WO2005050839A1

WO2005050839A1 - 電気機械フィルタ

Info

Publication number: WO2005050839A1
Application number: PCT/JP2004/017246
Authority: WO
Inventors: Yasuyuki Naito; Yoshito Nakanishi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2005-06-02
Also published as: CN1902818A; US20070075806A1; JP2005176318A; CN1902818B; EP1686689A4; JP4593239B2; US7397326B2; EP1686689A1

Abstract

　小型化、高集積化が可能で、変調可能な電気機械フィルタを提供する。　信号線路（可動電極）１０１となる導体と、前記導体を貫く磁界を発生する磁界発生部１０２と、前記導体と前記磁界発生部の相対位置を変位させることによって、前記信号線路を貫く磁界を変化させる駆動電極１０３とを備え、前記信号線路を貫く磁界を可変とすることで、従来実現困難であった強磁性共鳴周波数の変調を実現する。

Description

明細書

電気機械フィルタ

技術分野

[0001] 本発明は、電気機械フィルタにかかり、特に、信号線路となる電極、磁界発生部、およびそれらを可動とする機構を備える電気機械フィルタに関する。

背景技術

[0002] 無線端末などの情報通信機器の普及が進む中、通信に使用される周波数は、携帯電話等の数百 MHzから無線 LAN等の数 GHz帯と広帯域ィ匕が加速して、る。現在は、各種通信方式に対応した端末を独立使用している状況であるが、将来的には、一つの無線端末で各種通信方式に対応した端末の実現が望まれて、る。

[0003] 一方、無線端末の小型化が進む中、端末の筐体内に内蔵されるフィルタなどの受動部品の小型化が望まれている。近年、特に、無線通信でよく用いられている LCなどによる電気的共振を利用したフィルタは、共振器サイズが電気長に依存するため、フィルタの小型化が難しいという問題があり、新たな信号選択の原理が模索されている。

[0004] その中で、磁性体を用いた GHz帯素子の開発が活発になってきている。数百 MH zから数 GHz帯以上の高周波帯をターゲットにした受動素子に磁性体を用いる試みは、高周波伝送線路フィルタにまで及んでいる。その利点として、 Fe等の磁性金属材料を用いれば、温度特性や飽和磁化の点で優れており、 ICへの集積化にも適することが挙げられる。最近では、磁性金属の導入による波長短縮効果の増大が報告されており、素子の小型化への期待がふくらんでいる。

[0005] 磁性体を用いたフィルタとして、例えば、非特許文献 1がある。この非特許文献 1では、 GaAs基板上に Feを含む強磁性体膜のマイクロストリップ線路を形成した Fe/G aAs基板ハイブリッドマイクロストリップ線路を構成し、強磁性共鳴現象を利用して 10 GHz帯のバンドストップフィルタを実現して!/、る。このバンドストップフィルタの強磁性共鳴周波数 fは、式 1の様に表される。 γはジャィロ磁気定数 -^^ ^^— ¹ ]、 g:ランデ因子）、 Hは異方性磁界 (A/m)、 Iは飽和磁界 (T)、 Hは直流バイァス磁界である。

[0006] 単結晶 Fe膜の結晶磁気異方性定数 K

1一 48kl/m³と飽和磁化 I

s一 2.15Tから、異方性磁界 Hは、式 2となる。遷移金属 Feでは、 g— 2であるから、外部直流バイアス磁界 a

Hがゼロの場合の強磁性共鳴周波数は、約 9.85GHzとなる。

Hの大きさを変えることで、強磁性共鳴周波数を変調でき、チューナブルフィルタを実現できる。

[0007] また、強磁性共鳴周波数の値には、直流バイアス磁界 Hの大きさだけでなぐベタトルにも依存する。式 1は、ストリップ線路電流による高周波磁界と直流バイアス磁界による磁気モーメントが直交した場合の表式であり、高周波磁界と磁気モーメントが同一方向となった場合は、強磁性共鳴は起こらない。直流バイアス磁界 Hのベクトルにも着目する必要がある。

[0008] 非特許文献 1 : E.Schloemann et al.:J. Appl. Phys., 63, 3140 (1998).

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] しカゝしながら、現在のところ、非特許文献 1にみられるフィルタは、ー且磁性体の磁化容易軸が、高周波磁界と直交する様に材料を堆積すると、その後直流バイアス磁界 Hの大きさや方向を変えることができず、チューナブルフィルタを実現することはできないという問題がある。実験上では、大掛力りな磁界印加装置を用いて磁性体の磁化方向や大きさを制御し、チューナブルフィルタリング効果を実現している力勿論その様な機構は携帯端末のような小型装置へは適用できない。また、磁界印加用コィルを用いれば電流を流すこととなり、消費電力が大きくなるため、この面でも携帯端末への適用が不適である。このような状況力みても、この非特許文献 1の技術は、携帯端末へ適用可能なチューナブルフィルタの実現が難しいという問題がある。

[0010] 本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、小型で消費電力が小さぐ通過帯域 (バンドパス周波数)または遮断帯域 (バンドストップ周波数)を変調可能なチューナブルフィルタを提供することを目的とする。

即ち、本発明では、信号線路となる電極、磁界発生部、およびそれらを可動とする機構とを備え、所定の周波数の信号のみを選択して出力することができるとともに、所定の周波数を変調可能とすることを可能とする電気機械フィルタを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0011] 上記目的を達成するため、本発明では、信号線路に流れる電流による高周波磁界と交差する直流バイアス磁界とを相対的にベクトル変調することにより、強磁性共鳴周波数を変調する。

すなわち、本発明の電気機械フィルタは、信号線路となる電極と、この電極に相対向するように配置された駆動電極と、これらの電極間に生起される電界によって相対的にベクトル変位可能に形成された磁界発生部と、前記これらの電極の!/、ずれか一方あるいは前記磁界発生部のいずれかが可動であり、前記信号線路を流れる信号のうち、所定の周波数の信号のみを選択して出力することができるとともに、所定の周波数を変調可能としたものである。

[0012] この構成により、第 1及び第 2の電極、磁界発生部のいずれかの変位により、信号線路を構成する電極を貫く前記磁界発生部より生ずる磁界を可変とすることで、従来実現困難であった強磁性共鳴周波数の変調を行うことができ、電気的操作のみによつて、通過帯域あるいは遮断帯域を変調することができる。

[0013] この構成によって、信号フィルタリングのチューナブル機能を有するフィルタを実現する。

[0014] 本発明における電極や磁界発生部を機械的に変位可能に駆動する技術は、 ME MS (Micro Electro Mechanical Systems)技術により形成される梁と、梁あるいはこの梁に設けられた電極と、電気機械効果をもつ回路部と、磁界発生部とで実現される。

[0015] 本発明の電気機械フィルタは、信号線路となる導体と、前記導体を貫く磁界を発生する磁界発生部と、前記導体と前記磁界発生部の相対位置を変位させることによつて、前記信号線路を貫く磁界を変化させる駆動電極とを備える。

この構成により、駆動電極による静電力などを変化させることにより、導体あるいは駆動電極あるいは磁界発生部を変位させることにより、信号線路を貫く磁界を変化させることができ、強磁性共鳴周波数を容易に調整することができる。

[0016] また本発明の電気機械フィルタは、前記導体が、前記駆動電極と対向して配置され、前記駆動電極との間での静電力により相対的に変位可能な電極であるものを含む。

この構成により、信号線路を両持ち梁とするなどの方法により、容易に変位可能であり、駆動電極に与える電位を調整するのみで強磁性共鳴周波数を容易に調整することができ、変調可能な電気機械フィルタを形成することができる。

[0017] また本発明の電気機械フィルタは、前記磁界発生部が、変位可能に形成された磁性体を含む。

この構成により、磁界の方向を容易に変化させることができ、従って変調可能な電気機械フィルタを形成することができる。また、磁界発生部が可動であれば、信号線路を固定にすることができ、基板表面に所望の厚さの信号線路を形成することができることになり、製造が容易で、耐久性の高い電気機械フィルタを形成することが可能となる。また、信号伝送線路そのものは固定であるため、より信頼性の高いものとなる。

[0018] また本発明の電気機械フィルタは、前記磁性体が、前記駆動電極の静電力によつて変位される。

この構成により、駆動電極の電位を変化させるのみで容易に磁性体を変位させることができ、磁界変化を容易に実現することができるため、変調可能な電気機械フィルタを形成することができる。

[0019] また本発明の電気機械フィルタは、前記駆動電極が、可動であるものを含む。

この構成により、設計の自由度を高めることができる。駆動電極が可動であれば、信号線路を固定にすることができ、信号線路との相互作用で変位された駆動電極によってさらに磁界発生部を変位させることもできる。

[0020] また本発明の電気機械フィルタは、基板表面に形成され、電位を可変に構成された駆動電極と、前記駆動電極上に、所定の間隔を隔てて相対向して配置され、信号線路を構成する導体パターンと、前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁された磁性体膜パターンを備えた磁界発生部とを備え、前記駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させ、前記信号線路上での前記磁性体膜ノターンによる磁界を変化させることにより、磁性共鳴周波数を変化させるようにしている。この構成により、駆動電極の電位を変化させることにより、容易に信号線路を変位させることが出来、その結果信号線路が受ける磁界を容易に変化させることができ、変調可能な電気機械フィルタを形成することができる。

[0021] また本発明の電気機械フィルタは、前記駆動電極を、半導体基板表面を覆う絶縁膜上に形成された導体パターンで構成し、前記信号線路が、前記駆動電極と対向するように配設された両持ち梁を構成して、る。

この構成により、加工性が良好で、容易に信号線路が受ける磁界を容易に変化させることができ、変調可能な電気機械フィルタを形成することができる。

[0022] また本発明の電気機械フィルタは、前記信号線路が、前記駆動電極と平行に配置されるととも〖こ、前記磁性体膜パターンが、前記信号線路を流れる信号と直交する方向に磁場を形成する。

この構成により、磁界変化を最大限に大きく共鳴周波数の変化として取り出すことができ変調可能な電気機械フィルタを形成することができる。

[0023] また本発明の電気機械フィルタは、前記磁性体膜パターンが、前記信号線路を挟むように配置された第 1及び第 2の磁性体膜パターンを含む。

この構成により、磁性体を水平二方向で変位可能とし、変調をより高精度に制御可能とすることができる。

[0024] また本発明の電気機械フィルタは、基板表面に形成された磁性体膜パターンからなる磁界発生部と、前記磁性体膜パターン上に、所定の間隔を隔てて相対向して変位可能に配置され、信号線路を構成する導体パターンと、前記信号線路に近接して配置された駆動電極とを備え、前記磁性体膜パターンは、前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁され、前記駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させ、前記信号線路上での前記磁性体膜パターンによる磁界を変ィ匕させることにより、磁性共鳴周波数を変化させるようにしている。

この構成により、薄膜プロセスにより容易に、微細かつ信頼性の高い、変調可能な電気機械フィルタを形成することが可能となる。

[0025] また本発明の電気機械フィルタは、前記磁性体パターンは、半導体基板表面を覆う絶縁膜上に形成されており、前記信号線路は、前記磁性体パターンと対向するように配設された両持ち梁を構成して、る。

この構成により、信号線路の変位により、半導体基板と接触するような場合があっても、短絡を防止することができる。

[0026] また本発明の電気機械フィルタは、前記信号線路が、前記駆動電極と平行に配置されるととも〖こ、前記磁性体膜パターンは、前記導体パターンを流れる信号と直交する方向に磁場を形成するものを含む。

この構成により、信号線路と磁界が直交する方向にあるため、より高感度となり、高精度の変調が可能となる。

[0027] また本発明の電気機械フィルタは、前記駆動電極は、前記信号線路を挟むように配置された第 1及び第 2の導体膜パターンを含む。

[0028] また本発明の電気機械フィルタは、基板表面に、空間的に変位可能に形成された磁性体膜パターンからなる磁界発生部と、前記磁性体膜パターンに対して、所定の間隔を隔てて相対向するように前記基板に固定配置され、信号線路を構成する導体パターンと、前記磁界発生部に近接して配置され、前記磁界発生部を変位可能な駆動電極とを備え、前記磁性体膜パターンは、前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁され、前記駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させ、前記信号線路上での前記磁性体膜パターンによる磁界を変化させること〖こより、磁性共鳴周波数を変化させるようにしたものを含む。

この構成により、信号線路が固定であるため、基板表面に所望の厚さの信号線路を形成することができることになり、製造が容易で、耐久性の高い電気機械フィルタを形成することが可能となる。また、より信頼性の高いものとなる。

[0029] また本発明の電気機械フィルタは、前記信号線路が、前記磁性体パターン上で所定の間隔を隔てて相対向するように形成されたものを含む。

この構成により、強磁性体の形成が容易となる。強磁性体材料の形成を、より下層の工程で実現することができるため、強磁性体の成膜に際して、生じ易い電極材料等の劣化を防止することができる。 [0030] また本発明の電気機械フィルタは、基板表面に形成され、電位を可変に構成された第 1及び第 2の駆動電極と、前記第 1の駆動電極に、所定の間隔を隔てて相対向して配置され、信号線路を構成する導体パターンと、前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁された磁性体膜パターンを備えた磁界発生部とを備え、前記第 1の駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させるとともに、前記第 2の駆動電極の電位を変化させることにより、前記磁性体パターンを変位させ、前記信号線路上での前記磁性体膜パターンによる磁界を変化させることにより、磁性共鳴周波数を変化させるようにしたものを含む

この構成により、第 1及び第 2の駆動電極によりそれぞれ磁界および信号線路の位置を変化させることができるため、より高精度の変調が可能となる。

[0031] また本発明の電気機械フィルタは、信号線路となる第 1の導体と、前記第 1の導体を貫く磁界を発生する磁界発生部と、前記第 1の導体と前記磁界発生部の相対位置を変位させることによって、前記信号線路を貫く磁界を変化させる駆動電極と、前記第 1の導体を流れる高周波電流による磁界と前記磁界発生部の磁界との共鳴によつて誘起される誘起起電力を伝送する信号線路となる第 2の導体とを含むものを含む。この構成により、第 1の導体に信号が入力されると、磁界発生部の周りに高周波電流による高周波磁界を発生する。この高周波磁界により、磁界発生部にスピンの歳差運動が励起される (キッテルモード)。このモードのつくる磁界により、第 1の導体に誘導起電力が生じる。そしてこの磁界発生部の強磁性共鳴周波数の信号が入力されたときのみ、強磁性共鳴現象が起こり、磁界発生部のスピンの歳差運動の角度が最大となり、誘導起電力の大きさが最大となる。このようにして、第 2の導体が誘導起電力により信号を出力することになり、強磁性共鳴周波数によって決まるある特定の周波数の信号のみ第 2の導体に伝搬することができる。

[0032] また本発明の電気機械フィルタは、前記第 1の導体と前記第 2の導体とが直交するように配置されている。

この構成により、互いの信号の干渉をなくし、ノイズのない信号出力を実現することができる。

[0033] また本発明の電気機械フィルタは、前記第 1の導体と前記第 2の導体は所定の間隔を隔てて平行に配置されて、る。

これにより、小型化をは力ることができる。

[0034] また本発明の電気機械フィルタは、複数の前記電気機械フィルタを配列して接続し、チューナブルバンドパスフィルタ機能を実現するものを含む。

[0035] また本発明の電気機械フィルタは、複数の前記電気機械フィルタを配列して接続し、チューナブルバンドストップフィルタ機能を実現するものを含む。

発明の効果

[0036] 以上説明したように、本発明によれば、信号線路となる電極、磁界発生部、およびそれらを可動とする機構を備えることで、所定の周波数の信号のみを選択して通過あるいは遮断するように出力することができるとともに、所定の周波数を変調可能とすることができる。

図面の簡単な説明

[0037] [図 1] (a)本発明実施の形態 1における電気機械フィルタの構成を示す斜視図、 (b) 本発明実施の形態 1における電気機械フィルタの構成を示す断面図、

[図 2]本発明実施の形態 1における電気機械フィルタのチューナブルフィルタリング特性を示す図であり、（a)はバンドストップ特性を示す図、（b)はバンドパス特性を示す図

[図 3] (a)図 1の電気機械フィルタの変形例を示す斜視図、（b)図 1の電気機械フィルタの変形例を示す断面図

[図 4]二つの磁性体 102によって形成される直流バイアス磁界 Hの発生パターンのシミュレーシヨン結果を示す図

[図 5]χ=0 μ mの位置における ζ方向の各位置に対する直流バイアス磁界 Ηの強さを示す図

[図 6]図 4の ζ=110 μ mの位置における、 X方向の各位置に対する直流バイアス磁界 H の強さを示す図

[図 7]本発明の実施の形態 1における電気機械フィルタの製造工程を段階的に説明する断面図

[図 8]本発明の実施の形態 1における電気機械フィルタの製造工程を段階的に説明する断面図

[図 9] (a)本発明の実施の形態 2における電気機械フィルタの構成を示す斜視図、 (b

)本発明実施の形態 2における電気機械フィルタの構成を示す断面図、

[図 10] (a)本発明の実施の形態 3における電気機械フィルタの構成を示す斜視図、 ( b)本発明実施の形態 3における電気機械フィルタの構成を示す断面図

圆 11]磁性体が移動した場合の直流バイアス磁界と固定電極の相対位置を示す図

[図 12] (a)本発明の実施の形態 4における電気機械フィルタの構成を示す斜視図、 ( b)本発明実施の形態 4における電気機械フィルタの構成を示す断面図

[図 13]磁性体と可動電極が移動した場合の直流バイアス磁界と可動電極の相対位置を示す図

[図 14]本発明の実施の形態 5における電気機械フィルタの構成を示す斜視図、

[図 15]本発明実施の形態 5における電気機械フィルタの変形例の構成を示す斜視図符号の説明

[0038] 100、 100a, 400、 500、 600、 700、 800 電気機械フィルタ

101 可動電極

102 磁性体

103、 110 駆動電極

104 ポスト

105、 108 スぺーサ

106 絶縁膜

107 基板

109 ステム

111、 112 固定電極

発明を実施するための最良の形態

[0039] 以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

(実施の形態 1)

図 1 (a)および (b)は、本発明の実施の形態 1における電気機械フィルタの構成を示す斜視図および断面図である。この電気機械フィルタ 100は、信号線路に対し、この信号線路を貫く磁界を発生する磁界発生部を配し、静電力によって、この信号線路と磁界発生部の相対位置を変位させ、前記信号線路を貫く磁界を変化させ、信号線路に流れる電流による高周波磁界と交差する直流バイアス磁界とを相対的にベクトル変調することにより、強磁性共鳴周波数を変調することにより、強磁性共振周波数を変調可能にし、前記可動電極 101を流れる信号のうち特定周波数の信号を吸収させることにより、バンドストップフィルタを構成したものである。

[0040] この電気機械フィルタ 100では、図 1 (a)に示すように、表面に酸ィ匕シリコン膜と窒化シリコンの 2層膜からなる絶縁膜 106が形成されたガリウム砒素 (GaAs)基板 107 上に、突出するように 2つのポスト 104が配設され、このポスト 104間に架橋され、両持ち梁を構成する可動電極 101と、可動電極 101に信号を入力する信号入力ポート IN、可動電極 101から信号を外部に出力する信号出力ポート OUTとが設けられている。

可動電極 101の下方には、この可動電極 101と相対向するように駆動電極 103が設けられており、可動電極 101と駆動電極 103との間の電位差により生ずる静電力により、可動電極 101が下方へ変位可能に構成されている。

[0041] 可動電極 101に直流バイアス磁界 Hを印加するように、可動電極 101から所定の距離だけ離間した位置に磁性体 102が設けられている。この磁性体 102は、可動電極 101に所望の直流ノィァス磁界 Hを印加するため、可動電極 101の変位範囲と相対的に最適化された位置に設けるため、スぺーサ 105を介して前記 GaAs基板 107 上に設けられている。

[0042] 次に、この電気機械フィルタ 100におけるチューナブルフィルタリングの仕組みについて説明する。

図 1 (b)は、本発明実施の形態 1における電気機械フィルタの構成を示す断面図である。信号入力ポート INより入力された信号は、可動電極 101に伝搬し、信号出力ポート OUTへ出力される。この場合、磁性体 102がっくる直流バイアス磁界 H中に可動電極が位置するため、強磁性共鳴現象による信号のフィルタリングがおき、強磁性共鳴周波数によって決まるある特定の周波数の信号のみ信号出力ポート OUTへ伝搬することができる。ここでは強磁性共鳴周波数の信号が吸収され、この強磁性共鳴周波数を除く周波数の信号が伝送される。

[0043] 本発明電気機械フィルタでは、この信号フィルタリングの機能に加え、チューナブル機能を付加する。フィルタを通過可能な信号の周波数を変調可能とするためには、強磁性共鳴周波数 fを可変とする必要があり、そのためには、強磁性共鳴周波数 fを示す次式 1中の直流バイアス磁界 Hを可変とすれば良、。

[0044]

= {(H +HJH + H。十 / / Γ ··· (式 1 )

H_a … （式 _{2 )}

[0045] 図 1 (b)に示す様に、磁性体 102からは直流バイアス磁界 Ηが放射線状に発生しており、この電気機械フィルタでは、その直流バイアス磁界 Η中を信号線路である可動電極 101が移動できる様になつている。可動電極 101の移動方向を VIで示す。この様な仕組みにすることにより、可動電極を貫く直流バイアス磁界のベクトルゃ大きさを可変とすることができ、強磁性共鳴周波数を変化させることが可能となる。

[0046] 図 2 (a)および (b)は、本実施の形態 1における電気機械フィルタのチューナブルフィルタリング特性を示す図である。本図には本発明電気機械フィルタの適用例として、バンドパスフィルタ特性と、バンドストップフィルタ特性を示したが、本発明電気機械フィルタを直列に接続することにより、図の様なバンドパスフィルタを実現することも可能である。フィルタリングの中心周波数 f に対し、低周波数側 f '、高周波数側 f "へと周波数を変調可能にすることができる。

[0047] この場合、フィルタ特性の中心周波数やチューナブルレンジは、可動電極 101の変位範囲における直流バイアス磁界 Ηに依存するため、磁性体 102の初期状態は重要である。磁性体膜の堆積条件によってきまる磁ィ匕容易軸や、磁性体 102堆積後に外部磁場を印加して行う着磁方向は、磁性体 102から可動電極 101方向にする必要がある。また、可動電極 101が、所望とする直流バイアス磁界 Η中を変位するため、可動電極 101と磁性体 102との距離や高さ等の相対位置、可動電極 101と駆動電極 103との距離、所望の直流バイアス磁界 Hを発生するための磁性体 102の厚さや幅等の形状は、要求するチューナブルフィルタ特性に応じて最適化する必要がある

[0048] このように、電気機械フィルタ 100によれば、所定の周波数の信号のみを選択して、出力することができ、且つ所定の周波数を変調可能とする。

[0049] 図 3 (a)および (b)は、本発明の実施の形態 1における電気機械フィルタの変形例を示す斜視図および断面図である。

前記実施の形態 1の電気機械フィルタの変形例である電気機械フィルタ 100aでは、図 3 (a)に示すように、前記実施の形態 1に示した電気機械フィルタ 100においては、一つの磁性体 102で直流バイアス磁界 Hを発生させているのに対し、二つの磁性体を、可動電極 101を挟む形で対向に位置することにより、電気機械フィルタ 100とは異なる直流バイアス磁界 Hを形成する。

[0050] 図 3 (b)に力もあきらかなように、直流ノィァス磁界 H力可動電極 101を横断する様に発生していることが分かる。この場合、二つの磁性体 102とも同一方向に磁ィ匕する様に、磁ィ匕容易軸の制御と着磁が必要となる。

[0051] 図 4は、二つの磁性体 102によって形成される直流バイアス磁界 Hの発生パターンのシミュレーション結果である。 Xは基板面に対して水平方向、 zは基板面に対して垂直方向を示す。例として、直径 100 μ m、長さ 100 μ mの二つの磁性体 102を、 50 m の間隔を空けて配置した場合を示す。長さ方向は、 X方向である。二つの磁性体 102 の磁化 Mの方向は、 X方向に対して同一方向となっており、それぞれの磁性体 102から発生する磁力線が結合し、直流バイアス磁界 Hのパターンを形成している。曲線は磁力線を、色の濃淡は直流バイアス磁界 Hの強さを表わしており、磁力線の密度が濃く色が明るい部分ほど直流バイアス磁界 Hが強い部分である。

[0052] 図 5に、 χ=0 μ mの位置における ζ方向の各位置に対する直流バイアス磁界 Ηの強さを示す。 ζ=100 /ζ πιの初期位置から数十/ z m下方へ移動した場合、直流バイアス磁界 Hの強さが数 lOOOe変化することが分かる。例えば、 z方向下方へ 20 m以下の変位量で直流バイアス磁界 Hを lOOOe変化させることが可能である。

[0053] この様な直流バイアス磁界 Hの中を可動電極 101が移動した場合の強磁性共鳴周波数 f_fおよび共鳴周波数のチューニングレンジを計算する。強磁性共鳴周波数ま前記式 1の様に表される。 γはジャイロ磁気定数（1.105 X 10⁵g[A— 's— 、 g:ランデ因子）、 Hは異方性磁界 (A/m)、 Iは飽和磁界 (T)、 Hは直流バイアス磁界である。磁 a s

性体 102に強磁性体である単結晶 Fe膜を用いた場合、結晶磁気異方性定数 K

1一

48kl/m³と飽和磁化 I一 2.15Tから、異方性磁界 Hは、前記式 2となる。遷移金属 Feで s a

は、 g— 2である。

[0054] 可動電極 101が ζ=100 μ mの初期位置にある場合は、外部直流バイアス磁界 Hがゼロであるため、強磁性共鳴周波数は約 9.85GHzとなる。次に共鳴周波数をチューニングするために、可動電極 101と駆動電極 103との間に電圧を印加し、静電力により可動電極 101を下方へ移動させる。可動電極 101が約 20 μ m変位し ζ=80 μ mに位置した場合、直流バイアス磁界 Hが lOOOeとなり、共振周波数は約 10.72GHzとなる。つまり、約 20 /z mの可動電極 101の変位量で、約 1GHzのチューニングレンジを実現することができる。

[0055] 更には、 ζ=100 μ mの初期位置から数十 μ m移動した位置にお!、て、直流バイアス磁界 Hの強さが数 lOOOe変化することから、約 10GHzの大きなチューニングレンジを実現することも可能である。

[0056] なお、可動電極 101の移動量に対して線型的な共鳴周波数の変化を得たい場合には、位置と直流バイアス磁界 Hの関係が線型にある領域を用いれば良い。また、位置に対してチューニングが急峻過ぎる場合には、位置と直流バイアス磁界 Hの関係力だらかな領域を用いればよい。この場合、共鳴周波数の制御性を良くすることができる。

[0057] 以上の様に、直流バイアス磁界 Hの大きさを変えることで、強磁性共鳴周波数を変調でき、チューナブルフィルタを実現することが可能となる。

[0058] なお、図 3 (b)は一例であるが、磁性体の数や位置を変えることにより、様々な直流バイアス磁界 Hの形成が可能である。例えば、図 4の z=l 10 mの位置における X方向の各位置に対する直流バイアス磁界 Hの強さを図 6に示す。位置に対する直流バイァス磁界 Hの大きさの振る舞いは図 5と大きく異なり、可動電極 101を X方向へ駆動させれば強磁性共鳴周波数および共鳴周波数のチューニングレンジが違うデバイスも実現可能である。（この具体的な実施例は、実施の形態 2に示す。 )

[0059] 以上の様に、可動電極 101を貫く直流バイアス磁界 Hのベクトルや大きさ制御し、フィルタの中心周波数および中心周波数のチューナブルレンジを制御することが可能となる。

[0060] なお、可動電極 101のサイズは、二つの磁性体 102の間に侵入できるよう幅を 50 μ m以下である 45 m程度、低電圧で大きな変位量が得られるようパネ力を下げるために、厚みを 0.7 μ m、長さを 500 μ mと高アスペクト比にすることが可能である。ただし、可動電極 101は磁性体 102の上方のみで変位しても良いため、必ずしもそれに限つたサイズではない。

[0061] また、駆動方法は、静電力駆動に限らず、可動電極 101と駆動電極 103との間隔に依存しない圧電力駆動、ローレンツ力駆動などを用いることが可能である。また、可動電極 101を所定の位置に固定する機構を備えることも可能であり、その機構の駆動方法として、静電力駆動、圧電力駆動、ローレンツ力駆動などを用いることが可能である。

[0062] なお、本実施の形態の電気機械フィルタ 100aにお、て、前記実施の形態 1に示す電気機械フィルタ 100と同様の構成については同名称および同符号を付して説明は省略する。

[0063] 次に、前記実施の形態 1に示した電気機械フィルタ 100aの製造方法について説明する。

図 7 (a)— (i)は、本発明の実施の形態 1における電気機械フィルタの製造工程を段階的に説明する断面図である。

[0064] 先ず、図 7 (a)に示すように、例えば、 GaAs基板などの基板 107上に酸ィ匕シリコン膜と窒化シリコン膜の 2層膜からなる絶縁膜 106を形成する。更に、その上にスぺーサ 105となるスぺーサ材料としての酸ィ匕シリコン膜 105aをスパッタにより形成する。

[0065] 次いで、図 7 (b)に示すように、酸ィ匕シリコン膜 105aをドライエッチングにより成形するため、フォトリソグラフィによりパターンユングしたフォトレジスト 301を形成する。

[0066] そして、このフォトレジスト 301をマスクとして、スぺーサ材料としての酸化シリコン膜

105aをドライエッチングし、フォトレジスト 301をアツシングにより除去する。このようにフォトレジスト 301を除去した後の基板 107上の酸ィ匕シリコン膜 105aは、図 7 (c)に示すように、スぺーサ 105となる。

[0067] 次いで、磁性体 102の形成を行う。

図 7 (d)に示すように、スぺーサ 105および絶縁膜 106上に、 Fe、 Co、 Niなどの磁性薄膜 102aをスパッタにより堆積し、その上にフォトリソグラフィにより磁性体パターンを形成するためのフォトレジスト 302を形成する。

[0068] 次いで、この磁性薄膜 102aをドライエッチングして、フォトレジスト 302をアツシングにより除去し、図 7 (e)に示すように、スぺーサ 105上の磁性体 102部分を形成する。

[0069] 次いで、駆動電極 103の形成を行う。

図 7 (f)に示すように、磁性体 102および絶縁膜 106の形成された基板表面全体に

、 A1などの金属薄膜 103aをスパッタにより堆積し、その上にフォトリソグラフィにより駆動電極パターンにパターユングされたフォトレジスト 303を形成する。

[0070] 次いで、金属薄膜 103aをドライエッチングして、フォトレジスト 303をアツシングにより除去し、図 7 (g)に示すように、スぺーサ 105上の磁性体 102部分を形成する。

[0071] 最後に、可動電極 101の形成を行う。

図 7 (h)に示すように、磁性体 102および駆動電極 103、絶縁膜 106上に、犠牲層パターンにパター-ングされたフォトレジスト 304形成する。次に、 A1などの金属薄膜

101aをスパッタにより堆積し、その上にフォトリソグラフィにより可動電極パターンにパターニングされたフォトレジスト 305を形成する。

[0072] 次いで、金属薄膜 101aをドライエッチングして、フォトレジスト 304をアツシングにより除去し、図 7 (i)に示すように、中空構造の可動電極 101部分を形成する。

なお、信号線路となる可動電極 101を伝搬する高周波信号が基板 107に伝搬して大きな損失を生じるおそれがないことが保障される場合には、絶縁膜 106はなくても良い。

[0073] また、本発明電気機械フィルタを並列または直列に接続した多段フィルタ構成にすることが可能である。

[0074] また、磁界発生部として、磁性体 102の代わりにコイルを形成し、同様の直流バイァス磁界 Hを発生することができ、 MEMS技術による可変インダクタを用いて、直流バィァス磁界 Hを可変、もしくは交流バイアス磁界とすることも可能である。

[0075] また、本実施の形態 1では、駆動電極 103がーつとし、信号線路を構成する可動電極 101を垂直一方向可動とした力駆動電極 103を複数とし、可動電極 101の移動方向 V 1を複数方向としても良!ヽ。

[0076] (実施の形態 2)

図 9 (a)および (b)は、本発明の実施の形態 2における電気機械フィルタの構成を示す斜視図および断面図である。

本実施の形態では、上述したように、駆動電極 103を複数とし、可動電極 101の移動方向 VIを複数方向としたもので、磁性体は、可動電極 101の真下に位置するように基板表面に形成したものである。すなわち、信号線路を構成する可動電極 101を挟むように両側に駆動電極 103を形成し、この信号線路の真下に磁性体 102を配し、磁界が基板に垂直な方向に印加されるようにしたものである。

[0077] この電気機械フィルタ 400では、図 9 (a)に示すように、表面に絶縁膜 106が形成された基板 107上に、ポスト 104間に架橋された可動電極 101と、可動電極 101に信号を入力する信号入力ポート IN、可動電極 101から信号を外部に出力する信号出力ポート OUTとが設けられて!/、る。

[0078] 可動電極 101の両側には、可動電極 101を挟む形で駆動電極 103が設けられており、可動電極 101と駆動電極 103との間の電位差により生ずる静電力により、可動電極 101が水平二方向 VIへ動く様になつている。駆動電極 103は、可動電極 101 に所望の駆動力を与えるため、可動電極 101と相対的に最適化された位置に設けるため、スぺーサ 108を介して基板 107上に設けられている。

[0079] 可動電極 101の下方には、可動電極 101に直流バイアス磁界 Hを印加する磁性体 102が設けられている。

[0080] 実施の形態 1における電気機械フィルタ 100、電気機械フィルタ 100aでは、直流バィァス磁界 Hは水平方向から、可動電極 101の移動方向は垂直方向であつたのに対し、本実施の形態 2における電気機械フィルタ 400では、直流バイアス磁界 Hは垂直方向から、可動電極 101の移動方向は水平方向となっている。

この様に、実施の形態 1における電気機械フィルタ 100、電気機械フィルタ 100aの構造や製造方法では実現困難である直流バイアス磁界 Hの形状と、その中を移動する可動電極 101の移動方向や移動範囲を、構造を変えることにより実現している。

[0081] 次に、この電気機械フィルタ 400におけるチューナブルフィルタリングの仕組みについて説明する。

図 9 (b)は、本発明実施の形態 2における電気機械フィルタの構成を示す断面図である。この例ではカーボンナノチューブを用いている。信号入力ポート INより入力された信号は、可動電極 101に伝搬し、信号出力ポート OUTへ出力される。この場合、磁性体 102がっくる直流バイアス磁界 H中に可動電極が位置するため、強磁性共鳴現象による信号のフィルタリングがおき、強磁性共鳴周波数によって決まるある特定の周波数の信号のみ信号出力ポート OUTへ伝搬することができる。

[0082] 本発明電気機械フィルタでは、この信号フィルタリングの機能に加え、チューナブル機能を付加する。フィルタを通過可能な信号の周波数を変調可能とするためには、強磁性共鳴周波数 fを可変とする必要があり、そのためには、強磁性共鳴周波数 fを示す式 1中の直流バイアス磁界 Hを可変とすれば良、。

[0083] 図 9 (b)に示す様に、磁性体 102からは直流バイアス磁界 Hが放射線状に発生しており、本発明電気機械フィルタでは、その直流バイアス磁界 H中を信号線路である可動電極 101が移動できる様になつている。可動電極 101の移動方向を VIで示す。この様な仕組みにすることにより、可動電極を貫く直流バイアス磁界のベクトルゃ大きさを可変とすることができ、強磁性共鳴周波数を変化させることが可能となる。

[0084] この場合、フィルタ特性の中心周波数やチューナブルレンジは、可動電極 101の変位範囲における直流バイアス磁界 Hの大きさや、ベクトル依存するため、磁性体 102 の堆積条件による磁化容易軸や、磁性体 102堆積後の外部磁場による着磁方向は、磁性体 102から可動電極 101にむ力方向にする必要がある。また、可動電極 101 1S 所望とする直流バイアス磁界 H中を移動するため、可動電極 101と磁性体 102との距離や高さ等の相対位置、可動電極 101と駆動電極 103との距離、所望の直流バイアス磁界 Hを発生するための磁性体 102の厚さや幅等の形状は、要求するチュ一ナブルフィルタ特性に応じて最適化する必要がある。

[0085] このように、電気機械フィルタ 400によれば、所定の周波数の信号のみを選択して、出力することができ、且つ所定の周波数を変調可能とすることを可能とする。

電気機械フィルタ 400の製造方法に関しては、実施の形態 1における電気機械フィルタ 100、電気機械フィルタ 100aの製造方法において、磁性薄膜 102aを A1などの金属薄膜 103aに、金属薄膜 103aを Fe、 Co、 Niなどの磁性薄膜 102に置き換えるだけで、製造と製造方法の共通化が可能である。

[0086] なお、本発明電気機械フィルタを並列または直列に接続した多段フィルタ構成にすることが可能である。

[0087] また、磁界発生部として、磁性体 102の代わりにコイルを形成し、同様の直流バイァス磁界 Hを発生することができ、 MEMS技術による可変インダクタを用いて、直流バィァス磁界 Hを可変、もしくは交流バイアス磁界とすることも可能である。

[0088] また、本実施の形態 2では、駆動電極 103が二つとし、可動電極 101を水平二方向可動としたが、駆動電極 103をどちらか片方一つとし、可動電極 101の移動方向 VI をどちらか一方方向としても良い。

[0089] また、本実施の形態 2では、駆動電極 103が二つとし、可動電極 101を水平二方向可動としたが、駆動電極 103を複数とし、可動電極 101の移動方向 VIを複数方向としても良い。

[0090] また、カーボンナノチューブを用いることにより、加工性が良好で高精度で微細な梁の形成が容易となる。

[0091] (実施の形態 3)

図 10 (a)および (b)は、本発明の実施の形態 3における電気機械フィルタの構成を示す斜視図および断面図である。

図 10 (a)に示す電気機械フィルタ 500では、表面に絶縁膜 106が形成された基板

107上〖こ、ポスト 104間に架橋された固定電極 111と、固定電極 111に信号を入力する信号入力ポート IN、固定電極 111から信号を外部に出力する信号出力ポート O

UTとが設けられている。

[0092] 固定電極 111の下方には、固定電極 111に直流バイアス磁界 Hを印加する磁性体

102が設けられている。磁性体 102は、ステム 109上に設けられている。磁性体 102 の両側下方には、磁性体 102を動かす駆動電極 110が設けられており、磁性体 102 と駆動電極 110との間の電位差により生ずる静電力により、磁性体 102回転二方向へ動く様になつている。

[0093] 実施の形態 1や実施の形態 2における電気機械フィルタ 100、電気機械フィルタ 10 Oa、電気機械フィルタ 400では、直流バイアス磁界 Hは固定で、可動電極 101が可動であったのに対し、本実施の形態 3における電気機械フィルタ 500では、直流バイァス磁界 Hが可動で、可動電極 101を固定電極 111としている。いずれの場合にもブリッジ状をなすように形成しているが、固定電極 111の方は、変動を避けるために梁 (ビーム)の厚さを厚く形成することができ、また耐久性、信頼性を向上することも可能である。この様に、実施の形態 1や実施の形態 2における電気機械フィルタ 100、電気機械フィルタ 100a、電気機械フィルタ 400の構造や製造方法では実現困難である直流バイアス磁界 Hの形状と、その中に位置する信号線路である固定電極 111 の相対位置を、構造を変えることにより実現している。

[0094] また、前記実施の形態 3では、固定電極をブリッジ状に形成したが、固定電極を基板表面に形成した導体パターンで構成し、この上に絶縁性材料カゝらなるステム 109 を形成し、図 10 (a)および (b)に示したのと同様にステム 109を支点として可動の磁性体パターンを形成してもよヽ。

[0095] さらにまた、ステム 109の少なくとも外壁が絶縁性材料で構成されている場合は、ステムに自己整合的に固定電極を形成することにより、フォトリソグラフイエ程の低減をはかるとともに、磁性体パターンに近接して駆動電極（固定電極)を配することができ、静電力を高めるとともに占有面積の低減を図ることができる。

[0096] 次に、この電気機械フィルタ 500におけるチューナブルフィルタリングの仕組みについて説明する。

図 10 (b)は、本発明実施の形態 3における電気機械フィルタの構成を示す断面図である。カーボンナノチューブを用いた電気機械フィルタの構成を示す縦断面図である。信号入力ポート INより入力された信号は、固定電極 111に伝搬し、信号出力ポート OUTへ出力される。この場合、磁性体 102がっくる直流バイアス磁界 H中に可動電極が位置するため、強磁性共鳴現象による信号のフィルタリングがおき、強磁性共鳴周波数によって決まるある特定の周波数の信号のみ信号出力ポート OUTへ伝搬することができる。

[0097] 本発明電気機械フィルタでは、この信号フィルタリングの機能に加え、チューナブル機能を付加する。フィルタを通過可能な信号の周波数を変調可能とするためには、強磁性共鳴周波数 fを可変とする必要があり、そのためには、強磁性共鳴周波数 fを示す式 1中の直流バイアス磁界 Hを可変とすれば良、。

[0098] 図 10 (b)に示す様に、磁性体 102からは直流バイアス磁界 Hが放射線状に発生している。本発明電気機械フィルタでは、磁性体 102が可動であるため、その直流バイァス磁界 Hと信号線路である固定電極 111の相対位置を可変としてヽる。磁性体 10 2の移動方向を V2で示す。

[0099] 図 11は、磁性体 102が移動した場合の直流ノィァス磁界 Hと固定電極 111の相対位置を示す図である。固定電極 111を貫く直流バイアス磁界 Hのベクトル (方向ゃ大きさ)が変化して、ることが分かる。

[0100] この様な仕組みにすることにより、固定電極を貫く直流バイアス磁界の方向や大きさを可変とすることができ、強磁性共鳴周波数を変化させることが可能となる。

この場合、フィルタ特性の中心周波数やチューナブルレンジは、磁性体 102の変位範囲における直流バイアス磁界 Hの大きさや、方向に依存するため、磁性体 102の堆積条件による磁化容易軸や、磁性体 102堆積後の外部磁場による着磁方向は、磁性体 102から固定電極 111方向にする必要がある。また、固定電極 111が、所望とする直流バイアス磁界 H中を移動するため、固定電極 111と磁性体 102との距離や高さ等の相対位置、所望の直流バイアス磁界 Hを発生するための磁性体 102の厚さや幅等の形状は、要求するチューナブルフィルタ特性に応じて最適化する必要がある。

[0101] このように、電気機械フィルタ 500によれば、所定の周波数の信号のみを選択して、出力することができ、且つ所定の周波数を変調可能とすることを可能とする。

[0102] なお、本発明電気機械フィルタを並列または直列に接続した多段フィルタ構成にすることが可能である。

また、本実施の形態においても、磁界発生部として磁性体 102の代わりにコイルを形成し、同様の直流バイアス磁界 Hを発生することができ、 MEMS技術による可変ィンダクタを用いて、直流バイアス磁界 Hを可変、もしくは交流バイアス磁界とすることも可能である。

[0103] また、本実施の形態 3では、駆動電極 110が二つとし、磁性体 102を回転二方向可動としたが、駆動電極 110をどちらか片方一つとし、磁性体 102の移動方向 V2をどちらか一方方向としても良、。

また、本実施の形態 3では、駆動電極 110が二つとし、磁性体 102を回転二方向可動としたが、駆動電極 110を複数とし、磁性体の移動方向 V2を複数方向としても良い。

[0104] (実施の形態 4)

図 12 (a)および (b)は、本発明の実施の形態 4における電気機械フィルタの構成を示す斜視図および断面図である。

[0105] 図 12 (a)に示す電気機械フィルタ 600では、前記実施の形態 3の構造において磁性体 102を更に静電力で水平-方向に駆動する駆動電極 110を付加し、磁性体 10

2を回転二方向と水平二方向とで変位可能とし、変調をより自由度高く高精度に制御可能としたものである。

[0106] すなわち、表面に絶縁膜 106が形成された基板 107上に、ポスト 104間に架橋された可動電極 101と、この可動電極 101に信号を入力する信号入力ポート IN、可動電極 101から信号を外部に出力する信号出力ポート OUTとが設けられている。

可動電極 101の下方には、可動電極 101に直流バイアス磁界 Hを印加する磁性体 102が設けられている。磁性体 102は、ステム 109上に設けられている。磁性体 102 の両側下方には、磁性体 102を動かす駆動電極 110が設けられており、磁性体 102 と駆動電極 110との間の電位差により生ずる静電力により、磁性体 102回転二方向へ動く様になつている。

[0107] 一方、固定電極 111の両側には、駆動電極 110を挟む形で駆動電極 103が設けられており、可動電極 110と駆動電極 103との間の電位差により生ずる静電力により、可動電極 110が水平二方向へ動く様になつている。駆動電極 103は、可動電極 101 に所望の駆動力を与えるため、可動電極 110と相対的に最適化された位置に設けるため、スぺーサ 108を介して基板 107上に設けられている。 [0108] このように、実施の形態 1や実施の形態 2、および実施の形態 3における電気機械フィルタ 100、電気機械フィルタ 100a、電気機械フィルタ 400、電気機械フィルタ 50 0では、直流バイアス磁界 H、もしくは信号線路となる可動電極 101および固定電極 111どちらか一方が可動であつたのに対し、本実施の形態 4における電気機械フィルタ 600では、直流ノィァス磁界 H、可動電極 101とも可動としている。この様に、実施の形態 1や実施の形態 2、および実施の形態 3における電気機械フィルタ 100、電気機械フィルタ 100a、電気機械フィルタ 400、電気機械フィルタ 500の構造や製造方法では実現困難である直流バイアス磁界 Hの形状と、その中に位置する信号線路である可動電極 101、磁性体 102の相対位置を、構造を変えることにより実現している

[0109] 次に、この電気機械フィルタ 600におけるチューナブルフィルタリングの仕組みについて説明する。

図 12 (b)は、本発明実施の形態 4における電気機械フィルタの構成を示す断面図である。カーボンナノチューブを用いた電気機械フィルタの構成を示す縦断面図である。信号入力ポート INより入力された信号は、可動電極 101に伝搬し、信号出力ポート OUTへ出力される。この場合、磁性体 102がっくる直流バイアス磁界 H中に可動電極が位置するため、強磁性共鳴現象による信号のフィルタリングがおき、強磁性共鳴周波数によってある周波数の信号が吸収され、残る特定の周波数の信号のみ信号出力ポート OUTへ伝搬することができる。

[0110] 本発明電気機械フィルタでは、この信号フィルタリングの機能に加え、チューナブル機能を付加する。フィルタを通過可能な信号の周波数を変調可能とするためには、強磁性共鳴周波数 fを可変とする必要があり、そのためには、強磁性共鳴周波数 fを示す式 1中の直流バイアス磁界 Hを可変とすれば良、。

[0111] 図 12 (b)に示す様に、磁性体 102からは直流バイアス磁界 Hが放射線状に発生している。本発明電気機械フィルタでは、磁性体 102が可動であるため、その直流バイァス磁界 Hと信号線路である可動電極 101の相対位置を可変としている。磁性体 10 2の移動方向を V2で示す。

また、本発明電気機械フィルタでは、その直流バイアス磁界 H中を信号線路である可動電極 101が同時に移動できる様になつている。可動電極 101の移動方向を VI で示す。

[0112] 10は、磁性体 102と可動電極 101が移動した場合の直流バイアス磁界 Hと可動電極 101の相対位置を示す図である。図 13と図 12 (b)との比較から、可動電極 101を貫く直流ノィァス磁界 Hのベクトルや大きさが変わっていることが分かる。

この様な仕組みにすることにより、固定電極を貫く直流バイアス磁界のベクトルゃ大きさを可変とすることができ、強磁性共鳴周波数を変化させることが可能となる。

[0113] この場合、フィルタ特性の中心周波数やチューナブルレンジは、磁性体 102や可動電極 101の変位範囲における直流バイアス磁界 Hの大きさや、ベクトル依存するため、磁性体 102の堆積条件による磁ィ匕容易軸や、磁性体 102堆積後の外部磁場による着磁方向は、磁性体 102から可動電極 101方向にする必要がある。また、可動電極 101が、所望とする直流バイアス磁界 H中を移動するため、可動電極 101と磁性体 102との距離や高さ等の相対位置、所望の直流バイアス磁界 Hを発生するための磁性体 102の厚さや幅等の形状は、要求するチューナブルフィルタ特性に応じて最適化する必要がある。

このように、電気機械フィルタ 600によれば、所定の周波数の信号のみを選択して、出力することができ、且つ所定の周波数を変調可能とすることを可能とする。

[0114] なお、本発明電気機械フィルタを並列または直列に接続した多段フィルタ構成にすることが可能である。

また、磁界発生部として、磁性体 102の代わりにコイルを形成し、同様の直流バイァス磁界 Hを発生することができ、 MEMS技術による可変インダクタを用いて、直流バィァス磁界 Hを可変、もしくは交流バイアス磁界とすることも可能である。

[0115] また、本実施の形態 4では、駆動電極 110が二つとし、磁性体 102を回転二方向可動としたが、駆動電極 110をどちらか片方一つとし、磁性体 102の移動方向 V2をどちらか一方方向としても良、。

[0116] また、本実施の形態 4では、駆動電極 103二つとし、可動電極 101を水平二方向可動としたが、駆動電極 103をどちらか片方一つとし、可動電極 101の移動方向 VIをどちらか一方方向としても良い。 [0117] また、本実施の形態 4では、駆動電極 110が二つとし、磁性体 102を回転二方向可動としたが、駆動電極 110を複数とし、磁性体の移動方向 V2を複数方向としても良い。

また、本実施の形態 4では、駆動電極 103が二つとし、可動電極 101を水平二方向可動としたが、駆動電極 103を複数とし、可動電極 101の移動方向 VIを複数方向としても良い。

[0118] (実施の形態 5)

図 14は、本発明の実施の形態 5における電気機械フィルタの構成を示す斜視図である。

以上の実施の形態では、 1本の信号線路を伝搬する信号を強磁性共鳴により特定周波数のものだけストップし、出力するものについて説明した力本実施の形態では、入力信号の誘導起電力により、信号の変調を実現するものである。

すなわち、信号線路としての固定電極 111の周りに高周波電流による高周波磁界を生成し、この高周波磁界によって磁性体 102中に励起されるスピンの歳差運動を励起し、強磁性共鳴現象により、磁性体 102中の歳差運動の角度が最大となるのを利用し、これらの信号線路の磁界と、磁性体 102のスピンの歳差運動による磁界を受けることのできる領域に出力用の信号線路となる固定電極 112を配置し、共鳴によつて生じる、誘導起電力が所定の大きさ以上のときのみ、信号が、信号出力ポート OU Tへ伝搬することができるようにしたもので、これによりバンドパスフィルタを形成する。

[0119] 図 14に示す電気機械フィルタ 700では、表面に絶縁膜 106が形成された基板 107 上に、固定電極 111と、信号を入力する信号入力ポート INが設けられている。固定電極 111の上方には、磁性体 102が設けられており、磁性体 102は、ステム 109上に設けられている。磁性体 102の両側下方には、磁性体 102を変位させるための駆動電極 110が設けられており、磁性体 102と駆動電極 110との間の電位差により生ずる静電力により、磁性体 102回転二方向へ動く様になつている。磁性体 102の上方には、ポスト 104間に架橋された固定電極 112と、固定電極 112から信号を外部に出力する信号出力ポート OUTとが設けられて、る。磁性体 102を固定電極 111、 112で挟む形で構成されており、固定電極 112は、固定電極 111と直交する様に配置されている。

[0120] 次に、この電気機械フィルタ 700におけるチューナブルフィルタリングの仕組みについて説明する。

カーボンナノチューブを用いた電気機械フィルタの構成を示す縦断面図である。信号入力ポート INより入力された信号は、固定電極 111に伝搬し、固定電極 111の周りに高周波電流による高周波磁界を発生する。この高周波磁界により、磁性体 102 中にスピンの歳差運動が励起される（キッテルモード)。このモードのつくる磁界により、固定電極 112に誘導起電力が生じる。磁性体 102の強磁性共鳴周波数の信号が入力されたときのみ、強磁性共鳴現象が起こり、磁性体 102中の歳差運動の角度が最大となり、誘導起電力の大きさも最大となる。よって、信号のフィルタリングがおき、強磁性共鳴周波数によって決まるある特定の周波数の信号のみ信号出力ポート OU Tへ伝搬することができる。

[0121] 本発明電気機械フィルタでは、この信号フィルタリングの機能に加え、チューナブル機能を付加する。フィルタを通過可能な信号の周波数を変調可能とするためには、強磁性共鳴周波数 fを可変とする必要があり、そのためには、強磁性共鳴周波数 fを示す式 1中の直流バイアス磁界 Hを可変とすれば良、。

磁性体 102からは直流バイアス磁界 Hが放射線状に発生して、る。本発明電気機械フィルタでは、磁性体 102が可動であるため、その直流バイアス磁界 Hと信号線路である固定電極 111の相対位置を可変としている。磁性体 102の移動方向を V2で示す。

[0122] この様な仕組みにすることにより、固定電極を貫く直流バイアス磁界のベクトルゃ大きさを可変とすることができ、強磁性共鳴周波数を変化させることが可能となる。この場合、フィルタ特性の中心周波数やチューナブルレンジは、磁性体 102の変位範囲における直流バイアス磁界 Hの大きさや、方向に依存するため、磁性体 102の堆積条件による磁化容易軸や、磁性体 102堆積後の外部磁場による着磁方向は、磁性体 102から固定電極 111に向力う方向にする必要がある。また、固定電極 111 1S 所望とする直流バイアス磁界 H中を移動するため、固定電極 111と磁性体 102との距離や高さ等の相対位置、所望の直流バイアス磁界 Hを発生するための磁性体 1 02の厚さや幅等の形状は、要求するチューナブルフィルタ特性に応じて最適化する必要がある。

[0123] このように、本実施の形態の電気機械フィルタ 700によれば、所定の周波数の信号のみを選択して、出力することができ、且つ所定の周波数を変調可能とすることを可能とする。

[0124] なお、本実施の形態では、磁性体 102に対し軸方向の回転を実現するようにしたが

、ステムを基板表面に垂直に形成した細いポール状にし、このポールを支点として全方向に回転可能に形成することも可能である。

この場合、磁性体 102はポールを中心とする円形パターンであるのが望ましい。さらにまた、駆動電極としての固定電極についても、ポールの周りに多数個配列し

、各固定電極の電位を制御することにより磁性体 102の回動を制御することも可能である。

[0125] また、電気機械フィルタ 700では、固定電極 111に入力される信号がつくる磁界により、直接的に誘導起電力が固定電極 112に励起されることを防ぐため、固定電極 1 11と固定電極 112を直交する様に配置した力固定電極 111と固定電極 112を、相関が起こらない間隔を隔てて平行に配置した電気機械フィルタも可能である。

12は、本発明の実施の形態 5における電気機械フィルタの変形例の構成を示す斜視図である。

[0126] 12)に示す電気機械フィルタ 800では、表面に絶縁膜 106が形成された基板 107 上に、固定電極 111と、信号を入力する信号入力ポート INが設けられている。固定電極 111の上方には、磁性体 102が設けられており、磁性体 102は、シリコンなどで形成されたステム 109上に設けられている。磁性体 102の両側下方には、磁性体 10 2を動かす駆動電極 110が設けられており、磁性体 102と駆動電極 110との間の電位差により生ずる静電力により、磁性体 102回転二方向へ動く様になつている。固定電極 112は、磁性体 102の下方で、固定電極 111と固定電極 111から生ずる磁界の影響を受けな、程度の間隔を空けて平行に配置されて、る。固定電極 112からは、信号を外部に出力する信号出力ポート OUTが設けられている。

[0127] 次に、この電気機械フィルタ 800におけるチューナブルフィルタリングの仕組みについて説明する。

カーボンナノチューブを用いた電気機械フィルタの構成を示す縦断面図である。信号入力ポート INより入力された信号は、固定電極 111に伝搬し、固定電極 111の周りに高周波電流による高周波磁界を発生する。この高周波磁界により、磁性体 102 中にスピンの歳差運動が励起される（キッテルモード)。すると、スピン波が固定電極 111側から固定電極 112側へと伝搬し、固定電極 112側では、このモードのつくる磁界により、固定電極 112に誘導起電力が生じる。磁性体 102の強磁性共鳴周波数の信号が入力されたときのみ、強磁性共鳴現象が起こり、磁性体 102中の歳差運動の角度が最大となり、誘導起電力の大きさも最大となる。よって、信号のフィルタリングがおき、強磁性共鳴周波数によって決まるある特定の周波数の信号のみ信号出力ポート OUTへ伝搬することができる。

[0128] 本発明電気機械フィルタでは、この信号フィルタリングの機能に加え、チューナブル機能を付加する。フィルタを通過可能な信号の周波数を変調可能とするためには、強磁性共鳴周波数 fを可変とする必要があり、そのためには、強磁性共鳴周波数 fを示す式 1中の直流バイアス磁界 Hを可変とすれば良、。

[0129] この様な仕組みにすることにより、固定電極を貫く直流バイアス磁界のベクトルゃ大きさを可変とすることができ、強磁性共鳴周波数を変化させることが可能となる。この場合、フィルタ特性の中心周波数やチューナブルレンジは、磁性体 102の変位範囲における直流バイアス磁界 Hの大きさや、ベクトル依存するため、磁性体 102の堆積条件による磁化容易軸や、磁性体 102堆積後の外部磁場による着磁方向は、磁性体 102から固定電極 111方向にする必要がある。また、固定電極 111が、所望とする直流バイアス磁界 H中を移動するため、固定電極 111と磁性体 102との距離や高さ等の相対位置、所望の直流バイアス磁界 Hを発生するための磁性体 102の厚さや幅等の形状は、要求するチューナブルフィルタ特性に応じて最適化する必要がある。

[0130] このように、電気機械フィルタ 800によれば、所定の周波数の信号のみを選択して、出力することができ、且つ所定の周波数を変調可能とすることを可能とする。

なお、本発明電気機械フィルタを並列または直列に接続した多段フィルタ構成にすることが可能である。

また、磁界発生部として磁性体 102の代わりにコイルを形成し、同様の直流バイァス磁界 Hを発生することができ、 MEMS技術による可変インダクタを用いて、直流バィァス磁界 Hを可変、もしくは交流バイアス磁界とすることも可能である。

また、本実施の形態 5では、駆動電極 110が二つとし、磁性体 102を回転二方向可動としたが、駆動電極 110をどちらか片方一つとし、磁性体 102の移動方向 V2をどちらか一方方向としても良、。

[0131] また、本実施の形態 5では、駆動電極 110が二つとし、磁性体 102を回転二方向可動としたが、駆動電極 110を複数とし、磁性体の移動方向 V2を複数方向としても良い。

[0132] なお、以上説明してきたように、本発明の電気機械フィルタは、小型でかつ消費電力の少な、変調可能な電気機械フィルタを提供することができるもので、ディスクリート素子として有効であることはいうまでもないが、他の回路素子とともに集積ィ匕可能であり、伝送損失が少なく小型で信頼性の高いフィルタを備えた半導体集積回路装置を提供することも可能である。

[0133] また、前記各実施の形態では基板表面に梁を形成し、可動電極を形成する例について説明したが、いずれにおいても、基板に所望の断面形状のトレンチを形成し、このトレンチ上に梁を残しこれを可動部とするなどの構成も可能である。このような構成は、シリコンの異方性エッチングを用いて形成するなどにより容易に実現可能である

[0134] さらにまた、前記各実施の形態では、シリコン基板のみならず、 GaAsなどの化合物半導体基板など、使用する基板に適合するように電極材料あるいは磁性膜材料を選択すればよぐ他の回路素子との集積ィ匕は極めて容易である。また、基板表面を覆う絶縁膜 106およびスぺーサとなる絶縁膜については、酸ィ匕シリコン膜、窒化シリコン膜あるいはこれらの積層膜でもよ!/、。

また、カーボンナノチューブについても各実施の形態で適用可能である。

産業上の利用可能性

本発明に係る電気機械フィルタは、磁性体、もしくは信号線路となる電極を可動とすることにより、電極を貫く直流バイアス磁界の方向や大きさを可変にすることができ、強磁性共鳴周波数を可変にすることによりチューナブル機能を備える電気機械フィルタとして有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 信号線路となる導体と、

前記導体を貫く磁界を発生する磁界発生部と、

前記導体と前記磁界発生部との相対位置を変位させることによって、前記信号線路を貫く磁界を変化させる駆動電極とを備える電気機械フィルタ。

[2] 請求項 1記載の電気機械フィルタであって、

前記導体は、前記駆動電極と対向して配置され、前記駆動電極との間で生起される静電力により相対的に変位可能な電極である電気機械フィルタ。

[3] 請求項 1または 2に記載の電気機械フィルタであって、

前記磁界発生部は、変位可能に形成された磁性体を含む電気機械フィルタ。

[4] 請求項 3に記載の電気機械フィルタであって、

前記磁性体は、前記駆動電極の静電力によって変位される電気機械フィルタ。

[5] 請求項 1乃至 4のいずれかに記載の電気機械フィルタであって、

前記駆動電極は、可動である電気機械フィルタ。

[6] 請求項 2に記載の電気機械フィルタであって、

基板表面に形成され、電位を可変に構成された駆動電極と、

前記駆動電極上に、所定の間隔を隔てて相対向して配置され、信号線路を構成する導体パターンと、

前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁された磁性体膜パターンを備えた磁界発生部とを備え、

前記駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させ、前記信号線路上での前記磁性体膜パターンによる磁界を変化させることにより、磁性共鳴周波数を変化させるようにした電気機械フィルタ。

[7] 請求項 2に記載の電気機械フィルタであって、

基板表面に形成された磁性体膜パターンからなる磁界発生部と、

前記磁性体膜パターン上に、所定の間隔を隔てて相対向して変位可能に配置され、信号線路を構成する導体パターンと、

前記信号線路に近接して配置された駆動電極とを備え、前記磁性体膜パターンは、前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁され、

[8] 請求項 6または 7に記載の電気機械フィルタであって、

前記磁性体パターンは、半導体基板表面を覆う絶縁膜上に形成されており、前記信号線路は、前記磁性体パターンと対向するように配設された両持ち梁を構成して!/、る電気機械フィルタ。

[9] 請求項 6または 7に記載の電気機械フィルタであって、

前記信号線路は、前記駆動電極と平行に配置されるとともに、

前記磁性体膜パターンは、前記導体パターンを流れる信号と直交する方向に磁場を形成する電気機械フィルタ。

[10] 請求項 6乃至 9の、ずれかに記載の電気機械フィルタであって、

前記駆動電極は、前記信号線路を挟むように配置された第 1及び第 2の導体膜パターンを含む電気機械フィルタ。

[11] 請求項 4または 5に記載の電気機械フィルタであって、

基板表面に、空間的に変位可能に形成された磁性体膜パターンカゝらなる磁界発生部と、

前記磁性体膜パターンに対して、所定の間隔を隔てて相対向するように前記基板に固定配置され、信号線路を構成する導体パターンと、

前記磁界発生部に近接して配置され、前記磁界発生部を変位可能な駆動電極とを備え、

前記磁性体膜パターンは、前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁され、

[12] 請求項 11に記載の電気機械フィルタであって、

前記磁性体パターンは、半導体基板表面に形成されたスぺーサを介して形成された梁状体を構成してヽる電気機械フィルタ。

[13] 請求項 12に記載の電気機械フィルタであって、

前記信号線路は、半導体基板表面に絶縁膜を介して形成された導体パターンである電気機械フィルタ。

[14] 請求項 13に記載の電気機械フィルタであって、

前記信号線路は、前記磁性体パターン上で所定の間隔を隔てて相対向するように形成された電気機械フィルタ。

[15] 請求項 1に記載の電気機械フィルタであって、

基板表面に形成され、電位を可変に構成された第 1及び第 2の駆動電極と、前記第 1の駆動電極に、所定の間隔を隔てて相対向して配置され、信号線路を構成する導体パターンと、

前記第 1の駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させるとともに、

前記第 2の駆動電極の電位を変化させることにより、前記磁性体パターンを変位させ、

前記信号線路上での前記磁性体膜パターンによる磁界を変化させることにより、磁性共鳴周波数を変化させるようにした電気機械フィルタ。

[16] 請求項 1記載の電気機械フィルタであって、

信号線路となる第 1の導体と、

前記第 1の導体を貫く磁界を発生する磁界発生部と、

前記第 1の導体と前記磁界発生部の相対位置を変位させることによって、前記信号線路を貫く磁界を変化させる駆動電極と、

前記第 1の導体を流れる高周波電流による磁界と前記磁界発生部の磁界との共鳴によって誘起される誘起起電力を伝送する信号線路となる第 2の導体とを含む電気機械フィルタ。

[17] 請求項 16記載の電気機械フィルタであって、

前記第 1の導体と前記第 2の導体は直交するように配置されている電気機械フィルタ。

[18] 請求項 16記載の電気機械フィルタであって、

前記第 1の導体と前記第 2の導体は所定の間隔を隔てて平行に配置されている電気機械フィルタ。

[19] 請求項 1乃至 18のいずれかに記載の電気機械フィルタであって、

複数の前記電気機械フィルタを配列して接続し、チューナブルバンドパスフィルタ機能を実現した電気機械フィルタ。

[20] 請求項 1乃至 18のいずれかに記載の電気機械フィルタであって、

複数の前記電気機械フィルタを配列して接続し、チューナブルバンドストップフィルタ機能を実現した電気機械フィルタ。