JP3818176B2 - Ｒｆｍｅｍｓ素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波回路に組み込まれるＲＦ ＭＥＭＳ（microelectromechanical systems）素子に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図９（ａ）にはマイクロマシンスイッチの一例が平面図により示され、図９（ｂ）には図９（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図が示されている（特許第3119255号参照）。このマイクロマシンスイッチ４０において、基板４１上には、第１の信号線４２ａと第２の信号線４２ｂが互いに端部をギャップＧを介し対向させて配置形成されている。また、基板４１上には下部電極４３が第１の信号線４２ａおよび第２の信号線４２ｂと間隔を介して形成されている。
【０００３】
さらに、基板４１には、固定部４５が下部電極４３の近傍に配設されている。さらにまた、基板４１の上方側には、第１の信号線４２ａおよび第２の信号線４２ｂの各端部の形成領域から下部電極４３の形成領域にかけての基板領域に間隔を介して対向する可動体４４が配置されている。この可動体４４は、固定部４５に梁４６（４６ａ，４６ｂ）を介して支持されている。
【０００４】
可動体４４の基板側の面にはほぼ全面に絶縁膜４７が形成されており、この絶縁膜４７上には、可動用電極４８が下部電極４３に対向させて形成され、また、接触電極５０が第１の信号線４２ａの端部からギャップＧを介し第２の信号線４２ｂの端部に至るまでの領域に対向させて形成されている。
【０００５】
このような構成のマイクロマシンスイッチ４０では、例えば、下部電極４３と可動用電極４８間に直流電圧を印加することにより、当該下部電極４３と可動用電極４８間に静電引力が発生し、この静電引力によって梁４６ａ，４６ｂが撓んで可動体４４が基板４１側に引き寄せられる。この可動体４４の変位によって接触電極５０が信号線４２ａ，４２ｂの両方の端部に接触することにより、信号線４２ａ，４２ｂは接触電極５０を介して導通する。このマイクロマシンスイッチ４０では、そのように接触電極５０が信号線４２ａ，４２ｂに接触することによって信号線４２ａ，４２ｂの信号導通がオンし、また、接触電極５０が信号線４２ａ，４２ｂから離れることによって信号線４２ａ，４２ｂの信号導通がオフするという如く、スイッチング動作を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このマイクロマシンスイッチ４０の構成では、可動体４４は、シリコンにボロンを高濃度にドープした低抵抗シリコンにより構成されている。この低抵抗シリコンは誘電体損失が大きいために、スイッチオン動作により接触電極５０に流れる高周波信号は、接触電極５０での伝搬ロスが大きいという問題がある。
【０００７】
この発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、高周波信号の伝搬ロスの低減が図れるＲＦ ＭＥＭＳ素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、基板と、この基板上に形成される高周波信号導通部と、基板の上方側に基板と間隔を介して配置され高周波信号導通部の少なくとも一部分に間隔を介して対向する可動体と、この可動体に形成され高周波信号導通部に対向する可動電極と、静電引力を利用して前記可動体を基板に対して遠近方向に変位させる可動体変位手段とを有するＲＦ ＭＥＭＳ素子であって、可動体は、少なくとも前記高周波信号導通部を導通する高周波信号の高周波数帯において周波数が高くなるに従って誘電体損失が小さくなる特性を付与する抵抗率を持つシリコンの高抵抗半導体により構成されることで、前記高周波信号導通部を導通する高周波信号に対しては絶縁体として振る舞い、かつ、印加される直流信号に対しては非絶縁体である電極として振舞う性質を有し、基板上には可動体の一部分に対向する可動用固定電極が形成され、この可動用固定電極と、前記電極として機能する可動体とは、当該可動用固定電極と可動体間の直流電圧印加による静電引力によって可動体を可動用固定電極側に変位させる可動体変位手段を構成しており、この可動体変位手段による可動体の変位によって高周波信号導通部と可動電極間の間隔が変化して当該高周波信号導通部と可動電極間の静電容量が可変する構成を備えていることを特徴としている。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明の構成を備え、可動体の上方側に間隔を介して対向する上部部材が配設されており、可動用固定電極を基板上に設けるのに代えて、可動用固定電極はその上部部材に可動体の少なくとも一部分に対向させて形成されていることを特徴としている。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明の構成を備え、対向し合う高周波信号導通部の表面と可動電極の表面とのうちの少なくとも一方には保護用の絶縁膜が形成されていることを特徴としている。
【００１１】
第４の発明は、第１又は第２又は第３の発明の構成を備え、高周波信号導通部を流れる高周波信号の周波数は５ＧHz以上であることを特徴としている。
【００１２】
第５の発明は、第１〜第４の発明の何れか１つの発明の構成を備え、可動体を構成する高抵抗半導体は、1000Ωcm以上、かつ、10000Ωcm以下の範囲内の抵抗率を有していることを特徴としている。
【００１３】
第６の発明は、第１〜第５の発明の何れか１つの発明の構成を備え、ＲＦ ＭＥＭＳ素子は、可動体の変位制御により高周波信号導通部と可動電極間の静電容量が可変制御される可変容量素子であることを特徴としている。
【００１４】
第７の発明は、第１〜第５の発明の何れか１つの発明の構成を備え、高周波信号導通部はコプレーナー線路であり、ＲＦ ＭＥＭＳ素子は、コプレーナー線路と可動電極間の静電容量が大となって当該コプレーナー線路と可動電極間が高周波的に短絡することによりコプレーナー線路の導通がオフし、また、コプレーナー線路と可動電極間の静電容量が小となって当該コプレーナー線路と可動電極間が高周波的にオープンとなることによりコプレーナー線路の導通がオンするスイッチ素子であることを特徴としている。
【００１５】
第８の発明は、第１〜第５の発明の何れか１つの発明の構成を備え、高周波信号導通部は信号線路と成し、当該信号線路は可動電極に対向する領域内に分断部を有し、この分断部の両端の線路端部は可動電極に間隔を介して対向しており、ＲＦ ＭＥＭＳ素子は、可動電極と信号線路の分断部の両端部分との間の静電容量が大となって当該可動電極と信号線路の分断部の両端部分との間が高周波的に短絡することにより信号線路の分断部の両端部分は可動電極を介して導通がオンし、また、可動電極と信号線路の分断部の両端部分との間の静電容量が小さくなって当該可動電極と信号線路の分断部の両端部分との間がオープンとなることにより信号線路の信号の導通がオフするスイッチ素子であることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１（ａ）には本発明に係るＲＦ ＭＥＭＳ素子の一例が模式的な平面図により示され、図１（ｂ）には図１（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図が模式的に示されている。
【００１８】
この第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子１は、高周波回路に組み込まれてコプレーナー線路のスイッチ素子として機能するものである。このＲＦ ＭＥＭＳ素子１において、基板２（例えばシリコン基板やサファイア基板など）を有し、この基板２上には高周波信号導通部であるコプレーナー線路（ＣＰＷ線路）３が形成されている。このコプレーナー線路３は、信号線３ｓを２本のグランド線３g1，３g2が間隔を介し挟み込む形態で配置されて成る高周波信号伝送用の線路であり、それら線路３ｓ，３g1，３g2は、例えばＡｕ等の導体膜により構成される。また、その線路３ｓ，３g1，３g2の厚みは適宜設定されるものであるが、その一例を挙げるとすると、例えば約２μｍ程度である。この第１実施形態例では、コプレーナー線路３には例えば５ＧHz以上の高周波の信号が流れる。
【００１９】
また、基板２の上方側には基板２と間隔を介して上部部材（例えばガラス基板）４が配置されている。この上部部材４は固定部５（５ａ，５ｂ）を介して基板２に固定されている。
【００２０】
さらに、基板２と上部部材４間の間隙には、可動体６が、コプレーナー線路３の上方側に間隔を介し、かつ、コプレーナー線路３の信号線３ｓとグランド線３g1，３g2の一部分に共通に対向させて配置されている。この可動体６は、基板２に対して遠近方向に変位が可能となるように梁７（７ａ，７ｂ）と支持部８（８ａ，８ｂ）を介して上部部材４に支持されている。
【００２１】
可動体６における基板２側の面には、例えばＡｕ等の導体膜から成る可動電極１０が形成されている。図２（ａ）には上部部材４の上方側から見た可動電極１０とコプレーナー線路３の配置関係例が簡略化して示され、また、図２（ｂ）にはその可動電極１０とコプレーナー線路３を横側から見た配置関係例が示されている。これらの図示の如く、可動電極１０は、コプレーナー線路３のグランド線３g1から信号線３ｓを介しグランド線３g2にかけて跨ぐように、かつ、それら線路３ｓ，３g1，３g2と間隔を介し対向させて形成されている。
【００２２】
この第１実施形態例では、可動電極１０の表面には保護用の絶縁膜１１が形成されている。この絶縁膜１１は、例えばＳｉＮ等の絶縁体により構成され、膜厚が例えば０．１μｍ程度という如く、非常に薄い膜である。
【００２３】
さらにまた、上部部材４には、可動体６に対向する部位に、凹部４ａが形成されており、この凹部４ａの内壁面には可動体６に対向する可動用固定電極１２（１２ａ，１２ｂ）が形成されている。また、上部部材４には、当該上部部材４の表面から可動用固定電極１２ａ，１２ｂに至るスルーホール１３ａ，１３ｂが形成され、また、上部部材４の表面から支持部８（８ｂ）に至るスルーホール１３ｃが形成されている。さらに、上部部材４の表面には、各スルーホール１３ａ，１３ｂ，１３ｃにそれぞれ接続する電極パッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃが形成されている。
【００２４】
この第１実施形態例において最も特徴的なことは、可動体６が高抵抗半導体により構成されていることである。高抵抗半導体とは、高周波信号（例えば約５ＧHz以上の信号）に対しては絶縁体として振る舞い、低周波信号（例えば約100ｋHz以下の信号）および直流信号に対しては電極として振る舞うことができる高い抵抗率を有する半導体である。この第１実施形態例では、可動体６を構成する高抵抗半導体は、1000Ωcm以上、かつ、10000Ωcm以下の範囲内の抵抗率を有している。
【００２５】
また、高抵抗半導体は、誘電体損失に関して次のような性質を有する。つまり、図５の実線Ｂに示す如く、ガラス等の絶縁体は、高周波領域において、周波数が高くなるに従って誘電体損失（tanδ）が大きくなるのに対して、高抵抗半導体は、図５の実線Ａに示すように、周波数が高くなるに従って誘電体損失が小さくなるというものである。なお、図５のグラフにおいて、実線Ａは、抵抗率2000Ωcmを持つ高抵抗シリコンに関するものであり、実線ａにより囲まれている領域内の値は実験値であり、それ以外は文献値である。また、実線Ｂはパイレックス（登録商標）ガラスに関する文献値である。
【００２６】
この第１実施形態例では、コプレーナー線路３を流れる信号は５ＧHz以上の高周波信号であり、この高周波信号に対しては、高抵抗半導体から成る可動体６は、当該可動体６を絶縁体により構成する場合と同等、あるいは、それ以上の良好な誘電体損失の特性を有する。
【００２７】
前記の如く、高抵抗半導体から成る可動体６は、直流信号（直流電圧）に対しては当該可動体６自体を電極として機能させることができることから、この第１実施形態例では、電極としての可動体６と、可動用固定電極１２ａ，１２ｂとによって、可動体６を変位させる可動体変位手段が構成されている。つまり、電極パッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃとスルーホール１３ａ，１３ｂ，１３ｃを介して外部から直流電圧（例えば５Ｖ程度の直流電圧）を可動体６と可動用固定電極１２（１２ａ，１２ｂ）間に印加すると、当該可動体６と可動用固定電極１２間に静電引力が発生する。この静電引力によって可動体６は、図４に示すように、可動用固定電極１２側に引き寄せられる。このように、可動体６と可動用固定電極１２により静電引力を利用して可動体６を変位させることができる。
【００２８】
この第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子１は上記のように構成されており、次に示すようにコプレーナー線路のスイッチ素子として機能することができる。
【００２９】
例えば、図１（ｂ）の如く、可動電極１０上の絶縁膜１１がコプレーナー線路３に接触している、又は、近接している状態では、可動電極１０とコプレーナー線路３間の間隔は絶縁膜１１の厚み（例えば０．１μｍ）程度というように非常に狭く、可動電極１０とコプレーナー線路３間の静電容量は大きくなる。
【００３０】
ところで、図３（ａ）には図２（ａ）、（ｂ）に示される可動電極１０およびコプレーナー線路３の等価回路が示されている。なお、Ｃ１は可動電極１０とグランド線３g1間の静電容量を示し、Ｃ２は可動電極１０とグランド線３g2間の静電容量を示し、Ｃ３は可動電極１０と信号線３ｓ間の静電容量を示している。また、Ｌ１，Ｒ１は、それぞれ、可動電極１０のグランド線３g1側のインダクタンス値、抵抗値を示し、Ｌ２，Ｒ２は、それぞれ、可動電極１０のグランド線３g2側のインダクタンス値、抵抗値を示す。
【００３１】
図３（ａ）の等価回路を整理すると、図３（ｂ）に示すように表すことができる。なお、近似的に静電容量Ｃは、Ｃ＝１／（（１／（Ｃ１＋Ｃ２））＋（１／Ｃ３））の数式に基づくものであり、インダクタンスＬは、Ｌ＝１／（（１／Ｌ１）＋（１／Ｌ２））の数式に基づくものであり、抵抗Ｒは、Ｒ＝１／（（１／Ｒ１）＋（１／Ｒ２））の数式に基づくものである。
【００３２】
前記の如く、可動電極１０とコプレーナー線路３間の間隔が狭くて当該可動電極１０とコプレーナー線路３間の静電容量Ｃが大きくなると、図３（ｂ）の等価回路におけるＬＣの直列共振周波数が信号線３ｓを流れる高周波信号の周波数に近くなり、信号線３ｓ側から可動電極１０を介してグランド側を見たときのＬＣ回路部分のインピーダンスが非常に小さくなる。つまり、信号線３ｓから可動電極１０を介してグランド側を見たときに短絡と等価な状態となる。これにより、コプレーナー線路３の信号の導通がオフする。
【００３３】
また、図４に示すように、可動体６が基板２から離れる方向に変位して、可動電極１０とコプレーナー線路３間の間隔が例えば５μｍ程度に広がると、可動電極１０とコプレーナー線路３間の静電容量Ｃが小さくなり、信号線３ｓ側から可動電極１０を介してグランド側を見たときのインピーダンスが非常に大きくなる。つまり、信号線３ｓから可動電極１０を介してグランド側を見たときにオープンと等価な状態となる。これにより、コプレーナー線路３の信号の導通はオンする。
【００３４】
このように、この第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子１は、可動体６を静電引力を利用して変位させることにより、コプレーナー線路３の信号導通のオン・オフを行うことができる。
【００３５】
この第１実施形態例では、可動体６が高抵抗半導体により構成されているので、前記の如く、可動体６自体が可動体変位手段の電極として機能することができる。これにより、可動体６に、可動体変位手段を構成するための電極を形成しなくて済むので、ＲＦ ＭＥＭＳ素子１の構造および製造工程の簡略化を図ることができる。これにより、ＲＦ ＭＥＭＳ素子１の低コスト化を図ることができる。
【００３６】
また、高抵抗半導体から成る可動体６は、高周波信号に対しては絶縁体の如く振る舞い、その誘電体損失（tanδ）は絶縁体と同等、あるいは、それ以上に良好となることから、高周波信号の伝搬ロスを低減することができる。近年、信号は高周波化の傾向にあり、可動体６を絶縁体により構成すると、信号の高周波化により可動体６の誘電体損失は大きくなって（図５の実線Ｂ参照）可動体６に因る信号の伝搬ロスの増加が懸念されるが、この第１実施形態例の如く、可動体６を高抵抗半導体により構成することにより、信号が高周波化するにつれて可動体６の誘電体損失が小さくなることから（図５の実線Ａ参照）、信号の高周波化により可動体６に因る信号の伝搬ロスを低減することができる。このように、この第１実施形態例の構成は、今後、非常に有効となるものである。
【００３７】
さらに、例えば仮にコプレーナー線路３と可動電極１０が直接接触により結合する構成とすると、図３（ｂ）の抵抗値Ｒに接触抵抗成分が含まれて抵抗値Ｒが大きくなってしまう。これにより、信号のロスが増加する。これに対して、この第１実施形態例では、コプレーナー線路３と可動電極１０は静電容量を介して結合する構成であるので、コプレーナー線路３と可動電極１０間に接触抵抗は発生せず、信号のロスを抑制することができる。
【００３８】
以下に、第２実施形態例を説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３９】
この第２実施形態例では、図６に示すように、可動体６は電気的に浮遊した構成となっている。それ以外の構成は第１実施形態例と同様である。つまり、可動体６を外部と導通させるためのスルーホール１３ｃと電極パッド１４ｃが省略されている。これにより、第１実施形態例の構成よりも、構造を簡略化することができる。また、製造コストを低減することができる。
【００４０】
以下に、第３実施形態例を説明する。なお、この第３実施形態例の説明において、第１や第２の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００４１】
この第３実施形態例では、可動用固定電極１２を可動体６の上方側に設けるのではなく、図７に示すように、可動用固定電極１２（１２ａ，１２ｂ）は、可動体６の下方側、つまり、基板２上に、可動体６の一部分に対向させて設けられている。第１や第２の各実施形態例では、可動用固定電極１２を可動体６の上方側に配置するために上部部材４が形成されていたが、この第３実施形態例では、可動用固定電極１２が基板２上に形成される構成であるために、上部部材４を設けなくとも済むので、当該上部部材４は省略されている。また、可動体６は、上部部材４に支持されるのに代えて、梁７を介して、基板２に固定されている固定部１６（１６ａ，１６ｂ）に支持されている。
【００４２】
この第３実施形態例では、可動用固定電極１２は基板２上に形成されているために、可動体６と可動用固定電極１２間に直流電圧を印加すると、可動体６は基板２側に引き寄せられる構成となる。このため、可動体６と可動用固定電極１２間に直流電圧を印加していないときには、図７に示すように、可動電極１０上の絶縁膜１１と、コプレーナー線路３との間には間隙が形成される状態となる。
【００４３】
この第３実施形態例では、上部部材４を省略することができるので、構造および製造工程の簡略化を図ることができる。
【００４４】
なお、この第３実施形態例では、上部部材４が省略されていたが、例えば可動体６の保護を図る観点から、この第３実施形態例の如く可動用固定電極１２を基板２上に形成する構成とした場合においても、第１や第２の各実施形態例と同様に上部部材４を設けてもよい。
【００４５】
以下に、第４実施形態例を説明する。なお、この第４実施形態例の説明において、第１〜第３の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００４６】
図８（ａ）には第４実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子１の模式的な平面図が示され、図８（ｂ）には図８（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図が示されている。
【００４７】
第１〜第３の各実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子１は、いわゆる並列スイッチの構成であるのに対して、この第４実施形態例では、直列スイッチの構成を有している。
【００４８】
すなわち、この第４実施形態例では、コプレーナー線路３の信号線３ｓには分断部１８が形成されており、可動電極１０は、その分断部１８の一端側の線路端部から分断部１８を介し他端側の線路端部にかけて対向するように、可動体６に形成されている。この第４実施形態例では、可動電極１０は、コプレーナー線路３のグランド線３g1，３g2には対向していない。
【００４９】
上記のようなコプレーナー線路３の信号線３ｓおよび可動電極１０以外の構成は、第１〜第３の各実施形態例と同様である。なお、図８の図示の例では、可動体６は第１実施形態例の如くスルーホール１３ｃと電極パッド１４ｃによって外部の回路と接続可能な構成であるが、第２実施形態例の如く可動体６は電気的に浮遊した状態としてもよい。また、図８の図示の例では、可動用固定電極１２は上部部材４に形成されているが、第３実施形態例の如く可動用固定電極１２を基板２上に形成してもよい。
【００５０】
この第４実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子１では、図８（ｂ）に示すように、可動電極１０上の絶縁膜１１が信号線３ｓに接触して、可動電極１０と、分断部１８の両端の線路部分との間の間隔が非常に狭い場合には、可動電極１０と分断部１８の両端の線路部分とは静電容量が大きくなって当該可動電極１０と分断部１８の両端の線路部分との間は高周波的に短絡する。これにより、分断部１８の両端の線路端部分は可動電極１０を介して導通し、信号線３ｓの信号の導通がオンする。
【００５１】
また、可動体変位手段による可動体６の変位によって可動電極１０が基板２から離れる方向に変位すると、可動電極１０と分断部１８の両端の線路端部との間の間隔が広がって、当該可動電極１０と分断部１８の両端の線路端部との間の静電容量が小さくなる。これにより、可動電極１０と分断部１８の両端の線路端部との間がオープンとなり、信号線３ｓの信号導通はオフする。
【００５２】
この第４実施形態例においても、第１〜第３の各実施形態例と同様に、可動体６が高抵抗半導体により構成されているので、第１〜第３の各実施形態例と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
なお、この発明は第１〜第４の各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１〜第４の各実施形態例では、ＲＦ ＭＥＭＳ素子１はスイッチ素子である例を示したが、同様な構成により可変容量素子を構成することができる。スイッチ素子とする場合には、可動電極１０とコプレーナー線路３間の高周波的な短絡とオープンの切り換えが可能な程に、可動体６を大きく変位させる必要があるが、可変容量素子とする場合には、一般的に静電容量の可変範囲はそれほど大きくなく、可動体６の変位量は少なくてよい。また、ＲＦ ＭＥＭＳ素子を可変容量素子とする場合には、可動体６の高精度な変位制御が可能となるように梁７の弾性係数などが設定されることが好ましい。
【００５４】
また、第１〜第４の各実施形態例では、高周波信号導通部として、コプレーナー線路が設けられている例を示したが、高周波信号導通部として、コプレーナー線路以外の例えばマイクロストリップ線路等の線路を形成してもよい。
【００５６】
さらに、第１〜第４の各実施形態例では、可動電極１０上に絶縁膜１１が形成されていたが、例えば、絶縁膜１１を可動電極１０に設けるのに代えて、コプレーナー線路３における少なくとも可動電極１０に対向する部分に絶縁膜１１を形成してもよいし、また、対向し合う可動電極１０とコプレーナー線路３の両方の表面に絶縁膜１１を形成してもよい。
【００５７】
【発明の効果】
この発明によれば、可動体を高抵抗半導体により構成しているので、可動体は直流信号に対しては電極として振る舞うことができる。このことから、この発明では、可動体自体を可動体変位手段の電極として機能させている。これにより、可動体に可動体変位手段の電極を形成しなくて済むこととなるので、ＲＦ ＭＥＭＳ素子の構造および製造工程の簡略化を図ることができる。
【００５８】
また、上記の如く可動体を高抵抗半導体により構成しており、当該高抵抗半導体は、高周波信号に対しては非常に低い誘電体損失を持つ性質であることから、信号のロスを低減することが可能となる。
【００５９】
また、対向し合う高周波信号導通部の表面と可動電極の表面とのうちの少なくとも一方には絶縁膜が形成されているものにあっては、高周波信号導通部あるいは可動電極の保護を図ることができる。また、高周波信号導通部と可動電極は接触することがないので、高周波信号導通部と可動電極の接触による接触抵抗に起因した信号のロスを確実に防止することができる。
【００６０】
さらに、高周波信号導通部を流れる高周波信号の周波数が５ＧHz以上であるものにあっては、可動体を高抵抗半導体により構成することに起因した誘電体損失の抑制効果を大きく得ることができる。
【００６１】
この発明において特徴的な構成を有するスイッチ素子であるＲＦ ＭＥＭＳ素子や、可変容量素子であるＲＦ ＭＥＭＳ素子を回路に組み込むことにより、当該回路のロス低減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子を説明するための図である。
【図２】第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子を構成する可動電極とコプレーナー線路を抜き出して当該可動電極とコプレーナー線路の配置関係の一例を示すモデル図である。
【図３】第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子を構成する可動電極とコプレーナー線路部分の等価回路図である。
【図４】第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子において、静電引力を利用して可動体を変位させた状態を示したモデル図である。
【図５】高抵抗半導体における周波数と誘電体損失（tanδ）の関係例をガラスの場合と比較して示すグラフである。
【図６】第２実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子を説明するためのモデル図である。
【図７】第３実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子を説明するためのモデル図である。
【図８】第４実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子を説明するためのモデル図である。
【図９】特許第３１１９２５５号に開示のマイクロマシンスイッチを説明するための図である。
【符号の説明】
１ ＲＦ ＭＥＭＳ素子
２ 基板
３ コプレーナー線路
４ 上部部材
６ 可動体
１０ 可動電極
１１ 絶縁膜
１２ 可動用固定電極
１８ 分断部
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波回路に組み込まれるＲＦ ＭＥＭＳ（microelectromechanical systems）素子に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図９（ａ）にはマイクロマシンスイッチの一例が平面図により示され、図９（ｂ）には図９（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図が示されている（特許第3119255号参照）。このマイクロマシンスイッチ４０において、基板４１上には、第１の信号線４２ａと第２の信号線４２ｂが互いに端部をギャップＧを介し対向させて配置形成されている。また、基板４１上には下部電極４３が第１の信号線４２ａおよび第２の信号線４２ｂと間隔を介して形成されている。
【０００３】
さらに、基板４１には、固定部４５が下部電極４３の近傍に配設されている。さらにまた、基板４１の上方側には、第１の信号線４２ａおよび第２の信号線４２ｂの各端部の形成領域から下部電極４３の形成領域にかけての基板領域に間隔を介して対向する可動体４４が配置されている。この可動体４４は、固定部４５に梁４６（４６ａ，４６ｂ）を介して支持されている。
【０００４】
可動体４４の基板側の面にはほぼ全面に絶縁膜４７が形成されており、この絶縁膜４７上には、可動用電極４８が下部電極４３に対向させて形成され、また、接触電極５０が第１の信号線４２ａの端部からギャップＧを介し第２の信号線４２ｂの端部に至るまでの領域に対向させて形成されている。
【０００５】
このような構成のマイクロマシンスイッチ４０では、例えば、下部電極４３と可動用電極４８間に直流電圧を印加することにより、当該下部電極４３と可動用電極４８間に静電引力が発生し、この静電引力によって梁４６ａ，４６ｂが撓んで可動体４４が基板４１側に引き寄せられる。この可動体４４の変位によって接触電極５０が信号線４２ａ，４２ｂの両方の端部に接触することにより、信号線４２ａ，４２ｂは接触電極５０を介して導通する。このマイクロマシンスイッチ４０では、そのように接触電極５０が信号線４２ａ，４２ｂに接触することによって信号線４２ａ，４２ｂの信号導通がオンし、また、接触電極５０が信号線４２ａ，４２ｂから離れることによって信号線４２ａ，４２ｂの信号導通がオフするという如く、スイッチング動作を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このマイクロマシンスイッチ４０の構成では、可動体４４は、シリコンにボロンを高濃度にドープした低抵抗シリコンにより構成されている。この低抵抗シリコンは誘電体損失が大きいために、スイッチオン動作により接触電極５０に流れる高周波信号は、接触電極５０での伝搬ロスが大きいという問題がある。
【０００７】
この発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、高周波信号の伝搬ロスの低減が図れるＲＦ ＭＥＭＳ素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、基板と、この基板上に形成される高周波信号導通部と、基板の上方側に基板と間隔を介して配置され高周波信号導通部の少なくとも一部分に間隔を介して対向する可動体と、この可動体に形成され高周波信号導通部に対向する可動電極と、静電引力を利用して前記可動体を基板に対して遠近方向に変位させる可動体変位手段とを有するＲＦ ＭＥＭＳ素子であって、可動体は、少なくとも前記高周波信号導通部を導通する高周波信号の高周波数帯において周波数が高くなるに従って誘電体損失が小さくなる特性を付与する抵抗率を持つシリコンの高抵抗半導体により構成されることで、前記高周波信号導通部を導通する高周波信号に対しては絶縁体として振る舞い、かつ、印加される直流信号に対しては非絶縁体である電極として振舞う性質を有し、基板上には可動体の一部分に対向する可動用固定電極が形成され、この可動用固定電極と、前記電極として機能する可動体とは、当該可動用固定電極と可動体間の直流電圧印加による静電引力によって可動体を可動用固定電極側に変位させる可動体変位手段を構成しており、この可動体変位手段による可動体の変位によって高周波信号導通部と可動電極間の間隔が変化して当該高周波信号導通部と可動電極間の静電容量が可変する構成を備えていることを特徴としている。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明の構成を備え、可動体の上方側に間隔を介して対向する上部部材が配設されており、可動用固定電極を基板上に設けるのに代えて、可動用固定電極はその上部部材に可動体の少なくとも一部分に対向させて形成されていることを特徴としている。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明の構成を備え、対向し合う高周波信号導通部の表面と可動電極の表面とのうちの少なくとも一方には保護用の絶縁膜が形成されていることを特徴としている。
【００１１】
第４の発明は、第１又は第２又は第３の発明の構成を備え、高周波信号導通部を流れる高周波信号の周波数は５ＧHz以上であることを特徴としている。
【００１２】
第５の発明は、第１〜第４の発明の何れか１つの発明の構成を備え、可動体を構成する高抵抗半導体は、1000Ωcm以上、かつ、10000Ωcm以下の範囲内の抵抗率を有していることを特徴としている。
【００１３】
第６の発明は、第１〜第５の発明の何れか１つの発明の構成を備え、ＲＦ ＭＥＭＳ素子は、可動体の変位制御により高周波信号導通部と可動電極間の静電容量が可変制御される可変容量素子であることを特徴としている。
【００１４】
第７の発明は、第１〜第５の発明の何れか１つの発明の構成を備え、高周波信号導通部はコプレーナー線路であり、ＲＦ ＭＥＭＳ素子は、コプレーナー線路と可動電極間の静電容量が大となって当該コプレーナー線路と可動電極間が高周波的に短絡することによりコプレーナー線路の導通がオフし、また、コプレーナー線路と可動電極間の静電容量が小となって当該コプレーナー線路と可動電極間が高周波的にオープンとなることによりコプレーナー線路の導通がオンするスイッチ素子であることを特徴としている。
【００１５】
第８の発明は、第１〜第５の発明の何れか１つの発明の構成を備え、高周波信号導通部は信号線路と成し、当該信号線路は可動電極に対向する領域内に分断部を有し、この分断部の両端の線路端部は可動電極に間隔を介して対向しており、ＲＦ ＭＥＭＳ素子は、可動電極と信号線路の分断部の両端部分との間の静電容量が大となって当該可動電極と信号線路の分断部の両端部分との間が高周波的に短絡することにより信号線路の分断部の両端部分は可動電極を介して導通がオンし、また、可動電極と信号線路の分断部の両端部分との間の静電容量が小さくなって当該可動電極と信号線路の分断部の両端部分との間がオープンとなることにより信号線路の信号の導通がオフするスイッチ素子であることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１（ａ）には本発明に係るＲＦ ＭＥＭＳ素子の一例が模式的な平面図により示され、図１（ｂ）には図１（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図が模式的に示されている。
【００１８】
この第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子１は、高周波回路に組み込まれてコプレーナー線路のスイッチ素子として機能するものである。このＲＦ ＭＥＭＳ素子１において、基板２（例えばシリコン基板やサファイア基板など）を有し、この基板２上には高周波信号導通部であるコプレーナー線路（ＣＰＷ線路）３が形成されている。このコプレーナー線路３は、信号線３ｓを２本のグランド線３g1，３g2が間隔を介し挟み込む形態で配置されて成る高周波信号伝送用の線路であり、それら線路３ｓ，３g1，３g2は、例えばＡｕ等の導体膜により構成される。また、その線路３ｓ，３g1，３g2の厚みは適宜設定されるものであるが、その一例を挙げるとすると、例えば約２μｍ程度である。この第１実施形態例では、コプレーナー線路３には例えば５ＧHz以上の高周波の信号が流れる。
【００１９】
また、基板２の上方側には基板２と間隔を介して上部部材（例えばガラス基板）４が配置されている。この上部部材４は固定部５（５ａ，５ｂ）を介して基板２に固定されている。
【００２０】
さらに、基板２と上部部材４間の間隙には、可動体６が、コプレーナー線路３の上方側に間隔を介し、かつ、コプレーナー線路３の信号線３ｓとグランド線３g1，３g2の一部分に共通に対向させて配置されている。この可動体６は、基板２に対して遠近方向に変位が可能となるように梁７（７ａ，７ｂ）と支持部８（８ａ，８ｂ）を介して上部部材４に支持されている。
【００２１】
可動体６における基板２側の面には、例えばＡｕ等の導体膜から成る可動電極１０が形成されている。図２（ａ）には上部部材４の上方側から見た可動電極１０とコプレーナー線路３の配置関係例が簡略化して示され、また、図２（ｂ）にはその可動電極１０とコプレーナー線路３を横側から見た配置関係例が示されている。これらの図示の如く、可動電極１０は、コプレーナー線路３のグランド線３g1から信号線３ｓを介しグランド線３g2にかけて跨ぐように、かつ、それら線路３ｓ，３g1，３g2と間隔を介し対向させて形成されている。
【００２２】
この第１実施形態例では、可動電極１０の表面には保護用の絶縁膜１１が形成されている。この絶縁膜１１は、例えばＳｉＮ等の絶縁体により構成され、膜厚が例えば０．１μｍ程度という如く、非常に薄い膜である。
【００２３】
さらにまた、上部部材４には、可動体６に対向する部位に、凹部４ａが形成されており、この凹部４ａの内壁面には可動体６に対向する可動用固定電極１２（１２ａ，１２ｂ）が形成されている。また、上部部材４には、当該上部部材４の表面から可動用固定電極１２ａ，１２ｂに至るスルーホール１３ａ，１３ｂが形成され、また、上部部材４の表面から支持部８（８ｂ）に至るスルーホール１３ｃが形成されている。さらに、上部部材４の表面には、各スルーホール１３ａ，１３ｂ，１３ｃにそれぞれ接続する電極パッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃが形成されている。
【００２４】
この第１実施形態例において最も特徴的なことは、可動体６が高抵抗半導体により構成されていることである。高抵抗半導体とは、高周波信号（例えば約５ＧHz以上の信号）に対しては絶縁体として振る舞い、低周波信号（例えば約100ｋHz以下の信号）および直流信号に対しては電極として振る舞うことができる高い抵抗率を有する半導体である。この第１実施形態例では、可動体６を構成する高抵抗半導体は、1000Ωcm以上、かつ、10000Ωcm以下の範囲内の抵抗率を有している。
【００２５】
また、高抵抗半導体は、誘電体損失に関して次のような性質を有する。つまり、図５の実線Ｂに示す如く、ガラス等の絶縁体は、高周波領域において、周波数が高くなるに従って誘電体損失（tanδ）が大きくなるのに対して、高抵抗半導体は、図５の実線Ａに示すように、周波数が高くなるに従って誘電体損失が小さくなるというものである。なお、図５のグラフにおいて、実線Ａは、抵抗率2000Ωcmを持つ高抵抗シリコンに関するものであり、実線ａにより囲まれている領域内の値は実験値であり、それ以外は文献値である。また、実線Ｂはパイレックス（登録商標）ガラスに関する文献値である。
【００２６】
この第１実施形態例では、コプレーナー線路３を流れる信号は５ＧHz以上の高周波信号であり、この高周波信号に対しては、高抵抗半導体から成る可動体６は、当該可動体６を絶縁体により構成する場合と同等、あるいは、それ以上の良好な誘電体損失の特性を有する。
【００２７】
前記の如く、高抵抗半導体から成る可動体６は、直流信号（直流電圧）に対しては当該可動体６自体を電極として機能させることができることから、この第１実施形態例では、電極としての可動体６と、可動用固定電極１２ａ，１２ｂとによって、可動体６を変位させる可動体変位手段が構成されている。つまり、電極パッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃとスルーホール１３ａ，１３ｂ，１３ｃを介して外部から直流電圧（例えば５Ｖ程度の直流電圧）を可動体６と可動用固定電極１２（１２ａ，１２ｂ）間に印加すると、当該可動体６と可動用固定電極１２間に静電引力が発生する。この静電引力によって可動体６は、図４に示すように、可動用固定電極１２側に引き寄せられる。このように、可動体６と可動用固定電極１２により静電引力を利用して可動体６を変位させることができる。
【００２８】
この第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子１は上記のように構成されており、次に示すようにコプレーナー線路のスイッチ素子として機能することができる。
【００２９】
例えば、図１（ｂ）の如く、可動電極１０上の絶縁膜１１がコプレーナー線路３に接触している、又は、近接している状態では、可動電極１０とコプレーナー線路３間の間隔は絶縁膜１１の厚み（例えば０．１μｍ）程度というように非常に狭く、可動電極１０とコプレーナー線路３間の静電容量は大きくなる。
【００３０】
ところで、図３（ａ）には図２（ａ）、（ｂ）に示される可動電極１０およびコプレーナー線路３の等価回路が示されている。なお、Ｃ１は可動電極１０とグランド線３g1間の静電容量を示し、Ｃ２は可動電極１０とグランド線３g2間の静電容量を示し、Ｃ３は可動電極１０と信号線３ｓ間の静電容量を示している。また、Ｌ１，Ｒ１は、それぞれ、可動電極１０のグランド線３g1側のインダクタンス値、抵抗値を示し、Ｌ２，Ｒ２は、それぞれ、可動電極１０のグランド線３g2側のインダクタンス値、抵抗値を示す。
【００３１】
図３（ａ）の等価回路を整理すると、図３（ｂ）に示すように表すことができる。なお、近似的に静電容量Ｃは、Ｃ＝１／（（１／（Ｃ１＋Ｃ２））＋（１／Ｃ３））の数式に基づくものであり、インダクタンスＬは、Ｌ＝１／（（１／Ｌ１）＋（１／Ｌ２））の数式に基づくものであり、抵抗Ｒは、Ｒ＝１／（（１／Ｒ１）＋（１／Ｒ２））の数式に基づくものである。
【００３２】
前記の如く、可動電極１０とコプレーナー線路３間の間隔が狭くて当該可動電極１０とコプレーナー線路３間の静電容量Ｃが大きくなると、図３（ｂ）の等価回路におけるＬＣの直列共振周波数が信号線３ｓを流れる高周波信号の周波数に近くなり、信号線３ｓ側から可動電極１０を介してグランド側を見たときのＬＣ回路部分のインピーダンスが非常に小さくなる。つまり、信号線３ｓから可動電極１０を介してグランド側を見たときに短絡と等価な状態となる。これにより、コプレーナー線路３の信号の導通がオフする。
【００３３】
また、図４に示すように、可動体６が基板２から離れる方向に変位して、可動電極１０とコプレーナー線路３間の間隔が例えば５μｍ程度に広がると、可動電極１０とコプレーナー線路３間の静電容量Ｃが小さくなり、信号線３ｓ側から可動電極１０を介してグランド側を見たときのインピーダンスが非常に大きくなる。つまり、信号線３ｓから可動電極１０を介してグランド側を見たときにオープンと等価な状態となる。これにより、コプレーナー線路３の信号の導通はオンする。
【００３４】
このように、この第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子１は、可動体６を静電引力を利用して変位させることにより、コプレーナー線路３の信号導通のオン・オフを行うことができる。
【００３５】
この第１実施形態例では、可動体６が高抵抗半導体により構成されているので、前記の如く、可動体６自体が可動体変位手段の電極として機能することができる。これにより、可動体６に、可動体変位手段を構成するための電極を形成しなくて済むので、ＲＦ ＭＥＭＳ素子１の構造および製造工程の簡略化を図ることができる。これにより、ＲＦ ＭＥＭＳ素子１の低コスト化を図ることができる。
【００３６】
また、高抵抗半導体から成る可動体６は、高周波信号に対しては絶縁体の如く振る舞い、その誘電体損失（tanδ）は絶縁体と同等、あるいは、それ以上に良好となることから、高周波信号の伝搬ロスを低減することができる。近年、信号は高周波化の傾向にあり、可動体６を絶縁体により構成すると、信号の高周波化により可動体６の誘電体損失は大きくなって（図５の実線Ｂ参照）可動体６に因る信号の伝搬ロスの増加が懸念されるが、この第１実施形態例の如く、可動体６を高抵抗半導体により構成することにより、信号が高周波化するにつれて可動体６の誘電体損失が小さくなることから（図５の実線Ａ参照）、信号の高周波化により可動体６に因る信号の伝搬ロスを低減することができる。このように、この第１実施形態例の構成は、今後、非常に有効となるものである。
【００３７】
さらに、例えば仮にコプレーナー線路３と可動電極１０が直接接触により結合する構成とすると、図３（ｂ）の抵抗値Ｒに接触抵抗成分が含まれて抵抗値Ｒが大きくなってしまう。これにより、信号のロスが増加する。これに対して、この第１実施形態例では、コプレーナー線路３と可動電極１０は静電容量を介して結合する構成であるので、コプレーナー線路３と可動電極１０間に接触抵抗は発生せず、信号のロスを抑制することができる。
【００３８】
以下に、第２実施形態例を説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３９】
この第２実施形態例では、図６に示すように、可動体６は電気的に浮遊した構成となっている。それ以外の構成は第１実施形態例と同様である。つまり、可動体６を外部と導通させるためのスルーホール１３ｃと電極パッド１４ｃが省略されている。これにより、第１実施形態例の構成よりも、構造を簡略化することができる。また、製造コストを低減することができる。
【００４０】
以下に、第３実施形態例を説明する。なお、この第３実施形態例の説明において、第１や第２の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００４１】
この第３実施形態例では、可動用固定電極１２を可動体６の上方側に設けるのではなく、図７に示すように、可動用固定電極１２（１２ａ，１２ｂ）は、可動体６の下方側、つまり、基板２上に、可動体６の一部分に対向させて設けられている。第１や第２の各実施形態例では、可動用固定電極１２を可動体６の上方側に配置するために上部部材４が形成されていたが、この第３実施形態例では、可動用固定電極１２が基板２上に形成される構成であるために、上部部材４を設けなくとも済むので、当該上部部材４は省略されている。また、可動体６は、上部部材４に支持されるのに代えて、梁７を介して、基板２に固定されている固定部１６（１６ａ，１６ｂ）に支持されている。
【００４２】
この第３実施形態例では、可動用固定電極１２は基板２上に形成されているために、可動体６と可動用固定電極１２間に直流電圧を印加すると、可動体６は基板２側に引き寄せられる構成となる。このため、可動体６と可動用固定電極１２間に直流電圧を印加していないときには、図７に示すように、可動電極１０上の絶縁膜１１と、コプレーナー線路３との間には間隙が形成される状態となる。
【００４３】
この第３実施形態例では、上部部材４を省略することができるので、構造および製造工程の簡略化を図ることができる。
【００４４】
なお、この第３実施形態例では、上部部材４が省略されていたが、例えば可動体６の保護を図る観点から、この第３実施形態例の如く可動用固定電極１２を基板２上に形成する構成とした場合においても、第１や第２の各実施形態例と同様に上部部材４を設けてもよい。
【００４５】
以下に、第４実施形態例を説明する。なお、この第４実施形態例の説明において、第１〜第３の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００４６】
図８（ａ）には第４実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子１の模式的な平面図が示され、図８（ｂ）には図８（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図が示されている。
【００４７】
第１〜第３の各実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子１は、いわゆる並列スイッチの構成であるのに対して、この第４実施形態例では、直列スイッチの構成を有している。
【００４８】
すなわち、この第４実施形態例では、コプレーナー線路３の信号線３ｓには分断部１８が形成されており、可動電極１０は、その分断部１８の一端側の線路端部から分断部１８を介し他端側の線路端部にかけて対向するように、可動体６に形成されている。この第４実施形態例では、可動電極１０は、コプレーナー線路３のグランド線３g1，３g2には対向していない。
【００４９】
上記のようなコプレーナー線路３の信号線３ｓおよび可動電極１０以外の構成は、第１〜第３の各実施形態例と同様である。なお、図８の図示の例では、可動体６は第１実施形態例の如くスルーホール１３ｃと電極パッド１４ｃによって外部の回路と接続可能な構成であるが、第２実施形態例の如く可動体６は電気的に浮遊した状態としてもよい。また、図８の図示の例では、可動用固定電極１２は上部部材４に形成されているが、第３実施形態例の如く可動用固定電極１２を基板２上に形成してもよい。
【００５０】
この第４実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子１では、図８（ｂ）に示すように、可動電極１０上の絶縁膜１１が信号線３ｓに接触して、可動電極１０と、分断部１８の両端の線路部分との間の間隔が非常に狭い場合には、可動電極１０と分断部１８の両端の線路部分とは静電容量が大きくなって当該可動電極１０と分断部１８の両端の線路部分との間は高周波的に短絡する。これにより、分断部１８の両端の線路端部分は可動電極１０を介して導通し、信号線３ｓの信号の導通がオンする。
【００５１】
また、可動体変位手段による可動体６の変位によって可動電極１０が基板２から離れる方向に変位すると、可動電極１０と分断部１８の両端の線路端部との間の間隔が広がって、当該可動電極１０と分断部１８の両端の線路端部との間の静電容量が小さくなる。これにより、可動電極１０と分断部１８の両端の線路端部との間がオープンとなり、信号線３ｓの信号導通はオフする。
【００５２】
この第４実施形態例においても、第１〜第３の各実施形態例と同様に、可動体６が高抵抗半導体により構成されているので、第１〜第３の各実施形態例と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
なお、この発明は第１〜第４の各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１〜第４の各実施形態例では、ＲＦ ＭＥＭＳ素子１はスイッチ素子である例を示したが、同様な構成により可変容量素子を構成することができる。スイッチ素子とする場合には、可動電極１０とコプレーナー線路３間の高周波的な短絡とオープンの切り換えが可能な程に、可動体６を大きく変位させる必要があるが、可変容量素子とする場合には、一般的に静電容量の可変範囲はそれほど大きくなく、可動体６の変位量は少なくてよい。また、ＲＦ ＭＥＭＳ素子を可変容量素子とする場合には、可動体６の高精度な変位制御が可能となるように梁７の弾性係数などが設定されることが好ましい。
【００５４】
また、第１〜第４の各実施形態例では、高周波信号導通部として、コプレーナー線路が設けられている例を示したが、高周波信号導通部として、コプレーナー線路以外の例えばマイクロストリップ線路等の線路を形成してもよい。
【００５６】
さらに、第１〜第４の各実施形態例では、可動電極１０上に絶縁膜１１が形成されていたが、例えば、絶縁膜１１を可動電極１０に設けるのに代えて、コプレーナー線路３における少なくとも可動電極１０に対向する部分に絶縁膜１１を形成してもよいし、また、対向し合う可動電極１０とコプレーナー線路３の両方の表面に絶縁膜１１を形成してもよい。
【００５７】
【発明の効果】
この発明によれば、可動体を高抵抗半導体により構成しているので、可動体は直流信号に対しては電極として振る舞うことができる。このことから、この発明では、可動体自体を可動体変位手段の電極として機能させている。これにより、可動体に可動体変位手段の電極を形成しなくて済むこととなるので、ＲＦ ＭＥＭＳ素子の構造および製造工程の簡略化を図ることができる。
【００５８】
また、上記の如く可動体を高抵抗半導体により構成しており、当該高抵抗半導体は、高周波信号に対しては非常に低い誘電体損失を持つ性質であることから、信号のロスを低減することが可能となる。
【００５９】
また、対向し合う高周波信号導通部の表面と可動電極の表面とのうちの少なくとも一方には絶縁膜が形成されているものにあっては、高周波信号導通部あるいは可動電極の保護を図ることができる。また、高周波信号導通部と可動電極は接触することがないので、高周波信号導通部と可動電極の接触による接触抵抗に起因した信号のロスを確実に防止することができる。
【００６０】
さらに、高周波信号導通部を流れる高周波信号の周波数が５ＧHz以上であるものにあっては、可動体を高抵抗半導体により構成することに起因した誘電体損失の抑制効果を大きく得ることができる。
【００６１】
この発明において特徴的な構成を有するスイッチ素子であるＲＦ ＭＥＭＳ素子や、可変容量素子であるＲＦ ＭＥＭＳ素子を回路に組み込むことにより、当該回路のロス低減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子を説明するための図である。
【図２】第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子を構成する可動電極とコプレーナー線路を抜き出して当該可動電極とコプレーナー線路の配置関係の一例を示すモデル図である。
【図３】第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子を構成する可動電極とコプレーナー線路部分の等価回路図である。
【図４】第１実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子において、静電引力を利用して可動体を変位させた状態を示したモデル図である。
【図５】高抵抗半導体における周波数と誘電体損失（tanδ）の関係例をガラスの場合と比較して示すグラフである。
【図６】第２実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子を説明するためのモデル図である。
【図７】第３実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子を説明するためのモデル図である。
【図８】第４実施形態例のＲＦ ＭＥＭＳ素子を説明するためのモデル図である。
【図９】特許第３１１９２５５号に開示のマイクロマシンスイッチを説明するための図である。
【符号の説明】
１ ＲＦ ＭＥＭＳ素子
２ 基板
３ コプレーナー線路
４ 上部部材
６ 可動体
１０ 可動電極
１１ 絶縁膜
１２ 可動用固定電極
１８ 分断部
Claims (8)
- 基板と、この基板上に形成される高周波信号導通部と、基板の上方側に基板と間隔を介して配置され高周波信号導通部の少なくとも一部分に間隔を介して対向する可動体と、この可動体に形成され高周波信号導通部に対向する可動電極と、静電引力を利用して前記可動体を基板に対して遠近方向に変位させる可動体変位手段とを有するＲＦ ＭＥＭＳ素子であって、可動体は、少なくとも前記高周波信号導通部を導通する高周波信号の高周波数帯において周波数が高くなるに従って誘電体損失が小さくなる特性を付与する抵抗率を持つシリコンの高抵抗半導体により構成されることで、前記高周波信号導通部を導通する高周波信号に対しては絶縁体として振る舞い、かつ、印加される直流信号に対しては非絶縁体である電極として振舞う性質を有し、基板上には可動体の一部分に対向する可動用固定電極が形成され、この可動用固定電極と、前記電極として機能する可動体とは、当該可動用固定電極と可動体間の直流電圧印加による静電引力によって可動体を可動用固定電極側に変位させる可動体変位手段を構成しており、この可動体変位手段による可動体の変位によって高周波信号導通部と可動電極間の間隔が変化して当該高周波信号導通部と可動電極間の静電容量が可変する構成を備えていることを特徴とするＲＦ ＭＥＭＳ素子。
- 可動体の上方側に間隔を介して対向する上部部材が配設されており、可動用固定電極を基板上に設けるのに代えて、可動用固定電極はその上部部材に可動体の少なくとも一部分に対向させて形成されていることを特徴とする請求項１記載のＲＦ ＭＥＭＳ素子。
- 対向し合う高周波信号導通部の表面と可動電極の表面とのうちの少なくとも一方には保護用の絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＲＦ ＭＥＭＳ素子。
- 高周波信号導通部を流れる高周波信号の周波数は５ＧＨｚ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載のＲＦ ＭＥＭＳ素子。
- 可動体を構成する高抵抗半導体は、１０００Ωｃｍ以上、かつ、１００００Ωｃｍ以下の範囲内の抵抗率を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のＲＦ ＭＥＭＳ素子。
- ＲＦ ＭＥＭＳ素子は、可動体の変位制御により高周波信号導通部と可動電極間の静電容量が可変制御される可変容量素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載のＲＦ ＭＥＭＳ素子。
- 高周波信号導通部はコプレーナー線路であり、ＲＦ ＭＥＭＳ素子は、コプレーナー線路と可動電極間の静電容量が大となって当該コプレーナー線路と可動電極間が高周波的に短絡することによりコプレーナー線路の導通がオフし、また、コプレーナー線路と可動電極間の静電容量が小となって当該コプレーナー線路と可動電極間が高周波的にオープンとなることによりコプレーナー線路の導通がオンするスイッチ素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載のＲＦ ＭＥＭＳ素子。
- 高周波信号導通部は信号線路と成し、当該信号線路は可動電極に対向する領域内に分断部を有し、この分断部の両端の線路端部は可動電極に間隔を介して対向しており、ＲＦ ＭＥＭＳ素子は、可動電極と信号線路の分断部の両端部分との間の静電容量が大となって当該可動電極と信号線路の分断部の両端部分との間が高周波的に短絡することにより信号線路の分断部の両端部分は可動電極を介して導通がオンし、また、可動電極と信号線路の分断部の両端部分との間の静電容量が小さくなって当該可動電極と信号線路の分断部の両端部分との間がオープンとなることにより信号線路の信号の導通がオフするスイッチ素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載のＲＦ ＭＥＭＳ素子。
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