JP5440274B2 - 可変容量デバイス - Google Patents

Description

本発明は、例えばＭＥＭＳ技術を用いて製作される可変容量デバイスに関する。

近年において、携帯電話機をはじめとする移動体通信機の普及と機能の高度化にともなって、ＧＨｚ以上の高い周波数で使用可能な小型の可変容量デバイスの需要が増大している。このような市場の要求に応えることのできる技術またはデバイスとして、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）またはＭＥＭＳデバイス（マイクロマシンデバイス）が存在する。

従来より、ＭＥＭＳ技術を用いて製作される可変容量デバイス（ＭＥＭＳキャパシタ）が提案されている。

すなわち、そのような可変容量デバイスは、基板、基板に支持された固定電極および可動電極、および、固定電極と可動電極との間に設けられた誘電体層を備える。誘電体層と可動電極との間に空気層が形成される。アクチュエータによって可動電極が駆動されると、可動電極と固定電極との間の距離が変化し、容量が変化する（特許文献１）。

特開２００４−６５８８

上に述べた従来の可変容量デバイスでは、駆動時に誘電体層の表面と可動電極の表面とが接触するが、それぞれの表面には多数の凹凸が存在するので、表面の全体が一様に接触するのではなく、そのうちの一部分のみが実際に接触する。そのため、誘電体層の接触した部分に電荷が蓄積されて帯電することがあり、その場合に駆動特性が変化してしまう可能性がある。

これを抑制するために、誘電体層の表面に電極（キャパシタ電極）を配置し、誘電体層の電荷の移動を促して電荷の蓄積を抑えるような構造が考えられる。

つまり、図１に示す可変容量デバイス１Ｋでは、基板１１Ｋの上に固定電極１２Ｋが形成され、固定電極１２Ｋの上に誘電体層１３Ｋおよびキャパシタ電極１４Ｋが積層されている。キャパシタ電極１４Ｋの上方には、キャパシタ電極１４Ｋと対向する可動電極１５Ｋが、基板１１Ｋにより弾性的に支持されることによって設けられている。

外部電源ＧＤによって固定電極１２Ｋと可動電極１５Ｋとの間に電位差を与えると、それらの間に発生する静電引力によって可動電極１５Ｋが吸引される。これにより、固定電極１２Ｋと可動電極１５Ｋとの間の距離が変化し、それらの間の静電容量が変化する。

通常、デジタル型の可変容量デバイスでは、キャパシタ電極１４Ｋと可動電極１５Ｋとが離れた状態で形成される容量が最小（オフ状態）、キャパシタ電極１４Ｋと可動電極１５Ｋとが接触した状態で形成される容量が最大（オン状態）となり、この２つの状態で使用される。

しかし、その場合に、オンオフ動作を繰返すうちに、キャパシタ電極１４Ｋと可動電極１５Ｋとの接触抵抗が上昇し、可変容量デバイスのＱ値が変動して安定した特性が得られなくなることがある。

また、可変容量デバイスに信号を流した状態でのオンオフ動作（ホットスイッチ）では、キャパシタ電極１４Ｋと可動電極１５Ｋとの接触部分への負荷が大きくなって電極同士が溶融して張りつく可能性もある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、Ｑ値の変動を抑制することができ、特性の安定した可変容量デバイスを提供することを目的とする。

ここに述べる実施形態では、可変容量デバイスは、固定電極と、前記固定電極の上に形成された誘電体層と、前記誘電体層の上に形成されたキャパシタ電極と、前記キャパシタ電極に対向して設けられ前記キャパシタ電極に対して接離可能な可動電極と、を有して形成される。前記キャパシタ電極と前記可動電極との間においてその接触時における接触抵抗および接触容量が形成されており、前記接触抵抗の抵抗値Ｒｍおよび前記接触容量のリアクタンスＸＣｍによる誘電正接ｔａｎδ＝ＸＣｍ／Ｒｍの逆数をＱ値としたときに、前記Ｑ値が１０以上となるように、前記抵抗値Ｒｍが設定される。

接触抵抗Ｒｍは、例えばＱ値が４０以上となるように設定される。また、抵抗値Ｒｍは例えば１ＫΩ以上とされる。

本発明によると、Ｑ値の変動を抑制することができ、特性の安定した可変容量デバイスを提供することができる。

可変容量デバイスの基本的な構造の例を示す図である。 第１の実施形態における可変容量デバイスの構造の例を示す図である。 可変容量デバイスの等価回路を示す図である。 可変容量デバイスの特性の例を示すスミスチャートである。 可変容量デバイスの特性の例を示す図である。 突起を設ける位置についての変形例を示す図である。 突起の形状および配置の例を示す図である。 第２の実施形態における可変容量デバイスの構造の例を示す図である。 抵抗層の形状の例を示す図である。 抵抗層の配列の例を示す図である。 第３の実施形態における可変容量デバイスの構造の例を示す図である。 突起の形成方法の例を説明する図である。 突起の形成方法の他の例を説明する図である。 突起の形成方法の他の例を説明する図である。 抵抗層の形成方法の例を説明する図である。 抵抗層の形成方法の他の例を説明する図である。

〔第１の実施形態〕
図２において、可変容量デバイス１は、基板１１、基板１１上に形成された固定電極１２、固定電極１２の上に形成された誘電体層１３、誘電体層１３の上に形成されたキャパシタ電極１４、および可動電極１５などを有する。

基板１１は、金属酸化物からなるセラミックス基板、またはＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板などである。

固定電極１２は、金属材料によるメッキなどによって形成される。固定電極１２は、可変容量デバイス１における一方の電極となる。

誘電体層１３は、適当な比誘電率εｒを持った誘電体材料からなる。誘電体層１３の上面は、キャパシタ電極１４によって覆われている。キャパシタ電極１４は、誘電体層１３における電荷の移動を促して電荷が偏在したり蓄積したりするのを抑制する機能を有する。

キャパシタ電極１４は、誘電体層１３を介して固定電極１２と対向するので、キャパシタ電極１４と固定電極１２との間に静電容量（固定容量）Ｃｂが生じる。静電容量Ｃｂの大きさは、対向部分の面積、距離、および誘電体層１３の誘電率などに応じた大きさである。

キャパシタ電極１４の表面には、可動電極１５との間において接触抵抗を得るための多数の突起２１が形成されている。このような突起２１は、例えば、プラズマを用いたイオンミリングによって形成することができる。

つまり、キャパシタ電極１４を、例えば金属薄膜を重ねて作製した場合に、その表面は鏡面に近いものとすることが可能であるが、その表面にイオンビームを照射するなどして微細加工を行い、突起２１を形成する。即ち、キャパシタ電極１４の表面に対して除去加工を行うことにより、単にキャパシタ電極１４をメッキなどにより形成しただけでは生じ得ない突起２１を形成するのである。ここでは、除去加工としてのイオンミリングを例示したが、その他の種々の方法で突起２１を形成してもよく、いくつかの例を後で説明する。

可動電極１５は、例えばその両端部において基板１１に弾性的に支持されたブリッジ構造となったものである。図１にはブリッジ構造の中央部が示されている。可動電極１５は、その両端部が基板１１に対して固定されているが、中央部は可撓性を有して弾性的に撓み、図における上下方向に移動可能である。可動電極１５は、可変容量デバイス１における他方の電極となる。

これら固定電極１２および可動電極１５は、駆動電圧の印加のために、および高周波の信号出力のために、図示しない電極などによって引き出される。

なお、キャパシタ電極１４および可動電極１５は、例えば銅、金、アルミニウムなどの金属材料によるメッキなどによって形成される。可動電極１５は、ブリッジ構造でなく片持ち梁構造であってもよい。

このような可変容量デバイス１に対し、外部電源ＧＤを接続して固定電極１２と可動電極１５との間に電位差（駆動電圧）を与えると、それらの間に発生する静電引力によって、可動電極１５が固定電極１２の方へ吸引される。これにより、固定電極１２と可動電極１５との間の距離が変化し、それらの間の静電容量Ｃ１が変化する。

なお、外部電源ＧＤと可変容量デバイス１の電極との間には、高周波信号の漏れを防止するためのＲＦブロック３１，３２が設けられる。

可変容量デバイス１では、外部電源ＧＤを接続しないときは、可動電極１５は自由状態であり、キャパシタ電極１４の突起２１と可動電極１５Ｋとが離れた状態である〔図２（ａ）の状態〕。外部電源ＧＤを接続して駆動電圧を印加すると、可動電極１５は固定電極１２に吸引されて撓み、可動電極１５の表面が突起２１の先端部と接触した状態となる〔図２（ｂ）の状態〕。

このように、外部電源ＧＤを接続して所定の駆動電圧を印加したときに、可動電極１５は、キャパシタ電極１４と接触するが、直接に接触するのではなく、突起２１を介してキャパシタ電極１４と接触する。したがって、可動電極１５とキャパシタ電極１４との接触に際しての接触面積は大きくならず、ここに接触抵抗Ｒｍが生じる。接触抵抗Ｒｍの大きさは、突起２１の材料、形状、寸法、面積、接触圧力などに応じて定まる。

また、可動電極１５が突起２１を介してキャパシタ電極１４と接触した状態で、可動電極１５とキャパシタ電極１４との間に接触容量Ｃｍが生じる。接触容量Ｃｍの大きさは、対向部分の面積、距離、およびその間の物質の誘電率に応じた大きさである。接触容量Ｃｍは、等価回路において接触抵抗Ｒｍと並列接続で表される。

次に、可変容量デバイス１の等価回路について説明する。なお、本明細書において、物体または回路素子としての「接触抵抗Ｒｍ」を意味する場合、および接触抵抗の「抵抗値Ｒｍ」を意味する場合のいずれにおいても、「接触抵抗Ｒｍ」と記載する。ただし、「抵抗値Ｒｍ」を表す場合に、「接触抵抗Ｒｍの大きさ」と記載することもある。接触容量Ｃｍおよび静電容量Ｃｂなどの他の要素についても同様である。

図３には、可動電極１５を駆動したとき、つまり可動電極１５と突起２１とが接触したときの可変容量デバイス１の等価回路が示されている。

図３に示す等価回路において、キャパシタ電極１４と可動電極１５との間の接触抵抗Ｒｍと接触容量Ｃｍとが互いに並列に接続され、これと、キャパシタ電極１４と固定電極１２との間の静電容量Ｃｂが直列に接続される。また、それらに、寄生インダクタンスＬｐおよび寄生抵抗Ｒｐがそれぞれ直列に接続される。

さて、本実施形態において、接触抵抗Ｒｍの大きさ（抵抗値Ｒｍ）は、可変容量デバイス１のＱ値が１０以上となるように設定されている。好ましくは、Ｑ値が４０以上となるように、またはＱ値が５０以上となるように、接触抵抗Ｒｍの大きさが設定される。接触抵抗Ｒｍの具体例は、例えば２５０Ω以上とされ、好ましくは例えば１ＫΩ以上とされる。

ここで、可変容量デバイス１のＱ値は、可変容量デバイス１の性能の良さを示すものであり、Ｑ値が高いほど損失が少ない。

本実施形態において、可変容量デバイス１のＱ値は、接触抵抗Ｒｍの大きさおよび接触容量ＣｍのリアクタンスＸＣｍによる誘電正接ｔａｎδ＝ＸＣｍ／Ｒｍの逆数である次の（１）式で表される。

Ｑ値＝Ｒｍ／ＸＣｍ ……（１）
すなわち、誘電正接ｔａｎδ＝ＸＣｍ／Ｒｍは、接触抵抗Ｒｍが接触容量Ｃｍの抵抗成分（実数部分）であるとした場合のキャパシタとしての接触容量Ｃｍの損失を示すこととなる。したがって接触抵抗Ｒｍは、大きいほど損失が少なくなり、Ｑ値が高くなる。しかし、可変容量デバイス１においては、キャパシタ電極１４の機能上、無限大とすることはできず、有限の値である。例えば、Ｑ値は、通常、４０〜５０程度、または５０以上であり、１００程度あれば十分であり、最大で１０００程度である。

例えば、キャパシタ電極１４と可動電極１５との間に突起２１を設けず、キャパシタ電極１４と可動電極１５との接触抵抗をできるだけ低く設定することを考えた場合に、その接触抵抗は、通常、０．５Ω程度である。

可変容量デバイス１のインピーダンスＺ１を、例えばよく用いられる特性インピーダンスＺ０である５０Ωに合わせ、その２分の１の２５Ωが接触容量ＣｍによるリアクタンスＸＣｍであると仮定すると、この場合のＱ値は単純に見れば５０（２５Ω÷０．５Ω）程度となる。

なお、本実施形態の可変容量デバイス１では、等価回路が図３で示され、接触抵抗Ｒｍは０．５Ω程度ではなく、１ＫΩ程度と大きくする。そのため、接触抵抗Ｒｍと接触容量Ｃｍとの並列接続体では、接触容量ＣｍのリアクタンスＸＣｍは接触抵抗Ｒｍに比べて十分に低い。

したがって、接触抵抗Ｒｍは、この並列接続体と直列に接続される静電容量Ｃｂに対するＱ値には、ほとんど影響を与えないと見做せる。また、接触抵抗Ｒｍが１ＫΩ程度と高く設定されている場合には、その値を基点に接触抵抗Ｒｍが少々変化した場合でも、接触容量Ｃｍおよび静電容量Ｃｂに対してもほとんど影響を与えないと見做せる。

すなわち、可変容量デバイス１の静電容量Ｃ１は、接触抵抗Ｒｍが小さい場合にはほぼ静電容量Ｃｂに近くなり、接触抵抗Ｒｍが大きい場合には静電容量Ｃｂと接触容量Ｃｍとの直列接続の合成容量に近くなる。

一般に、ＭＥＭＳ技術によって形成されるスイッチの接触抵抗は０．５Ω前後であり、このためＱ値は４０程度である。本実施形態の可変容量デバイス１では、接触抵抗Ｒｍを大きくし、静電容量Ｃｂと接触容量Ｃｍとの合成容量を用いることにより、高いＱ値を得るようにしたのである。

すなわち、例えば、可変容量デバイス１の使用周波数におけるインピーダンスＺ１を例えば上のように５０Ω程度とし、これに合うように接触容量Ｃｍおよび静電容量ＣｂのリアクタンスＸＣｍ、ＸＣｂをそれぞれ２５Ω程度とする。つまり、接触容量Ｃｍを、静電容量Ｃｂと同じ程度の大きさとする。この場合に、接触抵抗Ｒｍが、これらのリアクタンスＸＣｍ、ＸＣｂと同じ２５Ω近辺の値である場合には、Ｑ値が最も低くなることが予想される。

したがって、Ｑ値を高くするために、接触抵抗Ｒｍを２５Ωよりも十分に高くする必要があり、最小でも１０倍の２５０Ω程度は必要であると考えられ、通常、例えば４０倍の１ｋΩ、５０倍の１．２５ｋΩ、１００倍の２．５ｋΩなどとする。さらに、１０ｋΩ、１００ｋΩ、１ＭΩ程度とすることも可能である。

図４は、図３に示す回路において、周波数を０．５〜８ＧＨｚの範囲で可変したときの、接触抵抗Ｒｍに応じた可変容量デバイス１の反射特性をシミュレーショによって求めた結果をスミスチャートに示したものである。

シミュレーションにおいて、図３の接触容量Ｃｍおよび静電容量Ｃｂをともに２．５ｐＦに、寄生インダクタンスＬｐを０．１６３ｎＨに、寄生抵抗Ｒｐを０．２８８Ωに、それぞれ設定した。

図４では、水平軸は複素反射係数の実数部、垂直軸は虚数部をそれぞれ示す。図の各円上ではインピーダンスの実数成分（抵抗成分）が一定であり、上下に曲がった円周上ではインピーダンスの虚数成分（リアクタンス成分）が一定である。図において、外側の円周に近づくほどＱ値が高くなる。

図４には、接触抵抗Ｒｍを、０．１Ω、１Ω、１０Ω、１００Ω、１ｋΩ、１０ｋΩとした場合について示されている。各接触抵抗Ｒｍによる曲線において、各曲線の右端が周波数０．５ＧＨｚ、左端が周波数８ＧＨｚである。

図４によると、接触抵抗Ｒｍを、０．１Ω、１Ω、１ｋΩ、１０ｋΩとした場合に、その曲線が外側の円周に近づいており、Ｑ値が高いことが分かる。接触抵抗Ｒｍが、１０Ω、１００Ωである場合には外側の円周から離れ、Ｑ値が低い。

図５は、図４の場合と同様に接触容量Ｃｍおよび静電容量Ｃｂをともに２．５ｐＦに設定し、周波数が２．０ＧＨｚである場合について、接触抵抗Ｒｍに応じた可変容量デバイス１の静電容量Ｃ１およびＱ値を、シミュレーションによって求めた結果を示したものである。

図５において、接触抵抗Ｒｍが低い場合は、静電容量Ｃ１は２．７ｐＦ程度であり、これは静電容量Ｃｂの２．５ｐＦに近い値である。接触抵抗Ｒｍが１０Ωより大きくなると静電容量Ｃ１が低下し、接触抵抗Ｒｍが１００Ω程度になると静電容量Ｃ１は１．８ｐＦ程度となる。

接触抵抗Ｒｍが１００Ωよりも大きくなっても静電容量Ｃ１に大きな変化はない。接触抵抗Ｒｍが１０ｋΩ程度になると、静電容量Ｃ１は１．７５ｐＦ程度となり、これは接触容量Ｃｍおよび静電容量Ｃｂの２．５ｐＦの２分の１の値である。

図５において、接触抵抗Ｒｍが０．５Ω程度の場合に、Ｑ値は５０程度であるが、接触抵抗Ｒｍがそれより大きくなるにしたがってＱ値が低下し、接触抵抗Ｒｍが１０Ω程度になるとＱ値は１程度に低下する。接触抵抗Ｒｍが１０Ω〜１００Ωの間はＱ値は１程度であり、接触抵抗Ｒｍが１００Ωよりも大きくなると、それにしたがってＱ値も高くなる。

例えば、接触抵抗Ｒｍが１０００Ω程度の場合に、Ｑ値は５０程度となる。接触抵抗Ｒｍが１０ｋΩ程度になるとＱ値は１６０程度にまで高くなる。

これら図４および図５によると、接触抵抗Ｒｍが１０Ω〜１００Ωの間でＱ値は最低となり、高いＱ値を得るには接触抵抗Ｒｍを十分に低くするかまたは高くするかのどちらかにする必要がある。接触抵抗Ｒｍが１００Ωよりも大きくなることによってある程度のＱ値が得られる。接触抵抗Ｒｍが１ｋΩ程度になると、接触抵抗Ｒｍが０．５Ω程度の場合と同等のＱ値５０が得られる。

また、本実施形態の可変容量デバイス１では、接触抵抗Ｒｍを１ｋΩ程度とし、Ｑ値５０を得る。また、静電容量Ｃ１は、静電容量Ｃｂと接触容量Ｃｍとの合成容量とする。

接触抵抗Ｒｍが１ｋΩ程度と高いので、使用によってキャパシタ電極１４と可動電極１５との接触離間を繰り返しても、それによる接触抵抗Ｒｍの変化はほとんどなく、Ｑ値はほとんど変化しない。また、接触容量Ｃｍおよび静電容量Ｃｂの変化もほとんどないので、可変容量デバイス１の静電容量Ｃ１もほとんど変化しない。

なお、図３に示す等価回路において、各要素の実際の数値は上に述べた値と種々異なることがあり、また等価回路では示されない要因が含まれることがあるので、図４および図５に示したシミュレーションの結果とは異なってくることがある。

このように、本実施形態の可変容量デバイス１では、Ｑ値の変動を抑制することができ、特性が安定する。

また、接触抵抗Ｒｍが１ｋΩ程度と高いので、可変容量デバイス１に信号電流を流した状態でオンオフ動作を行っても、つまりホットスイッチとして動作させても、可変容量デバイス１に流れる電流が抑制され、キャパシタ電極１４と可動電極１５との溶着などを防ぐことができる。

上の実施形態では、キャパシタ電極１４の表面に突起２１を設けたが、このような突起２１を他の部分に設けてもよい。

すなわち、図６（Ａ）に示す可変容量デバイス１Ｂのように、キャパシタ電極１４の表面に設けるのではなく、キャパシタ電極１４の表面と対向する可動電極１５の表面（下面）に、突起２１Ｂを設ける。

また、図６（Ｂ）に示す可変容量デバイス１Ｃのように、突起２１，２１Ｂを、キャパシタ電極１４の表面と可動電極１５の表面との両方の対向面に設ける。

図７（Ａ）に示すように、突起２１，２１Ｂの形状を、円錐状とすることができる。また、図７（Ｂ）に示すように、円錐状の突起２１，２１Ｂを、縦方向および横方向にマトリックス状に配置することができる。

なお、突起２１，２１Ｂの形状は円錐状以外の種々の形状としてよく、また、配列もマトリックス状以外の種々の配列とすることができる。

なお、突起２１は、種々のイオンミリング、その他の方法によって表面を粗くすることによって形成することが可能である。
〔第２の実施形態〕
上に述べた第１の実施形態では、キャパシタ電極１４と可動電極１５とを、突起２１を介して接触させることにより、適切な接触抵抗Ｒｍを得た。第２の実施形態では、突起２１に代えて抵抗層を用いる。

図８において、可変容量デバイス１Ｄ〜Ｆは、基板１１、基板１１上に形成された固定電極１２、固定電極１２の上に形成された誘電体層１３、誘電体層１３の上に形成されたキャパシタ電極１４、および可動電極１５などを有する。キャパシタ電極１４または可動電極１５の表面に、接触抵抗Ｒｍを形成するための、抵抗材料を用いて形成された複数の抵抗層２２，２２Ｂが設けられる。

すなわち、図８（Ａ）に示す可変容量デバイス１Ｄでは、可動電極１５の表面（下面）に複数の抵抗層２２を設ける。図８（Ｂ）に示す可変容量デバイス１Ｅでは、キャパシタ電極１４の表面（上面）に複数の抵抗層２２Ｂを設ける。図８（Ｃ）に示す可変容量デバイス１Ｆでは、可動電極１５の表面（下面）およびキャパシタ電極１４の表面（上面）の両方に複数の抵抗層２２，２２Ｂを設ける。

図９（Ａ）に示すように、抵抗層２２，２２Ｂは、平面視（正面視）が円形である。抵抗層２２，２２Ｂの厚さ（高さ）は、例えば５０〜１００ｎｍ程度であり、直径は例えば３〜１０μｍ程度である。

また、図９（Ｂ）に示すように、抵抗層２２，２２Ｂを、平面視（正面視）が正方形または矩形となるように形成してもよい。その場合の一辺の長さは、例えば３〜１０μｍ程度である。

また、抵抗層２２，２２Ｂの形状を、これら以外の種々の形状としてもよい。例えば、正多角形、台形状、多角錘形状、円錐台形状、球面状、半球面状、その他の曲面状などとしてもよい。

これら抵抗層２２，２２Ｂの配列として、マトリックス状の配列、斜め方向の配列、同心円状の配列、渦巻き状の配列などとすることができる。図１０に示す例では、可動電極１５の下面に、複数の抵抗層２２がマトリックス状に整列して配置されている。

これら抵抗層２２，２２Ｂの材料として、Ｎｂ−ＳｉＯ２、酸化ルテニウム、Ｃｕ−Ｍｎ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金などが用いられる。また、樹脂中にＡｇまたはＣｕなど金属の導電体粒子を分散させたものを用いることができる。

また、抵抗層２２，２２Ｂを、Ｓｉなどの半導体材料を用いて形成することもできる。例えば、抵抗率の高いＳｉ薄膜を真空蒸着やスパッタリングによって形成し、抵抗層２２，２２Ｂとしてもよい。

このように、抵抗層２２，２２Ｂによって接触抵抗Ｒｍおよび接触容量Ｃｍを形成することにより、接触抵抗Ｒｍおよび接触容量Ｃｍの設計が容易であり、また正確な値の接触抵抗Ｒｍおよび接触容量Ｃｍを得ることができる。例えば、抵抗層２２，２２Ｂの厚さ、高さ、面積、体積などを適当な値に設定することによって、接触抵抗Ｒｍの大きさを容易に種々設定することができる。また、接触抵抗Ｒｍおよび接触容量Ｃｍの値が長期の使用にわたって安定である。
〔第３の実施形態〕
上に述べた第１および第２の実施形態では、１つのキャパシタ電極１４と１つの可動電極１５とを対向させた。第３の実施形態では、１つの可動電極１５に対して、複数のキャパシタ電極１４ａ〜ｃが対向して設けられる。

図１１において、可変容量デバイス１Ｇ〜Ｊは、基板１１、基板１１上に形成された固定電極１２、固定電極１２の上に形成された複数の誘電体層１３ａ〜ｃ、各誘電体層１３ａ〜ｃの上に形成された複数のキャパシタ電極１４ａ〜ｃ、および可動電極１５などを有する。

各キャパシタ電極１４ａ〜ｃまたは可動電極１５の表面に、接触抵抗Ｒｍを形成するための、１つまたは複数の突起２１または抵抗層２２，２３が設けられる。

すなわち、図１１（Ａ）に示す可変容量デバイス１Ｇでは、可動電極１５の表面（下面）に複数の突起２１を設ける。図１１（Ｂ）に示す可変容量デバイス１Ｈでは、可動電極１５の表面（下面）に複数の抵抗層２２を設ける。図１１（Ｃ）に示す可変容量デバイス１Ｊでは、可動電極１５の表面（下面）に一体になった長い抵抗層２３を設ける。

これら突起２１および抵抗層２２，２３は、それぞれ第１または第２に実施形態で述べたものと同様のものである。

ところで、外部電源ＧＤにより固定電極１２と可動電極１５との間に電位差を与え、これによってそれらが接触したときに、固定電極１２とキャパシタ電極１４との間の静電容量Ｃｂが充電される。その状態から、電位差をなくして可動電極１５をキャパシタ電極１４から離間させる際に、充電された電荷によってキャパシタ電極１４と可動電極１５との間に放電が起きる可能性がある。

これに対し、第３の実施形態の可変容量デバイス１Ｇ〜Ｊによると、１つの可動電極１５に対向して複数のキャパシタ電極１４ａ〜ｃを設けることによって固定容量である静電容量Ｃｂを細分化した。これにより、それぞれのキャパシタ電極１４ａ〜ｃにおいて形成される静電容量Ｃｂａ〜ｃが細分化され、個々の静電容量Ｃｂａ〜ｃに対する充電量が減少する。したがって、放電が起き難くなり、また放電が起きたとしても小さい放電となり、電極の損傷が生じ難く、また溶着などが生じ難い。これにより、信頼性を一層向上させることができる。
〔突起および抵抗層の形成方法〕
次に、突起２１，２１Ｂおよび抵抗層２２，２３の形成方法の例について説明する。

図１２〜図１４には突起２１，２１Ｂの形成方法の例が、図１５〜図１６には抵抗層２２，２３の形成方法の例が、それぞれ示されている。

図１２（Ａ）に示すように、キャパシタ電極１４の上面に犠牲層３１を形成する。犠牲層３１の材料として、例えばＳｉＯ２、ＭｇＯなどを用いる。図１２（Ｂ）に示すように、犠牲層３１の上に、多数の穴３２ａが形成されたマスク３２を配置し、図１２（Ｃ）に示すように犠牲層３１の部分エッチングを行う。犠牲層３１はアンダーカットされ、各穴３２ａの下に空間ＫＫが形成される。

図１２（Ｄ）に示すように、金属材料または半導体材料を用いてスパッタリングなどを行い、キャパシタ電極１４の表面の空間ＫＫの部分に円錐状の突起２１を形成する。なお、このとき、マスク３２の上にもスパッタリングなどの材料が堆積する。図１２（Ｅ）に示すように、犠牲層３１をエッチングなどで除去することにより、キャパシタ電極１４の表面に突起２１が形成される。

図１３（Ａ）に示すように、キャパシタ電極１４の上面に犠牲層３１を形成する。図１３（Ｂ）（Ｃ）に示すように、表面に円錐状の多数の突起３３ａが形成された金属からなるプレス型３３を用い、犠牲層３１の表面をプレスして型成形する。これにより、図１３（Ｄ）に示すように、犠牲層３１の表面に、円錐状の多数の凹部３１ａが形成される。

図１３（Ｅ）に示すように、犠牲層３１の上に、メッキなどによって金属層３４を形成する。図１３（Ｆ）に示すように、犠牲層３１を除去することにより、表面に多数の突起２１Ｂを持った可動電極１５が形成される。

図１４（Ａ）に示すように、キャパシタ電極１４の上面に犠牲層３１を形成する。犠牲層３１の材料として、例えばＳｉＯ２、ＭｇＯなどを用いる。図１４（Ｂ）に示すように、犠牲層３１の上に、多数の穴３５ａが形成されたマスク３５を配置し、図１４（Ｃ）に示すように犠牲層３１のハーフエッチングを行う。これにより、犠牲層３１には凹部３１ｂが形成される。

図１４（Ｄ）に示すようにマスク３５を除去し、図１４（Ｅ）に示すように、犠牲層３１の上にメッキなどによって金属層３６を形成する。図１４（Ｆ）に示すように、犠牲層３１を除去することにより、表面に多数の突起２１Ｂを持った可動電極１５が形成される。

図１５（Ａ）に示すように、キャパシタ電極１４の上面に犠牲層３１を形成する。犠牲層３１の材料として樹脂などを用いることができる。図１５（Ｂ）（Ｃ）に示すように、表面に円錐状の多数の突起３７ａが形成された金属からなるプレス型３７を用い、犠牲層３１の表面をプレスして型成形する。これにより、図１５（Ｄ）に示すように、犠牲層３１の表面に、円錐状の多数の凹部３１ｃが形成される。

図１５（Ｅ）に示すように、犠牲層３１の上に、スクリーン印刷などによって抵抗体３８を塗布する。図１５（Ｆ）に示すように、抵抗体３８に対してエッチバックを行い、凹部３１ｃ内に塗布された抵抗体３８ａを残して除去する。図１５（Ｇ）に示すように、犠牲層３１および抵抗体３８ａの上に、スパッタリングなどによって金属層３９を形成する。金属層３９と抵抗体３８ａとはアンカー効果によって一体化する。図１５（Ｈ）に示すように、犠牲層３１を除去することにより、表面に多数の抵抗層２２を持った可動電極１５が形成される。

図１６（Ａ）に示すように、キャパシタ電極１４の上面に犠牲層３１を形成する。図１６（Ｂ）に示すように、犠牲層３１の上に、多数の穴４０ａが形成されたマスク４０を配置し、図１６（Ｃ）に示すように犠牲層３１のハーフエッチングを行う。これにより、犠牲層３１には凹部３１ｄが形成される。

図１６（Ｄ）に示すようにマスク４０を除去し、図１６（Ｅ）に示すように、犠牲層３１の上にスクリーン印刷などによって抵抗体４１を塗布する。図１６（Ｆ）に示すように、抵抗体４１に対してエッチバックを行い、凹部３１ｄ内に塗布された抵抗体４１ａを残して他を除去する。図１６（Ｇ）に示すように、犠牲層３１および抵抗体４１ａの上に、スパッタリングなどによって金属層４２を形成する。金属層４２と抵抗体４１ａとはアンカー効果によって一体化する。図１６（Ｈ）に示すように、犠牲層３１を除去することにより、表面に多数の抵抗層２２を持った可動電極１５が形成される。

上に述べた各形成方法において、穴３２ａ，３５ａ，４０ａ、突起３３ａ，３７ａ、凹部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ、抵抗体３８ａ、突起２１，２１Ｂ、抵抗層２２の形状、サイズ、個数、配列などは、上記以外に種々変更することができる。また、上に述べた以外の種々の形成方法を採用することが可能である。

上の各実施形態において、Ｑ値、接触抵抗Ｒｍ、接触容量Ｃｍ、静電容量Ｃｂ、寄生インダクタンスＬｐ、寄生抵抗Ｒｐなどの値は、可変容量デバイスの使用目的、伝送線路の特性インピーダンスＺ０、その他の使用条件などに応じて種々変更することができる。

上の各実施形態においては、外部電源ＧＤによって固定電極１２と可動電極１５との間に電位差を与え、静電引力によってキャパシタ電極１４と可動電極１５とを接触させる可変容量デバイス１，１Ｂ〜Ｊの例を示した。しかし、可変容量デバイスとしてこの構造に限ることなく、キャパシタ電極１４と可動電極１５とを接触させる機構が搭載されているものについて適用することができる。また、可動電極１５を駆動するための駆動電極を別途設けるようにしてもよい。

その他、固定電極１２、誘電体層１３、キャパシタ電極１４、可動電極１５、突起２１、抵抗層２２，２２Ｂ，２３、可変容量デバイス１，１Ｂ〜Ｊの各部または全体の構成、構造、回路、形状、個数、材料、配置、作製方法などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。

１，１Ｂ〜Ｊ 可変容量デバイス
１２ 固定電極
１３ 誘電体層
１４ キャパシタ電極
１５ 可動電極
２１ 突起
２２，２２Ｂ 抵抗層
２３ 抵抗層
Ｒｍ 接触抵抗
Ｃｍ 接触容量
Ｃｂ 静電容量（固定容量）
Ｃ１ 静電容量（合成容量）
ＸＣｍ リアクタンス

Claims (6)

1. 固定電極と、
   前記固定電極の上に形成された誘電体層と、
   前記誘電体層の上に形成されたキャパシタ電極と、
   前記キャパシタ電極に対向して設けられ前記キャパシタ電極に対して接離可能な可動電極と、を有し、
   前記キャパシタ電極と前記可動電極との間においてその接触時における接触抵抗および接触容量が形成されており、
   前記接触抵抗の抵抗値Ｒｍおよび前記接触容量のリアクタンスＸＣｍによる誘電正接ｔａｎδ＝ＸＣｍ／Ｒｍの逆数をＱ値としたときに、前記Ｑ値が１０以上となるように、前記抵抗値Ｒｍが設定されている、
   可変容量デバイス。
2. 前記Ｑ値が４０以上となるように、前記抵抗値Ｒｍが設定されている、
   請求項１記載の可変容量デバイス
3. 前記抵抗値Ｒｍが１ＫΩ以上である、
   請求項１記載の可変容量デバイス
4. 前記キャパシタ電極または前記可動電極の表面に、前記接触抵抗を形成するための複数の突起が設けられている、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の可変容量デバイス
5. 前記キャパシタ電極または前記可動電極の表面に、前記接触抵抗を形成するための、抵抗材料を用いて形成された抵抗層が設けられている、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の可変容量デバイス
6. １つの前記可動電極に対して、複数の前記キャパシタ電極が対向して設けられている、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の可変容量デバイス

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