JP4470606B2 - 高周波素子、並びに通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、静電駆動型の振動子を構成要素とする高周波信号素子と、この高周波信号素子に直流バイアス電圧を供給するための直流電圧供給手段とを有した高周波素子に関する。
また、本発明は、上記高周波素子で構成されるフィルタを用いた通信装置に関する。
静電駆動型の振動子を構成要素とする高周波信号素子においては、その振動子に直流バイアス電圧が印加される。このような静電駆動型の振動子に直流バイアス電圧を給電する場合、例えば単純な線路を用いて給電すると、直流給電回路の不安定さに伴って変動する電圧、あるいは何らかの要因で発生する高電圧が、振動子を駆動する電極（いわゆる振動子の駆動部分あるいは下部電極）に印加される虞れがある。このような場合には、振動子の振動振幅の変動が起き、高周波信号素子の信号処理特性の変動を招く。電圧変動が著しい場合には、振動子の駆動部分と下部電極が固着する、駆動部分と下部電極間での放電が起きる、異常振動が発生するなどの要因により、振動子が復旧不可能な状態になる。
例えば、ＭＥＭＳ（微小電気機械系）素子を用いて構成した高周波フィルタが提案されているが、このような高周波フィルタでは、直流バイアス電圧の変動が起きると、振動子のインピーダンスの時間変動が生じ、良好なフィルタ特性が得にくい。 ＭＥＭＳ素子をデジタル回路に組み込んで半導体集積回路を構成した場合には、デジタル信号処理部分の駆動回路とＭＥＭＳ素子の電源が共用され、その安定性が特別に高められてはいないので、電源の電圧変動によるＭＥＭＳ素子の特性変動が懸念される。ＭＥＭＳ素子を利用した高周波フィルタは、ミシガン大学を始めとする研究機関から提案されている（非特許文献１参照）。
Ｃ．Ｔ．−Ｎｇｕｙｅｎ，Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｆｏｒ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ｉｎｖｉｔｅｄ ｐｌｅｎａｒｙ），ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，１９９９ ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ＲＦ ＭＥＭＳ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，Ｊｕｎｅ，１８，１９９９，ｐｐ.４８−７７．
高周波領域の微弱な信号を取り扱うとき、例えば高周波（ＲＦ）信号のフィルタリングを行うとき、振動子に印加される直流バイアス電圧の変動は、振動子のインピーダンスを変動させることになり、フィルタリング後の信号強度の変動を引き起こす。従って、直流（ＤＣ）バイアス給電回路が安定であることは、良好なフィルタリング特性を得る為の最重要な課題である。
本発明は、上述の点に鑑み、静電駆動型の振動子に印加する直流バイアス電圧の安定性の向上を図った供給手段を有した高周波素子を提供するものである。
また、本発明は、上記高周波素子で構成したフィルタを用いて高信頼性化を図った通信装置を提供するものである。
本発明に係る高周波素子は、複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子を並列化した振動子群を有するフィルタと、振動子群に直流給電線路を介して接続され、複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子の各ビームに直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、フィルタに接続された高周波信号線路と、直流給電線路と前記振動子群のビームとの間に介挿され、高周波信号線と直流給電線路との間をインピーダンス不整合とする素子と、直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路とを有する。
本発明に係る高周波素子は、複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子を並列化した振動子群による直列振動子と、複数のＭＥＭＳビーム型振動子を並列化した振動子群によるシャント振動子とで構成されたラダー型フィルタと、直列振動子及びシャント振動子に直流給電線路を介して接続され、直列振動子及び前記シャント振動子を構成する振動子群の複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子の各ビームに直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、ラダー型フィルタに接続された高周波信号線路と、直列振動子のビームと直流給電線路との間、及びシャント振動子のビームと直流給電線路との間にそれぞれ介挿され、高周波信号線路と直流給電線路との間をインピーダンス不整合とする素子と、直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路とを有する。
本発明に係る高周波素子は、基板上に入力電極と出力電極が配置され、入力電極及び出力電極をブリッジ状に跨いで複数のビームが並列して配置されて構成され、並列化した複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子からなる振動子群と、振動子群に直流給電線路を介して接続され、複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子の各ビームまた入力電極に直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路とを有する。
本発明に係る通信装置は、送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、フィルタは、複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子を並列化した振動子群を有するフィルタ本体を備え、振動子群に直流給電線路を介して接続され、複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子の各ビームに直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、フィルタ本体に接続された高周波信号線路と、直流給電線路と振動子群のビームとの間に介挿され、高周波信号線路と直流給電線路との間をインピーダンス不整合とする素子と、直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路が付加されてなるフィルタが用いられる。
本発明に係る通信装置は、送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、フィルタは、複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子を並列化した振動子群による直列振動子と、複数のＭＥＭＳビーム型振動子を並列化した振動子群によるシャント振動子とで構成されたラダー型フィルタを備え、直列振動子及びシャント振動子に直流給電線路を介して接続され、直列振動子及び前記シャント振動子を構成する振動子群の複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子の各ビームに直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、ラダー型フィルタに接続された高周波信号線路と、直列振動子のビームと直流給電線路との間、及びシャント振動子のビームと直流給電線路との間にそれぞれ介挿され、高周波信号線路と直流給電線路との間をインピーダンス不整合とする素子と、直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路が付加されてなるフィルタが用いられる。
本発明に係る通信装置は、送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、フィルタは、基板上に入力電極と出力電極が配置され、入力電極及び出力電極をブリッジ状に跨いで複数のビームが並列して配置されて構成され、並列化した複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子からなる振動子群を有し、振動子群に直流給電線路を介して接続され、複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子の各ビームまたは入力電極に直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路が付加されてなるフィルタが用いられる。
本発明に係る高周波素子によれば、各ビームに直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、直流給電線路に直列に挿入された抵抗と直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路を有することにより、出力される高周波信号の時間変動を抑制することができる。また、突発的に印加される高電圧パルス（サージ電圧）による振動子の破壊を防止することができる。直流給電線路と振動子群のビームとの間に、高周波信号線と直流給電線路との間をインピーダンス不整合とする素子が介挿されることにより、直流給電線路を通じての高周波信号の迂回が抑制され、フィルタリングされた高周波信号の信号／雑音比を向上することができる。
本発明に係る高周波素子によれば、基板上に入力電極と出力電極を配置し、入力電極及び出力電極をブリッジ状に跨いで複数のビームを並列して並列化した複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子からなる振動子群を有するので、簡素化された振動子群が得られる。その上で、振動子群の各ビームまたは入力電極に直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路とを有することにより、出力される高周波信号の時間変動を抑制することができる。また、サージ電圧による復旧不可能な振動子への損害を最小限度にすることができる。
本発明の通信装置によれば、送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタとして、インピーダンス不整合とする素子、直流電圧安定化回路を有する上述の高周波素子によるフィルタを用いることにより、出力される高周波信号の時間変動を抑制し、サージ電圧による振動子の破壊を防止する。さらに、直流給電線路を通じての高周波信号の迂回が抑制され、フィルタリングされた高周波信号の信号／雑音比を向上することができる。信頼性の高い通信装置を提供することができる。
本発明の通信装置によれば、送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタとして、入力電極及び出力電極をブリッジ状に跨いで複数のビームを並列して並列化した複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子からなる振動子群、直流電圧安定化回路を有する上述の高周波素子によるフィルタを用いている。このことにより、フィルタの構成の簡素化がはかられると共に、出力される高周波信号の時間変動を抑制し、サージ電圧による振動子の破壊を防止することができ、信頼性の高い通信装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
先ず、図１に、本発明に係る高周波素子の第１の基本的な構成（概念）を示す。この高周波素子１は、図１Ａ及びＢに示すように、静電駆動型の振動子２を含む高周波信号素子と、この振動子２に直流バイアス電圧を供給するための直流電圧供給手段となる直流電源３とを有して成る。振動子２は、基板４の表面上に下部電極、すなわち入力電極５と出力電極６を互いに所要間隔を置いて配置し、これら入出力電極５、６をブリッジ状に跨ぐ振動部分、いわゆるビーム（梁）型の振動電極（以下、ビームという）７を配置して構成される。基板４の裏面には接地面８が形成されている。直流電源３は、ビーム７と接地面８との間に接続される。さらに、直流電源３とビーム７間の給電線路９に直列に抵抗Ｒａを挿入し、給電線路９と接地面８間に容量（シャント容量）Ｃａを挿入し、これら抵抗Ｒａと容量Ｃａとによって直流バイアス電圧を安定化させるための直流電圧安定化回路１０が形成される。
この高周波素子１の振動子２では、入力端子Ｔｉｎを通じて入力電極５に高周波信号が入力されると、直流電源３から直流バイアス電圧が供給されたビーム７と、入力電極５との間に生じる静電気的な力でビーム７が共振し、出力電極６から出力端子Ｔｏｕｔを通じて所望周波数の高周波信号が出力される。そして、振動子２には、直流電圧安定化回路１０を通じて安定な直流バイアス電圧が供給されるので、出力される高周波信号の時間変動を抑制することができる。また、突発的に印加される高電圧パルス（サージ電圧）による振動子２の破壊を防止することができる。
図２に、本発明の高周波素子の第２の基本的な構成（概念）を示す。この高周波素子１１は、図１と同様の構成の振動子２を含む高周波信号素子を有し、直流電源３を入力電極５と接地面８との間に接続し、直流電源３と入力電極５間の給電線路９に直列に抵抗Ｒａを挿入し、この給電線路９と接地面８間に容量Ｃａを挿入し、抵抗Ｒａと容量Ｃａにより直流電圧安定化回路１０を形成して構成される。ビーム７は、電気的に浮いた状態にする。
この高周波素子１１の振動子２では、入力電極５に直流バイアス電圧と高周波信号が重畳された形で入力される。この高周波素子１１の振動子２の動作及び効果は、基本的に図１の高周波素子１と同様である。
図３に、本発明の高周波素子の第３の基本的な構成（概念）を示す。この高周波素子１２は、静電駆動型の振動子１３を含む高周波信号素子と、振動子１３に直流バイアス電圧を供給するための直流電圧供給手段となる直流電源３とを有してなる。振動子１３は、基板１４の表面上に下部電極１５を配置し、この下部電極１５をブリッジ状に跨いたビーム１６を配置して構成される。基板１４の裏面には接地面１７が形成されている。直流電源３は、ビーム１６と接地面１７との間に接続される。さらに、直流電源３とビーム１６間の給電線路９に直列に抵抗Ｒａを挿入し、この給電線路９と接地面１７間に容量（シャント容量）Ｃａを挿入し、これら抵抗Ｒａと容量Ｃａとによって直流バイアス電圧を安定化させるための直流電圧安定化回路１０が形成される。
この高周波素子１２の振動子１３では、ビーム１６が入力電極となり、下部電極１５が出力電極となる。ビーム１６に直流バイアス電圧と高周波信号が重畳された形で入力されると、ビーム１６と下部電極（出力電極）１５との間に生じる静電気的な力でビーム１６が共振し、下部電極１５から所望周波数の高周波信号が出力される。そして、振動子１３には、直流電圧安定化回路１０を通じて安定な直流バイアス電圧が供給されるので、出力される高周波信号の時間変動を抑制することができる。また、突発的に印加される高電圧パルス（サージ電圧）による振動子１３の破壊を防止することができる。
図４〜図７に、本発明の高周波素子の実施の形態の概略を示す。
高周波信号素子としては、ＭＥＭＳ静電駆動型振動子からなるフィルタで形成することができる。このとき、例えばフィルタを１つのＭＥＭＳ静電駆動型振動子２１で作製した場合、上述の抵抗Ｒａと容量Ｃａで構成される直流電圧を安定させるＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、図４に示すように、フィルタへの直流電源入力パッド、すなわち直流電源に接続された直流電源入力パッド２２と、１つの振動子２１のビーム７との間に接続することができる。
また、同様にフィルタを１つのＭＥＭＳ静電駆動型振動子２１で作製した場合、上述の抵抗Ｒａと容量Ｃａで構成される直流電圧を安定させるＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、図５に示すように、フィルタへの直流電源入力パッド、すなわち直流電源３に接続された直流電源入力パッド２２と、１つの振動子２１の入力電極５との間に接続することができる。
また、例えばフィルタをビーム７が並列化された複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子２３で作製した場合、上述の抵抗Ｒａと容量Ｃａで構成される直流電圧を安定させるＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、図６に示すように、フィルタへの直流電源入力パッド、すなわち直流電源３に接続された直流電源入力パッド２２と、複数の振動子２３、即ちその並列化されたビーム７との間に接続することができる。
また、同様にフィルタを振動電極が並列化された複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子２３で作製した場合、上述の抵抗Ｒａと容量Ｃａで構成される直流電圧を安定させるＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、図７に示すように、フィルタへの直流電源入力パッド、すなわち直流電源３に接続された直流電源入力パッド２２と、複数の振動子２３、即ちその入力電極５との間に接続することができる。
上述した直流電圧を安定化させるＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、フィルタと同一の基板上に形成することができる。
図示せざるが、上述のＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、図４〜図７でのフィルタへの直流電源入力パッド２２と、フィルタのＭＥＭＳ静電駆動型振動子を駆動するための直流電源３との間に形成される線路の一部として形成することもできる。
上記フィルタにおいて、ＭＥＭＳ静電駆動型振動子を図３の構成のものに置き換えて構成することも可能である。
本実施の形態に係る高周波信号素子は、ＭＥＭＳ静電駆動型振動子からなる標準信号発生器で形成することができる。このとき、例えば標準信号発生器を１つのＭＥＭＳ静電駆動型振動子で作成した場合、上述の抵抗Ｒａと容量Ｃａで構成される直流電圧を安定させるＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、図４に示すと同様に（但し、フィルタを標準信号発生器に置き換える）、標準信号発生器への直流電源入力パッド、すなわち直流電源３に接続された直流電源入力パッド２２と、１つの振動子２１のビーム７との間に接続することができる。
また、同様に標準信号発生器を１つのＭＥＭＳ静電駆動型振動子で作製した場合、上述の抵抗Ｒａと容量Ｃａで構成される直流電圧を安定させるＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、図５に示すと同様に（但し、フィルタを標準信号発生器に置き換える）、標準信号発生器への直流電源入力パッド、すなわち直流電源３に接続された直流電源入力パッド２２と、１つの振動子２１の入力電極５との間に接続することができる。
また、例えば標準信号発生器をビームが並列化された複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子で作製した場合、上述の抵抗Ｒａと容量Ｃａで構成される直流電圧を安定させるＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、図６に示すと同様に（但し、フィルタを標準信号発生器に置き換える）、標準信号発生器への直流電源入力パッド、すなわち直流電源３に接続された直流電源入力パッド２２と、複数の振動子２３、即ちその並列化されたビーム７との間に接続することができる。
また、同様に標準信号発生器を振動電極が並列化された複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子で作製した場合、上述の抵抗Ｒａと容量Ｃａで構成される直流電圧を安定させるＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、図７に示すと同様に（但し、フィルタを標準信号発生器に置き換える）、標準信号発生器への直流電源入力パッド、すなわち直流電源３に接続された直流電源入力パッド２２と、複数の振動子２３、即ちその入力電極５との間に接続することができる。
上述した直流電圧を安定化させるＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、標準信号発生器と同一の基板上に形成することができる。
図示せざるが、上述のＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、標準信号発生器への直流電源入力パッド２２と、標準信号発生器のＭＥＭＳ静電駆動型振動子を駆動するための直流電源３との間に形成される線路の一部として形成することもできる。
本実施の形態に係る高周波信号素子は、ＭＥＭＳ静電駆動型振動子からなり、機械的な結合で構成された複合振動子型フィルタで形成することができる。この複合振動子型フィルタを構成する複合振動子の概略構成を図８に示す。この複合振動子２４は、２つのビーム７〔７Ａ，７Ｂ〕が並行に配置され、２つのビーム７Ａ，７Ｂの一部が連結部２５によって機械的に繋がり、一方のビーム７Ａの下方に下部電極２６からなる入力電極２６Ａが配置され、他方のビーム７Ｂの下方に下部電極２６からなる出力電極２６Ｂが配置さて構成される。連結部２５の位置は、振動の節（不動点）を選ぶ。この場合、直流バイアス電圧は、ビーム７〔７Ａ，７Ｂ〕に印加される。
このような複合振動子２４を複数並列化して、高周波信号を並列的にフィルタリングするように構成することもできる。例えば、複合振動子２７は、図９に示すように、一方の複数の並列するビーム７Ａからなるビーム群７１に対して１つの下部電極からなる入力電極２６Ａを配置し、このビーム群７１に並列するように、他方の複数の並列するビーム７Ｂからなるビーム群７２に対して１つの下部電極からなる出力電極２６Ｂを配置し、両ビーム群７１及び７２間を連結部２５で繋いで構成される。
このとき、例えば複合振動子型フィルタを１つの複合振動子２４（図８参照）で作製した場合、上述の抵抗Ｒａと容量Ｃａで構成される直流電圧を安定させるＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、図４に示すと同様に（但し、フィルタを複合振動子型フィルタに置き換える）、複合振動子型フィルタへの直流電源入力パッド、すなわち直流電源３に接続された直流電源入力パッド２２と、１つの複合振動子２４のビーム７〔７Ａ，７Ｂ〕との間に接続することができる。
また、例えば複合振動子型フィルタを複数の並列化された複合振動子２７（図９参照）で作製した場合、上述の抵抗Ｒａと容量Ｃａで構成される直流電圧を安定させるＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、図４に示すと同様に（但し、フィルタを複合振動子型フィルタに置き換える）、複合振動子型フィルタへの直流電源入力パッド、すなわち直流電源３に接続された直流電源入力パッド２２と、複数の並列された複合振動子２７、即ちその並列化されたビーム７１、７２との間に接続することができる。
さらに、図示せざるも上述のＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、複合振動子型フィルタへの直流電源入力パッド２２と、複合振動子型フィルタの複合振動子２４または２７を駆動するための直流電源３との間に形成される線路の一部として形成することができる。
そして、上述した直流電圧を安定化させるＲＣ回路（直流電圧安定化回路）１０は、複合振動子型フィルタと同一の基板上に形成することができる。
なお、複合振動子２４または複合振動子２７においては、図５に示すように、直流電圧安定化回路１０を振動子の入力電極２６Ａと直流電源入力パッド２２との間に接続することもできる。
高周波信号素子と直流バイアス電圧を供給するための直流電圧供給手段、例えばＲＣ回路とは、同一の基板上（同一のダイ内）に形成することができる。高周波信号素子と直流バイアス電圧を供給するための直流電圧供給手段とは、互いに別の基板上に形成し、両者を接続して形成することもできる。
次に、図１０（平面図）及び図１１（模式的な断面図）に、本発明に係る高周波素子の第１実施の形態を示す。本例はＭＥＭＳ静電駆動型振動子を機械的な結合で構成した複合振動子型フィルタに適用した場合である。
本実施の形態に係る複合振動子型フィルタ１０１は、共通の基板１０２上に複数の複合振動子１０３、１０４と、振動子１０３、１０４のビーム１０６、１０７間の高周波（ＲＦ）信号の漏洩を防ぐための抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 と、抵抗Ｒａと一対の櫛歯型電極１０８及び１０９を所要間隔を置いて形成してなる容量Ｃａからなる、直流電圧安定化回路（いわゆるＲＣ回路）１０と、直流電源供給用の電極パッド、いわゆる直流電源入力パッド２２とが設けられて成る。
基板１０２は、例えば半導体基板の表面に絶縁膜を有した基板、絶縁性基板等の基板、本例では半導体基板１２１の表面に絶縁膜１２２を有した基板が用いられる。この基板１０２の表面上に下部電極、すなわち入力電極１１２と出力電極１１３が形成され、入力電極１１２をブリッジ状に跨ぐ複数の振動部分すなわち両持ち梁構造のビーム１０６が並列的に配置され、同様に出力電極１１３をブリッジ状に跨ぐ複数（上記と同数または異なる数）の振動部分すなわち両持ち梁構造のビーム１０７が並列的に配置される。入力電極１０６を跨ぐ複数のビーム１１２は、ビーム１１２の支持部（アンカー部）１１４を介して互いに基板１０２上に形成した配線部１１７に共通接続される。また、出力電極１１３を跨ぐ複数のビーム１０７も、同様にビーム１１３の支持部（アンカー部）１１５を介して互いに基板１０２上に形成した配線部１１８に共通接続される。基板１０２の表面には、複合振動子１０３、１０４、抵抗Ｒ１，Ｒ2 、直流電圧安定化回路１０、直流電源入力パッド２２を囲むようにシールド電極(接地)面となる導電層１１９が形成さる。基板１０２の裏面には絶縁膜１２３を介して接地面、すなわち接地電位が印加される接地電極１２０が形成される。
ＲＦ信号の漏洩を防ぐための抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 は、それぞれ一端が２つのビーム群１０６，１０７の配線部１１７，１１８に、配線部１２８を介して接続され、抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 の他端が配線部１２５に共通に接続される。一方、直流電圧安定化回路１０を構成する抵抗Ｒａの一端が配線部１２５に接続され、抵抗Ｒａの他端が配線部１２９を介して容量Ｃａを構成する一方の櫛歯型電極１０８に接続される。この一方の櫛歯型電極１０８は直流電源入力パッド２２に接続される。容量Ｃａを構成する他方の櫛歯型電極１０９は、基板１０２表面に形成されたシールド用の導電層１１９に接続されると共に、例えば基板１０２に設けたスルホール、あるいは基板側面を通して、本例ではスルホール１２６を通して基板裏面の接地電極１２０に接続される。
上述した本実施の形態に係る複合振動子型フィルタ１０１によれば、抵抗Ｒａと容量Ｃａからなる直流電圧安定化回路１０を通して振動子１０３、１０４のビーム１０６、１０７に直流バイアス電圧が印加されるので、フィルタリングされた高周波信号の時間変動を抑制することができる。また、サージ電圧による振動子への損害を最小限度に抑えることができる。
本発明は、高周波フィルタ等のＭＥＭＳ素子を他の半導体回路、例えばデジタル回路に組み込んで半導体集積回路を構成し、ＭＥＭＳ素子とデジタル回路への電圧供給を共通の電源供給手段を用いて行う場合にも適用できる。
次に、図１２〜図１５を用いて本発明の高周波素子の製造方法の実施の形態を説明する。なお、図１２〜図１５の製造工程は、ＭＥＭＳ静電駆動型振動子と、抵抗Ｒａ及び容量Ｃａからなる直流電圧安定化回路１０とを有する高周波素子の例であるが、上述した複合振動子型フィルタ１０１の製造にも適用できる。本例の製造工程は通常のＭＯＳ作製プロセスで用いられるものと同等である。
先ず、図１２Ａに示すように、基板１３０を用意する。この例では高抵抗シリコン（Ｓｉ）ウェハ１３１上に絶縁膜、例えば酸化シリコン薄膜（ＨＤＰ膜：High Density Plasma酸化膜）とエッチング防止膜となる窒化シリコン薄膜（上面側）とからなる複合絶縁膜１３２を所要の膜厚、例えば２００ｎｍ程度の膜厚で成膜する。続けて、この複合絶縁膜１３２上に導電性を有するリンドープ多結晶シリコン薄膜（ＰＤＡＳ：Phosphorus doped amorphous silicon）１３３を所要の膜厚、３８０ｎｍ程度の膜厚で成膜する。
次に、多結晶シリコン薄膜１３３上に、複合振動子の下部電極となる入力電極及び出力電極と、複合振動子の両持ち梁構造のビーム（ビーム）の支持部を接続する配線部（固定台に相当）と、抵抗に対応したパターンを有するレジストマスク（図示せず）を形成する。そして、図１２Ｂに示すように、このレジストマスクを介して多結晶シリコン薄膜１３３を選択エッチング、例えばドライエッチング法により選択エッチングして、入力電極１３６及び出力電極１３７と、配線部１３８〔１３８Ａ，１３８Ｂ〕と、抵抗Ｒａを形成する。
次に、図１３Ｃに示すように、基板１３０上に入出電極１３６、１３７、配線部１３８〔１３８Ａ，１３８Ｂ〕及び抵抗Ｒａの相互間を埋め込むように基板全面に犠牲層となる例えば酸化シリコン薄膜（ＨＤＰ）１３９を成膜する。その後、酸化シリコン薄膜１３９を平坦化する。例えば化学機械研磨法（ＣＭＰ）により平坦化し、入出電極１３６、１３７、配線部１３８〔１３８Ａ，１３８Ｂ〕及び抵抗Ｒａの表面を露出させる。
次に、図１３Ｄに示すように、平坦化した表面上に入出力電極１３６、１３７と、後に形成するビームとの間隔に対応した膜厚、この例では５０ｎｍ程度の膜厚の犠牲層となる例えば酸化シリコン薄膜（低圧ＴＥＯＳ）１４０を形成する。
次に、図１４Ｅに示すように、犠牲層となる酸化シリコン薄膜（低圧ＴＥＯＳ）１４０上に必要に応じて例えば２０ｎｍ程度の膜厚のリンドープ多結晶シリコン薄膜（ＰＤＡＳ膜）１４１を成膜した後、多結晶シリコン薄膜１４１と共に酸化シリコン薄膜（低圧ＴＥＯＳ）１４０に、ビームと配線部１３８Ａ，１３８Ｂとの間を接続するための貫通孔１４２〔１４２Ａ，１４２Ｂ〕を選択エッチング、例えばドライエッチング法により形成する。
次に、図１４Ｆに示すように、貫通孔１４２Ａ，１４２Ｂ内を含んで表面上に所望の膜厚のリンドープ多結晶シリコン薄膜（ＰＤＡＳ膜）を形成し、ビーム形状にパターニングし、例えばドライエッチング法によりパターニングして、多結晶シリコン薄膜によるビーム、すなわちビーム１４５とその支持部１４６Ａ，１４６Ｂを形成する。更に、例えばドライエッチング法によりパターニングして、配線部１３８Ａと抵抗Ｒａとの間、抵抗Ｒａに接続する配線部及び容量Ｃａの部分に開口１４２Ｃ，１４２Ｄを形成する。このとき、ビーム１４５の支持部１４６Ａ及び１４６Ｂは配線部１４２Ａ，１４２Ｂに機械的かつ電気的に接続される。
次に、図１５に示すように、接続配線、容量、直流電源入力パッドとなる薄膜、例えばＡｌーＳｉ膜を成膜し、レジストマスク及びフッ化水素溶液（ＤＨＦ:Diluted HF）を用いてパターニングし、ＡｌーＳｉ膜による容量Ｃａ、接続配線１４８及び直流電源入力パッド１４９を形成する。すなわち、配線部１４２Ａと抵抗Ｒａ間の接続配線１４８ａ、容量Ｃａを構成する対の櫛歯型電極、一方の櫛歯型電極に接続する電極パッド１５０及び一方の櫛歯型電極と抵抗Ｒａ間の接続配線１４８ｂを形成する
同時に、このフッ化水素溶液（ＤＨＦ）により、犠牲層となる酸化シリコン薄膜（ＨＤＰ）１４０を除去して、ビーム１４５と入出力電極１３６、１３７間に空間１５１を形成する。これによって、同一の基板１３０上にＭＥＭＳ静電駆動型振動子１５２と直流電圧安定化回路１０と直流電源入力パッド１５０を形成してなる目的の高周波素子１５３を得る（図１５参照）。
次に、高周波領域の微弱な信号を取り扱うときの、信号経路以外の回路を迂回する信号の漏洩を抑制し、高周波信号の信号／雑音比の向上と、上述した直流バイアス電圧の安定性の向上とを図った、本発明に係る高周波素子の他の実施の形態について説明する。
信号の漏洩を抑制する高周波素子としては、直流バイアス電圧を高周波信号線路の一部に印加して動作される高周波信号素子を有し、高周波信号線路のインピーダンスと、直流バイアス電圧を供給する直流給電配線のインピーダンスとの間をインピーダンス不整合にする。
また、信号の漏洩を抑制する高周波素子としては、直流バイアス電圧を高周波信号線路の一部に印加して動作される高周波信号素子と、高周波信号素子を駆動するための直流電圧供給手段とを有し、高周波信号線路に接続される他の配線のインピーダンスを、高周波信号線路のインピーダンスに対して不整合にする。
信号の漏洩を抑制する高周波素子の具体例としては、１つあるいは複数の高周波ブロック（例えば並列振動子）に、直流バイアス電圧を給電する場合に、高周波回路ブロックを適切に分割し、その間を、高周波回路ブロック内のＲＦ信号線の一部をなす直流給電部からみたＲＦ信号線路のインピーダンスとは異なるインピーダンスで接続する。このような接続方法を用いて直流給電配線を形成すると、高周波回路ブロック内で直流バイアス電圧と高周波信号が混在して印加されている信号線路から、直流給電回路を通じてブロック外への漏洩を最小限に抑制することができる。最良の接続方法は、ローパスフィルタを通じて直流給電配線を接続することであるが、抵抗の差異のみであっても十分な効果を得ることができる。特にＭＥＭＳ（微小電気機械系）静電駆動型（ビーム型）振動子群を用いて高周波素子を構成する場合は、ＭＥＭＳ振動子の直流でのインピーダンスは極めて大きく、直流給電線路には極めて微小な直流電流しか流れないために、かなり大きな抵抗、例えば数ＭΩの抵抗を振動子群と直流給電配線の間に挿入しても、抵抗による電圧の降下が起こらず、振動子効果的なインピーダンス不整合を実現できる。
本実施の形態は、このようなインピーダンス不整合によって漏洩を抑制できるようにした高周波素子に、さらに振動子への直流バイアス電圧の安定した供給を可能にしている。
図１６は、本発明に係る高周波素子を１段構成のラダー型フィルタに適用した第２実施形態の等価回路である。
本実施の形態のラダー型フィルタ３１は、高周波信号線路３２をマイクロストリップ線路で構成し、その信号線路３３の入力端子Ｔｉｎ及びＴｏｕｔ間に直列に並列化された複数の振動子（振動子群）で構成された振動子３５が接続され、この直列振動子３５の出力側とグランド線路３４間に同様に並列化された複数の振動子（振動子群）で構成されたシャント振動子３６が接続される。この直列振動子３５及びシャント振動子３６は、直流バイアス電圧の供給によって動作するように構成される。このため、直流電圧供給手段、例えば直流電源回路３７と直流給電線路３８を有した直流給電回路が設けられ、直流電源回路３７から直流給電回路、すなわち直流給電配線３８を通じて直列振動子３５及びシャント振動子３６の後述する信号線路３３の一部となる駆動部分に接続される。直流電源回路３７としては、例えば交流から定電圧・直流に変換して供給する回路構成、あるいは直流から電圧変換された定電圧・直流電圧に変換して供給する回路構成とすることができる。
そして、この直列振動子３５及びシャント振動子３６における信号線路３３の直流給電端子側から見たインピーダンスと直流給電配線３８のインピーダンスとの間にインピーダンスの不整合が存するよう構成される。すなわち、直列振動子３５及びシャント振動子３６における信号線路３３と、直流給電配線３８との間にインピーダンス不整合を形成するための素子を接続する。この素子としては、本例では抵抗素子Ｒ1 ，Ｒ2 が用いられている。本例では、直列振動子３５のビームと直流給電配線３８との間に抵抗素子Ｒ1 が接続され、シャント振動子３６のビームと直流給電配線３８との間に抵抗素子Ｒ2 が接続される。さらに、この直流給電配線３８と直流電源回路３７に接続された直流電源入力パッド２２との間に抵抗Ｒａと容量Ｃａからなる直流電圧安定化回路１０が接続される。この場合、抵抗Ｒａを省略して、抵抗Ｒ1 、Ｒ2 兼用して抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 と容量Ｃで直流電圧安定化回路１０を形成することも可能である。
直列振動子３５及びシャント振動子３６としては、ＭＥＭＳ静電駆動型振動子で形成される。このＭＥＭＳ静電駆動型振動子は、前述の図１及び図２と同様の構成、すなわち回路系を除いた振動子そのものの構造を採る。
図１６における直列振動子３５は、この個別のＭＥＭＳ静電駆動型振動子２を複数、例えば４０個並列化して構成される。シャント振動子３６は、複数、例えば１６０個のＭＥＭＳ静電駆動型振動子２を並列化して構成される。直列振動子３５の合成インピーダン、Ｚｓは、例えば直列抵抗Ｒｘ＝５ｋΩ、接地Ｃ0 ＝１×１０−１３Ｆからなる。シャント振動子３６の合成インピーダンスＺｐは、例えば直列抵抗Ｒｘ＝１ｋΩ、接地容量Ｃ0 ＝８×１０−１３Ｆからなる。信号線路３３の一部をなすビームと直流給電線路３８間に接続される上記抵抗素子Ｒ1 ，Ｒ2 は、例えば多結晶シリコン膜による細線を用いて形成され、その抵抗値は、例えばＲ1 ，Ｒ2 ＝１ＭΩとすることができる。図１６に示された信号線路３３の特性インピーダンスは、シャント振動子３６の合成インピーダンスＺｐと同じに設計される。
第２実施の形態の１段ラダー型高周波フィルタ３１は、直列振動子３５及びシャント振動子３６からなる高周波回路ブロックと、直流電源回路３７と、直流電圧安定化回路１０及び直流給電配線３８を含む直流給電ブロックを同一の半導体チップ上に形成して構成される。
図１７〜図２０は、図１６の等価回路で表される１段構成のラダー型フィルタ３１のフィルタ特性を示す。すなわちシリコン半導体プロセスにより作製されＭＥＭＳ静電駆動型振動子群を用いて構成されたラダー型フィルタ３１を、アドバンテック社製ネットワーク・アナライザ３７６７Ｇを用いて測定した透過特性値Ｓ２１（Ｓパラメータ）の周波数依存性を示す。直列振動子（振動子群）３５及びシャント振動子（振動子群）３６には、共通電源を用い直流−１５Ｖを印加した。直列振動子（振動子群）３５の共振周波数は９８ＭＨｚ、シャント振動子（振動子群）３６の中心周波数は、２ＭＨｚ、３ＭＨｚ、６ＭＨｚ低い、９６MHｚ、９５MHｚ、９２MHｚにそれぞれ設定して測定した。
図１７はシャント周波数依存性を示したフィルタ特性（図１８〜図２０で示す各シャント周波数が異なる曲線を重ねたもの）である。図１８、図１９、図２０はそれぞれシャント振動子３６の中心周波数を９６MHｚ、９５MHｚ、９２MHｚにしたときの図１７の要部Ａに対応した拡大周波数特性を示す。図１７から明らかなように、いずれのシャント周波数の場合も、ゴースト（雑音）のない略同じ曲線を呈し、特に共振、反共振のピーク部分では同じ曲線であり、雑音のない予想通りの周波数特性を示している。シャント振動子３６の効果が不明瞭にしか観測できないのは、ネットワーク・アナライザの入力インピーダンスが５０Ωであるためである。
第２実施形態の１段構成のラダー型フィルタ３１によれば、ＭＥＭＳ静電駆動型振動子で形成された直列振動子３５及びシャント振動子３６の、信号線路３３の一部をなすビームと直流給電配線３８との間にインピーダンス不整合とする抵抗素子Ｒ1 ，Ｒ2 を接続することにより、直流給電配線３８を通じての高周波信号の迂回が抑制され、フィルタリングされた高周波信号の信号／雑音比を向上することができる。また、複数の独立電源を必要としないので、電源に係わるコストを低減することができる。
加えて、直列振動子３５とシャント振動子３６に直流電圧安定化回路１０を通じて直流バイアス電圧を印加するので、フィルタリングされた高周波信号の時間変動を抑圧することができる。また、サージ電圧による直列振動子３５、シャント振動子３６への損害を最小限度に抑えることができる。
図２１は、本発明に係る高周波素子を２段構成のラダー型フィルタに適用した第３実施の形態の等価回路である。
第３実施の形態のラダー型フィルタ６１は、前述と同様にマイクロストリップ線路で構成された高周波信号線路３２に、それぞれ並列化された複数の振動子（振動子群）で構成された直列振動子６５１、６５２と、それぞれ並列化された複数の振動子（振動子群）で構成されたシャント振動子６６１、６６２とからなる、ラダー型フィルタが２段に接続されてなる。すなわち、その信号線路３３の入力端子ＴIN及び出力端子Ｔｏｕｔ間に直列振動子６５１が接続され、直列振動子６５１の出力側とグランド線路３４間にシャント振動子６６１が接続された１段目のラダー型フィルタが設けられ、その後段に同じく信号線路３３に直列振動子６５２が接続され、直列振動子６５２の出力側とグランド線路３４間にシャント振動子６６２が接続された２段目のラダー型フィルタが設けられる。
各直列振動子６５１、６５２及びシャント振動子６６１、６６２は、直流バイアス電圧の供給によって動作するように構成される。このため、前述と同様に直流電圧供給手段、例えば直流電源回路３７と直流給電線路３８を有した直流給電回路が設けられ、直流電源回路３７から直流給電回路、すなわち直流給電配線３８を通じて直列振動子６５１、６５２及びシャント振動子６６１、６６２の信号線路３３の一部となるビームに接続される。
そして、この直列振動子６５１、６５２及びシャント振動子６６１、６６２における信号線路３３のインピーダンスと直流給電配線３８のインピーダンスとの間にインピーダンスの不整合が存するよう構成される。すなわち、直列振動子６５１、６５２及びシャント振動子６６１、６６２における信号線路３３と、直流給電配線３８との間にインピーダンス不整合を形成するための素子、例えば抵抗素子Ｒ3 〜Ｒ6 を接続する。さらに、この直流給電配線３８と直流電源回路３７に接続された直流電源入力パッド２２との間に抵抗Ｒａと容量Ｃａからなる直流電圧安定化回路１０が接続される。この場合、抵抗Ｒａを省略することも可能である。
直列振動子６５１、６５２及びシャント振動子６６１、６６２は、前述と同様にＭＥＭＳ静電駆動型振動子２で構成される。そして、１段目の直列振動子６５１のビームと直流給電配線３８との間に抵抗素子Ｒ3 が接続され、シャント振動子６６１のビームと直流給電配線３８との間に抵抗素子Ｒ4 が接続される。また、２段目の直列振動子６５２のビームと直流給電配線３８との間に抵抗素子Ｒ5 が接続され、シャント振動子６６２のビームと直流給電配線３８との間に抵抗素子Ｒ6 が接続される。
図２１における直列振動子６６１、６６２は、個別のＭＥＭＳ静電駆動型振動子２を複数、例えば４０個並列化して構成される。シャント振動子６６１、６６２は、複数、例えば１６０個のＭＥＭＳ静電駆動型振動子２を並列化して構成される。直列振動子６５１、６５２のインピーダンスＺｓは、例えば直列抵抗Ｒｘ＝５ｋΩ、接地容量Ｃ0 ＝１×１０−１３Ｆからなる。シャント振動子６６１、６６２のインピーダンスＺｐは、例えば直列抵抗Ｒｘ＝１ｋΩ、接地容量Ｃ0 ＝８×１０−１３Ｆからなる。抵抗素子Ｒ3 ，Ｒ4 ，Ｒ5 ，Ｒ6 は、例えば多結晶シリコン膜による細線を用いて形成され、その抵抗値は、例えばＲ3 ，Ｒ4 ，Ｒ5 ，Ｒ6 ＝１ＭΩとすることができる。図２１に示された信号線路３３の特性インピーダンスは、シャント振動子６６１、６６２のインピーダンスＺｐと同じに設計される。
第３実施の形態の高周波フィルタ６１は、直列振動子６５１、６５２及びシャント振動子６６１、６６２からなる高周波回路ブロックと、直流電源回路３７と、直流電圧安定化回路１０及び直流給電配線３８を含む直流給電ブロックを同一の半導体チップ上に形成して構成される。
図２２は、図２１の等価回路で表される２段構成のラダー型フィルタ６１のフィルタ特性を示す。すなわちシリコン半導体プロセスにより作製されたＭＥＭＳビーム型振動子群を用いて構成されたラダー型フィルタ６１を、アドバンテック社製ネットワーク・アナライザ３７６７Ｇを用いて測定した透過特性値Ｓ２１（Ｓパラメータ）の周波数依存性を示す。直列振動子（振動子群）６５１、６５２及びシャント振動子（振動子群）６６１、６６２には、共通電源を用い直流−１５Ｖを印加した。直列振動子（振動子群）６５１、６５２の共振周波数は９８ＭＨｚ、シャント振動子（振動子群）６６１、６６２の中心周波数は、直列振動子のそれより４ＭＨｚ低い、９４ＭＨｚにそれぞれ設定して測定した。この図２２の特性曲線から明らかなように、雑音のない予想通りの周波数特性を示している。シャント振動子６６１、６６２の効果が不明瞭にしか観測できないのは、ネットワーク・アナライザの入力インピーダンスが５０Ωであるためである。
第３実施形態の２段構成のラダー型フィルタ６１によれば、ＭＥＭＳ静電駆動型振動子で形成された直列振動子６５１、６５２及びシャント振動子６６１、６６２の、信号線路３３の一部となるビームと直流給電配線３８との間にインピーダンス不整合とする抵抗素子Ｒ3 ，Ｒ4 ，Ｒ5 ，Ｒ6 を接続することにより、直流給電配線３８を通じての高周波信号の迂回が抑制され、フィルタリングされた高周波信号の信号／雑音比を向上することができる。また、複数の独立電源を必要としないので、電源に係わるコストを低減することができる。
加えて、直列振動子６５１、６５２とシャント振動子６６１、６６２に直流電圧安定化回路１０を通じて直流バイアス電圧を印加するので、フィルタリングされた高周波信号の時間変動を抑圧することができる。また、サージ電圧による直列振動子６５１、６５２、シャント振動子６６１、６６２への損害を最小限度に抑えることができる。
図２３は、本発明に係る高周波素子を高周波共振器に適用した第４実施の形態の等価回路である。第４実施の形態に係る高周波共振器７１は、マイクロストリップ線路で構成された高周波信号線路７２の、信号線路７３の入出力端子Ｔｉｎ及びＴｏｕｔ間に並列化された複数の振動子（振動子群）で構成された振動子７５が接続され、この振動子７５を動作させるための直流電源回路７７からの直流給電配線７８と振動子７５の信号線路の一部となるビームとの間に、実効的にインピーダンスを不整合にする素子、本例ではローパスフィルタ７９を接続して構成される。さらに、この直流給電配線７８と直流電源回路７７に接続された直流電源入力パッド２２との間に抵抗Ｒａと容量Ｃａからなる直流電圧安定化回路１０が接続される。振動子７５としては、前述と同様に図１及び図２のＭＥＭＳ駆動型振動子２で構成される。
図２３における振動子７５は、前述と同様に複数、例えば５０個のＭＥＭＳビーム型振動子２を並列化して構成される。振動子７５の合成インピーダンスＺｓは、直列抵抗Ｒｘ＝５ｋΩ、接地容量Ｃ0 ＝１×１０−１３Ｆからなる。高周波信号線路７２の信号線路７３の特性インピーダンスは、振動子７５のインピーダンスＺｓと同じに設計される。Ｃ1 は直流給電配線７８の浮遊容量、あるいはローパス回路の一部をなす容量を示す。
図２４は、図２３の等価回路で表された高周波共振器７１の共振特性を示す。すなわち、シリコン半導体プロセスにより作製されたＭＥＭＳ静電駆動ビーム型振動子群を用いて構成された高周波共振器７１を、アドバンテック社製ネットワーク・アナライザ３７６７Ｇを用いて測定した透過特性値Ｓ２１（Ｓパラメータ）の周波数依存性を示す。振動子群にはローパスフィルタ７９が組み込まれた直流電源回路７７を用い、直流−２０Ｖを印加した。信号線路７３の一部となる振動子７５のビームと、直流電源回路７７側のローパスフィルタ７９とはワイヤー・ボンド法によりＡｕ細線で接続した。 図２４から明らかなように、雑音のない、９８ＭＨｚ付近にピークを持つ共振曲線が観測できる。
なお、図２３の例では、実効的にインピーダンスを不整合にするための素子として、ローパスフィルタ７９を用いたが、その他、ＲＣ回路、抵抗素子などを用いることもできる。
第４実施形態の高周波共振器７１によれば、ＭＥＭＳ静電駆動型振動子で形成された振動子７５の、信号線路７３の一部となるビームと直流給電配線７８との間にローパスフィルタ７９を接続することにより、直流給電配線７８を通じての高周波信号の不要反射が抑制され、共振周波数の高周波信号の信号／雑音比を向上することができる。
加えて、振動子７５に直流電圧安定化回路１０を通じて直流バイアス電圧を印加するので、共振された高周波信号の時間変動を抑圧することができる。また、サージ電圧による振動子７５への損害を最小限度に抑えることができる。
上例では、本発明を複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子を電気的な結合で構成したラダー型フィルタあるいは共振器に適用したが、その他、複数のＭＥＭＳビーム型振動子を機械的な結合で構成した複合静電駆動振動子型フィルタ（図８、図９参照）に適用することができる。この場合、複合振動子型フィルタを構成する振動子あるいは振動子群への直流バイアス電圧を高周波信号線路のインピーダンスとは不整合な状態で供給するようになす。これによって、上述と同様に、フィルタリングされた高周波信号の信号／雑音比を向上することができ、また、複数の独立電源を必要としないので、電源に係わるコストを低減することができる。
本発明の第５実施の形態は、複合振動子を複数個並列に設置し、高周波信号を並列的にフィルタリングするように構成することができる。そして、かかる複合振動子型フィルタを構成する振動子あるいは振動子群への直流バイアス電圧を、高周波信号線のインピーダンスとは不整合な状態で供給し、さらに振動子に直流電圧安定化回路１０を介して直流バイアス電圧を供給するなど、前述と同様に構成する。
この第５実施の形態に係る高周波共振器においても、前述と同様の作用効果を奏する。
上述のラダー型フィルタ、複合振動子型フィルタ等の複合的な振動子によるフィルタを構成する場合、隣り合う振動子（並列化された複数の振動子で構成された振動子（振動子群））間の配線の長さ、複数段のフィルタ間の配線の長さを、取り扱う高周波信号の波長に比較して十分に短くすることにより、高周波信号の遅延に起因する信号歪を抑制することができる。
上例においては、本発明を高周波フィルタ、高周波共振器に適用したが、その他、静電駆動型ＭＥＭＳ素子を用いた高周波スイッチ、分配器等の受動素子、ＭＥＭＳ（微小機械システム）等に適用することができる。
上述した本発明の高周波素子は、これらを構成する高周波回路ブロックと、この高周波回路ブロックを動作されるための電源回路ブロックとを、同一のウェハチップ、すなわち１つの半導体チップ上に形成して構成することができる。または、本発明の高周波素子は、例えば高周波回路ブロックを形成した半導体チップと、上記電源回路ブロックを形成した半導体チップとを有して、両チップ間をワイヤーで接続して構成することができる。
また、インピーダンスを不整合にするための手段は、直流電源回路側に挿入してもよく、あるいは高周波信号素子側に挿入してよい。
上述した各実施の形態の静電駆動型振動子によるフィルタは、高周波（ＲＦ）フィルタ、中間周波（ＩＦ）フィルタ等として用いることができる。
本発明は、上述した実施の形態のフィルタを備えた通信装置、すなわち例えば携帯電話機、無線ＬＡＮ機器、無線トランシーバ、テレビチューナ、ラジオチューナ等の、電磁波を利用して通信する通信装置を提供することができる。
次に、上述した本発明の実施の形態のフィルタを適用した通信装置の構成例を、図２５を参照して説明する。
まず送信系の構成について説明すると、Ｉチャンネルの送信データとＱチャンネルの送信データを、それぞれデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）２０１Ｉ及び２０１Ｑに供給してアナログ信号に変換する。変換された各チャンネルの信号は、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑに供給して、送信信号の帯域以外の信号成分を除去し、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑの出力を、変調器２１０に供給する。
変調器２１０では、各チャンネルごとにバッファアンプ２１１Ｉ及び２１１Ｑを介してミキサ２１２Ｉ及び２１２Ｑに供給して、送信用のＰＬＬ（phase-locked loop）回路２０３から供給される送信周波数に対応した周波数信号を混合して変調し、両混合信号を加算器２１４で加算して１系統の送信信号とする。この場合、ミキサ２１２Ｉに供給する周波数信号は、移相器２１３で信号位相を９０°シフトさせてあり、Ｉチャンネルの信号とＱチャンネルの信号とが直交変調されるようにしてある。
加算器２１４の出力は、バッファアンプ２１５を介して電力増幅器２０４に供給し、所定の送信電力となるように増幅する。電力増幅器２０４で増幅された信号は、送受信切換器２０５と高周波フィルタ２０６を介してアンテナ２０７に供給し、アンテナ２０７から無線送信させる。高周波フィルタ２０６は、この通信装置で送信及び受信する周波数帯域以外の信号成分を除去するバンド・パス・フィルタである。
受信系の構成としては、アンテナ２０７で受信した信号を、高周波フィルタ２０６及び送受信切換器２０５を介して高周波部２２０に供給する。高周波部２２０では、受信信号を低ノイズアンプ（ＬＮＡ）２２１で増幅した後、バンド・パス・フィルタ２２２に供給して、受信周波数帯域以外の信号成分を除去し、除去された信号をバッファアンプ２２３を介してミキサ２２４に供給する。そして、チャンネル選択用ＰＬＬ回路２５１から供給される周波数信号を混合して、所定の送信チャンネルの信号を中間周波信号とし、その中間周波信号をバッファアンプ２２５を介して中間周波回路２３０に供給する。
中間周波回路２３０では、供給される中間周波信号をバッファアンプ２３１を介してバンド・パス・フィルタ２３２に供給して、中間周波信号の帯域以外の信号成分を除去し、除去された信号を自動ゲイン調整回路（ＡＧＣ回路）２３３に供給して、ほぼ一定のゲインの信号とする。自動ゲイン調整回路２３３でゲイン調整された中間周波信号は、バッファアンプ２３４を介して復調器２４０に供給する。
復調器２４０では、供給される中間周波信号をバッファアンプ２４１を介してミキサ２４２Ｉ及び２４２Ｑに供給して、中間周波用ＰＬＬ回路２５２から供給される周波数信号を混合して、受信したＩチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分を復調する。この場合、Ｉ信号用のミキサ２４２Ｉには、移相器２４３で信号位相を９０°シフトさせた周波数信号を供給するようにしてあり、直交変調されたＩチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分を復調する。
復調されたＩチャンネルとＱチャンネルの信号は、それぞれバッファアンプ２４４Ｉ及び２４４Ｑを介してバンド・パス・フィルタ２５３Ｉ及び２５３Ｑに供給して、Ｉチャンネル及びＱチャンネルの信号以外の信号成分を除去し、除去された信号をアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２５４Ｉ及び２５４Ｑに供給してサンプリングしてデジタルデータ化し、Ｉチャンネルの受信データ及びＱチャンネルの受信データを得る。
ここまで説明した構成において、各バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ，２０２Ｑ，２０６，２２２，２３２，２５３Ｉ，２５３Ｑの一部又は全てとして、上述した実施の形態の構成のフィルタを適用して帯域制限することが可能である。
本発明の通信装置によれば、フィルタを構成する静電駆動型振動子に安定な直流バイアス電圧を供給することができるので、出力される高周波信号又は／及び中間周波信号の時間変動を抑制することができ、また、突発的に印加される高電圧パルス（サージ電圧）による振動子の破壊を防止することができ、信頼性の高い通信装置を提供することができる。
図２５の例では、各フィルタをバンド・パス・フィルタとして構成したが、所定の周波数よりも下の周波数帯域だけを通過させるロー・パス・フィルタや、所定の周波数よりも上の周波数帯域だけを通過させるハイ・パス・フィルタとして構成して、それらのフィルタに上述した各実施の形態の構成のフィルタを適用してもよい。また、図２５の例では、無線送信及び無線受信を行う通信装置としたが、有線の伝送路を介して送信及び受信を行う通信装置が備えるフィルタに適用してもよく、さらに送信処理だけを行う通信装置や受信処理だけを行う通信装置が備えるフィルタに、上述した実施の形態の構成のフィルタを適用してもよい。
本発明に係る高周波素子の第１の基本的な構成を示す概念図である。 本発明に係る高周波素子の第２の基本的な構成を示す概念図である。 本発明に係る高周波素子の第３の基本的な構成を示す概念図である。 １つのＭＥＭＳ静電駆動型振動子でフィルタを形成した場合の実施の形態の概略図である。 １つのＭＥＭＳ静電駆動型振動子でフィルタを形成した場合の他の実施の形態の概略図である。 並列化した複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子でフィルタを形成した場合の実施の形態の概略図である。 並列化した複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子でフィルタ形成した場合の他の実施の形態の概略図である。 Ａ，Ｂ 本発明に適用される、複合振動子型フィルタを構成する複合振動子を示す平面図及び断面図である。 本発明に適用される、複合振動子型フィルタを構成する並列化した複合振動子を示す平面図である。 本発明に係る高周波素子の第１実施の形態を示す平面図である。 本発明に係る高周波素子の第１実施の形態を示す断面図である。 Ａ〜Ｂ 本発明に係る高周波素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。 Ｃ〜Ｄ 本発明に係る高周波素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。 Ｅ〜Ｆ 本発明に係る高周波素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その３）である。 本発明に係る高周波素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その４）である。 本発明に係る高周波素子を１段構成のラダー型フィルタに適用した第２実施の形態を示す等価回路図である。 図１６の１段構成のラダー型フィルタの透過特性値の周波数依存性を示すフィルタ特性図である。 図１６の等価回路におけるシャント振動子群の中心周波数を９２ＭＨｚとしたときの図１７の要部の拡大図である。 図１６の等価回路におけるシャント振動子群の中心周波数を９５ＭＨｚとしたときの図１７の要部の拡大図である。 図１６の等価回路におけるシャント振動子群の中心周波数を９６ＭＨｚとしたときの図１７の要部の拡大図である。 本発明に係る高周波素子を２段構成のラダー型フィルタに適用した第３実施の形態を示す等価回路図である。 図２１の２段構成のラダー型フィルタの透過特性値の周波数依存性を示すフィルタ特性図である。 本発明に係る高周波素子を高周波共振器に適用した第４実施の形態を示す等価回路である。 図２３の高周波共振器の透過特性値の周波数依存性を示す特性図である。 本発明に係る通信装置の一実施の形態を示す回路図である。
１・・高周波素子、２・・静電駆動型の振動子、３・・直流電源、４・・基板、５・・入力電極、６・・出力電極、７・・ビーム、８・・接地面、９・・給電線路、１０・・直流電圧安定化回路、Ｒａ・・抵抗、Ｃａ・・容量、２２・・直流電源入力パッド、３１・・１段構成のラダー型フィルタ、３２・・高周波信号線路、３３・・信号線路、３４・・グランド線路、３５・・直列振動子、３６・・シャント振動子、３７・・直流電源回路、３８・・直流給電線路、６１・・２段構成のラダー型フィルタ、６５１、６５２・・直列振動子、６６１、６６２・・シャント振動子、Ｒ1 〜Ｒ6 ・・抵抗素子、７１・・高周波共振器、７２・・高周波信号線路、７３・・信号線路、７４・・グランド線路、７７・・直流電源回路、７８・・直流給電線路、７９・・ローパスフィルタ、Ｃ1 ・・浮遊容量、１０１・・複合振動子型フィルタ、１０２・・基板、１０３、１０４・・複合振動子、１０６、１０７・・ビーム、Ｒ1 ，Ｒ2 ・・抵抗素子、１０８、１０９・・櫛歯型電極

Claims (9)

  1. 複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子を並列化した振動子群を有するフィルタと、
    前記振動子群に直流給電線路を介して接続され、前記複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子の各ビームに直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、
    前記フィルタに接続された高周波信号線路と、
    前記直流給電線路と前記振動子群のビームとの間に介挿され、前記高周波信号線路と前記直流給電線路との間をインピーダンス不整合とする素子と、
    前記直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、前記直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された前記直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路と
    を有する高周波素子。
  2. 複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子を並列化した振動子群による直列振動子と、複数のＭＥＭＳビーム型振動子を並列化した振動子群によるシャント振動子とで構成されたラダー型フィルタと、
    前記直列振動子及びシャント振動子に直流給電線路を介して接続され、前記直列振動子及び前記シャント振動子を構成する前記振動子群の複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子の各ビームに直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、
    前記ラダー型フィルタに接続された高周波信号線路と、
    前記直列振動子のビームと前記直流給電線路との間、及び前記シャント振動子のビームと前記直流給電線路との間にそれぞれ介挿され、前記高周波信号線路と前記直流給電線路との間をインピーダンス不整合とする素子と、
    前記直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、前記直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された前記直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路と
    を有する高周波素子。
  3. 前記フィルタと、前記直流電源回路及び前記直流給電線路を有する直流給電回路と、前記インピーダンス不整合とする素子と、前記直流電圧安定化回路とが同一の半導体チップ上に形成される
    請求項１または２記載の高周波素子。
  4. 基板上に入力電極と出力電極が配置され、前記入力電極及び前記出力電極をブリッジ状に跨いで複数のビームが並列して配置されて構成され、並列化した複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子からなる振動子群と、
    前記振動子群に直流給電線路を介して接続され、前記複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子の各ビームまたは前記入力電極に直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、
    前記直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、前記直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された前記直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路と
    を有する高周波素子。
  5. 前記振動子群と、前記直流電源回路と、前記直流給電線路と、前記直流電圧安定化回路とが同一の半導体チップ上に形成される
    請求項４記載の高周波素子。
  6. 送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、
    前記フィルタは、
    複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子を並列化した振動子群を有するフィルタ本体を備え、
    前記振動子群に直流給電線路を介して接続され、前記複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子の各ビームに直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、
    前記フィルタ本体に接続された高周波信号線路と、
    前記直流給電線路と前記振動子群のビームとの間に介挿され、前記高周波信号線路と前記直流給電線路との間をインピーダンス不整合とする素子と、
    前記直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、前記直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された前記直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路が付加されてなるフィルタが用いられている
    通信装置。
  7. 送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、
    前記フィルタは、
    複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子を並列化した振動子群による直列振動子と、複数のＭＥＭＳビーム型振動子を並列化した振動子群によるシャント振動子とで構成されたラダー型フィルタを備え、
    前記直列振動子及びシャント振動子に直流給電線路を介して接続され、前記直列振動子及び前記シャント振動子を構成する前記振動子群の複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子の各ビームに直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、
    前記ラダー型フィルタに接続された高周波信号線路と、
    前記直列振動子のビームと前記直流給電線路との間、及び前記シャント振動子のビームと前記直流給電線路との間にそれぞれ介挿され、前記高周波信号線路と前記直流給電線路との間をインピーダンス不整合とする素子と、
    前記直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、前記直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された前記直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路が付加されてなるフィルタが用いられている
    通信装置。
  8. 送信信号及び／又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備えた通信装置において、
    前記フィルタは、
    基板上に入力電極と出力電極が配置され、前記入力電極及び前記出力電極をブリッジ状に跨いで複数のビームが並列して配置されて構成され、並列化した複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子からなる振動子群を有し、
    前記振動子群に直流給電線路を介して接続され、前記複数のＭＥＭＳ静電駆動型振動子の各ビームまたは前記入力電極に直流バイアス電圧を供給する１つの共通した直流電源回路と、
    前記直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、前記直流給電線路と接地との間に挿入された容量とにより構成された前記直流バイアスを安定化させる直流電圧安定化回路が付加されてなるフィルタが用いられている
    通信装置。
  9. 前記直流電圧安定化回路は、前記フィルタが形成された同じ基板上に形成される
    請求項６乃至８のいずれかに記載の通信装置。
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