(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層を挟んで対向する固定電極及び可動電極を備えた静電アクチュエータの駆動方法であって、
前記固定電極及び前記可動電極間に、前記可動電極を前記誘電体層に接触させるための第１の電圧を印加する工程と、
前記第１の電圧の印加を停止した後、前記可動電極が前記誘電体層から離間する前に、前記固定電極及び前記可動電極間に、前記第１の電圧とは逆極性で且つ前記第１の電圧の絶対値よりも小さい第２の電圧を印加する工程と、
を備える静電アクチュエータの駆動方法。
【請求項２】
前記第２の電圧の絶対値は、前記固定電極及び可動電極間におけるプルオフ電圧の絶対値よりも大きい、
請求項１記載の静電アクチュエータの駆動方法。
【請求項３】
前記第１の電圧は、所定の周期で繰り返して印加される、
請求項１又は２記載の静電アクチュエータの駆動方法。
【請求項４】
前記第１の電圧は、前記固定電極及び前記可動電極間に印加されるごとに極性が逆転する、
請求項３記載の静電アクチュエータの駆動方法。
【請求項５】
基板と、
前記基板上に形成された固定電極と、
前記固定電極上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層の上方に設けられる可動電極と、
前記固定電極及び前記可動電極間に、前記可動電極を前記誘電体層に接触させるための第１の電圧を印加するとともに、前記第１の電圧の印加を停止した後、前記可動電極が前記誘電体層から離間する前に、前記固定電極及び前記可動電極間に、前記第１の電圧とは逆極性で且つ前記第１の電圧の絶対値よりも小さい第２の電圧を印加する駆動回路と、
を備えた静電アクチュエータ。
【請求項６】
前記駆動回路は、前記固定電極及び前記可動電極間におけるプルオフ電圧より絶対値が大きい前記第２の電圧を印加する、
請求項５記載の静電アクチュエータ。
【請求項７】
前記駆動回路は、前記第１の電圧を所定の周期で繰り返して印加する、
請求項５又は６記載の静電アクチュエータ。
【請求項８】
前記駆動回路は、前記第１の電圧を印加するごとに、当該第１の電圧の極性を逆転する、
請求項７記載の静電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電アクチュエータ、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた静電アクチュエータ、およびその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、静電アクチュエータは、空隙を介して対向する２つの電極を備えており、駆動電圧が印加されると、両電極間に静電引力が働いてその距離が変化するように構成されている。
【０００３】
図８は、静電アクチュエータを用いた従来の可変容量素子３の例を示す断面図である。
【０００４】
図８において、可変容量素子３は、基板３１上に、固定電極３２、固定電極３２を覆う誘電体層３３、誘電体層３３と空隙を介して対向する可動電極３４、および可動電極３４を支持する一対の支持層３５ａ、３５ｂなどを備えている。
【０００５】
誘電体層３３によって、固定電極３２と可動電極３４との接触による短絡が防止される。
【０００６】
固定電極３２と可動電極３４との間には、駆動電圧Ｖを印加可能になっている。
【０００７】
固定電極３２と可動電極３４との間に電位差が与えてられていないとき、つまり、駆動電圧Ｖがオフのとき、可動電極３４は、固定電極３２から離れた状態にある（図８（ａ））。
【０００８】
他方、固定電極３２と可動電極３４との間に所定の電位差が与えられているとき、つまり、駆動電圧Ｖがオンのとき、可動電極３４は、固定電極３２の側へ引き寄せられて誘電体層３３に接触した状態にある（図８（ｂ））。
【０００９】
固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量Ｃは、可動電極３４が図８（ａ）に示す状態にあるとき最小静電容量Ｃｓとなり、図８（ｂ）に示す状態にあるとき最大静電容量Ｃｇとなる。
【００１０】
可変容量素子３をデジタル的に用いる場合、駆動電圧Ｖを制御して、静電容量Ｃを最小静電容量Ｃｓまたは最大静電容量Ｃｇのいずれかの値に変化させて使用する。
【００１１】
図９は、可変容量素子３の駆動電圧Ｖと静電容量Ｃとの関係（Ｃ−Ｖ特性）の例を示す図である。
【００１２】
図９に示すように、正の駆動電圧Ｖを与えてその値を大きくしていくと、静電容量Ｃは、しばらくは最小静電容量Ｃｓを維持し、プルイン電圧Ｖｐｉ１を境に急激に増加した後、最大静電容量Ｃｇに達する。その後、駆動電圧Ｖの値を小さくしていくと、しばらくは最大静電容量Ｃｇを維持し、プルオフ電圧Ｖｐｏ１を境に急激に減少した後、最小静電容量Ｃｓに戻る。
【００１３】
静電引力は固定電極３２と可動電極３４との間に電位差が与えられることにより生じるため、負の駆動電圧Ｖを与えた場合も同様の特性を示す。
【００１４】
なお、駆動電圧Ｖに対する静電容量Ｃの変化は、駆動電圧Ｖの上昇時と下降時とで異なる経路をたどる。つまり、一種のヒステリシス現象が生じる。すなわち、プルイン電圧Ｖｐｉ１とプルオフ電圧Ｖｐｏ１とは一致しない。プルイン電圧Ｖｐｉ２とプルオフ電圧Ｖｐｏ２とについても同様である。
【００１５】
可変容量素子３において、静電容量Ｃを最小静電容量Ｃｓとする場合は、駆動電圧Ｖをオフ電圧Ｖｏｆｆ（＝０）とする。また、静電容量Ｃを最大静電容量Ｃｇとする場合は、駆動電圧Ｖをオン電圧Ｖｏｎ１またはオン電圧Ｖｏｎ２とする。
【００１６】
静電容量Ｃを変化させる際に、同一の極性の駆動電圧Ｖを印加することを続けていると、やがて誘電体層３３中に正または負の電荷が蓄積され、誘電体層３３が帯電する現象が生じる。
【００１７】
図１０は、誘電体層３３が帯電した状態での可変容量素子３の駆動電圧Ｖと静電容量Ｃとの関係（Ｃ−Ｖ特性）の例を示す図である。
【００１８】
誘電体層３３が帯電した状態になると、可動電極３４はその帯電による静電力の影響を受ける。そのため、可変容量素子３のＣ−Ｖ特性は、誘電体層３３が帯電していない状態とは異なる特性を示す。
【００１９】
例えば、誘電体層３３が負に帯電した状態では、図１０（ａ）に示すように、帯電していない状態と較べてＣ−Ｖ特性が負の駆動電圧Ｖの側へシフトする。また、誘電体層３３が正に帯電した状態では、図１０（ｂ）に示すように、帯電していない状態と較べてＣ−Ｖ特性が正の駆動電圧Ｖの側へシフトする。
【００２０】
Ｃ−Ｖ特性がこのように変化してしまうと、本来最小静電容量Ｃｓまたは最大静電容量Ｃｇとなるはずの駆動電圧Ｖを印加しても、静電容量Ｃがそれらの値に変化しないことがある。
【００２１】
例えば、図１０（ａ）において、駆動電圧Ｖをオフ電圧Ｖｏｆｆとしても、静電容量Ｃは、意図する最小静電容量Ｃｓとならないことがある。これは、例えば、Ｃ−Ｖ特性が負の駆動電圧Ｖの側へシフトしてプルオフ電圧Ｖｐｏ１の極性が正から負に変化するため、駆動電圧Ｖをオフ電圧Ｖｏｆｆに戻しても、可動電極３４が誘電体層３３に貼り付いたままになることが原因である。
【００２２】
よって、誘電体層３３が帯電する現象は、可変容量素子３を安定して動作させるうえで障害となっている。
【００２３】
このような、誘電体層３３が帯電してしまう原因について、非特許文献１によれば、次のように説明されている。
【００２４】
図１１は、誘電体層３３中に電荷が蓄積される現象を模式的に示す図である。
【００２５】
図１１に示すように、誘電体層３３を微視的に観察すると、その表面には凸凹が存在している。
【００２６】
そのため、可動電極３４が誘電体層３３に接触しているとき、誘電体層３３の表面には、実際に可動電極３４に接触している接触部分Ｔｃと、実際には可動電極３４に接触していない非接触部分ＮＴｃとが存在している（図１１（ａ））。このとき、接触部分Ｔｃには可動電極３４から正または負の電荷が移動してくる（一種の電流Ｉが流れる）。他方、非接触部分ＮＴｃにはそのような電荷が移動してこない。
【００２７】
その後、可動電極３４が固定電極３２から離れるとき、放電が起こるが、接触部分Ｔｃの周辺に注入された電荷の一部は、放出されずに取り残される（図１１（ｂ））。
【００２８】
こうして、接触部分Ｔｃの周辺と非接触部分ＮＴｃの周辺との間で電荷状態に差が生じ、誘電体層３３が正または負に帯電する。
【００２９】
さて、このような現象を抑制するため、印加する駆動電圧の極性を駆動の回毎に切り替える駆動方法（バイポーラ駆動）が提案されている（特許文献１）。
【００３０】
また、ファン・デル・ワールス力の如き力が作用して可動電極が固定電極へ貼り付くのを防止する観点からも、同様の駆動方法が提案されている（特許文献２）。
【００３１】
また、絶縁膜中に蓄積された電荷量を検出し、その検出結果に基づいて駆動電圧を変化させることが提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３２】
【特許文献１】特開２００６−２４７８２０
【特許文献２】特開２００４−６１９３７
【特許文献３】特開２００７−２４２６０７
【非特許文献】
【００３３】
【非特許文献１】G.Papaioannou and J.Papapolymerou, Dielectric Charging in MEMS by Material, Structure and Temperature, in IEEE MTT-S International Microwave Symposium Workshop, June 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
前述した接触部分が駆動の回毎に常に同じ場所であるという前提に立てば、バイポーラ駆動を行うことで、接触部分を通して移動する電荷が相殺されるため、誘電体層の帯電を抑制することができるようにも思われる。
【００３５】
しかしながら、現実には、接触部分は駆動の回毎に常に同じ場所であるというわけではなく、バイポーラ駆動は、特に有効な解決手段にはなっていない。
【００３６】
また、誘電体層中に蓄積された電荷量の検出結果に基づいて駆動電圧を変化させる方法を行うには、電荷を検出するための回路およびそれに付随する種々の制御が必要になり、煩雑である。
【００３７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、誘電体層の帯電を抑制し、静電アクチュエータを安定して動作させるための駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
以下に述べる静電アクチュエータの駆動方法は、誘電体層を挟んで対向する固定電極及び可動電極を備えた静電アクチュエータの駆動方法であって、前記固定電極及び前記可動電極間に、前記可動電極を前記誘電体層に接触させるための第１の電圧を印加する工程と、前記第１の電圧の印加を停止した後、前記可動電極が前記誘電体層から離間する前に、前記固定電極及び前記可動電極間に、前記第１の電圧とは逆極性で且つ前記第１の電圧の絶対値よりも小さい第２の電圧を印加する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００３９】
誘電体層の帯電が抑制され、静電アクチュエータを安定して動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】可変容量素子の例を示す断面図である。
【図２】駆動電圧と静電容量との関係（Ｃ−Ｖ特性）の例を示す図である。
【図３】入力信号および駆動波形の例を示す図である。
【図４】誘電体層中の帯電の状況を模式的に示す図である。
【図５】誘電体層中の帯電の状況を模式的に示す図である。
【図６】入力信号および駆動波形の例を示す図である。
【図７】可変容量素子の例を示す断面図である。
【図８】従来の可変容量素子の例を示す断面図である。
【図９】駆動電圧と静電容量との関係（Ｃ−Ｖ特性）の例を示す図である。
【図１０】駆動電圧と静電容量との関係（Ｃ−Ｖ特性）の例を示す図である。
【図１１】誘電体層中に電荷が蓄積される現象を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
はじめに、以下の実施形態で説明する駆動方法の駆動対象である、静電アクチュエータを用いたＭＥＭＳデバイスの一例として、可変容量素子１を説明する。
【００４２】
図１は可変容量素子１の例を示す断面図であり、図１（ａ）は可動電極１４が変位していない状態の断面を示しており、図１（ｂ）は可動電極１４が変位した状態の断面を示している。
【００４３】
図１に示すように、可変容量素子１は、ガラスまたはシリコンなどからなる基板１１上に、固定電極１２、誘電体層１３、可動電極１４、および一対の支持層１５ａ、１５ｂを備えている。
【００４４】
固定電極１２は、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）などの導電性材料からなり、基板１１の表面に形成されている。
【００４５】
誘電体層１３は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの誘電性材料からなり、固定電極１２の上面を覆うように形成されている。
【００４６】
可動電極１４は、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）などの導電性材料からなり、誘電体層１３の上面と空隙を介して対向するように誘電体層１３の上方に形成されている。可動電極１４は、両端部の下面に形成されている支持層１５ａ、１５ｂによって、両持ち梁の状態で支持されている。
【００４７】
支持層１５ａ、１５ｂは、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）などの導電性材料からなり、可動電極１４をその両端側から支持するように基板１１の表面に形成されている。
【００４８】
固定電極１２および可動電極１４は、駆動回路２１に接続可能になっており、固定電極１２と可動電極１４との間には、駆動回路２１によって駆動電圧Ｖが印加される。例えば、固定電極１２が電源のグランド側に接続され、可動電極１４に駆動電圧Ｖが印加される。あるいは、可動電極１４が電源のグランド側に接続され、固定電極１２に駆動電圧Ｖが印加される。
【００４９】
図２は、可変容量素子１の駆動電圧Ｖと静電容量Ｃとの関係（Ｃ−Ｖ特性）の例を示す図である。
【００５０】
図２において、駆動電圧Ｖがオフ電圧Ｖｏｆｆ（＝０）であるとき、つまり、駆動電圧Ｖが印加されていないとき、可動電極１４は、誘電体層１３の上面と離間した状態である。すなわち、可変容量素子１は、可動電極１４がプルオフされたオフ状態である（図１（ａ））。このとき、固定電極１２と可動電極１４との間の静電容量Ｃは、最小静電容量Ｃｓである。
【００５１】
正の駆動電圧Ｖが印加された場合、駆動電圧Ｖが正のプルイン電圧Ｖｐｉ１以上の値、厳密にはそれを若干上回った値になると、固定電極１２と可動電極１４との間に働く静電引力が所定の値以上となり、可動電極１４は、固定電極１２の側へ引き寄せられて誘電体層１３の上面と接触した状態となる。すなわち、可変容量素子１は、可動電極１４がプルインされたオン状態となる（図１（ｂ））。このとき、固定電極１２と可動電極１４との間の静電容量Ｃは、最大静電容量Ｃｇとなる。
【００５２】
この状態から、駆動電圧Ｖが正のプルオフ電圧Ｖｐｏ１以下の値、厳密にはそれを若干下回った値になると、固定電極１２と可動電極１４との間に働く静電引力が所定の値以下となり、可動電極１４は、誘電体層１３の上面と離間した状態となる。すなわち、可変容量素子１は、可動電極１４がプルオフされたオフ状態となる（図１（ａ））。このとき、固定電極１２と可動電極１４との間の静電容量Ｃは、最小静電容量Ｃｓとなる。
【００５３】
静電引力は固定電極１２と可動電極１４との間に電位差が与えられることにより生じるため、負の駆動電圧Ｖを印加した場合も同様の特性を示す。
【００５４】
すなわち、駆動電圧Ｖが負のプルイン電圧Ｖｐｉ２以下の値になると、可変容量素子１はオン状態となり（図１（ｂ））、静電容量Ｃは最大静電容量Ｃｇとなる。この状態から、駆動電圧Ｖが負のプルオフ電圧Ｖｐｏ２以上の値になると、可変容量素子１はオフ状態となり（図１（ａ））、静電容量Ｃは最小静電容量Ｃｓとなる。
【００５５】
〔第一の実施形態〕
次に、第一の実施形態における駆動方法について、上述の可変容量素子１に適用した場合を例に説明する。
【００５６】
図３は、第一の実施形態において、駆動回路２１に入力される入力信号および駆動回路２１によって印加される駆動電圧Ｖの波形の例を示す図である。図４および図５は、誘電体層１３中の帯電の状況を模式的に示す図である。
【００５７】
図１において、駆動回路２１には、可変容量素子１の駆動（オン状態への移行）を指示する駆動信号Ｓ１が制御回路２２から入力される。
【００５８】
駆動回路２１は、駆動信号Ｓ１が入力されると、固定電極１２と可動電極１４との間に駆動電圧Ｖとして正のオン電圧Ｖｏｎ１または負のオン電圧Ｖｏｎ２のいずれかを印加する。
【００５９】
以降、オン電圧Ｖｏｎ１、Ｖｏｎ２を特に区別する必要がない場合は、「オン電圧Ｖｏｎ」と記載することがある。プルイン電圧Ｖｐｉ１、Ｖｐｉ２およびプルオフ電圧Ｖｐｏ１、Ｖｐｏ２についても同様に、それぞれ「プルイン電圧Ｖｐｉ」および「プルオフ電圧Ｖｐｏ」と記載することがある。
【００６０】
第一の実施形態においては、駆動回路２１は、駆動信号Ｓ１が入力される毎、つまり、可変容量素子１の駆動の回毎に、同じ極性のオン電圧Ｖｏｎを印可する。図３に示す例では、オン時間Ｔｏｎ１、Ｔｏｎ２、Ｔｏｎ３、Ｔｏｎ４の駆動の回毎に正のオン電圧Ｖｏｎ１が印加されている。
【００６１】
オン電圧Ｖｏｎ１、Ｖｏｎ２の絶対値は、それぞれプルイン電圧Ｖｐｉ１、Ｖｐｉ２の絶対値より大きい値に設定される。
【００６２】
なお、オン電圧Ｖｏｎは、可動電極１４を誘電体層１３の上面に接触させるための電圧であるので、一般に接触バイアスと呼ばれることがある。
【００６３】
図４（ａ）に示すように、駆動回路２１によりオン電圧Ｖｏｎが印加されているとき、可動電極１４は、誘電体層１３の上面に接触している。ここで、誘電体層１３の上面には、実際に可動電極１４に接触している接触部分Ｔｃと、実際には可動電極１４に接触していない非接触部分ＮＴｃとが存在する。
【００６４】
この状態において、可動電極１４の下面と接触部分Ｔｃとの界面において正または負の電荷ＥＣの移動が起こり、接触部分Ｔｃの周辺には、可動電極１４から正または負の電荷ＥＣが注入される。
【００６５】
正負のいずれの電荷ＥＣが注入されるかは、固定電極１２と可動電極１４との間にかかる電界の向きＥＤ１による。すなわち、固定電極１２または可動電極１４のいずれに駆動電圧Ｖが印加されているか、および駆動電圧Ｖとして正のオン電圧Ｖｏｎ１または負のオン電圧Ｖｏｎ２のいずれが印加されているかによる。例えば、固定電極１２が電源のグランド側に接続され、可動電極１４に正のオン電圧Ｖｏｎ１が印加されている場合は、可動電極１４から誘電体層１３に正の電荷ＥＣが注入される。
【００６６】
こうして、接触部分Ｔｃの周辺は、正または負のいずれかの電荷状態に偏る一方で、非接触部分ＮＴｃの周辺は、いずれの電荷状態にも偏らない。そのため、接触部分Ｔｃの周辺と非接触部分ＮＴｃの周辺との間で電荷状態に差が生じ、誘電体層１３が正または負に帯電する。
【００６７】
図１において、駆動回路２１には、駆動信号Ｓ１が入力されてから任意または所定のタイミングで、可変容量素子１の駆動停止（オフ状態への移行）を指示する停止信号Ｓ２が制御回路２２から入力される。
【００６８】
なお、駆動信号Ｓ１が入力されてから停止信号Ｓ２が入力されるまでのオン時間Ｔｏｎは、可変容量素子１の使用目的に応じて異なり、例えば、数ミリ秒、数秒、数分、数時間、または数百時間などである。
【００６９】
駆動回路２１は、停止信号Ｓ２が入力されると、固定電極１２と可動電極１４との間に駆動電圧Ｖとして逆極性パルスＶｐｓをパルス印加時間Ｔｐｓだけ印加した後、駆動電圧Ｖをオフ電圧Ｖｏｆｆ（＝０）とする。つまり、駆動電圧Ｖの印加を停止する。図３に示す例では、オン電圧Ｖｏｎ１がオン時間Ｔｏｎ１、Ｔｏｎ２、Ｔｏｎ３、Ｔｏｎ４印加された時点で、それぞれ、逆極性パルスＶｐｓがパルス印加時間Ｔｐｓだけ印加された後、駆動電圧Ｖの印加が停止されている。駆動回路２１によるオン電圧Ｖｏｎから逆極性パルスＶｐｓへの切替えは瞬時に行われる。パルス印加時間Ｔｐｓは、オン時間Ｔｏｎよりも短いことが好ましい。
【００７０】
逆極性パルスＶｐｓは、可変容量素子１を駆動するために印加したオン電圧Ｖｏｎとは逆の極性のパルス状の電圧である。図３に示す例では、正のオン電圧Ｖｏｎ１と逆の極性である負のパルス状の電圧である。
【００７１】
なお、第一の実施形態においては、オン電圧Ｖｏｎの極性が駆動の回毎に同じであるので、逆極性パルスＶｐｓの極性も駆動の回毎に同じになる。
【００７２】
また、図３に示す例では、駆動信号Ｓ１が所定の周期で繰り返して入力されていることにより、オン電圧Ｖｏｎ１が所定の周期で繰り返して印加されている。
【００７３】
逆極性パルスＶｐｓの絶対値は、例えば、直前に印加されたオン電圧Ｖｏｎの絶対値よりも小さい。つまり、直前に印加されたオン電圧Ｖｏｎの絶対値以下の値に設定される。また、逆極性パルスＶｐｓの絶対値は、それと同じ極性のプルオフ電圧Ｖｐｏの絶対値以上の値に設定されることが好ましい。なおかつ、好ましくは、それと同じ極性のオン電圧Ｖｏｎの絶対値以下の値に設定される。例えば、同じ極性のオン電圧Ｖｏｎの絶対値と同一の値に設定される。図３に示す例では、負のプルオフ電圧Ｖｐｏ２の絶対値より大きい値であって、かつ負のオン電圧Ｖｏｎ２の絶対値より小さい値に設定されている。
【００７４】
逆極性パルスＶｐｓのパルス印加時間Ｔｐｓは、誘電体層１３の材料、材質、および厚みなどを考慮して設定される。例えば、１μｓ〜１０ｍｓ程度の範囲で設定され、例えば１０μｓ程度に設定される。
【００７５】
さて、可変容量素子１のプルオフ電圧Ｖｐｏの絶対値は同じ極性のプルイン電圧Ｖｐｉの絶対値より小さく（ヒステリシス特性）、また、可動電極１４が動作する際には慣性力が働くなどの理由から、可動電極１４の動作速度は、駆動電圧Ｖの切替わりの速度に較べると遅い。例えば、１μｓ〜１０ｍｓ程度である。つまり、可動電極１４の駆動電圧Ｖに対する応答性はそれほど高くない。
【００７６】
そのため、駆動電圧Ｖがオン電圧Ｖｏｎから逆極性パルスＶｐｓへ切り替わる間、可動電極１４は、誘電体層１３の上面に接触したままである。つまり、可動電極１４の誘電体層１３への接触状態を維持したまま、オン電圧Ｖｏｎから逆極性パルスＶｐｓへ駆動電圧Ｖの切替えが行われる。すなわち、オン電圧Ｖｏｎの印加を停止した後、可動電極１４が誘電体層１３から離間する前に、逆極性パルスＶｐｓが固定電極１２と可動電極１４との間に印加される。よって、可変容量素子１において、駆動電圧Ｖの切替え時に静電容量Ｃの容量変動も起きない。
【００７７】
図４（ｂ）に示すように、駆動回路２１により逆極性パルスＶｐｓが印加されているとき、可動電極１４は、依然として誘電体層１３の上面に接触している。ここで、誘電体層１３の上面における接触部分Ｔｃの位置、および非接触部分ＮＴｃの位置は、直前までオン電圧Ｖｏｎが印加されていたときと変わっていない。
【００７８】
この状態において、固定電極１２と可動電極１４との間には、直前までオン電圧Ｖｏｎが印加されていたときとは逆向きＥＤ２の電界がかかる。そのため、可動電極１４の下面と接触部分Ｔｃとの界面において、直前までオン電圧Ｖｏｎが印加されていたときとは逆方向の電荷の移動が起こり、接触部分Ｔｃの周辺に注入された電荷ＥＣが可動電極１４へ放出される。すなわち、接触部分Ｔｃの周辺に注入された電荷ＥＣは、それとは逆の極性の電荷ＥＣと中和される。
【００７９】
これにより、接触部分Ｔｃと非接触部分ＮＴｃとの間で電荷状態の差が小さくなり、誘電体層１３の正または負の帯電が除去される。つまり、誘電体層１３の帯電がキャンセルされる。
【００８０】
なお、仮に、オン電圧Ｖｏｎの印加をいったん停止した後に逆極性パルスＶｐｓを印加した場合は、可動電極１４がいったん誘電体層１３の上面から離れてしまう。そのため、この場合は、図５に示すように、オン電圧Ｖｏｎを印加しているとき（図５（ａ））と、逆極性パルスＶｐｓを印加しているとき（図５（ｂ））とで、接触部分Ｔｃの位置が変わることがある。よって、逆極性パルスＶｐｓを印加しても誘電体層１３の帯電を除去できないことがある。
【００８１】
以上の通り、本実施形態における静電アクチュエータの駆動方法は、駆動の回毎にオン電圧Ｖｏｎの印加を停止する前に逆極性パルスＶｐｓを印加することにより、オン電圧Ｖｏｎの印加による誘電体層１３の帯電をその都度解消することができる。
【００８２】
よって、静電アクチュエータの駆動を繰り返し行った場合に、従来の駆動方法と較べて、誘電体層１３の帯電を抑制でき、静電アクチュエータを安定して動作させることができる。
【００８３】
ちなみに、実験の結果、可動電極１４が誘電体層１３に張り付いたままになる現象が起こるまでの駆動回数が、従来は１Ｅ＋７回（１０の７乗回）程度であったものが、１Ｅ＋９回（１０の９乗回）程度に向上することが確認できた。
【００８４】
〔第二の実施形態〕
次に、第二の実施形態における駆動方法について、可変容量素子１に適用した場合を例に説明する。
【００８５】
図６は、第二の実施形態において、駆動回路２１に入力される入力信号および駆動回路２１によって印加される駆動電圧Ｖの波形の例を示す図である。
【００８６】
第二の実施形態においては、駆動回路２１は、駆動信号Ｓ１が入力される毎、つまり、可変容量素子１の駆動の回毎に、前回とは逆の極性のオン電圧Ｖｏｎを印可する。図３に示す例では、オン時間Ｔｏｎ１、Ｔｏｎ３の駆動の回では正のオン電圧Ｖｏｎ１が印加され、それぞれ次の回であるオン時間Ｔｏｎ２、Ｔｏｎ４の駆動の回では負のオン電圧Ｖｏｎ２が印加されている。
【００８７】
また、オン電圧Ｖｏｎの極性を駆動の回毎に反転させるのに対応して、逆極性パルスＶｐｓの極性も駆動の回毎に反転させる。
【００８８】
すなわち、駆動回路２１は、オン電圧Ｖｏｎおよび逆極性パルスＶｐｓからなる一組の駆動電圧Ｖの極性を駆動の回毎に反転させる。よって、図６に示すように、駆動電圧Ｖの波形は、オン電圧Ｖｏｎおよび逆極性パルスＶｐｓの部分が駆動の回毎に逆の極性に反転することを繰り返す矩形波状となる。
【００８９】
逆極性パルスＶｐｓの絶対値は、直前に印加されたオン電圧Ｖｏｎ１および直後に印加されるオン電圧Ｖｏｎ２の絶対値よりも小さい。また、パルス印加時間Ｔｐｓは、オン時間Ｔｏｎよりも短いことが好ましい。
【００９０】
本実施形態のように駆動することで、駆動の回毎に固定電極１２と可動電極１４との間にかかる電界の向きが交互に入れ替わる。そのため、前回の駆動時に逆極性パルスＶｐｓによっても除去しきれなかった誘電体層１３の帯電を、次回の駆動時に前回とは逆の極性のオン電圧Ｖｏｎによってある程度除去することが可能になる。
【００９１】
なお、オン電圧Ｖｏｎによって誘電体層１３の帯電をどの程度除去することができるかは、前回の駆動時と次回の駆動時との間で、接触部分Ｔｃの位置がどの程度一致するかによる。
【００９２】
以上の通り、本実施形態における静電アクチュエータの駆動方法は、駆動の回毎に逆極性パルスＶｐｓを印加することに加えて、駆動の回毎にオン電圧Ｖｏｎの極性を反転させることにより、前回の駆動時に解消されなかった誘電体層１３の帯電を、次回の駆動時に解消することができる。
【００９３】
よって、静電アクチュエータの駆動を繰り返し行った場合に、第一の実施形態における駆動方法と較べて、より誘電体層１３の帯電を抑制でき、静電アクチュエータを安定して動作させることができる。
【００９４】
上述の第一および第二の実施形態における駆動方法は、可動電極が誘電体層に直接には接触しない可変容量素子２に適用してもよい。
【００９５】
図７は可変容量素子２の例を示す断面図であり、図７（ａ）は可動電極１４が変位していない状態の断面を示しており、図７（ｂ）は可動電極１４が変位した状態の断面を示している。
【００９６】
図７に示すように、可変容量素子２においては、誘電体層１３の上面に導電性材料からなる表面電極１６が形成されており、可動電極１４は、駆動時に誘電体層１３の上面ではなく、表面電極１６の上面に接触する。
【００９７】
そのため、誘電体層１３の上面において、駆動時に接触部分Ｔｃおよび非接触部分ＮＴｃが存在せず、電荷状態に差が生じない。
【００９８】
よって、上述の第一および第二の実施形態における駆動方法を可変容量素子２に用いた場合は、オン電圧Ｖｏｎによって誘電体層１３内に注入された電荷ＥＣまたは分極で生じた電荷ＥＣが、逆極性パルスＶｐｓによって誘電体層１３外へ速やかに放出される。
【００９９】
つまり、表面電極１６によって電荷ＥＣの逃げ道が広がり、誘電体層１３の帯電または分極が容易にキャンセルされる。
【０１００】
上述の実施形態においては、パルス印加時間Ｔｐｓは、各駆動の回の間で同じ時間としたが、オン電圧Ｖｏｎを印加したオン時間Ｔｏｎの長さに応じて異なる時間としてもよい。例えば、オン時間Ｔｏｎの長さに比例した時間に調整するようにしてもよい。
【０１０１】
また、上述の実施形態においては、逆極性パルスＶｐｓの印加は、連続してオン電圧Ｖｏｎを印加した後に１回だけ行ったが、連続してオン電圧Ｖｏｎを印加している間に複数回行ってもよい。例えば、オン電圧Ｖｏｎの印加が所定の時間に達する都度逆極性パルスＶｐｓを印加してもよい。
【０１０２】
また、上述の実施形態においては、駆動回路２１は、駆動電圧Ｖをオン電圧Ｖｏｎから逆極性パルスＶｐｓに切り替えたが、オン電圧Ｖｏｎを継続して印加しつつ逆極性パルスＶｐｓを印加してもよい。その場合は、オン電圧Ｖｏｎを印加するための駆動回路および駆動線路と、逆極性パルスＶｐｓを印加するための駆動回路および駆動線路とを別途独立して設けるとよい。
【０１０３】
上述の実施形態において、可変容量素子１、２およびその駆動方法は、本発明の主旨に沿って適宜変更可能である。
【０１０４】
また、上述の駆動方法は、可変容量素子１、２以外にも、静電アクチュエータを用いた種々のＭＥＭＳデバイスに適用することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１     可変容量素子（静電アクチュエータ）
２     可変容量素子（静電アクチュエータ）
１１   基板
１２   固定電極
１３   誘電体層
１４   可動電極
２１   駆動回路
Ｖｏｎ  オン電圧（第１の電圧）
Ｖｐｏ プルオフ電圧
Ｖｐｓ 逆極性パルス（第２の電圧）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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