JPH07335491A - 可変容量素子 - Google Patents
可変容量素子Info
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- JPH07335491A JPH07335491A JP6123507A JP12350794A JPH07335491A JP H07335491 A JPH07335491 A JP H07335491A JP 6123507 A JP6123507 A JP 6123507A JP 12350794 A JP12350794 A JP 12350794A JP H07335491 A JPH07335491 A JP H07335491A
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- piezoelectric
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 作動電圧が低く、かつ容量変化の大きな小型
の可変容量素子を提供する。 【構成】 上部電極６は圧電素子５と一体に下部電極４
の上方に設けられている。圧電素子５は圧電材１０から
なる圧電素子で、第１圧電電極８と第２圧電電極１２の
間に直流電圧を印加することにより、収縮する。したが
って、第１圧電電極８と第２圧電電極１２の間に所定の
電圧を印加することにより、上部電極の下部電極４に対
する位置を変更でき、上部電極と下部電極で形成される
容量を任意にしかも低電圧でかつ大きな変動範囲で変更
できる。
の可変容量素子を提供する。 【構成】 上部電極６は圧電素子５と一体に下部電極４
の上方に設けられている。圧電素子５は圧電材１０から
なる圧電素子で、第１圧電電極８と第２圧電電極１２の
間に直流電圧を印加することにより、収縮する。したが
って、第１圧電電極８と第２圧電電極１２の間に所定の
電圧を印加することにより、上部電極の下部電極４に対
する位置を変更でき、上部電極と下部電極で形成される
容量を任意にしかも低電圧でかつ大きな変動範囲で変更
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、容量を変更できる容量
素子に関し、特に容量変化が大きく且つ耐久性の高い可
変容量素子に関する。
素子に関し、特に容量変化が大きく且つ耐久性の高い可
変容量素子に関する。
【０００２】
【従来技術】従来の周波数可変フィルタや周波数可変発
振器用の可変容量素子としては、電極間に静電気力を生
じさせ、その静電引力により電極間の距離を変更して容
量を変更するようにしたものが知られている。（特開平
５−７４６５５号公報参照）従来の可変容量素子につい
て図７に基づいて説明する。
振器用の可変容量素子としては、電極間に静電気力を生
じさせ、その静電引力により電極間の距離を変更して容
量を変更するようにしたものが知られている。（特開平
５−７４６５５号公報参照）従来の可変容量素子につい
て図７に基づいて説明する。
【０００３】図７に示すように、コンデンサ３１は上部
電極３２が４本の梁３３で周囲から支持された構造をし
ており、上部電極３２と下部電極３４はコンデンサ３１
の対向する電極であるとともに、直流電圧を印加して静
電引力を発生させ、電極間隔を変更させることができる
ようになっている。したがって、上部電極３２と下部電
極３４の電極間に直流電圧を印加して、上部電極３２を
下部電極３４に近づけることにより任意にコンデンサ３
１の容量を変更できる。例えば、電極間に５ｖの電圧を
印加することにより、１ｐＦの容量を１．３ｐＦにで
き、容量が３０％変化する。
電極３２が４本の梁３３で周囲から支持された構造をし
ており、上部電極３２と下部電極３４はコンデンサ３１
の対向する電極であるとともに、直流電圧を印加して静
電引力を発生させ、電極間隔を変更させることができる
ようになっている。したがって、上部電極３２と下部電
極３４の電極間に直流電圧を印加して、上部電極３２を
下部電極３４に近づけることにより任意にコンデンサ３
１の容量を変更できる。例えば、電極間に５ｖの電圧を
印加することにより、１ｐＦの容量を１．３ｐＦにで
き、容量が３０％変化する。
【０００４】次に、上記コンデンサ３１の製造方法につ
いて説明する。
いて説明する。
【０００５】石英ガラス基板の上に下部電極３４となる
Ａｌを通常の成膜技術、例えばスパッタ、フォトリソグ
ラフィ、ウエットエッチング等により３００nm形成し、
エッチングする。次に犠牲層となるＺｎＯを通常の成膜
技術、例えばスパッタ、フォトリソグラフィ、ウエット
エッチング等により３００nm形成し、エッチングする。
Ａｌを通常の成膜技術、例えばスパッタ、フォトリソグ
ラフィ、ウエットエッチング等により３００nm形成し、
エッチングする。次に犠牲層となるＺｎＯを通常の成膜
技術、例えばスパッタ、フォトリソグラフィ、ウエット
エッチング等により３００nm形成し、エッチングする。
【０００６】次に電極ギャップの形成及び表面を平坦化
するためのＳＯＧ（スピンオンガラス）を通常の成膜技
術、例えばスピンコート、フォトリソグラフィ、ウエッ
トエッチング等により１μｍ形成し、エッチングする。
次に、バッファ層としてのＳｉＯ2 膜を通常のプラズマ
ＣＶＤ技術により成膜する。次に上部電極３２となるＡ
ｌを通常のスパッタで１μｍ成膜する。。次に通常のフ
ォトリソグラフィ、ウェットエッチング技術によりＡ
ｌ、ＳｉＯ2 膜、ＳＯＧをエッチングする。最後にウエ
ットエッチッングによりＺｎＯを全てエッチングして、
上部電極３２の下側を除去して図７に示すような形状で
且つ上部電極３２と下部電極３４の間に空間を有するコ
ンデンサ３１を形成する。
するためのＳＯＧ（スピンオンガラス）を通常の成膜技
術、例えばスピンコート、フォトリソグラフィ、ウエッ
トエッチング等により１μｍ形成し、エッチングする。
次に、バッファ層としてのＳｉＯ2 膜を通常のプラズマ
ＣＶＤ技術により成膜する。次に上部電極３２となるＡ
ｌを通常のスパッタで１μｍ成膜する。。次に通常のフ
ォトリソグラフィ、ウェットエッチング技術によりＡ
ｌ、ＳｉＯ2 膜、ＳＯＧをエッチングする。最後にウエ
ットエッチッングによりＺｎＯを全てエッチングして、
上部電極３２の下側を除去して図７に示すような形状で
且つ上部電極３２と下部電極３４の間に空間を有するコ
ンデンサ３１を形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
静電引力を用いたコンデンサでは、電極の移動量を大き
くできず、容量の変化範囲が小さいという問題があっ
た。例えば、コンデンサ３１では、梁の厚さが現在では
２μｍであり、これより薄くまた細くして柔らかくする
ことは強度的に無理があり、非常に壊れ易くなり実用的
でなくなる。また電極間距離を広げて電極の移動距離を
大きくしようとしても、静電引力の強さは距離の自乗に
反比例して小さくなり、距離を大きくすると静電気力で
は充分に作動しなくなる。またコンデンサは小型で使用
電圧が低く、電極移動用の電圧のみを数十Ｖと高くする
ことはできず、静電気力を電圧の上昇によって増加させ
ることもできない。
静電引力を用いたコンデンサでは、電極の移動量を大き
くできず、容量の変化範囲が小さいという問題があっ
た。例えば、コンデンサ３１では、梁の厚さが現在では
２μｍであり、これより薄くまた細くして柔らかくする
ことは強度的に無理があり、非常に壊れ易くなり実用的
でなくなる。また電極間距離を広げて電極の移動距離を
大きくしようとしても、静電引力の強さは距離の自乗に
反比例して小さくなり、距離を大きくすると静電気力で
は充分に作動しなくなる。またコンデンサは小型で使用
電圧が低く、電極移動用の電圧のみを数十Ｖと高くする
ことはできず、静電気力を電圧の上昇によって増加させ
ることもできない。
【０００８】本発明では、上記課題を解決し、作動電圧
が低く、しかも容量の変化量が大きく、かつ耐久性の高
い可変容量素子を提供することを目的とする。
が低く、しかも容量の変化量が大きく、かつ耐久性の高
い可変容量素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、対向させた一対の電極の少なくとも一方の電極を、
他の電極が設けられた基板から延びる支持部材に支持さ
せ、該支持部材を圧電素子にて構成して該圧電素子に所
定の電圧を印加することにより前記一方の電極を他の電
極に対して移動できるようにして可変容量素子を構成し
たのである。
め、対向させた一対の電極の少なくとも一方の電極を、
他の電極が設けられた基板から延びる支持部材に支持さ
せ、該支持部材を圧電素子にて構成して該圧電素子に所
定の電圧を印加することにより前記一方の電極を他の電
極に対して移動できるようにして可変容量素子を構成し
たのである。
【００１０】
【作用】支持部材である圧電部材に所定の電圧を印加す
ると、圧電効果により支持部材が湾曲する。支持部材の
湾曲により支持部材に取り付けられた一方の電極が移動
して、一方の電極と他方の電極との間隔が変更し、電極
間の容量を任意に変化できる。しかも、圧電素子により
電極を移動させることから移動距離が大きくでき、容量
の変化幅を広くすることができるとともに圧電素子によ
る支持部材の強度を大きくでき、耐久性を高くできる。
ると、圧電効果により支持部材が湾曲する。支持部材の
湾曲により支持部材に取り付けられた一方の電極が移動
して、一方の電極と他方の電極との間隔が変更し、電極
間の容量を任意に変化できる。しかも、圧電素子により
電極を移動させることから移動距離が大きくでき、容量
の変化幅を広くすることができるとともに圧電素子によ
る支持部材の強度を大きくでき、耐久性を高くできる。
【００１１】
【実施例】本発明の可変容量素子の一実施例について図
１から図３を用いて説明する。
１から図３を用いて説明する。
【００１２】図３にコンデンサ１の断面を示す。コンデ
ンサ１は、図３に示すように基板３に下部電極４が形成
され、その下部電極４の上方に上部電極６が対向して設
けられている。基板３は、シリコン等からなり、表面に
ホウ素や燐等の不純物をイオンの注入により拡散させる
ことにより、図２に示すように幅５００μｍ、長さ１ｍ
ｍ強の長方形の下部電極４が形成されている。
ンサ１は、図３に示すように基板３に下部電極４が形成
され、その下部電極４の上方に上部電極６が対向して設
けられている。基板３は、シリコン等からなり、表面に
ホウ素や燐等の不純物をイオンの注入により拡散させる
ことにより、図２に示すように幅５００μｍ、長さ１ｍ
ｍ強の長方形の下部電極４が形成されている。
【００１３】上部電極６は、幅が約２ｍｍで、長さが約
１．５ｍｍの凸状で、突出部分は長さが１ｍｍで幅が８
００μｍに形成されている。上部電極６の基部は、基板
３上に設けられた厚さ２．３μｍのＰＳＧ９上に、図１
及び図３に示すように取り付けられ、上部電極６の凸部
がこのＰＳＧ９から下部電極４上にほぼ平行に突出して
いる。上部電極６と下部電極４が対向する部分は、５０
０μｍ×５００μｍの大きさである。
１．５ｍｍの凸状で、突出部分は長さが１ｍｍで幅が８
００μｍに形成されている。上部電極６の基部は、基板
３上に設けられた厚さ２．３μｍのＰＳＧ９上に、図１
及び図３に示すように取り付けられ、上部電極６の凸部
がこのＰＳＧ９から下部電極４上にほぼ平行に突出して
いる。上部電極６と下部電極４が対向する部分は、５０
０μｍ×５００μｍの大きさである。
【００１４】また上部電極６の上面には、支持部として
の圧電素子５が一体に形成されている。圧電素子５は、
図１に示すように、第１圧電電極８と第２圧電電極１２
と、これら第１圧電電極８及び第２圧電電極１２の間に
形成された圧電材１０から構成されている。第１圧電電
極８及び第２圧電電極１２は、厚さが０．２μｍのＣｒ
からなっている。圧電材１０は、厚みが３μｍのＰＺＴ
（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる圧電効果を有するも
ので、第１電極８と第２電極１２の間に０．５ｖ程度の
直流電圧を印加することにより長手方向に伸縮するよう
になっている。
の圧電素子５が一体に形成されている。圧電素子５は、
図１に示すように、第１圧電電極８と第２圧電電極１２
と、これら第１圧電電極８及び第２圧電電極１２の間に
形成された圧電材１０から構成されている。第１圧電電
極８及び第２圧電電極１２は、厚さが０．２μｍのＣｒ
からなっている。圧電材１０は、厚みが３μｍのＰＺＴ
（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる圧電効果を有するも
ので、第１電極８と第２電極１２の間に０．５ｖ程度の
直流電圧を印加することにより長手方向に伸縮するよう
になっている。
【００１５】次に、上記コンデンサ１の製造工程につい
て説明する。
て説明する。
【００１６】シリコンの基板３にフォトリソグラフィ、
イオン注入技術により前述したようにホウ素や燐等を注
入して下部電極４を形成する（工程１）。下部電極４を
形成したら、その上に重ねてＣＶＤ技術によりＰＳＧ９
を厚さ２．３μｍ、ｎ＋ポリＳｉの上部電極６を３μ
ｍ、ＳｉＯ2 の絶縁体７を０．１μｍ順次基板３上に形
成する。これら上部電極６等を形成した後、絶縁体７の
上にスパッタ技術で、Ｃｒの第１圧電電極８を厚さ０．
２μｍ、ＰＺＴの圧電材１０を３μｍ、Ｃｒの第２圧電
電極１２を０．２μｍ順に形成する（工程２）。形成し
た状態を図４に示す。
イオン注入技術により前述したようにホウ素や燐等を注
入して下部電極４を形成する（工程１）。下部電極４を
形成したら、その上に重ねてＣＶＤ技術によりＰＳＧ９
を厚さ２．３μｍ、ｎ＋ポリＳｉの上部電極６を３μ
ｍ、ＳｉＯ2 の絶縁体７を０．１μｍ順次基板３上に形
成する。これら上部電極６等を形成した後、絶縁体７の
上にスパッタ技術で、Ｃｒの第１圧電電極８を厚さ０．
２μｍ、ＰＺＴの圧電材１０を３μｍ、Ｃｒの第２圧電
電極１２を０．２μｍ順に形成する（工程２）。形成し
た状態を図４に示す。
【００１７】次に、フォトリソグラフィ、ウェットエッ
チング技術により第２圧電電極１２及び圧電材１０を図
２に示すように凸状にエッチング形成する（工程３）。
次に、フォトリソグラフィ、ウェットエッチング技術に
より第１圧電電極８及び絶縁体７を同様に凸状にエッチ
ング形成し（工程４）、更にフォトリソグラフィ、ウェ
ットエッチング技術により上部電極６を凸状にエッチン
グ形成する（工程５）。その状態を図５に示す。
チング技術により第２圧電電極１２及び圧電材１０を図
２に示すように凸状にエッチング形成する（工程３）。
次に、フォトリソグラフィ、ウェットエッチング技術に
より第１圧電電極８及び絶縁体７を同様に凸状にエッチ
ング形成し（工程４）、更にフォトリソグラフィ、ウェ
ットエッチング技術により上部電極６を凸状にエッチン
グ形成する（工程５）。その状態を図５に示す。
【００１８】そして、上部電極６の下側部分のＰＳＧ９
をエッチングにより所定部分まで除去する。このことに
より、図１から図３に示すように、長さ１ｍｍ、幅が８
００μｍの上部電極６が圧電素子５の支持部によって片
持ち梁状に支持されたコンデンサ１が形成される。
をエッチングにより所定部分まで除去する。このことに
より、図１から図３に示すように、長さ１ｍｍ、幅が８
００μｍの上部電極６が圧電素子５の支持部によって片
持ち梁状に支持されたコンデンサ１が形成される。
【００１９】したがって、第１圧電電極８、第２圧電電
極１２間に所定の電圧、約０．１〜０．５ｖを所定の極
性に印加することにより圧電材１０が長手方向に伸びる
ので、上部電極６との間で長さに差が生じて下方に湾曲
する。これにより、上部電極６と下部電極４との間隔が
短縮され、コンデンサ１の容量が変化する。
極１２間に所定の電圧、約０．１〜０．５ｖを所定の極
性に印加することにより圧電材１０が長手方向に伸びる
ので、上部電極６との間で長さに差が生じて下方に湾曲
する。これにより、上部電極６と下部電極４との間隔が
短縮され、コンデンサ１の容量が変化する。
【００２０】支持部である圧電素子５は、それ自身の柔
らかさは必要がないので、強度を高くして、耐久性を大
きくでき、しかも低い電圧で作動でき、かつ移動距離を
大きくできるので容量の変化幅を大きく設定したコンデ
ンサ１を実現できた。実験によれば、０．５Ｖの作動電
圧で１μｍ以上上部電極６を作動することができ、１ｐ
Ｆから３ｐＦまで容量を変更できた。実験結果を図６に
示す。
らかさは必要がないので、強度を高くして、耐久性を大
きくでき、しかも低い電圧で作動でき、かつ移動距離を
大きくできるので容量の変化幅を大きく設定したコンデ
ンサ１を実現できた。実験によれば、０．５Ｖの作動電
圧で１μｍ以上上部電極６を作動することができ、１ｐ
Ｆから３ｐＦまで容量を変更できた。実験結果を図６に
示す。
【００２１】また、電圧の極性を変更して圧電材１０を
収縮させ、上部電極６を上方に移動させてもよい。この
ようにすればより容量の変化範囲を拡大できる。更に、
上部電極及び下部電極のいずれも圧電素子で支持させる
ようにしてもよい。このようにすると、電極間の移動距
離は２倍になり、容量の変化範囲をより拡大することが
できる。
収縮させ、上部電極６を上方に移動させてもよい。この
ようにすればより容量の変化範囲を拡大できる。更に、
上部電極及び下部電極のいずれも圧電素子で支持させる
ようにしてもよい。このようにすると、電極間の移動距
離は２倍になり、容量の変化範囲をより拡大することが
できる。
【００２２】
【発明の効果】本発明の可変容量素子によれば、対向し
て設けた電極の少なくとも一方の電極を圧電部材により
支持した構成にして、この圧電部材に電圧を印加するこ
とにより一方の電極を他の電極に対して接近離間可能に
設定したことから、圧電部材の変位によって大きく電極
を移動させることができ、容量の変動幅を大きくするこ
とができる。また可動側の電極の支持が圧電部材である
ので強度を高くでき、耐久性を高めることができる。更
に、作動電圧を従来の静電型に比較して非常に低電圧に
できる。
て設けた電極の少なくとも一方の電極を圧電部材により
支持した構成にして、この圧電部材に電圧を印加するこ
とにより一方の電極を他の電極に対して接近離間可能に
設定したことから、圧電部材の変位によって大きく電極
を移動させることができ、容量の変動幅を大きくするこ
とができる。また可動側の電極の支持が圧電部材である
ので強度を高くでき、耐久性を高めることができる。更
に、作動電圧を従来の静電型に比較して非常に低電圧に
できる。
【００２３】一辺が数百μｍの電極を数Ｖ以下の電圧で
数μｍ作動させることができ、小型で低電圧でしかも容
量変化幅の大きいコンデンサを実現できた。
数μｍ作動させることができ、小型で低電圧でしかも容
量変化幅の大きいコンデンサを実現できた。
【図１】本発明のコンデンサの一実施例を示す部分断面
図である。
図である。
【図２】本発明のコンデンサの一実施例を示す平面図で
ある。
ある。
【図３】本発明のコンデンサの一実施例を示す側面図で
ある。
ある。
【図４】本発明のコンデンサの製造過程を示す側面図で
ある。
ある。
【図５】本発明のコンデンサの製造過程を示す側面図で
ある。
ある。
【図６】実験結果を示す表である。
【図７】従来のコンデンサの一実施例を示す平面図であ
る。
る。
１ コンデンサ ３ 基板 ４ 下部電極 ５ 圧電素子 ６ 上部電極 ７ 絶縁体 ８ 第１圧電電極 ９ ＰＳＧ １０ 圧電材 １２ 第２圧電電極
Claims (2)
- 【請求項１】 対向する一対の電極の少なくとも一方の
電極を、基板に設けられた支持部に支持させ、該支持部
を圧電素子を用いて構成して該圧電素子に所定の電圧を
印加することにより前記一方の電極を移動して他方の電
極との間の間隔を変更できるようにしたことを特徴とす
る可変容量素子。 - 【請求項２】 前記電極の一辺が１ｍｍ以下で、前記圧
電素子の作動電圧を１ｖ以下としたことを特徴とする請
求項１に記載の可変容量素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6123507A JPH07335491A (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | 可変容量素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6123507A JPH07335491A (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | 可変容量素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335491A true JPH07335491A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=14862334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6123507A Withdrawn JPH07335491A (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | 可変容量素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07335491A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005117042A1 (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-08 | Fujitsu Limited | 可変キャパシタ及びその製造方法 |
| US6992878B2 (en) | 2002-03-25 | 2006-01-31 | Fujitsu Limited | Tunable capacitor and method of fabricating the same |
| JP2008258186A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 可変容量デバイス |
| DE102007027428A1 (de) * | 2007-06-14 | 2008-12-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Bauelement mit einem Schwingungselement |
-
1994
- 1994-06-06 JP JP6123507A patent/JPH07335491A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6992878B2 (en) | 2002-03-25 | 2006-01-31 | Fujitsu Limited | Tunable capacitor and method of fabricating the same |
| WO2005117042A1 (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-08 | Fujitsu Limited | 可変キャパシタ及びその製造方法 |
| JPWO2005117042A1 (ja) * | 2004-05-31 | 2008-04-03 | 富士通株式会社 | 可変キャパシタ |
| US7446994B2 (en) | 2004-05-31 | 2008-11-04 | Fujitsu Limited | Variable capacitor and manufacturing method thereof |
| JP4571127B2 (ja) * | 2004-05-31 | 2010-10-27 | 富士通株式会社 | 可変キャパシタ |
| JP2008258186A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 可変容量デバイス |
| DE102007027428A1 (de) * | 2007-06-14 | 2008-12-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Bauelement mit einem Schwingungselement |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010904 |