JP2016144261A - 静電アクチュエータおよびスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動を実現可能な静電アクチュエータおよびスイッチを提供する。【解決手段】静電アクチュエータは、ベース部と、半導体を含んで構成されると共に、ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、半導体を含んで構成されると共に、ベース部に対して固定され、第１の方向において離間した状態で可動電極と対向する固定電極とを備える。可動電極と固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に形成されると共に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域を有するものである。【選択図】図１

Description

本開示は、静電駆動型のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System：微小機械電機システム）に関するものであり、静電力（静電引力）を利用した静電アクチュエータ、およびこの静電アクチュエータを用いたスイッチに関する。

静電駆動型のＭＥＭＳスイッチは、物理的な接触によってオン（ＯＮ）状態およびオフ（ＯＦＦ）状態を切り替えるメカニカルスイッチであり、半導体スイッチよりも、高いアイソレーション、線形性、高耐圧性を持つことが特徴である。このＭＥＭＳスイッチでは、可動電極と固定電極との間に電位差を与え、静電引力によってアクチュエータを駆動させることで接点を接触させる。これにより、スイッチをオン状態に切り替えることができる。

一般に、静電アクチュエータでは、駆動電圧が大きいことが課題である。電極間（可動電極と固定電極との間）の静電引力(駆動力)を変えることなく駆動電圧を低くするためには、電極同士の対向面積を大きくするか、あるいは電極間の距離（ギャップ）を小さくすることが有効である。電極の対向面積を大きくするためには、電極を並列化して数を増やせばよい。但し、電極数が増すと、配置面積（レイアウト面積）が増えることから、デバイスサイズが大きくなる。つまり、電極数とデバイスサイズとの間にはトレードオフの関係がある。一方、電極間のギャップを小さくした場合には、スイッチ動作時に電極同士が接触し易くなる。これは、静電引力を受けることで電極自体が撓むためである。電極の接触が起こると、電流リークによるエネルギーロス、また接触部分の接着(スティクションあるいはスティッキング)による動作不良が生じる。これらのことは、信頼性低下を招く。また、電極を接触させないためには電極の剛性を高めることが有効であるが、電極を太くすると配置面積が増えることから、この場合にも低電圧駆動とデバイスサイズとのトレードオフが生じる。

このように、静電駆動型のＭＥＭＳアクチュエータ（静電アクチュエータ）において、デバイスサイズを拡大せずに低電圧駆動を実現するために、電極接触による電流リークやスティキングを抑制して、電極間のギャップをできるだけ狭くすることが望ましい。

特許文献１には、電極に突起を設け電極同士が接触した際のスティッキングを防止する手法が提案されている。

特開平６−３４７４７４号公報

しかしながら、上記特許文献１の手法では、スティッキングの発生を抑制することはできるものの、電流リークを抑制することはできない。また、電流が集中することで接触点付近が溶け、結果としてスティッキングにつながることもある。デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動が可能な素子構造の実現が望まれている。

本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動を実現可能な静電アクチュエータ、およびそのような静電アクチュエータを備えたスイッチを提供することにある。

本開示の第１の静電アクチュエータは、ベース部と、半導体を含んで構成されると共に、ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、半導体を含んで構成されると共に、ベース部に対して固定され、第１の方向において離間した状態で可動電極と対向する固定電極とを備える。可動電極と固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に形成されると共に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域を有するものである。

本開示の第１のスイッチは、上記本開示の第１の静電アクチュエータを備えたものである。

本開示の第１の静電アクチュエータおよびスイッチでは、可動電極と固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域が形成されている。このような構成において、可動電極と固定電極との間に電圧を印加すると、その静電力により可動電極が第１の方向に沿って変位する（駆動力が生じる）。この際、可動電極と固定電極とが接触した場合であっても、高抵抗領域を介した接触となり、該接触部分を通じてリーク電流が流れにくくなる。

本開示の第２の静電アクチュエータは、ベース部と、半導体を含んで構成されると共に、ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、半導体を含んで構成されると共に、ベース部に対して固定され、第１の方向において離間した状態で可動電極と対向する固定電極とを備える。可動電極は、固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、固定電極は、可動電極との対向面のうちの第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含むものである。

本開示の第２のスイッチは、上記本開示の第２の静電アクチュエータを備えたものである。

本開示の第２の静電アクチュエータおよびスイッチでは、可動電極は、固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、固定電極は、可動電極との対向面のうちの第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含む。このような構成において、可動電極と固定電極との間に電圧を印加すると、その静電力により可動電極が第１の方向に沿って変位する（駆動力が生じる）。この際、可動電極と固定電極とが接触した場合であっても、その接触部分では、第１導電型の半導体と第２導電型の半導体とが接し、例えばＰＮ接合ダイオードが形成される。よって、接触部分を通じてリーク電流が流れにくくなる。

本開示の第１の静電アクチュエータおよびスイッチによれば、可動電極と固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域が形成されている。これにより、可動電極と固定電極とが接触した場合にも、その接触部分を通じて発生する電流リークを抑制することができる。このように、電極同士の接触が生じた場合にもその接触による電流リークを抑制できることから、可動電極と固定電極との間の距離をより狭めたり、電極数を増やしたりすることが可能となる（電極の微細化が可能となる）。よって、デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動を実現可能となる。

本開示の第２の静電アクチュエータおよびスイッチによれば、可動電極が、固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、固定電極が、可動電極との対向面のうちの第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含む。これにより、可動電極と固定電極とが接触した場合にも、その接触部分を通じて発生する電流リークを抑制することができる。このように、電極同士の接触が生じた場合にもその接触による電流リークを抑制できることから、可動電極と固定電極との間の距離をより狭めたり、電極数を増やしたりすることが可能となる（電極の微細化が可能となる）。よって、デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動を実現可能となる。

尚、上記内容は本開示の一例である。本開示の効果は、上述したものに限らず、他の異なる効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。

本開示の第１の実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの構成を表す平面模式図である。 図１に示した可動電極および固定電極との詳細構成例を表す模式図である。 図２ＡのＩ−Ｉ線における矢視断面図である。 図１に示したＭＥＭＳスイッチの動作（オフ状態）を表す模式図である。 図１に示したＭＥＭＳスイッチの動作（オン状態）を表す模式図である。 比較例に係るＭＥＭＳスイッチの動作（オン状態）を表す模式図である。 図４に示したＭＥＭＳスイッチにおいて発生する電流リークを説明するための特性図である。 図１に示したＭＥＭＳスイッチにおける接触（近接）部分を拡大して表す模式図である。 本開示の第２の実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの可動電極と固定電極との構成を表す平面模式図である。 図７のII−II線における矢視断面図である。 変形例１に係る可動電極と固定電極との構成を表す平面模式図である。 図９のIII−III線における矢視断面図である。 変形例２に係る可動電極と固定電極との構成を表す平面模式図である。 図１１のIV−IV線における矢視断面図である。

以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．第１の実施の形態（可動電極と固定電極との各対向面の選択的な領域に高抵抗領域を設け、かつ固定電極に突起を設けたＭＥＭＳスイッチの例）
２．第２の実施の形態（可動電極と固定電極との各対向面に互いに異なる導電型の半導体領域を有するＭＥＭＳスイッチの例）
３．変形例１（可動電極と固定電極との各対向面に高抵抗領域を設け、かつ各対向面が非平行となるように構成されたＭＥＭＳスイッチの例）
４．変形例２（可動電極と固定電極との各対向面に互いに異なる導電型の半導体領域を設け、かつ各対向面が非平行となるように構成されたＭＥＭＳスイッチの例）

＜第１の実施の形態＞
［構成］
図１は、本開示の第１の実施の形態のＭＥＭＳスイッチ（ＭＥＭＳスイッチ１）のＸＹ平面構成を模式的に表したものである。ＭＥＭＳスイッチ１は、いわゆるバルクＭＥＭＳタイプの静電駆動型スイッチであり、静電駆動型のアクチュエータ（駆動部１Ａ）と、接点部（接点部１Ｂ）とを含んで構成されている。ＭＥＭＳスイッチ１には、駆動部１Ａを駆動する（可動電極１２と固定電極１１との間に電圧を印加する）ための電圧印加部１６が設けられている。

駆動部１Ａは、固定電極１１と可動電極１２とを備え、これらの固定電極１１と可動電極１２との間に電位差を与えることにより静電引力（駆動力）を発生させるものである。この静電引力によって、可動電極１２が変位する。また電位差をゼロに戻すと、可動電極１２に接続されている復帰ばね１２０による復帰力により、可動電極１２がもとの位置に戻る。この２つの動きを利用してオン状態とオフ状態とが切り替えられ、スイッチとして動作するものである。

バルクＭＥＭＳでは、可動電極１２と固定電極１１とが、例えば図示しない基材（ベース部）のキャビティ内に形成されている。これらの可動電極１２と固定電極１１とは、ベース部内に、底面から浮いた状態で保持されている。ベース部としては、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板が用いられることが多い。可動電極１２および固定電極１１は、そのＳＯＩ基板の活性層(単結晶Ｓｉ)を、例えばドライエッチングにより深堀した後、ＢＯＸ層(シリコン酸化膜)を選択的にエッチングすることにより、形成することができる。

ベース部は、上記のＳＯＩ基板の他にも、例えば、シリコン（Ｓｉ）、シリコン・カーバイト（ＳｉＣ）、シリコン・ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）またはシリコン・ゲルマニウム・カーボン（ＳｉＧｅＣ）などのＳｉ系半導体から構成されていてもよい。

固定電極１１は、ベース部に対して固定され、可動電極１２の移動方向（例えばＹ方向）において可動電極１２と離間した状態で、可動電極１２に対向して配置されている。この固定電極１１は、例えば全体として櫛歯形状を成すように形成されている。固定電極１１と可動電極１２とは、対向面１１Ａ，１２Ａの面積をより大きく確保するために、薄く長く形成されることが望ましい。

可動電極１２は、ベース部に対して可動であり、所定の方向（例えばＹ方向）に沿って変位可能に保持されている。この可動電極１２は、固定部材１５（アンカー）と復帰ばね１２０を介してベース部に保持されている。復帰ばね１２０は、例えばＸ方向に沿って延在すると共に、両端が固定部材１５に支持されている。この復帰ばね１２０の一部に可動電極１２が連結している。復帰ばね１２０は、例えば可動電極１２を挟むように２つ設けられている。可動電極１２は、例えば、Ｙ方向に沿って延在する軸部分１２１を有し、この軸部分１２１から複数の電極部分が張り出し、全体として櫛歯形状を成している。この可動電極１２の櫛歯形状が、固定電極１１の櫛歯形状と噛み合うように配置されている。軸部分１２１の他端側に、接点部１Ｂが設けられている。

接点部１Ｂは、可動電極１２（軸部分１２１）に追従して動く接点１３と、入力線路１４Ａと、出力線路１４Ｂとを含んで構成されている。接点１３は、例えば、入力線路１４Ａと出力線路１４Ｂとのそれぞれに対向配置され、可動電極１２の変位によって、入力線路１４Ａと出力線路１４Ｂとの接触または非接触の状態が切り替えられるように構成されている。

（固定電極１１，可動電極１２の詳細構成）
図２Ａは、固定電極１１と可動電極１２との一部を拡大したものである。図２Ｂは、図２ＡのＩ−Ｉ線における矢視断面図である。固定電極１１および可動電極１２は、不純物拡散によって電気抵抗率を変化させることの可能な半導体（例えばシリコンなど）を含んで構成されている。

本実施の形態では、これらの固定電極１１と可動電極１２との各対向面（対向面１１Ａ，１２Ａ）の少なくとも一部に、高抵抗領域（高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１）が形成されている。ここでは、固定電極１１の可動電極１２との対向面１１Ａと、可動電極１２の固定電極１１との対向面１２Ａとの両方に、互いに対向するように高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１が形成されている。

高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１は、その周囲の領域（固定電極１１および可動電極１２のうちの高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１の周囲の領域）に比べ、電気抵抗が高い領域（局所的に電気抵抗が高い領域）であり、周囲の領域よりも不純物濃度が低くなるように構成されている。このような高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１は、対向面１１Ａ，１２Ａの一部をマスクしつつ、不純物をドーピングすることで形成することが可能である。ここで、ＭＥＭＳスイッチ１がオン状態の際には、可動電極１２と固定電極１１との各対向面同士が一部または全部において接触（または近接）するが、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１は、上記接触部分に対応する局所的な部分に形成されることが望ましい。また、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１は、図２Ｂに示したように、ＹＺ断面においては、例えば上部側の局所的な領域に形成されている。

固定電極１１および可動電極１２の対向面１１Ａ，１２Ａの一方または両方には、突起（突起１１ａ２）が設けられている。ここでは、突起１１ａ２は、固定電極１１の対向面１１Ａに設けられている。また、高抵抗領域１１ａ１は、平面視的に（ＸＹ平面において）、突起１１ａ２を含む局所的な領域に（突起１１ａ２の周囲に）形成されることが望ましい。突起１１ａ２は、図２Ｂに示したように、深さ方向（Ｚ方向において）少なくとも一部が突出していればよい。ここでは、突起１１ａ２は、ＹＺ断面においてテーパ形状を有しており、下部よりも上部において出っ張り具合が大きくなっている。このような突起１１ａ２の形状は、ドライエッチングの際のエッチング条件を制御することで形成することができる。突起１１ａ２の高さ（出っ張り量）の最大値は、固定電極１１と可動電極１２との間の距離よりも小さくなるように構成され、オフ状態では、突起１１ａ２の先端と可動電極１２の対向面１２Ａとが離隔していることが望ましい。尚、ここでは、突起１１ａ２が固定電極１１側にのみ形成されているが、突起は、固定電極１１と可動電極１２との両方に形成されていてもよい。あるいは、可動電極１２の側にのみ形成されていても構わない。

高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１および突起１１ａ２の位置、面積（大きさ）および個数などは、図２Ａおよび図２Ｂに図示したものに限定されない。詳細は後述するが、固定電極１１と可動電極１２とが接触する際、この接触部分におけるリーク電流は、突起１１ａ２の数、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１の面積、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１の抵抗率、接触抵抗あるいは動作電圧などに応じて変化する。許容可能なリーク電流の上限値を超えないように、それらの突起１１ａ２の数、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１の面積、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１の抵抗率などが設定されることが望ましい。また、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１および突起１１ａ２の形状は特に限定されない。

［作用・効果］
本実施の形態のＭＥＭＳスイッチ１では、固定電極１１と可動電極１２との間に電圧が印加されると、静電力によって可動電極１２が、所定の範囲内においてＹ方向に沿って移動する（可動電極１２が固定電極１１に対して近づいたり離れたりする）。所定のタイミングで可動電極１２が変位することで、接点１３と入力線路１４Ａおよび出力線路１４Ｂとの接触および非接触の状態が切り替えられる。図３Ａは、ＭＥＭＳスイッチ１のオフ状態、図３Ｂは、ＭＥＭＳスイッチ１のオン状態を模式的に表したものである。このようにして、ＭＥＭＳスイッチ１のオン動作およびオフ動作がなされる。

ところが、固定電極１１と可動電極１２との間に電圧を印加して、可動電極１２が変位すると、電極間隔が狭まることとなる。固定電極１１と可動電極１２とは、対向面１１Ａ，１２Ａの面積を大きく確保するために薄く長く形成される傾向がある。このため、例えば図４に模式的に示したように、静電引力によって応力が加わり、可動電極１２に撓みが生じることがある。この撓みに起因して、設計値よりも電極間隔が狭まり、固定電極１１と可動電極１２とが局所的に接触し、いわゆるスティッキングが生じる（図４中のＸ１）。この結果、図５に示したように、ＭＥＭＳスイッチ１がオフ状態からオン状態に切り替わり、信号線間電流（Ｉ１）が流れると、リーク電流（Ｉｘ）が発生して電流消費が大きくなる。また、スティッキングによって信頼性も低下する。

これに対し、本実施の形態では、固定電極１１と可動電極１２との各対向面(対向面１１Ａ，１２Ａ)の少なくとも一部に、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１が形成されている。これにより、可動電極１２と固定電極１１とが接触した場合であっても、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１を介した接触となり、該接触部分を通じてリーク電流が流れにくい。

特に、これらの高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１のうちの一方または両方（ここでは高抵抗領域１１ａ１）が、突起１１ａ２を含む領域に形成される（突起１１ａ２の周囲に高抵抗領域１１ａ１が形成される）ことで、次のような効果がある。即ち、対向面１１Ａに突起１１ａ２が設けられることで、この突起１１ａ２の先端部分において接触が生じ易い（図６）。接触部分が突起１１ａ２の先端に限定されることで、スティッキングの発生する可能性が、突起１１ａ２が無い場合よりも少なくなる。また、突起１１ａ２の周辺は他の部分よりも高抵抗であることから、固定電極１１と可動電極１２とを介して流れるリーク電流を抑制することができる。ここで、固定電極１１と可動電極１２との一部ではなく、全体を高抵抗にすることによってもリーク電流を抑制することができるが、この場合には電極間に供給されるキャリアの充電時間が長くなり、スイッチング速度の低下を引き起こす。これに対し、本実施の形態では、突起１１ａ２が設けられることで、接触部分を限定することができ、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１をその接触部分に対応する有効な領域にのみ形成することができる。このため、スイッチング速度を犠牲にすることなく、リーク電流を抑制できる。

このように、本実施の形態では、電極同士の接触が生じた場合にもその接触による電流リークを抑制できることから、可動電極１２と固定電極１１との間の距離をより狭めたり、電極数を増やしたりすることが可能となる。つまり、電極の微細化が可能となる。よって、デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動を実現可能となる。

以上説明したように、本実施の形態では、可動電極１２と固定電極１１との各対向面のうちの少なくとも一部に、周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１が形成されている。このような構成において、可動電極１２と固定電極１１との間に電圧を印加すると、その静電力により可動電極１２がＹ方向に沿って変位する（駆動力が生じる）。この際、可動電極１２と固定電極１１とが接触した場合であっても、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１を介した接触となり、その接触部分を通じて発生する電流リークを抑制することができる。このように、電極同士の接触が生じた場合にもその接触による電流リークを抑制できることから、可動電極１２と固定電極１１との間の距離をより狭めたり、電極数を増やしたりすることが可能となる（電極の微細化が可能となる）。よって、デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動を実現可能となる。

あるいは、駆動電圧を大きくすることなく、デバイスサイズを小さくすることも可能である。これは、デバイスの製造コストの低減につながる。また、スティッキングの発生を抑制することができるため、信頼性を向上させることが可能である。なお、静電駆動型のＭＥＭＳ共振器においても同様の効果を得ることができる。

以下、上記第１の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの他の実施の形態および変形例について説明する。尚、上記第１の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。

＜第２の実施の形態＞
図７は、本開示の第２の実施の形態のＭＥＭＳスイッチにおける固定電極１１と可動電極１２との一部を拡大したものである。図８は、図７のII−II線における矢視断面図である。本実施の形態のＭＥＭＳスイッチは、上記第１の実施の形態と同様、いわゆるバルクＭＥＭＳタイプの静電駆動型スイッチであり、図１に示したように、静電駆動型のアクチュエータからなる駆動部１Ａと、接点部１Ｂとを含む基本的な構成は、上記第１の実施の形態と同様である。

また、固定電極１１および可動電極１２は、不純物拡散によって電気抵抗率を変化させることの可能な半導体（例えばシリコンなど）を含んで構成されている。加えて、固定電極１１および可動電極１２の対向面１１Ａ，１２Ａの一方または両方（ここでは対向面１１Ａ）には、突起１１ａ２が設けられている。

但し、本実施の形態では、上記第１の実施の形態と異なり、固定電極１１と可動電極１２とが互いに異なる導電型の半導体を含んで構成されている。例えば、固定電極１１はｎ型半導体を、可動電極１２はｐ型半導体をそれぞれ含んで構成されている。詳細には、可動電極１２は、固定電極１１との対向面１２Ａの少なくとも一部にｐ型半導体を含み、固定電極１１は、可動電極１２との対向面１１Ａのうちの上記ｐ型半導体に対向する領域にｎ型半導体を含む。例えば、図８に示したように、固定電極１１の上部側の領域にｎ型の不純物がドーピングされたｎ型領域１１ｂが形成され、可動電極１２の上部側の領域にｐ型の不純物がドーピングされたｐ型領域１２ｂが形成されている。このような構成は、例えば、固定電極１１と可動電極１２とのそれぞれに対して、マスクを用いて互いに異なる不純物をドーピングすることで形成可能である。ｎ型領域１１ｂとｐ型領域１２ｂとは、上記第１の実施の形態の高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１と同様、ＭＥＭＳスイッチ１がオン状態の際の電極同士の接触（または近接）部分に形成されることが望ましい。

本実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様、固定電極１１と可動電極１２との間に電圧が印加されると、静電力によって可動電極１２が、所定の範囲内においてＹ方向に沿って移動する。所定のタイミングで可動電極１２が変位することで、ＭＥＭＳスイッチのオフ状態およびオン状態が切り替えられる。ところが、オン状態において、上述したように、可動電極１２の撓みによって電極同士が接触し、スティッキングが生じてしまう。この結果、リーク電流が発生して電流消費が大きくなる。また、スティッキングによって信頼性も低下する。

これに対し、本実施の形態では、固定電極１１がｎ型半導体を含んで構成され、可動電極１２がｐ型半導体を含んで構成されている。これにより、可動電極１２と固定電極１１とが接触した場合であっても、その接触部分では、ｐ型半導体とｎ型半導体とが接し、ｐｎ接合ダイオードが形成される。これにより、固定電極１１側から可動電極１２側へ電流が流れにくくなる。よって、接触部分を通じてリーク電流が流れにくくなる。ここで、固定電極１１と可動電極１２との全体を高抵抗にすることによってもリーク電流を抑制することができるが、この場合には電極間に供給されるキャリアの充電時間が長くなり、スイッチング速度の低下を引き起こす。本実施の形態では、上記のようにｐｎ接合を利用することから、固定電極１１と可動電極１２との抵抗率は低いまま、即ちスイッチング速度を犠牲にすることなく、リーク電流を抑制することが可能である。尚、電位差を加える方向を逆にして、固定電極１１をｎ型半導体、可動電極１２がｐ型半導体を含んで構成されていてもよい。この場合にも、上記と同等の効果を得ることができる。

また、固定電極１１および可動電極１２のうちの一方または両方（ここでは固定電極１１）の対向面１１Ａに、突起１１ａ２が形成されることで、この突起１１ａ２の先端部分において接触が生じ易くなる。接触部分が突起１１ａ２の先端に限定されることで、スティッキングの発生する可能性が、突起１１ａ２が無い場合よりも少なくなる。

以上のように本実施の形態では、可動電極１２は、固定電極１１との対向面１２Ａの少なくとも一部に第１導電型（例えばｐ型）の半導体を含み、固定電極１１は、可動電極１２との対向面１１Ａのうちの第１導電型（例えばｐ型）の半導体に対向する領域に第２導電型（例えばｎ型）の半導体を含む。このような構成において、可動電極１２と固定電極１１との間に電圧を印加すると、その静電力により可動電極１２が第１の方向に沿って変位する（駆動力が生じる）。この際、可動電極１２と固定電極１１とが接触した場合であっても、その接触部分においてｐｎ接合ダイオードが形成され、電流リークを抑制することができる。このように、電極同士の接触が生じた場合にもその接触による電流リークを抑制できることから、可動電極１２と固定電極１１との間の距離をより狭めたり、電極数を増やしたりすることが可能となる（電極の微細化が可能となる）。よって、デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動を実現可能となる。

＜変形例１＞
図９は、上記第１の実施の形態の変形例（変形例１）に係るＭＥＭＳスイッチにおける固定電極１１と可動電極１２との一部を拡大したものである。図１０は、図９のIII−III線における矢視断面図である。上記第１の実施の形態では、突起１１ａ２を設けた構成を例に挙げたが、この突起１１ａ２は設けられていなくともよい。例えば、本変形例のように、突起１１ａ２を設けるのではなく、固定電極１１と可動電極１２との各対向面１１Ａ，１２Ａが非平行となるように構成してもよい。

可動電極１２と固定電極１１とは、平面視的に並行して延在するが、その延在方向（Ｘ方向）に直交する断面（ＹＺ断面）において、可動電極１２と固定電極１１との対向面１１Ａ，１２Ａ同士が非平行となっている。換言すると、固定電極１１と可動電極１２とは、ＹＺ断面において逆テーパ形状を有している。このため、対向面１１Ａ，１２Ａ間の距離は、上部側（距離ｄ１）よりも下部側（距離ｄ２）において広くなっている。この逆テーパ形状によって、接触部分を固定電極１１と可動電極１２との各上部のみに限定することができる。このような逆テーパ形状は、ドライエッチングの際のエッチング条件を適切に設定することにより形成することができる。

これらの固定電極１１および可動電極１２の対向面１１Ａ，１２Ａには、上記第１の実施の形態と同様、高抵抗領域（高抵抗領域１１ｃ，１２ｃ）が形成されている。但し、本変形例では、高抵抗領域１１ｃ，１２ｃは、ＸＹ平面では、可動電極１２と固定電極１１との延在方向（Ｘ方向）に沿った連続的な領域に形成されている。高抵抗領域１１ｃ，１２ｃは、図１０に示したように、ＹＺ断面においては、例えば上部側の局所的な領域に形成されている。高抵抗領域１１ｃ，１２ｃは、上記第１の実施の形態の高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１と同様、マスクを用いた不純物ドーピングにより形成することができ、相対的に不純物濃度が低くなっている。

本変形例のように、固定電極１１と可動電極１２との対向面１１Ａ，１２Ａ同士が非平行となるように構成されていてもよい。本変形例においても、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、逆テーパ形状により、電極同士が接触する際には、接触部分が固定電極１１および可動電極１２の上部側に限定されることから、対向面１１Ａ，１２Ａが平行である場合に比べてスティッキングが発生しにくい。また、接触部周辺の抵抗率が高い為、接触時に固定電極１１と可動電極１２とを介して流れるリーク電流を抑制することができる。電極全体を高抵抗にする事でもリーク電流は抑制されるが、本来のスイッチ動作の為に電極間に供給されるキャリアの充電時間が長くなり、スイッチング速度の低下を引き起こす。本変形例では、接触部分の周辺のみ（電極の上部側の領域のみ）が高抵抗であるため、スイッチング速度を犠牲にすることなく、リーク電流を抑制することができる。

＜変形例２＞
図１１は、上記第２実施の形態の変形例（変形例２）に係るＭＥＭＳスイッチにおける固定電極１１と可動電極１２との一部を拡大したものである。図１２は、図１１のIV−IV線における矢視断面図である。上記第２の実施の形態では、突起１１ａ２を設けた構成を例に挙げたが、この突起１１ａ２は設けられていなくともよい。例えば、本変形例のように、突起１１ａ２を設けるのではなく、固定電極１１と可動電極１２との各対向面１１Ａ，１２Ａが非平行となるように構成してもよい。

可動電極１２と固定電極１１とは、平面視的に並行して延在するが、その延在方向（Ｘ方向）に直交する断面（ＹＺ断面）において、可動電極１２と固定電極１１との対向面１１Ａ，１２Ａ同士が非平行となっている。換言すると、固定電極１１と可動電極１２とは、ＹＺ断面において逆テーパ形状を有している。このため、対向面１１Ａ，１２Ａ間の距離は、上部側（距離ｄ１）よりも下部側（距離ｄ２）において広くなっている。この逆テーパ形状によって、接触部分を固定電極１１と可動電極１２との各上部のみに限定することができる。このような逆テーパ形状は、ドライエッチングの際のエッチング条件を適切に設定することにより形成することができる。

固定電極１１は、上記第２の実施の形態と同様、ｎ型半導体（ｎ型領域１１ｂ）を含んで構成され、可動電極１２は、上記第２の実施の形態と同様、ｐ型半導体（ｐ型領域１２ｂ）を含んで構成されている。ｎ型領域１１ｂとｐ型領域１２ｂとは、図１２に示したように、ＹＺ断面においては、例えば上部側の局所的な領域に形成されている。ｎ型領域１１ｂとｐ型領域１２ｂとは、上記第２の実施の形態と同様、マスクを用いて互いに異なる不純物をドーピングすることにより形成することができる。

本変形例のように、固定電極１１と可動電極１２との対向面１１Ａ，１２Ａ同士が非平行となるように構成されていてもよい。本変形例においても、上記第２の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、逆テーパ形状により、電極同士が接触する際には、接触部分が固定電極１１および可動電極１２の上部側に限定されることから、対向面１１Ａ，１２Ａが平行である場合に比べてスティッキングが発生しにくい。また、接触部周辺ではｐｎ接合ダイオードが形成され、固定電極１１と可動電極１２とを介して流れるリーク電流を抑制することができる。電極全体を高抵抗にする事でもリーク電流は抑制されるが、本来のスイッチ動作の為に電極間に供給されるキャリアの充電時間が長くなり、スイッチング速度の低下を引き起こす。本変形例では、ｐｎ接合を利用することで、スイッチング速度を犠牲にすることなく、リーク電流を抑制することができる。

尚、上記変形例１，２では、固定電極１１の対向面１１Ａと、可動電極１２の対向面１２Ａとの両方が、ＹＺ断面において逆テーパ形状を有する構成を例示したが、対向面１１Ａ，１２Ａのうちのどちらか一方のみが逆テーパ形状を有していてもよい。対向面１１Ａ，１２Ａ同士が非平行であれば、接触部分が限定されることから、上述した効果を得ることができる。

以上、実施の形態および変形例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、静電アクチュエータを用いたＭＥＭＳスイッチを例に挙げて説明したが、本開示の可動電極と固定電極とは、その他にも加速度センサやジャイロセンサにも適用可能である。

また、本開示の可動電極、固定電極、突起および高抵抗領域などの形状、大きさ、位置および個数などは、上述したものに限定されず、種々変形が可能である。デバイスの仕様に応じて適切な形状等が設定されればよい。

また、上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。

尚、本開示は、以下のような構成であってもよい。
（１）
ベース部と、
半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
を備え、
前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に形成されると共に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域を有する
静電アクチュエータ。
（２）
前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加した際に生じる静電力によって、前記可動電極と前記固定電極との各対向面同士が一部または全部において接触または近接し、
前記高抵抗領域は、前記可動電極と前記固定電極との接触または近接する部分に形成されている
上記（１）に記載の静電アクチュエータ。
（３）
前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの一方または両方に突起が設けられている
上記（１）または（２）に記載の静電アクチュエータ。
（４）
前記高抵抗領域は、平面視的に、前記突起を含む局所的な領域に形成されている
上記（３）に記載の静電アクチュエータ。
（５）
前記可動電極と前記固定電極とは、平面視的に並行して延在し、
その延在方向に直交する断面において、前記可動電極と前記固定電極との各対向面同士が非平行である
上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
（６）
前記高抵抗領域は、前記延在方向に沿った連続的な領域に形成されている
上記（５）に記載の静電アクチュエータ。
（７）
ベース部と、
半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
を備え、
前記可動電極は、前記固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、
前記固定電極は、前記可動電極との対向面のうちの前記第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含む
静電アクチュエータ。
（８）
前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加した際に生じる静電力によって、前記可動電極と前記固定電極との各対向面同士が一部または全部において接触または近接し、
前記第１導電型および第２導電型の半導体は、前記可動電極と前記固定電極との接触または近接する部分に形成されている
上記（７）に記載の静電アクチュエータ。
（９）
前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの一方または両方に突起が設けられている
上記（７）または（８）に記載の静電アクチュエータ。
（１０）
前記可動電極と前記固定電極とは、平面視的に並行して延在し、
その延在方向に直交する断面において、前記可動電極と前記固定電極との各々の対向面同士が非平行である
上記（７）〜（９）のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
（１１）
ベース部と、
半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
を備え、
前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に形成されると共に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域を有する
静電アクチュエータを備えたスイッチ。
（１２）
ベース部と、
半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
を備え、
前記可動電極は、前記固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、
前記固定電極は、前記可動電極との対向面のうちの前記第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含む
静電アクチュエータを備えたスイッチ。

１…ＭＥＭＳスイッチ、１Ａ…駆動部、１Ｂ…接点部、１１…固定電極、１２…可動電極、１１Ａ，１２Ａ…対向面、１１ａ１，１２ａ１，１１ｃ，１２ｃ…高抵抗領域、１１ａ２…突起、１４Ａ…入力線路、１４Ｂ…出力線路、１５…固定部材、１６…電圧印加部、１２０…復帰ばね。

Claims (12)

1. ベース部と、
   半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
   半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
   を備え、
   前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に形成されると共に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域を有する
   静電アクチュエータ。
2. 前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加した際に生じる静電力によって、前記可動電極と前記固定電極との各対向面同士が一部または全部において接触または近接し、
   前記高抵抗領域は、前記可動電極と前記固定電極との接触または近接する部分に形成されている
   請求項１に記載の静電アクチュエータ。
3. 前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの一方または両方に突起が設けられている
   請求項１に記載の静電アクチュエータ。
4. 前記高抵抗領域は、平面視的に、前記突起を含む局所的な領域に形成されている
   請求項３に記載の静電アクチュエータ。
5. 前記可動電極と前記固定電極とは、平面視的に並行して延在し、
   その延在方向に直交する断面において、前記可動電極と前記固定電極との各対向面同士が非平行である
   請求項１に記載の静電アクチュエータ。
6. 前記高抵抗領域は、前記延在方向に沿った連続的な領域に形成されている
   請求項５に記載の静電アクチュエータ。
7. ベース部と、
   半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
   半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
   を備え、
   前記可動電極は、前記固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、
   前記固定電極は、前記可動電極との対向面のうちの前記第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含む
   静電アクチュエータ。
8. 前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加した際に生じる静電力によって、前記可動電極と前記固定電極との各対向面同士が一部または全部において接触または近接し、
   前記第１導電型および第２導電型の半導体は、前記可動電極と前記固定電極との接触または近接する部分に形成されている
   請求項７に記載の静電アクチュエータ。
9. 前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの一方または両方に突起が設けられている
   請求項７に記載の静電アクチュエータ。
10. 前記可動電極と前記固定電極とは、平面視的に並行して延在し、
    その延在方向に直交する断面において、前記可動電極と前記固定電極との各々の対向面同士が非平行である
    請求項７に記載の静電アクチュエータ。
11. ベース部と、
    半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
    半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
    を備え、
    前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に形成されると共に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域を有する
    静電アクチュエータを備えたスイッチ。
12. ベース部と、
    半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
    半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
    を備え、
    前記可動電極は、前記固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、
    前記固定電極は、前記可動電極との対向面のうちの前記第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含む
    静電アクチュエータを備えたスイッチ。

Images