可変容量装置
【課題】電極の酸化を防止して、所望の大きさの容量を得ることができる可変容量装置を提供する。
【解決手段】可変容量装置１は、固定板２と、固定板２に間隔を隔てて対向するように設けられた可動梁３と、可動梁３に設けられた可動梁側ＲＦ容量電極９と、可動梁側ＲＦ容量電極９に対向するように固定板２に設けられた固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９と固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとの間に設けられた、酸化物からなる誘電体膜４と、可動梁側ＲＦ容量電極９上に設けられた酸化防止膜１０Ｃとを備える。
【解決手段】可変容量装置１は、固定板２と、固定板２に間隔を隔てて対向するように設けられた可動梁３と、可動梁３に設けられた可動梁側ＲＦ容量電極９と、可動梁側ＲＦ容量電極９に対向するように固定板２に設けられた固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９と固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとの間に設けられた、酸化物からなる誘電体膜４と、可動梁側ＲＦ容量電極９上に設けられた酸化防止膜１０Ｃとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電力により駆動するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いて、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）容量を変えることができる可変容量装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なデバイスにおいて、静電力により駆動するＭＥＭＳが用いられることがある。特許文献１には、静電力により駆動するＭＥＭＳが用いられたデバイスとして、スイッチ素子に関する発明が開示されている。図１（Ａ）は、特許文献１に記載のスイッチ素子１０１の構成例を示す模式図である。
【０００３】
特許文献１に記載のスイッチ素子１０１は、固定部１０２と、可動部１０３と、コンタクト電極１０４と、駆動容量電極１０５と、ストッパ１０６とを備えている。固定部１０２は基板である。可動部１０３は、金属製の片持ち梁であり、固定部１０２に固定された固定端部１０３Ａと、固定部１０２の主面に一定間隔で対向する可動端部１０３Ｂとを備えている。コンタクト電極１０４と、駆動容量電極１０５と、ストッパ１０６とは、可動端部１０３Ｂに対向して設けられている。このスイッチ素子１０１では、駆動容量電極１０５と可動部１０３との間に駆動電圧が印加されることで可動部１０３が変形して、可動端部１０３Ｂがコンタクト電極１０４に接触し、可動部１０３とコンタクト電極１０４との間での電気的接点が得られる。
【０００４】
また、このような静電力により駆動するＭＥＭＳが用いられたデバイスとして、ＲＦ容量を変えることができる可変容量装置が開発されている。
図１（Ｂ）は、静電力により駆動するＭＥＭＳが用いられた可変容量装置２０１の構成例について説明する図である。
【０００５】
可変容量装置２０１は、固定部２０２と、可動部２０３と、固定部側ＲＦ容量電極２０４と、可動部側ＲＦ容量電極２０５と、誘電体膜２０６と、固定部側駆動容量電極と、可動部側駆動容量電極とを備える。固定部２０２は基板である。可動部２０３は、絶縁性材料からなる片持ち梁であり、固定部２０２に固定された固定端部２０３Ａと、固定部２０２の主面に一定間隔で対向する可動端部２０３Ｂとを備える。可動部側ＲＦ容量電極２０５は、可動端部２０３Ｂにおける固定部２０２との対向面に設けられている。固定部側ＲＦ容量電極２０４は、可動端部２０３Ｂおよび可動部側ＲＦ容量電極２０５に対向するように設けられている。可動部側駆動容量電極は、可動端部２０３Ｂにおける固定部２０２との対向面に、可動部側ＲＦ容量電極２０５と隣り合うように設けられている。固定部側駆動容量電極は、可動端部２０３Ｂおよび可動部側駆動容量電極に対向するように設けられている。なお、固定部側駆動容量電極と、可動部側駆動容量電極とは、図１（Ｂ）では図示されていない。誘電体膜２０６は、固定部側ＲＦ容量電極２０４と固定部側駆動容量電極とを覆うように設けられている。
この可変容量装置２０１では、固定部側駆動容量電極と可動部側駆動容量電極との間に駆動電圧を印加することで生じる駆動容量によって可動部２０３が変位して、可動部側ＲＦ容量電極２０５が誘電体膜２０６に接触する。可動部側ＲＦ容量電極２０５と誘電体膜２０６との接触面積は駆動電圧に応じて変化し、誘電体膜２０６を介して対向する固定部側ＲＦ容量電極２０４と可動部側ＲＦ容量電極２０５との間に、可動部側ＲＦ容量電極２０５と誘電体膜２０６との接触面積に応じた容量値のＲＦ容量が生じる。可変容量装置２０１では、誘電体膜２０６は、高い誘電率を有する材料からなり、極めて薄い膜厚で形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１５２１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような従来の可変容量装置２０１では、固定部側駆動容量電極と可動部側駆動容量電極との間に駆動電圧を印加することで生じる駆動容量によって可動部２０３が変位して、可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極とが誘電体膜２０６に接触する。誘電体膜２０６が五酸化タンタルなどの酸化物からなる場合、可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極とが誘電体膜２０６に接触した状態でこれらの間に電圧が印可されると、誘電体膜２０６中の酸素原子が可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極とに移動し、可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極とが酸化する。可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極とが酸化すると、可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極との誘電率が変わってしまうだけではなく、可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極との酸化した部分が誘電体層として機能するので、所望の大きさの容量が得られないといった問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、電極の酸化を防止して、所望の大きさの容量を得ることができる可変容量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】
本発明に係る可変容量装置は、固定板と、固定板に間隔を隔てて対向するように設けられた可動梁と、可動梁に設けられた可動梁側ＲＦ容量電極と、可動梁側ＲＦ容量電極に対向するように固定板に設けられた固定板側ＲＦ容量電極と、可動梁側ＲＦ容量電極と固定板側ＲＦ容量電極との間に設けられた、酸化物からなる誘電体膜と、可動梁側ＲＦ容量電極上に設けられた酸化防止膜と、を備える。
【００１０】
この構成によれば、酸化防止膜によって、誘電体膜中の酸素原子が可動梁側ＲＦ容量電極に移動すること、すなわち、可動梁側ＲＦ容量電極が酸化することを防ぐことができる。このため、可変容量装置において所望の大きさの容量を得ることができる。
【００１１】
本発明に係る可変容量装置において、酸化防止膜は、可動梁側ＲＦ容量電極の電極材料よりも標準電極電位が高い材料からなることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、可動梁側ＲＦ容量電極が酸化することを確実に防ぐことができる。
【００１３】
本発明に係る可変容量装置は、可動梁に設けられた可動梁側駆動容量電極と、可動梁側駆動容量電極に対向するように固定板に設けられた固定板側駆動容量電極と、可動梁側駆動容量電極と固定板側駆動容量電極との間に設けられた、酸化物からなる誘電体膜と、可動梁側駆動容量電極上に設けられた酸化防止膜と、をさらに備える構成でもよい。
【００１４】
この構成では、酸化防止膜によって、誘電体膜中の酸素原子が可動梁側駆動容量電極に移動すること、すなわち、可動梁側駆動容量電極が酸化することを防ぐことができる。このため、可変容量装置において所望の大きさの容量を得ることができる。
【００１５】
本発明に係る可変容量装置において、酸化防止膜は、金またはプラチナからなることが好ましい。
【００１６】
この構成では、可動梁側ＲＦ容量電極が酸化することを確実に防ぐことができる。
【００１７】
本発明に係る可変容量装置において、誘電体膜は、五酸化タンタルからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、可動梁側ＲＦ容量電極上に設けられた酸化防止膜を備えることから、可動梁側ＲＦ容量電極が酸化することを防ぐことができるため、可変容量装置において所望の大きさの容量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の静電力により駆動するＭＥＭＳが用いられたデバイスの構成例を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係る可変容量装置の平面図である。
【図３】可動梁および誘電体膜を除いた状態での本発明の実施形態に係る可変容量装置の分解平面図である。
【図４】Ｚ軸負方向から視た本発明の実施形態に係る可変容量装置の分解平面図である。
【図５】（Ａ）は、図２のＶＡ−ＶＡ線における本発明の実施形態に係る可変容量装置の断面図であり、（Ｂ）は、図２のＶＢ−ＶＢ線における可変容量装置の断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線における本発明の実施形態に係る可変容量装置の断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る可変容量装置における可動梁の変形態様を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係る可変容量装置１について、図２〜図７を参照して説明する。なお、各図には直交座標形のＸ−Ｙ−Ｚ軸を付している。図２は、本実施形態に係る可変容量装置１の平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。図２に示すように、可変容量装置１は、固定板２と、可動梁３と、誘電体膜４とを備える。固定板２は、例えばガラス基板であり、平面視して長辺および短辺からなる矩形状に構成されている。なお、固定板２は、シリコン単結晶基板などの他の絶縁性基板であってもよい。
【００２１】
以下では、平面視して固定板２の長手方向をＸ軸とし、平面視して固定板２の長手方向に直交する方向（以下、短手方向という）をＹ軸とし、固定板２の厚み方向をＺ軸とする。また、図２における紙面右方向をＸ軸正方向とする。図２における紙面下方向をＹ軸正方向とする。また、固定板２の上面方向をＺ軸正方向とする。
【００２２】
誘電体膜４は、固定板２と相似形状であって、固定板２よりも大きさが小さく、長手方向がＸ軸方向と一致するように、固定板２の上面（Ｚ軸正方向の面）に平面視して矩形状に設けられている。誘電体膜４は、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５ ）などの誘電率が高い薄膜であることが好ましい。また、誘電体膜４は、約２００ｎｍの厚みを有している。
【００２３】
可動梁３は、約３０μｍの厚みを有する高抵抗シリコン基板（絶縁材料）などの絶縁性基板からなり、Ｘ−Ｚ面を視て略Ｌ字状の片持ち梁構造となっている。片持ち梁構造とは、板状の部材を一端部でのみ固定する構造をいう。なお、可動梁３は、対向する両端部で固定する両持ち梁構造であってもよい。この可動梁３は、支持部３Ａと、連結部３Ｂと、可動部３Ｃとを備える。
【００２４】
支持部３Ａは、平面視してＹ軸方向に長尺な矩形状であり、一方の長辺が固定板２のＸ軸負方向の短辺と一致するように、固定板２の上面に設けられている。支持部３Ａは、可動梁３のＸ軸負方向端部に設けられている。連結部３Ｂは、平面視して、それぞれＸ軸方向に沿って蛇行するミアンダライン状となっている。連結部３Ｂは、支持部３ＡのＹ軸方向の両端にそれぞれ設けられている。可動部３Ｃは、平面視して、Ｘ軸方向に長尺な平板状であり、可動梁３のＸ軸正方向端部に設けられている。可動部３Ｃは、Ｘ軸負方向の端部で連結部３Ｂに連結されている。この可動梁３においては、連結部３Ｂおよび可動部３Ｃが固定板２から離間した状態で支持部３Ａによって支持されている。
【００２５】
また、可動部３Ｃは、２つの分割領域３Ｄ１，３Ｄ２と、３つの区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３とを有している。分割領域３Ｄ１，３Ｄ２は、それぞれＸ軸に沿って複数の貫通孔が配列された領域である。区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３は、分割領域３Ｄ１，３Ｄ２によって区画された、Ｘ軸方向に沿って長尺な領域である。よって、区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３においては、Ｙ軸方向における各領域間に分割領域３Ｄ１，３Ｄ２が配置されている。すなわち、Ｙ軸正方向に向かって、区画領域３Ｅ１、分割領域３Ｄ１、区画領域３Ｅ２、分割領域３Ｄ２および区画領域３Ｅ３の順に配列している。
【００２６】
図３は、可動梁３および誘電体膜４を除いた状態での可変容量装置１の分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。図３に示すように、可変容量装置１は、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂと、グランド電極７とを備えている。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂと、グランド電極７とは、それぞれ固定板２の上面に設けられている。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂと、グランド電極７とは、それぞれ銅（Ｃｕ）からなり、約２０００ｎｍの厚みを有している。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとは、それぞれＸ軸方向に長尺な線路状電極であり、長手方向が平行となるよう配列されている。このとき、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂの間に固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂが位置するように、Ｙ軸方向に配列されている。すなわち、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂは、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６ＢのＹ軸方向の両脇に設けられている。
【００２７】
固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂは、一方の端部が駆動電圧端子ＤＣに接続されている。固定板側ＲＦ容量電極６Ａの一方の端部はＲＦ信号の入力端子（または出力端子）に接続され、固定板側ＲＦ容量電極６Ｂの一方の端部はＲＦ信号の出力端子（または入力端子）に接続されている。
【００２８】
グランド電極７は、一方の端部が接地端子ＧＮＤに接続されている。グランド電極７は、固定板側駆動容量電極５Ａ、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂおよび固定板側駆動容量電極５Ｂを順に取り囲むようにミアンダライン状に形成されている。誘電体膜４は、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとを覆うように形成されている。
【００２９】
図４は、Ｚ軸負方向から視た可変容量装置１の分解平面図である。図４（Ａ）は、固定板２および誘電体膜４を除いた状態での可変容量装置１の分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）から後述の酸化防止膜を除いた状態での可変容量装置１の分解平面図Ｘ−Ｙ面平面図）である。
【００３０】
図４（Ｂ）に示すように、可変容量装置１は、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とを備える。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とは、それぞれ約５００ｎｍの厚みを有し、可動梁３の下面に形成されている。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とは、可動梁３を構成している高抵抗シリコン基板と近い線膨張係数を有するタングステンからなることが好ましい。 可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とは、Ｘ軸方向に長尺な線路状電極であり、Ｙ軸方向に配列して設けられている。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂは、可動梁側ＲＦ容量電極９のＹ軸方向の両脇に設けられている。具体的には、可動梁側駆動容量電極８Ａは、固定板側駆動容量電極５Ａおよび誘電体膜４と対向するように区画領域３Ｅ１に設けられていて、可動梁側駆動容量電極８Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ｂおよび誘電体膜４と対向するように区画領域３Ｅ３に設けられている。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂは、ミアンダライン状の接続電極８Ｃにより互いに接続されており、接続電極８Ｃは接地端子ＧＮＤに接続されている。
【００３１】
可動梁側ＲＦ容量電極９は、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂの間に設けられている。具体的には、可動梁側ＲＦ容量電極９は、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂおよび誘電体膜４と対向するように区画領域３Ｅ２に設けられている。
【００３２】
可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９の表面には、図４（Ａ）に示すように、酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが形成されている。酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、金（Ａｕ）またはプラチナ（Ｐｔ）から形成されており、約５００ｎｍの厚みの可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９に対し十分薄い厚さ、例えば、約１０ｎｍの厚みを有している。
【００３３】
酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９の電極材料よりも標準電極電位が高い材料からなる。よって、酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、誘電体膜４中の酸素原子が可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９に移動すること、すなわち、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９が酸化することを防いでいる。一般に、可変容量装置において、可動梁側駆動容量電極および可動梁側ＲＦ容量電極が酸化した場合、可動梁側駆動容量電極および可動梁側ＲＦ容量電極の誘電率が変わってしまうだけではなく、可動梁側駆動容量電極および可動梁側ＲＦ容量電極との酸化した部分が誘電体層として機能するので、可変容量装置において所望の大きさの容量が得られないといった問題がある。本実施形態では、酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにより可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９が酸化することを防いでいるため、可変容量装置１において所望の大きさの容量を得ることができる。
【００３４】
なお、図示していないが、可動梁３と可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９との間、並びに、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９と酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとの間には、ＴｉＮまたはＴｉＷ等のチタン合金層である密着層（厚さ１０ｎｍ）が形成されており、層間剥離を防止している。
【００３５】
図５（Ａ）は、図２のＶＡ−ＶＡ線における可変容量装置１の断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）であり、図５（Ｂ）は、図２のＶＢ−ＶＢ線における可変容量装置１の断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線における可変容量装置１の断面図（Ｙ−Ｚ面断面図）である。
【００３６】
可動梁側駆動容量電極８Ａは、酸化防止膜１０Ａを介して、固定板側駆動容量電極５Ａとグランド電極７と誘電体膜４とに対向している。可動梁側駆動容量電極８Ｂは、酸化防止膜１０Ｂを介して、固定板側駆動容量電極５Ｂとグランド電極７と誘電体膜４とに対向している。可動梁側駆動容量電極８Ａは、固定板側駆動容量電極５Ａおよび誘電体膜４の対向する領域と酸化防止膜１０Ａとともに駆動容量部を構成している。可動梁側駆動容量電極８Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ｂおよび誘電体膜４の対向する領域と酸化防止膜１０Ｂとともに駆動容量部を構成している。駆動電圧端子ＤＣから固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂに駆動ＤＣ電圧が印加されると、駆動容量部において静電引力が発生する。駆動容量部は、その静電引力により可動梁３を固定板２側に引き付け、可動梁３を先端（Ｘ軸正方向側の端部）から誘電体膜４に接触させる駆動容量として機能する。駆動ＤＣ電圧が高電圧であるほど、可動梁３と誘電体膜４との接触面積は大きくなる。
【００３７】
グランド電極７は、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと同電位（グランド電位）に接続され、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂとが対向する領域の誘電体膜４に強い電界が作用することを防ぐ。したがって、グランド電極７を設けることで、誘電体膜４の帯電が抑制され、誘電体膜４に可動梁３が貼り付くスティッキング現象の発生を防ぐことができる。
【００３８】
誘電体膜４において、グランド電極７上に形成されている部分は、周囲から突出しており、ストッパ部４Ａを構成している。すなわち、誘電体膜４の表面には、ストッパ部４Ａが形成されている。ストッパ部４Ａは、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂとが対向する領域で、酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂが誘電体膜４に直接接触することを防ぐ。このストッパ部４Ａを設けることでも、誘電体膜４の帯電が抑制され、スティッキング現象の発生を防ぐことができる。
【００３９】
可動梁側ＲＦ容量電極９は、酸化防止膜１０Ｃを介して、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂと誘電体膜４とに対向している。可動梁側ＲＦ容量電極９は、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂおよび誘電体膜４の対向する領域と酸化防止膜１０ＣとともにＲＦ容量部を構成している。ＲＦ容量部は、可動梁側ＲＦ容量電極９と固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとの間に形成され、酸化防止膜１０Ｃが形成された可動梁側ＲＦ容量電極９と誘電体膜４との接触面積に応じて容量の大きさが変化するＲＦ容量として機能する。
【００４０】
誘電体膜４において、可動梁側ＲＦ容量電極９に対向している部分は、周囲から突出しており、突出部４Ｂを構成している。突出部４Ｂは、ストッパ部４Ａと同じ高さである。すなわち、誘電体膜４の表面には、突出部４Ｂが形成されている。突出部４Ｂは、酸化防止膜１０Ｃが形成された可動梁側ＲＦ容量電極９と誘電体膜４との接触面積を大きくし、ＲＦ容量の最大値を大きくするために設けられている。
【００４１】
また、ストッパ部４Ａと突出部４Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂに対して平行に延在されているため、駆動容量とＲＦ容量との容量関係が常に一定に保たれるようになっている。なお、駆動容量部は駆動電圧端子ＤＣと接地端子ＧＮＤとの間に並列接続されるため、両者を直列接続する構成に比べて単位面積当たりの静電引力が大きく、両者を直列接続する場合よりも電極面積の低減に有利である。一方、ＲＦ容量部はＲＦ信号の入力端子と出力端子との間に直列接続されるため、両者を並列接続する構成に比べて単位面積当たりの静電引力が小さく、両者を並列接続する場合よりもＲＦ信号による可動梁３の変形（セルフアクチエーション）の抑制に有利である。
【００４２】
図７は、可変容量装置１における可動梁３の変形態様を説明する図である。
駆動電圧端子ＤＣから固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂに印加される駆動ＤＣ電圧を大きくして、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂとの間に形成される駆動容量を大きくしていくと、静電引力により可動梁３が固定板２側に引き付けられ、可動梁３の連結部３Ｂにおける撓みが次第に大きくなり、可動部３Ｃが先端（Ｘ軸正方向側の端部）から誘電体膜４に接近する。そして、図７（Ａ）に示すように、可動梁側ＲＦ容量電極９の上に形成された酸化防止膜１０Ｃの先端（Ｘ軸正方向側の端部）が誘電体膜４に線接触する。このとき、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂの上に形成された酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂの先端（Ｘ軸正方向側の端部）も誘電体膜４に線接触する。
【００４３】
駆動容量をさらに大きくしていくと、可動梁３の可動部３Ｃにおける撓みが大きくなり、可動梁３の先端（Ｘ軸正方向側の端部）近傍が固定板２と平行になるように、可動梁３が固定板２に近づく。そして、酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが誘電体膜４に線接触する状態から面接触する状態に移行する。
【００４４】
駆動電圧をより大きくしていくと、可動梁３の可動部３Ｃにおける撓みが大きくなり、図７（Ｃ）に示すように、酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが誘電体膜４に面接触する領域が拡大していくとともにＲＦ容量が増加していく。
【００４５】
このように、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂとの間に形成される駆動容量を大きくしていくことで、可動梁側ＲＦ容量電極９の上に形成された酸化防止膜１０Ｃと誘電体膜４との接触面積が大きくなり、可変容量装置１のＲＦ容量が大きくなる。このとき、可動梁側ＲＦ容量電極９と誘電体膜４との間には酸化防止膜１０Ｃが介在するため、誘電体膜４中の酸素原子が可動梁側ＲＦ容量電極９に移動することを防いでいる。同様に、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと誘電体膜４との間には酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂが介在するため、誘電体膜４中の酸素原子が可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂに移動することを防いでいる。この結果、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと可動梁側ＲＦ容量電極９とは酸化せず、可変容量装置１において所望の大きさの容量を得ることができる。
【００４６】
なお、酸化防止膜の具体的構成などは、適宜設計変更可能であり、上述の実施形態に記載された作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、上述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００４７】
例えば、酸化防止膜は、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとの間で容量を形成する可動梁側ＲＦ容量電極９の上にのみ設けられていてもよい。また、酸化防止膜は、可動梁側ＲＦ容量電極９の面全体に亘って設けずに、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂ上の誘電体膜４と密着する部分にのみ設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１−可変容量装置
２−固定板
３−可動梁
３Ａ−支持部
３Ｂ−連結部
３Ｃ−可動部
３Ｄ１，３Ｄ２−分割領域
３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３−区画領域
４−誘電体膜
４Ａ−ストッパ部
４Ｂ−突出部
５Ａ，５Ｂ−固定板側駆動容量電極
６Ａ，６Ｂ−固定板側ＲＦ容量電極
７−グランド電極
８Ａ，８Ｂ−可動梁側駆動容量電極
９−可動梁側ＲＦ容量電極
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ−酸化防止膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電力により駆動するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いて、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）容量を変えることができる可変容量装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なデバイスにおいて、静電力により駆動するＭＥＭＳが用いられることがある。特許文献１には、静電力により駆動するＭＥＭＳが用いられたデバイスとして、スイッチ素子に関する発明が開示されている。図１（Ａ）は、特許文献１に記載のスイッチ素子１０１の構成例を示す模式図である。
【０００３】
特許文献１に記載のスイッチ素子１０１は、固定部１０２と、可動部１０３と、コンタクト電極１０４と、駆動容量電極１０５と、ストッパ１０６とを備えている。固定部１０２は基板である。可動部１０３は、金属製の片持ち梁であり、固定部１０２に固定された固定端部１０３Ａと、固定部１０２の主面に一定間隔で対向する可動端部１０３Ｂとを備えている。コンタクト電極１０４と、駆動容量電極１０５と、ストッパ１０６とは、可動端部１０３Ｂに対向して設けられている。このスイッチ素子１０１では、駆動容量電極１０５と可動部１０３との間に駆動電圧が印加されることで可動部１０３が変形して、可動端部１０３Ｂがコンタクト電極１０４に接触し、可動部１０３とコンタクト電極１０４との間での電気的接点が得られる。
【０００４】
また、このような静電力により駆動するＭＥＭＳが用いられたデバイスとして、ＲＦ容量を変えることができる可変容量装置が開発されている。
図１（Ｂ）は、静電力により駆動するＭＥＭＳが用いられた可変容量装置２０１の構成例について説明する図である。
【０００５】
可変容量装置２０１は、固定部２０２と、可動部２０３と、固定部側ＲＦ容量電極２０４と、可動部側ＲＦ容量電極２０５と、誘電体膜２０６と、固定部側駆動容量電極と、可動部側駆動容量電極とを備える。固定部２０２は基板である。可動部２０３は、絶縁性材料からなる片持ち梁であり、固定部２０２に固定された固定端部２０３Ａと、固定部２０２の主面に一定間隔で対向する可動端部２０３Ｂとを備える。可動部側ＲＦ容量電極２０５は、可動端部２０３Ｂにおける固定部２０２との対向面に設けられている。固定部側ＲＦ容量電極２０４は、可動端部２０３Ｂおよび可動部側ＲＦ容量電極２０５に対向するように設けられている。可動部側駆動容量電極は、可動端部２０３Ｂにおける固定部２０２との対向面に、可動部側ＲＦ容量電極２０５と隣り合うように設けられている。固定部側駆動容量電極は、可動端部２０３Ｂおよび可動部側駆動容量電極に対向するように設けられている。なお、固定部側駆動容量電極と、可動部側駆動容量電極とは、図１（Ｂ）では図示されていない。誘電体膜２０６は、固定部側ＲＦ容量電極２０４と固定部側駆動容量電極とを覆うように設けられている。
この可変容量装置２０１では、固定部側駆動容量電極と可動部側駆動容量電極との間に駆動電圧を印加することで生じる駆動容量によって可動部２０３が変位して、可動部側ＲＦ容量電極２０５が誘電体膜２０６に接触する。可動部側ＲＦ容量電極２０５と誘電体膜２０６との接触面積は駆動電圧に応じて変化し、誘電体膜２０６を介して対向する固定部側ＲＦ容量電極２０４と可動部側ＲＦ容量電極２０５との間に、可動部側ＲＦ容量電極２０５と誘電体膜２０６との接触面積に応じた容量値のＲＦ容量が生じる。可変容量装置２０１では、誘電体膜２０６は、高い誘電率を有する材料からなり、極めて薄い膜厚で形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１５２１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような従来の可変容量装置２０１では、固定部側駆動容量電極と可動部側駆動容量電極との間に駆動電圧を印加することで生じる駆動容量によって可動部２０３が変位して、可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極とが誘電体膜２０６に接触する。誘電体膜２０６が五酸化タンタルなどの酸化物からなる場合、可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極とが誘電体膜２０６に接触した状態でこれらの間に電圧が印可されると、誘電体膜２０６中の酸素原子が可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極とに移動し、可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極とが酸化する。可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極とが酸化すると、可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極との誘電率が変わってしまうだけではなく、可動部側ＲＦ容量電極２０５と可動部側駆動容量電極との酸化した部分が誘電体層として機能するので、所望の大きさの容量が得られないといった問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、電極の酸化を防止して、所望の大きさの容量を得ることができる可変容量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】
本発明に係る可変容量装置は、固定板と、固定板に間隔を隔てて対向するように設けられた可動梁と、可動梁に設けられた可動梁側ＲＦ容量電極と、可動梁側ＲＦ容量電極に対向するように固定板に設けられた固定板側ＲＦ容量電極と、可動梁側ＲＦ容量電極と固定板側ＲＦ容量電極との間に設けられた、酸化物からなる誘電体膜と、可動梁側ＲＦ容量電極上に設けられた酸化防止膜と、を備える。
【００１０】
この構成によれば、酸化防止膜によって、誘電体膜中の酸素原子が可動梁側ＲＦ容量電極に移動すること、すなわち、可動梁側ＲＦ容量電極が酸化することを防ぐことができる。このため、可変容量装置において所望の大きさの容量を得ることができる。
【００１１】
本発明に係る可変容量装置において、酸化防止膜は、可動梁側ＲＦ容量電極の電極材料よりも標準電極電位が高い材料からなることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、可動梁側ＲＦ容量電極が酸化することを確実に防ぐことができる。
【００１３】
本発明に係る可変容量装置は、可動梁に設けられた可動梁側駆動容量電極と、可動梁側駆動容量電極に対向するように固定板に設けられた固定板側駆動容量電極と、可動梁側駆動容量電極と固定板側駆動容量電極との間に設けられた、酸化物からなる誘電体膜と、可動梁側駆動容量電極上に設けられた酸化防止膜と、をさらに備える構成でもよい。
【００１４】
この構成では、酸化防止膜によって、誘電体膜中の酸素原子が可動梁側駆動容量電極に移動すること、すなわち、可動梁側駆動容量電極が酸化することを防ぐことができる。このため、可変容量装置において所望の大きさの容量を得ることができる。
【００１５】
本発明に係る可変容量装置において、酸化防止膜は、金またはプラチナからなることが好ましい。
【００１６】
この構成では、可動梁側ＲＦ容量電極が酸化することを確実に防ぐことができる。
【００１７】
本発明に係る可変容量装置において、誘電体膜は、五酸化タンタルからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、可動梁側ＲＦ容量電極上に設けられた酸化防止膜を備えることから、可動梁側ＲＦ容量電極が酸化することを防ぐことができるため、可変容量装置において所望の大きさの容量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の静電力により駆動するＭＥＭＳが用いられたデバイスの構成例を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係る可変容量装置の平面図である。
【図３】可動梁および誘電体膜を除いた状態での本発明の実施形態に係る可変容量装置の分解平面図である。
【図４】Ｚ軸負方向から視た本発明の実施形態に係る可変容量装置の分解平面図である。
【図５】（Ａ）は、図２のＶＡ−ＶＡ線における本発明の実施形態に係る可変容量装置の断面図であり、（Ｂ）は、図２のＶＢ−ＶＢ線における可変容量装置の断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線における本発明の実施形態に係る可変容量装置の断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る可変容量装置における可動梁の変形態様を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係る可変容量装置１について、図２〜図７を参照して説明する。なお、各図には直交座標形のＸ−Ｙ−Ｚ軸を付している。図２は、本実施形態に係る可変容量装置１の平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。図２に示すように、可変容量装置１は、固定板２と、可動梁３と、誘電体膜４とを備える。固定板２は、例えばガラス基板であり、平面視して長辺および短辺からなる矩形状に構成されている。なお、固定板２は、シリコン単結晶基板などの他の絶縁性基板であってもよい。
【００２１】
以下では、平面視して固定板２の長手方向をＸ軸とし、平面視して固定板２の長手方向に直交する方向（以下、短手方向という）をＹ軸とし、固定板２の厚み方向をＺ軸とする。また、図２における紙面右方向をＸ軸正方向とする。図２における紙面下方向をＹ軸正方向とする。また、固定板２の上面方向をＺ軸正方向とする。
【００２２】
誘電体膜４は、固定板２と相似形状であって、固定板２よりも大きさが小さく、長手方向がＸ軸方向と一致するように、固定板２の上面（Ｚ軸正方向の面）に平面視して矩形状に設けられている。誘電体膜４は、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５ ）などの誘電率が高い薄膜であることが好ましい。また、誘電体膜４は、約２００ｎｍの厚みを有している。
【００２３】
可動梁３は、約３０μｍの厚みを有する高抵抗シリコン基板（絶縁材料）などの絶縁性基板からなり、Ｘ−Ｚ面を視て略Ｌ字状の片持ち梁構造となっている。片持ち梁構造とは、板状の部材を一端部でのみ固定する構造をいう。なお、可動梁３は、対向する両端部で固定する両持ち梁構造であってもよい。この可動梁３は、支持部３Ａと、連結部３Ｂと、可動部３Ｃとを備える。
【００２４】
支持部３Ａは、平面視してＹ軸方向に長尺な矩形状であり、一方の長辺が固定板２のＸ軸負方向の短辺と一致するように、固定板２の上面に設けられている。支持部３Ａは、可動梁３のＸ軸負方向端部に設けられている。連結部３Ｂは、平面視して、それぞれＸ軸方向に沿って蛇行するミアンダライン状となっている。連結部３Ｂは、支持部３ＡのＹ軸方向の両端にそれぞれ設けられている。可動部３Ｃは、平面視して、Ｘ軸方向に長尺な平板状であり、可動梁３のＸ軸正方向端部に設けられている。可動部３Ｃは、Ｘ軸負方向の端部で連結部３Ｂに連結されている。この可動梁３においては、連結部３Ｂおよび可動部３Ｃが固定板２から離間した状態で支持部３Ａによって支持されている。
【００２５】
また、可動部３Ｃは、２つの分割領域３Ｄ１，３Ｄ２と、３つの区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３とを有している。分割領域３Ｄ１，３Ｄ２は、それぞれＸ軸に沿って複数の貫通孔が配列された領域である。区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３は、分割領域３Ｄ１，３Ｄ２によって区画された、Ｘ軸方向に沿って長尺な領域である。よって、区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３においては、Ｙ軸方向における各領域間に分割領域３Ｄ１，３Ｄ２が配置されている。すなわち、Ｙ軸正方向に向かって、区画領域３Ｅ１、分割領域３Ｄ１、区画領域３Ｅ２、分割領域３Ｄ２および区画領域３Ｅ３の順に配列している。
【００２６】
図３は、可動梁３および誘電体膜４を除いた状態での可変容量装置１の分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。図３に示すように、可変容量装置１は、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂと、グランド電極７とを備えている。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂと、グランド電極７とは、それぞれ固定板２の上面に設けられている。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂと、グランド電極７とは、それぞれ銅（Ｃｕ）からなり、約２０００ｎｍの厚みを有している。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとは、それぞれＸ軸方向に長尺な線路状電極であり、長手方向が平行となるよう配列されている。このとき、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂの間に固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂが位置するように、Ｙ軸方向に配列されている。すなわち、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂは、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６ＢのＹ軸方向の両脇に設けられている。
【００２７】
固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂは、一方の端部が駆動電圧端子ＤＣに接続されている。固定板側ＲＦ容量電極６Ａの一方の端部はＲＦ信号の入力端子（または出力端子）に接続され、固定板側ＲＦ容量電極６Ｂの一方の端部はＲＦ信号の出力端子（または入力端子）に接続されている。
【００２８】
グランド電極７は、一方の端部が接地端子ＧＮＤに接続されている。グランド電極７は、固定板側駆動容量電極５Ａ、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂおよび固定板側駆動容量電極５Ｂを順に取り囲むようにミアンダライン状に形成されている。誘電体膜４は、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとを覆うように形成されている。
【００２９】
図４は、Ｚ軸負方向から視た可変容量装置１の分解平面図である。図４（Ａ）は、固定板２および誘電体膜４を除いた状態での可変容量装置１の分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）から後述の酸化防止膜を除いた状態での可変容量装置１の分解平面図Ｘ−Ｙ面平面図）である。
【００３０】
図４（Ｂ）に示すように、可変容量装置１は、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とを備える。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とは、それぞれ約５００ｎｍの厚みを有し、可動梁３の下面に形成されている。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とは、可動梁３を構成している高抵抗シリコン基板と近い線膨張係数を有するタングステンからなることが好ましい。 可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とは、Ｘ軸方向に長尺な線路状電極であり、Ｙ軸方向に配列して設けられている。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂは、可動梁側ＲＦ容量電極９のＹ軸方向の両脇に設けられている。具体的には、可動梁側駆動容量電極８Ａは、固定板側駆動容量電極５Ａおよび誘電体膜４と対向するように区画領域３Ｅ１に設けられていて、可動梁側駆動容量電極８Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ｂおよび誘電体膜４と対向するように区画領域３Ｅ３に設けられている。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂは、ミアンダライン状の接続電極８Ｃにより互いに接続されており、接続電極８Ｃは接地端子ＧＮＤに接続されている。
【００３１】
可動梁側ＲＦ容量電極９は、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂの間に設けられている。具体的には、可動梁側ＲＦ容量電極９は、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂおよび誘電体膜４と対向するように区画領域３Ｅ２に設けられている。
【００３２】
可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９の表面には、図４（Ａ）に示すように、酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが形成されている。酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、金（Ａｕ）またはプラチナ（Ｐｔ）から形成されており、約５００ｎｍの厚みの可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９に対し十分薄い厚さ、例えば、約１０ｎｍの厚みを有している。
【００３３】
酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９の電極材料よりも標準電極電位が高い材料からなる。よって、酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、誘電体膜４中の酸素原子が可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９に移動すること、すなわち、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９が酸化することを防いでいる。一般に、可変容量装置において、可動梁側駆動容量電極および可動梁側ＲＦ容量電極が酸化した場合、可動梁側駆動容量電極および可動梁側ＲＦ容量電極の誘電率が変わってしまうだけではなく、可動梁側駆動容量電極および可動梁側ＲＦ容量電極との酸化した部分が誘電体層として機能するので、可変容量装置において所望の大きさの容量が得られないといった問題がある。本実施形態では、酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにより可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９が酸化することを防いでいるため、可変容量装置１において所望の大きさの容量を得ることができる。
【００３４】
なお、図示していないが、可動梁３と可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９との間、並びに、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９と酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとの間には、ＴｉＮまたはＴｉＷ等のチタン合金層である密着層（厚さ１０ｎｍ）が形成されており、層間剥離を防止している。
【００３５】
図５（Ａ）は、図２のＶＡ−ＶＡ線における可変容量装置１の断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）であり、図５（Ｂ）は、図２のＶＢ−ＶＢ線における可変容量装置１の断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線における可変容量装置１の断面図（Ｙ−Ｚ面断面図）である。
【００３６】
可動梁側駆動容量電極８Ａは、酸化防止膜１０Ａを介して、固定板側駆動容量電極５Ａとグランド電極７と誘電体膜４とに対向している。可動梁側駆動容量電極８Ｂは、酸化防止膜１０Ｂを介して、固定板側駆動容量電極５Ｂとグランド電極７と誘電体膜４とに対向している。可動梁側駆動容量電極８Ａは、固定板側駆動容量電極５Ａおよび誘電体膜４の対向する領域と酸化防止膜１０Ａとともに駆動容量部を構成している。可動梁側駆動容量電極８Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ｂおよび誘電体膜４の対向する領域と酸化防止膜１０Ｂとともに駆動容量部を構成している。駆動電圧端子ＤＣから固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂに駆動ＤＣ電圧が印加されると、駆動容量部において静電引力が発生する。駆動容量部は、その静電引力により可動梁３を固定板２側に引き付け、可動梁３を先端（Ｘ軸正方向側の端部）から誘電体膜４に接触させる駆動容量として機能する。駆動ＤＣ電圧が高電圧であるほど、可動梁３と誘電体膜４との接触面積は大きくなる。
【００３７】
グランド電極７は、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと同電位（グランド電位）に接続され、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂとが対向する領域の誘電体膜４に強い電界が作用することを防ぐ。したがって、グランド電極７を設けることで、誘電体膜４の帯電が抑制され、誘電体膜４に可動梁３が貼り付くスティッキング現象の発生を防ぐことができる。
【００３８】
誘電体膜４において、グランド電極７上に形成されている部分は、周囲から突出しており、ストッパ部４Ａを構成している。すなわち、誘電体膜４の表面には、ストッパ部４Ａが形成されている。ストッパ部４Ａは、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂとが対向する領域で、酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂが誘電体膜４に直接接触することを防ぐ。このストッパ部４Ａを設けることでも、誘電体膜４の帯電が抑制され、スティッキング現象の発生を防ぐことができる。
【００３９】
可動梁側ＲＦ容量電極９は、酸化防止膜１０Ｃを介して、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂと誘電体膜４とに対向している。可動梁側ＲＦ容量電極９は、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂおよび誘電体膜４の対向する領域と酸化防止膜１０ＣとともにＲＦ容量部を構成している。ＲＦ容量部は、可動梁側ＲＦ容量電極９と固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとの間に形成され、酸化防止膜１０Ｃが形成された可動梁側ＲＦ容量電極９と誘電体膜４との接触面積に応じて容量の大きさが変化するＲＦ容量として機能する。
【００４０】
誘電体膜４において、可動梁側ＲＦ容量電極９に対向している部分は、周囲から突出しており、突出部４Ｂを構成している。突出部４Ｂは、ストッパ部４Ａと同じ高さである。すなわち、誘電体膜４の表面には、突出部４Ｂが形成されている。突出部４Ｂは、酸化防止膜１０Ｃが形成された可動梁側ＲＦ容量電極９と誘電体膜４との接触面積を大きくし、ＲＦ容量の最大値を大きくするために設けられている。
【００４１】
また、ストッパ部４Ａと突出部４Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂに対して平行に延在されているため、駆動容量とＲＦ容量との容量関係が常に一定に保たれるようになっている。なお、駆動容量部は駆動電圧端子ＤＣと接地端子ＧＮＤとの間に並列接続されるため、両者を直列接続する構成に比べて単位面積当たりの静電引力が大きく、両者を直列接続する場合よりも電極面積の低減に有利である。一方、ＲＦ容量部はＲＦ信号の入力端子と出力端子との間に直列接続されるため、両者を並列接続する構成に比べて単位面積当たりの静電引力が小さく、両者を並列接続する場合よりもＲＦ信号による可動梁３の変形（セルフアクチエーション）の抑制に有利である。
【００４２】
図７は、可変容量装置１における可動梁３の変形態様を説明する図である。
駆動電圧端子ＤＣから固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂに印加される駆動ＤＣ電圧を大きくして、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂとの間に形成される駆動容量を大きくしていくと、静電引力により可動梁３が固定板２側に引き付けられ、可動梁３の連結部３Ｂにおける撓みが次第に大きくなり、可動部３Ｃが先端（Ｘ軸正方向側の端部）から誘電体膜４に接近する。そして、図７（Ａ）に示すように、可動梁側ＲＦ容量電極９の上に形成された酸化防止膜１０Ｃの先端（Ｘ軸正方向側の端部）が誘電体膜４に線接触する。このとき、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂの上に形成された酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂの先端（Ｘ軸正方向側の端部）も誘電体膜４に線接触する。
【００４３】
駆動容量をさらに大きくしていくと、可動梁３の可動部３Ｃにおける撓みが大きくなり、可動梁３の先端（Ｘ軸正方向側の端部）近傍が固定板２と平行になるように、可動梁３が固定板２に近づく。そして、酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが誘電体膜４に線接触する状態から面接触する状態に移行する。
【００４４】
駆動電圧をより大きくしていくと、可動梁３の可動部３Ｃにおける撓みが大きくなり、図７（Ｃ）に示すように、酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが誘電体膜４に面接触する領域が拡大していくとともにＲＦ容量が増加していく。
【００４５】
このように、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂとの間に形成される駆動容量を大きくしていくことで、可動梁側ＲＦ容量電極９の上に形成された酸化防止膜１０Ｃと誘電体膜４との接触面積が大きくなり、可変容量装置１のＲＦ容量が大きくなる。このとき、可動梁側ＲＦ容量電極９と誘電体膜４との間には酸化防止膜１０Ｃが介在するため、誘電体膜４中の酸素原子が可動梁側ＲＦ容量電極９に移動することを防いでいる。同様に、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと誘電体膜４との間には酸化防止膜１０Ａ，１０Ｂが介在するため、誘電体膜４中の酸素原子が可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂに移動することを防いでいる。この結果、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと可動梁側ＲＦ容量電極９とは酸化せず、可変容量装置１において所望の大きさの容量を得ることができる。
【００４６】
なお、酸化防止膜の具体的構成などは、適宜設計変更可能であり、上述の実施形態に記載された作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、上述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００４７】
例えば、酸化防止膜は、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとの間で容量を形成する可動梁側ＲＦ容量電極９の上にのみ設けられていてもよい。また、酸化防止膜は、可動梁側ＲＦ容量電極９の面全体に亘って設けずに、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂ上の誘電体膜４と密着する部分にのみ設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１−可変容量装置
２−固定板
３−可動梁
３Ａ−支持部
３Ｂ−連結部
３Ｃ−可動部
３Ｄ１，３Ｄ２−分割領域
３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３−区画領域
４−誘電体膜
４Ａ−ストッパ部
４Ｂ−突出部
５Ａ，５Ｂ−固定板側駆動容量電極
６Ａ，６Ｂ−固定板側ＲＦ容量電極
７−グランド電極
８Ａ，８Ｂ−可動梁側駆動容量電極
９−可動梁側ＲＦ容量電極
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ−酸化防止膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられた可動梁と、
前記可動梁に設けられた可動梁側ＲＦ容量電極と、
前記可動梁側ＲＦ容量電極に対向するように前記固定板に設けられた固定板側ＲＦ容量電極と、
前記可動梁側ＲＦ容量電極と前記固定板側ＲＦ容量電極との間に設けられた、酸化物からなる誘電体膜と、
前記可動梁側ＲＦ容量電極上に設けられた酸化防止膜と、
を備える可変容量装置。
【請求項２】
前記酸化防止膜は、前記可動梁側ＲＦ容量電極の電極材料よりも標準電極電位が高い材料からなる、請求項１に記載の可変容量装置。
【請求項３】
前記可動梁に設けられた可動梁側駆動容量電極と、
前記可動梁側駆動容量電極に対向するように前記固定板に設けられた固定板側駆動容量電極と、
前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に設けられた、酸化物からなる誘電体膜と、
前記可動梁側駆動容量電極上に設けられた酸化防止膜と、
をさらに備える請求項１または２に記載の可変容量装置。
【請求項４】
前記酸化防止膜は、金またはプラチナからなる、請求項１から３の何れか一つに記載の可変容量装置。
【請求項５】
前記誘電体膜は、五酸化タンタルからなる、請求項１から４の何れか一つに記載の可変容量装置。
【請求項１】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられた可動梁と、
前記可動梁に設けられた可動梁側ＲＦ容量電極と、
前記可動梁側ＲＦ容量電極に対向するように前記固定板に設けられた固定板側ＲＦ容量電極と、
前記可動梁側ＲＦ容量電極と前記固定板側ＲＦ容量電極との間に設けられた、酸化物からなる誘電体膜と、
前記可動梁側ＲＦ容量電極上に設けられた酸化防止膜と、
を備える可変容量装置。
【請求項２】
前記酸化防止膜は、前記可動梁側ＲＦ容量電極の電極材料よりも標準電極電位が高い材料からなる、請求項１に記載の可変容量装置。
【請求項３】
前記可動梁に設けられた可動梁側駆動容量電極と、
前記可動梁側駆動容量電極に対向するように前記固定板に設けられた固定板側駆動容量電極と、
前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に設けられた、酸化物からなる誘電体膜と、
前記可動梁側駆動容量電極上に設けられた酸化防止膜と、
をさらに備える請求項１または２に記載の可変容量装置。
【請求項４】
前記酸化防止膜は、金またはプラチナからなる、請求項１から３の何れか一つに記載の可変容量装置。
【請求項５】
前記誘電体膜は、五酸化タンタルからなる、請求項１から４の何れか一つに記載の可変容量装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−５１２９７（Ｐ２０１３−５１２９７Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８０９１（Ｐ２０１１−１８８０９１）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
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