電気的機能層131は、強度が高い材料または脆性が高い材料からなる補強材料層132によって補強されている。よって、可動電極13は、全体として、電気的機能層131のみからなる場合と較べて、強度または脆性が向上している。
Thus, the electrical
また、可動電極13の電気的機能層131は、高い導電性を有する純金属またはそれに準ずる材料からなっている。よって、可動電極13は、全体として、電気的機能層131のみからなる場合の導電性を損なうことなく、高い導電性を有している。
The electric
固定電極12と可動電極13の両電極間には、可変キャパシタ1を駆動するための駆動電圧を供給可能になっている。
A drive voltage for driving the
図3(b)に示すように、両電極間に駆動電圧が供給されると、両電極間に静電引力が働くことにより、可動電極13は、固定電極12の側へ引き寄せられて弾性範囲内で撓む。
As shown in FIG. 3B, when a driving voltage is supplied between both electrodes, an electrostatic attractive force acts between both electrodes, so that the
可動電極13は、電気的機能層131が補強材料層132によって補強されているため、繰り返し動作しても、機械的な物性の変化が生じないか、生じてもごくわずかである。
In the
仮に、可動電極13が電気的機能層131つまり純金属のみからなる場合は、純金属が有する延性および展性などによって、繰り返し動作しているうちに、可動電極13の形状が変形したり、弾性係数(ばね係数)が小さくなったり、強度が落ちたりする。つまり、可動電極13に機械的な物性の変化が生じる。
If the
可変キャパシタ1では、繰り返し動作によるそのような可動電極13の機械的な物性の変化が補強材料層132によって抑制される。その結果、同じ駆動電圧を供給したときの可動電極13の垂直方向の変位量が一定となる。よって、可変キャパシタ1を安定して駆動させることができる。
In the
以下、MEMS技術を用いた、可変キャパシタ1の作製方法の概略を説明する。
Hereinafter, an outline of a manufacturing method of the
図4および図5は、第一の実施形態における可変キャパシタ1の作製過程の例を示す図である。
4 and 5 are diagrams illustrating an example of a manufacturing process of the
図4(a)に示すように、基板11の表面に、Al膜などの純金属の薄膜をスパッタなどによって成膜し、固定電極12を形成する。また、電気メッキなどによってAlメッキなどを所定の高さまで成長させ、支持層14a、14bを形成する。
As shown in FIG. 4A, a pure metal thin film such as an Al film is formed on the surface of the
図4(b)において、支持層14a、14bが形成されていない箇所について、CVD(Chemical Vapor Deposition)などによってシリコン膜などを支持層14a、14bの高さまで成長させ、犠牲層100を形成する。つまり、支持層14a、14bが形成されていない箇所を犠牲層100で埋めることにより、表面を平らにする。
In FIG. 4B, a
なお、支持層14a、14bを形成する工程と犠牲層100を形成する工程とは、順番が逆になっても構わない。
Note that the order of the step of forming the support layers 14a and 14b and the step of forming the
図4(c)において、支持層14a、14bおよび犠牲層100の上面に、Al膜などの純金属の薄膜をスパッタなどによって成膜し、電気的機能層131を形成する。
In FIG. 4C, a pure metal thin film such as an Al film is formed on the upper surfaces of the support layers 14a and 14b and the
なお、電気的機能層131の材料が支持層14a、14bの材料と異なる場合は、それらの間に密着層を介在させることもある。例えば、アルミニウム(Al)からなる支持層の上面に、金(Au)からなる電気的機能層131を形成する場合は、クロム(Cr)膜またはチタン(Ti)膜などを密着層として介在させる。
When the material of the electrical
図5(a)において、電気的機能層131の上面に、Al−Cu膜などの合金の薄膜をスパッタなどによって成膜し、補強材料層132を形成する。
In FIG. 5A, an alloy thin film such as an Al—Cu film is formed on the upper surface of the electrical
なお、電気的機能層131の形成および補強材料層132の形成は、スパッタ以外の方法、すなわち、蒸着、電気メッキ、CVDなどの各種の方法によって行ってもよい。
The formation of the electrical
図5(b)において、基板11上の各層について、レジスト剥離またはイオンミリングなどによって可変キャパシタ1を構成する部分を残しそのほかの部分を除去する。つまり、可変キャパシタ1を切り出す。
In FIG. 5 (b), with respect to each layer on the
図5(c)において、RIE(Reactive Ion Etching)などによって、犠牲層100を除去する。
In FIG. 5C, the
以上のようにして可変キャパシタ1を作製することができるが、本作製方法はあくまで一例であり、そのほかにも各種の方法が考えられる。
Although the
図6は第一の実施形態におけるスイッチ2の例を示す断面図であり、図6(a)は駆動電圧をOFFにしたときの状態を示しており、図6(b)は駆動電圧をONにしたときの状態を示している。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the
図6に示すように、スイッチ2は、基板21上に、固定電極22、可動電極23、一対の接点層24a、24b、および支持層25などを有している。
As illustrated in FIG. 6, the
固定電極22は、金(Au)、アルミニウム(Al)、または銅(Cu)などの導電性を有する材料からなり、基板21の表面に形成されている。
The fixed
可動電極23は、下層の電気的機能層231および上層の補強材料層232の2層からなり、片側の端部が支持層25によって支持され、固定電極22と空隙を介して対向するように片持ち梁状に形成されている。
The
電気的機能層231の形態および材料などは、可変キャパシタ1の電気的機能層131の場合と同様である。補強材料層232の形態および材料についても、可変キャパシタ1の補強材料層132の場合と同様である。
The form and material of the electrical
接点層24a、24bは、金(Au)、アルミニウム(Al)、または銅(Cu)などの導電性を有する材料からなる。接点層24a、24bは、互いに対向するように、基板21の表面、および支持層25によって支持されている側と反対側の可動電極23の端部の下面にそれぞれ形成されている。
The contact layers 24a and 24b are made of a conductive material such as gold (Au), aluminum (Al), or copper (Cu). The contact layers 24a and 24b are respectively formed on the surface of the
固定電極22と可動電極23の両電極間には、スイッチ2を駆動するための駆動電圧を供給可能になっている。
A driving voltage for driving the
図6(b)に示すように、両電極間に駆動電圧が供給されると、両電極間に静電引力が働くことにより、可動電極23は、固定電極22の側へ引き寄せられて弾性範囲内で撓む。それにより、接点層24aと接点層24bとが接して導通する。
As shown in FIG. 6B, when a driving voltage is supplied between both electrodes, an electrostatic attractive force acts between both electrodes, so that the
可動電極23は、電気的機能層231が補強材料層232によって補強されているため、繰り返し動作しても、機械的な物性の変化が生じないか、生じてもごくわずかである。
Since the electric
つまり、スイッチ2においても、可変キャパシタ1と同様の理由から、繰り返し動作による可動電極23の機械的な物性の変化が補強材料層232によって抑制される。その結果、同じ駆動電圧を供給したときの可動電極23の垂直方向の変位量が一定となる。よって、スイッチ2を安定して駆動させることができる。
That is, also in the
なお、スイッチ2は、前述した可変キャパシタ1の作製方法の例と同様の方法により作製可能である。
The
第一の実施形態において、可変キャパシタ1の電気的機能層131は、可動電極13の下層であったが、上層であってもよい。つまり、電気的機能層131と補強材料層132の配置関係が逆転していてもよい。スイッチ2の電気的機能層231と補強材料層232の配置関係についても同様である。
In the first embodiment, the electrical
ただし、その場合は、基板11に対する電気的機能層131の接触抵抗が増大することを防止するために、少なくとも上層の電気的機能層131の一部を基板11側に露出させておくことが好ましい。より具体的には、下層の補強材料層132を可動電極13の両端側に形成して、上層の電気的機能層131の中央部を基板11側に露出させておくことが好ましい。
However, in that case, in order to prevent the contact resistance of the electrical
〔第二の実施形態〕
図7は第二の実施形態における可変キャパシタ3の例を示す断面図であり、図7(a)は駆動電圧をOFFにしたときの状態を示しており、図7(b)は駆動電圧をONにしたときの状態を示している。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of the
以下、可変キャパシタ3について、第一の実施形態の可変キャパシタ1と相違する点である可動電極33を中心に説明する。可変キャパシタ1と共通するそのほかの構成要素については、可変キャパシタ1の説明で用いた符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
Hereinafter, the
図7に示すように、可動電極33は、下層の電気的機能層331、および電気的機能層331より狭い範囲で2箇所に形成されている上層の補強材料層332a、332bの2層からなる。可動電極33は、両側の端部が支持層14a、14bによって支持され、固定電極12と空隙を介して対向するように架橋状に形成されている。
As shown in FIG. 7, the
電気的機能層331の形態および材料などは、可変キャパシタ1の電気的機能層131の場合と同様である。
The form and material of the electrical
補強材料層332a、332bは、電気的機能層331の材料よりも、強度が高い材料または脆性が高い材料からなり、電気的機能層331の上面の一部にパターニングされている。すなわち、補強材料層332a、332bは、電気的機能層331の両端部付近の上面にのみ形成されており、電気的機能層331の中央部の上面には形成されていない。
The reinforcing
より具体的には、補強材料層332a、332bは、支持層14a、14bによって支持されている電気的機能層端部331a、331bの上面を覆うようにそれぞれ形成されており、電気的機能層端部331a、331bの端部境界331c、331dから中央側へ若干はみ出して形成されている。
More specifically, the reinforcing
図7(b)に示すように、可動電極33が固定電極12の側へ撓んだとき、電気的機能層331の中でも上面に補強材料層332a、332bが形成されている箇所は、応力などが最も集中する部分である。例えば、可動電極33の撓みの支点となる端部境界331c、331dには、せん断応力および曲げモーメントなどが集中して作用する。
As shown in FIG. 7B, when the
補強材料層332a、332bの厚さは、基本的には、電気的機能層331の厚さと同程度の厚さとする。そのほかに、補強材料層332a、332bの材料、および可動電極33に加わる静電引力の大きさなどの各種の条件を勘案して決定される。
The thickness of the reinforcing
このように、可動電極33の電気的機能層331の中で最も応力などが集中する部分である端部境界331c、331dおよびそれらの近辺は、強度が高い材料または脆性が高い材料からなる補強材料層332a、332bによってそれぞれ補強されている。よって、可動電極33は、全体として、可変キャパシタ1の可動電極13ほどではないが、電気的機能層331のみからなる場合と較べて、十分に強度または脆性が向上している。
As described above, the
しかも、可動電極33は、可変キャパシタ1の可動電極13とは異なり、電気的機能層331の上面の全体が補強材料層332a、332bで覆われているわけではないので、電気的機能層131のみからなる場合と電気的な特性がほとんど変わらない。
In addition, unlike the
また、可変キャパシタ3では、可変キャパシタ1と較べて、可動電極33の動作の応答性が良好であり、駆動電圧も少なくて済む。
In addition, the
すなわち、可変キャパシタ1の可動電極13のように、仮に電気的機能層331の上面の全体が補強材料層332a、332bで覆われていると、電気的機能層331のみからなる場合と較べて、可動電極33の重量が増加し動作する際の慣性が大きくなる。これは、可動電極33の動作の応答性を悪くする。また、可動電極33を変位させるのにより多くの静電引力を必要とする。これは、駆動電圧の増大を招くことになる。可変キャパシタ3では、補強材料層332a、332bが可動電極33の両側にのみ形成されており可動電極33の中央部には形成されていないので、可変キャパシタ1ほどには、可動電極33の動作の応答性が悪くならず、駆動電圧の増大も招かない。つまり、高速の容量切り替えが可能であり、省電力である。
That is, if the entire upper surface of the electrical
よって、可変キャパシタ3では、補強によるデメリットを低減しつつ、繰り返し動作による可動電極33の機械的な物性の変化を抑制することができる。
Therefore, in the
なお、可変キャパシタ3は、前述した可変キャパシタ1の作製方法の例と同様の方法により作製可能である。
The
図8は第二の実施形態におけるスイッチ4の例を示す断面図であり、図8(a)は駆動電圧をOFFにしたときの状態を示しており、図8(b)は駆動電圧をONにしたときの状態を示している。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the
以下、スイッチ4について、第一の実施形態のスイッチ2と相違する点である可動電極43を中心に説明する。スイッチ2と共通するそのほかの構成要素については、スイッチ2の説明で用いた符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
Hereinafter, the
図8に示すように、可動電極43は、下層の電気的機能層431、および電気的機能層431より狭い範囲で1箇所に形成されている上層の補強材料層432の2層からなる。可動電極43は、片側の端部が支持層25によって支持され、固定電極22と空隙を介して対向するように片持ち梁状に形成されている。
As shown in FIG. 8, the
電気的機能層431の形態および材料などは、スイッチ2の電気的機能層231の場合と同様である。
The form and material of the electrical
補強材料層432は、電気的機能層431の材料よりも、強度が高い材料または脆性が高い材料からなり、電気的機能層431の上面の一部にパターニングされている。すなわち、補強材料層432は、電気的機能層431の一方の端部の上面にのみ形成されており、電気的機能層431の中央部および他方の端部の上面には形成されていない。
The reinforcing
より具体的には、補強材料層432は、支持層25によって支持されている電気的機能層端部431aの上面を覆うように形成されており、電気的機能層端部431aの端部境界431bから中央側へ若干はみ出して形成されている。
More specifically, the reinforcing
図8(b)に示すように、可動電極23が固定電極22の側へ撓んだとき、電気的機能層431の中でも上面に補強材料層432が形成されている箇所は、応力などが最も集中する部分である。例えば、可動電極43の撓みの支点となる端部境界431bには、せん断応力および曲げモーメントなどが集中して作用する。
As shown in FIG. 8B, when the
補強材料層432の厚さは、基本的には、電気的機能層431の厚さと同程度の厚さとする。そのほかに、補強材料層432の材料、および可動電極43に加わる静電引力の大きさなどの各種の条件を勘案して決定される。
The thickness of the reinforcing
このように、可動電極43の電気的機能層431の中で最も応力などが集中する部分である端部境界431bおよびその近辺は、強度が高い材料または脆性が高い材料からなる補強材料層432によって補強されている。よって、可動電極43は、全体として、スイッチ2の可動電極23ほどではないが、電気的機能層431のみからなる場合と較べて、十分に強度または脆性が向上している。
As described above, the
しかも、可動電極43は、スイッチ2の可動電極23とは異なり、電気的機能層431の上面の全体が補強材料層432で覆われているわけではないので、電気的機能層431のみからなる場合と電気的な特性がほとんど変わらない。
In addition, unlike the
また、スイッチ4では、補強材料層432が可動電極43の片側にのみ形成されており可動電極43の中央部には形成されていないので、スイッチ2ほどには、可動電極43の動作の応答性が悪くならず、駆動電圧の増大も招かない。つまり、高速のスイッチングが可能であり、省電力である。
Further, in the
よって、スイッチ4においても、補強によるデメリットを低減しつつ、繰り返し動作による可動電極43の機械的な物性の変化を抑制することができる。
Therefore, also in the
なお、スイッチ4は、前述した可変キャパシタ1の作製方法の例と同様の方法により作製可能である。
The
〔第三の実施形態〕
図9は第三の実施形態における可変キャパシタ5の例を示す断面図であり、図9(a)は駆動電圧をOFFにしたときの状態を示しており、図9(b)は駆動電圧をONにしたときの状態を示している。
[Third embodiment]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of the
以下、可変キャパシタ5について、第一の実施形態の可変キャパシタ1と相違する点である可動電極53を中心に説明する。可変キャパシタ1と共通するそのほかの構成要素については、可変キャパシタ1の説明で用いた符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
Hereinafter, the
図9に示すように、可動電極53は、下層の第一電気的機能層531、中間層の補強材料層532、および上層の第二電気的機能層533の3層からなる。可動電極53は、両側の端部が支持層14a、14bによって支持され、固定電極12と空隙を介して対向するように架橋状に形成されている。
As shown in FIG. 9, the
第一電気的機能層531の形態および材料などは、可変キャパシタ1の電気的機能層131の場合と同様である。補強材料層532の形態および材料についても、可変キャパシタ1の補強材料層132の場合と同様である。
The form and material of the first electrical
第二電気的機能層533は、金(Au)、アルミニウム(Al)、または銅(Cu)などの、高い導電性を有する純金属またはそれに準ずる材料からなり、例えば、第一電気的機能層531と同一の材料からなる。第二電気的機能層533は、補強材料層532の上面の全体に形成されている。つまり、第二電気的機能層533が補強材料層532の上面の全体に積層されている。
The second electrical
第二電気的機能層533の厚さは、第一電気的機能層531の厚さが前述した導電性を考慮した厚さとなっていれば、それよりも薄くてよい。
The thickness of the second electrical
このように、第二電気的機能層533が形成されていることにより、補強材料層532の帯電を防止することができる。すなわち、補強材料層532に誘電性の高い材料が用いられている場合に可変キャパシタ5を繰り返し駆動していると、電極間に電圧が供給されていなくても補強材料層532内に電荷が留まることがある。特に、可変キャパシタ5を高周波信号が流れる回路に適用した場合は、そのような現象が起きやすい。その場合には、駆動電圧に対する静電容量の関係が当初の関係とは異なったものとなる。つまり、可変キャパシタ5の特性が変化してしまう。
Thus, the formation of the second electrical
可変キャパシタ5では、第二電気的機能層533が形成されているため、電荷の逃げ道が広がり、電荷が留まりにくくなる。
In the
よって、可変キャパシタ5では、繰り返し動作による可動電極53の機械的な物性の変化が補強材料層532によって抑制されるとともに、補強材料層532における帯電が生じにくい。
Therefore, in the
なお、可変キャパシタ5は、前述した可変キャパシタ1の作製方法の例と同様の方法により作製可能である。
The
図10は第三の実施形態におけるスイッチ6の例を示す断面図であり、図10(a)は駆動電圧をOFFにしたときの状態を示しており、図10(b)は駆動電圧をONにしたときの状態を示している。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of the
以下、スイッチ6について、第一の実施形態のスイッチ2と相違する点である可動電極63を中心に説明する。スイッチ2と共通するそのほかの構成要素については、スイッチ2の説明で用いた符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
Hereinafter, the
図10に示すように、可動電極63は、下層の第一電気的機能層631、中間層の補強材料層632、および上層の第二電気的機能層633の3層からなる。可動電極63は、片側の端部が支持層25によって支持され、固定電極22と空隙を介して対向するように片持ち梁状に形成されている。
As shown in FIG. 10, the
第一電気的機能層631の形態および材料などは、スイッチ2の電気的機能層231の場合と同様である。補強材料層632の形態および材料についても、スイッチ2の補強材料層232の場合と同様である。
The form and material of the first electrical
第二電気的機能層633は、金(Au)、アルミニウム(Al)、または銅(Cu)などの、高い導電性を有する純金属またはそれに準ずる材料からなり、例えば、第一電気的機能層631と同一の材料からなる。第二電気的機能層633は、補強材料層632の上面の全体に形成されている。つまり、第二電気的機能層633が補強材料層632の上面の全体に積層されている。
The second electrical
このように、第二電気的機能層633が形成されていることにより、可変キャパシタ5と同様の理由から、補強材料層632の帯電を防止することができる。
Thus, by forming the second electrical
よって、スイッチ6においても、繰り返し動作による可動電極63の機械的な物性の変化が補強材料層632によって抑制されるとともに、補強材料層632における帯電が生じにくい。
Therefore, also in the
なお、スイッチ6は、前述した可変キャパシタ1の作製方法の例と同様の方法により作製可能である。
The
以上の実施形態において、可変キャパシタ1、3、5およびスイッチ2、4、6の全体または一部の構造、形状、および材料などは、本発明の主旨に沿って適宜変更可能である。また、上述の可動電極の構成は、可変キャパシタおよびスイッチに限らず、可動部を有する各種のMEMSデバイスに適用可能である。
In the above embodiment, the structure, shape, material and the like of the whole or a part of the
1、3、5 可変キャパシタ(MEMSデバイス)
2、4、6 スイッチ(MEMSデバイス)
11、21 基板
12、22 固定電極
13、23、33、43、53、63 可動電極
14a、14b、25 支持層(支持部)
131、231、331、431 電気的機能層(第一層)
132、232、332、432 補強材料層(第二層)
531、631 第一電気的機能層(第一層)
532、632 補強材料層(第二層)
533、633 第二電気的機能層(第三層)
1, 3, 5 Variable capacitor (MEMS device)
2, 4, 6 switch (MEMS device)
11, 21
131, 231, 331, 431 Electrical functional layer (first layer)
132, 232, 332, 432 Reinforcement material layer (second layer)
531, 631 First electrical functional layer (first layer)
532, 632 Reinforcement material layer (second layer)
533, 633 Second electrical functional layer (third layer)
Claims (8)
前記基板上に設けられる支持部と、
前記基板上に設けられる固定電極と、
前記支持部によって支持されており、前記固定電極と対向して設けられる可動電極と、を備え、
前記可動電極は、
導電性を有する材料からなる第一層と、
前記第一層よりも強度が高い材料または前記第一層よりも脆性が高い材料からなる第二層と、を含む、
MEMSデバイス。 A substrate,
A support provided on the substrate;
A fixed electrode provided on the substrate;
A movable electrode supported by the support portion and provided to face the fixed electrode;
The movable electrode is
A first layer made of a conductive material;
A second layer made of a material having a higher strength than the first layer or a material more brittle than the first layer,
MEMS device.
請求項1記載のMEMSデバイス。 The second layer is formed as an upper layer of the first layer,
The MEMS device according to claim 1.
前記第二層は、前記第一層と前記第三層との間の中間層として形成されている、
請求項1記載のMEMSデバイス。 The movable electrode includes a third layer made of a conductive material,
The second layer is formed as an intermediate layer between the first layer and the third layer.
The MEMS device according to claim 1.
前記第二層は、前記可動電極の両側に形成されている、
請求項1ないし3のいずれかに記載のMEMSデバイス。 The support portion supports the movable electrode on both sides of the movable electrode,
The second layer is formed on both sides of the movable electrode,
The MEMS device according to claim 1.
前記第二層は、前記可動電極の片側に形成されている、
請求項1ないし3のいずれかに記載のMEMSデバイス。 The support portion supports the movable electrode from one side of the movable electrode,
The second layer is formed on one side of the movable electrode,
The MEMS device according to claim 1.
請求項1ないし5のいずれかに記載のMEMSデバイス。 A high-strength alloy is used as the material of the second layer,
The MEMS device according to claim 1.
請求項1ないし5のいずれかに記載のMEMSデバイス。 An oxide or nitride is used as the material of the second layer,
The MEMS device according to claim 1.
請求項1ないし5のいずれかに記載のMEMSデバイス。
Diamond-like carbon is used as the material of the second layer,
The MEMS device according to claim 1.
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