トランジスタベースのマイクロメータ又はナノメータ共振装置
【課題】実装が容易であり、且つ、極めて小さな表面積を占める、例えばオシレータ型の共振装置を提供する。
【解決手段】共振装置は、可動素子（３）と固定素子（４）とを備えるナノメータサイズ又はマイクロメータサイズの電気機械共振器（１）を備える。検出手段は、共振器（１）の励振入力（Ｅ）に接続されるフィードバックループに、固定素子（４）に対する可動素子（３）の動きを表す検出信号を供給する。共振器（１）は、検出手段及びフィードバックループと同じ基板上に形成される。フィードバックループは、多くとも、基準電圧（ＧＮＤ）と励振入力（Ｅ）との間に直列に接続される第１トランジスタ（６）及び第２トランジスタ（７）を備える。容量性負荷（５）は、励振入力（Ｅ）と基準電圧（ＧＮＤ）との間に接続される。検出信号は、第１トランジスタ（６）の導電率を制御する。
【解決手段】共振装置は、可動素子（３）と固定素子（４）とを備えるナノメータサイズ又はマイクロメータサイズの電気機械共振器（１）を備える。検出手段は、共振器（１）の励振入力（Ｅ）に接続されるフィードバックループに、固定素子（４）に対する可動素子（３）の動きを表す検出信号を供給する。共振器（１）は、検出手段及びフィードバックループと同じ基板上に形成される。フィードバックループは、多くとも、基準電圧（ＧＮＤ）と励振入力（Ｅ）との間に直列に接続される第１トランジスタ（６）及び第２トランジスタ（７）を備える。容量性負荷（５）は、励振入力（Ｅ）と基準電圧（ＧＮＤ）との間に接続される。検出信号は、第１トランジスタ（６）の導電率を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動素子及び固定素子を備えるナノメータサイズ又はマイクロメータサイズの電気機械共振器を備える共振装置に関する。検出手段は、固定素子に対する可動素子の動きを表す検出信号を、共振器の励振入力に接続されるフィードバックループに供給する。
【背景技術】
【０００２】
小型化の競争を続けられるようにするために、集積回路は、新しい機能を集積し、且つ、これらの新しい機能をより小規模で動作させなければならない。主な研究分野の１つは、チップ内の共振装置の集積化である。実際には、気相化学センサ、分子力センサ、又は質量分析器等の多くの分野において、少なくとも１つの共振器を備える集積回路が注目されている。設計者は、追加の個別部品である共振器を集積型共振器に置き換えることに取り組んでいる。このオシレータを集積することにより、装置の表面積の利得又は装置の大きさの利得だけでなく、消費エネルギの利得と、例えば集積型オシレータの性能の改善と、を得ることが期待されている。
【０００３】
例えば、共振器は、ビーム、プレート、ディスク、又はナノワイヤ型の可動素子等のマイクロメータサイズ又はナノメータサイズの電気機械共振器とすることが有用であるし、ＲＬＣ型受動回路に同化可能な電気共振器とすることもできる。共振器は、励振手段として作動する励振入力を備えている。
【０００４】
多数の刊行物が、マイクロメータサイズ又はナノメータサイズの電気機械共振器、すなわち、集積回路の寸法に適合する共振器を取り扱っている。しかしながら、妥当なサイズの共振器を得ることは重要なことであるが、共振器をオシレータに変換させるために共振器に関連する電子部分は、集積回路の極めて厳しい仕様に適合していなければならない。
【０００５】
マイクロメータサイズ又はナノメータサイズの電気機械共振器を使用するオシレータが既に実験されてきた。しかし、これらの共振器は、極めて大きな空間、典型的には、約１００×１００［μｍ２］の表面積、を占める。従って、共振器を集積回路に集積することはできない。実際には、ほとんどのマイクロメータサイズの共振器は、遠隔の電子回路、すなわち共振器と同じ基板上に形成されていない電子回路、を備えている。その共振器は、複雑な方法により、共振器の動作回路に取り付けられていた。
【０００６】
非特許文献１は、複雑なフィードバック回路に結合するナノメータサイズの電気機械共振器を備えるオシレータについて述べている。同様のことが、非特許文献２でも述べられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】By Feng et al. ”A self-sustaining ultrahigh-frequency nanoelectromechanical oscillator”, Nature nanotechnology, vol. 3, June 2008
【非特許文献２】By Verd et al. “Monolithic CMOS MEMS Oscillator Circuit for Sensing in the Attogram Range”, IEEE Electron Device Letters, Vol. 29, N°2, February 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、実装が容易であり、且つ、極めて小さな表面積を占める、例えばオシレータ型の共振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る共振装置は、共振器が、検出手段及びフィードバックループと同じ基板上に形成され、フィードバックループが、基準電圧と励振入力との間に直列に接続される多くとも第１トランジスタ及び第２トランジスタを備え、容量性負荷が、励振入力と基準電圧との間に接続され、検出信号が、第１トランジスタの導電率を制御することを特徴とする。
【００１０】
その他の利点及び特徴は、非限定的な例示目的で提示される本発明の特定の実施形態の以下の記述と、添付の図面と、から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図２】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図３】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図４】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図５】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図６】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図７】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図８】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図９】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図１０】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に示すように、共振装置は、マイクロメータサイズ又はナノメータサイズの電気機械共振器１と、対応する結合振動回路と、を備えるオシレータを形成する。共振装置は、バイアス素子２に接続される。共振器１は、可動素子３と、少なくとも１つの固定素子４と、を備える。可動素子３は、固定素子４に対して振動することができる。固定素子４は、少なくとも共振器１の可動素子３の励振手段に相当する。このように、励振手段は、共振器１の集積部を形成すると見なされる。従って、共振器１は、励振端子Ｅを備える。励振端子Ｅは、固定素子４から発生する励振力を制御し、励振電極とも呼ばれる。
【００１３】
励振手段は、容量型又は熱伸縮型であることが有用であるが、可動素子３の作動に適したその他の型とすることもできる。
【００１４】
共振装置は、固定素子４に対する可動素子３の動きの検出手段も備える。検出手段は、可動素子３の動きを電気信号に変換する。この電気信号は、固定素子４に対する可動素子３の位置を表す信号である。従って、共振器は、端子Ｄを備える。端子Ｄからは、可動素子３の動きを表す信号が、外部に送信され、それによりフィードバックループに送信される。
【００１５】
検出手段は、容量型又は圧電抵抗型であることが有用であるが、可動素子３の位置を測定するのに適したその他の型とすることもできる。
【００１６】
図１の特定の実施形態では、追加の固定素子８を備える共振器１を使用することができる。この追加の固定素子８は、追加の励振端子に対応づけることができる。追加の固定素子は、励振検出信号のデカップリングを改善するための検出電極である。共振器１の特性の制御を向上させるために、バイアス電圧Ｖｇが追加の固定素子８に加えられる。バイアス電圧Ｖｇは、第１トランジスタ６の動作点を制御可能にする。追加の励振電極は、容量型の励振にのみ使用可能である。
【００１７】
可動素子３の動きの検出手段は、追加の固定素子８（図１及び図２を参照）により実現することができる。その他の実施形態では、可動素子３は、検出手段（図３〜図５を参照）を備えることもできるし、検出手段を構成することもできる。
【００１８】
オシレータを形成するために、振動条件を満たすように、共振器１の可動素子３の動きを表す信号が変換、一般的には増幅及び位相シフト、されなければならない。そのとき、変換された代表信号は、励振手段を用いて、すなわち共振器１の励振端子Ｅを介して、共振器１に再び入力される。
【００１９】
信号の変換は、検出手段を励振端子Ｅに接続するフィードバックループにおいて実現され、バイアス素子２が少なくとも１つの容量性負荷５、本実施形態ではキャパシタ、を備えるという事実により実現される。容量性負荷５は、励振端子Ｅと基準電圧ＧＮＤとの間に接続される。検出手段により共振器１から送信される電流信号は、増幅され、及び／又は、電圧に変換され、且つ、容量性バイアス素子２を用いて９０°又はπ／２だけ位相シフトされる。
【００２０】
それにより、検出手段は、固定素子４に対する可動素子３の動きを表す検出信号を、共振器１の励振入力に接続されるフィードバックループに供給する。
【００２１】
従来、振動条件は、バルクハウゼン条件により定義される。これにより、電子回路に対応づけられる、電子回路の伝達関数Ｇと共振器の伝達関数Ｈとの積は１以上の利得を持たなければならず、且つ、フィードバックループからの信号と共振器１からの信号との位相差はｋを整数として２．ｋ．πに等しくなければならないことになる
【００２２】
共振器１の伝達関数Ｈは、共振器１の機械的特性と、励振手段の伝達関数と、を考慮する。従って、共振器１の伝達関数Ｈは、質量、剛性、及び減衰係数の関数、すなわち、共振器の幾何学的パラメータ及び共振器の組込条件の関数である。
【００２３】
対応づけられた回路の伝達関数は、フィードバックループ及び検出手段の伝達関数に対応する。検出手段及び励振手段が利得Ｋであると見なす場合には、バルクハウゼン条件は、以下のように再定義することができる。
− フィードバックループが、フィードバックループに入力される信号とフィードバックループから出力される信号との間のπ／２に相当する位相シフトを行うのに十分であること。
− 対応づけられた回路の絶対値が、以下の式１に相当すること。
【数１】
【００２４】
この定義より、オシレータを形成するには、フィードバックループが、上記位相シフトを行うことができ、且つ、自立した振動を得るのに十分な利得を保証することができる装置を備えていなければならないことになる。
【００２５】
これらの条件は、第１トランジスタ６を追加することにより（図１を参照）、又はフィードバックループに直列に接続された第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７を追加することにより（図２を参照）、得ることができる。第２トランジスタ７は、第１トランジスタ６からの出力に分配される電流の値を増幅する増幅トランジスタである。従って、フィードバックループは、直列に接続された最大でも２つのトランジスタ、すなわち第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７、を備えている。以下の例では、容量性負荷５は、フィードバックループに集積される。特殊な実施形態（図示せず）では、容量性負荷は、第１及び第２トランジスタが作製される集積回路の金属配線路により形成される。従って、フィードバックループは、直列に接続される最大２つのトランジスタだけでなく、例えば抵抗及びキャパシタ等の数個の受動素子も備えることができる。特定の実施形態では、フィードバックループは、第１トランジスタ６のみにより、又は第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７により形成される。
【００２６】
共振素子では、第１トランジスタ６は、基準電圧ＧＮＤと励振端子Ｅとの間に接続される。第２トランジスタ７は、基準電圧ＧＮＤと励振端子Ｅとの間の第１トランジスタ６に直列に接続することができる。第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７は、電界効果型又はバイポーラ型とは無関係にすることもできる。このように、第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７は、同一型とすることもできるし、異なる型とすることもできる。
【００２７】
第１トランジスタ６が電界効果型である場合には、第１トランジスタ６の第１ソース／ドレイン電極は、基準電圧ＧＮＤに接続される。第２ソース／ドレイン電極は、励振端子Ｅに直接接続されるか、又は第２トランジスタ７を用いて接続される。
【００２８】
バイアス素子２は、第１トランジスタ６の動作体制（operating regime）、又は第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７の動作体制を強制可能にし、且つ、端子Ｅの信号と検出端子Ｄの信号との間の位相シフトを保証する。また、バイアス素子２は、可動素子３を励振可能にする。
【００２９】
図１及び図２に示すように、共振器の振動特性を調節するように、可動素子３には、バイアス電圧Ｖｐｏｌを用いてバイアスをかけることができる。
【００３０】
容量性手段による励振検出の場合には、可動素子３の両側に設けられる２つの異なる電極、すなわち、２つの固定素子４，８、を使用することが有用である。一方の電極は、可動素子３の励振を行う。また、他方の電極は、可動素子３の動きの検出を行う。このように、静電気結合は、２つの電極間で大きく減少する。図３に示すように、単一の固定素子４のみを備える共振器を使用することも考えられる。そのとき、この単一の固定素子４は励振手段を備えるのに対して、可動素子３は、検出手段を備える又は検出手段を構成する。
【００３１】
第１トランジスタ６の導電率は、検出手段から出力される検出信号により制御される。このように、固定素子４に対する可動素子３の位置に依存して、検出信号の振幅は、変化し、且つ、第１トランジスタ６の２端子間を流れる電流を変化させる。
【００３２】
共振器１は、面内動作をすることもできるし、面外動作をすることもできる。共振器１は、例えば、組込−フリー（embedded-free）ビーム型（単一組込）とすることもできるし、組込−組込（embedded-embedded）ビーム型（二重組込）とすることもできるし、その他の公知の型とすることもできる。
【００３３】
フィードバックループを共振器１の極めて近くに集積することができるので、最大でも２つのトランジスタ６，７のみを備えるフィードバックループを使用することが特に有用である。それにより、共振素子が占める表面積を大きく低減することができる。また、浮遊容量も大きく低減する。これらの浮遊容量は、有用な信号の損失の原因及びいかなる見込み振動も妨げる背景雑音の発生の原因となる。
【００３４】
第１トランジスタ６が共振器１の極めて近くに設けられるので、浮遊容量の影響は、トランジスタ６の入力容量及び共振器１の静的容量と比較して無視できる。
【００３５】
第１トランジスタ６のバイアスは、励振端子Ｅに対して第１トランジスタ６又は第２トランジスタ７（トランジスタ７が設けられる場合）に接続されるバイアス素子２を用いて実現される。
【００３６】
オシレータの特定の実施形態では、励振及び検出は容量型である。図１に示すように、フィードバックループは、第１トランジスタ６により形成される。第１トランジスタ６の制御電極、ゲート電極又はベース電極は、検出手段、すなわち、端子Ｄに接続される。このようにして、検出手段は、第１トランジスタ６の導電率を調節する。第１トランジスタ６により分配される電流は、増幅することもできるし、励振手段により生成される作動力を制御しなくても良い。
【００３７】
共振器のその他の実施形態では、例えばナノワイヤ型の可動素子を使用することにより、励振を容量型とすることもできるし、検出を圧電抵抗型とすることもできる。図４及び図５に示すように、ナノワイヤは、バイアス電圧Ｖｐｏｌと検出端子Ｄとの間に接続される。そのとき、可動素子３として作動するナノワイヤは、励振手段により作動する。前述の実施形態の場合には、フィードバックループは、第１トランジスタ６（図４を参照）により構成されるか、又は第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７（図５を参照）により構成される。
【００３８】
図６に示すように、共振器１と、励振手段と、検出手段と、は浮遊トランジスタにより形成することができる。特に、本実施形態は、文献「by Colinet et al. ”Measurement of Nano-Movement Based on In-Phase Suspended-Gate MOSFET Detection Compatible with a Front-End CMOS Process” ISSCC 2008, 18.2」及びWO 2007135064号で説明されている。本実施形態では、第１トランジスタ６は電界効果トランジスタであり、且つ、第１トランジスタ６のゲートは共振器１の可動素子３により少なくとも部分的に形成される。それにより、チャネルと可動素子３との間のＭＯＳ容量の値をチャネルに対する可動素子３の位置に応じて変化させることができる。そのとき、第１トランジスタ６のチャネルは、第１トランジスタ６の導電率を制御する検出手段、すなわち、固定素子４として作動する。
【００３９】
図７に示すように、この型のオシレータに関して、バイアス素子２は、電源端子Ｖｄｄに対してバイアス抵抗９と直列に接続されるキャパシタ５を備えることができる。この場合には、抵抗９及びキャパシタ５と共通の端子は、励振端子Ｅに接続される。
【００４０】
例示目的でいえば、共振器が組込−組込ビーム型である場合には、共振器の長さは１４［μｍ］であり、共振器の幅は１［μｍ］である。ビームの厚さは３４０［ｎｍ］であり、ビームと励振検出電極との間の距離は１００［ｎｍ］である。各電極の表面積は１４×０．３４［μｍ２］である。典型的には、この型の共振器の性能係数は、負荷の無い状態で１０００である。共振器の有効質量は約１４．８×１０−１１［ｇ］であり、共振器の有効剛性は１００．９［Ｎ／ｍ］である。共振器の共振周波数は４．６［ＭＨｚ］である。
【００４１】
図８の例では、バイアス素子２は、電源電圧Ｖｄｄと励振端子Ｅとの間に接続される抵抗９と、励振端子Ｅと基準電圧ＧＮＤとの間に接続されるキャパシタ５と、により形成される。また、検出手段から出力される検出信号には、追加の電圧Ｖｇが加えられる追加の抵抗１０を用いてバイアスがかけられる。抵抗９，１０は、１０［ＭＯｈｍ］未満の抵抗を有する。また、励振端子Ｅに加えられるバイアス電圧は５［Ｖ］である。第１トランジスタ６の容量が１０［ｆＦ］であり、バイアス素子２のキャパシタ５の容量が０．５［ｐＦ］である場合には、フィードバックループの最小相互コンダクタンスは、２９．６［μＳ］でなければならない。この例では、そのような相互コンダクタンスの値が単一のトランジスタにより容易に得られるので、第２トランジスタ７は不要である。
【００４２】
図９に示すように、バイアス抵抗９を、励振端子Ｅと電源電圧Ｖｄｄとの間に接続される第３トランジスタ１１に置き換える変形例も可能である。この場合には、第３トランジスタの制御端子に加えられるバイアスＶＳは、バイアス電流を調節することができる。第３トランジスタ１１の制御電極に加えられる所定電圧ＶＳは、トランジスタの動作型を固定することができる。電圧ＶＳは、励振端子の電圧と等しくすることができる。そのとき、制御電極は、励振端子に接続される。所定電圧ＶＳを固定するための外部電源を使用することも考えられる。
【００４３】
その他の代替の実施形態では、第１トランジスタ６には、検出端子と第１トランジスタ６の制御電極との間に接続される追加の抵抗１０を用いてバイアスをかけられる。図１０に図示される特定の実施形態及び上述のその他の実施形態の組み合わせでは、第４トランジスタ１２を用いて追加の抵抗を実現することもできる。第４トランジスタ１２の制御電極に加えられる第２所定電圧ＶＷは、一定の電圧である。この第２所定電圧ＶＷは、追加の固定素子８の電圧と等しいことが有用であり、代替には外部電源から生ずる電圧と等しい。
【００４４】
さらにその他の実施形態では、共振器１により形成されるオシレータを実現することもできる。その共振器１は、容量性手段と、圧電抵抗手段により行われる共振器１の動きの検出、例えば面外動作の検出と、により励振する。
【００４５】
本実施形態では、励振電極は、可動素子３の下に設けられることが有用であり、典型的には二重組込ビームである。圧電抵抗力センサは、ビーム上に設けられる。また、ビームが変換したときに、センサは抵抗が変化したことを読み取る。センサの抵抗を計測することにより、ビームの動きを検出することができる。
【００４６】
前述の実施形態に関しては、フィードバックループのトランジスタ６，７の相互コンダクタンスは、圧電抵抗型の検出手段の利得及び励振手段の利得を考慮しなければならない。相互コンダクタンスは、共振器に付随する位相雑音と、第１トランジスタ６に付随する位相雑音と、第２トランジスタ７に付随する位相雑音と、もし適用可能であれば圧電抵抗センサに付随する位相雑音と、も考慮しなければならない。
【００４７】
例示目的でいえば、共振器が組込−組込ビーム型である場合には、共振器の長さは１４［μｍ］であり、共振器の幅は３４０［μｍ］である。ビームの厚さは１６０［ｎｍ］であり、ビームと励振検出電極との間の距離は１００［ｎｍ］である。各電極の表面積は１４×０．３４［μｍ２］である。典型的には、この型の共振器の性能係数は、負荷の無い状態で１０００である。共振器の有効質量は約１４．８×１０−１１［ｇ］であり、共振器の有効剛性は３．５７［Ｎ／ｍ］である。共振器の共振周波数は７．８［ＭＨｚ］である。センサは、２のセンサ係数を有するＡｌＳｉ型である。励振電極の長さは、ビームの長さの１／４である。検出手段の利得は０．４５［Ｏｈｍ．ｎｍ−１］である。
【００４８】
バイアス素子２は、電源電圧Ｖｄｄと励振端子Ｅとの間に接続されるバイアス抵抗９と、励振端子と基準電圧ＧＮＤとの間に接続されるキャパシタ５と、により形成される。また、検出手段から出力される検出信号には、追加の抵抗１０を用いてバイアスがかけられる。抵抗９の抵抗値は１０［ＭＯｈｍ］未満であり、抵抗１０の抵抗値は５０［Ｏｈｍ］未満であり、励振端子Ｅに加えられるバイアスは５［Ｖ］である。第１トランジスタ６の容量は１０［ｆＦ］であり、バイアス素子のキャパシタ５の容量は０．５［ｐＦ］である。圧電抵抗力センサに加えられる電圧は１［Ｖ］である。これらの条件下では、フィードバックループの最小相互コンダクタンスは、１５６［μＳ］でなければならない。この例では、そのような相互コンダクタンスの値が単一のトランジスタにより容易に得られるので、第２トランジスタは不要である。
【００４９】
その他の実施形態では、容量性作動及び圧電抵抗検出を有する共振器１を備えるオシレータを実現することも考えられる。例えば、この共振器は、面内動作をすることもできる。共振器１のレバレッジアームは、静電気力により作動する。また、共振器の振動動きは、このレバレッジアームに垂直に置かれたセンサの圧縮／伸張応力を含む。
【００５０】
前述の実施形態の変形例では、共振器１は、ナノワイヤにより形成される。励振は容量性手段により行われる。また、検出は圧電抵抗手段により行われる。実際には、ナノワイヤは極めて大きな圧電抵抗効果を示す。その圧電抵抗効果は、検出手段の極めて高い変換利得を得られるようにする。フィードバックループが供給しなければならない電子回路の利得はますます小さくなるので、本実施形態は特に有用である。抵抗変化がナノワイヤの変形により生じるので、共振器は、第１トランジスタ６に接続される可変抵抗としてナノワイヤを使用することにより得られる。
【００５１】
さらにその他の実施形態では、励振手段は熱型であるのに対して、検出手段は圧電抵抗型である。そのような実装は、「Bargatin et al. “Efficient electrothermal actuation of multiple mode of high-frequency nanomechanical resonators”, Applied Physics Letters 90, 2007」により提案されている。
【００５２】
オシレータのトポロジは、コルピッツ型である。また、第１トランジスタ６、又は第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７には、容量性バイアス素子２を用いてバイアスがかけられる。そのとき、バイアス素子２は、トランスインピーダンス増幅器として作動する。トランスインピーダンス増幅器は、共振器１から発生する直流電流を励振端子Ｅの適切な電圧に変換するのに使用される。
【００５３】
増幅電圧Ｖｃａｓは、第２トランジスタ７から出力される電流を調節できるように、第２トランジスタ７の制御電極に加えられる。従って、励振端子にバイアスがかけられる。
【００５４】
このアーキテクチャは、オシレータの機能に特化した共通集積型（co-integrated）ハイブリッド共振器／第１トランジスタ能動部品から構成される。そのとき、オシレータの異なる素子には、第１電界効果トランジスタ６の利得及び信号の位相シフトを固定するためにバイアスがかけられる。
【００５５】
共振器１のサイズの縮小が、固定された検出励振素子のすぐ近くで適切な可動素子を得られるようにするので、この回路は特に有用である。このサイズ縮小、特にナノワイヤの使用により、変換装置の利得が結果として大きく増加する。従って、フィードバックループは、典型的にはトランジスタの利得又は直列の２つのトランジスタの利得である自然利得（natural gain）を示さなければならない。
【００５６】
フィードバックループの相互コンダクタンスは、共振器１の幾何学的パラメータと、共振器１に結合する励振検出手段の幾何学的パラメータと、の関数であるので、１又は２つのトランジスタにより形成されるフィードバックループは、極めて現実的である。
【００５７】
また、共振器１と、フィードバックループと、検出手段と、を同じ基板上に作製することにより、集積密度が向上する。このことは、特に、共振装置のマトリクスを基板上に作製できるようにする。例示目的でいえば、約１００［μｍ２］の電子的なフィードバック回路を有する共振装置を実現することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動素子及び固定素子を備えるナノメータサイズ又はマイクロメータサイズの電気機械共振器を備える共振装置に関する。検出手段は、固定素子に対する可動素子の動きを表す検出信号を、共振器の励振入力に接続されるフィードバックループに供給する。
【背景技術】
【０００２】
小型化の競争を続けられるようにするために、集積回路は、新しい機能を集積し、且つ、これらの新しい機能をより小規模で動作させなければならない。主な研究分野の１つは、チップ内の共振装置の集積化である。実際には、気相化学センサ、分子力センサ、又は質量分析器等の多くの分野において、少なくとも１つの共振器を備える集積回路が注目されている。設計者は、追加の個別部品である共振器を集積型共振器に置き換えることに取り組んでいる。このオシレータを集積することにより、装置の表面積の利得又は装置の大きさの利得だけでなく、消費エネルギの利得と、例えば集積型オシレータの性能の改善と、を得ることが期待されている。
【０００３】
例えば、共振器は、ビーム、プレート、ディスク、又はナノワイヤ型の可動素子等のマイクロメータサイズ又はナノメータサイズの電気機械共振器とすることが有用であるし、ＲＬＣ型受動回路に同化可能な電気共振器とすることもできる。共振器は、励振手段として作動する励振入力を備えている。
【０００４】
多数の刊行物が、マイクロメータサイズ又はナノメータサイズの電気機械共振器、すなわち、集積回路の寸法に適合する共振器を取り扱っている。しかしながら、妥当なサイズの共振器を得ることは重要なことであるが、共振器をオシレータに変換させるために共振器に関連する電子部分は、集積回路の極めて厳しい仕様に適合していなければならない。
【０００５】
マイクロメータサイズ又はナノメータサイズの電気機械共振器を使用するオシレータが既に実験されてきた。しかし、これらの共振器は、極めて大きな空間、典型的には、約１００×１００［μｍ２］の表面積、を占める。従って、共振器を集積回路に集積することはできない。実際には、ほとんどのマイクロメータサイズの共振器は、遠隔の電子回路、すなわち共振器と同じ基板上に形成されていない電子回路、を備えている。その共振器は、複雑な方法により、共振器の動作回路に取り付けられていた。
【０００６】
非特許文献１は、複雑なフィードバック回路に結合するナノメータサイズの電気機械共振器を備えるオシレータについて述べている。同様のことが、非特許文献２でも述べられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】By Feng et al. ”A self-sustaining ultrahigh-frequency nanoelectromechanical oscillator”, Nature nanotechnology, vol. 3, June 2008
【非特許文献２】By Verd et al. “Monolithic CMOS MEMS Oscillator Circuit for Sensing in the Attogram Range”, IEEE Electron Device Letters, Vol. 29, N°2, February 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、実装が容易であり、且つ、極めて小さな表面積を占める、例えばオシレータ型の共振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る共振装置は、共振器が、検出手段及びフィードバックループと同じ基板上に形成され、フィードバックループが、基準電圧と励振入力との間に直列に接続される多くとも第１トランジスタ及び第２トランジスタを備え、容量性負荷が、励振入力と基準電圧との間に接続され、検出信号が、第１トランジスタの導電率を制御することを特徴とする。
【００１０】
その他の利点及び特徴は、非限定的な例示目的で提示される本発明の特定の実施形態の以下の記述と、添付の図面と、から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図２】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図３】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図４】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図５】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図６】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図７】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図８】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図９】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【図１０】本発明に係るオシレータの特定の実施形態を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に示すように、共振装置は、マイクロメータサイズ又はナノメータサイズの電気機械共振器１と、対応する結合振動回路と、を備えるオシレータを形成する。共振装置は、バイアス素子２に接続される。共振器１は、可動素子３と、少なくとも１つの固定素子４と、を備える。可動素子３は、固定素子４に対して振動することができる。固定素子４は、少なくとも共振器１の可動素子３の励振手段に相当する。このように、励振手段は、共振器１の集積部を形成すると見なされる。従って、共振器１は、励振端子Ｅを備える。励振端子Ｅは、固定素子４から発生する励振力を制御し、励振電極とも呼ばれる。
【００１３】
励振手段は、容量型又は熱伸縮型であることが有用であるが、可動素子３の作動に適したその他の型とすることもできる。
【００１４】
共振装置は、固定素子４に対する可動素子３の動きの検出手段も備える。検出手段は、可動素子３の動きを電気信号に変換する。この電気信号は、固定素子４に対する可動素子３の位置を表す信号である。従って、共振器は、端子Ｄを備える。端子Ｄからは、可動素子３の動きを表す信号が、外部に送信され、それによりフィードバックループに送信される。
【００１５】
検出手段は、容量型又は圧電抵抗型であることが有用であるが、可動素子３の位置を測定するのに適したその他の型とすることもできる。
【００１６】
図１の特定の実施形態では、追加の固定素子８を備える共振器１を使用することができる。この追加の固定素子８は、追加の励振端子に対応づけることができる。追加の固定素子は、励振検出信号のデカップリングを改善するための検出電極である。共振器１の特性の制御を向上させるために、バイアス電圧Ｖｇが追加の固定素子８に加えられる。バイアス電圧Ｖｇは、第１トランジスタ６の動作点を制御可能にする。追加の励振電極は、容量型の励振にのみ使用可能である。
【００１７】
可動素子３の動きの検出手段は、追加の固定素子８（図１及び図２を参照）により実現することができる。その他の実施形態では、可動素子３は、検出手段（図３〜図５を参照）を備えることもできるし、検出手段を構成することもできる。
【００１８】
オシレータを形成するために、振動条件を満たすように、共振器１の可動素子３の動きを表す信号が変換、一般的には増幅及び位相シフト、されなければならない。そのとき、変換された代表信号は、励振手段を用いて、すなわち共振器１の励振端子Ｅを介して、共振器１に再び入力される。
【００１９】
信号の変換は、検出手段を励振端子Ｅに接続するフィードバックループにおいて実現され、バイアス素子２が少なくとも１つの容量性負荷５、本実施形態ではキャパシタ、を備えるという事実により実現される。容量性負荷５は、励振端子Ｅと基準電圧ＧＮＤとの間に接続される。検出手段により共振器１から送信される電流信号は、増幅され、及び／又は、電圧に変換され、且つ、容量性バイアス素子２を用いて９０°又はπ／２だけ位相シフトされる。
【００２０】
それにより、検出手段は、固定素子４に対する可動素子３の動きを表す検出信号を、共振器１の励振入力に接続されるフィードバックループに供給する。
【００２１】
従来、振動条件は、バルクハウゼン条件により定義される。これにより、電子回路に対応づけられる、電子回路の伝達関数Ｇと共振器の伝達関数Ｈとの積は１以上の利得を持たなければならず、且つ、フィードバックループからの信号と共振器１からの信号との位相差はｋを整数として２．ｋ．πに等しくなければならないことになる
【００２２】
共振器１の伝達関数Ｈは、共振器１の機械的特性と、励振手段の伝達関数と、を考慮する。従って、共振器１の伝達関数Ｈは、質量、剛性、及び減衰係数の関数、すなわち、共振器の幾何学的パラメータ及び共振器の組込条件の関数である。
【００２３】
対応づけられた回路の伝達関数は、フィードバックループ及び検出手段の伝達関数に対応する。検出手段及び励振手段が利得Ｋであると見なす場合には、バルクハウゼン条件は、以下のように再定義することができる。
− フィードバックループが、フィードバックループに入力される信号とフィードバックループから出力される信号との間のπ／２に相当する位相シフトを行うのに十分であること。
− 対応づけられた回路の絶対値が、以下の式１に相当すること。
【数１】
【００２４】
この定義より、オシレータを形成するには、フィードバックループが、上記位相シフトを行うことができ、且つ、自立した振動を得るのに十分な利得を保証することができる装置を備えていなければならないことになる。
【００２５】
これらの条件は、第１トランジスタ６を追加することにより（図１を参照）、又はフィードバックループに直列に接続された第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７を追加することにより（図２を参照）、得ることができる。第２トランジスタ７は、第１トランジスタ６からの出力に分配される電流の値を増幅する増幅トランジスタである。従って、フィードバックループは、直列に接続された最大でも２つのトランジスタ、すなわち第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７、を備えている。以下の例では、容量性負荷５は、フィードバックループに集積される。特殊な実施形態（図示せず）では、容量性負荷は、第１及び第２トランジスタが作製される集積回路の金属配線路により形成される。従って、フィードバックループは、直列に接続される最大２つのトランジスタだけでなく、例えば抵抗及びキャパシタ等の数個の受動素子も備えることができる。特定の実施形態では、フィードバックループは、第１トランジスタ６のみにより、又は第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７により形成される。
【００２６】
共振素子では、第１トランジスタ６は、基準電圧ＧＮＤと励振端子Ｅとの間に接続される。第２トランジスタ７は、基準電圧ＧＮＤと励振端子Ｅとの間の第１トランジスタ６に直列に接続することができる。第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７は、電界効果型又はバイポーラ型とは無関係にすることもできる。このように、第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７は、同一型とすることもできるし、異なる型とすることもできる。
【００２７】
第１トランジスタ６が電界効果型である場合には、第１トランジスタ６の第１ソース／ドレイン電極は、基準電圧ＧＮＤに接続される。第２ソース／ドレイン電極は、励振端子Ｅに直接接続されるか、又は第２トランジスタ７を用いて接続される。
【００２８】
バイアス素子２は、第１トランジスタ６の動作体制（operating regime）、又は第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７の動作体制を強制可能にし、且つ、端子Ｅの信号と検出端子Ｄの信号との間の位相シフトを保証する。また、バイアス素子２は、可動素子３を励振可能にする。
【００２９】
図１及び図２に示すように、共振器の振動特性を調節するように、可動素子３には、バイアス電圧Ｖｐｏｌを用いてバイアスをかけることができる。
【００３０】
容量性手段による励振検出の場合には、可動素子３の両側に設けられる２つの異なる電極、すなわち、２つの固定素子４，８、を使用することが有用である。一方の電極は、可動素子３の励振を行う。また、他方の電極は、可動素子３の動きの検出を行う。このように、静電気結合は、２つの電極間で大きく減少する。図３に示すように、単一の固定素子４のみを備える共振器を使用することも考えられる。そのとき、この単一の固定素子４は励振手段を備えるのに対して、可動素子３は、検出手段を備える又は検出手段を構成する。
【００３１】
第１トランジスタ６の導電率は、検出手段から出力される検出信号により制御される。このように、固定素子４に対する可動素子３の位置に依存して、検出信号の振幅は、変化し、且つ、第１トランジスタ６の２端子間を流れる電流を変化させる。
【００３２】
共振器１は、面内動作をすることもできるし、面外動作をすることもできる。共振器１は、例えば、組込−フリー（embedded-free）ビーム型（単一組込）とすることもできるし、組込−組込（embedded-embedded）ビーム型（二重組込）とすることもできるし、その他の公知の型とすることもできる。
【００３３】
フィードバックループを共振器１の極めて近くに集積することができるので、最大でも２つのトランジスタ６，７のみを備えるフィードバックループを使用することが特に有用である。それにより、共振素子が占める表面積を大きく低減することができる。また、浮遊容量も大きく低減する。これらの浮遊容量は、有用な信号の損失の原因及びいかなる見込み振動も妨げる背景雑音の発生の原因となる。
【００３４】
第１トランジスタ６が共振器１の極めて近くに設けられるので、浮遊容量の影響は、トランジスタ６の入力容量及び共振器１の静的容量と比較して無視できる。
【００３５】
第１トランジスタ６のバイアスは、励振端子Ｅに対して第１トランジスタ６又は第２トランジスタ７（トランジスタ７が設けられる場合）に接続されるバイアス素子２を用いて実現される。
【００３６】
オシレータの特定の実施形態では、励振及び検出は容量型である。図１に示すように、フィードバックループは、第１トランジスタ６により形成される。第１トランジスタ６の制御電極、ゲート電極又はベース電極は、検出手段、すなわち、端子Ｄに接続される。このようにして、検出手段は、第１トランジスタ６の導電率を調節する。第１トランジスタ６により分配される電流は、増幅することもできるし、励振手段により生成される作動力を制御しなくても良い。
【００３７】
共振器のその他の実施形態では、例えばナノワイヤ型の可動素子を使用することにより、励振を容量型とすることもできるし、検出を圧電抵抗型とすることもできる。図４及び図５に示すように、ナノワイヤは、バイアス電圧Ｖｐｏｌと検出端子Ｄとの間に接続される。そのとき、可動素子３として作動するナノワイヤは、励振手段により作動する。前述の実施形態の場合には、フィードバックループは、第１トランジスタ６（図４を参照）により構成されるか、又は第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７（図５を参照）により構成される。
【００３８】
図６に示すように、共振器１と、励振手段と、検出手段と、は浮遊トランジスタにより形成することができる。特に、本実施形態は、文献「by Colinet et al. ”Measurement of Nano-Movement Based on In-Phase Suspended-Gate MOSFET Detection Compatible with a Front-End CMOS Process” ISSCC 2008, 18.2」及びWO 2007135064号で説明されている。本実施形態では、第１トランジスタ６は電界効果トランジスタであり、且つ、第１トランジスタ６のゲートは共振器１の可動素子３により少なくとも部分的に形成される。それにより、チャネルと可動素子３との間のＭＯＳ容量の値をチャネルに対する可動素子３の位置に応じて変化させることができる。そのとき、第１トランジスタ６のチャネルは、第１トランジスタ６の導電率を制御する検出手段、すなわち、固定素子４として作動する。
【００３９】
図７に示すように、この型のオシレータに関して、バイアス素子２は、電源端子Ｖｄｄに対してバイアス抵抗９と直列に接続されるキャパシタ５を備えることができる。この場合には、抵抗９及びキャパシタ５と共通の端子は、励振端子Ｅに接続される。
【００４０】
例示目的でいえば、共振器が組込−組込ビーム型である場合には、共振器の長さは１４［μｍ］であり、共振器の幅は１［μｍ］である。ビームの厚さは３４０［ｎｍ］であり、ビームと励振検出電極との間の距離は１００［ｎｍ］である。各電極の表面積は１４×０．３４［μｍ２］である。典型的には、この型の共振器の性能係数は、負荷の無い状態で１０００である。共振器の有効質量は約１４．８×１０−１１［ｇ］であり、共振器の有効剛性は１００．９［Ｎ／ｍ］である。共振器の共振周波数は４．６［ＭＨｚ］である。
【００４１】
図８の例では、バイアス素子２は、電源電圧Ｖｄｄと励振端子Ｅとの間に接続される抵抗９と、励振端子Ｅと基準電圧ＧＮＤとの間に接続されるキャパシタ５と、により形成される。また、検出手段から出力される検出信号には、追加の電圧Ｖｇが加えられる追加の抵抗１０を用いてバイアスがかけられる。抵抗９，１０は、１０［ＭＯｈｍ］未満の抵抗を有する。また、励振端子Ｅに加えられるバイアス電圧は５［Ｖ］である。第１トランジスタ６の容量が１０［ｆＦ］であり、バイアス素子２のキャパシタ５の容量が０．５［ｐＦ］である場合には、フィードバックループの最小相互コンダクタンスは、２９．６［μＳ］でなければならない。この例では、そのような相互コンダクタンスの値が単一のトランジスタにより容易に得られるので、第２トランジスタ７は不要である。
【００４２】
図９に示すように、バイアス抵抗９を、励振端子Ｅと電源電圧Ｖｄｄとの間に接続される第３トランジスタ１１に置き換える変形例も可能である。この場合には、第３トランジスタの制御端子に加えられるバイアスＶＳは、バイアス電流を調節することができる。第３トランジスタ１１の制御電極に加えられる所定電圧ＶＳは、トランジスタの動作型を固定することができる。電圧ＶＳは、励振端子の電圧と等しくすることができる。そのとき、制御電極は、励振端子に接続される。所定電圧ＶＳを固定するための外部電源を使用することも考えられる。
【００４３】
その他の代替の実施形態では、第１トランジスタ６には、検出端子と第１トランジスタ６の制御電極との間に接続される追加の抵抗１０を用いてバイアスをかけられる。図１０に図示される特定の実施形態及び上述のその他の実施形態の組み合わせでは、第４トランジスタ１２を用いて追加の抵抗を実現することもできる。第４トランジスタ１２の制御電極に加えられる第２所定電圧ＶＷは、一定の電圧である。この第２所定電圧ＶＷは、追加の固定素子８の電圧と等しいことが有用であり、代替には外部電源から生ずる電圧と等しい。
【００４４】
さらにその他の実施形態では、共振器１により形成されるオシレータを実現することもできる。その共振器１は、容量性手段と、圧電抵抗手段により行われる共振器１の動きの検出、例えば面外動作の検出と、により励振する。
【００４５】
本実施形態では、励振電極は、可動素子３の下に設けられることが有用であり、典型的には二重組込ビームである。圧電抵抗力センサは、ビーム上に設けられる。また、ビームが変換したときに、センサは抵抗が変化したことを読み取る。センサの抵抗を計測することにより、ビームの動きを検出することができる。
【００４６】
前述の実施形態に関しては、フィードバックループのトランジスタ６，７の相互コンダクタンスは、圧電抵抗型の検出手段の利得及び励振手段の利得を考慮しなければならない。相互コンダクタンスは、共振器に付随する位相雑音と、第１トランジスタ６に付随する位相雑音と、第２トランジスタ７に付随する位相雑音と、もし適用可能であれば圧電抵抗センサに付随する位相雑音と、も考慮しなければならない。
【００４７】
例示目的でいえば、共振器が組込−組込ビーム型である場合には、共振器の長さは１４［μｍ］であり、共振器の幅は３４０［μｍ］である。ビームの厚さは１６０［ｎｍ］であり、ビームと励振検出電極との間の距離は１００［ｎｍ］である。各電極の表面積は１４×０．３４［μｍ２］である。典型的には、この型の共振器の性能係数は、負荷の無い状態で１０００である。共振器の有効質量は約１４．８×１０−１１［ｇ］であり、共振器の有効剛性は３．５７［Ｎ／ｍ］である。共振器の共振周波数は７．８［ＭＨｚ］である。センサは、２のセンサ係数を有するＡｌＳｉ型である。励振電極の長さは、ビームの長さの１／４である。検出手段の利得は０．４５［Ｏｈｍ．ｎｍ−１］である。
【００４８】
バイアス素子２は、電源電圧Ｖｄｄと励振端子Ｅとの間に接続されるバイアス抵抗９と、励振端子と基準電圧ＧＮＤとの間に接続されるキャパシタ５と、により形成される。また、検出手段から出力される検出信号には、追加の抵抗１０を用いてバイアスがかけられる。抵抗９の抵抗値は１０［ＭＯｈｍ］未満であり、抵抗１０の抵抗値は５０［Ｏｈｍ］未満であり、励振端子Ｅに加えられるバイアスは５［Ｖ］である。第１トランジスタ６の容量は１０［ｆＦ］であり、バイアス素子のキャパシタ５の容量は０．５［ｐＦ］である。圧電抵抗力センサに加えられる電圧は１［Ｖ］である。これらの条件下では、フィードバックループの最小相互コンダクタンスは、１５６［μＳ］でなければならない。この例では、そのような相互コンダクタンスの値が単一のトランジスタにより容易に得られるので、第２トランジスタは不要である。
【００４９】
その他の実施形態では、容量性作動及び圧電抵抗検出を有する共振器１を備えるオシレータを実現することも考えられる。例えば、この共振器は、面内動作をすることもできる。共振器１のレバレッジアームは、静電気力により作動する。また、共振器の振動動きは、このレバレッジアームに垂直に置かれたセンサの圧縮／伸張応力を含む。
【００５０】
前述の実施形態の変形例では、共振器１は、ナノワイヤにより形成される。励振は容量性手段により行われる。また、検出は圧電抵抗手段により行われる。実際には、ナノワイヤは極めて大きな圧電抵抗効果を示す。その圧電抵抗効果は、検出手段の極めて高い変換利得を得られるようにする。フィードバックループが供給しなければならない電子回路の利得はますます小さくなるので、本実施形態は特に有用である。抵抗変化がナノワイヤの変形により生じるので、共振器は、第１トランジスタ６に接続される可変抵抗としてナノワイヤを使用することにより得られる。
【００５１】
さらにその他の実施形態では、励振手段は熱型であるのに対して、検出手段は圧電抵抗型である。そのような実装は、「Bargatin et al. “Efficient electrothermal actuation of multiple mode of high-frequency nanomechanical resonators”, Applied Physics Letters 90, 2007」により提案されている。
【００５２】
オシレータのトポロジは、コルピッツ型である。また、第１トランジスタ６、又は第１トランジスタ６及び第２トランジスタ７には、容量性バイアス素子２を用いてバイアスがかけられる。そのとき、バイアス素子２は、トランスインピーダンス増幅器として作動する。トランスインピーダンス増幅器は、共振器１から発生する直流電流を励振端子Ｅの適切な電圧に変換するのに使用される。
【００５３】
増幅電圧Ｖｃａｓは、第２トランジスタ７から出力される電流を調節できるように、第２トランジスタ７の制御電極に加えられる。従って、励振端子にバイアスがかけられる。
【００５４】
このアーキテクチャは、オシレータの機能に特化した共通集積型（co-integrated）ハイブリッド共振器／第１トランジスタ能動部品から構成される。そのとき、オシレータの異なる素子には、第１電界効果トランジスタ６の利得及び信号の位相シフトを固定するためにバイアスがかけられる。
【００５５】
共振器１のサイズの縮小が、固定された検出励振素子のすぐ近くで適切な可動素子を得られるようにするので、この回路は特に有用である。このサイズ縮小、特にナノワイヤの使用により、変換装置の利得が結果として大きく増加する。従って、フィードバックループは、典型的にはトランジスタの利得又は直列の２つのトランジスタの利得である自然利得（natural gain）を示さなければならない。
【００５６】
フィードバックループの相互コンダクタンスは、共振器１の幾何学的パラメータと、共振器１に結合する励振検出手段の幾何学的パラメータと、の関数であるので、１又は２つのトランジスタにより形成されるフィードバックループは、極めて現実的である。
【００５７】
また、共振器１と、フィードバックループと、検出手段と、を同じ基板上に作製することにより、集積密度が向上する。このことは、特に、共振装置のマトリクスを基板上に作製できるようにする。例示目的でいえば、約１００［μｍ２］の電子的なフィードバック回路を有する共振装置を実現することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動素子（３）と固定素子（４）とを備えるナノメータサイズ又はマイクロメータサイズの電気機械共振器（１）と、
前記共振器（１）の励振入力（Ｅ）に接続されるフィードバックループに、前記固定素子（４）に対する前記可動素子（３）の動きを表す検出信号を供給する検出手段と、を備え、
前記共振器（１）は、前記検出手段及び前記フィードバックループと同じ基板上に形成され、
前記フィードバックループは、多くとも、基準電圧（ＧＮＤ）と励振入力（Ｅ）との間に直列に接続される第１トランジスタ（６）及び第２トランジスタ（７）を備え、
容量性負荷（５）は、前記励振入力（Ｅ）と前記基準電圧（ＧＮＤ）との間に接続され、
前記検出信号は、前記第１トランジスタ（６）の導電率を制御する、
ことを特徴とする共振装置。
【請求項２】
前記励振入力（Ｅ）と電源電圧（Ｖｄｄ）との間に接続されるバイアス抵抗（９）を備える、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記励振入力（Ｅ）と電源電圧（Ｖｄｄ）との間に接続される第３トランジスタ（１１）を備え、
前記第３トランジスタは、所定電圧（ＶＳ）のバイアスがかけられる制御電極を有する、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記励振入力（Ｅ）と、前記第１トランジスタ（６）と前記検出手段との間の共通端子と、の間に接続される追加の抵抗（１０）を備える、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の装置。
【請求項５】
前記励振入力（Ｅ）と、前記第１トランジスタ（６）と前記検出手段との間の共通端子と、の間に接続される第４トランジスタを備え、前記第４トランジスタは、第２所定電圧（ＶＷ）のバイアスがかけられる制御電極を有する、請求項１乃至３の何れか１項記載の装置。
【請求項６】
前記検出手段は、容量型である、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の装置。
【請求項７】
前記検出手段は、圧電抵抗型である、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の装置。
【請求項８】
前記共振器（１）は、容量励振型である、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の装置。
【請求項９】
前記共振器（１）は、熱弾性励振型である、ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記第１トランジスタ（６）は、浮遊ゲート又は抵抗性ゲートであり、
前記検出手段は、前記第１トランジスタ（６）のゲートにより形成される、
ことを特徴とする請求項６及び８の何れかに記載の装置。
【請求項１１】
前記第２トランジスタ（７）は、電圧Ｖｃａｓが加えられる制御電極を有する、ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記検出手段及び前記第１トランジスタ（６）は、半導体又は金属材料から作られるナノワイヤにより形成されるベースを備える、ことを特徴とする請求項７及び８の何れかに記載の装置。
【請求項１】
可動素子（３）と固定素子（４）とを備えるナノメータサイズ又はマイクロメータサイズの電気機械共振器（１）と、
前記共振器（１）の励振入力（Ｅ）に接続されるフィードバックループに、前記固定素子（４）に対する前記可動素子（３）の動きを表す検出信号を供給する検出手段と、を備え、
前記共振器（１）は、前記検出手段及び前記フィードバックループと同じ基板上に形成され、
前記フィードバックループは、多くとも、基準電圧（ＧＮＤ）と励振入力（Ｅ）との間に直列に接続される第１トランジスタ（６）及び第２トランジスタ（７）を備え、
容量性負荷（５）は、前記励振入力（Ｅ）と前記基準電圧（ＧＮＤ）との間に接続され、
前記検出信号は、前記第１トランジスタ（６）の導電率を制御する、
ことを特徴とする共振装置。
【請求項２】
前記励振入力（Ｅ）と電源電圧（Ｖｄｄ）との間に接続されるバイアス抵抗（９）を備える、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記励振入力（Ｅ）と電源電圧（Ｖｄｄ）との間に接続される第３トランジスタ（１１）を備え、
前記第３トランジスタは、所定電圧（ＶＳ）のバイアスがかけられる制御電極を有する、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記励振入力（Ｅ）と、前記第１トランジスタ（６）と前記検出手段との間の共通端子と、の間に接続される追加の抵抗（１０）を備える、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の装置。
【請求項５】
前記励振入力（Ｅ）と、前記第１トランジスタ（６）と前記検出手段との間の共通端子と、の間に接続される第４トランジスタを備え、前記第４トランジスタは、第２所定電圧（ＶＷ）のバイアスがかけられる制御電極を有する、請求項１乃至３の何れか１項記載の装置。
【請求項６】
前記検出手段は、容量型である、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の装置。
【請求項７】
前記検出手段は、圧電抵抗型である、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の装置。
【請求項８】
前記共振器（１）は、容量励振型である、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の装置。
【請求項９】
前記共振器（１）は、熱弾性励振型である、ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記第１トランジスタ（６）は、浮遊ゲート又は抵抗性ゲートであり、
前記検出手段は、前記第１トランジスタ（６）のゲートにより形成される、
ことを特徴とする請求項６及び８の何れかに記載の装置。
【請求項１１】
前記第２トランジスタ（７）は、電圧Ｖｃａｓが加えられる制御電極を有する、ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記検出手段及び前記第１トランジスタ（６）は、半導体又は金属材料から作られるナノワイヤにより形成されるベースを備える、ことを特徴とする請求項７及び８の何れかに記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２６８４２７（Ｐ２０１０−２６８４２７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４２２９２（Ｐ２０１０−４２２９２）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（５０２１４２３２３）コミサリア、ア、レネルジ、アトミク、エ、オ、エネルジ、アルテルナティブ (195)
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＭＭＩＳＳＡＲＩＡＴ Ａ Ｌ’ＥＮＥＲＧＩＥ ＡＴＯＭＩＱＵＥ ＥＴ ＡＵＸ ＥＮＥＲＧＩＥＳ ＡＬＴＥＲＮＡＴＩＶＥＳ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（５０２１４２３２３）コミサリア、ア、レネルジ、アトミク、エ、オ、エネルジ、アルテルナティブ (195)
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＭＭＩＳＳＡＲＩＡＴ Ａ Ｌ’ＥＮＥＲＧＩＥ ＡＴＯＭＩＱＵＥ ＥＴ ＡＵＸ ＥＮＥＲＧＩＥＳ ＡＬＴＥＲＮＡＴＩＶＥＳ
【Ｆターム（参考）】
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