JP5300559B2 - 圧電駆動型ｍｅｍｓ素子 - Google Patents
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Description
本発明は、圧電薄膜を使用した圧電駆動機構を有するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）素子に関する。
近年、ＭＥＭＳ技術で作製されたアクチュエータを使用し、ＭＥＭＳ可変キャパシタ、及びＭＥＭＳスイッチを作製する技術に関心が集まっている。特に、携帯電話や自動車電話などをはじめとした高周波向けの用途としては、従来から使用されている可変キャパシタや半導体スイッチと比較して、ＭＥＭＳ可変キャパシタについてはＱ値が高く、ＭＥＭＳスイッチについてはオン時の低い損失，及びオフ時の高い絶縁特性を備えているなどの理由から、これらのＭＥＭＳ可変キャパシタ、及びＭＥＭＳスイッチの利用が期待されている。
特許文献１には残留歪みによる梁の反りを低減するためにスリットのない圧電アクチュエータが記載されている。下部電極膜のスリットがない構造を採用することで梁の強度が増加して、梁が反りにくくなる。しかし、梁の強度が増した分、作動電圧が高くなるという問題がある。
また、特許文献２には折り返し梁構造を備えた圧電アクチュエータが記載されている。折り返した構造を用いることによって、梁の反りを相殺することが可能となる。しかし、梁を折り返す分、電極膜の距離が増加し、電極膜の抵抗により、出力される信号の損失が大きくなりＱ値が低下してしまうといった問題点がある。
また、特許文献２には折り返し梁構造を備えた圧電アクチュエータが記載されている。折り返した構造を用いることによって、梁の反りを相殺することが可能となる。しかし、梁を折り返す分、電極膜の距離が増加し、電極膜の抵抗により、出力される信号の損失が大きくなりＱ値が低下してしまうといった問題点がある。
バリキャップの損失やスイッチの通過損失を低減するために電極膜の抵抗値を低くすることが考えられる。
その具体的な方法は、導体の抵抗値を表すＲ＝ρ・（Ｌ／ｗ・ｔ）より、圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の電極膜の抵抗値を下げる方法としては、電極膜材料の抵抗率（ρ）の低いものを用いる、電極膜の長さ（Ｌ）を短くする、電極膜の幅を広くする（ｗ）、電極膜の厚さを増やす（ｔ）ことが挙げられる。
その具体的な方法は、導体の抵抗値を表すＲ＝ρ・（Ｌ／ｗ・ｔ）より、圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の電極膜の抵抗値を下げる方法としては、電極膜材料の抵抗率（ρ）の低いものを用いる、電極膜の長さ（Ｌ）を短くする、電極膜の幅を広くする（ｗ）、電極膜の厚さを増やす（ｔ）ことが挙げられる。
しかし、ＭＥＭＳ製造プロセスや物性の制限から電極膜材料はＡｌ、Ｃｕ、Ｍｏ等が用いられており、その自由度は少ない。また、電極膜の長さを短くすると、アクチュエータの作動電圧は電極膜の長さの二乗に比例して高くなる。また、電極膜の幅を広げると電極膜の幅方向の反りが生じ易くなって梁の屈曲性が悪くなる。また、電極膜の厚さに比例して作動電圧が高くなるといった問題点がある。これら上記理由により、電極膜の抵抗値を下げるとバリキャップやスイッチの特性が低下してしまう恐れがある。したがって、電極膜の抵抗値を下げて、圧電駆動型ＭＥＭＳ素子のＱ値を上げることは難しかった。
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、信号を出力する電極膜の総抵抗率（Ω／ｍ）を下げることで、圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の、バリキャップのＱ値の増加、又はスイッチの通過損失の低減を目的とする。
第１の発明にかかる圧電駆動型ＭＥＭＳ素子は基板と前記基板上に梁の一方の端部を固定して、梁の少なくとも一部を中空状に保持する固定部と、下部電極膜と，前記下部電極膜上に形成された下部圧電膜と，前記下部圧電膜上に形成された中間電極膜と，前記中間電極膜上に形成された上部圧電膜と，前記上部圧電膜上に形成された上部電極膜とを有する梁と，前記梁の下部電極膜及び上部電極膜と，中間電極膜との間に電圧を印加する電源部と，前記梁の固定部とは反対側の端部と電気回路を構成する基板上に配置された固定電極とを備え，前記下部電極膜，前記中間電極膜，前記上部電極膜のうちいずれか１つ又は２つの電極膜が他の前記電極膜より厚く、下部電極膜を前記固定部側と固定電極側に分離する分離部を備え、中間電極膜が前記下部電極膜及び前記下部電極膜より厚く、中間電極膜と分離部によって分離された固定電極側の下部電極膜が電気的に接続されていることを特徴とする。
第２の発明にかかる圧電駆動型ＭＥＭＳ素子は基板と前記基板上に梁の一方の端部を固定して、梁の少なくとも一部を中空状に保持する固定部と、下部電極膜と，前記下部電極膜上に形成された下部圧電膜と，前記下部圧電膜上に形成された中間電極膜と，前記中間電極膜上に形成された上部圧電膜と，前記上部圧電膜上に形成された上部電極膜とを備えた梁と，前記梁の一方の端部を固定する基板上に配置された固定部と、前記梁の下部電極膜及び上部電極膜と，中間電極膜との間に電圧を印加する電源部と，前記梁の固定部とは反対側の端部と電気回路を構成する基板上に配置された固定電極とを備え，前記下部電極膜と前記上部電極膜が前記中間電極膜とは接触しないように接続されたことを特徴とする。
第３の発明にかかる圧電駆動型ＭＥＭＳ素子は基板と、下部電極膜と，前記下部電極膜上に形成された下部圧電膜と，前記下部圧電膜上に形成された中間電極膜と，前記中間電極膜上に形成された上部圧電膜と，前記上部圧電膜上に形成された上部電極膜とを備え、かつ、線対称に配置された往路梁及び復路梁と、前記往路梁の上部電極膜及び下部電極膜と前記復路梁の中間電極膜を接続し、かつ、前記往路梁の中間電極膜と前記復路梁の上部電極膜及び下部電極膜を接続、又は、前記往路梁の中間電極膜と前記復路梁の上部電極膜及び下部電極膜を接続し、かつ、前記往路梁の上部電極膜及び下部電極膜と前記復路梁の中間電極膜を接続する接続部と、前記往路梁の前記接続部とは反対側の端部を固定する前記基板に配置され、前記基板上に梁の一方の端部を固定して、梁を中空状に保持する固定部と、前記復路梁の前記接続部とは反対側の端部と電気回路を形成する固定電極と、往路梁の上部電極膜及び下部電極膜と中間電極膜間の間に電圧を印加する電源部とを備え、前記中間電極膜の膜厚が前記上部電極膜及び下部電極膜より厚く、下部電極膜を前記固定部側と固定電極側に分離する分離部を備え、中間電極膜が前記下部電極膜及び前記下部電極膜より厚く、中間電極膜と分離部によって分離された固定電極側の下部電極膜が電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の構成を備えた圧電駆動型ＭＥＭＳ素子はその損失を低下させることが可能となる。
信号を出力する電極膜を厚くして抵抗値を下げること、又は、信号を出力する電極膜を並列にすることにより抵抗値を下げることのどちらかまたは両方によって、バリキャップのＱ値を増加、又は、スイッチの損失を低減した。
まず、圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の構成について簡単に説明する。
矩形型の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子は、基板上に固定電極と梁（アクチュエータと可動電極）を備え、圧電アクチュエータ及び可動電極部は下部電極膜、下部圧電膜、中間電極膜、上部圧電膜、上部電極膜を主な構成要素とし、この可動電極は固定部によって基板に中空状に備えられている。その圧電膜に印加された電圧により、圧電膜が伸縮して、圧電アクチュエータが屈曲変位し、固定電極と可動電極の距離を変位させ、バリキャップ又はスイッチとして動作する。
矩形型の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子は、基板上に固定電極と梁（アクチュエータと可動電極）を備え、圧電アクチュエータ及び可動電極部は下部電極膜、下部圧電膜、中間電極膜、上部圧電膜、上部電極膜を主な構成要素とし、この可動電極は固定部によって基板に中空状に備えられている。その圧電膜に印加された電圧により、圧電膜が伸縮して、圧電アクチュエータが屈曲変位し、固定電極と可動電極の距離を変位させ、バリキャップ又はスイッチとして動作する。
また、別の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の構成について簡単に説明する。
折り返し型の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子は、基板上に固定電極と往路梁（圧電アクチュエータ）及び復路梁（圧電アクチュエータと可動電極）を備える。そして、梁は並んで配置されている。そして、これらのアクチュエータの端部を接続する接続部を備える。アクチュエータ及び可動電極部は下部電極膜、下部圧電膜、中間電極膜、上部圧電膜、上部電極膜を主な構成要素とし、往路梁のアクチュエータの他端は固定部に接続されている。なお、折り返し型の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子は同様の構造のアクチュエータ等を線対称に平行に配置したものでもよい。
折り返し型の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子は、基板上に固定電極と往路梁（圧電アクチュエータ）及び復路梁（圧電アクチュエータと可動電極）を備える。そして、梁は並んで配置されている。そして、これらのアクチュエータの端部を接続する接続部を備える。アクチュエータ及び可動電極部は下部電極膜、下部圧電膜、中間電極膜、上部圧電膜、上部電極膜を主な構成要素とし、往路梁のアクチュエータの他端は固定部に接続されている。なお、折り返し型の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子は同様の構造のアクチュエータ等を線対称に平行に配置したものでもよい。
上記のような圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の梁は、その圧電膜に電圧を印加することにより、梁が屈曲変位し、可動電極と固定電極との距離を変位させる。
このような変位により、固定電極及び可動電極を両電極とするバリキャップまたはスイッチとして機能する。
このような変位により、固定電極及び可動電極を両電極とするバリキャップまたはスイッチとして機能する。
次に、ＭＥＭＳ素子のバリキャップのＱ値及びスイッチ損失の特性を向上させる電極膜の条件について説明する。
電極膜を厚くすることで、電極膜の抵抗を小さくすることができる。この場合は、信号を出力する電極膜の抵抗が出力される信号の損失に関係するので、その電極膜を厚くすることが好ましい。信号を出力しない電極膜の膜厚も厚くすると、信号を出力する電極膜の抵抗が小さくなる影響だけでなく、梁の屈曲性が低下して駆動電圧が高くなることが好ましくない。しかし、複数の電極膜を備えたアクチュエータの場合は電極膜の膜厚を変える場合、圧電駆動による梁の動作性を考慮して、信号を出力しない電極膜も厚くしてもよい。
電極膜を厚くすることで、電極膜の抵抗を小さくすることができる。この場合は、信号を出力する電極膜の抵抗が出力される信号の損失に関係するので、その電極膜を厚くすることが好ましい。信号を出力しない電極膜の膜厚も厚くすると、信号を出力する電極膜の抵抗が小さくなる影響だけでなく、梁の屈曲性が低下して駆動電圧が高くなることが好ましくない。しかし、複数の電極膜を備えたアクチュエータの場合は電極膜の膜厚を変える場合、圧電駆動による梁の動作性を考慮して、信号を出力しない電極膜も厚くしてもよい。
信号を出力する電極膜を複数（並列）にすることで、電極膜の電気抵抗の総和を小さくすることができる。この場合は、アクチュエータの回路を考慮して、例えばバイモルフ型のＭＥＭＳの場合は、上部電極膜と下部電極膜を短絡して両電極膜から信号を出力して、信号を出力する配線の抵抗の総和を小さくする。
接続位置の限定
接続位置の限定
往路及び復路梁を有する折り返し構造の梁を備えた圧電駆動型ＭＥＭＳ素子において、例えば、往路の信号を出力する電極膜を複数にし、さらに復路の電極膜を厚くすることで、信号を出力する配線の抵抗の総和を小さくすることができる。この場合は、アクチュエータの回路を考慮して、例えばバイモルフ型のＭＥＭＳの場合は、往路において、上部電極膜と下部電極膜を短絡して両電極膜から信号を出力して、復路は中間電極膜から信号を出力し、この電極膜を厚くして、往路、復路ともに、信号を出力する配線の抵抗の総和を小さくする。なお、往路と復路の信号を出力する電極膜は上記に示した例の逆でもよい。
電極膜や電極膜を接続する配線に用いる材料は圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の特性を考慮してＡｌ、Ｃｕ、Ｍｏのいずれかであることが好ましい。
固定電極に用いる導電性材料はある程度導電性があるものであればよい。具体的には、遷移金属（Ｔｉ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ等）、貴金属（Ａｇ，Ａｕ，ＰＴ、Ｉｒ等）、酸化物薄膜（ＩＴＯ，ＹＢＣＯ，ＲｅＯ６等）や有機導電性ポリマー等の有機膜等が挙げられる。圧電材料はＡｌＮやポリフッ化ビニリデンなど公知の圧電材料を用いることが出来る。
信号を出力する電極膜を厚くする場合、それ以外の電極膜の厚さを薄くすることが好ましい。信号を出力しない電極膜を薄くすることで、Ｑ値の低下を防いで、梁の屈曲性の低下を低減することができる。また、信号を出力する電極膜を厚くする場合、例えば、電極膜の厚さは、例えば、全ての電極膜の厚さが同じである圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の電極膜の１．５倍以上の厚さであると、電極膜の抵抗率の低下によるＱ値への影響が顕著であって好ましい。信号を出力しない電極膜と信号を出力する電極膜の膜厚との比は１：１．５以上であることが好ましい。これよりも比が小さいと、電極膜を厚くすることによる効果が小さいことが好ましくない。
次に、電極膜を厚くする場合の、圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の構成を簡単に説明する。なお、以下の説明においてはバイモルフ型の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子を例にとり、中間電極膜を、又は、上部及び下部電極膜を厚くした場合の構成について説明する。厚くする電極膜については、圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の形態等に応じて、変更しても構わない。
なお、梁に下部電極膜を分離する分離部がなければ可動電極部も圧電アクチュエータと同様に屈曲する。梁に下部電極膜を分離する分離部があると、可動電極部の下部電極膜と上部電極膜は下部圧電層を伸縮させる回路を構成しない。
中間電極膜を上部電極膜及び下部電極膜に比べて厚くした圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の概念図を図１に示す。この図１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１は固定電極１０４上の絶縁膜１０８と可動電極の下部電極膜１２３の間をバリキャップ又はスイッチとし、可動電極の下部電極膜１２３、接続配線１０５、中間電極膜１２２、アクチュエータの中間電極膜１２２を介して信号を出力する。下部電極膜は分離部１０６によって可動電極側とアクチュエータ側に隔てられていて、アクチュエータ側の上部電極膜１３１，下部電極膜１３３にはバリキャップ又はスイッチからの信号が流れない構成になっている。なお、接続配線１０５は複数あっても構わない。図１に示したような圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１では中間電極膜１２２，１３２を厚くして、中間電極膜１２２，１３２の抵抗率を下げている。そして、中間電極膜１２２，１３２を介して信号を出力するため、このような圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１の出力信号の損失を小さくすることが出来る。例えば、中間電極膜の厚さが２ｔ１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子（バリキャップ）のＱ値は中間電極膜の厚さがｔ１のものに比べて、約１．４倍となる。また、中間電極膜の厚さが増加しても、作動電圧の増加が比較的小さいので、３Ｖや５Ｖ以下でバリキャップやスイッチとして動作させる場合でも、作動電位への影響が小さい。
上部電極膜及び下部電極膜を中間電極膜に比べて厚くした圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の概念図を図３に示す。この図３の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１３は固定電極１０４上の絶縁膜１０８と可動電極の下部電極膜１２３の間をバリキャップ又はスイッチとし、可動電極の下部電極膜１２３、接続配線１０５、上部電極膜１２１、アクチュエータの上部電極膜１３１を順に介して信号を出力する。下部電極膜は分離部１０６によって可動電極側とアクチュエータ側に隔てられていて、可動電極側の中間電極膜１２２，アクチュエータ側の中間電極膜１３２，下部電極膜１３３には信号が流れない構成になっている。なお、接続配線１０５は複数あっても構わないが、いずれの接続配線も中間電極膜１２２，１２３には接続しない。図３に示したような圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１３では上部電極膜１２１，１３１の厚さが増すと、上部電極膜１２１，１３１の抵抗率が低下する。従って、上部及び下部電極膜を厚くすることで、圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１３の信号損失を減少させることが出来る。なお、接続配線の位置や数によって、その圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の信号の損失の程度は異なることがある。また、信号の出力にかかわらない下部電極膜１２３，１３３を厚くしない場合、そのＭＥＭＳ素子の屈曲の対称性は低下するが、同様に信号の損失を小さくすることが出来る。
上部電極膜や下部電極膜を中間電極膜に比べて厚くした圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の場合、中間電極膜を厚くした場合に比べて、電極膜を厚くすることを原因とする梁の屈曲性の低下が大きいが、この場合は、中間電極膜を薄くすることで、梁の屈曲性の低下を小さくすることができる。
圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の信号を出力する電極膜が上部、中間、下部電極膜のいずれか１つの電極膜ではなく、上部及び下部の両電極膜とした圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の概念図を図５に示す。この図５の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４は固定電極２０４上の絶縁膜２０８と可動電極の下部電極膜２２３の間をバリキャップ又はスイッチとし、可動電極の下部電極膜２２３と上部電極膜２２１が接続配線２０５によって接続されている。そして、バリキャップ又はスイッチを介した信号はアクチュエータの上部電極膜２３１及び下部電極膜２３３の並列の電極膜を介して信号を出力する。中間電極膜２２２，２３２は上部電極膜２２１，２３１、下部電極膜２２３，２３３及び接続配線２０５とは分離した構成になっている。なお、接続部は複数あっても構わないが、いずれの接続配線も中間電極膜には接続しない。信号の出力にかかわる電極膜が並列の電極膜であるため、信号を出力する配線（電極膜）の総抵抗が低下する。従って、このような圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４は出力信号の損失が小さくなる。この図５の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４において、上部電極膜及び下部電極膜を厚くして、信号を出力する電極膜の抵抗率を低下させてもよい。また、中間電極膜の厚さを薄くして、梁の屈曲性を向上させてもよい。
往路梁及び復路梁を持つ折り返し構造の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子において、往路梁の信号を出力する電極膜を上部及び下部電極膜より厚い中間電極膜とし、復路梁の信号を出力する電極膜を上部及び下部の両電極膜とした圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の概念図を図８に示す。この図８の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１６は基板３０１上の固定部３０６、３０７に一方の端部が固定された往路梁（アクチュエータ３０４、３０５）と復路梁（可動電極部３１７，３１８、アクチュエータ３０２，３０３）を接続する接続部３２７．３２８と、固定電極３０８を備える。接続部３２７，３２８では、往路梁のアクチュエータの上部及び下部電極膜３５１，３５３，３６１，３６３と復路梁のアクチュエータの中間電極膜３７２，３８２とを、往路梁の中間電極膜３５２，３６２を復路梁の上部及び下部電極膜３７１，３７３，３８１，３８３とを信号にかかる回路及び圧電膜に電圧を印加する回路が動作するように接続する。このような構成にすることで、圧電膜残留歪みを解消しやすくし、信号を出力する配線の抵抗値を小さくすることが可能となる。そして、接続部３２７，３２８にて信号を出力する配線を交換しても、２通りの電極膜の抵抗を小さくする手段を採用することで、往路、復路の両梁での信号の損失を小さくすることが可能となる。往路と復路に信号を出力する電極膜の抵抗値を小さくする異なる手段を採用することで、相乗的に信号の損失を小さくすることができる。なお、往路又は復路のどちらかのみに信号を出力する電極膜の抵抗値を小さくする異なる手段を採用しても、信号の損失を小さくすることができる（本構成の図は省略）。
往路梁及び復路梁を持つ折り返し構造の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子において、往路梁の信号を出力する電極膜を上部及び下部の両電極膜とし、復路梁の信号を出力する電極膜を上部及び下部電極膜より厚い中間電極膜電極膜とした圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の概念図を図１２に示す。この図１２の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１９においてそれぞれの往路と復路の梁に採用する信号を出力する電極膜の抵抗を小さくする手段が逆のものである。さらに、接続部における配線も逆であること以外は、図８の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子と構成は同様である。本構成においても往路と復路に信号を出力する電極膜の抵抗値を小さくする異なる手段を採用することで、相乗的に信号の損失を小さくすることができる。上記構成においても、往路又は復路のどちらかのみに信号を出力する電極膜の抵抗値を小さくする異なる手段を採用しても、信号の損失を小さくすることができる（本構成の図は省略）。
なお、電極膜を厚くする場合、最も厚い電極膜が１．０μｍを超えると圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の動作電圧が大きくなることが好ましくない。特に、携帯電話等の小型バッテリーで長時間駆動することが要求される無線装置の周波数変調回路に本発明の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子を用いる場合は小型、低電圧動作、低損失、低消費電力であることが要求される。そこで、さらに好ましくは、信号を出力する電極膜の膜厚は、０．６μｍ以下であることが好ましい。このような条件を満たす圧電駆動型ＭＥＭＳ素子は、従来型の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子と同様に低電圧動作が可能で、さらに、出力信号の損失を大きく軽減することが出来るため好ましい。
う
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以下、実施の形態により本発明をより詳細に説明する。なお、以下の実施例や、本発明の構成を満たす圧電駆動型ＭＥＭＳ素子はいずれもバリキャップ（可変キャパシタ）、スイッチのどちらの用途として用いてもよい。
（実施例１）
図１は，実施例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の構成を例示する模式平面図である。
図１Ｂは，図１ＡのＡ−Ａ’線断面図である。
図１Ｃは，図１ＡのＢ−Ｂ’線断面図である。
図１の概念図に示したように，本発明の第１の実施形態に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１は，基板１０１の主面上に梁が設けられ，固定部１０７から可動電極部１０３まで延在した圧電アクチュエータ１０２を備える。そして，固定部１０７と基板１０１は連結されており，基板１０１の主面上方に間隙１１５を設けて圧電アクチュエータ１０２，及び可動電極部は支持されている。また，基板１０１の主面上には固定電極部１０４が可動電極部１０３と対向して形成されており，更に固定電極部１０４上には絶縁膜１０８が形成されている。
図１は，実施例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の構成を例示する模式平面図である。
図１Ｂは，図１ＡのＡ−Ａ’線断面図である。
図１Ｃは，図１ＡのＢ−Ｂ’線断面図である。
図１の概念図に示したように，本発明の第１の実施形態に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１は，基板１０１の主面上に梁が設けられ，固定部１０７から可動電極部１０３まで延在した圧電アクチュエータ１０２を備える。そして，固定部１０７と基板１０１は連結されており，基板１０１の主面上方に間隙１１５を設けて圧電アクチュエータ１０２，及び可動電極部は支持されている。また，基板１０１の主面上には固定電極部１０４が可動電極部１０３と対向して形成されており，更に固定電極部１０４上には絶縁膜１０８が形成されている。
圧電アクチュエータ１０２は下部電極膜１３３，下部電極膜１３３上に形成された下部圧電膜１３５，下部圧電膜１３５上に形成された中間電極膜１３２，中間電極膜１３２上に形成された上部圧電膜１３４，上部圧電膜１３４上に形成された上部電極膜１３１により形成されており，電源１０９により，下部電極膜１３３，及び上部電極膜１３１と，中間電極膜１３２の間に電圧を印加することにより，基板１０１の主面に対して垂直方向に屈曲変位する。また，圧電アクチュエータ１０２の屈曲変位に応じて可動電極部１０３も屈曲変位する。ここで可動電極部１０３、圧電アクチュエータ１０２の中間電極膜１２２，１３２は，下部電極膜１２３，１３３，及び上部電極膜１２１，１３１と比較して電極膜厚が２倍大きくなっている。
可動電極部１０３は圧電アクチュエータ１０２と同様の積層構造となっているが，可動電極１０３内の接続配線１０５において，下部電極１２３と中間電極１３３が電気的に接続されている。また，可動電極部１０３の下部圧電膜１２５は圧電アクチュエータ１０２の下部圧電膜１３５に接続されており，可動電極部１０３の中間電極膜１２２は圧電アクチュエータ１０２の中間電極膜１３２に接続されており，可動電極部１０３の上部圧電膜１２４は圧電アクチュエータ１０２の上部圧電膜１３４に接続されており，可動電極部１０３の上部電極膜１２１は圧電アクチュエータ１０２の上部電極膜１３１と接続されている。一方で，可動電極部１０３の下部電極膜１２３は圧電アクチュエータ１０２の下部電極部１３３と分離部１０６によって分離されており，圧電アクチュエータ１０２の下部電極膜１３３と中間電極膜１３２が短絡されないようにしている。
それぞれの構造は，圧電アクチュエータ１０２の長さ４００μｍ，幅６０μｍ，可動電極部１０３の長さ１００μｍ，幅６０μｍ，固定電極部の長さ１２０μｍ，幅６０μｍ，固定部１０７の長さ４０μｍ，幅６０μｍ，下部電極膜１２３，１３３の電極膜厚０．２μｍ，下部圧電体膜１２５，１３５の圧電体膜厚０．５μｍ，上部圧電体膜１２４，１３４の圧電体膜厚０．５μｍ，上部電極膜厚１２１、１３１の電極膜厚０．２μｍ，絶縁膜１０８の膜厚０．１μｍであり，中間電極膜の膜厚は０．４μｍ，接続配線１０５は２０μｍ，分離部１０６の幅は１０μｍである。なお，下部電極膜１２３，１３３，中間電極膜１２２、１３２，上部電極膜１２１，１３１，及び固定電極部１０４はアルミニウムにより形成されており，下部圧電体膜１２５，１３５，上部圧電体膜１２４，１３４，及び絶縁膜１０８は窒化アルミニウムにより形成されている。
前述の通り，固定電極部１０４と可動電極部１０３は間隙１１５を介して対向して配置されているため，固定電極部１０４と可動電極部１０３の下部電極膜１２３との間にはキャパシタが形成される。また，圧電アクチュエータ１０２の変位に応じて可動電極部１０３も変位するため，可動電極部１０３の下部電極膜１２３によって形成されるキャパシタは可変キャパシタとして機能することが可能となる。
圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１の信号の流れは，まず，固定電極部１０４に入力された信号が，可動電極部１０３の下部電極膜１２３によって形成されるキャパシタを介して可動電極部１０３の下部電極膜１２３，接続配線１０５，可動電極部１０３の中間電極膜１２２，圧電アクチュエータ１０２の中間電極膜１３２を通って外部へ出力される。
ここで，前述のように，中間電極膜１２２、１３２は，下部電極膜１２３，１３３，及び上部電極膜１２１，１３１と比較して電極膜厚が大きくなっているため，電極抵抗は最も小さい。更に本実施例において，圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１０に入力された信号は，圧電アクチュエータ１０２の中間電極膜１３２を通って外部へ出力されるため，圧電アクチュエータ１０２の下部電極膜１３３，或いは上部電極膜１３１外部へ出力される場合と比較して，信号の損失は小さくなり，可変キャパシタとして使用した場合，Ｑ値の低下を抑制することが可能となり，スイッチとして使用した場合，ＯＮ時の挿入損失の増加を抑制することが可能となる。
なお、実施例１の形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の中間電極膜を０．１〜１．０μｍまで変えたものも圧電駆動型ＭＥＭＳ素子も作成した。
なお、実施例１の形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の中間電極膜を０．１〜１．０μｍまで変えたものも圧電駆動型ＭＥＭＳ素子も作成した。
（比較例１）
図２は，出力信号の損失を軽減する手段を講じていない圧電駆動型ＭＥＭＳ素子構成を例示する概念図である。
図２Ｂは，図２ＡのＣ−Ｃ’線断面図である。
図２の概念図に示したように，比較例１に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１２は，中間電極膜の厚さ０．２μｍであること、分離部１０６がないこと、接続部が無いこと以外は実施例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１と同じである。
図２は，出力信号の損失を軽減する手段を講じていない圧電駆動型ＭＥＭＳ素子構成を例示する概念図である。
図２Ｂは，図２ＡのＣ−Ｃ’線断面図である。
図２の概念図に示したように，比較例１に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１２は，中間電極膜の厚さ０．２μｍであること、分離部１０６がないこと、接続部が無いこと以外は実施例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１と同じである。
圧電駆動型ＭＥＭＳ素子２０の信号の流れは，まず，固定電極部１０４に入力された信号が，可動電極部１０３の下部電極膜１２３によって形成されるキャパシタを介して可動電極部１０３の下部電極膜１２３，圧電アクチュエータ１０２の下部電極膜１３３を通って外部へ出力される。即ち，実施例１と比較例１の異なる点は，入力された信号が圧電アクチュエータ１０２の中間電極膜１３２か，下部電極膜１３３のどちらかを通過するかである。
ここで，前述のように，圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１２の圧電アクチュエータ１０２の中間電極膜１３２は，下部電極膜１３３，及び上部電極膜１３１と同じ電極膜厚であるため，電極抵抗はほぼ同じである。
ここで，前述のように，圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１２の圧電アクチュエータ１０２の中間電極膜１３２は，下部電極膜１３３，及び上部電極膜１３１と同じ電極膜厚であるため，電極抵抗はほぼ同じである。
（実施例１と比較例１の比較）
表１は，実施例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１と比較例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１２で可変キャパシタ（バリキャップ）を形成したときの，２ＧＨｚにおけるＱ値の比較を行ったものである。なお，可変キャパシタの静電容量はどちらとも約０．４ｐＦである。
なお，それぞれのＱ値は（２）式により算出している。
表１は，実施例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１と比較例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１２で可変キャパシタ（バリキャップ）を形成したときの，２ＧＨｚにおけるＱ値の比較を行ったものである。なお，可変キャパシタの静電容量はどちらとも約０．４ｐＦである。
なお，それぞれのＱ値は（２）式により算出している。
Ｑ＝Ｉｍ（Ｙ）／Ｒｅ（Ｙ） （２）
ここで，Ｉｍ（Ｙ）は圧電駆動型ＭＥＭＳ素子のアドミッタンスの虚部，Ｒｅ（Ｙ）はアドミッタンスの実部である。
表１に示されているように，実施例１の形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１のＱ値は，比較例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１２と比較して，可動電極部１０３が圧電アクチュエータの最も電極厚の大きな箇所，即ち，中間電極膜１１２に接続されているため，Ｑ値が二倍近く増加している。従って，実施例１の形態に示した圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１は信号を出力する電極膜の厚さを厚くすることで、可変キャパシタのＱ値の増加に効果があることが分かる。なお，同様の構成で形成可能なスイッチについても，同様にＯＮ時の挿入損失の増加を抑制することに効果があることは明らかである。
なお、実施例１の中間電極膜をより厚くした場合はその圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の信号の損失をさらに小さくすることが出来る。
ここで，Ｉｍ（Ｙ）は圧電駆動型ＭＥＭＳ素子のアドミッタンスの虚部，Ｒｅ（Ｙ）はアドミッタンスの実部である。
表１に示されているように，実施例１の形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１のＱ値は，比較例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１２と比較して，可動電極部１０３が圧電アクチュエータの最も電極厚の大きな箇所，即ち，中間電極膜１１２に接続されているため，Ｑ値が二倍近く増加している。従って，実施例１の形態に示した圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１は信号を出力する電極膜の厚さを厚くすることで、可変キャパシタのＱ値の増加に効果があることが分かる。なお，同様の構成で形成可能なスイッチについても，同様にＯＮ時の挿入損失の増加を抑制することに効果があることは明らかである。
なお、実施例１の中間電極膜をより厚くした場合はその圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の信号の損失をさらに小さくすることが出来る。
（変形例１）
図３は，実施例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１の変形例を示した圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１３の構成を例示する概念図である。
図３Ｂは，図３ＡのＤ−Ｄ’線断面図である。
図３Ｃは，図３ＡのＥ−Ｅ’線断面図である。
第１の変形例に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１３は，圧電アクチュエータ１０２，及び可動電極部１０３の下部電極膜１２３，１３３，及び上部電極膜１２１，１３１の膜厚が中間電極膜１２２，１３２と比較して大きくなっており，更に，可動電極部１０３において，下部電極膜１２３と上部電極膜１２１が接続配線１０５によって電気的に接続されていること以外は実施例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１と同じである。
図３は，実施例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１の変形例を示した圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１３の構成を例示する概念図である。
図３Ｂは，図３ＡのＤ−Ｄ’線断面図である。
図３Ｃは，図３ＡのＥ−Ｅ’線断面図である。
第１の変形例に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１３は，圧電アクチュエータ１０２，及び可動電極部１０３の下部電極膜１２３，１３３，及び上部電極膜１２１，１３１の膜厚が中間電極膜１２２，１３２と比較して大きくなっており，更に，可動電極部１０３において，下部電極膜１２３と上部電極膜１２１が接続配線１０５によって電気的に接続されていること以外は実施例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１と同じである。
そして，圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１３に入力された信号は，固定電極部１０４，固定電極１０４と可動電極部１０３との間に形成される可変キャパシタ，可動電極部１０３の下部電極膜１２３，接続配線１０５，可動電極部１０３の上部電極膜１２１，圧電アクチュエータ１０２の上部電極膜１３１を通じて出力される。
実施例１の形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子と同様に入力された信号は，圧電アクチュエータ１０２の最も厚い電極膜を通過する構成であるため，可変キャパシタとして使用した場合，Ｑ値の低下を抑制することが可能となり，スイッチとして使用した場合，ＯＮ時の挿入損失の増加を抑制することが可能となる。
（実施例１と変形例１の比較）
ただし，電極膜厚の増加は圧電アクチュエータ１０２の変位量を抑制する方向に作用する。図９のグラフは，実施例１と変形例１の、それぞれ信号を出力する電極膜の厚さを０．１〜１．０μｍまで変えた圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の、信号を出力する電極膜の厚さと、駆動電圧１Ｖでの変位量の関係を比較したものである。図９のグラフから明らかなように，下部電極膜，及び上部電極膜の電極膜厚の増加は，中間電極膜の電極膜厚の増加と比較して，圧電アクチュエータ１０２の変位量の減少に大きく寄与する。そのため，圧電アクチュエータ１０２の１Ｖあたりの変位量を考慮すると，信号を出力する電極膜を中間電極膜として、その中間電極膜を厚くした圧電駆動型ＭＥＭＳ素子とした方が望ましい。
ただし，電極膜厚の増加は圧電アクチュエータ１０２の変位量を抑制する方向に作用する。図９のグラフは，実施例１と変形例１の、それぞれ信号を出力する電極膜の厚さを０．１〜１．０μｍまで変えた圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の、信号を出力する電極膜の厚さと、駆動電圧１Ｖでの変位量の関係を比較したものである。図９のグラフから明らかなように，下部電極膜，及び上部電極膜の電極膜厚の増加は，中間電極膜の電極膜厚の増加と比較して，圧電アクチュエータ１０２の変位量の減少に大きく寄与する。そのため，圧電アクチュエータ１０２の１Ｖあたりの変位量を考慮すると，信号を出力する電極膜を中間電極膜として、その中間電極膜を厚くした圧電駆動型ＭＥＭＳ素子とした方が望ましい。
また，変形例１の形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子では下部電極膜１２３，１３３，及び上部電極膜１２１，１３１の電極膜厚を中間電極膜１２２，１３２と比較して大きくしたが，下部電極膜１２３，１３３，或いは上部電極膜１２１，１３１の電極膜厚のどちらかを大きくし，電極膜厚の大きな電極膜に入力された信号が通過するようにしても問題はない。ただし，圧電アクチュエータ１０２の積層膜構造が基板１０１の垂直方向に対して非対称になるため，圧電アクチュエータ１０２の上方への変位，及び下方への変位の変形量が異なってくることに注意する必要がある。
（実施例２）
図５は，本発明の第２の実施形態に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４の構成を例示する模式平面図である。
図５Ｂは，図５ＡのＦ−Ｆ’線断面図である。
図５Ｃは，図５ＡのＧ−Ｇ’線断面図である。
本発明の第２の実施形態に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４は，実施例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１と比較して、電極膜厚がいずれも同じであること、分離部がないこと、可動電極部にて下部電極膜２２３と上部電極膜２２１が接続配線２０５によって接続されていること以外は同じである。
図５は，本発明の第２の実施形態に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４の構成を例示する模式平面図である。
図５Ｂは，図５ＡのＦ−Ｆ’線断面図である。
図５Ｃは，図５ＡのＧ−Ｇ’線断面図である。
本発明の第２の実施形態に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４は，実施例１の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１１と比較して、電極膜厚がいずれも同じであること、分離部がないこと、可動電極部にて下部電極膜２２３と上部電極膜２２１が接続配線２０５によって接続されていること以外は同じである。
圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４の信号の流れは，まず，固定電極部２０４に入力された信号が，可動電極部２０３の下部電極膜２２３によって形成されるキャパシタを介して可動電極部２０３の下部電極膜２２３と上部電極膜２２１，圧電アクチュエータ２０２の下部電極膜２３３と上部電極膜２３１を通って外部へ出力される。即ち，入力された信号は圧電アクチュエータ２０２の下部電極膜２３３と上部電極膜２３１を通るため，圧電アクチュエータ２０２の電極膜抵抗は低下する。
（実施例２と比較例１の比較）
表２は，比較例１と実施例２との可変キャパシタでのＱ値を比較したものである。表２に示されているように，実施例２の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４のＱ値は，比較例の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１２と比較して，可動電極部２０３が圧電アクチュエータ２０２の下部電極膜２３３，及び上部電極膜２３１に接続されているため，Ｑ値が増加している。従って，実施例２の形態に示した圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４は可変キャパシタのＱ値低下を抑制することに効果があることが分かる。なお，同様の構成で形成可能なスイッチについても，同様にＯＮ時の挿入損失の増加を抑制することに効果があることは明らかである。
表２は，比較例１と実施例２との可変キャパシタでのＱ値を比較したものである。表２に示されているように，実施例２の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４のＱ値は，比較例の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１２と比較して，可動電極部２０３が圧電アクチュエータ２０２の下部電極膜２３３，及び上部電極膜２３１に接続されているため，Ｑ値が増加している。従って，実施例２の形態に示した圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４は可変キャパシタのＱ値低下を抑制することに効果があることが分かる。なお，同様の構成で形成可能なスイッチについても，同様にＯＮ時の挿入損失の増加を抑制することに効果があることは明らかである。
（変形例２）
図６は，実施例２の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４の変形例２を示した圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１５の構成を例示する概念図である。
図６Ｂは，図６ＡのＨ−Ｈ’線断面図である。
図６Ｃは，図６ＡのＩ−Ｉ’線断面図である。
図６に示したように，変形例２に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１５は，実施例２の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４と比較して，下部電極膜と上部電極膜との接続位置が異なる。具体的には，第２の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４は可動電極２０３の下部電極膜２２３と上部電極膜２２１が接続されていたのに対し，変形例２の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１５は圧電アクチュエータ２０２の下部電極膜２３３と上部電極膜２３１が接続されていて、接続位置をアクチュエータの先端（固定電極２０４の固定部側の端部）から固定部２０７側に０〜４００μｍ移動させた。
図６は，実施例２の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４の変形例２を示した圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１５の構成を例示する概念図である。
図６Ｂは，図６ＡのＨ−Ｈ’線断面図である。
図６Ｃは，図６ＡのＩ−Ｉ’線断面図である。
図６に示したように，変形例２に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１５は，実施例２の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４と比較して，下部電極膜と上部電極膜との接続位置が異なる。具体的には，第２の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１４は可動電極２０３の下部電極膜２２３と上部電極膜２２１が接続されていたのに対し，変形例２の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１５は圧電アクチュエータ２０２の下部電極膜２３３と上部電極膜２３１が接続されていて、接続位置をアクチュエータの先端（固定電極２０４の固定部側の端部）から固定部２０７側に０〜４００μｍ移動させた。
図７は圧電アクチュエータ２０２の下部電極膜２３３と上部電極膜２３１の接続位置に対する可変キャパシタのＱ値の変化を示したものである。図７より，圧電アクチュエータ２０２の下部電極膜２３３と上部電極膜２３１の接続位置が固定部側２０７に近づくにつれてＱ値が低下することがわかる。変形例２において，Ｑ値の低下の抑制を，第２の実施例と比較例１のＱ値の中間を下限とすると，圧電アクチュエータ２０２で下部電極膜２３３と上部電極膜２３１を接続する位置は，圧電アクチュエータ２０２の先端から４分の１の長さの場所までの範囲であることが望ましい。
（実施例３） 図８、９は，実施例３の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の構成を例示する概念図である。
図８Ｂは，図８ＡのＬ−Ｌ’線断面図である。
図８Ｃは，図８ＡのＭ−Ｍ’線断面図である。
図９Ａ〜Ｃは図８の接続部３２７，３２８における電極膜の接続を例示した概念図である。
図８Ｂは，図８ＡのＬ−Ｌ’線断面図である。
図８Ｃは，図８ＡのＭ−Ｍ’線断面図である。
図９Ａ〜Ｃは図８の接続部３２７，３２８における電極膜の接続を例示した概念図である。
図８の概念図に示したように，本発明の第３の実施形態に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１６は，基板３０１の主面上に設けられ，固定部３０６から接続部３２７まで延在した圧電アクチュエータ３０５，及び接続部３２７から可動電極部３２０まで延在した圧電アクチュエータ３０３，及び固定部３０７から接続部３２８まで延在した圧電アクチュエータ３０４，及び接続部３２８から可動電極部３１８まで延在した圧電アクチュエータ３０４を備える。そして，圧電アクチュエータ３０３の一端は圧電アクチュエータ３０５の一端と接続部３２７により接続されており，圧電アクチュエータ３０２の一端は圧電アクチュエータ３０４の一端と接続されており，更に圧電アクチュエータ３０３の一端と可動電極部３１７は接続されており，圧電アクチュエータ３０２の一端と可動電極部３１８は接続部３２６により接続されており，更に可動電極部３１７と可動電極部３１８は接続されている。そして，固定部３０６，及び固定部３０７と基板３０１は連結されており，基板３０１の主面上方に間隙３１５を設けて圧電アクチュエータ３０２〜３０５，及び可動電極部３１７，３１８は支持されている。また，基板３０１の主面上には固定電極部３０８が可動電極部３１７，及び可動電極部３１８と対向して形成されており，更に固定電極部３１８上には絶縁膜３１６が形成されている。
圧電アクチュエータ３０２〜３０５と可動電極部３１７，３１８は、下部電極膜３３３，３４３，３５３，３６３，３７３，３８３，下部電極膜上に形成された下部圧電膜３３５，３４５，３５５，３６５，３７５，３８５，下部圧電膜上に形成された中間電極膜３３２，３４２，３５２，３６２，３７２，３８２，中間電極膜上に形成された上部圧電膜３３４，３４４，３５４，３６４，３７４，３８４，上部圧電膜上に形成された上部電極膜３３１，３４１，３５１，３６１，３７１，３８１と接続配線３１３，３１４により形成されている。
そして，接続部３２７において、図９Ａ〜Ｃのように圧電アクチュエータ３０３の下部電極膜３１０，及び上部電極膜３１４と圧電アクチュエータ３０５の中間電極３１２が接続配線３２３により電気的に接続されて、圧電アクチュエータ３０３の中間電極膜３１２と圧電アクチュエータ３０５の下部電極膜３１０，及び上部電極膜３１４が接続配線３２２により電気的に接続されている。接続部３２８において、も同様に図９Ａ〜Ｃのように電極膜が接続されている。電気的に接続されている。そのため，電源３０９により，下部電極膜３１０，及び上部電極膜３１４と，中間電極膜３１２の間に電圧を印加することにより，圧電アクチュエータ３０２〜３０５は基板３０１の主面に対して垂直方向に屈曲変位が，圧電アクチュエータ３０３，および圧電アクチュエータ３０２と圧電アクチュエータ３０４，及び圧電アクチュエータ３０５の変位方向が逆向きとなるため，圧電アクチュエータ３０２，及び圧電アクチュエータ３０３の先端に接続された可動電極部３１７，及び可動電極部３１８も基板３０１の主面に対して垂直方向に変位する。
ここで圧電アクチュエータ３０２〜３０５の中間電極膜は下部電極膜，及び上部電極膜と比較して電極膜厚が大きくなっている。
可動電極部３１７，及び可動電極部３１８は圧電アクチュエータ３０２〜３０５と同様の積層構造となっているが，可動電極３１７内，及び可動電極部３１８内において，下部電極膜３３３，３４３と上部電極膜３３１，３４１が電気的に接続されている。
可動電極部３１７，及び可動電極部３１８は圧電アクチュエータ３０２〜３０５と同様の積層構造となっているが，可動電極３１７内，及び可動電極部３１８内において，下部電極膜３３３，３４３と上部電極膜３３１，３４１が電気的に接続されている。
前述の通り，固定電極部３０８と可動電極部３１７，及び可動電極部３１８は間隙３１５を介して対向して配置されているため，固定電極部３０８と可動電極部３１７，及び可動電極部３１８の下部電極膜３１０との間にはキャパシタが形成される。また，圧電アクチュエータ３０２，および圧電アクチュエータ３０３の変位に応じて可動電極部３１７，及び可動電極部３１８も変位するため，固定電極部３０８と可動電極部３１７，及び可動電極部３１８によって形成されるキャパシタは可変キャパシタとして機能することが可能となる。可変キャパシタは同時にスイッチとしても機能することが可能である。
圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１６の信号の流れは，まず，固定電極部３０８に入力された信号が，可動電極部３１７，及び可動電極部３１８の下部電極膜３３３，３４３によって形成されるキャパシタを介して可動電極部３１７，及び可動電極部３１８の下部電極膜３３３，３４３，接続配線３１３，３１４及び上部電極膜３３１，３４１，そして、圧電アクチュエータ３０２，及び圧電アクチュエータ３０３の下部電極膜３５３，３６３，及び上部電極膜３５３，３６１，接続部３２７，及び接続部３２８の接続配線３２３，及び接続配線３２５を通り，圧電アクチュエータ３０４，及び圧電アクチュエータ３０５の中間電極膜３７２、３８３を通って出力される。即ち，入力された信号は抵抗の小さい電極膜又は並列配線を通る。
（変形例３）
変形例３の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子は中間電極膜の厚さを下部電極膜，上部電極膜と同じにしたこと以外は実施例３の形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１６と同じである。
変形例３の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子は中間電極膜の厚さを下部電極膜，上部電極膜と同じにしたこと以外は実施例３の形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１６と同じである。
（変形例４）
変形例４の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１７は図１０の概念図に例示したように実施例３の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１６の接続配線３１３，３１４を省略した構成である。接続配線３１３、３１４がないため、固定電極３０８と可動電極部３１７，３１８間の信号が、復路梁の上部及び下部電極を通らないこと以外は、実施例３の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１６と同じである。
変形例４の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１７は図１０の概念図に例示したように実施例３の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１６の接続配線３１３，３１４を省略した構成である。接続配線３１３、３１４がないため、固定電極３０８と可動電極部３１７，３１８間の信号が、復路梁の上部及び下部電極を通らないこと以外は、実施例３の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１６と同じである。
（比較例２）
変形例４の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１８は図１１の概念図に例示したように、中間電極膜の厚さが、上部及び下部電極膜の厚さと同じであること以外は変形例４の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１８と同じである。
変形例４の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１８は図１１の概念図に例示したように、中間電極膜の厚さが、上部及び下部電極膜の厚さと同じであること以外は変形例４の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１８と同じである。
（実施例４）
図１２の概念図に例示された実施例４の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１９は実施例３の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１６と比較して、接続部４１３，４１４が可動電極部４１７，４１８の下部電極膜と中間電極膜を接続し、下部電極膜が分離部４１１，４１２によって可動電極部側と圧電アクチュエータ側に分離されて、接続部４２７，４２８で、往路梁の下部電極膜及び上部電極膜が、復路梁の中間電極膜と接続配線で接続され、往路梁の中間電極膜と復路梁の上部電極膜及び下部電極膜が接続配線４２３，４２５で接続されている以外は同じである。
図１２の概念図に例示された実施例４の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１９は実施例３の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１６と比較して、接続部４１３，４１４が可動電極部４１７，４１８の下部電極膜と中間電極膜を接続し、下部電極膜が分離部４１１，４１２によって可動電極部側と圧電アクチュエータ側に分離されて、接続部４２７，４２８で、往路梁の下部電極膜及び上部電極膜が、復路梁の中間電極膜と接続配線で接続され、往路梁の中間電極膜と復路梁の上部電極膜及び下部電極膜が接続配線４２３，４２５で接続されている以外は同じである。
圧電駆動型ＭＥＭＳ素子１９の信号の流れは，まず，固定電極部４０８に入力された信号が，可動電極部４１７，及び可動電極部４１８の下部電極膜によって形成されるキャパシタを介して可動電極部４１７，及び可動電極部４１８の下部電極膜４３３，４４３，接続配線４１３，４１４及び中間電極膜４３２，４４２，そして、圧電アクチュエータ４０２，及び圧電アクチュエータ４０３の中間電極膜４５２，４６２，接続部４２７，及び接続部４２８の接続配線４２２，及び接続配線４２４を通り，圧電アクチュエータ４０４，及び圧電アクチュエータ４０５の上部電極膜４７１，４８１及び下部電極膜４７３，４８３を通って出力される。即ち，入力された信号は抵抗の小さい電極膜又は並列配線を通る。
表３は，２ＧＨｚで観測した可変キャパシタの静電容量が０．４ｐＦにおける実施例３、変形例３、変形例４、比較例２、実施例４の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子（バリキャップ）のＱ値を示したものである。比較例２に比べ実施例３、変形例３、変形例４、比較例２、実施例４の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子はその出力信号の損失を抑制した。また、第１，及び第２の実施形態の公正を組み合わせた実施例３，４の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子は特に，キャパシタの信号の損失を相乗的に抑制することが可能となる。なお，同様の構成で形成可能なスイッチについても，同様にＯＮ時の挿入損失の増加を抑制することに効果があることは明らかである。
上記の実施形態に係る圧電駆動型ＭＥＭＳ素子により作成した可変キャパシタを組み込んで，周波数が可変のフィルタを内蔵する電子回路を作成できる。また，上記ＭＥＭＳの可変キャパシタを組み込んだ電子回路は，例えば携帯電話等の各種電子機器に用いることができる。
１１…実施例１の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１２…比較例１の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１３…変形例１の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１４…実施例２の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１５…変形例２の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１６…実施例３の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１７…変形例３の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１８…比較例２の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１９…実施例４の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１０１…基板
１０２…圧電アクチュエータ
１０３…可動電極部
１０４…固定電極部
１０５…接続配線
１０６…分離部
１０７…固定部
１０８…絶縁膜
１０９…電源
１１０…間隙
１２１…上部電極膜（可動電極部）
１２２…中間電極膜（可動電極部）
１２３…下部電極膜（可動電極部）
１２４…上部圧電膜（可動電極部）
１２５…下部圧電膜（可動電極部）
１３１…上部電極膜（圧電アクチュエータ）
１３２…中間電極膜（圧電アクチュエータ）
１３３…下部電極膜（圧電アクチュエータ）
１３４…上部圧電膜（圧電アクチュエータ）
１３５…下部圧電膜（圧電アクチュエータ）
２０１…基板
２０２…圧電アクチュエータ
２０３…可動電極部
２０４…固定電極部
２０５…接続配線
２０６…分離部
２０７…固定部
２０８…絶縁膜
２０９…電源
２１０…間隙
２２１…上部電極膜（可動電極部）
２２２…中間電極膜（可動電極部）
２２３…下部電極膜（可動電極部）
２２４…上部圧電膜（可動電極部）
２２５…下部圧電膜（可動電極部）
２３１…上部電極膜（圧電アクチュエータ）
２３２…中間電極膜（圧電アクチュエータ）
２３３…下部電極膜（圧電アクチュエータ）
２３４…上部圧電膜（圧電アクチュエータ）
２３５…下部圧電膜（圧電アクチュエータ）
３０１…基板
３０２、３０３，３０４，３０５…圧電アクチュエータ
３０６，３０７…固定部
３０９…電源
３１３、３１４…接続配線
３１５…間隙
３１６…絶縁膜
３１７、３１８…可動電極部
３２２、３２３，３２４，３２５…接続配線
３２７，３２８…接続部
３３１、３４１，３５１，３６１，３７１，３８１…上部電極膜
３３２、３４２，３５２，３６２，３７２，３８２…中間電極膜
３３３、３４３，３５３，３６３，３７３，３８３…上部電極膜
３３４、３４４，３５４，３６４，３７４，３８４…上部圧電膜
３３５、３４５，３５５，３６５，３７５，３８５…下部圧電膜
４０１…基板
４０２、４０３，４０４，４０５…圧電アクチュエータ
４０６，４０７…固定部
４０９…電源
４１１，４１２…分離部
４１３、４１４…接続配線
４１５…間隙
４１６…絶縁膜
４１７、４１８…可動電極部
４２２、４２３，４２４，３２５…接続配線
４２７，４２８…接続部
４３１、４４１，４５１，４６１，４７１，４８１…上部電極膜
４３２、４４２，４５２，４６２，４７２，４８２…中間電極膜
４３３、４４３，４５３，４６３，４７３，４８３…上部電極膜
４３４、４４４，４５４，４６４，４７４，４８４…上部圧電膜
４３５、４４５，４５５，４６５，４７５，４８５…下部圧電膜
１２…比較例１の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１３…変形例１の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１４…実施例２の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１５…変形例２の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１６…実施例３の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１７…変形例３の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１８…比較例２の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１９…実施例４の実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子
１０１…基板
１０２…圧電アクチュエータ
１０３…可動電極部
１０４…固定電極部
１０５…接続配線
１０６…分離部
１０７…固定部
１０８…絶縁膜
１０９…電源
１１０…間隙
１２１…上部電極膜（可動電極部）
１２２…中間電極膜（可動電極部）
１２３…下部電極膜（可動電極部）
１２４…上部圧電膜（可動電極部）
１２５…下部圧電膜（可動電極部）
１３１…上部電極膜（圧電アクチュエータ）
１３２…中間電極膜（圧電アクチュエータ）
１３３…下部電極膜（圧電アクチュエータ）
１３４…上部圧電膜（圧電アクチュエータ）
１３５…下部圧電膜（圧電アクチュエータ）
２０１…基板
２０２…圧電アクチュエータ
２０３…可動電極部
２０４…固定電極部
２０５…接続配線
２０６…分離部
２０７…固定部
２０８…絶縁膜
２０９…電源
２１０…間隙
２２１…上部電極膜（可動電極部）
２２２…中間電極膜（可動電極部）
２２３…下部電極膜（可動電極部）
２２４…上部圧電膜（可動電極部）
２２５…下部圧電膜（可動電極部）
２３１…上部電極膜（圧電アクチュエータ）
２３２…中間電極膜（圧電アクチュエータ）
２３３…下部電極膜（圧電アクチュエータ）
２３４…上部圧電膜（圧電アクチュエータ）
２３５…下部圧電膜（圧電アクチュエータ）
３０１…基板
３０２、３０３，３０４，３０５…圧電アクチュエータ
３０６，３０７…固定部
３０９…電源
３１３、３１４…接続配線
３１５…間隙
３１６…絶縁膜
３１７、３１８…可動電極部
３２２、３２３，３２４，３２５…接続配線
３２７，３２８…接続部
３３１、３４１，３５１，３６１，３７１，３８１…上部電極膜
３３２、３４２，３５２，３６２，３７２，３８２…中間電極膜
３３３、３４３，３５３，３６３，３７３，３８３…上部電極膜
３３４、３４４，３５４，３６４，３７４，３８４…上部圧電膜
３３５、３４５，３５５，３６５，３７５，３８５…下部圧電膜
４０１…基板
４０２、４０３，４０４，４０５…圧電アクチュエータ
４０６，４０７…固定部
４０９…電源
４１１，４１２…分離部
４１３、４１４…接続配線
４１５…間隙
４１６…絶縁膜
４１７、４１８…可動電極部
４２２、４２３，４２４，３２５…接続配線
４２７，４２８…接続部
４３１、４４１，４５１，４６１，４７１，４８１…上部電極膜
４３２、４４２，４５２，４６２，４７２，４８２…中間電極膜
４３３、４４３，４５３，４６３，４７３，４８３…上部電極膜
４３４、４４４，４５４，４６４，４７４，４８４…上部圧電膜
４３５、４４５，４５５，４６５，４７５，４８５…下部圧電膜
Claims (7)
- 基板と
前記基板上に梁の一方の端部を固定して、梁の少なくとも一部を中空状に保持する固定部と、
下部電極膜と，前記下部電極膜上に形成された下部圧電膜と，前記下部圧電膜上に形成された中間電極膜と，前記中間電極膜上に形成された上部圧電膜と，前記上部圧電膜上に形成された上部電極膜とを有する梁と，
前記梁の下部電極膜及び上部電極膜と，中間電極膜との間に電圧を印加する電源部と，
前記梁の固定部とは反対側の端部と電気回路を構成する基板上に配置された固定電極とを備え，
前記下部電極膜，前記中間電極膜，前記上部電極膜のうちいずれか１つ又は２つの電極膜が他の前記電極膜より厚く、
前記下部電極膜を前記固定部側と前記固定電極側に分離する分離部を備え、
前記中間電極膜が前記下部電極膜及び前記下部電極膜より厚く、
前記中間電極膜と前記分離部によって分離された前記固定電極側の下部電極膜が電気的に接続されていることを特徴とする圧電駆動型ＭＥＭＳ素子。 - 基板と
前記基板上に梁の一方の端部を固定して、梁の少なくとも一部を中空状に保持する固定部と、
下部電極膜と，前記下部電極膜上に形成された下部圧電膜と，前記下部圧電膜上に形成された中間電極膜と，前記中間電極膜上に形成された上部圧電膜と，前記上部圧電膜上に形成された上部電極膜とを有する梁と，
前記梁の下部電極膜及び上部電極膜と，中間電極膜との間に電圧を印加する電源部と，
前記梁の固定部とは反対側の端部と電気回路を構成する基板上に配置された固定電極とを備え，
前記下部電極膜，前記中間電極膜，前記上部電極膜のうちいずれか１つ又は２つの電極膜が他の前記電極膜より厚く、
前記下部電極膜を前記固定部側と前記固定電極側に分離する分離部を備え、
前記下部電極膜又は前記上部電極膜の少なくともどちらかが前記中間電極膜より厚く、
前記上部電極膜と前記分離部によって分離された前記固定電極側の下部電極膜が前記中間電極膜とは接触しないように電気的に接続されていることを特徴とする圧電駆動型ＭＥＭＳ素子。 - 基板と
前記基板上に梁の一方の端部を固定して、梁の少なくとも一部を中空状に保持する固定部と、
下部電極膜と，前記下部電極膜上に形成された下部圧電膜と，前記下部圧電膜上に形成された中間電極膜と，前記中間電極膜上に形成された上部圧電膜と，前記上部圧電膜上に形成された上部電極膜とを備えた梁と，
前記梁の一方の端部を固定する基板上に配置された固定部と、
前記梁の下部電極膜及び上部電極膜と，中間電極膜との間に電圧を印加する電源部と，
前記梁の固定部とは反対側の端部と電気回路を構成する基板上に配置された固定電極とを備え，
前記下部電極膜と前記上部電極膜が前記中間電極膜とは接触しないように接続されたことを特徴とする圧電駆動型ＭＥＭＳ素子。 - 前記下部電極膜と前記上部電極膜が前記中間電極膜とは接触しないように接続する配線が、前記梁の固定電極側の端部からに４分の１以下の位置に備えられていることを特徴とする請求項３に記載の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子。
- 基板と、
下部電極膜と，前記下部電極膜上に形成された下部圧電膜と，前記下部圧電膜上に形成された中間電極膜と，前記中間電極膜上に形成された上部圧電膜と，前記上部圧電膜上に形成された上部電極膜とを備え、かつ、線対称に配置された往路梁及び復路梁と、
前記往路梁の上部電極膜及び下部電極膜と前記復路梁の中間電極膜を接続し、かつ、前記往路梁の中間電極膜と前記復路梁の上部電極膜及び下部電極膜を接続、
又は、
前記往路梁の中間電極膜と前記復路梁の上部電極膜及び下部電極膜を接続し、かつ、前記往路梁の上部電極膜及び下部電極膜と前記復路梁の中間電極膜を接続する接続部と、
前記往路梁の前記接続部とは反対側の端部を固定する前記基板に配置され、前記基板上に梁の一方の端部を固定して、梁を中空状に保持する固定部と、
前記復路梁の前記接続部とは反対側の端部と電気回路を形成する固定電極と、
往路梁の上部電極膜及び下部電極膜と中間電極膜間の間に電圧を印加する電源部とを備え、
前記中間電極膜の膜厚が前記上部電極膜及び下部電極膜より厚く、
前記往路梁の上部電極膜及び下部電極膜と前記復路梁の中間電極膜を接続し、かつ、前記往路梁の中間電極膜と前記復路梁の上部電極膜及び下部電極膜が接続され、
前記復路梁の下部電極膜と上部電極膜が前記復路梁の中間電極膜と接触しないように電気的に接続されていることを特徴とする圧電駆動型ＭＥＭＳ素子。 - 基板と、
下部電極膜と，前記下部電極膜上に形成された下部圧電膜と，前記下部圧電膜上に形成された中間電極膜と，前記中間電極膜上に形成された上部圧電膜と，前記上部圧電膜上に形成された上部電極膜とを備え、かつ、線対称に配置された往路梁及び復路梁と、
前記往路梁の上部電極膜及び下部電極膜と前記復路梁の中間電極膜を接続し、かつ、前記往路梁の中間電極膜と前記復路梁の上部電極膜及び下部電極膜を接続、
又は、
前記往路梁の中間電極膜と前記復路梁の上部電極膜及び下部電極膜を接続し、かつ、前記往路梁の上部電極膜及び下部電極膜と前記復路梁の中間電極膜を接続する接続部と、
前記往路梁の前記接続部とは反対側の端部を固定する前記基板に配置され、前記基板上に梁の一方の端部を固定して、梁を中空状に保持する固定部と、
前記復路梁の前記接続部とは反対側の端部と電気回路を形成する固定電極と、
往路梁の上部電極膜及び下部電極膜と中間電極膜間の間に電圧を印加する電源部とを備え、
前記中間電極膜の膜厚が前記上部電極膜及び下部電極膜より厚く、
前記往路梁の中間電極膜と前記復路梁の上部電極膜及び下部電極膜を接続し、かつ、前記往路梁の上部電極膜及び下部電極膜と前記復路梁の中間電極膜が接続され、
前記復路梁の下部電極膜を前記固定電極側と前記接続部側に分離する分離部と、
前記分離部によって分離された固定電極側の下部電極膜と復路梁の中間電極膜が接続されていることを特徴とする圧電駆動型ＭＥＭＳ素子。 - 復路梁を線対称に配置された二部の前記圧電駆動型ＭＥＭＳ素子と、
前記両圧電駆動型ＭＥＭＳ素子の復路梁の固定電極側の端部を接続したことを特徴とする請求項５又は６に記載の圧電駆動型ＭＥＭＳ素子。
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