WO2004086617A1 - 機械共振器 - Google Patents

機械共振器 Download PDF

Info

Publication number
WO2004086617A1
WO2004086617A1 PCT/JP2004/004091 JP2004004091W WO2004086617A1 WO 2004086617 A1 WO2004086617 A1 WO 2004086617A1 JP 2004004091 W JP2004004091 W JP 2004004091W WO 2004086617 A1 WO2004086617 A1 WO 2004086617A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
vibrating body
mechanical resonator
mechanical
vibration
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/004091
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kunihiko Nakamura
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. filed Critical Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority to EP04723030A priority Critical patent/EP1610459A4/en
Priority to US10/538,319 priority patent/US7453332B2/en
Publication of WO2004086617A1 publication Critical patent/WO2004086617A1/ja

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/24Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive
    • H03H9/2405Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive of microelectro-mechanical resonators
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/24Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive
    • H03H9/2405Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive of microelectro-mechanical resonators
    • H03H9/2447Beam resonators
    • H03H9/2457Clamped-free beam resonators
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02244Details of microelectro-mechanical resonators
    • H03H2009/02488Vibration modes
    • H03H2009/02496Horizontal, i.e. parallel to the substrate plane
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02244Details of microelectro-mechanical resonators
    • H03H2009/02488Vibration modes
    • H03H2009/02511Vertical, i.e. perpendicular to the substrate plane

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical resonator, and more particularly to a small-sized and high-performance filter circuit-switch circuit in a high-density integrated electric circuit.
  • FIG. Figure 22 shows the "High-Q HF" by Frank D. Bannon III, John R. Clark, and Clark T.-Nguyenc.
  • This filter is formed by forming a thin film on a silicon substrate. It consists of an input line 104, an output line 105, doubly supported beams 101 and 102 arranged with a gap of 1 micron or less for each line, and a connecting beam 103 connecting the two beams. ing.
  • the signal input from the input line 104 is capacitively coupled to the beam 101, and generates an electrostatic force in the beam 101. Since mechanical vibration is excited only when the frequency of the signal is close to the resonance frequency of the elastic structure composed of the beams 101 and 102 and the coupling beam 103, the mechanical vibration is further increased between the output line 105 and the beam 102. By detecting the change in the capacitance of the input signal, the filtering output of the input signal can be extracted.
  • Equation 1 the index indicating the ease of bending of the beam is the ratio d / L of the deflection d at the center of the beam and the length L of the beam when a static load is applied to the beam surface of the doubly supported beam, and d / L Is expressed by the following proportional relationship.
  • a second method that does not use such a composite material is to change the dimensions of the beam in (Equation 1) to increase h ⁇ L ⁇ 2 .
  • Equation 2 increasing h and decreasing L decrease dZL in (Equation 2), which is an index of flexibility, and It becomes difficult to detect the deflection of the beam.
  • An object of the present invention is to provide a small mechanical resonator that realizes high performance of circuit components such as a filter.
  • the present invention increases the capacitance change per unit displacement of a vibrating body that performs resonance vibration by forming the electrode surface shape when deformed in the resonance mode of the vibrating body, A structure that efficiently converts electrical signals into mechanical vibrations or a structure that efficiently converts mechanical vibrations into electrical signals has been realized.
  • a mechanical resonator includes: a vibrating body that performs mechanical resonance vibration; and the vibrating body is arranged to be close to the time of the resonance vibration and to be curved in the amplitude direction of the resonance vibration. Electrodes. As a result, it is possible to increase the capacitance change per unit displacement of the vibrating body that performs resonance vibration, and to efficiently convert electric signals into mechanical vibrations, or to convert mechanical vibrations into electric signals efficiently. it can.
  • a mechanical resonator according to a second aspect of the present invention is characterized in that the surface shape of the curved electrode of the first aspect is the same as the shape when the vibrator is deformed in the resonance mode. Things.
  • the capacitance of the vibrating body can be increased to the maximum, so that the capacitance change per unit displacement of the vibrating body that performs resonance vibration is increased, and a structure that efficiently converts an electric signal into mechanical vibration is provided.
  • mechanical vibration can be efficiently converted to an electric signal.
  • a mechanical resonator according to a third aspect of the present invention is characterized in that the surface area of the electrode facing the vibrator according to the first or second aspect of the present invention is smaller than the surface area of the vibrator. It is.
  • excessive charge generation in capacitive coupling between the vibrating body and the electrode can be suppressed, so that unnecessary leaking AC current can be reduced.
  • the relationship between voltage and force, displacement and current becomes more linear, and control becomes easier. Can be easier.
  • a mechanical resonator includes a vibrator that performs mechanical resonance vibration, and an electrode that is close to the vibrator and vibrates in a resonance mode having the same resonance frequency.
  • the mechanical resonator according to the fifth aspect of the present invention includes the first to fourth aspects of the present invention. And a bias power supply connected between the vibrating body and the electrodes, and generating a static electric field between the vibrating body and the electrodes. It vibrates. As a result, the electric signal can be efficiently converted into mechanical vibration.
  • the mechanical resonator according to the sixth aspect of the present invention further includes a detection unit that detects a signal from a voltage change between the electrode and the vibrator according to the first to fourth aspects of the present invention, The detection unit detects a signal converted from the vibration into an electric signal based on a change in capacitance between the vibration body and the electrode when the vibration body vibrates. As a result, mechanical vibrations can be efficiently converted into electric signals.
  • a mechanical resonator according to a seventh aspect of the present invention is characterized in that, in the first to fourth aspects of the present invention, an insulating layer is provided on at least one of the opposing surfaces of the electrode and the vibrator. I do.
  • the insulating layer is characterized by being polymer particles having insulating properties and lubricity.
  • the thickness of the insulating layer becomes constant and the fluororesin has lubricity, so that even if the vibrator comes into contact with the fluororesin particles 5, it is possible to reduce the uncontrollable adsorption force called sttcion.
  • the mechanical resonator according to the eighth aspect of the present invention is the mechanical resonator according to the first to fourth aspects of the present invention, wherein the first contact is disposed on the surface of the vibrator facing the electrode and insulated from the vibrator. It further has an electrode and a second electrode that is arranged insulated from the electrode so as to fit with the first contact electrode.
  • the dynamic displacement of the vibrating body due to the electrostatic force is Q times larger than the static displacement, so that the contact electrodes can be brought into contact with a small voltage.
  • the device further includes a bias power supply connected to the vibrating body and the electrode, and generating a static electric field between the vibrating body and the electrode.
  • a bias power supply connected to the vibrating body and the electrode, and generating a static electric field between the vibrating body and the electrode.
  • the first contact electrode approaches the second contact electrode, it is electrostatically attracted by the voltage of the bias power supply.
  • the resonance vibration of the vibrating body The amount of displacement is controlled to the extent that it collides with the electrode, and at the moment of approaching again, the vibrating body is attracted to the electrode by the attraction of electrostatic force between the vibrating body and the electrode. Since the second contact electrode can be fixed by contact, a switching function using this can be realized.
  • a mechanical resonator according to a ninth aspect of the present invention is characterized in that a plurality of the mechanical resonators according to the first to fourth aspects of the present invention are electrically arranged in parallel or in series. And the electrode may vibrate in a resonance mode having the same resonance frequency as the vibrating body.
  • the mechanical resonator according to the tenth aspect of the present invention is characterized in that the mechanical resonator according to the first to ninth aspects of the present invention is housed in a case where the atmosphere is sealed in a vacuum. It is a sign. As a result, the damping effect on the vibrating body due to the viscosity of air can be eliminated, and the Q value can be increased.
  • a filter according to a eleventh aspect of the present invention uses the mechanical resonator according to the first to seventh aspects of the present invention.
  • a switch according to a twelfth aspect of the present invention uses the mechanical resonator according to the eighth aspect of the present invention.
  • an electric circuit according to a thirteenth aspect of the present invention uses the mechanical resonator according to the first to twelve aspects of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a structure of a mechanical resonator according to an embodiment of the present invention, in which an electrode surface shape is a lateral vibration primary resonance mode waveform of a doubly supported beam.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a structure of an electro-mechanical converter according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of a conventional mechanical resonator in which electrodes are formed in a parallel plate shape.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of a mechanical to electrical converter according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a mechanical resonance filter arranged in parallel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a top view of a six-point fixed beam structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of mechanical resonance filters arranged in series using the beam structure of FIG. 8 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the structure of a mechanical resonance filter having a simple electric-to-mechanical-to-electrical conversion function according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 11A and 11B are schematic diagrams showing a configuration of a mechanical resonator having electrodes also having a resonance structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a structure of a mechanical resonator having both ends of an electrode insulated according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the vibration displacement y and the capacitance C in the structure of FIG. 12 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing the structure of a mechanical resonator having an electrode central portion insulated according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a characteristic diagram showing the relationship between vibration displacement y and capacitance C in the structure of FIG. 14 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing the structure of a mechanical resonator having a switch structure according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing an insulating layer using tetrafluoroethylene resin particles according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 18A to 18D are schematic views showing the steps of manufacturing a mechanical resonator according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing a structure of a mechanical resonator according to an embodiment of the present invention, in which an electrode surface shape has a cantilever transverse vibration primary resonance mode waveform.
  • FIG. 2OA is a diagram showing the waveform of the secondary vibration mode of the lateral vibration of the cantilever.
  • FIG. 20B is a schematic diagram showing a structure of a mechanical resonator according to an embodiment of the present invention, in which an electrode surface shape has a cantilever transverse vibration secondary resonance mode waveform.
  • FIG. 20C is a schematic diagram showing another structure of a mechanical resonator according to an embodiment of the present invention, in which the electrode surface shape is a cantilever transverse vibration secondary resonance mode waveform.
  • FIG. 20D is a schematic diagram showing a structure of a mechanical resonator combining FIGS. 20B and C according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 21A to 21D are schematic views showing a manufacturing process of a mechanical resonator having an electrode and a resonance structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing a filter using a conventional mechanical resonator.
  • Fig. 23 is a characteristic diagram showing the relationship between the dimensions of the mechanical resonator and the increase in frequency in the conventional example.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a mechanical resonator according to the first embodiment of the present invention.
  • the vibrating body 1 is a doubly supported beam having both ends fixed at a fixed end 7, and has a thickness of!, A width W, and a length L.
  • the electrode 2 is provided close to the vibrator 1.
  • An insulating layer 3 having a thickness d and a relative permittivity ⁇ r is provided on the surface of the electrode 2 in order to avoid an electrical short circuit caused by contact between the two.
  • the surfaces of the electrode 2 and the insulating layer 3 also have a gentle concave shape having the shape of (Equation 3), and the depth ⁇ 5 maX is larger than the vibration amplitude ymaX of the vibrator 1. ing.
  • the surface shape of the electrode 2 is set as in the following equation.
  • V (X) one ⁇ ⁇ -it (cos kx-cosh kx) + sinbc-sinh kx ⁇ -d (4)
  • Fig. 2 shows a case where the mechanical resonator of Fig. 1 is used for electro-mechanical conversion, in which a bias voltage Vb and an AC signal Vi (vi «Vb) are applied between the vibrator 1 and the electrode 2.
  • Vb bias voltage
  • Vi AC signal
  • m AC signal
  • F the electrostatic force
  • C the capacitance between the vibrator and the electrode.
  • the first term on the right side represents the bias force due to the bias voltage Vb.
  • Figure 4 shows. The relationship between y and C in the structure of Fig. 3 at the same values of d, ⁇ r, (5max, L, W is also shown in Fig. 4. That is, in Fig. 4, the characteristic curve 401 is The change in the mechanical resonator having the structure is shown, and the characteristic curve 402 shows the change in the mechanical resonator having the structure in FIG.
  • ⁇ C / ⁇ y has a constant value in the region where the relationship between y and C can be regarded as linear in Fig. 4.From (Equation 5), the relationship between the AC voltage and the excitation force should be treated as linear. Can be.
  • FIGS. 1 manufacturing steps of the mechanical resonator according to the present embodiment shown in FIG. 1 are shown in FIGS.
  • the substrate 10 is a high-resistance silicon substrate having a silicon oxide film formed by thermal oxidation and a silicon nitride film formed by a reduced-pressure CVD method deposited on the surface.
  • a sacrificial layer made of photoresist is spin-coated, exposed, and developed on a substrate 10, and then baked on a hot plate to form a sacrificial layer 11 (FIG. 18A).
  • the photoresist pattern and the sacrificial layer 11 are removed by oxygen plasma.
  • the vibrating body 13 becomes a doubly supported beam that can vibrate, and forms a capacitor with the electrode 14 (FIG. 18D).
  • the vibration of the vibrating body 13 can be generated by an electrostatic force between the vibrating body 13 and the electrode 14. In this case, the vibration direction of the vibrating body 13 is horizontal to the substrate.
  • a high-resistance silicon substrate is used in this embodiment, a normal silicon substrate, a compound semiconductor substrate, or an insulating material substrate may be used.
  • a silicon oxide film and a silicon nitride film are formed as insulating films on the high-resistance silicon substrate 10, the formation of these insulating films may be omitted when the resistance of the substrate is sufficiently high.
  • aluminum is used as a material for forming the vibrating body and the electrodes in the present embodiment, other metal materials Mo, Ti, Au, Cu, and a semiconductor material into which impurities are introduced at a high concentration, such as Amorphous silicon, a conductive polymer material, or the like may be used.
  • sputtering is used as a film forming method, the film may be formed using a CVD method, a plating method, or the like.
  • the vibrating body in this embodiment is a cantilever beam
  • i AC / ⁇ y I is similarly increased by making the surface shape of the electrode the same as the mode shape of the cantilever for the cantilever. Effect can be obtained.
  • FIG. 19 is a schematic diagram of a mechanical resonator when the vibrating body is a cantilever.
  • the vibrator 21 is a cantilever having one single surface fixed, and has a thickness h, a width W, and a length L.
  • the electrode 22 is provided close to the vibrating body 21, and has an insulating layer 23 having a thickness d on the surface.
  • the vibration mode of the cantilever beam or the cantilever beam is the primary mode of the transverse vibration, but the surface shape of the electrode is not limited to the secondary mode or higher mode.
  • Fig. 2 The solid curve drawn on the xy plane of the OA represents the second-order mode waveform of the lateral vibration of the cantilever. That is, the cantilever of length L has one node at 0.774 L from the fixed end. At this time, if the surface shape of the electrode is a waveform in the resonance mode over the entire length L, the resonance of the beam at the free end from the node is disturbed by the electrode. Keep the length from the fixed end to the node I have.
  • the same effect can be obtained by arranging the electrode at a position from the node to the free end as shown in FIG. 20C.
  • the electrodes 22 of FIG. 20B and FIG. 20C are arranged with the vibrating body interposed therebetween.
  • the electrode 22 a is used for exciting the vibrating body 21.
  • the electrode 22 b can be used for detecting the vibration of the vibrating body 21.
  • the electrode surface shape is a shape in the resonance mode of the vibrating body, the capacitance change per unit displacement of the vibrating body performing the resonance vibration is maximized. It is possible to efficiently convert electric signals into mechanical vibrations and convert mechanical vibrations into electric signals efficiently. It is not essential that the shape of the electrode surface completely match the shape of the resonance mode of the vibrator, and the closer the shape is, the higher the effect is obtained.
  • Fig. 6 shows an example in which the mechanical resonator having the structure shown in Fig. 1 is used for a mechanical to electrical converter.
  • the displacement of the vibrating body 1 that performs lateral vibration in the y-axis direction is detected as a change in the capacitance C between the vibrating body 1 and the electrode 2.
  • the flowing current i is given by the following equation, and is expressed by the product of the vibration velocity and ⁇ C / ⁇ y.
  • FIG. 7 is a structural diagram of a mechanical vibration filter using the mechanical resonator according to the present embodiment.
  • the mechanical vibration filter is a capacitive coupling portion between the input line 104 and the doubly supported beam 101, which is an electro-mechanical converter of the filter structure shown in FIG. 22, and a mechanical-electric converter.
  • the electrodes having the shape in the resonance mode shown in FIG. 1 as the first and second embodiments of the present invention are applied to both the capacitive coupling portions of the output line 105 and the doubly supported beam 102.
  • this mechanical vibration filter includes a plurality of filters each comprising a set of an electric-to-mechanical converter and a mechanical-electric converter, arranged in parallel, splitting an input voltage and inputting the input voltage to each filter, and It has a structure that collectively outputs the output current signals of the above.
  • Fig. 8 is a top view of the beam structure, in which the beam side al, a2, bl, b2, cl, and c2 are fixed as fixed surfaces at six locations.
  • This configuration is almost equivalent to the configuration of two cantilever beams of length L and width W in series. This is because the vibration of one of the doubly supported beams is transmitted to the other doubly supported beam between the fixed surfaces b 1 and b 2, and the portion between the fixed surfaces bl and b 2 serves as a coupling beam. Play.
  • FIG. 9 is a structural diagram of a mechanical vibration filter using the above-described mechanical resonator having a beam structure.
  • the beam 102 and the output line 105 having the electrode structure of FIG. 1 are capacitively coupled.
  • the mechanical vibration filter having this beam structure has a structure in which a plurality of filters are arranged in series.
  • impedance matching by series connection can be easily achieved by employing the beam structure of FIG.
  • the strength is increased and the production yield is improved.
  • Fig. 10 shows a machine with a mechanical resonator structure that realizes both functions with one vibrator, unlike the filter structure of Fig. 22 that has an electro-mechanical converter and a machine-to-electrical converter separately. It is a vibration fill evening.
  • the present embodiment has a structure common to both the electric-to-mechanical converter shown in FIG. 2 of Embodiment 1 and the mechanical-to-electrical converter shown in FIG. 6 of Embodiment 2. Sharing.
  • the feature of this structure is that it has a simple configuration, but in addition to the alternating current generated due to the change in capacitance due to the displacement of the vibrating body 1 excited by the input signal Vi, it also has a constant capacitor. Unnecessary alternating current leaks through the capacitor.
  • the mechanical resonator is a structure in which the electrode 2 facing the vibrator 1 also vibrates in the resonance mode having the same resonance frequency as the vibrator 1, The relative position is shifted by 1/2 of the wave wavelength.
  • the electrode 2 is shifted in the X direction by 1 Z 2 of the beam length L.
  • This mechanical resonator is a mechanical vibration filter having the parallel structure shown in the third embodiment, and FIG. 11A shows only a part of the repeating structure in the X direction.
  • FIG. 11B shows the vibration state of the vibrator 1 and the electrode 2.
  • FIG. 11B showing the resonance state the capacitance approaches the capacitance between extremely close conductors, that is, the capacitance in the structures of FIGS. 2 and 6 described in the first and second embodiments of the present invention.
  • the capacitance C of the mechanical resonator having the structure of FIG. 11 is smaller than that of the conventional parallel plate structure shown in FIG. 3, while I ⁇ / ⁇ I It is shown that can be made as large as the structures in Figs.
  • the mechanical resonator according to the present embodiment has a simple configuration, reduces the capacitance when the displacement of the vibrating body is small, and reduces the capacitance when the vibrating body is in the resonance mode and the displacement is large. Can be larger. Therefore, unnecessary AC current is reduced, and the electric signal can be efficiently converted to mechanical vibration, and the mechanical vibration can be efficiently converted to the electric signal.
  • a mechanical vibration filter using this mechanical resonator can realize a downsized mechanical vibration filter with excellent conversion efficiency by attaching excitation and detection electrodes to the doubly supported beam.
  • 21A to 21D are diagrams showing the process of manufacturing the mechanical resonator according to the present embodiment shown in FIG.
  • a vibrating body is formed on a substrate 10.
  • the substrate 10 is a high-resistance silicon substrate on which a silicon oxide film formed by thermal oxidation and a silicon nitride film formed by a low-pressure CVD method are deposited.
  • a layer made of a photoresist is spin-coated, exposed, and developed on the substrate 10, and then baked on a hot plate to form a sacrificial layer 11 (FIG. 21A).
  • a sacrificial layer 11 (FIG. 21A).
  • fine holes 15a and 15b are formed in the sacrifice layer 11 at a constant pitch.
  • the fine holes 15a and 15b are formed at positions shifted from each other by 12 pitches as shown in the figure.
  • a photoresist is formed on aluminum and patterning is performed by photolithography. Then, the vibrating body 13a and the vibrating body 13b are formed by performing dry etching of aluminum using the pattern made of the photoresist as a mask (FIG. 21C). At this time, the vibrating body 13a is formed on the fine hole 15a, and the vibrating body 13b is formed on the fine hole 15b.
  • the photoresist pattern and the sacrificial layer 11 are removed by oxygen plasma.
  • the vibrating body 13 becomes a vibrable beam.
  • the vibrating body 13 is fixed on the substrate 10 by the aluminum anchor 16 embedded in the fine hole 15, the doubly supported beam having the anchor 16 as a fixed end is continuously formed. Will be.
  • the mechanical resonator structure shown in FIG. 11 can be realized.
  • the vibration direction of the vibrating body 13 is horizontal to the substrate.
  • a high-resistance silicon substrate is used in this embodiment, a normal silicon substrate, a compound semiconductor substrate, or an insulating material substrate may be used.
  • a silicon oxide film and a silicon nitride film are formed as insulating films on the high-resistance silicon substrate 10, the formation of these insulating films may be omitted if the substrate has a sufficiently high resistance.
  • aluminum is used as a material for forming the beam.
  • metal materials Mo, Ti, Au, Cu, and a semiconductor material in which impurities are introduced at a high concentration for example, Amorphous silicon, a conductive polymer material, or the like may be used.
  • sputtering is used as a film forming method, it may be formed by using a CVD method, a plating method, or the like. (Embodiment 5)
  • the present embodiment relates to a method for reducing the capacitance of the mechanical resonator in order to suppress unnecessary AC current for the same purpose as in the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a structural diagram of the mechanical resonator according to the present embodiment.
  • FIG. 12 differs from the structure in FIG. 1 in that the conductor 121 corresponding to the length ⁇ L from both ends of the electrode 2 is replaced with an insulator.
  • FIG. 13 is a characteristic diagram showing a relationship between the vibration displacement y and the capacitance C when ALZL is a parameter.
  • d 0.1 rn
  • the capacitance C can be reduced by increasing the insulating portions at both ends of the electrode, that is, by increasing AL / L.
  • I AC / Ay I also decreases, and gradually approaches the value of I AC / Ay I of the conventional parallel plate structure shown in FIG.
  • I ⁇ / ⁇ I the optimal y-C characteristics can be selected according to the use conditions.
  • the effect obtained by replacing the both ends of the electrode with an insulator as described above is, in other words, in order to increase I AC / Ay I compared to the case of the conventional parallel plate type structure, It is not necessary to dispose an electrode whose surface shape is a wave shape in the resonance mode over the entire length L, and the same effect can be obtained even if a part of the total length is a wave shape in the resonance mode. It can be said.
  • the mechanical resonator according to the present embodiment has a simple structure, reduces the capacitance when the displacement of the vibrating body is small, and reduces the capacitance when the displacement of the vibrating body is large in the resonance mode. Since the capacity can be increased, unnecessary AC current is reduced, and an electric signal can be efficiently converted into mechanical vibration, and mechanical vibration can be efficiently converted into an electric signal.
  • the present embodiment relates to a method for improving the nonlinearity of the relationship between the vibration displacement y of the vibrating body and the capacitance C.
  • the use of the electrode having the wave shape in the resonance mode shown in FIGS. Although IAC / AyI, which is an index of the mechanical / electrical conversion efficiency, has been improved, the negative displacement of the vibrating body, that is, the non-linearity when the vibrating body approaches the electrode side, becomes remarkable.
  • FIG. 14 is a structural diagram of the mechanical resonator according to the present embodiment. 14 differs from the structure of FIG. 1 in that a conductor having a length of ⁇ L is replaced with an insulator on both sides in the X direction from the center of the electrode 2.
  • FIG. 15 is a characteristic diagram showing the relationship between the vibration displacement y and the capacitance C when ALZL is set as a parameter.
  • d 0.1
  • the effect obtained by replacing the center of the electrode with an insulator as described above is, in other words, in order to increase I ⁇ / ⁇ I compared to the case of the conventional parallel plate type structure, It is not necessary to dispose an electrode whose surface shape is a wave shape in the resonance mode over the entire length L, and the same effect can be obtained even if a part of the total length is a wave shape in the resonance mode. It can be said.
  • the mechanical resonator according to the present embodiment has a simple structure, reduces the capacitance when the displacement of the vibrating body is small, and reduces the capacitance when the displacement of the vibrating body is large in the resonance mode. Unnecessary AC current is reduced because the capacity can be increased, and electrical signals can be efficiently converted to mechanical vibrations, and mechanical vibrations can be efficiently converted to electrical signals. And can be converted. Further, in the mechanical resonator according to the present embodiment, the relationship between the voltage and the force, and the relationship between the displacement and the current become more linear, and the control can be easily performed.
  • the present embodiment relates to a switch structure utilizing the fact that a large amplitude of the vibrating body can be obtained even when the input voltage is low by setting the electrode surface shape to a waveform in the resonance mode.
  • FIG. 16 is a structural view of the switch according to the present embodiment.
  • a contact 4a is formed as a first contact electrode in the insulating layer 3a near the center of the electrode 2, and the surface is exposed on the insulating layer 3a.
  • a contact 4b is formed as a second contact electrode at the center of the lower surface of the vibrating body 1 via the insulating layer 3b, and a DC bias voltage Vb and an AC voltage Vi are applied between the vibrating body 1 and the electrode 2. are doing.
  • the point that these contacts 4a and 4b are provided is different from the structure of the mechanical resonator according to the sixth embodiment.
  • a normal switch applies an electrostatic force to the vibrator 1 by applying only the DC voltage Vb without using the AC voltage Vi.
  • V b exceeds the pull-in voltage
  • the electrostatic force exceeds the spring restoring force of the vibrating body 1 and the vibrating body 1 is suddenly attracted toward the electrode, and the contacts 4 a and 4 b close.
  • the pull-in voltage is usually as high as several tens to several hundreds of volts, a high-voltage generating circuit is required.
  • vibrating body 1 is excited by AC voltage Vi having the same frequency as the resonance frequency of vibrating body 1.
  • the amount of vibration displacement of the vibrating body at this time reaches Q times the equivalent static force applied, so that the vibrating body 1 easily reaches the vicinity of the insulating layer 3a, and then the bias voltage Oscillator 1 is electrostatically adsorbed to electrode 2 by Vb.
  • the atmosphere is sealed in a vacuum by housing in a case, and the damping effect on the vibrating body due to the viscosity of air is eliminated as much as possible.
  • a switch mechanism can be realized in which a vibrating body in a resonance state is brought into contact with an electrode and held by electrostatic force.
  • FIG. 17 is a detailed view of the insulating layer 3 on the electrode 2 of the switch according to the present invention, and shows a state where the fluororesin particles 5 having a particle size of 1 m are formed on the electrode in a single layer together with the electroless plating film 6. Is shown.
  • the present invention is useful for mechanical vibration filters and switches using a mechanical resonator, and is suitable for miniaturization and high performance of devices.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

機械的共振振動を行う振動体(1)と、振動体(1)に近接して位置する電極(2)とを有し、電極(2)の表面形状が振動体(1)の共振モードで変形したときの形状となるように機械共振器を構成することにより、単位振動変位量あたりの静電容量変化が大きくなるので、効率よく電気→機械変換または機械→電気変換を行う機械共振器を実現できる。また、この機械共振器を用いて、高密度に集積化された電気回路内において、小型で高性能のフィルタ回路やスイッチ回路を実現できる。

Description

明 細 書 機械共振器 技術分野
本発明は機械式の共振器に関し、 特に高密度に集積化された電気回路内におい て、 小型で高性能のフィル夕回路ゃスィッチ回路を実現するものに関する。 背景となる技術
従来の機械共振器について図 22を参照して説明する。 図 22は文献 Frank D.Bannon III, John R. Clark, and Clark T. - Nguyenc著 "High- Q HF
Microelectromechanical Fi I ters" (IEEE Journal of Sol id-State Circuits, Vol. 35, No.4, pp.512-526, April 2000) に紹介されている機械振動フィル夕の構成 を簡略化して示した図である。
このフィルタは、 シリコン基板上に薄膜形成を行うことで形成されている。 入 力線路 104と., 出力線路 105と、 それぞれの線路に対して 1ミクロン以下の 空隙をもって配置された両持ち梁 101、 102と、 その 2つの梁を結合する結 合梁 103とで構成されている。 入力線路 104から入力した信号は、 梁 101 と容量的に結合し、 梁 101に静電力を発生させる。信号の周波数が、梁 101、 102および結合梁 103からなる弾性構造体の共振周波数近傍と一致したとき のみ機械振動が励振されるので、 この機械振動をさらに出力線路 105と梁 10 2との間の静電容量の変化として検出することで、 入力信号のフィルタリング出 力を取り出すことができる。
矩形断面の両持ち梁の場合、 弾性率 E、 密度 p、 厚み h、 長さ Lとすると、 共 振周波数 f は、 次式となる。
Figure imgf000004_0001
一 ^ I 材料をポリシリコンとすると E= 160 GP a、 p = 2. 2 X 103k g/mK また寸法を L = 40 m、 h= 1. 5 ^mとすると f = 8. 2MHzとなり、 約 8MHz帯のフィル夕を構成することが可能である。 コンデンサゃコイルなどの 受動回路で構成したフィルタに比べて機械共振を用いることで Q値の高い急峻な 周波数選択特性を得ることができる。
2
しかしながら、 上記従来の構成では、 さらに高周波帯のフィルタを構成するに は、 以下のような制約がある。 すなわち、 (式 1) から明らかなことは、 第 1に 材料を変更して E/pを大きくすることである。 ただし、 Eを大きくすると梁を たわませる力が同じであっても梁の変位量は小さくなつてしまい、 梁の変位を検 知することが難しくなる。 また、 梁の曲がりやすさをあらわす指標を、 両持ち梁 の梁表面に静荷重を加えたときの梁中心部のたわみ量 dと梁の長さ Lの比 d/L とすると、 d/Lは、 次式の比例関係で表される。
これらから、 d / Lの値を保ちながら共振周波数を上げるには、 少なくとも E は変更できず、 密度! 0の低い材料を求める必要があるが、 ポリシリコンと同等の ヤング率で密度が低い材料としては C FRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics ) 等の複合材料を用いる必要がある。 この場合、 半導体プロセスで微小機械振動 フィルタを構成することは難しくなる。
このような複合材料を用いない第 2の方法は、 (式 1) において梁の寸法を変 更して h · L— 2を大きくすることである。 しかし、 hを大きくすることと Lを小 さくすることはたわみやすさの指標である(式 2)の dZLを小さくしてしまい、 梁のたわみを検出することが難しくなる。
(式 1 ) および (式 2 ) について l o g (L ) と 1 o g ( h ) の関係を図 2 3 に示すと、 直線 1 9 1は (式 1 ) から求まる関係であり、 直線 1 9 2は (式 2 ) から求まる関係である。 この図 2 3において、 現寸法 A点を起点に傾き 「2」 の 直線より上の範囲 (領域 A) の Lと hを選ぶと f は大きくなり、 傾き 「1」 の直 線より下の範囲 (領域 B ) の Lと hを選ぶと d ZLは大きくなる。 従って、 図中 のハッチング部分 (領域 C) が梁のたわみ量も確保しつつ共振周波数を上げるこ とができる Lと hの範囲である。
図 2 3より明らかなことは、 機械振動フィル夕の高周波化には、 Lおよび h双 方の寸法の微小化が必要条件であり、 Lおよび hを同じスケーリングで小型化す ること、 すなわち傾き 1の直線に乗りながら Lと hを小さくすることは、 図 2 3 のハッチング部分の十分条件である
このように、 従来の機械共振器では機械振動体の寸法を小型化することで-, 共 振周波数は高周波化されるが、 それでも梁の振動は小さくなるので振動を検出す る信号が微弱になることは避けられず、 外乱の影響を受けやすくなるという課題 を有していた。 発明の開示
本発明の目的は、 フィルタ等の回路部品の高性能化を実現する微小な機械共振 器を提供することにある。
この課題を解決するために本発明は、 電極表面形状を振動体の共振モードで変 形したときの形状にすることにより、 共振振動を行う振動体の単位変位量あたり の容量変化を大きくし、 電気信号を効率よく機械振動に変換する構造、 または機 械振動を効率よく電気信号に変換する構造を実現した。
本発明の第 1の態様にかかる機械共振器は、 機械的共振振動を行う振動体と、 この振動体が共振振動時に近接し、 かつ共振振動の振幅方向に湾曲して配置され た電極とを有している。 これによつて、 共振振動を行う振動体の単位変位量あた りの容量変化を大きくし、 電気信号を効率よく機械振動に変換する構造、 または 機械振動を効率よく電気信号に変換することができる。
また、 本発明の第 2の態様にかかる機械共振器は、 第 1の態様の湾曲した電極 の表面形状と、 振動体が共振モードで変形したときの形状とが同一であることを 特徴とするものである。 これにより、 この振動体に対する静電容量を最大限まで 増やすことができるので、 共振振動を行う振動体の単位変位量あたりの容量変化 を大きくし、 電気信号を効率よく機械振動に変換する構造、 または機械振動を効 率よく電気信号に変換することができる。
また、 本発明の第 3の態様にかかる機械共振器は、 本発明の第 1あるいは第 2 の態様の振動体と対向する電極の表面積が、 振動体の表面積よりも小さいことを 特徴とするものである。 これにより、 振動体と電極との容量結合における過剰な 電荷発生を抑制することができるので、 不要な漏洩する交流電流を削減すること が可能になる。 特に、 共振時に振幅が最大になる振動体の部分およびその近傍と 対向する位置には電極を配しないようにすることにより、 電圧と力、 変位と電流 間の関係がより線形に近づき、 制御を容易にすることができる。 あるいは、 振動 体の端部に対向する位置には電極を配しないようにすることにより、 簡単な構造 で過剰な電荷発生を抑制することができる。
また、 本発明の第 4の態様にかかる機械共振器は、 機械的共振振動を行う振動 体と、 振動体と近接し、 同じ共振周波数の共振モードで振動する電極とを有して いる。 これにより、 振動していないときには、 静電容量を平行平板構造なみに小 さくし、 共振周波数で振動しているときは、 この振動子に対しては静電容量が最 大となるので、 I A C/A y Iの値を大きくすることができる。その結果、不要な 交流電流が低減され、 かつ電気信号を効率よく機械振動に変換したり、 機械振動 を効率よく電気信号に変換できる。
また、 本発明の第 5の態様にかかる機械共振器は、 本発明の第 1乃至第 4の態 様の振動体と電極とに接続され、 それらの間に静電界を発生するバイアス電源を さらに有し、 振動体と電極との間に共振周波数の電圧変化を受けたときに、 振動 体が共振振動するものである。 これにより、 電気信号を効率よく機械振動に変換 できる。
また、 本発明の第 6の態様にかかる機械共振器は、 本発明の第 1乃至第 4の態 様の電極と振動体との間の電圧変化から信号を検出する検出部をさらに有し、 振 動体が振動したときの振動体と電極との間の静電容量変化により、 検出部が振動 から電気信号に変換された信号を検出することを特徴としている。 これにより、 機械振動を効率よく電気信号に変換できる。
また、 本発明の第 7の態様にかかる機械共振器は、 本発明の第 1乃至第 4の態 様において、 電極と振動体の対向面の少なくとも一方に絶縁層を設けたことを特 徴とする。 これにより、 振動体と電極との電気的短絡を回避することができる。 特に、 絶縁層は、 絶縁性及び潤滑性を有する高分子粒子であることを特徴として いる。 これにより、絶縁層厚が一定になり、かつフッ素榭脂の潤滑性があるので、 振動体がフッ素榭脂粒子 5に接触しても s t i c t i o nと呼ばれる制御不能な 吸着力を減少させることができる。
また、 本発明の第 8の態様にかかる機械共振器は、 本発明の第 1乃至第 4の態 様において、 電極と対向する振動体の表面に振動体から絶縁して配置された第 1 接点電極と、 この第 1接点電極と嵌合するように電極から絶縁して配置された第 2電極とをさらに有している。 これにより、 静電力による振動体の動的な変位量 が静的な変位量に比べ Q値倍にもなるので、 小さな電圧で接点電極を接触させる ことができる。
特に、 前記振動体と前記電極とに接続され、 それらの間に静電界を発生するバ ィァス電源をさらに有し、 振動体と電極との間に電圧変化を受けたとき、 振動体 が共振振動し、 第 1接点電極が第 2接点電極に接近した時点でバイァス電源の電 圧により静電吸着することを特徴としている。 これにより、 振動体の共振振動の 変位量が電極に衝突する程度にまで制御され、 再接近した瞬間に前記振動体と前 記電極との間の静電力の引き込みにより前記振動体が前記電極に吸い付くことで 第 1接点電極と第 2接点電極とが接触固定されることができるので、 これを利用 したスイッチング機能を実現できるものである。
また、 本発明の第 9の態様にかかる機械共振器は、 本発明の第 1〜第 4の態様 の機械共振器を、 複数個、 電気的に並列または直列に配置したことを特徴とする ものであり、 電極が、 振動体と同じ共振周波数の共振モードで振動することを特 徴としてもよい。
このように、 適宜フィルタの個数を調整することにより、 特に、 高周波回路で 問題となるインピーダンス不整合による反射信号を減少させ、 効率よく電気信号 を機械振動に変換し、かつ機械振動を再び電気信号として取り出すことができる。 また、 本発明の第 1 0の態様にかかる機械共振器は、 本発明の第 1〜第 9の態 様にかかる機械共振器を、 雰囲気を真空に封止したケース内に収納したことを特 徴とするものである。 これにより、 空気の粘性による振動体への減衰効果を排除 できるので、 Q値をあげることが可能になる。
また、 本発明の第 1 1の態様にかかるフィル夕は、 本発明の第 1〜第 7の態様 にかかる機械共振器を用いたことを特徴とするものである。
また、 本発明の第 1 2の態様にかかるスィッチは、 本発明の第 8の態様にかか る機械共振器を用いたことを特徴とするものである。
また、 本発明の第 1 3の態様にかかる電気回路は、 本発明の第 1〜第 1 2の態 様にかかる機械共振器を用いたものである。
以上のように本発明によれば、 電気信号を効率よく機械振動に変換する構造、 および機械振動を効率よく電気信号に変換する構造を実現できる。 また、 本発明 の機械共振器を用いて、 高密度に集積化された電気回路内において、 小型で高性 能のフィルタ回路やスィッチ回路を実現することも可能である。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施の形態による、 電極表面形状を両持ち梁の横振動 1次共 振モード波形とした機械共振器の構造を示す概略図である。
図 2は、 本発明の一実施の形態による、 電気—機械変換器の構造を示す概略図で ある。
図 3は、 従来の、 電極を平行平板形状とした機械共振器の構造を示す概略図であ る。
図 4は、 本発明の一実施の形態による、 共振する振動体の振動変位 yと静電容量 Cの関係 ( δ m a X = 1 m) を示す特性図である。
図 5は、 本発明の一実施の形態による、 共振する振動体の振動変位 yと静電容量 Cの関係 (0 m a x = 0 . 3 ^ m) を示す特性図である。
図 6は、 本発明の一実施の形態による、 機械→電気変換器の構造を示す概略図で ある。
図 7は、 本発明の一実施の形態による、 並列に配置された機械共振フィル夕の構 成を示す概略図である。
図 8は、 本発明の一実施の形態による、 6点固定型の梁構造の上面図である。 図 9は、 本発明の一実施の形態による、 図 8の梁構造を用いて直列に配置された 機械共振フィル夕の構成を示す概略図である。
図 1 0は、 本発明の一実施の形態による、 簡易な電気→機械→電気変換機能を有 する機械共振フィルタの構造を示す概略図である。
図 1 1 A、 Bは、 本発明の一実施の形態による、 電極も共振構造を有する機械共 振器の構成を示す概略図である。
図 1 2は、 本発明の一実施の形態による、 電極両端を絶縁性とした機械共振器の 構造を示す概略図である。
図 1 3は、 本発明の一実施の形態による、 図 1 2の構造における振動変位 yと静 電容量 Cの関係を示す特性図である。 図 1 4は、 本発明の一実施の形態による、 電極中央部を絶縁性とした機械共振器 の構造を示す概略図である。
図 1 5は、 本発明の一実施の形態による、 図 1 4の構造における振動変位 yと静 電容量 Cの関係を示す特性図である。
図 1 6は、 本発明の一実施の形態による、 スィッチ構造を有する機械共振器の構 造を示す概略図である。
図 1 7.は、 本発明の一実施の形態による、 四フッ化工チレン樹脂粒子を用いた絶 緣層を示す概略図である。
図 1 8 A〜Dは、 本発明の一実施の形態における機械共振器の製作工程を示す概 略図である。
図 1 9は、 本発明の一実施の形態による、 電極表面形状を片持ち梁の横振動 1次 共振モード波形とした機械共振器の構造を示す概略図である。
図 2 O Aは、 片持ち梁の横振動 2次共振モード波形を示す図である。
図 2 0 Bは、 本発明の一実施の形態による、 電極表面形状を片持ち梁の横振動 2 次共振モード波形とした機械共振器の構造を示す概略図である。
図 2 0 Cは、 本発明の一実施の形態による、 電極表面形状を片持ち梁の横振動 2 次共振モード波形とした機械共振器の別の構造を示す概略図である。
図 2 0 Dは、 本発明の一実施の形態による、 図 2 0 B、 Cを複合させた機械共振 器の構造を示す概略図である。
図 2 1 A〜Dは、 本発明の一実施の形態における電極も共振構造を有する機械共 振器の製作工程を示す概略図である。
図 2 2は、 従来の機械共振器を用いたフィルタを示す概略図である。
図 2 3は、 従来例における、 機械共振器の寸法と高周波化の関係を示す特性図で める。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の実施の形態について、 図 1から図 2 1を用いて説明する。
(実施の形態 1)
図 1は、 本発明の実施の形態 1にかかる機械共振器の概要図である。
図 1において、 振動体 1はその両端を固定された固定端 7とした両持ち梁であ り、 厚み]!、 幅 W、長さ Lである。 電極 2は振動体 1に近接して設けられている。 両者の接触による電気的短絡を避けるために電極 2表面には厚さ d、 比誘電率 ε rの絶縁層 3が設けられている。 このとき、 両持ち梁である振動体 1の横振動一 次共振モードを利用するとすると、 振動体 1の共振モードでの形状は図中の X y 座標を用いて、 次式で表される。
y(x)― y max! I cos kx― cosh he + sin Ax- sinh Ax}
(3)
1.6164
^ = -L01781s k = 4.730/Z なお、 その最大値 yma x (x = 2/Lのとき) は振動体にかかる励振力の大 きさや、 振動体内部の熱損失、 周辺の空気の粘性などにより決定される。
また、 電極 2および絶縁層 3の表面も (式 3) の形状を有するなだらかな凹形 状をしており、 その深さ <5 ma Xは振動体 1の振動振幅 yma Xよりも大きめに とっている。 具体的には電極 2の表面形状は、 次式のように設定してある。
V(X ) =一 δηι χ - it(cos kx - cosh kx)+ sinbc - sinh kx \ -d (4)
L1.64164 なお、 過度の励振力等による振動体と電極との接触を想定しなければ絶縁層 3 を設ける必要はない。
図 2は図 1の機械共振器を電気—機械変換に用いた場合であり、 振動体 1と電 極 2との間にバイアス電圧 Vbおよび交流信号 V i (v i «Vb) が印加され ている。 この振動体 1の弾性振動を等価質量 mなるパネ質点系におきかえて考え ると、 この質点には、 次式で表される静電力がかかる。
Figure imgf000012_0001
伹し、 Fは静電力であり、 Cは振動体と電極間の静電容量である。 また、 右辺 第一項はバイアス電圧 Vbによるバイアス力をあらわす。
(式 5) より交流信号電圧の励振力への変換は、 振動体の単位変位量あたりの 容量変化である I AC/Ay Iが大きいほど効率がよい。 ここで、 (式 4) であ らわされる電極形状を用いた図 2の構造では、 図 3のような従来の平行平板型の 電極構造に比べてより大きな I ACZAy Iが得られることを次に示す。
図 2において d = 0. 1 m, ε r = l, max=l m、 L = 40 xm、 W=20 mとしたときの振動体中央部の変位量 yと静電容量 Cとの関係を図 4 に示す。 なお、 同じ d、 ε r, (5max、 L、 Wの値での図 3の構造における y と Cの関係も図 4に併せて示した。 すなわち、 図 4において、 特性曲線 401が 図 2の構造をした機械共振器での変化を示し、 特性曲線 402が図 3の構造をし た機械共振器での変化を示している。
y=0近傍では、 図 3の構造では I ΔΟ/Δγ | =3. 1 X 10 -9 [F/m] で あるが、 図 2の構造では I Δ C/Δ y I = 9. 8 X 10— 9 [F/ m] まで改善され ている。 すなわち、 同じ交流信号 V iでも図 2の構造をとることで、 より大きな 共振振動を得ることができる。 なお、 例えば振動体の共振振幅が ±0. 1 mの 範囲内で振動し、 それ以上の振幅は電気回路的にまたは機械的に抑制されること が保証されていれば、 <5maxの値はより小さく設定することができる。 たとえ ば、 6max=0. 3 z mとすると、 yと Cの特性は図 5に示す特性曲線 501、 および特性曲線 502のようになり、図 2の構造で I Δ C/Δ y I =4. 7 X 10 一8 [F/m] までさらに改善された。
なお、図 4において yと Cとの関係が線形とみなせる領域では Δ C / Δ yは一定 値となり、 (式 5) から、 交流電圧と励振力との関係は線形として取り扱うこと ができる。
次に、 図 1に示した本実施の形態にかかる機械共振器の製作工程を図 1 8 A〜 Dに示す。
振動体および電極は基板 1 0上に形成される。 例えば基板 1 0は表面に熱酸化 によるシリコン酸化膜および減圧 C V D法によるシリコン窒化膜が堆積された高 抵抗シリコン基板である。
はじめに、 基板 1 0にフォトレジストからなる犠牲層をスピンコート、 露光、 現像したのち、 ホットプレートでべ一クを行い、 犠牲層 1 1を形成する (図 1 8 A)。
次に、 基板全面にアルミニウム 1 2をスパッ夕により堆積する (図 1 8 B )。 次に、 アルミニウム上にフォ卜レジストを形成し、 フォトリソグラフィにより パターニングを行い、 前記フォトレジストからなるパターンをマスクとしてアル ミニゥムのドライエッチングを行うことで、 振動体 1 3および電極 1 4を形成す る (図 1 8 C)。 このとき、 電極 1 4が振動体 1 3に対向する面の形状は (式 4 ) で表現される曲線とする。 これはフォトリソグラフィに用いるマスク上のパ夕一 ンを (式 4 ) で表現される曲線とすることで実現される。
さらに、 酸素プラズマによりフォトレジストからなるパターンならびに犠牲層 1 1を除去する。 これにより振動体 1 3は振動が可能な両持ち梁となり、 また電 極 1 4との間でコンデンサを形成する(図 1 8 D)。振動体 1 3の振動は振動体 1 3と電極 1 4の間の静電力により発生させることができる。 この場合、 振動体 1 3の振動方向は基板に対して水平方向となる。
なお、本実施の形態では高抵抗シリコン基板を用いたが、通常のシリコン基板、 化合物半導体基板、 絶縁材料基板を用いても良い。
また、 高抵抗シリコン基板 1 0上に絶縁膜としてシリコン酸化膜およびシリコ ン窒化膜を形成したが、 基板の抵抗が十分高い場合これら絶縁性膜の形成を省略 しても良い。 また、 本実施の形態では振動体および電極を形成する材料としてアルミニウム を用いたが、 他の金属材料 M o、 T i、 A u、 C u、 ならびに高濃度に不純物導 入された半導体材料例えばアモルファスシリコン、 導電性を有する高分子材料な どを用いても良い。 さらに、 成膜方法としてスパッ夕を用いたが C V D法、 メッ キ法などを用いて形成しても良い。
なお、 本実施の形態における振動体は両持ち梁としたが、 片持ち梁についても 電極の表面形状を片持ち梁のモード形状と同じにすることにより、 同様に i A C /△y I を大きくする効果を得ることができる。
次に、 振動体を片持ち梁とした場合の機械共振器について説明する。
図 1 9は振動体を片持ち梁とした場合の機械共振器の概要図である。 振動体 2 1は片方の単面を固定された片持ち梁であり、 厚み h、 幅 W、 長さ Lである。 電 極 2 2は振動体 2 1に近接して設けられており、 表面に厚さ dの絶縁層 2 3が設 けられている。 片持ち梁を 1次の共振モードで励振する場合、 電極 2 2の表面形 状は次式のように設定する。 y(x) = -δ 一 ^ osh he - cos loc - 0.734096 ( la. - sin foe)}一 d
, 1.875104
κ =
L
なお、 本発明の実施の形態における両持ち梁または片持ち梁の振動モードは横 振動の 1次モ一ドとしたが、 2次以上の高次のモ一ドに対しても電極の表面形状 を振動体の共振モード波形とすることで I A C / A y I を大きくする効果を得る ことができる。
図 2 O Aの x y平面上に描かれた実線の曲線は、 片持ち梁の横振動 2次モード 波形をあらわしている。 すなわち、 長さ L の片持ち梁は固定端から 0 . 7 7 4 L の箇所に 1つの節を持つ。 このとき、 長さ Lの全長にわたって電極の表面形状を 共振モードでの波形とすると、 節から自由端部の梁の共振が電極により阻害され てしまうので、 図 2 0 Bに示すように電極を固定端から節までの長さにとどめて いる。
また、 この他に図 2 0 Cのように電極を節から自由端までの長さの位置に配し ても同様の効果が得られる。 あるいは、 図 2 0 Dのように、 図 2 0 Bや、 図 2 0 Cの電極 2 2をそれぞれ振動体をはさんで配置し、 例えば、 電極 2 2 aは振動体 2 1の励振用に、電極 2 2 bは振動体 2 1の振動の検出用に用いることもできる。 以上のように本実施の形態によれば、 電極表面形状を振動体の共振モ一ドでの 形状とすることで、 共振振動を行う振動体の単位変位量あたりの容量変化が最大 になるので、 電気信号を効率よく機械振動に変換したり、 機械振動を効率よく電 気信号に変換したりすることができる。 なお、 電極表面形状は振動体の共振モー ドの形状と完全に一致することは必須ではなく、 その形状に近いほど効果が高く 得られる。
また、 上記したように片持ち梁に励振用と検出用の電極を取り付けることによ り、 変換効率の優れた、 小型化した機械振動フィルタを実現できる。
(実施の形態 2 )
図 6は図 1の構造の機械共振器を機械→電気変換器に利用した例である。
図 6において y軸方向に横振動を行う振動体 1の変位は電極 2との間の容量 Cの変化として検出される。 流れる電流 iは、 次式のようになり、 振動速度と Δ C/Δ yの積であらわされる。
^ 〜 C dy
dt dy dt { b ) Δ C/Δ yがほぼ一定値とみなせる変位領域を用いると、梁の変位信号は電流信 号を積分器 6 0 1に通すことで再生され、このとき I A C/A y Iが大きいほど大 きな電流信号が得られる。 図 2と同様に d = 0 . l m、 ε r = 1 , <5 m a x = 1 m, L = 4 0 ΐίΐ, W= 2 0 mとすると、 図 4ですでに示したとおり本発 明の構造を採用した方が図 3に示した従来の平行平板構造よりも大きな I Δ C/ △ y Iが得られる。 これより、 本実施の形態の機械→電気変換器は微弱な振動を 効率よく電気信号に変換することができる。
(実施の形態 3 )
図 7は本実施の形態に係る機械共振器を用いた機械振動フィル夕の構造図であ る。
図 7において、 機械振動フィルタは図 2 2に示したフィルタ構造の電気—機械 変換部である入力線路 1 0 4と両持ち梁 1 0 1との容量結合部分、 および機械— 電気変換部である出力線路 1 0 5と両持ち梁 1 0 2との容量結合部分の双方に、 本発明の実施の形態 1および 2として図 1に示した共振モ一ドでの形状を有する 電極を適用している。 さらに、 この機械振動フィルタは一組の電気→機械変換部 および機械—電気変換部からなるフィルタを、 複数個並列に配置し、 入力電圧を 分岐して各フィル夕に入力し, かつ、 各フィルタの出力電流信号をまとめて取り 出した構造をしている。 このように適宜フィルタの個数を調整することにより、 特に高周波回路で問題となるインピーダンス不整合による反射信号を減少させ、 効率よく電気信号を機械振動に変換し、 かつ機械振動を再び電気信号として取り 出すことができる。
次に複数のフィル夕を直列に配した例を示す。
図 8は梁構造の上面図であり、 梁側面 a l、 a 2、 b l、 b 2、 c l、 c 2部 の 6箇所が固定面として固定された構造である。 この構成により長さ L、 幅 Wの 2つの両持ち梁を直列に構成したこととほぼ等価となる。 これはどちらか一方の 両持ち梁の振動が固定面 b 1、 b 2の間を介して他方の両持ち梁に伝わるからで あり、 この固定面 b l、 b 2の間が結合梁の役割を果たしている。
図 9は上記の梁構造の機械共振器を用いた機械振動フィル夕の構造図である。 図 9において、 図 8に示した梁構造の一方の両持ち梁 1 0 1と、 図 1に示した 本発明の電極構造を有する入力線路 1 0 4とは容量結合し、 もう一方の両持ち梁 1 0 2と図 1の電極構造を有する出力線路 1 0 5とは容量結合している。 また、 さらにこの梁構造をした機械振動フィル夕はフィルタを複数個直列に配した構造 となる。 このように、 図 8の梁構造をとることで容易に直列接続によるインピー ダンス整合をとることができる。 またさらに、 図 2 2の結合梁 1 0 3のような極 細の衝撃に弱い構造体を設ける必要がないので、 強度も高まり、 製作にかかる歩 留まりも改善される。
(実施の形態 4 )
図 1 0は、 電気—機械変換器と機械→電気変換器とを個別に有する図 2 2のフ ィルタ構造とは異なり、 1つの振動体で両方の機能を実現させる機械共振器構造 を有する機械振動フィル夕である。 具体的には、 本実施の形態は実施の形態 1の 図 2に示した電気→機械変換器と、 実施の形態 2の図 6に示した機械→電気変換 器との双方に共通する構造を共有している。 この構造は構成が簡易であることを 特長とするが、 入力信号 V iにより励振された振動体 1の変位に伴う容量変化に 起因して発生する交流電流以外にも、 定常的なコンテ'ンサ容量を介して漏洩する 不要交流電流が発生する。 すなわち、 図 4において交流動作点を例えば y = 0と した場合、 y = 0における容量が大きいと、 励振に起因しない不要交流電流も流 れてしまい-. フィル夕の機能は低下する。従って-. I A C / A y Iは大きいことが 望ましいことは実施の形態 1、 2で述べてきた通りであるが、 可能な限り Cの値 は低減する必要がある。
そこで本実施の形態では図 1 1 Aに示すように、 機械共振器は振動体 1に対向 する電極 2も振動体 1と同じ共振周波数の共振モードで振動する構造体とし、 モ ―ド定在波波長の 1 / 2だけ相対位置をずらして配している。 ここでは一次共振 モードを使うので梁の長さ Lの 1 Z 2だけ電極 2を X方向にずらしている。
この機械共振器は実施の形態 3に示した並列構造をした機械振動フィルタであ り、図 1 1 Aには X方向への繰り返し構造の一部分のみが図示されている。また、 振動体 1と電極 2の振動の状態を図 1 1 Bに示す。 ここで、 図 4の 4 0 3に振動 変位 yと長さ Lあたりのコンデンサ容量 Cとの関係を示す。 図 1 1 Aの状態、 す なわち振動変位 y = 0のときには、 容量 Cは図 3の平行平板構造と同じ程度に小 さな値をとることができる。 また、 共振状態を示す図 11Bでは容量はきわめて 近接する導電体間の容量、 すなわち本発明の実施の形態 1および実施の形態 2で 述べた図 2、 および図 6の構造における容量まで近づく。 その結果、 y = 0にお いて I ΔΟ/Δγ 1 =6. 3 X 10— 9 [F/m] となり、 図 3に示した従来の平行 平板構造の値よりも大きく、 図 2や、 図 6の構造の値に近づく。 従って、 図 1 1 の構造を図 10の機械振動フィルタに適用することで不要な交流電流が低減され、 かつ I ΔΟ/Δγ ]の値の大きい高効率のフィル夕を構成することができる。
図 5の 503は <5max=0. 3 mとした場合の y— C特性である。 図 5に おいて、 y=0のときの図 1 1の構造を有する機械共振器の静電容量 Cは図 3に 示した従来の平行平板構造なみに小さく、一方で、 I ΔΟ/Δγ Iは図 2、 図 6の 構造と同等にまで大きくすることができることが示されている。
これらにより、 本実施の形態に係る機械共振器は、 簡単な構成で、 振動体の変 位が小さいときの静電容量を小さくし、 振動体が共振モードで変位が大きいとき の静電容量を大きくすることができる。 そのため、 不要な交流電流が低減され、 かつ電気信号を効率よく機械振動に変換したり、 機械振動を効率よく電気信号に 変換したりすることができる。 また、 この機械共振器を用いた機械振動フィルタ は、 両持ち梁に励振用と検出用の電極を取り付けることにより、 変換効率の優れ た、 小型化した機械振動フィルタを実現できる。
図 21 A〜Dは、 図 1 1に示した、 本実施の形態に係る機械共振器の製作工程 を示す図である。
図 21A〜Dにおいて、 振動体は基板 10上に形成される。 例えば基板 10は 表面に熱酸化によるシリコン酸化膜、 および減圧 C V D法によるシリコン窒化膜 が堆積された高抵抗シリコン基板である。
初めに、 基板 10にフォトレジストからなる層をスピンコート、 露光、 現像し たのち、 ホットプレートでべ一クを行い、 犠牲層 1 1を形成する (図 21A)。 こ のとき、 犠牲層 1 1には一定ピッチでならんだ微細穴 1 5 a、 および 1 5 bを形 成する。 微細穴 1 5 a、 1 5 bは図示したように互いに 1 2ピッチずれた位置 に形成する。
次に、 基板全面にアルミニウム 1 2をスパッ夕により堆積する (図 2 1 B )。 こ のとき、 微細穴 1 5にもアルミニウム 1 2が埋め込まれる。
次に、 アルミニウム上にフォトレジストを形成し、 フォトリソグラフィにより パターニングを行う。 そして、 前記フォトレジストからなるパターンをマスクと して、 アルミニウムのドライエッチングを行うことより、 振動体 1 3 aおよび振 動体 1 3 bを形成する (図 2 1 C )。 このとき、振動体 1 3 aは微細穴 1 5 a上に、 振動体 1 3 bは微細穴 1 5 b上に形成する。
さらに、 酸素プラズマにより、 フォトレジストからなるパターンならびに犠牲 層 1 1を除去する。 これにより、 振動体 1 3は振動が可能な梁となる。 また、 振 動体 1 3は微細穴 1 5に埋め込まれたアルミニウムによるアンカー 1 6により基 板 1 0上に固定されるので、 アンカー 1 6を固定端とした両持ち梁が連続して構 成されることになる。 これにより、 図 1 1の機械共振器構造を実現することがで きる。 ただし、 この場合., 振動体 1 3の振動方向は基板に対して水平方向となる。 なお、 本実施の形態では高抵抗シリコン基板を用いたが、 通常のシリコン基板 や、 化合物半導体基板や、 絶縁材料基板を用いても良い。
また、 高抵抗シリコン基板 1 0上に絶縁膜としてシリコン酸化膜およびシリコ ン窒化膜を形成したが、 基板の抵抗が十分高い場合、 これら絶縁性膜の形成を省 略しても良い。
なお、 本実施の形態では、 梁を形成する材料としてアルミニウムを用いたが、 他の金属材料 M o、 T i、 A u、 C u、 ならびに高濃度に不純物導入された半導 体材料、 例えばアモルファスシリコン、 導電性を有する高分子材料などを用いて も良い。 さらに成膜方法としてスパッ夕を用いたが、 C V D法、 メツキ法などを 用いて形成しても良い。 (実施の形態 5)
本実施の形態は、 実施の形態 4と同じ目的で、 不要に発生する交流電流を抑制 するために機械共振器のコンデンサ容量の低減を図る方法に関する。 図 12は本 実施の形態に係る機械共振器の構造図である。
図 12において、 電極 2の両端から Δ Lの長さ分 121の導電体を絶縁体に置 き換えた点が図 1の構造と異なる。
図 13は、 ALZLをパラメ一タとした場合の振動変位 yと静電容量 Cとの関 係をあらわした特性図である。 ただし、 d=0. 1 rn, ε r = 1, <5ma x = 1 m, L = 40 xm> W=20 mとした。
電極の両端の絶縁部を多くするほど、すなわち、 AL/Lをを大きくするほど、 静電容量 Cを低減することができる。 ただし、 このとき I AC/Ay Iも低下し、 同図に参照として示した図 3に示した従来の平行平板構造の I AC/ Ay Iの値 まで次第に近づいてくる。静電容量 Cの低減と I ΔΟ/Δγ Iの増加はトレードォ フの関係にあり、 その中で使用条件に合わせて最適な y - C特性を選択すること ができる。
以上のような、 電極の両端を絶縁体に置き換えることで得られた効果を換言す ると、 従来の平行平板型の構造にした場合よりも、 I AC/ Ay Iを大きくする ためには、 必ずしも全長 Lにわたつて表面形状が共振モードでの波形状である電 極を配する必要はなく、 全長のうちの一部が共振モードでの波形状であつても同 様の効果が得られると言える。
また、 これらにより、 本実施の形態に係る機械共振器は、 簡単な構造で、 振動 体の変位が小さいときの静電容量を小さくし、 振動体が共振モードで変位が大き いときの静電容量を大きくすることができるので、 不要な交流電流が低減され、 かつ電気信号を効率よく機械振動に変換したり、 機械振動を効率よく電気信号に 変換したりすることができる。
(実施の形態 6) 本実施の形態は、 振動体の振動変位 yと静電容量 Cの関係の非線形性を改善す る方法に関する。 すなわち、 図 4に示した yと Cの関係を見ると、 図 3に示した 従来の平行平板構造に比べて、 図 2や図 6の共振モードでの波形状を有する電極 を用いることで、機械'電気変換効率の指標である I AC/Ay Iは改善されたが 、 振動体のマイナス側変位、 すなわち振動体が電極側に近接したときの非線形性 が顕著になる。 従って (式 5) 、 (式 6) の中で AC/Ayを定数と考えることが 難しくなり、 電圧と力、 変位と電流間の関係は非線形の複雑な挙動をとる。 図 1 4は本実施の形態に係る機械共振器の構造図である。 図 1 4において、 電 極 2の中心部から X方向の両側に△ Lの長さ分の導電体を絶縁体に置き換えた点 が図 1の構造と異なる。
図 1 5は、 ALZLをパラメ一夕とした場合の振動変位 yと静電容量 Cとの関 係をあらわした特性図である。 ただし、 d = 0. 1 , m, s r = l、 6ma x = 1 m. L = 40 xm, W= 2 0 mとした。
電極の中心から ALの絶縁体の部分 1 4 1を多くするほど、 すなわち、 Δし Z Lを大きくするほど、 振動体 1が電極 2に近づいたときの非線形性を抑制するこ とができる。ただし、 このとき I ΔΟ/Δγ Iは低下するため、両者のトレードォ フで、 使用条件に合わせた最適な y— C特性を得ることができる。
以上のような、 電極中心部を絶縁体に置き換えることで得られた効果を換言す ると、 従来の平行平板型の構造にした場合よりも、 I ΔΟ/Δγ Iを大きくする ためには、 必ずしも全長 Lにわたつて表面形状が共振モードでの波形状である電 極を配する必要はなく、 全長のうちの一部が共振モードでの波形状であつても同 様の効果が得られると言える。
また、 これらにより、 本実施の形態に係る機械共振器は、 簡単な構造で、 振動 体の変位が小さいときの静電容量を小さくし、 振動体が共振モードで変位が大き いときの静電容量を大きくすることができるので、 不要な交流電流が低減され、 かつ電気信号を効率よく機械振動に変換したり、 機械振動を効率よく電気信号に 変換したりすることができる。 さらに、 本実施の形態に係る機械共振器は電圧と 力、 変位と電流間の関係がより線形に近づき、 制御しやすくすることができる。
(実施の形態 7 )
本実施の形態は、 電極表面形状を共振モードでの波形とすることにより、 入力 電圧が低電圧でも振動体の大きな振幅が得られることを利用したスィッチ構造に 関する。
.図 1 6は本実施の形態に係るスィツチの構造図である。
図 1 6において、 電極 2の中心部付近の絶縁層 3 a中に第 1接点電極として接 点 4 aを形成し、 その表面を絶縁層 3 a上に露出させている。 また、 振動体 1の 下面中央部にも絶縁層 3 bを介し第 2接点電極として接点 4 bを形成し、 振動体 1と電極 2の間に直流バイアス電圧 V bと交流電圧 V iを印加している。 これら 接点 4 a、 4 bを有している点が、 実施の形態 6に係る機械共振器の構造と異な る。
通常のスィッチは、 交流電圧 V iを用いずに直流電圧 V bのみを印加して振動 体 1に静電力を加える。 V bがプルイン電圧を越えるともはや振動体 1のバネ復 元力よりも静電力が勝って急激に振動体 1は電極方向に吸い寄せられ、接点 4 a , 4 bが閉じる。 しかしプルイン電圧は通常でも数十〜数百ポルトの高電圧となる ため、 高圧発生回路が必要となる。
これに対し、 本実施の形態に係るスィッチでは、 振動体 1の共振周波数と同じ 周波数の交流電圧 V iで振動体 1を励振する。このときの振動体の振動変位量は、 同等の静的な静電力を加えた場合の Q値倍にも及ぶため、 振動体 1は容易に絶縁 層 3 a近傍まで到達し、 その後はバイアス電圧 V bにより振動体 1は電極 2へ静 電吸着される。 なお、 本実施の形態では、 Q値をあげる目的で、 ケース内に収納 して雰囲気を真空に封止し、 空気の粘性による振動体への減衰効果を極力排除し た。
以上のように、 本発明に係る構造にすることにより、 電気信号から機械信号へ の変換効率が向上し、 大きな共振振動が得られるので、 共振状態の振動体を電極 へ接触させ、 静電力で保持するスィッチ機構を実現できる。
(実施の形態 8 )
図 1 7は、 本発明に係るスィッチの電極 2上の絶縁層 3の詳細図であり、 粒径 1 mのフッ素樹脂粒子 5を無電解メツキ膜 6とともに単層で電極上に形成させ た状態を示している。 このように粒径の揃った樹脂粒子を単層で形成することに より、 絶縁層厚を一定に保ち、 かつフッ素樹脂の潤滑性により振動体がフッ素榭 脂粒子 5に接触しても s t i c t i o nと呼ばれる制御不能な吸着力を減少させ ることができる。 産業上の利用可能性
以上のように本発明は、 機械共振器を用いた機械振動フィル夕やスィッチに有 用であり、.装置の小型化や高性能化に適している。

Claims

請求の範囲
1 . 機械的共振振動を行う振動体と、
前記振動体が共振振動時に近接し、 かつ前記共振振動の振幅方向に湾曲して配置 された電極と、
を有する機械共振器。
2 . 前記湾曲した電極の表面形状と、 前記振動体が共振モードで変形したときの 形状とが同一であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の機械共振器。
3 . 前記振動体と対向する前記電極の表面積は前記振動体の表面積よりも小さい ことを特徴とする請求の範囲第 1項あるいは第 2項に記載の機械共振器。
4. 共振時に振幅が最大になる前記振動体の部分およびその近傍と対向する位置 には前記電極を配しないことを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の機械共振器 c
5 . 前記振動体の端部に対向する位置には前記電極を配しないことを特徴とする 請求の範囲第 3項に記載の機械共振器。
6 . 機械的共振振動を行う振動体と、
前記振動体と近接し、 同じ共振周波数の共振モードで振動する電極と、
を有する機械共振器。
7 . 前記振動体と前記電極とに接続され、 それらの間に静電界を発生する バイアス電源をさらに有し、
前記振動体と前記電極との間に共振周波数の電圧変化を受けたときに、 前記振動 体が共振振動する請求の範囲第 1項乃至第 6項のいずれかに記載の機械共振器。
8 . 前記電極と前記振動体との間の電圧変化から信号を検出する検出部をさらに 有し、
前記振動体が振動したときの前記振動体と前記電極との間の静電容量変化により、 前記検出部が振動から電気信号に変換された信号を検出することを特徴とする請 求の範囲第 1項乃至第 6項のいずれかに記載の機械共振器。
9 . 前記電極と前記振動体の対向面の少なくとも一方に絶縁層を設けたことを特 徴とする請求の範囲第 1項乃至第 8項のいずれかに記載の機械共振器。
1 0 . 前記絶縁層は、 絶縁性及び潤滑性を有する高分子粒子であることを特徴と する請求の範囲第 9項に記載の機械共振器。
1 1 . 前記電極と対向する前記振動体の表面に前記振動体から絶縁して配置され た第 1接点電極と、
前記第 1接点電極と嵌合するように前記電極から絶縁して配置された第 2電極と、 をさらに有することを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 5項のいずれかに記載 の機械共振器。
1 2 . 前記振動体と前記電極とに接続され、 それらの間に静電界を発生するバイ ァス電源をさらに有し、
前記振動体と前記電極との間に電圧変化を受けたとき、前記振動体が共振振動し、 前記第 1接点電極が前記第 2接点電極に接近した時点で前記バイァス電源の電圧 により静電吸着することを特徴とする請求の範囲第 1 1項に記載の機械共振器。
1 3 . 請求の範囲第 7項あるいは第 8項に記載の機械共振器を、 複数個、 電気的 に並列に配置したことを特徴とする機械共振器。
1 4 . 請求の範囲第 7項あるいは第 8項に記載の機械共振器を 複数個 電気的 に直列に配置したことを特徴とする機械共振器。
1 5 . 請求の範囲第 1項乃至第 1 4項のいずれかに記載の機械共振器を、 雰囲気 を真空に封止したケース内に収納したことを特徴とする機械共振器。
1 6 . 請求の範囲第 1項乃至第 1 0項のいずれかに記載の機械共振器を用いたこ とを特徴とするフィル夕。
1 7 . 請求の範囲第 1 1項あるいは第 1 2項に記載の機械共振器を用いたことを 特徴とするスィッチ。
1 8 . 請求の範囲第 1項乃至第 1 5項のいずれかに記載の機械共振器を用いた電 気回路。
PCT/JP2004/004091 2003-03-25 2004-03-24 機械共振器 WO2004086617A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04723030A EP1610459A4 (en) 2003-03-25 2004-03-24 MECHANICAL RESONATOR
US10/538,319 US7453332B2 (en) 2003-03-25 2004-03-24 Mechanical resonator

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003-082430 2003-03-25
JP2003082430 2003-03-25
JP2004074288A JP4513366B2 (ja) 2003-03-25 2004-03-16 機械共振器、フィルタおよび電気回路
JP2004-074288 2004-03-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004086617A1 true WO2004086617A1 (ja) 2004-10-07

Family

ID=33100362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2004/004091 WO2004086617A1 (ja) 2003-03-25 2004-03-24 機械共振器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7453332B2 (ja)
EP (1) EP1610459A4 (ja)
JP (1) JP4513366B2 (ja)
WO (1) WO2004086617A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8450902B2 (en) * 2006-08-28 2013-05-28 Xerox Corporation Electrostatic actuator device having multiple gap heights

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100568720C (zh) * 2005-01-13 2009-12-09 松下电器产业株式会社 扭转谐振器和采用其的滤波器
JP4604730B2 (ja) * 2005-01-20 2011-01-05 ソニー株式会社 微小振動子、半導体装置及び通信装置
JP4635619B2 (ja) * 2005-01-20 2011-02-23 ソニー株式会社 微小共振器及び通信装置
JP4438786B2 (ja) * 2005-11-17 2010-03-24 セイコーエプソン株式会社 Mems振動子及びその製造方法
JP4965962B2 (ja) * 2006-10-13 2012-07-04 学校法人立命館 マイクロメカニカル共振器
JP5046966B2 (ja) * 2007-01-23 2012-10-10 パナソニック株式会社 電気機械共振器及びその製造方法
US7544531B1 (en) 2007-03-13 2009-06-09 Sitime Inc. Ground strap for suppressing stiction during MEMS fabrication
CN100434882C (zh) * 2007-11-20 2008-11-19 东南大学 静电激励谐振器电容拾振结构
JP4645727B2 (ja) * 2008-11-17 2011-03-09 カシオ計算機株式会社 アンテナ装置、受信装置および電波時計
JP4645730B2 (ja) * 2008-12-03 2011-03-09 カシオ計算機株式会社 アンテナ装置、受信装置および電波時計
JP4645732B2 (ja) * 2008-12-10 2011-03-09 カシオ計算機株式会社 アンテナ装置、受信装置および電波時計
JP2011004250A (ja) * 2009-06-19 2011-01-06 Sony Corp 共振器およびその製造方法、発振器ならびに電子機器
US8928435B2 (en) 2010-06-29 2015-01-06 International Business Machines Corporation Electromechanical switch device and method of operating the same
FR2977747B1 (fr) * 2011-07-08 2013-08-23 Centre Nat Rech Scient Resonateur a ondes de volume exploitant l'excitation/detection de la vibration

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10312734A (ja) * 1997-05-15 1998-11-24 Nec Corp 静電マイクロリレー
JP2000311572A (ja) * 1999-04-27 2000-11-07 Omron Corp 静電リレー
JP2000348593A (ja) * 1999-06-04 2000-12-15 Omron Corp マイクロリレー
JP2001502247A (ja) * 1996-02-10 2001-02-20 フラウンホーファー―ゲゼルシャフト、ツール、フェルデルング、デァ、アンゲヴァンテン、フォルシュング、アインゲトラーゲネル、フェライン 膜連結による双安定マイクロアクチュエータ
JP2002535865A (ja) * 1999-01-14 2002-10-22 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミシガン 動作周波数を有するマイクロメカニカル共振器を含むデバイス及び動作周波数を拡張する方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3634787A (en) * 1968-01-23 1972-01-11 Westinghouse Electric Corp Electromechanical tuning apparatus particularly for microelectronic components
FI108583B (fi) 1998-06-02 2002-02-15 Nokia Corp Resonaattorirakenteita
JP3436725B2 (ja) 1999-10-01 2003-08-18 日本碍子株式会社 圧電/電歪デバイス及びその製造方法
WO2001033711A1 (en) * 1999-11-02 2001-05-10 Eta Sa Fabriques D'ebauches Time base comprising an integrated micromechanical ring resonator
DE10013424A1 (de) 2000-03-17 2001-09-20 Bosch Gmbh Robert Filter für elektrische Signale
US6628177B2 (en) * 2000-08-24 2003-09-30 The Regents Of The University Of Michigan Micromechanical resonator device and micromechanical device utilizing same
US6624726B2 (en) * 2001-08-31 2003-09-23 Motorola, Inc. High Q factor MEMS resonators
WO2004013893A2 (en) * 2002-08-01 2004-02-12 Georgia Tech Research Corporation Piezo electric on seminconductor on- insulator resonator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001502247A (ja) * 1996-02-10 2001-02-20 フラウンホーファー―ゲゼルシャフト、ツール、フェルデルング、デァ、アンゲヴァンテン、フォルシュング、アインゲトラーゲネル、フェライン 膜連結による双安定マイクロアクチュエータ
JPH10312734A (ja) * 1997-05-15 1998-11-24 Nec Corp 静電マイクロリレー
JP2002535865A (ja) * 1999-01-14 2002-10-22 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミシガン 動作周波数を有するマイクロメカニカル共振器を含むデバイス及び動作周波数を拡張する方法
JP2000311572A (ja) * 1999-04-27 2000-11-07 Omron Corp 静電リレー
JP2000348593A (ja) * 1999-06-04 2000-12-15 Omron Corp マイクロリレー

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HSU W-T ET AL.: "Stifness-Compensated temperature-Insensitive micromechanical resonators", MIRCO ELECTRO MECHANICA 1 SYSTEMS (THE FIFTEENTH IEEE INTERNATIONANL CONFERENCE), 20 January 2002 (2002-01-20) - 24 January 2002 (2002-01-24), pages 731 - 734, XP010577758 *
See also references of EP1610459A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8450902B2 (en) * 2006-08-28 2013-05-28 Xerox Corporation Electrostatic actuator device having multiple gap heights

Also Published As

Publication number Publication date
EP1610459A4 (en) 2006-04-05
EP1610459A1 (en) 2005-12-28
JP2004312710A (ja) 2004-11-04
JP4513366B2 (ja) 2010-07-28
US7453332B2 (en) 2008-11-18
US20060214746A1 (en) 2006-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4728242B2 (ja) 捩り共振器およびこれを用いたフィルタ
WO2004086617A1 (ja) 機械共振器
US7215061B2 (en) Micromechanical electrostatic resonator
US7358648B2 (en) Torsion resonator and filter using this
JP4087790B2 (ja) 極超短波mem共振器のための中心質量の減少したマイクロブリッジ構造
US7990233B2 (en) MEMS resonator including main and sub movable beams, and exciting electrodes excited by alternating-current signal
US7696843B2 (en) MEMS filter device having a nanosize coupling element and manufacturing method thereof
US7486002B2 (en) Lateral piezoelectric driven highly tunable micro-electromechanical system (MEMS) inductor
JP4767369B1 (ja) 圧電発電素子および圧電発電素子を用いた発電方法
WO2004027796A9 (en) Capacitive resonators and methods of fabrication
WO2004013893A2 (en) Piezo electric on seminconductor on- insulator resonator
KR101534351B1 (ko) Mems 장치 및 방법
JP4176450B2 (ja) 微小機械振動フィルタ
US20230013976A1 (en) Movable piezo element and method for producing a movable piezo element
WO2005015736A1 (ja) 電気機械フィルタ、これを用いた電気回路および電気機器
Ziaei-Moayyed et al. Differential internal dielectric transduction of a Lamé-mode resonator
US7138893B2 (en) Micro device
JP5225840B2 (ja) 振動子、これを用いた共振器およびこれを用いた電気機械フィルタ
US7439823B2 (en) Electromechanical filter
CN100511994C (zh) 机械共振器及使用了该机械共振器的滤波器、开关和电路
JP2012109772A (ja) Mems共振器
CN118321130A (zh) 超声波换能器及电子设备
JP2008060935A (ja) 電気機械フィルタ
JP2004247051A (ja) マイクロデバイス

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004723030

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 20048017670

Country of ref document: CN

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2004723030

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006214746

Country of ref document: US

Ref document number: 10538319

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10538319

Country of ref document: US