JPH0845739A - インダクタ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単にインダクタンスそのものを変更するこ
とができ、しかも容易に製造可能なインダクタ素子を提
供すること。 【構成】 インダクタ素子１００は、半導体基板１０上
に形成されたインダクタ導体１２および制御用導体１４
と、これらを覆うように形成された絶縁性磁性体１８と
を含んで構成されている。制御用導体１４に流すバイア
ス電流を変えると、絶縁性磁性体１８の飽和磁化特性が
変化し、インダクタ導体１２が有するインダクタンスが
変化する。これら各導体１２，１４および絶縁性磁性体
膜１８は、薄膜形成技術等を利用して形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板等を利用し
て形成されたインダクタ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、コイルは重要な回路構成部品で
あり、構成する回路によっては必要不可欠な部品といえ
る。例えば、ＬＣ共振を利用した発振回路や送受信機に
含まれる同調回路は、コイルを使用して始めて実現でき
るものである。

【０００３】ところで、上述した回路内に含まれるコイ
ルが有するインダクタンスに大きな誤差がある場合、あ
るいはコイルを含む回路全体の周波数特性等の特性値を
変えたい場合には、何らかの制御機構が必要となる。例
えば、コイルとコンデンサとを組み合わせて共振回路を
構成する場合には、コイルと組み合わせるコンデンサを
バリキャップ等で構成し、このバリキャップのキャパシ
タンスを調整することにより、共振回路の共振周波数が
所望の値となる。

【０００４】また、同調回路のようにコイルが有するイ
ンダクタンスを大きく変えたい場合には、コイルに挿入
する磁芯を出し入れする方法もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来方式においては、コイルと組み合わせる部品の特性値
を変更することにより、等価的にコイルのインダクタン
スを調整したと同様の操作をしたことになる。したがっ
て、コイルと組み合わせる部品の特性値が変更可能な場
合に限られ、しかも回路を構成する部品の種類およびそ
れらの接続方法によっては等価的にコイルのインダクタ
ンスを調整したと同等の操作が不可能な場合もある。こ
のため、簡単にコイルのインダクタンスそのものを変更
する機構が望まれる。

【０００６】また、コイルに挿入する磁芯を出し入れす
る従来方式においては、物理的に磁芯を動かす可動機構
が必要となるため、制御および製造が容易ではなく、集
積化も不可能であった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、簡単にインダク
タンスそのものを変えることができるインダクタ素子を
提供することにある。また、本発明の他の目的は、製造
が容易であり、集積化も可能なインダクタ素子を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１のインダクタ素子は、基板上にほぼ平
面状に形成されたインダクタ導体と、前記基板上であっ
て前記インダクタ導体により生じる磁束を囲うように形
成されており、所定の直流バイアス電流が流される制御
用導体と、前記インダクタ導体と前記制御用導体とを覆
うように形成された絶縁性磁性体と、を備え、前記制御
用導体に流す直流バイアス電流を変えることにより、前
記インダクタ導体の両端に現れるインダクタンスを変え
ることを特徴とする。

【０００９】請求項２のインダクタ素子は、基板上にほ
ぼ平面状に形成されたインダクタ導体と、前記基板上で
あって前記インダクタ導体により生じる磁束を囲うよう
に形成されており、所定の直流バイアス電流が流される
制御用導体と、前記インダクタ導体と前記制御用導体と
を絶縁膜を介して覆うように形成された導電性磁性体
と、を備え、前記制御用導体に流す直流バイアス電流を
変えることにより、前記インダクタ導体の両端に現れる
インダクタンスを変えることを特徴とする。

【００１０】請求項３のインダクタ素子は、請求項１ま
たは２のインダクタ素子において、前記インダクタ導体
は渦巻き形状を有しており、前記制御用導体を前記イン
ダクタ導体と同心状であってほぼ同一平面内に形成する
ことを特徴とする。

【００１１】請求項４のインダクタ素子は、請求項１ま
たは２のインダクタ素子において、前記インダクタ導体
は渦巻き形状を有しており、前記制御用導体を前記イン
ダクタ導体の各周回部分の少なくとも一部に重なるよう
に形成することを特徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１および２の発明によれば、インダクタ
導体と制御用導体とを覆うように磁性体が形成されてお
り、制御用導体に流す直流バイアス電流を可変に制御す
することにより、上述した磁性体を磁路とするインダク
タ導体の飽和磁化特性が変化し、インダクタ導体が有す
るインダクタンスが変化する。

【００１３】したがって、インダクタ導体のインダクタ
ンスそのものを直接変化させることができ、しかも、基
板上に薄膜形成技術等を用いて形成することができるた
め製造が容易となる。さらに、基板として半導体材料を
用いた場合には、インダクタ導体と他の回路部品とを一
体形成する集積化が可能となる。

【００１４】特に、請求項１の発明では絶縁性の磁性体
を使用しているため、インダクタ導体を覆う際に絶縁処
理等を施す必要がなく、製造工程の簡略化が可能とな
る。また、請求項２の発明では導電性の磁性体、例えば
メタル粉（ＭＰ）等を使用することができるため、イン
ダクタ導体のインダクタンスを大きくすることができ
る。

【００１５】さらに具体的には、請求項３あるいは４に
示すように、インダクタ導体を渦巻き形状に形成すると
ともに、このインダクタ導体と平行にあるいは重ねて制
御用導体を形成することが好ましい。すなわち、このよ
うに配置した制御用導体に所定のバイアス電流を流した
場合には、絶縁性あるいは導電性の磁性体により形成さ
れる磁路に常に一定の磁束が流れることになるため、こ
の磁性体の飽和特性が変化し、インダクタ導体が有する
インダクタンスそのものが変化する。また、インダクタ
導体と制御用導体とを平行にあるいは重ねて形成するこ
とは薄膜形成技術や半導体製造技術を利用することによ
り容易に実現することができ、製造工程の簡略化が可能
となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を適用した一実施例のインダク
タ素子について、図面を参照しながら具体的に説明す
る。

【００１７】図１は、半導体基板上に形成された本実施
例のインダクタ素子の概略を示す平面図である。

【００１８】同図に示す本実施例のインダクタ素子１０
０は、半導体基板１０上に形成された渦巻き形状のイン
ダクタ導体１２と、その外周を周回するように形成され
た制御用導体１４と、これらインダクタ導体１２および
制御用導体１４の両方を覆うように形成された絶縁性磁
性体１８とを含んで構成されている。

【００１９】上述した制御用導体１４には、制御用導体
１４の両端に可変のバイアス電圧を印加するために可変
電圧電源１６が接続されており、この可変電圧電源１６
によって印加するバイアス電圧を可変に制御することに
より、制御用導体１４に流れるバイアス電流を変化させ
ることができる。

【００２０】また、半導体基板１０は、例えばｎ型シリ
コン基板（ｎ−Ｓｉ基板）やその他の半導体材料（例え
ばゲルマニウムやアモルファスシリコン等の非晶質材
料）が用いられる。また、インダクタ導体１２は、アル
ミニウムや金等の金属薄膜あるいはポリシリコン等の半
導体材料を渦巻き形状あるいは蛇行形状等に形成してい
る。

【００２１】なお、図１に示した半導体基板１０には、
インダクタ素子１００の他にトランジスタ，ダイオード
等の能動素子や抵抗，コンデンサ等の受動素子が形成さ
れており、インダクタ導体１２と他の各素子とが配線さ
れてＩＣやＬＳＩ等が構成されているが、説明を簡単な
ものとするため、インダクタ素子１００のみに着目して
図示してある。

【００２２】図２は、図１に示したインダクタ素子１０
０のインダクタ導体１２および制御用導体１４の形状を
さらに詳細に示した図である。

【００２３】同図に示すように、内周側に位置するイン
ダクタ導体１２は、所定ターン数（例えば約４ターン）
の渦巻き形状に形成されており、その両端には２つの端
子電極２２，２４が接続されている。同様に、外周側に
位置する制御用導体１４は、所定ターン数（例えば約２
ターン）の渦巻き形状に形成されており、その両端には
２つの制御電極２６，２８が接続されている。

【００２４】図３は、図２のＡ−Ａ線拡大断面図であ
り、インダクタ導体１２と制御用導体１４を含む絶縁性
磁性体１８の横断面が示されている。

【００２５】同図に示すように、半導体基板１０表面に
絶縁性の磁性体膜１８ａを介してインダクタ導体１２お
よび制御用導体１４が形成されており、さらにその表面
に絶縁性の磁性体膜１８ｂが被覆形成されている。これ
ら２つの磁性体膜１８ａ，１８ｂによって図１に示した
絶縁性磁性体膜１８が形成されている。

【００２６】例えば、磁性体膜１８ａ，１８ｂとして
は、ガンマ・フェライトやバリウム・フェライト等の各
種磁性体膜を用いることができる。また、これらの磁性
体膜の材質や形成方法については各種のものが考えら
れ、例えばＦｅＯ等を真空蒸着して磁性体膜を形成する
方法や、その他分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法），化
学気相成長法（ＣＶＤ法），スパッタ法等を用いて磁性
体膜を形成する方法等がある。

【００２７】なお、絶縁膜３０は、非磁性体材料によっ
て形成されており、インダクタ導体１２および制御用導
体１４の各周回部分の間を覆っている。このようにして
各周回部分間の磁性体膜１８ａ，１８ｂを排除すること
により、各周回部分間に生じる漏れ磁束を最小限に抑え
ることができるため、インダクタ導体１２が発生する磁
束を有効に利用して大きなインダクタンスを有するイン
ダクタ素子１００を実現することができる。

【００２８】このように、本実施例のインダクタ素子１
００は、インダクタ導体１２と制御用導体１４とを覆う
ように絶縁性磁性体１８（磁性体膜１８ａ，１８ｂ）が
形成されており、制御用導体１４に流す直流バイアス電
流を可変に制御すすることにより、上述した絶縁性磁性
体１８を磁路とするインダクタ導体１２の飽和磁化特性
が変化し、インダクタ導体１２が有するインダクタンス
が変化する。

【００２９】したがって、インダクタ導体１２のインダ
クタンスそのものを直接変化させることができ、しか
も、半導体基板１０上に薄膜形成技術や半導体製造技術
を用いて形成することができるため製造が容易となる。
さらに、半導体基板１０上には他の回路部品を形成する
ことも可能であるため、インダクタ導体とこれらの回路
部品とを一体形成する集積化にも適している。

【００３０】図４は、本実施例のインダクタ素子１００
の変形例を示す図である。上述したインダクタ素子１０
０は、インダクタ導体１２の外周を取り巻くように制御
用導体１４を配置したが、図４に示すインダクタ素子２
００は、これら２種類の導体１２，１４が交互に周回す
るように渦巻き形状に形成されている。

【００３１】このように、インダクタ導体１２と制御用
導体１４とを交互に周回させた場合であっても、制御用
導体１４の内周部に位置する絶縁性磁性体１８を貫く磁
束を生じさせることができる点に変わりはなく、インダ
クタ導体１２に通電したときの絶縁性磁性体１８の飽和
磁化特性を変えることにより、インダクタ導体１２が有
するインダクタンスをある範囲で変化させることができ
る。

【００３２】図５は、上述した本実施例のインダクタ素
子１００および２００の他の変形例を示す図である。上
述したインダクタ素子１００，２００は、インダクタ導
体１２と制御用導体１４とがほぼ同一面上に形成されて
いるが、図５に示したインダクタ素子３００は、これら
２つの導体１２，１４が重ねて形成されている。

【００３３】また、図６は図５のＢ−Ｂ線拡大断面図で
ある。同図に示すように、重ねて形成されるインダクタ
導体１２と制御用導体１４の間およびこれらの各周回部
分間には絶縁膜３０が形成されており、２種類の導体１
２，１４間の電気的絶縁を保つとともに、各周回部分間
での漏れ磁束の発生を最小限に抑えている。

【００３４】このように、インダクタ導体１２と制御用
導体１４とを重ねて形成した場合であっても、制御用導
体１４の内周部に位置する絶縁性磁性体１８を貫く磁束
を生じさせることができる点に変わりはなく、インダク
タ導体１２に通電したときの絶縁性磁性体１８の飽和磁
化特性を変えることにより、インダクタ導体１２が有す
るインダクタンスをある範囲で変化させることができ
る。

【００３５】また、導体１２，１４を重ねて形成した場
合にはそれらの占有面積を小さくすることができること
から、インダクタ素子３００の全体を小型化することが
でき、これを用いた回路全体の小型化に寄与することに
もなる。

【００３６】以上説明したように、ほぼ平行にあるいは
重ねて形成されたインダクタ導体１２と制御用導体１４
とを絶縁性磁性体１８で覆うとともに、制御用導体１４
に流すバイアス電流を変えることにより、インダクタ導
体１２回りに磁路を形成する絶縁性磁性体１８の飽和磁
化特性が変化し、インダクタ導体１２が有するインダク
タンスをある範囲で変えることができる。

【００３７】特に、インダクタ導体１２，制御用導体１
４およびそれらを覆う絶縁性磁性体１８は半導体基板１
０上に形成されているため、半導体基板を利用したＩＣ
化やＬＳＩ化に適しており、インダクタンス可変のイン
ダクタ素子を含む回路全体の一体形成、およびこれに伴
う回路全体の小型化が可能となる。

【００３８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。

【００３９】例えば、上述した実施例では、半導体基板
１０上にインダクタ導体１２等を形成する場合を例にと
り説明したが、セラミックス等の絶縁性あるいは導電性
の各種基板上に形成するようにしてもよい。このよう
に、半導体基板以外の基板上にインダクタ素子を形成し
た場合であっても、インダクタンスそのものを可変に制
御可能なインダクタ素子を薄膜形成技術等を利用して製
造できる利点に変わりはなく、大量生産および素子の小
型化に適している。

【００４０】また、上述した実施例では、磁性体膜１８
ａ，１８ｂとして絶縁性材料を用いたが、メタル粉（Ｍ
Ｐ）のような導電性材料を用いるようにしてもよい。但
し、このような導電性の磁性体膜を上述した絶縁性の磁
性体膜１８ａ等に置き換えて使用すると、インダクタ導
体１２等の各周回部分が短絡されてインダクタ導体とし
て機能しなくなるため、各インダクタ導体と導電性の磁
性体膜との間を電気的に絶縁する必要がある。この絶縁
方法としては、インダクタ導体１２等を酸化して絶縁酸
化膜を形成する方法や、化学気相法等によりシリコン酸
化膜あるいは窒化膜を形成する方法等がある。

【００４１】特に、メタル粉等の導電性材料は、ガンマ
−フェライト等の絶縁性材料に比べると透磁率が大きい
ため、大きなインダクタンスを確保することができる利
点がある。

【００４２】また、上述した実施例では、インダクタ導
体１２と制御用導体１４の両方の全体を絶縁性磁性体１
８で覆うようにしたが、一部のみを覆って磁路を形成す
るようにしてもよい。

【００４３】図７は、絶縁性磁性体１８を部分的に形成
したインダクタ素子を示す図である。同図に示すインダ
クタ素子４００は、図１に示した絶縁性磁性体１８をイ
ンダクタ導体１２と制御用導体１４の一部に形成してお
り、この部分的に形成された絶縁性磁性体１８によって
磁路が形成される。

【００４４】このように、磁路となる絶縁性磁性体（あ
るいは導電性磁性体でもよい）１８を部分的に形成した
場合には、磁路が狭まることによりインダクタ導体１２
および制御用導体１４によって生じる磁束が飽和しやす
くなる。したがって、制御用導体１４に少ないバイアス
電流を流した場合であっても磁束が飽和し、少ないバイ
アス電流を可変に制御することによりインダクタ導体１
２のインダクタンスを変えることができる。このため、
制御系の構造を簡略化することができる。

【００４５】また、上述した実施例では、半導体基板１
０上に他の回路部品とともにインダクタ素子１００等を
形成する場合を例にとり説明したが、インダクタ素子１
００のみを単体で形成するようにしてもよい。

【００４６】

【発明の効果】上述したように、請求項１および２の発
明によれば、インダクタ導体と制御用導体とを覆うよう
に磁性体が形成されており、制御用導体に流す直流バイ
アス電流を可変に制御すすることにより、上述した磁性
体を磁路とするインダクタ導体の飽和磁化特性が変化
し、インダクタ導体が有するインダクタンスが変化す
る。したがって、インダクタ導体のインダクタンスその
ものを直接変化させることができ、しかも、基板上に薄
膜形成技術等を用いて形成することができるため製造が
容易となる。さらに、基板として半導体材料を用いた場
合には、インダクタ導体と他の回路部品とを一体形成す
る集積化が可能となる。

【００４７】特に、請求項１の発明では絶縁性の磁性体
を使用しているため、インダクタ導体を覆う際に絶縁処
理等を施す必要がなく、製造工程の簡略化が可能とな
る。また、請求項２の発明では導電性の磁性体、例えば
メタル粉（ＭＰ）等を使用することができるため、イン
ダクタ導体のインダクタンスを大きくすることができ
る。

【００４８】また、請求項３あるいは４の発明によれ
ば、インダクタ導体を渦巻き形状に形成するとともに、
このインダクタ導体と平行にあるいは重ねて制御用導体
を形成することが好ましい。すなわち、このように配置
した制御用導体に所定のバイアス電流を流した場合に
は、絶縁性あるいは導電性の磁性体により形成される磁
路に常に一定の磁束が流れることになるため、この磁性
体の飽和特性が変化し、インダクタ導体が有するインダ
クタンスそのものが変化する。また、インダクタ導体と
制御用導体とを平行にあるいは重ねて形成することは薄
膜形成技術や半導体製造技術を利用することにより容易
に実現することができ、製造工程の簡略化が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のインダクタ素子の概略構造を示す平
面図である。

【図２】図１のインダクタ素子の詳細構造を示す平面図
である。

【図３】図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【図４】本実施例のインダクタ素子の変形例を示す図で
ある。

【図５】本実施例のインダクタ素子の他の変形例を示す
図である。

【図６】図５のＢ−Ｂ線拡大断面を示す図である。

【図７】本実施例のインダクタ素子の他の変形例を示す
図である。

【符号の説明】

１０ 半導体基板 １２ インダクタ導体 １４ 制御用導体 １６ 可変電圧電源 １８ 絶縁性磁性体 １８ａ，１８ｂ 磁性体膜 ２２，２４ 端子電極 ２６，２８ 制御電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にほぼ平面状に形成されたインダ
   クタ導体と、 前記基板上であって前記インダクタ導体により生じる磁
   束を囲うように形成されており、所定の直流バイアス電
   流が流される制御用導体と、 前記インダクタ導体と前記制御用導体とを覆うように形
   成された絶縁性磁性体と、 を備え、前記制御用導体に流す直流バイアス電流を変え
   ることにより、前記インダクタ導体の両端に現れるイン
   ダクタンスを変えることを特徴とするインダクタ素子。
2. 【請求項２】 基板上にほぼ平面状に形成されたインダ
   クタ導体と、 前記基板上であって前記インダクタ導体により生じる磁
   束を囲うように形成されており、所定の直流バイアス電
   流が流される制御用導体と、 前記インダクタ導体と前記制御用導体とを絶縁膜を介し
   て覆うように形成された導電性磁性体と、 を備え、前記制御用導体に流す直流バイアス電流を変え
   ることにより、前記インダクタ導体の両端に現れるイン
   ダクタンスを変えることを特徴とするインダクタ素子。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記インダクタ導体は渦巻き形状を有しており、前記制
   御用導体を前記インダクタ導体と同心状であってほぼ同
   一平面内に形成することを特徴とするインダクタ素子。
4. 【請求項４】 請求項１または２において、 前記インダクタ導体は渦巻き形状を有しており、前記制
   御用導体を前記インダクタ導体の各周回部分の少なくと
   も一部に重なるように形成することを特徴とするインダ
   クタ素子。