JP3972790B2 - 薄膜微小機械式共振子および薄膜微小機械式共振子ジャイロ - Google Patents
薄膜微小機械式共振子および薄膜微小機械式共振子ジャイロ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜微小機械式共振子、薄膜微小機械式共振子ジャイロ、この薄膜微小機械式共振子ジャイロを用いたナビゲーションシステム及び自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の薄膜微小機械式共振子ジャイロとしては、特許文献１に記載されたものが知られている。この薄膜微小機械式共振子ジャイロについて、図１４、図１５を用いて説明する。図１４はこの薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図である。図１５は図１４に示す薄膜微小機械式共振子ジャイロの駆動部のＥ−Ｅ断面図である。
【０００３】
図１４において、１０１は２つのアーム１０２，１０３を備えた非圧電材からなる音叉、１０４，１０５は音叉１０１のアーム１０２，１０３の主面上にそれぞれ配置された圧電薄膜、１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は各圧電薄膜１０４，１０５へそれぞれ接続された電極である。電極１０７，１０８，１１０，１１１に交流電圧を印加することにより音叉１０１が共振する。
【０００４】
図１５において、１２１はアーム１０２の中心線、１３１は圧電薄膜１０４においてその上部に電極１０７，１０８が設けられていない部分の幅、１４１は圧電薄膜１０４に対して電極１０７から電極１０８に向かって加わる電界の方向を示す矢印である。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５４３８２３１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような薄膜微小機械式共振子ジャイロにおいては、電極１０７，１０８にそれぞれ対向する電極１０６が連続した一枚の形状をしているため、矢印１４１に示すような駆動に寄与しない電界成分が発生しやすい。
【０００７】
また、電極１０７，１０８の下に設けられた圧電薄膜１０４も連続した一枚の形状をしているため、例えば、電極１０７と電極１０６に挟まれた圧電薄膜１０４がＹ軸方向に伸びようとする時に、連続した圧電薄膜１０４の幅１３１の存在により、その伸びが抑制されてしまう。同じく、電極１０８と電極１０６に挟まれた圧電薄膜１０４がＹ軸方向に縮もうとする時に、連続した圧電薄膜１０４の幅１３１の存在により、その縮みが抑制されてしまう。
【０００８】
上述のような要因により、音叉１０１の駆動効率が低下するという課題を有していた。
【０００９】
本発明はこの課題を解決するものであり、駆動効率を向上させた薄膜微小機械式共振子、駆動効率の向上により印加された角速度に対する検出感度が向上した薄膜微小機械式共振子ジャイロ、この薄膜微小機械式共振子ジャイロを用いたナビゲーションシステム及び自動車を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の薄膜微小機械式共振子は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と、この第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と、この第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように、または、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されている。
【００１１】
この構成により、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げないため、駆動効率を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の薄膜微小機械式共振子ジャイロは、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられた検知部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した前記アームの撓みを前記検知部により電気的または光学的な出力として検出するように構成され、前記音叉は、シリコ ン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように、または、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されている。
【００１３】
この構成により、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出感度が向上する。
【００１４】
また、本発明の薄膜微小機械式共振子ジャイロは、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記主面上に設けられた前記第１、第２の電極に対して離間しかつ前記第１、第２の電極よりも前記アームの先端側に設けられた第５の電極と前記第５の電極上に設けられた第３の圧電薄膜と前記第３の圧電薄膜上に設けられた第６の電極とを有する検知部と、前記第１、第２の電極の間に離間するように設けられ前記第５の電極と接続された第１の引き出し電極と前記第１の引き出し電極上に設けられた第４の圧電薄膜と前記第４の圧電薄膜上に設けられ前記第６の電極と接続された第２の引き出し電極とを有するリード部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した振動によって生ずる電荷を前記第６の電極により検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように、または、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されている。
【００１５】
この構成により、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出感度が向上する。さらに、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極の間の絶縁膜として第４の圧電薄膜が用いられているため、量産性が一段と向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と、この第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と、この第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げず、駆動効率が向上するという作用を有する。
【００１７】
また、音叉がシリコン（Ｓｉ）からなるため、共振子の形状を加工する際に半導体プロセス技術を使用することができ、高精度に共振子を加工することが可能となるばかりか、機械的強度が大きいため大きな振幅で音叉を共振させることができるという作用を有する。
【００１８】
さらに、シリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにしているため、振動方向に対してスティフネスの高い方向が利用でき固有共振周波数の高い共振子が得られるという作用を有する。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と、この第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と、この第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げず、駆動効率が向上するという作用を有する。
【００２０】
また、音叉がシリコン（Ｓｉ）からなるため、共振子の形状を加工する際に半導体プロセス技術を使用することができ、高精度に共振子を加工することが可能となるばかりか、機械的強度が大きいため大きな振幅で音叉を共振させることができるという作用を有する。
【００２１】
さらに、シリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにしているため、角度のズレに対するスティフネスの変化が小さく音叉の固有共振周波数のバラツキの小さい共振子が得られるという作用を有する。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられた検知部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した前記アームの撓みを前記検知部により電気的または光学的な出力として検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上するという作用を有する。
【００２３】
また、音叉がシリコン（Ｓｉ）からなるため、音叉形状に加工する際に半導体プロセス技術を使用することができ、高精度に加工することが可能となるばかりか、機械的強度が大きいため大きい振幅で音叉を共振でき、印加された角速度に対する検出出力の高感度化を図ることができるという作用を有する。
【００２４】
さらに、シリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにしているため、振動方向に対してスティフネスの高い方向が利用でき固有共振周波数の高い共振子からなるジャイロが得られる という作用を有する。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられた検知部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した前記アームの撓みを前記検知部により電気的または光学的な出力として検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上するという作用を有する。
【００２６】
また、音叉がシリコン（Ｓｉ）からなるため、音叉形状に加工する際に半導体プロセス技術を使用することができ、高精度に加工することが可能となるばかりか、機械的強度が大きいため大きい振幅で音叉を共振でき、印加された角速度に対する検出出力の高感度化を図ることができるという作用を有する。
【００２７】
さらに、シリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面の共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにしているため、角度のズレに対するスティフネスの変化が小さくなり音叉の固有共振周波数のバラツキの小さい共振子からなるジャイロが得られるという作用を有する。
【００２８】
請求項５に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記主面上に設けられた前記第１、第２の電極に対して離間しかつ前記第１、第２の電極よりも前記アームの先端側に設けられた第５の電極と前記第５の電極上に設けられた第３の圧電薄膜と前記第３の圧電薄膜上に設けられた第６の電極とを有する検知部と、前記第１、第２の電極の間に離間するように設けられ前記第５の電極と接続された第１の引き出し電極と前記第１の引き出し電極上に設けられた第４の圧電薄膜と前記第４の圧電薄膜上に設けられ前記第６の電極と接続された第２の引き出し電極とを有するリード部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した振動によって生ずる電荷を前記第６の電極により検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上するという作用を有する。さらに、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極の間の絶縁膜として第４の圧電薄膜が用いられているため、量産性が一段と向上する。
【００２９】
また、音叉がシリコン（Ｓｉ）からなるため、音叉形状に加工する際に半導体プロセス 技術を使用することができ、高精度に加工することが可能となるばかりか、機械的強度が大きいため大きい振幅で音叉を共振でき、印加された角速度に対する検出出力の高感度化を図ることができるという作用を有する。
【００３０】
さらに、シリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにしているため、振動方向に対してスティフネスの高い方向が利用でき固有共振周波数の高い共振子からなるジャイロが得られるという作用を有する。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記主面上に設けられた前記第１、第２の電極に対して離間しかつ前記第１、第２の電極よりも前記アームの先端側に設けられた第５の電極と前記第５の電極上に設けられた第３の圧電薄膜と前記第３の圧電薄膜上に設けられた第６の電極とを有する検知部と、前記第１、第２の電極の間に離間するように設けられ前記第５の電極と接続された第１の引き出し電極と前記第１の引き出し電極上に設けられた第４の圧電薄膜と前記第４の圧電薄膜上に設けられ前記第６の電極と接続された第２の引き出し電極とを有するリード部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した振動によって生ずる電荷を前記第６の電極により検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上するという作用を有する。さらに、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極の間の絶縁膜として第４の圧電薄膜が用いられているため、量産性が一段と向上する。
【００３２】
また、音叉がシリコン（Ｓｉ）からなるため、音叉形状に加工する際に半導体プロセス技術を使用することができ、高精度に加工することが可能となるばかりか、機械的強度が大きいため大きな振幅で音叉を共振でき、印加された角速度に対する検出出力の高感度化を図ることができるという作用を有する。
【００３３】
さらに、シリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにしているため、角度のズレに対するスティフネスの変化が小さくなり音叉の固有共振周波数のバラツキの小さい共振子からなるジャイロが得られるという作用を有する。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１３を用いて説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は本発明の薄膜微小機械式共振子の実施の形態１の斜視図、図２は同共振子のアームのＡ−Ａ断面図、図３は同共振子の駆動部の動作を説明するための斜視図、図４は同共振子の駆動部の動作を説明するための斜視図、図５は同共振子のアームを構成する材料のスティフネスを示す特性図、図６は菱面体晶構造の圧電薄膜の分極状態を説明する図、図７は正方晶構造の圧電薄膜の分極状態を説明する図である。
【００３６】
図１〜図４において、１は薄膜微小機械式共振子（以下、共振子と呼ぶ）、２，３は共振子１のアーム、４は共振子１の基部、５は共振子１の主面、６，７はアーム２，３の中心線、１０，１１はアーム２の主面５上に中心線６を境に内側、外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極、１２，１３はアーム３の主面５上に中心線７を境に内側、外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極、１４，１６はアーム２，３の中心線６，７を境に内側であり、かつ、第１の電極１０，１２上にそれぞれ設けられた第１の圧電薄膜、１５，１７はアーム２，３の中心線６，７を境に外側であり、かつ、第２の電極１１，１３上にそれぞれ設けられた第２の圧電薄膜、１８，２０は第１の圧電薄膜１４，１６の上にそれぞれ設けられた第３の電極、１９，２１は第２の圧電薄膜１５，１７の上にそれぞれ設けられた第４の電極である。
【００３７】
共振子１は、２つのアーム２，３とアーム２，３を連結する基部４とを有したシリコン（Ｓｉ）から音叉を基材としている。
【００３８】
図２は図１における共振子１のアーム２，３におけるＡ−Ａ断面図である。
【００３９】
アーム２上に設けられた第１の圧電薄膜１４と第２の圧電薄膜１５は中心線６を境に離間している。同様にアーム３上に設けられた第１の圧電薄膜１６と第２の圧電薄膜１７は中心線７を境に離間している。また、第３の電極１８と第４の電極１９も中心線６を境に離間しており、第３の電極２０と第４の電極２１も中心線７を境に離間している。
【００４０】
第１の圧電薄膜１４，１６、第２の圧電薄膜１５，１７は、いずれもチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である。
【００４１】
以下に共振子１の製作プロセスを簡単に説明する。初めに、略厚さ０．２ｍｍの（１１０）面のシリコン（Ｓｉ）ウエハを準備し、このシリコン（Ｓｉ）ウエハ上に第１、第２の電極１０，１２，１１，１３としての下部側を構成するＴｉをスパッタもしくは蒸着により略１００Åの厚さとなるように成膜し、この上に上部側を構成するＰｔ−Ｔｉ等の材料をスパッタもしくは蒸着により略４０００Åの厚さとなるように成膜し、次にＰＺＴ等の圧電薄膜の良好な配向を得るための製造条件の許容範囲を広くすることができるランタンとマグネシウムが添加されたチタン酸鉛（ＰＬＭＴ）膜（図示せず）をスパッタにより略２００Åの厚さとなるように成膜し、この上に第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７としてのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）をスパッタにより、略２〜３μｍの厚さとなるように成膜する。この後、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１としての下部側を構成するＴｉをスパッタもしくは蒸着により略２５Åの厚さとなるように成膜し、この上に上部側を構成するＡｕ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ等の材料をスパッタもしくは蒸着により略３０００Åの厚さとなるように成膜する。この後、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、図１、図２に示すような第３、第４の電極１８，２０，１９，２１、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７、ＰＬＭＴ膜、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、アーム２，３、基部４の形状に加工し、音叉形状の共振子１を得る。このとき、共振子１の振動方向（Ｘ方向）とシリコン（Ｓｉ）の（１−１１）面または（−１１１）面が直角になるようにパターンニングすることにより、振動方向に対してヤング率の高い方向が利用でき固有共振周波数の高い共振子１とすることができる。上記プロセスにより形成された共振子１の寸法は、全幅１ｍｍ、全長５ｍｍ、全厚さ約０．２ｍｍで、駆動方向（Ｘ方向）の１次モードの共振周波数は（ｆ＝１７ｋＨｚ）である。
【００４２】
以下に、この共振子１の動作原理について説明する。
【００４３】
図３、図４において、３１は分極方向を示す矢印、３２，３３は第１の圧電薄膜１４の伸縮方向を示す矢印である。
【００４４】
図３、図４において、第１の電極１０と第３の電極１８の間に約ＤＣ２０Ｖを印加すると、両電極１０，１８に挟まれた第１の圧電薄膜１４の分極ベクトルの方向は一方向に揃う。例えば、第１の電極１０がプラス側に、第３の電極１８がマイナス側になるようにＤＣ電圧を印加すると、矢印３１に示すような方向に分極ベクトルが向く。以上は、第１の圧電薄膜１４についてのみ説明したが、第１の圧電薄膜１６、第２の圧電薄膜１５，１７も同じように矢印３１に示すような方向に分極ベクトルが向く。このような第１の圧電薄膜１４に対して図３に示すように第３の電極１８側が第１の電極１０側よりも高電位になるように電圧を印加すると第１の圧電薄膜１４は矢印に示す方向の分極ベクトルと垂直な矢印３２の方向に伸びる。逆に、図４に示すように第３の電極１８側が第１の電極１０よりも低電位になるように電圧を印加すると第１の圧電薄膜１４は矢印３１に示す方向の分極ベクトルと垂直な矢印３３の方向に縮む。
【００４５】
したがって、第１の電極１０をＧＮＤ電極又は仮想ＧＮＤ電極とし、第３の電極１８に交流電圧を印加すると、第１の圧電薄膜１４は矢印３２，３３に示すように伸び縮みする。以上は、アーム２上の内側に設けられた駆動部について説明したが、アーム２上の外側に設けられた駆動部、アーム３上の内側、外側に設けられた駆動部についても同様な動作をする。
【００４６】
また、図２に示す第３、第４の電極１８，１９に互いに位相が１８０°異なる交流電圧を印加することで、第１の圧電薄膜１４が伸びる場合は、第２の圧電薄膜１５は縮む。逆に、第１の圧電薄膜１４が縮む場合は、第２の圧電薄膜１５は伸びる。
【００４７】
以上の原理に基づき、第３の電極１８，２０に同位相、第４の電極１９，２１に対しては第３の電極１８，２０と逆位相の交流電圧を印加すると、共振子１のアーム２，３は互いに逆方向（Ｘ方向）に音叉共振する。また、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の伸び縮みの量をより均等に発生させ、共振子１をより安定に振動させるためには、アーム２，３のそれぞれの中心線６，７を軸として、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７及び第３、第４の電極１８，２０，１９，２１をほぼ対称に配置することが好ましい。これにより、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７に発生する駆動電界のバランスが良くなり、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の伸び縮みを均等にし、共振子１における所定の振動方向（Ｘ方向）以外への振動漏れが発生しにくくなる。その結果、共振子１の駆動効果が一層向上する。また、共振子１を構成するアーム２，３、基部４もアーム２，３に平行な軸とほぼ対称とすることで、安定な共振が得られる。
【００４８】
本実施の形態１においては、共振子１の両方のアーム２，３の一方の主面５に第１、第２、第３、第４の電極及び第１、第２の圧電薄膜を設ける構成について説明してきたが、一方のアームの一方の主面のみ、または、両主面に第１、第２、第３、第４の電極及び第１、第２の圧電薄膜を設けて駆動共振させることも可能である。
【００４９】
図５はシリコン（Ｓｉ）（１１０）面ウエハにおいて、方向によるスティフネスの違いを示す特性図であり、縦軸はスティフネス、横軸は方向に対応した回転角度であり、０度の＜１−１０＞方向を基点としている。また、図５において、４５度あるいは１３５度のスティフネスが最大になることがわかる。回転角度４５度、１３５度は、それぞれ＜１−１１＞方向、＜−１１１＞方向に対応する。したがって、共振子１の共振方向をスティフネスが最大となる＜１−１１＞方向、＜−１１１＞方向に選べば、より固有共振周波数の高い共振子を実現することができる。
【００５０】
図６は図１に示すアーム２，３の主面５に平行に（００１）面が配向した菱面体晶構造の第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の＜００１＞方向に分極処理を行った後の分極状態を示す。第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の＜００１＞方向に印加する駆動電界に対して、４つの分極ベクトル方向＜１１１＞、＜１−１１＞、＜−１−１１＞、＜−１１１＞は等価となり、大きな駆動電界を加えても４つの分極ベクトルが回転することがないため、圧電定数のヒステリシスが少なくなるため、ヒステリシスの少ない共振子１を提供することができる。
【００５１】
図７は、別の圧電薄膜の例として、図１に示すアーム２，３の主面５に平行に（１１１）面が配向した正方晶構造の第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の＜１１１＞方向に分極処理を行った後の分極状態を示す。第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の＜１１１＞方向に印加する電界に対して、３つの分極ベクトル方向＜１００＞、＜０１０＞、＜００１＞は等価となり、大きな駆動電界を加えても分極ベクトルが回転することがないために、圧電定数のヒステリシスが少なくなるため、ヒステリシスの少ない共振子１を提供することができる。
【００５２】
図１に示すように駆動部を構成する第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１は、アーム２，３の主面５の中央部から基部４近傍の間に設けるのが好ましい。何故ならば、アーム２，３の主面５上においてアーム２，３の中央部よりも先端側に第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１を配置すると、共振子１のアーム２，３の駆動方向（Ｘ方向）の１次モードの共振周波数（ｆ＝１７ｋＨｚ）におけるアドミッタンスよりも駆動方向（Ｘ方向）の２次モードの共振周波数（ｆ＝１１０ｋＨｚ）におけるアドミッタンスが大きくなるため、例えば１次モードの共振周波数で振動させても外部から衝撃等が印加された場合、２次モードの共振周波数で振動してしまう可能性が高いからである。
【００５３】
本実施の形態１においては、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３をＧＮＤ電極又は仮想ＧＮＤ電極とし、第３の電極１８，２０に同位相、第４の電極１９，２１に対しては第３の電極１８，２０と逆位相の交流電圧を印加する例について説明してきたが、第１の電極１０と第２の電極１１及び第１の電極１２と第２の電極１３がそれぞれ離間しているため、第１の電極１０，１２と第４の電極１９，２１が同相及び第２の電極１１，１３と第３の電極１８，２０が同相ならびに第１の電極１０，１２と第２の電極１１，１３が逆相になるように交流電圧を印加することで、各圧電薄膜１４，１６，１５，１７へ印加できる駆動電界を大きくできると同時に、各圧電薄膜１４，１６，１５，１７へ印加する駆動電界の微調整が可能になる。
【００５４】
本実施の形態１においては、図１、図２に示すように、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積を第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の面積より一回り大きくし、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３の面積を第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積より一回り大きくしているため、仮に第３、第４の電極１８，２０，１９，２１または第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第１、第２の電極１０，１２，１１，１３との短絡を防ぐことができる。
【００５５】
また、本実施の形態１においては、図１、図２に示すように第１、第２の電極１０，１２，１１，１３と第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が露出する例について説明してきたが、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３と第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の周辺部をポリイミド等の絶縁膜で覆うことにより、仮に第３、第４の電極１８，２０，１９，２１または第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７のいずれかに大きなパターンニングのずれが生じた場合でも第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第１、第２の電極１０，１２，１１，１３との短絡を防ぐことができる。
【００５６】
また、本実施の形態１においては、機械的に強度が大であることや半導体プロセス技術により高精度な加工が容易であるという点から音叉構造体にシリコン（Ｓｉ）を用いた例について説明してきたが、非圧電材料であれば例えば、ダイヤモンド、溶融石英、アルミナ、ＧａＡ等などを用いることも可能である。
【００５７】
また、本実施の形態１においては、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３が、下部に設けられたＴｉ膜と上部に設けられたＰｔ−Ｔｉ膜からなるため、Ｔｉ膜がシリコンからなる主面５及びＰｔ−Ｔｉ膜と密着性が強固で、Ｐｔ−Ｔｉ膜がアーム２，３の主面５に平行に（００１）面が配向した菱面体晶構造、または、（１１１）面が配向した正方晶構造のＰＺＴからなる第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７を良好に形成でき、ヒステリシスの少ない共振子１が実現できる。また、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３の上部側にはＩｒ−Ｔｉ膜等も使用可能である。しかし、必ずしもこれらの構成のみに限定されるものではない。
【００５８】
また、本実施の形態１においては、圧電薄膜の材料としてＰＺＴを用いて説明してきたが、ＰＺＴにＭｇ，Ｎｂ，Ｍｎの内から少なくとも１つを加えたＰＺＴ系の材料を用いることも可能である。このようにＰＺＴ，ＰＺＴ系の材料を用いることで圧電定数が大きいため、電気・機械変換効率が高くなる。圧電薄膜を形成する手法は、スパッタ法以外に、蒸着法、ゾル・ゲル法、レーザーアブレーション法、水熱合成法、ＣＶＤ法によっても形成することが可能である。
【００５９】
本実施の形態１に示す構成により、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の下側に形成される第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３がそれぞれ離間されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げず、共振子１の駆動効率が向上する。
【００６０】
また、図１に示すように音叉形状の共振子１の一方の主面５のみに第１、第２、第３、第４の電極１０，１２，１１，１３，１８，２０，１９，２１及び第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７を構成しており、簡易なプロセスで作製可能であり量産性に優れる。
【００６１】
また、本実施の形態においては、アーム２，３、基部４からなる音叉の主面５としてシリコン（Ｓｉ）（１１０）面ウエハの例について説明したが、シリコン（Ｓｉ）（１００）面ウエハを用いることも可能である。このウエハに関して、０度の＜０１０＞方向を基点とする方向（回転角度）によるスティフネスを考察すると、＜０１０＞方向、＜０１１＞方向または＜００１＞方向において角度のズレに対するスティフネスの変化が小さくなる。したがって、（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角にすることで、角度のズレに対するスティフネスの変化が小さく音叉の固有共振周波数のバラツキの小さい共振子が得られる。また、＜０１１＞方向はスティフネスも大きいため、この方向を採用することで固有共振周波数の高い共振子を実現することもできる。
【００６２】
（実施の形態２）
図８は本発明の実施の形態２における薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図、図９は同共振子ジャイロのアームのＢ−Ｂ断面図である。本実施の形態２において、実施の形態１において述べた構成と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【００６３】
図８、図９において、４０は薄膜微小機械式共振子ジャイロ（以下、共振子ジャイロと呼ぶ）、４１，４２は第５の電極、４３，４４は第３の圧電薄膜、４５，４６は第６の電極、４７は第１の引き出し電極、４８，４９は絶縁膜、５０，５１は第２の引き出し電極である。
【００６４】
シリコン（Ｓｉ）からなるアーム２，３の主面５上のほぼ中央部から先端の間に印加された角速度を検出するための検知部が設けられている。この検知部は、アーム２，３の主面５上にそれぞれ設けられた第５の電極４１，４２とこの第５の電極４１，４２上にそれぞれ設けられた第３の圧電薄膜４３，４４とこの第３の圧電薄膜４３，４４上にそれぞれ設けられた第６の電極４５，４６とから構成されている。第５の電極４１，４２は、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３と同様に下部側を構成する略１００Åの厚さのＴｉ膜と、この上に上部側を構成する略４０００Åの厚さのＰｔ−Ｔｉ等の材料からなる膜よりなる。同じく、Ｐｔ−Ｔｉ等の材料からなる膜とＰＺＴ等からなる第３の圧電薄膜４３との間には略２００Åの厚さのＰＬＭＴ膜が設けられている。さらに、第３の圧電薄膜４３の上に設けられている第６の電極４５も第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と同様に下部側を構成する略２５Åの厚さのＴｉ膜と、この上に上部側を構成する略３０００Åの厚さのＡｕ等の材料からなる膜よりなる。
【００６５】
また、アーム２の主面５上に中心線６を含むように、かつ、第１、第２の電極１０，１１とは離間するように設けられた第１の引き出し電極４７は第５の電極４１と接続されており、第１の引き出し電極４７は第５の電極４１と同様に下部側を構成する略１００Åの厚さのＴｉ膜と、この上に上部側を構成する略４０００Åの厚さのＰｔ−Ｔｉ等の材料からなる膜よりなる。絶縁膜４８はポリイミド等からなり、第１の引き出し電極４７を覆い、かつ、第１、第２の電極１０，１１の間及び第１、第２の圧電薄膜１４，１５の間を埋めるように設けられている。さらに、絶縁膜４８の上には中心線６を含むように、かつ、第３、第４の電極１８，１９とは離間するように第２の引き出し電極５０が設けられ、第６の電極４５と接続されている。第２の引き出し電極５０は第６の電極４５と同様に下部側を構成する略２５Åの厚さのＴｉ膜と、この上に上部側を構成する略３０００Åの厚さのＡｕ等の材料からなる膜よりなる。同じく、アーム３の主面５上に中心線７（図示せず）を含むように、かつ、第１、第２の電極１２，１３とは離間するように第１の引き出し電極が設けられており、この第１の引き出し電極は第５の電極４２と接続されている。この第１の引き出し電極の上には絶縁膜４８と同じ構成の絶縁膜４９が設けられている。さらに、絶縁膜４９の上には中心線７（図示せず）を含むように、かつ、第３、第４の電極２０，２１とは離間するように第２の引き出し電極５１が設けられており、この第２の引き出し電極５１は第６の電極４６と接続されている。
【００６６】
本実施の形態２においては、図８、図９に示すように第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積を第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の面積より一回り大きくし、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３の面積を第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積より一回り大きくしているため、仮に第３、第４の電極１８，２０，１９，２１または第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第１、第２の電極１０，１２，１１，１３との短絡を防ぐことができる。また、第３の圧電薄膜４３，４４の面積を第６の電極４５，４６の面積より一回り大きくし、第５の電極４１，４２の面積を第３の圧電薄膜４３，４４の面積より一回り大きくしているため、仮に第６の電極４５，４６または第３の圧電薄膜４３，４４のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第６の電極４５，４６と第５の電極４１，４２との短絡を防ぐことができる。
【００６７】
図８、図９においては、絶縁膜４８，４９は基本的に第１、第２の電極１０，１１の間、第１、第２の圧電薄膜１４，１５の間、第１、第２の電極１２，１３の間及び第１、第２の圧電薄膜１６，１７の間を埋めるように設けられた例について説明したが、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３の側面全体も含めた周辺部全体及び第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の側面全体も含めた周辺部全体を覆うのがより好ましい。さらに、第５の電極４１，４２の側面全体も含めた周辺部全体及び第３の圧電薄膜４３，４４の側面全体も含めた周辺部全体を絶縁膜で覆うのがより好ましい。このように構成することにより、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１、第６の電極４５，４６、または、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７、第３の圧電薄膜４３，４４のいずれかに大きなパターンニングのずれが生じた場合にも、第１の電極１０と第３の電極１８の間、第１の電極１２と第３の電極２０の間、第２の電極１１と第４の電極１９の間、第２の電極１３と第４の電極２１の間、第５の電極４１と第６の電極４５の間及び第５の電極４２と第６の電極４６の間での短絡を防ぐことができる。
【００６８】
また、共振子ジャイロ４０の寸法は、全幅１ｍｍ、全長５ｍｍ、全厚さ約０．２ｍｍで、駆動方向（Ｘ方向）の１次モードの共振周波数は実施の形態１で述べた通りｆ＝１７ｋＨｚで、検出方向｛（主面５に対して直角な方向）＝Ｚ方向｝の１次モードの共振周波数はｆ＝１６ｋＨｚである。
【００６９】
以下に、角速度の検出原理について説明する。
【００７０】
実施の形態１で説明したようにアーム２，３がＸ方向にｆ＝１７ｋＨｚで共振している状態でＹ軸回りに角速度が印加されると、アーム２，３はコリオリ力によりＺ軸方向に互に逆向きに撓む。この撓みによりアーム２，３上にそれぞれ設けられている第３の圧電薄膜４３，４４には、それぞれ逆向きの電荷が発生する。この逆向きの電荷を第６の電極４５，４６より検出することにより、印加された角速度に対応した出力が得られる。
【００７１】
本実施の形態２において、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が、実施の形態１で説明したようにアーム２，３の中心線６，７（図２に示す）を境に離間されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上した共振子ジャイロ４０を実現できる。また、駆動のための第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７と検出のための第３の圧電薄膜４３，４４も離間されているため、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第６の電極４５，４６間に発生する容量結合成分が低減し、印加された角速度に対する検出出力が安定化（例えば、温度変化に対する検出出力の安定性が高くなる。）した共振子ジャイロ４０を実現できる。
【００７２】
また、本実施の形態２においても実施の形態１と同じく、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３をＧＮＤ電極又は仮想ＧＮＤ電極とし、第３の電極１８，２０に同位相、第４の電極１９，２１に対しては第３の電極１８，２０と逆位相の交流電圧を印加する例について説明してきたが、第１と第４の電極が同相及び第２と第３の電極が同相並びに前記第１と第２の電極が逆相になるように交流電圧を印加することができるため、各圧電薄膜１４，１６，１５，１７へ印加できる駆動電界をより大きくでき、駆動効率がより向上し印加された角速度に対する検出感度をより向上させることができる。また、駆動時間の短縮化、低消費電力化を図ることも可能になる。
【００７３】
本実施の形態２において、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７は、実施の形態１と同様にアーム２，３の中心線６，７を軸にしてそれぞれ対称に配置されているため、共振子ジャイロ４０において所定の振動方向（Ｘ方向）以外への振動漏れが発生しにくく、印加された角速度に対する検出出力の高品位化と一層の高感度化を図ることができる。
【００７４】
また、実施の形態２において、第３の圧電薄膜４３，４４と第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が離間し、かつ、第６の電極４５，４６と第３、第４の電極１８，２０，１９，２１が離間しているため、第６の電極４５，４６と第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の間に発生する容量結合成分が低減し、印加された角速度に対する検出出力の安定化を図ることができる。
【００７５】
また、本実施の形態２において、第１、第２、第３、第４、第５、第６の電極１０，１２，１１，１３，１８，２０，１９，２１，４１，４２，４５，４６、第１、第２の引き出し電極４７（絶縁膜４９下の第１の引き出し電極は図示せず）、５０，５１、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７及び第３の圧電薄膜４３，４４が、アーム２，３の中心線６，７を軸にしてそれぞれ対称に配置されているため、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第６の電極４５，４６の間に発生する容量結合成分及び、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第２の引き出し電極５０，５１の間に発生する容量結合成分をキャンセルすることができるばかりか、Ｘ方向への駆動振動時に第６の電極４５，４６に発生する電荷をキャンセルすることができ、極めて高精度な共振子ジャイロ４０を実現することができる。
【００７６】
本実施の形態２においては、印加された角速度の検出を圧電式に検出する例について説明してきたが、これ以外にも抵抗効果、静電容量効果、光ピックアップ等を用いて検出することも可能である。
【００７７】
（実施の形態３）
図１０（ａ）は本発明の実施の形態３における薄膜微小機械式共振子ジャイロの一方の主面側から見た斜視図、図１０（ｂ）は同共振子ジャイロの他方の主面側から見た斜視図、図１１は同共振子ジャイロのアームのＣ−Ｃ断面図である。本実施の形態３において、実施の形態１，２において述べた構成と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【００７８】
図１０、図１１において、６０は薄膜微小機械式共振子ジャイロ（以下共振子ジャイロと呼ぶ）、６１は共振子ジャイロ６０の一方の主面５と対向する反対側（他方）の主面、６２，６３はアーム２，３の主面６１上にそれぞれ設けられた第５の電極、６４，６５は第５の電極６２，６３上にそれぞれ設けられた第３の圧電薄膜、６６，６７は第３の圧電薄膜６４，６５上にそれぞれ設けられた第６の電極である。第５の電極６２，６３、第３の圧電薄膜６４，６５と第６の電極６６，６７により検知部が構成されている。
【００７９】
共振子ジャイロ６０の検知部を構成する第５の電極６２，６３、第３の圧電薄膜６４，６５と第６の電極６６，６７の材料、製作プロセスも実施の形態１，２で説明したものと基本的に同じである。
【００８０】
本実施の形態３においては、図１０、図１１に示すように第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積を第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の面積より一回り大きくし、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３の面積を第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積より一回り大きくしているため、仮に第３、第４の電極１８，２０，１９，２１または第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第１、第２の電極１０，１２，１１，１３との短絡を防ぐことができる。また、第３の圧電薄膜６４，６５の面積を第６の電極６６，６７の面積より一回り大きくし、第５の電極６２，６３の面積を第３の圧電薄膜６４，６５の面積より一回り大きくしているため、仮に第６の電極６６，６７または第３の圧電薄膜６４，６５のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第６の電極６６，６７と第５の電極６２，６３との短絡を防ぐことができる。
【００８１】
本実施の形態３において、図１０（ａ）に示す駆動部は、図８に示す位置と同じ部位に設けられているが、図１０（ｂ）に示す検知部はシリコン（Ｓｉ）からなるアーム２，３の主面６１上の先端から基部４近傍までの全域に設けられている。何故ならば、検知部は駆動方向（Ｘ方向）の共振周波数のアドミッタンス特性にほとんど影響しない、かつ、駆動部が同一位置に設けられていないため、コリオリ力に起因してアーム２，３に発生する歪が最も大きな基部４近傍を含めて、検出面積を大きくすることが可能であるからである。
【００８２】
本実施の形態３においては、検知部を両アーム２，３の両方の全域にわたって構成した例について説明したが、少なくともいずれか一方のアーム２，３の少なくともいずれか一方の主面６１のほぼ中央部から基部４近傍の間に設けられていればよい。
【００８３】
本実施の形態３においては、駆動部、検知部ともに両アーム２，３の両主面５，６１の少なくとも中央部から基部４近傍の間に設けられているため、印加された角速度に対する検出出力の精度が向上するばかりか、検出出力の高感度化も共に図ることができる。
【００８４】
本実施の形態３において、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が、実施の形態１，２で説明したようにアーム２，３の中心線６，７（図２に示す）を境に離間されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上した共振子ジャイロ６０を実現できる。また、駆動のための第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７と検出のための第３の圧電薄膜６４，６５も離間されているため、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第６の電極６６，６７間に発生する容量結合成分が低減し、印加された角速度に対する検出出力が安定化（例えば、温度変化に対する検出出力の安定性が高くなる。）した共振子ジャイロ６０を実現できる。
【００８５】
また、本実施の形態３においても実施の形態１，２と同じく、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３をＧＮＤ電極又は仮想ＧＮＤ電極とし、第３の電極１８，２０に同位相、第４の電極１９，２１に対しては第３の電極１８，２０と逆位相の交流電圧を印加する際について説明してきたが、第１と第４の電極が同相及び第２と第３の電極が同相並びに前記第１と第２の電極が逆相になるように交流電圧を印加することができるため、各圧電薄膜１４，１６，１５，１７へ印加できる駆動電界をより大きくでき、駆動効率がより向上し印加された角速度に対する検出感度をより向上させることができる。また、起動時間の短縮化、低消費電力化を図ることも可能になる。
【００８６】
本実施の形態３において、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７は、実施の形態１，２と同様にアーム２，３の中心線６，７を軸にしてそれぞれ対称に配置されているため、共振子ジャイロ６０において所定の振動方向（Ｘ方向）以外への振動漏れが発生しにくく、印加された角速度に対する検出出力の高品位化と一層の高感度化を図ることができる。
【００８７】
また、本実施の形態３において、第３の圧電薄膜６４，６５と第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が離間し、かつ、第６の電極６６，６７と第３、第４の電極１８，２０，１９，２１が離間しているため、第６の電極６６，６７と第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の間に発生する容量結合成分が低減し、印加された角速度に対する検出出力の安定化を図ることができる。
【００８８】
（実施の形態４）
図１２は本発明の実施の形態４における薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図、図１３は同共振子ジャイロのアームのＤ−Ｄ断面図である。本実施の形態４において、実施の形態１，２，３において述べた構成と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【００８９】
図１２、図１３において、７０は薄膜微小機械式共振子ジャイロ（以下、共振子ジャイロと呼ぶ）、７１は絶縁膜としての第４の圧電薄膜である。第４の圧電薄膜７１の材料、製作プロセスも実施の形態１，２，３で説明したものと基本的に同じである。
【００９０】
アーム２の主面５上に中心線６を含むように、かつ、第１、第２の電極１０，１１とは離間するように設けられた第１の引き出し電極４７（この第１の引き出し電極４７は、第５の電極４１と接続されている）上に略２００Åの厚さのＰＬＭＴ膜を介して第１、第２、第３の圧電薄膜１４，１５，４３と同じ厚さのＰＺＴ等からなる第４の圧電薄膜７１が設けられている。さらに、この第４の圧電薄膜７１は第３の圧電薄膜４３に接続され、かつ、この第４の圧電薄膜７１の上に第２の引き出し電極５０が設けられている。また、アーム３の主面５上に設けられた第１の引き出し電極（図示せず）上にもアーム２の主面５上に設けられた構成とまったく同じ構成で第４の圧電薄膜（図示せず）、第２の引き出し電極５１が設けられている。
【００９１】
本実施の形態４においては、第１の引き出し電極４７（アーム３上の第１の引き出し電極は図示せず）と第２の引き出し電極５０，５１の間の絶縁膜として第４の圧電薄膜７１（第２の引き出し電極５１の下の第４の圧電薄膜は図示せず）が用いられているため、量産性が一段と向上する。
【００９２】
本実施の形態４において、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が、実施の形態１，２，３で説明したようにアーム２，３の中心線６，７（図２に示す）を境に離間されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度の向上した共振子ジャイロ７０を実現できる。また、駆動のための第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７と検出のための第３の圧電薄膜４３，４４も離間されているため、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第６の電極４５，４６間に発生する容量結合成分が低減し、印加された角速度に対する検出出力が安定化（例えば、温度変化に対する検出出力の安定性が高くなる。）した共振子ジャイロ７０を実現できる。
【００９３】
また、本実施の形態４においても実施の形態１，２，３と同じく、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３をＧＮＤ電極又は仮想ＧＮＤ電極とし、第３の電極１８，２０に同位相、第４の電極１９，２１に対しては第３の電極１８，２０と逆位相の交流電圧を印加する例について説明してきたが、第１と第４の電極が同相及び第２と第３の電極が同相並びに前記第１と第２の電極が逆相になるように交流電圧を印加することができるため、各圧電薄膜１４，１６，１５，１７へ印加できる駆動電界をより大きくでき、駆動効率がより向上し印加された角速度に対する検出感度をより向上させることができる。また、起動時間の短縮化、低消費電力化を図ることも可能になる。
【００９４】
本実施の形態４において、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７は、実施の形態１，２，３と同様にアーム２，３の中心線６，７を軸にしてそれぞれ対称に配置されているため、共振子ジャイロ７０において所定の振動方向（Ｘ方向）以外への振動漏れが発生しにくく、印加された角速度に対する検出出力の高品位化と一層の高感度化を図ることができる。
【００９５】
また、本実施の形態４において、第３の圧電薄膜４３，４４と第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が離間し、かつ、第６の電極４５，４６と第３、第４の電極１８，２０，１９，２１が離間しているため、第６の電極４５，４６と第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の間に発生する容量結合成分が低減し、印加された角速度に対する検出出力の安定化を図ることができる。
【００９６】
また、本実施の形態４において、第１、第２、第３、第４、第５、第６の電極１０，１２，１１，１３，１８，２０，１９，２１，４１，４２，４５，４６、第１、第２の引き出し電極４７（アーム３上の第１の引き出し電極は図示せず），５０，５１、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７及び第３の圧電薄膜４３，４４が、アーム２，３の中心線６，７を軸にしてそれぞれ対称に配置されているため、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第６の電極４５，４６の間に発生する容量結合成分及び、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第２の引き出し電極５０，５１の間に発生する容量結合成分をキャンセルすることができるばかりか、Ｘ方向への駆動振動時に第６の電極４５，４６に発生する電荷をキャンセルすることができ、極めて高精度な共振子ジャイロ７０を実現することができる。
【００９７】
本実施の形態４においては、図１２、図１３に示すように第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積を第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の面積より一回り大きくし、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３の面積を第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積より一回り大きくしているため、仮に第３、第４の電極１８，２０，１９，２１または第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第１、第２の電極１０，１２，１１，１３との短絡を防ぐことができる。また、第３の圧電薄膜４３，４４の面積を第６の電極４５，４６の面積より一回り大きくし、第５の電極４１，４２の面積を第３の圧電薄膜４３，４４の面積より一回り大きくしているため、仮に第６の電極４５，４６または第３の圧電薄膜４３，４４のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第６の電極４５，４６と第５の電極４１，４２との短絡を防ぐことができる。また、第４の圧電薄膜７１（第２の引き出し電極５１の下の第４の圧電薄膜は図示せず）の面積を第２の引き出し電極５０，５１の面積より一回り大きくし、第１の引き出し電極４７（アーム３上の第１の引き出し電極は図示せず）の面積を第４の圧電薄膜７１（第２の引き出し電極５１の下の第４の圧電薄膜は図示せず）の面積より一回り大きくしているため、仮に第２の引き出し電極５０，５１または第４の圧電薄膜７１（第２の引き出し電極５１の下の第４の圧電薄膜は図示せず）のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第２の引き出し電極５０，５１と第１の引き出し電極４７（アーム３上の第１の引き出し電極は図示せず）との短絡を防ぐことができる。
【００９８】
また、本実施の形態２，３，４においては、機械的強度が大であることや半導体プロセス技術により高精度な加工が容易であるという点から共振子ジャイロ４０，６０，７０の音叉構造体にシリコン（Ｓｉ）を用いているため、大きな振幅で音叉共振させることが可能となり、印加された角速度に対する検出出力を高感度にすることが可能である。また、音叉構造体は非圧電材料であれば例えば、ダイヤモンド、溶融石英、アルミナ、ＧａＡｓ等などを用いることも可能である。
【００９９】
実施の形態２，３，４においても、実施の形態１に述べたと同様に圧電薄膜としてはＰＺＴ以外にもＰＺＴ系の材料を用いることは当然可能である。これにより、圧電薄膜の圧電定数が大きく、電気・機械変換効率が高くなり、印加された角速度に対する検出出力の高感度化を図ることが可能となる。また、圧電薄膜の配向に関しても、実施の形態１で述べたと同様に（００１）面がアームの主面に配向した菱面体晶構造、または、（１１１）面がアームの主面に配向した正方晶構造のものを用いることは当然可能である。これにより、印加された駆動電界の方向に対して複数の分極のベクトルの角度が全て等しくなり、印加された角速度に対する検出出力が安定する。
【０１００】
実施の形態２，３，４においては、両アーム２，３共に駆動部を設けた例について説明してきたが、少なくともいずれか一方のアームの少なくともいずれか一方の主面のほぼ中央部から基部近傍の間に設けられていればよい。
【０１０１】
実施の形態２，３，４で説明した共振子ジャイロ４０，６０，７０は、印加された角速度に対する検出出力が高精度、かつ、高感度であるため、この出力を用いることにより、ナビゲーションシステムの高精度化を図ることができる。同様に、ヨーレートセンサ、ピッチングセンサとしてこの出力を用いることにより自動車の安定走行及びローリングセンサとしてこの出力を用いることによりエアバッグシステムにおける高精度な制御が可能となる。その他にもカメラ等様々な機器やシステムに本共振子ジャイロ４０，６０，７０を用いることができる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、薄膜微小機械式共振子において、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と、この第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と、この第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように、または、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げず、駆動効率の向上した薄膜微小機械式共振子が得られる。
【０１０３】
また、本発明は、薄膜微小機械式共振子ジャイロにおいて、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられた検知部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した前記アームの撓みを前記検知部により電気的または光学的な出力として検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように、または、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上した薄膜微小機械式共振子ジャイロが得られる。
【０１０４】
また、本発明は、薄膜微小機械式共振子ジャイロにおいて、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記主面上に設けられた前記第１、第２の電極に対して離間しかつ前記第１、第２の電極よりも前記アームの先端側に設けられた第５の電極と前記第５の電極上に設けられた第３の圧電薄膜と前記第３の圧電薄膜上に設けられた第６の電極とを有する検知部と、前記第１、第２の電極の間に離間するように設けられ前記第５の電極と接続された第１の引き出し電極と前記第１の引き出し電極上に設けられた第４の圧電薄膜と前記第４の圧電薄膜上に設けられ前記第６の電極と接続された第２の引き出し電極とを有するリード部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した振動によって生ずる電荷を前記第６の電極により検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように、または、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上した薄膜微小機械式共振子ジャイロが得られる。また、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極の間の絶縁膜として第４の圧電薄膜が用いられているため、量産性が一段と向上した薄膜微小機械式共振子ジャイロが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における薄膜微小機械式共振子の斜視図
【図２】 同共振子のアームのＡ−Ａ断面図
【図３】 同共振子の駆動部の動作を説明するための斜視図
【図４】 同共振子の駆動部の動作を説明するための斜視図
【図５】 同共振子のアームを構成する材料のスティフネスを示す特性図
【図６】 菱面体晶構造の圧電薄膜の分極状態を説明する図
【図７】 正方晶構造の圧電薄膜の分極状態を説明する図
【図８】 本発明の実施の形態２における薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図
【図９】 同共振子ジャイロのアームのＢ−Ｂ断面図
【図１０】 （ａ）本発明の実施の形態３における薄膜微小機械式共振子ジャイロの一方の主面側から見た斜視図
（ｂ）同共振子ジャイロの他方の主面側から見た斜視図
【図１１】 同共振子ジャイロのアームのＣ−Ｃ断面図
【図１２】 本発明の実施の形態４における薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図
【図１３】 同共振子ジャイロのアームのＤ−Ｄ断面図
【図１４】 従来の薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図
【図１５】 同共振子ジャイロの駆動部のＥ−Ｅ断面図
【符号の説明】
１ 薄膜微小機械式共振子
２，３ アーム
４ 基部
５，６１ 主面
６，７ 中心線
１０，１２ 第１の電極
１１，１３ 第２の電極
１４，１６ 第１の圧電薄膜
１５，１７ 第２の圧電薄膜
１８，２０ 第３の電極
１９，２１ 第４の電極
３１ 分極方向を示す矢印
３２，３３ 伸縮方向を示す矢印
４０，６０，７０ 薄膜微小機械式共振子ジャイロ
４１，４２，６２，６３ 第５の電極
４３，４４，６４，６５ 第３の圧電薄膜
４５，４６，６６，６７ 第６の電極
４７ 第１の引き出し電極
４８，４９ 絶縁膜
５０，５１ 第２の引き出し電極
７１ 第４の圧電薄膜
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜微小機械式共振子、薄膜微小機械式共振子ジャイロ、この薄膜微小機械式共振子ジャイロを用いたナビゲーションシステム及び自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の薄膜微小機械式共振子ジャイロとしては、特許文献１に記載されたものが知られている。この薄膜微小機械式共振子ジャイロについて、図１４、図１５を用いて説明する。図１４はこの薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図である。図１５は図１４に示す薄膜微小機械式共振子ジャイロの駆動部のＥ−Ｅ断面図である。
【０００３】
図１４において、１０１は２つのアーム１０２，１０３を備えた非圧電材からなる音叉、１０４，１０５は音叉１０１のアーム１０２，１０３の主面上にそれぞれ配置された圧電薄膜、１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は各圧電薄膜１０４，１０５へそれぞれ接続された電極である。電極１０７，１０８，１１０，１１１に交流電圧を印加することにより音叉１０１が共振する。
【０００４】
図１５において、１２１はアーム１０２の中心線、１３１は圧電薄膜１０４においてその上部に電極１０７，１０８が設けられていない部分の幅、１４１は圧電薄膜１０４に対して電極１０７から電極１０８に向かって加わる電界の方向を示す矢印である。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５４３８２３１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような薄膜微小機械式共振子ジャイロにおいては、電極１０７，１０８にそれぞれ対向する電極１０６が連続した一枚の形状をしているため、矢印１４１に示すような駆動に寄与しない電界成分が発生しやすい。
【０００７】
また、電極１０７，１０８の下に設けられた圧電薄膜１０４も連続した一枚の形状をしているため、例えば、電極１０７と電極１０６に挟まれた圧電薄膜１０４がＹ軸方向に伸びようとする時に、連続した圧電薄膜１０４の幅１３１の存在により、その伸びが抑制されてしまう。同じく、電極１０８と電極１０６に挟まれた圧電薄膜１０４がＹ軸方向に縮もうとする時に、連続した圧電薄膜１０４の幅１３１の存在により、その縮みが抑制されてしまう。
【０００８】
上述のような要因により、音叉１０１の駆動効率が低下するという課題を有していた。
【０００９】
本発明はこの課題を解決するものであり、駆動効率を向上させた薄膜微小機械式共振子、駆動効率の向上により印加された角速度に対する検出感度が向上した薄膜微小機械式共振子ジャイロ、この薄膜微小機械式共振子ジャイロを用いたナビゲーションシステム及び自動車を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の薄膜微小機械式共振子は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と、この第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と、この第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように、または、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されている。
【００１１】
この構成により、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げないため、駆動効率を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の薄膜微小機械式共振子ジャイロは、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられた検知部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した前記アームの撓みを前記検知部により電気的または光学的な出力として検出するように構成され、前記音叉は、シリコ ン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように、または、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されている。
【００１３】
この構成により、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出感度が向上する。
【００１４】
また、本発明の薄膜微小機械式共振子ジャイロは、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記主面上に設けられた前記第１、第２の電極に対して離間しかつ前記第１、第２の電極よりも前記アームの先端側に設けられた第５の電極と前記第５の電極上に設けられた第３の圧電薄膜と前記第３の圧電薄膜上に設けられた第６の電極とを有する検知部と、前記第１、第２の電極の間に離間するように設けられ前記第５の電極と接続された第１の引き出し電極と前記第１の引き出し電極上に設けられた第４の圧電薄膜と前記第４の圧電薄膜上に設けられ前記第６の電極と接続された第２の引き出し電極とを有するリード部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した振動によって生ずる電荷を前記第６の電極により検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように、または、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されている。
【００１５】
この構成により、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出感度が向上する。さらに、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極の間の絶縁膜として第４の圧電薄膜が用いられているため、量産性が一段と向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と、この第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と、この第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げず、駆動効率が向上するという作用を有する。
【００１７】
また、音叉がシリコン（Ｓｉ）からなるため、共振子の形状を加工する際に半導体プロセス技術を使用することができ、高精度に共振子を加工することが可能となるばかりか、機械的強度が大きいため大きな振幅で音叉を共振させることができるという作用を有する。
【００１８】
さらに、シリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにしているため、振動方向に対してスティフネスの高い方向が利用でき固有共振周波数の高い共振子が得られるという作用を有する。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と、この第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と、この第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げず、駆動効率が向上するという作用を有する。
【００２０】
また、音叉がシリコン（Ｓｉ）からなるため、共振子の形状を加工する際に半導体プロセス技術を使用することができ、高精度に共振子を加工することが可能となるばかりか、機械的強度が大きいため大きな振幅で音叉を共振させることができるという作用を有する。
【００２１】
さらに、シリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにしているため、角度のズレに対するスティフネスの変化が小さく音叉の固有共振周波数のバラツキの小さい共振子が得られるという作用を有する。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられた検知部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した前記アームの撓みを前記検知部により電気的または光学的な出力として検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上するという作用を有する。
【００２３】
また、音叉がシリコン（Ｓｉ）からなるため、音叉形状に加工する際に半導体プロセス技術を使用することができ、高精度に加工することが可能となるばかりか、機械的強度が大きいため大きい振幅で音叉を共振でき、印加された角速度に対する検出出力の高感度化を図ることができるという作用を有する。
【００２４】
さらに、シリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにしているため、振動方向に対してスティフネスの高い方向が利用でき固有共振周波数の高い共振子からなるジャイロが得られる という作用を有する。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられた検知部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した前記アームの撓みを前記検知部により電気的または光学的な出力として検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上するという作用を有する。
【００２６】
また、音叉がシリコン（Ｓｉ）からなるため、音叉形状に加工する際に半導体プロセス技術を使用することができ、高精度に加工することが可能となるばかりか、機械的強度が大きいため大きい振幅で音叉を共振でき、印加された角速度に対する検出出力の高感度化を図ることができるという作用を有する。
【００２７】
さらに、シリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面の共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにしているため、角度のズレに対するスティフネスの変化が小さくなり音叉の固有共振周波数のバラツキの小さい共振子からなるジャイロが得られるという作用を有する。
【００２８】
請求項５に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記主面上に設けられた前記第１、第２の電極に対して離間しかつ前記第１、第２の電極よりも前記アームの先端側に設けられた第５の電極と前記第５の電極上に設けられた第３の圧電薄膜と前記第３の圧電薄膜上に設けられた第６の電極とを有する検知部と、前記第１、第２の電極の間に離間するように設けられ前記第５の電極と接続された第１の引き出し電極と前記第１の引き出し電極上に設けられた第４の圧電薄膜と前記第４の圧電薄膜上に設けられ前記第６の電極と接続された第２の引き出し電極とを有するリード部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した振動によって生ずる電荷を前記第６の電極により検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上するという作用を有する。さらに、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極の間の絶縁膜として第４の圧電薄膜が用いられているため、量産性が一段と向上する。
【００２９】
また、音叉がシリコン（Ｓｉ）からなるため、音叉形状に加工する際に半導体プロセス 技術を使用することができ、高精度に加工することが可能となるばかりか、機械的強度が大きいため大きい振幅で音叉を共振でき、印加された角速度に対する検出出力の高感度化を図ることができるという作用を有する。
【００３０】
さらに、シリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにしているため、振動方向に対してスティフネスの高い方向が利用でき固有共振周波数の高い共振子からなるジャイロが得られるという作用を有する。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記主面上に設けられた前記第１、第２の電極に対して離間しかつ前記第１、第２の電極よりも前記アームの先端側に設けられた第５の電極と前記第５の電極上に設けられた第３の圧電薄膜と前記第３の圧電薄膜上に設けられた第６の電極とを有する検知部と、前記第１、第２の電極の間に離間するように設けられ前記第５の電極と接続された第１の引き出し電極と前記第１の引き出し電極上に設けられた第４の圧電薄膜と前記第４の圧電薄膜上に設けられ前記第６の電極と接続された第２の引き出し電極とを有するリード部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した振動によって生ずる電荷を前記第６の電極により検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上するという作用を有する。さらに、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極の間の絶縁膜として第４の圧電薄膜が用いられているため、量産性が一段と向上する。
【００３２】
また、音叉がシリコン（Ｓｉ）からなるため、音叉形状に加工する際に半導体プロセス技術を使用することができ、高精度に加工することが可能となるばかりか、機械的強度が大きいため大きな振幅で音叉を共振でき、印加された角速度に対する検出出力の高感度化を図ることができるという作用を有する。
【００３３】
さらに、シリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにしているため、角度のズレに対するスティフネスの変化が小さくなり音叉の固有共振周波数のバラツキの小さい共振子からなるジャイロが得られるという作用を有する。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１３を用いて説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は本発明の薄膜微小機械式共振子の実施の形態１の斜視図、図２は同共振子のアームのＡ−Ａ断面図、図３は同共振子の駆動部の動作を説明するための斜視図、図４は同共振子の駆動部の動作を説明するための斜視図、図５は同共振子のアームを構成する材料のスティフネスを示す特性図、図６は菱面体晶構造の圧電薄膜の分極状態を説明する図、図７は正方晶構造の圧電薄膜の分極状態を説明する図である。
【００３６】
図１〜図４において、１は薄膜微小機械式共振子（以下、共振子と呼ぶ）、２，３は共振子１のアーム、４は共振子１の基部、５は共振子１の主面、６，７はアーム２，３の中心線、１０，１１はアーム２の主面５上に中心線６を境に内側、外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極、１２，１３はアーム３の主面５上に中心線７を境に内側、外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極、１４，１６はアーム２，３の中心線６，７を境に内側であり、かつ、第１の電極１０，１２上にそれぞれ設けられた第１の圧電薄膜、１５，１７はアーム２，３の中心線６，７を境に外側であり、かつ、第２の電極１１，１３上にそれぞれ設けられた第２の圧電薄膜、１８，２０は第１の圧電薄膜１４，１６の上にそれぞれ設けられた第３の電極、１９，２１は第２の圧電薄膜１５，１７の上にそれぞれ設けられた第４の電極である。
【００３７】
共振子１は、２つのアーム２，３とアーム２，３を連結する基部４とを有したシリコン（Ｓｉ）から音叉を基材としている。
【００３８】
図２は図１における共振子１のアーム２，３におけるＡ−Ａ断面図である。
【００３９】
アーム２上に設けられた第１の圧電薄膜１４と第２の圧電薄膜１５は中心線６を境に離間している。同様にアーム３上に設けられた第１の圧電薄膜１６と第２の圧電薄膜１７は中心線７を境に離間している。また、第３の電極１８と第４の電極１９も中心線６を境に離間しており、第３の電極２０と第４の電極２１も中心線７を境に離間している。
【００４０】
第１の圧電薄膜１４，１６、第２の圧電薄膜１５，１７は、いずれもチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である。
【００４１】
以下に共振子１の製作プロセスを簡単に説明する。初めに、略厚さ０．２ｍｍの（１１０）面のシリコン（Ｓｉ）ウエハを準備し、このシリコン（Ｓｉ）ウエハ上に第１、第２の電極１０，１２，１１，１３としての下部側を構成するＴｉをスパッタもしくは蒸着により略１００Åの厚さとなるように成膜し、この上に上部側を構成するＰｔ−Ｔｉ等の材料をスパッタもしくは蒸着により略４０００Åの厚さとなるように成膜し、次にＰＺＴ等の圧電薄膜の良好な配向を得るための製造条件の許容範囲を広くすることができるランタンとマグネシウムが添加されたチタン酸鉛（ＰＬＭＴ）膜（図示せず）をスパッタにより略２００Åの厚さとなるように成膜し、この上に第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７としてのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）をスパッタにより、略２〜３μｍの厚さとなるように成膜する。この後、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１としての下部側を構成するＴｉをスパッタもしくは蒸着により略２５Åの厚さとなるように成膜し、この上に上部側を構成するＡｕ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ等の材料をスパッタもしくは蒸着により略３０００Åの厚さとなるように成膜する。この後、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、図１、図２に示すような第３、第４の電極１８，２０，１９，２１、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７、ＰＬＭＴ膜、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、アーム２，３、基部４の形状に加工し、音叉形状の共振子１を得る。このとき、共振子１の振動方向（Ｘ方向）とシリコン（Ｓｉ）の（１−１１）面または（−１１１）面が直角になるようにパターンニングすることにより、振動方向に対してヤング率の高い方向が利用でき固有共振周波数の高い共振子１とすることができる。上記プロセスにより形成された共振子１の寸法は、全幅１ｍｍ、全長５ｍｍ、全厚さ約０．２ｍｍで、駆動方向（Ｘ方向）の１次モードの共振周波数は（ｆ＝１７ｋＨｚ）である。
【００４２】
以下に、この共振子１の動作原理について説明する。
【００４３】
図３、図４において、３１は分極方向を示す矢印、３２，３３は第１の圧電薄膜１４の伸縮方向を示す矢印である。
【００４４】
図３、図４において、第１の電極１０と第３の電極１８の間に約ＤＣ２０Ｖを印加すると、両電極１０，１８に挟まれた第１の圧電薄膜１４の分極ベクトルの方向は一方向に揃う。例えば、第１の電極１０がプラス側に、第３の電極１８がマイナス側になるようにＤＣ電圧を印加すると、矢印３１に示すような方向に分極ベクトルが向く。以上は、第１の圧電薄膜１４についてのみ説明したが、第１の圧電薄膜１６、第２の圧電薄膜１５，１７も同じように矢印３１に示すような方向に分極ベクトルが向く。このような第１の圧電薄膜１４に対して図３に示すように第３の電極１８側が第１の電極１０側よりも高電位になるように電圧を印加すると第１の圧電薄膜１４は矢印に示す方向の分極ベクトルと垂直な矢印３２の方向に伸びる。逆に、図４に示すように第３の電極１８側が第１の電極１０よりも低電位になるように電圧を印加すると第１の圧電薄膜１４は矢印３１に示す方向の分極ベクトルと垂直な矢印３３の方向に縮む。
【００４５】
したがって、第１の電極１０をＧＮＤ電極又は仮想ＧＮＤ電極とし、第３の電極１８に交流電圧を印加すると、第１の圧電薄膜１４は矢印３２，３３に示すように伸び縮みする。以上は、アーム２上の内側に設けられた駆動部について説明したが、アーム２上の外側に設けられた駆動部、アーム３上の内側、外側に設けられた駆動部についても同様な動作をする。
【００４６】
また、図２に示す第３、第４の電極１８，１９に互いに位相が１８０°異なる交流電圧を印加することで、第１の圧電薄膜１４が伸びる場合は、第２の圧電薄膜１５は縮む。逆に、第１の圧電薄膜１４が縮む場合は、第２の圧電薄膜１５は伸びる。
【００４７】
以上の原理に基づき、第３の電極１８，２０に同位相、第４の電極１９，２１に対しては第３の電極１８，２０と逆位相の交流電圧を印加すると、共振子１のアーム２，３は互いに逆方向（Ｘ方向）に音叉共振する。また、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の伸び縮みの量をより均等に発生させ、共振子１をより安定に振動させるためには、アーム２，３のそれぞれの中心線６，７を軸として、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７及び第３、第４の電極１８，２０，１９，２１をほぼ対称に配置することが好ましい。これにより、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７に発生する駆動電界のバランスが良くなり、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の伸び縮みを均等にし、共振子１における所定の振動方向（Ｘ方向）以外への振動漏れが発生しにくくなる。その結果、共振子１の駆動効果が一層向上する。また、共振子１を構成するアーム２，３、基部４もアーム２，３に平行な軸とほぼ対称とすることで、安定な共振が得られる。
【００４８】
本実施の形態１においては、共振子１の両方のアーム２，３の一方の主面５に第１、第２、第３、第４の電極及び第１、第２の圧電薄膜を設ける構成について説明してきたが、一方のアームの一方の主面のみ、または、両主面に第１、第２、第３、第４の電極及び第１、第２の圧電薄膜を設けて駆動共振させることも可能である。
【００４９】
図５はシリコン（Ｓｉ）（１１０）面ウエハにおいて、方向によるスティフネスの違いを示す特性図であり、縦軸はスティフネス、横軸は方向に対応した回転角度であり、０度の＜１−１０＞方向を基点としている。また、図５において、４５度あるいは１３５度のスティフネスが最大になることがわかる。回転角度４５度、１３５度は、それぞれ＜１−１１＞方向、＜−１１１＞方向に対応する。したがって、共振子１の共振方向をスティフネスが最大となる＜１−１１＞方向、＜−１１１＞方向に選べば、より固有共振周波数の高い共振子を実現することができる。
【００５０】
図６は図１に示すアーム２，３の主面５に平行に（００１）面が配向した菱面体晶構造の第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の＜００１＞方向に分極処理を行った後の分極状態を示す。第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の＜００１＞方向に印加する駆動電界に対して、４つの分極ベクトル方向＜１１１＞、＜１−１１＞、＜−１−１１＞、＜−１１１＞は等価となり、大きな駆動電界を加えても４つの分極ベクトルが回転することがないため、圧電定数のヒステリシスが少なくなるため、ヒステリシスの少ない共振子１を提供することができる。
【００５１】
図７は、別の圧電薄膜の例として、図１に示すアーム２，３の主面５に平行に（１１１）面が配向した正方晶構造の第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の＜１１１＞方向に分極処理を行った後の分極状態を示す。第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の＜１１１＞方向に印加する電界に対して、３つの分極ベクトル方向＜１００＞、＜０１０＞、＜００１＞は等価となり、大きな駆動電界を加えても分極ベクトルが回転することがないために、圧電定数のヒステリシスが少なくなるため、ヒステリシスの少ない共振子１を提供することができる。
【００５２】
図１に示すように駆動部を構成する第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１は、アーム２，３の主面５の中央部から基部４近傍の間に設けるのが好ましい。何故ならば、アーム２，３の主面５上においてアーム２，３の中央部よりも先端側に第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１を配置すると、共振子１のアーム２，３の駆動方向（Ｘ方向）の１次モードの共振周波数（ｆ＝１７ｋＨｚ）におけるアドミッタンスよりも駆動方向（Ｘ方向）の２次モードの共振周波数（ｆ＝１１０ｋＨｚ）におけるアドミッタンスが大きくなるため、例えば１次モードの共振周波数で振動させても外部から衝撃等が印加された場合、２次モードの共振周波数で振動してしまう可能性が高いからである。
【００５３】
本実施の形態１においては、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３をＧＮＤ電極又は仮想ＧＮＤ電極とし、第３の電極１８，２０に同位相、第４の電極１９，２１に対しては第３の電極１８，２０と逆位相の交流電圧を印加する例について説明してきたが、第１の電極１０と第２の電極１１及び第１の電極１２と第２の電極１３がそれぞれ離間しているため、第１の電極１０，１２と第４の電極１９，２１が同相及び第２の電極１１，１３と第３の電極１８，２０が同相ならびに第１の電極１０，１２と第２の電極１１，１３が逆相になるように交流電圧を印加することで、各圧電薄膜１４，１６，１５，１７へ印加できる駆動電界を大きくできると同時に、各圧電薄膜１４，１６，１５，１７へ印加する駆動電界の微調整が可能になる。
【００５４】
本実施の形態１においては、図１、図２に示すように、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積を第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の面積より一回り大きくし、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３の面積を第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積より一回り大きくしているため、仮に第３、第４の電極１８，２０，１９，２１または第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第１、第２の電極１０，１２，１１，１３との短絡を防ぐことができる。
【００５５】
また、本実施の形態１においては、図１、図２に示すように第１、第２の電極１０，１２，１１，１３と第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が露出する例について説明してきたが、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３と第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の周辺部をポリイミド等の絶縁膜で覆うことにより、仮に第３、第４の電極１８，２０，１９，２１または第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７のいずれかに大きなパターンニングのずれが生じた場合でも第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第１、第２の電極１０，１２，１１，１３との短絡を防ぐことができる。
【００５６】
また、本実施の形態１においては、機械的に強度が大であることや半導体プロセス技術により高精度な加工が容易であるという点から音叉構造体にシリコン（Ｓｉ）を用いた例について説明してきたが、非圧電材料であれば例えば、ダイヤモンド、溶融石英、アルミナ、ＧａＡ等などを用いることも可能である。
【００５７】
また、本実施の形態１においては、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３が、下部に設けられたＴｉ膜と上部に設けられたＰｔ−Ｔｉ膜からなるため、Ｔｉ膜がシリコンからなる主面５及びＰｔ−Ｔｉ膜と密着性が強固で、Ｐｔ−Ｔｉ膜がアーム２，３の主面５に平行に（００１）面が配向した菱面体晶構造、または、（１１１）面が配向した正方晶構造のＰＺＴからなる第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７を良好に形成でき、ヒステリシスの少ない共振子１が実現できる。また、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３の上部側にはＩｒ−Ｔｉ膜等も使用可能である。しかし、必ずしもこれらの構成のみに限定されるものではない。
【００５８】
また、本実施の形態１においては、圧電薄膜の材料としてＰＺＴを用いて説明してきたが、ＰＺＴにＭｇ，Ｎｂ，Ｍｎの内から少なくとも１つを加えたＰＺＴ系の材料を用いることも可能である。このようにＰＺＴ，ＰＺＴ系の材料を用いることで圧電定数が大きいため、電気・機械変換効率が高くなる。圧電薄膜を形成する手法は、スパッタ法以外に、蒸着法、ゾル・ゲル法、レーザーアブレーション法、水熱合成法、ＣＶＤ法によっても形成することが可能である。
【００５９】
本実施の形態１に示す構成により、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の下側に形成される第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３がそれぞれ離間されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げず、共振子１の駆動効率が向上する。
【００６０】
また、図１に示すように音叉形状の共振子１の一方の主面５のみに第１、第２、第３、第４の電極１０，１２，１１，１３，１８，２０，１９，２１及び第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７を構成しており、簡易なプロセスで作製可能であり量産性に優れる。
【００６１】
また、本実施の形態においては、アーム２，３、基部４からなる音叉の主面５としてシリコン（Ｓｉ）（１１０）面ウエハの例について説明したが、シリコン（Ｓｉ）（１００）面ウエハを用いることも可能である。このウエハに関して、０度の＜０１０＞方向を基点とする方向（回転角度）によるスティフネスを考察すると、＜０１０＞方向、＜０１１＞方向または＜００１＞方向において角度のズレに対するスティフネスの変化が小さくなる。したがって、（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角にすることで、角度のズレに対するスティフネスの変化が小さく音叉の固有共振周波数のバラツキの小さい共振子が得られる。また、＜０１１＞方向はスティフネスも大きいため、この方向を採用することで固有共振周波数の高い共振子を実現することもできる。
【００６２】
（実施の形態２）
図８は本発明の実施の形態２における薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図、図９は同共振子ジャイロのアームのＢ−Ｂ断面図である。本実施の形態２において、実施の形態１において述べた構成と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【００６３】
図８、図９において、４０は薄膜微小機械式共振子ジャイロ（以下、共振子ジャイロと呼ぶ）、４１，４２は第５の電極、４３，４４は第３の圧電薄膜、４５，４６は第６の電極、４７は第１の引き出し電極、４８，４９は絶縁膜、５０，５１は第２の引き出し電極である。
【００６４】
シリコン（Ｓｉ）からなるアーム２，３の主面５上のほぼ中央部から先端の間に印加された角速度を検出するための検知部が設けられている。この検知部は、アーム２，３の主面５上にそれぞれ設けられた第５の電極４１，４２とこの第５の電極４１，４２上にそれぞれ設けられた第３の圧電薄膜４３，４４とこの第３の圧電薄膜４３，４４上にそれぞれ設けられた第６の電極４５，４６とから構成されている。第５の電極４１，４２は、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３と同様に下部側を構成する略１００Åの厚さのＴｉ膜と、この上に上部側を構成する略４０００Åの厚さのＰｔ−Ｔｉ等の材料からなる膜よりなる。同じく、Ｐｔ−Ｔｉ等の材料からなる膜とＰＺＴ等からなる第３の圧電薄膜４３との間には略２００Åの厚さのＰＬＭＴ膜が設けられている。さらに、第３の圧電薄膜４３の上に設けられている第６の電極４５も第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と同様に下部側を構成する略２５Åの厚さのＴｉ膜と、この上に上部側を構成する略３０００Åの厚さのＡｕ等の材料からなる膜よりなる。
【００６５】
また、アーム２の主面５上に中心線６を含むように、かつ、第１、第２の電極１０，１１とは離間するように設けられた第１の引き出し電極４７は第５の電極４１と接続されており、第１の引き出し電極４７は第５の電極４１と同様に下部側を構成する略１００Åの厚さのＴｉ膜と、この上に上部側を構成する略４０００Åの厚さのＰｔ−Ｔｉ等の材料からなる膜よりなる。絶縁膜４８はポリイミド等からなり、第１の引き出し電極４７を覆い、かつ、第１、第２の電極１０，１１の間及び第１、第２の圧電薄膜１４，１５の間を埋めるように設けられている。さらに、絶縁膜４８の上には中心線６を含むように、かつ、第３、第４の電極１８，１９とは離間するように第２の引き出し電極５０が設けられ、第６の電極４５と接続されている。第２の引き出し電極５０は第６の電極４５と同様に下部側を構成する略２５Åの厚さのＴｉ膜と、この上に上部側を構成する略３０００Åの厚さのＡｕ等の材料からなる膜よりなる。同じく、アーム３の主面５上に中心線７（図示せず）を含むように、かつ、第１、第２の電極１２，１３とは離間するように第１の引き出し電極が設けられており、この第１の引き出し電極は第５の電極４２と接続されている。この第１の引き出し電極の上には絶縁膜４８と同じ構成の絶縁膜４９が設けられている。さらに、絶縁膜４９の上には中心線７（図示せず）を含むように、かつ、第３、第４の電極２０，２１とは離間するように第２の引き出し電極５１が設けられており、この第２の引き出し電極５１は第６の電極４６と接続されている。
【００６６】
本実施の形態２においては、図８、図９に示すように第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積を第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の面積より一回り大きくし、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３の面積を第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積より一回り大きくしているため、仮に第３、第４の電極１８，２０，１９，２１または第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第１、第２の電極１０，１２，１１，１３との短絡を防ぐことができる。また、第３の圧電薄膜４３，４４の面積を第６の電極４５，４６の面積より一回り大きくし、第５の電極４１，４２の面積を第３の圧電薄膜４３，４４の面積より一回り大きくしているため、仮に第６の電極４５，４６または第３の圧電薄膜４３，４４のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第６の電極４５，４６と第５の電極４１，４２との短絡を防ぐことができる。
【００６７】
図８、図９においては、絶縁膜４８，４９は基本的に第１、第２の電極１０，１１の間、第１、第２の圧電薄膜１４，１５の間、第１、第２の電極１２，１３の間及び第１、第２の圧電薄膜１６，１７の間を埋めるように設けられた例について説明したが、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３の側面全体も含めた周辺部全体及び第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の側面全体も含めた周辺部全体を覆うのがより好ましい。さらに、第５の電極４１，４２の側面全体も含めた周辺部全体及び第３の圧電薄膜４３，４４の側面全体も含めた周辺部全体を絶縁膜で覆うのがより好ましい。このように構成することにより、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１、第６の電極４５，４６、または、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７、第３の圧電薄膜４３，４４のいずれかに大きなパターンニングのずれが生じた場合にも、第１の電極１０と第３の電極１８の間、第１の電極１２と第３の電極２０の間、第２の電極１１と第４の電極１９の間、第２の電極１３と第４の電極２１の間、第５の電極４１と第６の電極４５の間及び第５の電極４２と第６の電極４６の間での短絡を防ぐことができる。
【００６８】
また、共振子ジャイロ４０の寸法は、全幅１ｍｍ、全長５ｍｍ、全厚さ約０．２ｍｍで、駆動方向（Ｘ方向）の１次モードの共振周波数は実施の形態１で述べた通りｆ＝１７ｋＨｚで、検出方向｛（主面５に対して直角な方向）＝Ｚ方向｝の１次モードの共振周波数はｆ＝１６ｋＨｚである。
【００６９】
以下に、角速度の検出原理について説明する。
【００７０】
実施の形態１で説明したようにアーム２，３がＸ方向にｆ＝１７ｋＨｚで共振している状態でＹ軸回りに角速度が印加されると、アーム２，３はコリオリ力によりＺ軸方向に互に逆向きに撓む。この撓みによりアーム２，３上にそれぞれ設けられている第３の圧電薄膜４３，４４には、それぞれ逆向きの電荷が発生する。この逆向きの電荷を第６の電極４５，４６より検出することにより、印加された角速度に対応した出力が得られる。
【００７１】
本実施の形態２において、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が、実施の形態１で説明したようにアーム２，３の中心線６，７（図２に示す）を境に離間されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上した共振子ジャイロ４０を実現できる。また、駆動のための第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７と検出のための第３の圧電薄膜４３，４４も離間されているため、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第６の電極４５，４６間に発生する容量結合成分が低減し、印加された角速度に対する検出出力が安定化（例えば、温度変化に対する検出出力の安定性が高くなる。）した共振子ジャイロ４０を実現できる。
【００７２】
また、本実施の形態２においても実施の形態１と同じく、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３をＧＮＤ電極又は仮想ＧＮＤ電極とし、第３の電極１８，２０に同位相、第４の電極１９，２１に対しては第３の電極１８，２０と逆位相の交流電圧を印加する例について説明してきたが、第１と第４の電極が同相及び第２と第３の電極が同相並びに前記第１と第２の電極が逆相になるように交流電圧を印加することができるため、各圧電薄膜１４，１６，１５，１７へ印加できる駆動電界をより大きくでき、駆動効率がより向上し印加された角速度に対する検出感度をより向上させることができる。また、駆動時間の短縮化、低消費電力化を図ることも可能になる。
【００７３】
本実施の形態２において、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７は、実施の形態１と同様にアーム２，３の中心線６，７を軸にしてそれぞれ対称に配置されているため、共振子ジャイロ４０において所定の振動方向（Ｘ方向）以外への振動漏れが発生しにくく、印加された角速度に対する検出出力の高品位化と一層の高感度化を図ることができる。
【００７４】
また、実施の形態２において、第３の圧電薄膜４３，４４と第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が離間し、かつ、第６の電極４５，４６と第３、第４の電極１８，２０，１９，２１が離間しているため、第６の電極４５，４６と第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の間に発生する容量結合成分が低減し、印加された角速度に対する検出出力の安定化を図ることができる。
【００７５】
また、本実施の形態２において、第１、第２、第３、第４、第５、第６の電極１０，１２，１１，１３，１８，２０，１９，２１，４１，４２，４５，４６、第１、第２の引き出し電極４７（絶縁膜４９下の第１の引き出し電極は図示せず）、５０，５１、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７及び第３の圧電薄膜４３，４４が、アーム２，３の中心線６，７を軸にしてそれぞれ対称に配置されているため、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第６の電極４５，４６の間に発生する容量結合成分及び、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第２の引き出し電極５０，５１の間に発生する容量結合成分をキャンセルすることができるばかりか、Ｘ方向への駆動振動時に第６の電極４５，４６に発生する電荷をキャンセルすることができ、極めて高精度な共振子ジャイロ４０を実現することができる。
【００７６】
本実施の形態２においては、印加された角速度の検出を圧電式に検出する例について説明してきたが、これ以外にも抵抗効果、静電容量効果、光ピックアップ等を用いて検出することも可能である。
【００７７】
（実施の形態３）
図１０（ａ）は本発明の実施の形態３における薄膜微小機械式共振子ジャイロの一方の主面側から見た斜視図、図１０（ｂ）は同共振子ジャイロの他方の主面側から見た斜視図、図１１は同共振子ジャイロのアームのＣ−Ｃ断面図である。本実施の形態３において、実施の形態１，２において述べた構成と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【００７８】
図１０、図１１において、６０は薄膜微小機械式共振子ジャイロ（以下共振子ジャイロと呼ぶ）、６１は共振子ジャイロ６０の一方の主面５と対向する反対側（他方）の主面、６２，６３はアーム２，３の主面６１上にそれぞれ設けられた第５の電極、６４，６５は第５の電極６２，６３上にそれぞれ設けられた第３の圧電薄膜、６６，６７は第３の圧電薄膜６４，６５上にそれぞれ設けられた第６の電極である。第５の電極６２，６３、第３の圧電薄膜６４，６５と第６の電極６６，６７により検知部が構成されている。
【００７９】
共振子ジャイロ６０の検知部を構成する第５の電極６２，６３、第３の圧電薄膜６４，６５と第６の電極６６，６７の材料、製作プロセスも実施の形態１，２で説明したものと基本的に同じである。
【００８０】
本実施の形態３においては、図１０、図１１に示すように第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積を第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の面積より一回り大きくし、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３の面積を第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積より一回り大きくしているため、仮に第３、第４の電極１８，２０，１９，２１または第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第１、第２の電極１０，１２，１１，１３との短絡を防ぐことができる。また、第３の圧電薄膜６４，６５の面積を第６の電極６６，６７の面積より一回り大きくし、第５の電極６２，６３の面積を第３の圧電薄膜６４，６５の面積より一回り大きくしているため、仮に第６の電極６６，６７または第３の圧電薄膜６４，６５のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第６の電極６６，６７と第５の電極６２，６３との短絡を防ぐことができる。
【００８１】
本実施の形態３において、図１０（ａ）に示す駆動部は、図８に示す位置と同じ部位に設けられているが、図１０（ｂ）に示す検知部はシリコン（Ｓｉ）からなるアーム２，３の主面６１上の先端から基部４近傍までの全域に設けられている。何故ならば、検知部は駆動方向（Ｘ方向）の共振周波数のアドミッタンス特性にほとんど影響しない、かつ、駆動部が同一位置に設けられていないため、コリオリ力に起因してアーム２，３に発生する歪が最も大きな基部４近傍を含めて、検出面積を大きくすることが可能であるからである。
【００８２】
本実施の形態３においては、検知部を両アーム２，３の両方の全域にわたって構成した例について説明したが、少なくともいずれか一方のアーム２，３の少なくともいずれか一方の主面６１のほぼ中央部から基部４近傍の間に設けられていればよい。
【００８３】
本実施の形態３においては、駆動部、検知部ともに両アーム２，３の両主面５，６１の少なくとも中央部から基部４近傍の間に設けられているため、印加された角速度に対する検出出力の精度が向上するばかりか、検出出力の高感度化も共に図ることができる。
【００８４】
本実施の形態３において、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が、実施の形態１，２で説明したようにアーム２，３の中心線６，７（図２に示す）を境に離間されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上した共振子ジャイロ６０を実現できる。また、駆動のための第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７と検出のための第３の圧電薄膜６４，６５も離間されているため、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第６の電極６６，６７間に発生する容量結合成分が低減し、印加された角速度に対する検出出力が安定化（例えば、温度変化に対する検出出力の安定性が高くなる。）した共振子ジャイロ６０を実現できる。
【００８５】
また、本実施の形態３においても実施の形態１，２と同じく、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３をＧＮＤ電極又は仮想ＧＮＤ電極とし、第３の電極１８，２０に同位相、第４の電極１９，２１に対しては第３の電極１８，２０と逆位相の交流電圧を印加する際について説明してきたが、第１と第４の電極が同相及び第２と第３の電極が同相並びに前記第１と第２の電極が逆相になるように交流電圧を印加することができるため、各圧電薄膜１４，１６，１５，１７へ印加できる駆動電界をより大きくでき、駆動効率がより向上し印加された角速度に対する検出感度をより向上させることができる。また、起動時間の短縮化、低消費電力化を図ることも可能になる。
【００８６】
本実施の形態３において、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７は、実施の形態１，２と同様にアーム２，３の中心線６，７を軸にしてそれぞれ対称に配置されているため、共振子ジャイロ６０において所定の振動方向（Ｘ方向）以外への振動漏れが発生しにくく、印加された角速度に対する検出出力の高品位化と一層の高感度化を図ることができる。
【００８７】
また、本実施の形態３において、第３の圧電薄膜６４，６５と第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が離間し、かつ、第６の電極６６，６７と第３、第４の電極１８，２０，１９，２１が離間しているため、第６の電極６６，６７と第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の間に発生する容量結合成分が低減し、印加された角速度に対する検出出力の安定化を図ることができる。
【００８８】
（実施の形態４）
図１２は本発明の実施の形態４における薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図、図１３は同共振子ジャイロのアームのＤ−Ｄ断面図である。本実施の形態４において、実施の形態１，２，３において述べた構成と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【００８９】
図１２、図１３において、７０は薄膜微小機械式共振子ジャイロ（以下、共振子ジャイロと呼ぶ）、７１は絶縁膜としての第４の圧電薄膜である。第４の圧電薄膜７１の材料、製作プロセスも実施の形態１，２，３で説明したものと基本的に同じである。
【００９０】
アーム２の主面５上に中心線６を含むように、かつ、第１、第２の電極１０，１１とは離間するように設けられた第１の引き出し電極４７（この第１の引き出し電極４７は、第５の電極４１と接続されている）上に略２００Åの厚さのＰＬＭＴ膜を介して第１、第２、第３の圧電薄膜１４，１５，４３と同じ厚さのＰＺＴ等からなる第４の圧電薄膜７１が設けられている。さらに、この第４の圧電薄膜７１は第３の圧電薄膜４３に接続され、かつ、この第４の圧電薄膜７１の上に第２の引き出し電極５０が設けられている。また、アーム３の主面５上に設けられた第１の引き出し電極（図示せず）上にもアーム２の主面５上に設けられた構成とまったく同じ構成で第４の圧電薄膜（図示せず）、第２の引き出し電極５１が設けられている。
【００９１】
本実施の形態４においては、第１の引き出し電極４７（アーム３上の第１の引き出し電極は図示せず）と第２の引き出し電極５０，５１の間の絶縁膜として第４の圧電薄膜７１（第２の引き出し電極５１の下の第４の圧電薄膜は図示せず）が用いられているため、量産性が一段と向上する。
【００９２】
本実施の形態４において、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が、実施の形態１，２，３で説明したようにアーム２，３の中心線６，７（図２に示す）を境に離間されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度の向上した共振子ジャイロ７０を実現できる。また、駆動のための第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７と検出のための第３の圧電薄膜４３，４４も離間されているため、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第６の電極４５，４６間に発生する容量結合成分が低減し、印加された角速度に対する検出出力が安定化（例えば、温度変化に対する検出出力の安定性が高くなる。）した共振子ジャイロ７０を実現できる。
【００９３】
また、本実施の形態４においても実施の形態１，２，３と同じく、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３をＧＮＤ電極又は仮想ＧＮＤ電極とし、第３の電極１８，２０に同位相、第４の電極１９，２１に対しては第３の電極１８，２０と逆位相の交流電圧を印加する例について説明してきたが、第１と第４の電極が同相及び第２と第３の電極が同相並びに前記第１と第２の電極が逆相になるように交流電圧を印加することができるため、各圧電薄膜１４，１６，１５，１７へ印加できる駆動電界をより大きくでき、駆動効率がより向上し印加された角速度に対する検出感度をより向上させることができる。また、起動時間の短縮化、低消費電力化を図ることも可能になる。
【００９４】
本実施の形態４において、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７は、実施の形態１，２，３と同様にアーム２，３の中心線６，７を軸にしてそれぞれ対称に配置されているため、共振子ジャイロ７０において所定の振動方向（Ｘ方向）以外への振動漏れが発生しにくく、印加された角速度に対する検出出力の高品位化と一層の高感度化を図ることができる。
【００９５】
また、本実施の形態４において、第３の圧電薄膜４３，４４と第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７が離間し、かつ、第６の電極４５，４６と第３、第４の電極１８，２０，１９，２１が離間しているため、第６の電極４５，４６と第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の間に発生する容量結合成分が低減し、印加された角速度に対する検出出力の安定化を図ることができる。
【００９６】
また、本実施の形態４において、第１、第２、第３、第４、第５、第６の電極１０，１２，１１，１３，１８，２０，１９，２１，４１，４２，４５，４６、第１、第２の引き出し電極４７（アーム３上の第１の引き出し電極は図示せず），５０，５１、第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７及び第３の圧電薄膜４３，４４が、アーム２，３の中心線６，７を軸にしてそれぞれ対称に配置されているため、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第６の電極４５，４６の間に発生する容量結合成分及び、第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第２の引き出し電極５０，５１の間に発生する容量結合成分をキャンセルすることができるばかりか、Ｘ方向への駆動振動時に第６の電極４５，４６に発生する電荷をキャンセルすることができ、極めて高精度な共振子ジャイロ７０を実現することができる。
【００９７】
本実施の形態４においては、図１２、図１３に示すように第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積を第３、第４の電極１８，２０，１９，２１の面積より一回り大きくし、第１、第２の電極１０，１２，１１，１３の面積を第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７の面積より一回り大きくしているため、仮に第３、第４の電極１８，２０，１９，２１または第１、第２の圧電薄膜１４，１６，１５，１７のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第３、第４の電極１８，２０，１９，２１と第１、第２の電極１０，１２，１１，１３との短絡を防ぐことができる。また、第３の圧電薄膜４３，４４の面積を第６の電極４５，４６の面積より一回り大きくし、第５の電極４１，４２の面積を第３の圧電薄膜４３，４４の面積より一回り大きくしているため、仮に第６の電極４５，４６または第３の圧電薄膜４３，４４のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第６の電極４５，４６と第５の電極４１，４２との短絡を防ぐことができる。また、第４の圧電薄膜７１（第２の引き出し電極５１の下の第４の圧電薄膜は図示せず）の面積を第２の引き出し電極５０，５１の面積より一回り大きくし、第１の引き出し電極４７（アーム３上の第１の引き出し電極は図示せず）の面積を第４の圧電薄膜７１（第２の引き出し電極５１の下の第４の圧電薄膜は図示せず）の面積より一回り大きくしているため、仮に第２の引き出し電極５０，５１または第４の圧電薄膜７１（第２の引き出し電極５１の下の第４の圧電薄膜は図示せず）のいずれかにパターンニングのずれが生じた場合でも第２の引き出し電極５０，５１と第１の引き出し電極４７（アーム３上の第１の引き出し電極は図示せず）との短絡を防ぐことができる。
【００９８】
また、本実施の形態２，３，４においては、機械的強度が大であることや半導体プロセス技術により高精度な加工が容易であるという点から共振子ジャイロ４０，６０，７０の音叉構造体にシリコン（Ｓｉ）を用いているため、大きな振幅で音叉共振させることが可能となり、印加された角速度に対する検出出力を高感度にすることが可能である。また、音叉構造体は非圧電材料であれば例えば、ダイヤモンド、溶融石英、アルミナ、ＧａＡｓ等などを用いることも可能である。
【００９９】
実施の形態２，３，４においても、実施の形態１に述べたと同様に圧電薄膜としてはＰＺＴ以外にもＰＺＴ系の材料を用いることは当然可能である。これにより、圧電薄膜の圧電定数が大きく、電気・機械変換効率が高くなり、印加された角速度に対する検出出力の高感度化を図ることが可能となる。また、圧電薄膜の配向に関しても、実施の形態１で述べたと同様に（００１）面がアームの主面に配向した菱面体晶構造、または、（１１１）面がアームの主面に配向した正方晶構造のものを用いることは当然可能である。これにより、印加された駆動電界の方向に対して複数の分極のベクトルの角度が全て等しくなり、印加された角速度に対する検出出力が安定する。
【０１００】
実施の形態２，３，４においては、両アーム２，３共に駆動部を設けた例について説明してきたが、少なくともいずれか一方のアームの少なくともいずれか一方の主面のほぼ中央部から基部近傍の間に設けられていればよい。
【０１０１】
実施の形態２，３，４で説明した共振子ジャイロ４０，６０，７０は、印加された角速度に対する検出出力が高精度、かつ、高感度であるため、この出力を用いることにより、ナビゲーションシステムの高精度化を図ることができる。同様に、ヨーレートセンサ、ピッチングセンサとしてこの出力を用いることにより自動車の安定走行及びローリングセンサとしてこの出力を用いることによりエアバッグシステムにおける高精度な制御が可能となる。その他にもカメラ等様々な機器やシステムに本共振子ジャイロ４０，６０，７０を用いることができる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、薄膜微小機械式共振子において、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と、この第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と、この第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように、または、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げず、駆動効率の向上した薄膜微小機械式共振子が得られる。
【０１０３】
また、本発明は、薄膜微小機械式共振子ジャイロにおいて、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられた検知部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した前記アームの撓みを前記検知部により電気的または光学的な出力として検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように、または、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上した薄膜微小機械式共振子ジャイロが得られる。
【０１０４】
また、本発明は、薄膜微小機械式共振子ジャイロにおいて、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記主面上に設けられた前記第１、第２の電極に対して離間しかつ前記第１、第２の電極よりも前記アームの先端側に設けられた第５の電極と前記第５の電極上に設けられた第３の圧電薄膜と前記第３の圧電薄膜上に設けられた第６の電極とを有する検知部と、前記第１、第２の電極の間に離間するように設けられ前記第５の電極と接続された第１の引き出し電極と前記第１の引き出し電極上に設けられた第４の圧電薄膜と前記第４の圧電薄膜上に設けられ前記第６の電極と接続された第２の引き出し電極とを有するリード部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した振動によって生ずる電荷を前記第６の電極により検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように、または、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるように構成されているため、駆動に寄与しない電界成分を低減させ、かつ、圧電薄膜の自由な伸縮を妨げ難いため、駆動効率が向上し、印加された角速度に対する検出出力の感度が向上した薄膜微小機械式共振子ジャイロが得られる。また、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極の間の絶縁膜として第４の圧電薄膜が用いられているため、量産性が一段と向上した薄膜微小機械式共振子ジャイロが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における薄膜微小機械式共振子の斜視図
【図２】 同共振子のアームのＡ−Ａ断面図
【図３】 同共振子の駆動部の動作を説明するための斜視図
【図４】 同共振子の駆動部の動作を説明するための斜視図
【図５】 同共振子のアームを構成する材料のスティフネスを示す特性図
【図６】 菱面体晶構造の圧電薄膜の分極状態を説明する図
【図７】 正方晶構造の圧電薄膜の分極状態を説明する図
【図８】 本発明の実施の形態２における薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図
【図９】 同共振子ジャイロのアームのＢ−Ｂ断面図
【図１０】 （ａ）本発明の実施の形態３における薄膜微小機械式共振子ジャイロの一方の主面側から見た斜視図
（ｂ）同共振子ジャイロの他方の主面側から見た斜視図
【図１１】 同共振子ジャイロのアームのＣ−Ｃ断面図
【図１２】 本発明の実施の形態４における薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図
【図１３】 同共振子ジャイロのアームのＤ−Ｄ断面図
【図１４】 従来の薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図
【図１５】 同共振子ジャイロの駆動部のＥ−Ｅ断面図
【符号の説明】
１ 薄膜微小機械式共振子
２，３ アーム
４ 基部
５，６１ 主面
６，７ 中心線
１０，１２ 第１の電極
１１，１３ 第２の電極
１４，１６ 第１の圧電薄膜
１５，１７ 第２の圧電薄膜
１８，２０ 第３の電極
１９，２１ 第４の電極
３１ 分極方向を示す矢印
３２，３３ 伸縮方向を示す矢印
４０，６０，７０ 薄膜微小機械式共振子ジャイロ
４１，４２，６２，６３ 第５の電極
４３，４４，６４，６５ 第３の圧電薄膜
４５，４６，６６，６７ 第６の電極
４７ 第１の引き出し電極
４８，４９ 絶縁膜
５０，５１ 第２の引き出し電極
７１ 第４の圧電薄膜
Claims (6)
- 少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と、この第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と、この第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにした薄膜微小機械式共振子。
- 少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と、この第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と、この第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにした薄膜微小機械式共振子。
- 少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられた検知部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した前記アームの撓みを前記検知部により電気的または光学的な出力として検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにした薄膜微小機械式共振子ジャイロ。
- 少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられた検知部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した前記アームの撓みを前記検知部により電気的または光学的な出力として検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面の共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにした薄膜微小機械式共振子ジャイロ。
- 少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記主面上に設けられた前記第１、第２の電極に対して離間しかつ前記第１、第２の電極よりも前記アームの先端側に設けられた第５の電極と前記第５の電極上に設けられた第３の圧電薄膜と前記第３の圧電薄膜上に設けられた第６の電極とを有する検知部と、前記第１、第２の電極の間に離間するように設けられ前記第５の電極と接続された第１の引き出し電極と前記第１の引き出し電極上に設けられた第４の圧電薄膜と前記第４の圧電薄膜上に設けられ前記第６の電極と接続された第２の引き出し電極とを有するリード部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した振動によって生ずる電荷を前記第６の電極により検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１１０）面ウエハにおける（１−１１）面または（−１１１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにした薄膜微小機械式共振子ジャイロ。
- 少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部とを有した非圧電材料からなる音叉と、この音叉の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線より内側及び外側にそれぞれ離間するように設けられた第１、第２の電極と前記第１、第２の電極上にそれぞれ設けられた第１、第２の圧電薄膜と前記第１、第２の圧電薄膜上にそれぞれ設けられた第３、第４の電極とを有する駆動部と、前記主面上に設けられた前記第１、第２の電極に対して離間しかつ前記第１、第２の電極よりも前記アームの先端側に設けられた第５の電極と前記第５の電極上に設けられた第３の圧電薄膜と前記第３の圧電薄膜上に設けられた第６の電極とを有する検知部と、前記第１、第２の電極の間に離間するように設けられ前記第５の電極と接続された第１の引き出し電極と前記第１の引き出し電極上に設けられた第４の圧電薄膜と前記第４の圧電薄膜上に設けられ前記第６の電極と接続された第２の引き出し電極とを有するリード部とを備え、前記第３、第４の電極に互いに逆相の交流電圧を印加することにより前記音叉がＸ方向に共振し、印加された角速度により前記音叉のアームの主面に直角の方向（Ｚ方向）に発生するコリオリ力に起因した振動によって生ずる電荷を前記第６の電極により検出するように構成され、前記音叉は、シリコン（Ｓｉ）からなり、このシリコン（Ｓｉ）の（１００）面ウエハにおける（０１０）面、（０１１）面または（００１）面を共振方向（Ｘ方向）と直角になるようにした薄膜微小機械式共振子ジャイロ。
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