WO2021156910A1 - 可変容量素子 - Google Patents

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WO2021156910A1
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container
gas
capacitance element
plasma
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宗 西岡
真悟 山浦
西本　研悟
皓貴 内藤
西岡　泰弘
米田　尚史
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G7/00—Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
    • H01G7/06—Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture having a dielectric selected for the variation of its permittivity with applied voltage, i.e. ferroelectric capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma

Definitions

  • the present disclosure relates to a variable capacitance element in which the dielectric medium is plasma.
  • Patent Document 1 describes a circuit element that makes the capacitance value variable by adjusting the relative permittivity of plasma formed between parallel plate electrodes.
  • the conventional variable capacitance element in which the dielectric medium is plasma has a problem that a large amount of electric power is required to adjust the relative permittivity of plasma.
  • the present disclosure solves the above-mentioned problems, and provides a variable capacitance element capable of controlling the capacitance value with a smaller power than a variable capacitance element in which the plasma formed between the parallel plate electrodes is a dielectric medium.
  • the purpose is to get.
  • the variable capacitance element has a hollow cylindrical shape, and has a container in which gas is sealed in a space provided between an outer peripheral surface and an inner peripheral surface of the hollow cylindrical shape, and an outer peripheral surface of the hollow cylindrical shape.
  • the first electrode provided in the space, the second electrode provided on the inner peripheral surface of the hollow cylindrical shape and facing the first electrode via the space portion, and the gas sealed in the space portion are plasma. It is provided with a power adjusting unit that makes the capacitance value between the first electrode and the second electrode variable by adjusting the power to be in a state.
  • variable capacitance element in a container having a hollow cylindrical shape, gas is sealed in a space provided between an outer peripheral surface and an inner peripheral surface of the hollow cylindrical shape.
  • FIG. 2A is a block diagram showing the configuration of the variable capacitance element according to the first embodiment
  • FIG. 2B is a cross-sectional view showing a cross section of the container in FIG. 2A cut by a plane orthogonal to the central axis.
  • FIG. 4A is a perspective view showing a container included in a conventional variable capacitance element
  • FIG. 4B is a cross-sectional view showing a cross section of the container in FIG. 4A cut along a plane along the width direction.
  • FIG. 1 It is a characteristic figure which shows the control parameter dependence of the capacitance value in a variable capacitance element. It is a block diagram which shows the structure of the variable capacitance element which concerns on Embodiment 2. FIG. It is a block diagram which shows the structure of the variable capacitance element which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 1 is a characteristic diagram showing the electron density ne dependence of the relative permittivity ⁇ p of the plasma formed between the electrodes.
  • the relative permittivity ⁇ p of plasma between electrodes that are spatially uniform and in the absence of a magnetic field can be expressed by the following equation (1).
  • the omega p is the angular frequency of the plasma
  • v m is the electron collision frequency in the plasma
  • omega is the angular frequency of the electromagnetic wave.
  • the angular frequency omega p of the plasma by using the electron density n e, mass m e and the dielectric constant epsilon 0 of vacuum of the electron plasma can be represented by the following formula (2).
  • the collision frequency v m of the electrons in the plasma it is considered that the elastic collisions between electrons and neutral particles is dominant, can be represented by the following formula (3).
  • n n is the density of neutral particles between the electrodes
  • ⁇ e ⁇ n is the elastic collision frequency between the electron and the neutral particle with the electron temperature as an argument.
  • k B is the Boltzmann constant
  • Te is the electron temperature.
  • the relative permittivity ⁇ p of the plasma is shown in the following equation (4) because the values other than n n , ne and Te are constants. It can be represented by a function with n n , ne and Te as control parameters.
  • the electromagnetic wave (the frequency of the electromagnetic wave 30 (MHz)) the angular frequency ⁇ is 188 (Mrad / s) of a collision frequency v m is 2.48 (MHz)
  • the gas to a plasma state type is argon
  • the gas temperature is 1 (eV)
  • the gas pressure is 0.1 (Pa)
  • the solid line shows the electron density ne dependence of the real part Re ( ⁇ p ) of the relative permittivity ⁇ p of the plasma.
  • the alternate long and short dash line indicates the electron density ne dependence of the imaginary portion Im ( ⁇ p ) of the relative permittivity ⁇ p of the plasma.
  • the electron density n real part Re in accordance with a change in e ( ⁇ p) and the imaginary part Im ( ⁇ p) is changed.
  • the relative dielectric constant of the plasma epsilon p is variable by controlling the electron density n e.
  • the capacitance value C of a capacitor configured by sandwiching a dielectric medium having a relative permittivity ⁇ r so as to have a distance d between the electrodes using two electrodes which are conductor plates having an area S is as follows. It can be expressed by the equation (5).
  • the capacitance value C is variable.
  • FIG. 2A is a block diagram showing the configuration of the variable capacitance element 1 according to the first embodiment.
  • the variable capacitance element 1 includes a container 2, a first electrode 3a, a second electrode 3b, a third electrode 4a, a fourth electrode 4b, a first lead wire 5a, and a second lead wire. It includes 5b and a variable power supply device 6.
  • the container 2 is a container having a hollow cylindrical shape and is made of a non-metal material. For the container 2, a dielectric material having a low dielectric loss such as glass is desirable.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view showing a cross section of the container 2 cut by a plane orthogonal to the central axis A.
  • the inner cylindrical portion 2b is arranged on the inner peripheral side of the outer cylindrical portion 2a, and the outer peripheral surface of the outer cylindrical portion 2a and the inner peripheral surface of the inner cylindrical portion 2b are arranged.
  • a space portion 2e is formed between them.
  • a first end surface 2c is provided at one end of the space portion 2e along the longitudinal direction, and the end portion of the space portion 2e opposite to the first end surface 2c. Is provided with a second end face 2d.
  • the space portion 2e is isolated from the outside by the first end face 2c and the second end face 2d.
  • Gas is sealed in the space 2e.
  • the gas sealed in the space 2e is a gas that is easily ionized, and includes, for example, helium, neon, and argon.
  • a first electrode 3a is provided on the outer peripheral surface of the outer cylindrical portion 2a
  • a second electrode 3b is provided on the inner peripheral surface of the inner cylindrical portion 2b.
  • a third electrode 4a is provided on the first end surface 2c inside the space portion 2e
  • a fourth electrode 4b is provided on the second end surface 2d inside the space portion 2e.
  • Through holes for power supply are formed on the first end face 2c and the second end face 2d.
  • the end portion of the first conductor 5a is connected to the third electrode 4a through the through hole portion in the first end surface 2c.
  • the end portion of the second conductor 5b is connected to the fourth electrode 4b through the through hole portion in the second end surface 2d.
  • the through hole in the first end surface 2c is closed by the end of the first conductor 5a connected to the third electrode 4a, and the through hole in the second end surface 2d is the fourth electrode 4b. It is blocked by the end of the second conductor 5b connected to. As a result, the gas sealed in the space 2e does not leak to the outside. Since the first electrode 3a is arranged on the outer peripheral surface of the outer cylindrical portion 2a and the second electrode 3b is arranged on the inner peripheral surface of the inner cylindrical portion 2b, the first electrode 3a and the second electrode 3a and the second electrode 3a are arranged. The electrodes 3b of the above are not in contact with the gas enclosed in the space 2e.
  • the variable power supply device 6 makes the capacitance value C between the first electrode 3a and the second electrode 3b variable by adjusting the electric power that puts the gas enclosed in the space 2e into a plasma state. It is a power adjustment unit. For example, the variable power supply device 6 supplies high-voltage power to the third electrode 4a and the fourth electrode 4b through the first conductor 5a and the second conductor 5b, so that the gas enclosed in the space 2e Is ionized to a plasma state.
  • the variable power supply device 6 adjusts the electric power supplied to the gas in the space 2e through the third electrode 4a and the fourth electrode 4b when the gas enclosed in the space 2e is in a plasma state. It changes the electron density n e of the plasma. As shown in the above formula (4), the dielectric constant epsilon p of the plasma varies depending on the plasma electron density n e. Therefore, the variable capacitance element 1 can change the capacitance value C between the first electrode 3a and the second electrode 3b by adjusting the electric power supplied to the gas in the space 2e. Is.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing an equivalent circuit of the variable capacitance element 1.
  • the equivalent circuit of the variable capacitance element 1 is a circuit in which the capacitor 7 and the capacitor 8 are connected in series.
  • the capacitor 7 is a concentric cylindrical capacitor composed of an outer cylindrical portion 2a and an inner cylindrical portion 2b, and the material of the container 2 is a dielectric medium.
  • the capacitor 8 is a cylindrical capacitor in which the plasma inside the space 2e is a dielectric medium.
  • the capacitance value C w of the capacitor 7 can be expressed by the following equation (6) using the specific complex dielectric constant ⁇ w of the material of the container 2.
  • the electrode length l is the length of the first electrode 3a and the second electrode 3b along the longitudinal direction of the container 2, as shown in FIG. 2A.
  • the radius r of the hollow portion is the distance from the central axis A to the inner peripheral surface of the inner cylindrical portion 2b.
  • the thickness t of the wall material of the container 2 is, for example, the thickness of the wall material of the inner cylindrical portion 2b.
  • the distance d between the electrodes is the distance between the first electrode 3a and the second electrode 3b as shown in FIG. 2B.
  • the capacitance value C p of the capacitor 8 is calculated from the following equation (7) using the relative permittivity ⁇ p of the plasma given by the above equation (4).
  • the capacitance value C new of the variable capacitance element 1 can be calculated according to the following equation (8) by using the above equations (6) and (7).
  • the relative dielectric constant epsilon p of the plasma as shown in the equation (4), so is represented by a function of the electron density n e of the plasma parameters, the capacitance value C new, the plasma electron density n e It becomes variable by controlling.
  • FIG. 4A is a perspective view showing a container 100 included in a conventional variable capacitance element.
  • the container 100 is a rectangular parallelepiped container.
  • the electrode 100a and the electrode 100b are plate electrodes constituting a parallel plate electrode, and the electrode 100a is provided on one of the main surfaces (widest surfaces) facing each other in the rectangular parallelepiped container 100, and the electrode 100b is provided on the other side. ing.
  • An electrode 101a is provided on one of the inner wall surfaces of the container 100, and an electrode 101b is provided on the inner wall surface facing the electrode 101a inside the container 100. Further, the container 100 is filled with a gas that is easily ionized.
  • the conventional variable capacitance element provided with the container 100 puts the gas sealed in the container 100 into a plasma state by applying a high voltage to the electrodes 101a and 101b, and adjusts the electric power supplied to the electrodes 101a and 101b. As a result, the capacitance value Cold between the electrode 100a and the electrode 100b is changed.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view showing a cross section of the container 100 in FIG. 4A cut along a plane along the width direction.
  • the distance between the electrode 100a and the electrode 100b is d
  • the thickness of the wall material of the container 100 is t.
  • the electrode lengths of the electrodes 100a and 100b are l
  • the electrode width is w.
  • the capacitance value Cold in the conventional variable capacitance element can be expressed by using the following equation (9).
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the control parameter dependence of the capacitance value C in the variable capacitance element.
  • Control parameter is the plasma electron density n e
  • the variable capacitance element includes a variable capacitance element 1 according to the first embodiment
  • is a conventional variable capacitance element comprises a container 100 shown in FIGS. 4A and 4B .
  • the solid line shows the electron density n e dependence of the capacitance value C new new
  • dashed line shows the electron density n e dependence of the capacitance value C old.
  • the electron density n e dependence of the electron density n e dependence and electrostatic capacitance value C old capacitance value C new is the formula (1), the formula (5) and the formula (9) It was calculated using. Further, in order to compare both of the variable capacitance element under the same conditions, the capacitance value C new and C old electrode length l used to calculate the, wall material thickness t, the material of the electrode distance d and containers, Both variable capacitance elements are used together. Further, in order to match the control width of the capacitance value with both variable capacitance elements, the electrode width w in the above equation (9) is calculated using the following equation (10).
  • the angular frequency of the electromagnetic wave omega has the material of the container complex dielectric constant epsilon w, electron collision frequency v m in the plasma, the electrode length l, radius of the hollow portion r and the distance d between the electrodes are set as follows.
  • the angular frequency ⁇ of the electromagnetic wave is 188 (Mrad / s) (the frequency of the electromagnetic wave is 30 (MHz)).
  • quartz glass having a specific complex dielectric constant ⁇ w of 3.8 is assumed.
  • the gas to be sealed in the container assuming argon, the gas temperature and 1 (eV), by the gas pressure and 0.1 (Pa), the collision frequency v m of the electrons in the plasma 2.48 (MHz). Further, the electrode length l is 40 (mm), the radius r of the hollow portion is 2 (mm), and the distance d between the electrodes is 8 (mm).
  • both the capacitance values C new and Cold have a divergent region.
  • both of the variable capacitance elements are equal capacitance value of the control range (C new> 6.81 (pF) , C old> 6.81 (pF) )have.
  • the capacitance value C new diverges on the side where the electron density ne is lower than that of the capacitance value Cold.
  • the capacitance value C new diverges in the electron density n e is 1.18 ⁇ 10 14 (m -3) , the capacitance value C old, the electron density n e is 6.13 ⁇ 10 14 ( It diverges at m -3). That is, the variable capacitance element 1 can control the capacitance value with the same control width even if the electron density is about 52% as compared with the conventional variable capacitance element.
  • variable capacitance element 1 Since the electron density of the plasma and the discharge power supplied between the electrodes have a proportional correlation, the variable capacitance element 1 has a capacitance value having the same control width with a small amount of power as compared with the conventional variable capacitance element. It is possible to realize the control of.
  • the discharge electrodes (third electrode 4a and fourth electrode 4b) provided inside the container 2 are worn by plasma sputtering.
  • the intensity of this sputtering is proportional to the discharge power for forming the plasma. Therefore, in the variable capacitance element 1 capable of suppressing the discharge power to a small power, the wear of the discharge electrode is reduced, and the life can be extended as compared with the conventional variable capacitance element.
  • the gas is provided in the space 2e provided between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the hollow cylindrical shape in the container 2 having the hollow cylindrical shape. Is enclosed.
  • the first electrode 3a provided on the outer peripheral surface of the hollow cylinder and the second electrode 3b provided on the inner peripheral surface of the hollow cylinder
  • the capacitance value C new between them becomes variable.
  • the variable capacitance element 1 can control the capacitance value C new with less power than the conventional variable capacitance element in which the plasma formed between the electrodes 100a and 100b is a dielectric medium. ..
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the variable capacitance element 1A according to the second embodiment.
  • the variable capacitance element 1A includes a container 2A, a first electrode 3a, a second electrode 3b, a coil 9, a first conductor 5a, a second conductor 5b, and a variable power supply device 6.
  • the container 2A is a container having a hollow cylindrical shape composed of an outer cylindrical portion 2a and an inner cylindrical portion 2b, and is made of a non-metallic material.
  • a dielectric material having a low dielectric loss such as glass is desirable.
  • the container 2A is provided with the space portion 2e shown in FIG. 2B between the outer peripheral surface of the outer cylindrical portion 2a and the inner peripheral surface of the inner cylindrical portion 2b. Further, the first electrode 3a is arranged on the outer peripheral surface of the outer cylindrical portion 2a, and the second electrode 3b is arranged on the inner peripheral surface of the inner cylindrical portion 2b. However, the container 2A does not have the third electrode 4a and the fourth electrode 4b shown in FIG. 2A, and a coil 9 is provided instead. Gases such as helium, neon, and argon are sealed in the space 2e.
  • the coil 9 is a conductor portion spirally wound around the outer peripheral surface of the container 2A (the outer peripheral surface of the outer cylindrical portion 2a) so as to be electrically insulated from the first electrode 3a and the second electrode 3b. ..
  • One end of the coil 9 is connected to the end of the first conductor 5a, and the other end of the coil 9 is connected to the end of the second conductor 5b.
  • the variable power supply device 6 supplies high-frequency power to the coil 9 through the first conductor 5a and the second conductor 5b to put the gas enclosed in the space 2e into a plasma state.
  • Variable power supply 6 when gas enclosed in the space 2e is a plasma state, by adjusting the power supplied to the coil 9, to change the electron density n e of the plasma. Since the dielectric constant epsilon p of the plasma varies depending on the plasma electron density n e, the variable capacitance device 1A, by adjusting the power supplied to the gas space portion 2e, a first electrode 3a first It is possible to change the capacitance value C new between the two electrodes 3b.
  • variable capacitance element 1A As described above, the variable capacitance element 1A according to the second embodiment is spirally wound around the outer peripheral surface of the container 2A so as to be electrically insulated from the first electrode 3a and the second electrode 3b. A coil 9 is provided.
  • the capacitance value C new between the first electrode 3a and the second electrode 3b becomes variable by adjusting the electric power supplied to the coil 9.
  • the variable capacitance element 1A can control the capacitance value C new with less power than the conventional variable capacitance element in which the plasma formed between the parallel plate electrodes is a dielectric medium.
  • variable capacitance element 1A can form a plasma of gas enclosed in the space 2e without arranging a discharge electrode inside the container 2A. Therefore, the variable capacitance element 1A can have a longer life than the variable capacitance element 1.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the variable capacitance element 1B according to the third embodiment.
  • the variable capacitance element 1B includes a container 2B, a first electrode 3a, a second electrode 3b, a third electrode 4a, a fourth electrode 4b, a first lead wire 5a, a second lead wire 5b, and variable. It includes a power supply device 6, a first gas flow rate adjusting device 10, a vacuum pump 11, a second gas flow rate adjusting device 12, a gas cylinder 13, and a control device 14.
  • the container 2B is a container having a hollow cylindrical shape composed of an outer cylindrical portion 2a and an inner cylindrical portion 2b, and is made of a non-metal material.
  • a dielectric material having a low dielectric loss such as glass is desirable.
  • the container 2B is provided with the space portion 2e shown in FIG. 2B between the outer peripheral surface of the outer cylindrical portion 2a and the inner peripheral surface of the inner cylindrical portion 2b.
  • the first electrode 3a is arranged on the outer peripheral surface of the outer cylindrical portion 2a
  • the second electrode 3b is arranged on the inner peripheral surface of the inner cylindrical portion 2b
  • the first end surface 2c inside the space portion 2e is arranged.
  • a third electrode 4a is arranged in the space portion 2e
  • a fourth electrode 4b is arranged in the second end surface 2d inside the space portion 2e.
  • the outer cylindrical portion 2a of the container 2B is formed with a tubular portion 2f and a tubular portion 2g that communicate with the inside of the space portion 2e.
  • the tubular portion 2f is a first tubular portion through which the gas discharged from the space portion 2e flows
  • the tubular portion 2g is a second tubular portion through which the gas introduced into the space portion 2e flows.
  • the first gas flow rate adjusting device 10 is a first flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the gas discharged from the space portion 2e through the tubular portion 2f.
  • the first gas flow rate adjusting device 10 is connected to the tubular portion 2f and the vacuum pump 11.
  • the gas inside the space 2e is discharged from the space 2e by the suction force of the vacuum pump 11.
  • the first gas flow rate adjusting device 10 adjusts the flow rate of the gas discharged from the space portion 2e through the tubular portion 2f by controlling the suction force of the vacuum pump 11.
  • the second gas flow rate adjusting device 12 is a second flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the gas introduced into the space portion 2e through the tubular portion 2g.
  • the second gas flow rate adjusting device 12 is connected to the tubular portion 2g and the gas cylinder 13.
  • the gas cylinder 13 contains the gas to be sealed in the container 2B.
  • the second gas flow rate adjusting device 12 adjusts the flow rate of the gas introduced into the space portion 2e through the tubular portion 2g by controlling the flow rate of the gas introduced from the gas cylinder 13.
  • Controller 14 a variable power supply 6, by controlling the first gas flow rate control device 10 and a second gas flow controller 12, gas density in the electron density n e and the space portion 2e of the plasma gas (the It is a control unit that controls the density n n ) of neutral particles between the electrode 3a of 1 and the electrode 3b of the second electrode.
  • control device 14 controls the first gas flow rate adjusting device 10 to adjust the flow rate of the gas discharged from the container 2B, and controls the second gas flow rate adjusting device 12 to be introduced into the container 2B.
  • the control unit 14 controls the variable power supply 6 by adjusting the power supplied to the gas space portion 2e through the third electrode 4a and the fourth electrode 4b by controlling the, the electron density n e of the plasma Control.
  • the dielectric constant epsilon p of the plasma may represent a density n n of the plasma electron density n e and the neutral particles as a function of a variable.
  • Controller 14 the density n n of the plasma electron density n e and neutral particles as a control parameter, it is possible to control the capacitance value C between the first electrode 3a and the second electrode 3b.
  • the density n n of the neutral particles becomes a control parameter, so that the control accuracy of the capacitance value in the variable capacitance element 1B is improved.
  • the container 2B has a structure in which the tubular portion 2f and the tubular portion 2g are provided with respect to the container 2
  • the container 2B has a structure in which the tubular portion 2f and the tubular portion 2g are provided with respect to the container 2A. It may be.
  • the control device 14 controls the variable power supply 6 by adjusting the power supplied to the gas space portion 2e through the coil 9, to control the electron density n e of the plasma.
  • the control device 14 controls the first gas flow rate adjusting device 10 to adjust the flow rate of the gas discharged from the container 2B, and the second gas flow rate adjusting device 10 is adjusted. by adjusting the flow rate of the gas introduced into the vessel 2B by controlling the gas flow controller 12 to control the gas density in the interior of the container 2B, and controls the variable power supply 6 to the electron density n e of the plasma Control.
  • the variable capacitance element. 1B the density n n of the plasma electron density n e and neutral particles as a control parameter, controlling the capacitance value C between the first electrode 3a and the second electrode 3b can do.
  • the density n n of the plasma electron density n e and neutral particles in the space portion 2e has been both controlled.
  • the capacitance value of the objective may be one obtained by adjusting either the density n n of the plasma electron density n e or neutral particles.
  • variable capacitance element according to the present disclosure can be used, for example, in a variable impedance matching circuit.
  • 1,1A, 1B variable capacitor element 2,2A, 2B container, 2a outer cylindrical part, 2b inner cylindrical part, 2c first end face, 2d second end face, 2e space part, 2f, 2g tubular part, 3a first 1 electrode, 3b 2nd electrode, 4a 3rd electrode, 4b 4th electrode, 5a 1st lead wire, 5b 2nd lead wire, 6 variable power supply device, 7, 8 capacitor, 9 coil, 10 first Gas flow rate adjusting device, 11 vacuum pump, 12 second gas flow rate adjusting device, 13 gas cylinder, 14 control device, 100 container, 100a, 100b, 101a, 101b electrodes.

Abstract

可変容量素子（１）は、中空円筒形状を有し、中空円筒形状の外周面と内周面との間に設けられた空間部（２ｅ）にガスが封入された容器（２）と、中空円筒形状の外周面に設けられた第１の電極（３ａ）と、中空円筒形状の内周面に設けられ、空間部（２ｅ）を介して第１の電極（３ａ）と対向している第２の電極（３ｂ）と、空間部（２ｅ）に封入されたガスをプラズマ状態とする電力を調整することにより、第１の電極（３ａ）と第２の電極（３ｂ）との間における静電容量値を可変とする可変電源装置（４）を備える。

Description

可変容量素子
　本開示は、誘電体媒質がプラズマである可変容量素子に関する。
　高耐電力と高速応答を兼備する可変容量素子として、誘電体媒質がプラズマである可変容量素子が提案されている。例えば、特許文献１には、平行平板電極間に形成されたプラズマの比誘電率を調整することで、静電容量値を可変とする回路素子が記載されている。
特開平６－２４３９９０号公報
　誘電体媒質がプラズマである従来の可変容量素子では、プラズマの比誘電率を調整するために大電力が必要であるという課題があった。
　本開示は上記課題を解決するものであり、平行平板電極間に形成されたプラズマが誘電体媒質である可変容量素子に比べて小電力で静電容量値を制御することができる可変容量素子を得ることを目的とする。
　本開示に係る可変容量素子は、中空円筒形状を有し、中空円筒形状の外周面と内周面との間に設けられた空間部にガスが封入された容器と、中空円筒形状の外周面に設けられた第１の電極と、中空円筒形状の内周面に設けられ、空間部を介して第１の電極と対向している第２の電極と、空間部に封入されたガスをプラズマ状態とする電力を調整することにより、第１の電極と第２の電極との間における静電容量値を可変とする電力調整部とを備える。
　本開示によれば、中空円筒形状を有した容器において、中空円筒形状の外周面と内周面との間に設けられた空間部にガスが封入されている。空間部におけるガスをプラズマ状態とする電力を調整することにより、中空円筒形状の外周面に設けられた第１の電極と中空円筒形状の内周面に設けられた第２の電極との間における静電容量値が可変となる。これにより、本開示に係る可変容量素子は、平行平板電極間に形成されたプラズマが誘電体媒質である可変容量素子に比べて小電力で静電容量値を制御することができる。
電極間に形成されたプラズマの比誘電率の電子密度依存性を示す特性図である。 図２Ａは、実施の形態１に係る可変容量素子の構成を示すブロック図であり、図２Ｂは、図２Ａにおける容器を中心軸に直交する面によって切った断面を示す断面図である。 実施の形態１に係る可変容量素子の等価回路を示す等価回路図である。 図４Ａは、従来の可変容量素子が備える容器を示す斜視図であり、図４Ｂは、図４Ａにおける容器を幅方向に沿った面で切った断面を示す断面図である。 可変容量素子における静電容量値の制御パラメータ依存性を示す特性図である。 実施の形態２に係る可変容量素子の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る可変容量素子の構成を示すブロック図である。
実施の形態１．
　図１は、電極間に形成されたプラズマの比誘電率εｐの電子密度ｎｅ依存性を示す特性図である。空間的に一様でかつ磁場が存在しない電極間におけるプラズマの比誘電率εｐは、下記式（１）によって表すことができる。下記式（１）において、ωｐはプラズマの角周波数であり、ｖｍはプラズマ中の電子の衝突周波数であり、ωは電磁波の角周波数である。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　プラズマの角周波数ωｐは、プラズマの電子密度ｎｅ、電子の質量ｍｅおよび真空の誘電率ε０を用いることで、下記式（２）によって表すことができる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　可変容量素子において、プラズマ中の電子の衝突周波数ｖｍは、電子と中性粒子との間の弾性衝突が支配的であると考えられるため、下記式（３）で表すことができる。下記式（３）において、ｎｎは、電極間における中性粒子の密度であり、σｅ→ｎは、電子温度を引数とする電子と中性粒子との間の弾性衝突周波数である。また、ｋＢはボルツマン定数であり、Ｔｅは電子温度である。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　上記式（１）、上記式（２）および上記式（３）において、ｎｎ、ｎｅおよびＴｅ以外は定数であるので、プラズマの比誘電率εｐは、下記式（４）に示すｎｎ、ｎｅおよびＴｅを制御パラメータとした関数で表すことができる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　図１の特性図は、電磁波の角周波数ωが１８８（Ｍｒａｄ／ｓ）（電磁波の周波数は３０（ＭＨｚ））であり、衝突周波数ｖｍが２．４８（ＭＨｚ）、プラズマ状態とするガスの種類がアルゴンであり、ガス温度が１（ｅＶ）、ガス圧力が０．１（Ｐａ）である場合における、プラズマの比誘電率εｐとプラズマの電子密度ｎｅとの依存性を示している。図１において、実線は、プラズマの比誘電率εｐの実部Ｒｅ（εｐ）の電子密度ｎｅ依存性を示している。また、一点破線は、プラズマの比誘電率εｐの虚部Ｉｍ（εｐ）の電子密度ｎｅ依存性を示している。
　図１において矢印マークで示すように、電子密度ｎｅの変化に応じて実部Ｒｅ（εｐ）と虚部Ｉｍ（εｐ）が変化している。これにより、電子密度ｎｅを制御することによってプラズマの比誘電率εｐが可変となることは明らかである。一方、面積Ｓの導体板である２枚の電極を用いて、電極間距離ｄとなるように比誘電率εｒの誘電体媒質を挟んで構成されたキャパシタの静電容量値Ｃは、下記式（５）によって表すことができる。プラズマの比誘電率εｐはプラズマの電子密度ｎｅに依存するので、誘電体媒質がプラズマである場合、プラズマの電子密度ｎｅを調整することにより、下記式（５）に従って算出される静電容量値Ｃが可変となる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
　図２Ａは、実施の形態１に係る可変容量素子１の構成を示すブロック図である。図２Ａに示すように、可変容量素子１は、容器２、第１の電極３ａ、第２の電極３ｂ、第３の電極４ａ、第４の電極４ｂ、第１の導線５ａ、第２の導線５ｂおよび可変電源装置６を備えている。容器２は、中空円筒形状を有した容器であり、非金属材料によって構成されている。容器２には、例えば、ガラスなどの低誘電損失な誘電体材料が望ましい。
　図２Ｂは、容器２を、中心軸Ａに直交する面によって切った断面を示す断面図である。図２Ｂに示すように、容器２において、外側円筒部２ａの内周側には、内側円筒部２ｂが配置されており、外側円筒部２ａの外周面と内側円筒部２ｂの内周面との間に空間部２ｅが形成されている。さらに、図２Ａに示すように、空間部２ｅの長手方向に沿った一方の端部には、第１の端面２ｃが設けられ、空間部２ｅにおける第１の端面２ｃとは反対側の端部には、第２の端面２ｄが設けられている。空間部２ｅは、第１の端面２ｃおよび第２の端面２ｄによって外部から隔離されている。
　空間部２ｅにはガスが封入される。空間部２ｅに封入されるガスは、電離しやすいガスであり、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴンがある。また、外側円筒部２ａの外周面には、第１の電極３ａが設けられ、内側円筒部２ｂの内周面には、第２の電極３ｂが設けられる。さらに、空間部２ｅの内側における第１の端面２ｃには、第３の電極４ａが設けられ、空間部２ｅの内側における第２の端面２ｄには、第４の電極４ｂが設けられる。
　第１の端面２ｃおよび第２の端面２ｄには、給電用の貫通孔部が形成されている。第１の導線５ａの端部は、第１の端面２ｃにおける上記貫通孔部を通じて、第３の電極４ａに接続されている。さらに、第２の導線５ｂの端部は、第２の端面２ｄにおける上記貫通孔部を通じて、第４の電極４ｂに接続されている。
　第１の端面２ｃにおける貫通孔部は、第３の電極４ａに接続した第１の導線５ａの端部によって塞がれており、第２の端面２ｄにおける貫通孔部は、第４の電極４ｂに接続した第２の導線５ｂの端部によって塞がれている。これにより、空間部２ｅに封入されたガスが外部に漏れ出すことはない。なお、第１の電極３ａは、外側円筒部２ａの外周面に配置され、第２の電極３ｂは、内側円筒部２ｂの内周面に配置されているので、第１の電極３ａおよび第２の電極３ｂは、ともに空間部２ｅに封入されたガスに接触していない。
　可変電源装置６は、空間部２ｅに封入されたガスをプラズマ状態とする電力を調整することにより、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間における静電容量値Ｃを可変とする電力調整部である。例えば、可変電源装置６は、第１の導線５ａおよび第２の導線５ｂを通じて第３の電極４ａおよび第４の電極４ｂへ高電圧の電力を供給することにより、空間部２ｅに封入されたガスを電離させてプラズマ状態とする。
　可変電源装置６は、空間部２ｅに封入されたガスがプラズマ状態であるときに、第３の電極４ａと第４の電極４ｂとを通じて空間部２ｅのガスに供給される電力を調整することにより、プラズマの電子密度ｎｅを変化させる。上記式（４）に示したように、プラズマの比誘電率εｐは、プラズマの電子密度ｎｅに応じて変化する。従って、可変容量素子１は、空間部２ｅのガスに供給される電力を調整することにより、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間における静電容量値Ｃを変化させることが可能である。
　図３は、可変容量素子１の等価回路を示す等価回路図である。図３に示すように、可変容量素子１の等価回路は、キャパシタ７とキャパシタ８とを直列に接続した回路である。キャパシタ７は、外側円筒部２ａと内側円筒部２ｂからなり、容器２の材質が誘電体媒質である同心円筒形状のキャパシタである。キャパシタ８は、空間部２ｅの内部にあるプラズマが誘電体媒質である円筒状のキャパシタである。キャパシタ７の静電容量値Ｃｗは、容器２の材質が有する比複素誘電率εｗを用いて下記式（６）で表すことができる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　上記式（６）において、電極長ｌは、図２Ａに示すように、容器２の長手方向に沿った第１の電極３ａおよび第２の電極３ｂの長さである。中空部分の半径ｒは、図２Ｂに示すように、中心軸Ａから内側円筒部２ｂの内周面までの距離である。容器２の壁材の厚さｔは、例えば、内側円筒部２ｂの壁材の厚さである。電極間距離ｄは、図２Ｂに示すように第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間の距離である。
　キャパシタ８の静電容量値Ｃｐは、上記式（４）によって与えられるプラズマの比誘電率εｐを用いて、下記式（７）から算出される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
　可変容量素子１の静電容量値Ｃｎｅｗは、上記式（６）および上記式（７）を用いることで、下記式（８）に従って算出することができる。プラズマの比誘電率εｐは、上記式（４）に示すように、プラズマの電子密度ｎｅをパラメータとする関数で表されるので、静電容量値Ｃｎｅｗは、プラズマの電子密度ｎｅを制御することにより可変となる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
　実施の形態１に係る可変容量素子１によって得られる効果について、平行平板電極間に形成されたプラズマが誘電体媒質である従来の可変容量素子と比較して説明する。
　図４Ａは、従来の可変容量素子が備える容器１００を示す斜視図である。図４Ａに示すように、容器１００は直方体状の容器である。電極１００ａと電極１００ｂは、平行平板電極を構成する平板電極であり、直方体の容器１００における互いに対向した主面（最も広い面）の一方に電極１００ａが設けられ、もう一方に電極１００ｂが設けられている。
　容器１００の内壁面の一つには電極１０１ａが設けられ、容器１００の内部において、電極１０１ａと対向する内壁面には、電極１０１ｂが設けられている。また、容器１００には、電離しやすいガスが封入される。容器１００を備えた従来の可変容量素子は、電極１０１ａおよび電極１０１ｂへ高電圧を印加することで、容器１００に封入されたガスをプラズマ状態とし、電極１０１ａおよび電極１０１ｂに供給した電力を調整することで、電極１００ａと電極１００ｂとの間における静電容量値Ｃｏｌｄを変化させる。
　図４Ｂは、図４Ａにおける容器１００を幅方向に沿った面で切った断面を示す断面図である。図４Ｂに示すように、電極１００ａと電極１００ｂの間の距離がｄであり、容器１００の壁材の厚さがｔである。図４Ａに示すように、電極１００ａおよび電極１００ｂの電極長さがｌであり、電極幅がｗである。従来の可変容量素子における静電容量値Ｃｏｌｄは、下記式（９）を用いて表すことができる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
　図５は、可変容量素子における静電容量値Ｃの制御パラメータ依存性を示す特性図である。制御パラメータは、プラズマの電子密度ｎｅであり、可変容量素子は、実施の形態１に係る可変容量素子１と、図４Ａおよび図４Ｂに示した容器１００を備えた従来の可変容量素子である。図５において、実線は、静電容量値Ｃｎｅｗの電子密度ｎｅ依存性を示しており、一点破線は、静電容量値Ｃｏｌｄの電子密度ｎｅ依存性を示している。
　図５において、静電容量値Ｃｎｅｗの電子密度ｎｅ依存性および静電容量値Ｃｏｌｄの電子密度ｎｅ依存性は、上記式（１）、上記式（５）および上記式（９）を用いて算出されたものである。また、両方の可変容量素子を同一条件で比較するため、静電容量値ＣｎｅｗとＣｏｌｄの算出に用いられる電極長さｌ、壁材厚さｔ、電極間距離ｄおよび容器の材質は、両方の可変容量素子で合わせている。また、両方の可変容量素子で静電容量値の制御幅を合わせるため、上記式（９）における電極幅ｗは、下記式（１０）を用いて算出される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
　静電容量値ＣｎｅｗおよびＣｏｌｄの算出において、電磁波の角周波数ω、容器の材質が有する比複素誘電率εｗ、プラズマ中の電子の衝突周波数ｖｍ、電極長さｌ、中空部分の半径ｒおよび電極間距離ｄは、下記のように設定している。電磁波の角周波数ωは、１８８（Ｍｒａｄ／ｓ）（電磁波の周波数は、３０（ＭＨｚ））とする。容器の材質には、比複素誘電率εｗが３．８である石英ガラスを想定する。容器に封入されるガスには、アルゴンを想定し、ガス温度を１（ｅＶ）とし、ガス圧力を０．１（Ｐａ）とすることにより、プラズマ中の電子の衝突周波数ｖｍは２．４８（ＭＨｚ）となる。さらに、電極長さｌが４０（ｍｍ）、中空部分の半径ｒが２（ｍｍ）、電極間距離ｄが８（ｍｍ）である。
　図５から明らかなように、静電容量値ＣｎｅｗおよびＣｏｌｄはともに発散する領域が存在する。図１に示したプラズマの電子密度ｎｅが高い側において、プラズマの比誘電率εｐの実部Ｒｅ（εｐ）は０未満となり、上記式（６）における静電容量値Ｃｐは負の値となるので、Ｃｐ＋Ｃｗ＝０が成立する。そして、上記式（７）における分母が０となることで、ＣｎｅｗおよびＣｏｌｄが発散したと考えられる。これにより、プラズマの電子密度ｎｅが高い側において、両方の可変容量素子は、ともに等しい静電容量値の制御幅（Ｃｎｅｗ＞６．８１（ｐＦ）、Ｃｏｌｄ＞６．８１（ｐＦ））を有している。
　図５において、静電容量値Ｃｎｅｗは、静電容量値Ｃｏｌｄと比較して電子密度ｎｅがより低い側で発散している。例えば、静電容量値Ｃｎｅｗは、電子密度ｎｅが１．１８×１０１４（ｍ－３）で発散し、静電容量値Ｃｏｌｄは、電子密度ｎｅが６．１３×１０１４（ｍ－３）で発散している。すなわち、可変容量素子１は、従来の可変容量素子と比較して５２％程度の電子密度であっても、同等の制御幅で静電容量値を制御することができる。プラズマの電子密度と電極間に供給される放電電力とは比例の相関関係にあるので、可変容量素子１は、従来の可変容量素子に比べて、小電力で同等の制御幅の静電容量値の制御を実現することが可能である。
　容器２の内部に設けられた放電用電極（第３の電極４ａおよび第４の電極４ｂ）は、プラズマのスパッタリングによって損耗する。このスパッタリングの強度は、プラズマを形成するための放電電力に比例する。従って、放電電力を小電力に抑えることが可能な可変容量素子１では、放電用電極の損耗が低減され、従来の可変容量素子に比べて長寿命化が可能である。
　以上のように、実施の形態１に係る可変容量素子１によれば、中空円筒形状を有した容器２において中空円筒形状の外周面と内周面との間に設けられた空間部２ｅにガスが封入されている。空間部２ｅにおけるガスをプラズマ状態とする電力を調整することにより、中空円筒形状の外周面に設けられた第１の電極３ａと中空円筒形状の内周面に設けられた第２の電極３ｂとの間における静電容量値Ｃｎｅｗが可変となる。これにより、可変容量素子１は、電極１００ａ，１００ｂ間に形成されたプラズマが誘電体媒質である、従来の可変容量素子に比べて、小電力で静電容量値Ｃｎｅｗを制御することができる。
実施の形態２．
　図６は、実施の形態２に係る可変容量素子１Ａの構成を示すブロック図である。図６において、可変容量素子１Ａは、容器２Ａ、第１の電極３ａ、第２の電極３ｂ、コイル９、第１の導線５ａ、第２の導線５ｂおよび可変電源装置６を備える。容器２Ａは、外側円筒部２ａと内側円筒部２ｂからなる中空円筒形状を有した容器であり、非金属材料によって構成される。容器２Ａには、例えば、ガラスなどの低誘電損失な誘電体材料が望ましい。
　容器２Ａには、容器２と同様に、外側円筒部２ａの外周面と内側円筒部２ｂの内周面との間に、図２Ｂに示した空間部２ｅが設けられている。また、外側円筒部２ａの外周面には第１の電極３ａが配置され、内側円筒部２ｂの内周面には第２の電極３ｂが配置されている。ただし、容器２Ａには、図２Ａに示した第３の電極４ａと第４の電極４ｂがなく、その代わりにコイル９が設けられている。空間部２ｅには、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどのガスが封入されている。
　コイル９は、第１の電極３ａおよび第２の電極３ｂと電気的に絶縁するように、容器２Ａの外周面（外側円筒部２ａの外周面）に螺旋状に巻回された導体部である。コイル９の一方の端部は、第１の導線５ａの端部に接続されており、コイル９のもう一方の端部は、第２の導線５ｂの端部に接続されている。可変電源装置６は、第１の導線５ａおよび第２の導線５ｂを通じてコイル９へ高周波の電力を供給することで、空間部２ｅに封入されたガスをプラズマ状態とする。
　可変電源装置６は、空間部２ｅに封入されたガスがプラズマ状態であるときに、コイル９に供給される電力を調整することで、プラズマの電子密度ｎｅを変化させる。プラズマの比誘電率εｐはプラズマの電子密度ｎｅに応じて変化するので、可変容量素子１Ａは、空間部２ｅのガスに供給される電力を調整することで、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間における静電容量値Ｃｎｅｗを変化させることが可能である。
　以上のように、実施の形態２に係る可変容量素子１Ａは、第１の電極３ａおよび第２の電極３ｂと電気的に絶縁するように、容器２Ａの外周面に螺旋状に巻回されたコイル９を備える。可変電源装置６は、コイル９に供給される電力を調整することにより、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間における静電容量値Ｃｎｅｗが可変となる。これにより、可変容量素子１Ａは、平行平板電極間に形成されたプラズマが誘電体媒質である従来の可変容量素子に比べて、小電力で静電容量値Ｃｎｅｗを制御することができる。
　また、可変容量素子１Ａは、容器２Ａの内部に放電用電極を配置することなく、空間部２ｅに封入されたガスのプラズマを形成することができる。このため、可変容量素子１Ａは、可変容量素子１よりも長寿命化することができる。
実施の形態３．
　図７は、実施の形態３に係る可変容量素子１Ｂの構成を示すブロック図である。図７において、可変容量素子１Ｂは、容器２Ｂ、第１の電極３ａ、第２の電極３ｂ、第３の電極４ａ、第４の電極４ｂ、第１の導線５ａ、第２の導線５ｂ、可変電源装置６、第１のガス流量調整装置１０、真空ポンプ１１、第２のガス流量調整装置１２、ガスボンベ１３および制御装置１４を備える。
　容器２Ｂは、外側円筒部２ａと内側円筒部２ｂからなる中空円筒形状を有した容器であり、非金属の材料によって構成される。容器２Ｂには、例えば、ガラスなどの低誘電損失な誘電体材料が望ましい。
　容器２Ｂには、容器２と同様に、外側円筒部２ａの外周面と内側円筒部２ｂの内周面との間に、図２Ｂに示した空間部２ｅが設けられている。また、外側円筒部２ａの外周面には第１の電極３ａが配置され、内側円筒部２ｂの内周面には第２の電極３ｂが配置され、空間部２ｅの内部の第１の端面２ｃには第３の電極４ａが配置され、空間部２ｅの内部の第２の端面２ｄには第４の電極４ｂが配置されている。
　容器２Ｂにおける外側円筒部２ａには、図７に示すように、空間部２ｅの内部に通じた管状部２ｆおよび管状部２ｇが形成されている。管状部２ｆは、空間部２ｅから排出されるガスが流通する第１の管状部であり、管状部２ｇは、空間部２ｅへ導入されるガスが流通する第２の管状部である。
　第１のガス流量調整装置１０は、管状部２ｆを通して空間部２ｅから排出されるガスの流量を調整する第１の流量調整部である。第１のガス流量調整装置１０は、管状部２ｆと真空ポンプ１１に接続されている。空間部２ｅの内部のガスは、真空ポンプ１１の吸引力によって空間部２ｅから排出される。第１のガス流量調整装置１０は、真空ポンプ１１の吸引力を制御することにより、管状部２ｆを通して空間部２ｅから排出されるガスの流量を調整する。
　第２のガス流量調整装置１２は、管状部２ｇを通して空間部２ｅへ導入されるガスの流量を調整する第２の流量調整部である。第２のガス流量調整装置１２は、管状部２ｇと、ガスボンベ１３に接続されている。ガスボンベ１３には、容器２Ｂに封入するガスが収容されている。第２のガス流量調整装置１２は、ガスボンベ１３から導入されるガスの流量を制御することで、管状部２ｇを通して空間部２ｅへ導入されるガスの流量を調整する。
　制御装置１４は、可変電源装置６、第１のガス流量調整装置１０および第２のガス流量調整装置１２を制御することにより、ガスのプラズマの電子密度ｎｅおよび空間部２ｅにおけるガス密度（第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間における中性粒子の密度ｎｎ）を制御する制御部である。
　例えば、制御装置１４は、第１のガス流量調整装置１０を制御して容器２Ｂから排出されるガスの流量を調整し、第２のガス流量調整装置１２を制御して容器２Ｂへ導入されるガスの流量を調整することで、容器２Ｂの内部におけるガス密度を制御する。また、制御装置１４は、可変電源装置６を制御して第３の電極４ａと第４の電極４ｂを通じて空間部２ｅのガスに供給される電力を調整することで、プラズマの電子密度ｎｅを制御する。
　上記式（４）に示したように、プラズマの比誘電率εｐは、プラズマの電子密度ｎｅと中性粒子の密度ｎｎを変数とする関数で表すことができる。制御装置１４は、プラズマの電子密度ｎｅおよび中性粒子の密度ｎｎを制御パラメータとして、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間における静電容量値Ｃを制御可能である。電子密度ｎｅに加えて、中性粒子の密度ｎｎが制御パラメータとなることで、可変容量素子１Ｂにおける静電容量値の制御精度が向上する。
　なお、容器２Ｂが、容器２に対して管状部２ｆと管状部２ｇを設けた構造である場合を示したが、容器２Ｂは、容器２Ａに対して管状部２ｆと管状部２ｇを設けた構造であってもよい。この場合、制御装置１４は、可変電源装置６を制御してコイル９を通じて空間部２ｅのガスに供給される電力を調整することで、プラズマの電子密度ｎｅを制御する。
　以上のように、実施の形態３に係る可変容量素子１Ｂにおいて、制御装置１４が、第１のガス流量調整装置１０を制御して容器２Ｂから排出されるガスの流量を調整し、第２のガス流量調整装置１２を制御して容器２Ｂへ導入されるガスの流量を調整することで、容器２Ｂの内部におけるガス密度を制御し、可変電源装置６を制御してプラズマの電子密度ｎｅを制御する。これにより、可変容量素子１Ｂは、プラズマの電子密度ｎｅおよび中性粒子の密度ｎｎを制御パラメータとして、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間における静電容量値Ｃを制御することができる。
　なお、実施の形態１から実施の形態３においては、空間部２ｅにおけるプラズマの電子密度ｎｅと中性粒子の密度ｎｎがともに制御されていた。ただし、目的の静電容量値は、プラズマの電子密度ｎｅまたは中性粒子の密度ｎｎのいずれか一方を調整して得られたものであってよい。
　なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
　本開示に係る可変容量素子は、例えば、可変インピーダンス整合回路に用いることができる。
　１，１Ａ，１Ｂ　可変容量素子、２，２Ａ，２Ｂ　容器、２ａ　外側円筒部、２ｂ　内側円筒部、２ｃ　第１の端面、２ｄ　第２の端面、２ｅ　空間部、２ｆ，２ｇ　管状部、３ａ　第１の電極、３ｂ　第２の電極、４ａ　第３の電極、４ｂ　第４の電極、５ａ　第１の導線、５ｂ　第２の導線、６　可変電源装置、７，８　キャパシタ、９　コイル、１０　第１のガス流量調整装置、１１　真空ポンプ、１２　第２のガス流量調整装置、１３　ガスボンベ、１４　制御装置、１００　容器、１００ａ，１００ｂ，１０１ａ，１０１ｂ　電極。

Claims (4)

  1. 　中空円筒形状を有し、前記中空円筒形状の外周面と内周面との間に設けられた空間部にガスが封入された容器と、
    　前記中空円筒形状の前記外周面に設けられた第１の電極と、
    　前記中空円筒形状の前記内周面に設けられ、前記空間部を介して前記第１の電極と対向している第２の電極と、
    　前記空間部に封入された前記ガスをプラズマ状態とする電力を調整することにより、前記第１の電極と前記第２の電極との間における静電容量値を可変とする電力調整部と、
    　を備えたことを特徴とする可変容量素子。
  2. 　前記空間部における第１の端面に設けられた第３の電極と、
    　前記空間部における前記第１の端面とは反対側の第２の端面に設けられた第４の電極とを備え、
    　前記電力調整部は、前記第３の電極および前記第４の電極に供給される電力を調整すること
    　を特徴とする請求項１記載の可変容量素子。
  3. 　前記第１の電極および前記第２の電極と電気的に絶縁するように前記容器の前記外周面に螺旋状に巻回された導体部を備え、
    　前記電力調整部は、前記導体部に供給される電力を調整すること
    　を特徴とする請求項１記載の可変容量素子。
  4. 　前記容器に設けられ、前記空間部から排出される前記ガスが流通する第１の管状部と、
    　前記容器に設けられ、前記空間部へ導入される前記ガスが流通する第２の管状部と、
    　前記第１の管状部を通して前記空間部から排出される前記ガスの流量を調整する第１の流量調整部と、
    　前記第２の管状部を通して前記空間部へ導入される前記ガスの流量を調整する第２の流量調整部と、
    　前記電力調整部、前記第１の流量調整部および前記第２の流量調整部を制御することにより、前記ガスのプラズマの電子密度および前記空間部におけるガス密度を制御する制御部と、
    　を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項記載の可変容量素子。
PCT/JP2020/003910 2020-02-03 2020-02-03 可変容量素子 WO2021156910A1 (ja)

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