(57)【要約】【課題】複数の単位機械振動子を２次元的に配置し、これらの結合が自在に制御できるようにする。【解決手段】希フッ化水素酸をエッチャントとし、貫通孔２０７を介し、第４半導体層２０５，第３半導体層２０４，第２半導体層２０３に対して、第１半導体層２０２を選択的かつ等方的にエッチング除去する。これにより、貫通孔２０７（単位機械振動子領域２１１）毎に、凹陥部２０８が形成される。また、各凹陥部２０８に対応し、単位機械振動子領域２１１毎に、振動膜２０９が形成される【選択図】  図２Ｄ
2014023009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された支持層と、
前記支持層の上に形成された振動膜形成層と、
前記基板の上に形成された複数の単位機械振動子と
を備え、
前記単位機械振動子は、前記支持層に形成された凹陥部および前記凹陥部の上部に当たる前記振動膜形成層からなる振動膜から構成され、
前記凹陥部は、前記振動膜に形成された孔部を介して前記振動膜形成層に対して前記支持層を選択的かつ等方的にエッチング除去することで形成され、
隣り合う前記単位機械振動子の前記凹陥部は連通している
ことを特徴とする機械振動子。
【請求項２】
請求項１記載の機械振動子において、
前記凹陥部は、平面視円形に形成され、
前記孔部は、前記凹陥部の上部の平面視円形の領域の前記振動膜の中央部に形成されていることを特徴とする機械振動子。
【請求項３】
請求項１記載の機械振動子において、
前記単位機械振動子の領域は、平面視で、３回以上の回転対称性を有する平面図形の一部の形状とされ、
前記平面形状の１辺より小さい径の複数の前記孔部が、前記単位機械振動子の前記振動膜に等間隔に配列して形成されていることを特徴とする機械振動子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の機械振動子において、
前記振動膜形成層は、圧電材料から構成されていることを特徴とする機械振動子。
【請求項５】
基板の上に支持層を形成する第１工程と、
前記支持層の上に振動膜形成層を形成する第２工程と、
前記振動膜形成層に、複数の孔部を形成する工程と、
前記孔部を介して前記振動膜形成層に対して前記支持層を選択的かつ等方的にエッチング除去することで、前記支持層に複数の凹陥部を形成し、前記凹陥部および前記凹陥部の上部に当たる前記振動膜形成層からなる振動膜からなる複数の単位機械振動子を形成する工程と
を少なくとも備え、
隣り合う前記単位機械振動子の前記凹陥部は連通した状態に形成することを特徴とする機械振動子の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の機械振動子の製造方法において、
前記振動膜形成層は、圧電材料から構成することを特徴とする機械振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜を用いた機械構造を備える微小な機械振動子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導波路やフィルタ、分波器といった機械部品の実現に向けて、伝搬する機械振動(フォノン)を自在に制御できる機構が必要となる。光機能デバイスの分野では、伝搬光(フォトン)を効率的に制御するために、光共振器の多結合によって微小な領域にフォトンを強く閉じ込めて、結果として発生する顕著な非線形効果を利用している(非特許文献１参照)。これに対しフォノンにおいても同様であり、振動子を結合・集積化することで、強い閉じ込め効果を実現でき、フォノンの自在な制御が期待される。また、振動子を結合・集積化した集積機械システム構築のために、単位素子となる振動子は、結合に対して適した機械構造を有していることが重要となる。
【０００３】
微小機械振動子を結合した構造では、これまでのところカンチレバー構造、あるいは両持ち梁構造を有する機械振動子が、単位素子として用いられてきた。例えば、隣接する機械振動子との間に製造過程で生じる振動部の支持部下のオーバーハング領域を介し、単位機械振動子同士を、機械的に結合している(非特許文献２参照)。また、機械振動子の振動部とその隣接する機械振動子の振動部との間に架橋した梁を介し、単位機械振動子同士を、機械的に結合する技術もある(非特許文献３参照)。さらには、各々の機械振動子内に配置した電極や電気ラインを介し、単位機械振動子同士を、電気的に結合する技術もある(非特許文献４参照)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】M. Notomi, E. Kuramochi and T. Tanabe, "Large-scale arrays of ultrahigh-Q coupled nanocavities", Nature Photonics, vol.2, pp.741-747, 2008.
【非特許文献２】M. Spletzer, A. Raman, H. Sumali, and J. P. Sullivan, "Highly sensitive mass detection and identification using vibration localization in coupled microcantilever arrays", Appl. Phys. Lett. , vol.92, 114102, 2008.
【非特許文献３】M. Spletzer, A. Raman, H. Sumali, and J. P. Sullivan, "Highly sensitive mass detection and identification using vibration localization in coupled microcantilever arrays", Appl. Phys. Lett. ,vol.92, 114102, 2008.
【非特許文献４】P. A. Truitt, J. B. Hertzberg, C. C. Huang, K. L. Ekinci, and K. C. Schwab, "Efficient and Sensitive Capacitive Readout of Nanomechanical Resonator Arrays", Nano Letter, vol.7, no.1, pp.120-126, 2007.
【非特許文献５】K. Tamaru, K. Nonaka, M. Nagase, H. Yamaguchi, S. Warisawa and S. Ishihara, "Direct Actuation of GaAs Membrane with the Microprobe of Scanning Probe Microscopy", Jpn. J. Appl. Phys. , vol.48, 06FG06, 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらのような機械振動子の機械構造または結合方法では、柔軟性が欠け、各々の単位機械振動子の結合を自在に制御することは困難であった。例えば、オーバーハングや架橋を介した機械的結合では、製造過程で生じるオーバーハング領域が、振動部の幅によって決定される。このため、振動部の幅よりも狭い、つまり弱い結合を実現することは不可能であった。さらに、結合方向は、振動子の長軸に対して垂直方向のみに限られていた。
【０００６】
これに対し、電気的結合では、電極や電気ラインの配置によって２次元的に集積が実現可能であるが、結合に用いる電極や電気ラインの設置のために高度な微細加工技術が必要であり、製造法に困難性があった。さらに、電気的結合では、電極や電気ライン上に生じる寄生容量や寄生抵抗が、シグナルの損失源となっていた(非特許文献４参照)。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、複数の単位機械振動子を２次元的に配置し、これらの結合が自在に制御できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る機械振動子は、基板の上に形成された支持層と、支持層の上に形成された振動膜形成層と、基板の上に形成された複数の単位機械振動子とを備え、単位機械振動子は、支持層に形成された凹陥部および凹陥部の上部に当たる振動膜形成層からなる振動膜から構成され、凹陥部は、振動膜に形成された孔部を介して振動膜形成層に対して選択的に支持層を等方的にエッチング除去することで形成され、隣り合う単位機械振動子の凹陥部は連通している。なお、振動膜形成層は、圧電材料から構成されていればよい。従って、同一の振動膜形成層から構成される隣り合う単位機械振動子は、振動膜の一部が共有された状態となる。
【０００９】
上記機械振動子において、凹陥部は、平面視円形に形成され、孔部は、凹陥部の上部の平面視円形の領域の振動膜の中央部に形成されていればよい。
【００１０】
上記機械振動子において、単位機械振動子の領域は、平面視で、３回以上の回転対称性を有する平面図形の一部の形状とされ、平面形状の１辺より小さい径の複数の孔部が、単位機械振動子の振動膜に等間隔に配列して形成されているようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明に係る機械振動子の製造方法は、基板の上に支持層を形成する第１工程と、支持層の上に振動膜形成層を形成する第２工程と、振動膜形成層に、複数の孔部を形成する工程と、孔部を介して振動膜形成層に対して選択的に支持層を等方的にエッチング除去することで、支持層に複数の凹陥部を形成し、凹陥部および凹陥部の上部に当たる振動膜形成層からなる振動膜からなる複数の単位機械振動子を形成する工程とを少なくとも備え、隣り合う単位機械振動子の凹陥部は連通した状態に形成する。なお、振動膜形成層は、圧電材料から構成すればよい。従って、同一の振動膜形成層から構成される隣り合う単位機械振動子は、振動膜の一部が共有された状態に形成される。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したことにより、本発明によれば、複数の単位機械振動子を２次元的に配置し、これらの結合が自在に制御できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における機械振動子の構成を示す断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態における機械振動子の製造方法について説明する各工程における状態を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態における機械振動子の製造方法について説明する各工程における状態を示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の実施の形態における機械振動子の製造方法について説明する各工程における状態を示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明の実施の形態における機械振動子の製造方法について説明する各工程における状態を示す断面図である。
【図３】図３は、複数の単位機械振動子が結合した機械振動子の光学顕微鏡写真である。
【図４】図４は、機械振動子における各単位機械振動子の結合強度の制御について説明する説明図である。
【図５】図５は、単位機械振動子の状態を示す写真である。
【図６】図６は、伝播フォノンの測定結果を示す特性図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施の形態における機械振動子の製造方法について説明する各工程における状態を概略的に示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の実施の形態における機械振動子の製造方法について説明する各工程における状態を概略的に示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の実施の形態における機械振動子の製造方法について説明する各工程における状態を概略的に示す平面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、本発明の実施の形態における機械振動子の製造方法について説明する各工程における状態を概略的に示す断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、本発明の実施の形態における機械振動子の製造方法について説明する各工程における状態を概略的に示す断面図である。
【図７Ｆ】図７Ｆは、本発明の実施の形態における機械振動子の製造方法について説明する各工程における状態を概略的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における機械振動子の構成を示す断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。この機械振動子は、まず、基板１０１の上に形成された支持層１０２と、支持層１０２の上に形成された振動膜形成層１０３と、基板１０１の上に形成された複数の単位機械振動子１０４とを備える。
【００１５】
単位機械振動子１０４は、支持層１０２に形成された凹陥部１０５および凹陥部１０５の上部に当たる振動膜形成層１０３からなる振動膜１０６から構成されている。ここで、凹陥部１０５は、振動膜１０６に形成された孔部１０７を介して振動膜形成層１０３に対して支持層１０２を選択的かつ等方的にエッチング除去することで形成されたものである。また、隣り合う単位機械振動子１０４の凹陥部１０５は連通している。従って、同一の振動膜形成層１０３から構成される隣り合う単位機械振動子１０４は、各々の振動膜１０６の一部が、凹陥部１０５が連通する領域で共有された状態となる。
【００１６】
また、図１を用いて説明する実施の形態における機械振動子では、凹陥部１０５が、平面視円形に形成され、孔部１０７は、凹陥部１０５の上部の平面視円形の領域の振動膜１０６の中央部に形成されている。この場合、振動膜１０６は、平面視で略円形となっている。また、各振動膜１０６には、各々電極１１１が設けられている。振動膜形成層１０３を圧電材料から構成すれば、電極１１１により局所的に機械振動を誘起（励振）・検出することができる。例えば、振動膜形成層１０３を、ｎ型のＧａＡｓ層，ＡｌＧａＡｓ層，ＧａＡｓ層の３層構造とした圧電材料より構成すれば、局所的に形成した電極１１１により振動膜１０６を局所的に励振することができる。
【００１７】
次に、本発明の実施の形態における機械振動子の製造方法について説明する。まず、図２Ａに示すように、ＧａＡｓからなる基板２０１の上に、Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓからなる第１半導体層（支持層）２０２，シリコンをドープしたＧａＡｓからなる第２半導体層２０３，Ａｌ0.27Ｇａ0.73Ａｓからなる第３半導体層２０４，ＧａＡｓからなる第４半導体層２０５を積層する。例えば、よく知られた有機金属気相成長法または分子線エピタキシー法により、基板２０１の上に、上述した各層をエピタキシャル成長させればよい。
【００１８】
次に、例えば、電子線リソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとしたリン酸によるウェットエッチングもしくは反応性イオンエッチングにより、第４半導体層２０５，第３半導体層２０４，第２半導体層２０３，および積層方向に一部の第１半導体層２０２をパターニングし、土台となるメサ構造を形成する。メサ構造を形成した後、上記レジストパターンは除去する。なお、このメサ構造の形状は、図示していない。
【００１９】
次に、図２Ｂに示すように、第４半導体層２０５の上に、電極２０６を形成する。例えば、電極２０６となる領域に開口部を備えるレジストマスクパターンを形成し、この上に、真空蒸着法により電極材料を形成する。この後、レジストマスクパターンを除去すれば、第４半導体層２０５の上に電極２０６が形成できる。これは、所謂リフトオフ法と呼ばれる製造方法である。電極２０６は、この機械振動子の機械振動(フォノン)を、ピエゾ電気効果によって誘起・検出するために用いる。また、各々の単位機械振動子領域２２１に、それぞれ電極２０６を形成する。
【００２０】
次に、図２Ｃに示すように、単位機械振動子領域２２１毎に、第１半導体層２０２にまで到達する貫通孔（孔部）２０７を形成する。例えば、電子線リソグラフィー技術により、貫通孔２０７に対応する開口部を有するレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとした反応性イオンエッチングにより、貫通孔２０７を形成すればよい。なお、貫通孔２０７を形成した後、レジストパターンは除去する。
【００２１】
次に、希フッ化水素酸をエッチャントとし、貫通孔２０７を介し、第４半導体層２０５，第３半導体層２０４，第２半導体層２０３に対して、第１半導体層２０２を選択的かつ等方的にエッチング除去する。等方的なエッチングにより、第１半導体層２０２は、積層方向に加え、第１半導体層２０２の平面方向にも除去される。これにより、図２Ｄに示すように、貫通孔２０７（単位機械振動子領域２２１）毎に、凹陥部２０８が形成される。また、各凹陥部２０８に対応し、単位機械振動子領域２２１毎に、振動膜２０９が形成される（非特許文献５参照）。
【００２２】
なお、エッチングの時間制御などにより、隣り合う凹陥部２０８は、連通した状態に形成する。このように、複数の貫通孔２０７を形成しておくことで、複数の振動膜２０９からなる複数の単位機械振動子が、結合した状態で一度に形成できる。図３は、上述したことにより製造した、複数の単位機械振動子が結合した機械振動子の光学顕微鏡写真である。図３は、５個の単位機械振動子が直列に繋がった状態を示している。また、各単位機械振動子の振動部は円形のメンブレン構造を有している。メンブレンの半径ｒは１５μｍ、隣接する単位機械振動子の中心間距離ｓは２５μｍである。
【００２３】
次に、上述した機械振動子における各単位機械振動子の結合強度の制御について、図４を用いて説明する。上述した機械振動子は、平面視円形の振動部（メンブレン）を備えている。このため、単位機械振動子同士の結合は、両者のメンブレンを共有すれば良いため、平面方向のどの方向からでも結合できる。また、結合強度は、図４に示すように、メンブレンの半径ｒと、隣り合う単位機械振動子の中心間の距離ｓによって決定される。
【００２４】
前述した例では、第１半導体層２０２を選択的にエッチングすることで凹陥部２０８を形成しており、凹陥部２０８の領域における第４半導体層２０５，第３半導体層２０４，および第２半導体層２０３でメンブレンが構成され、振動部（振動膜）となる。このため、凹陥部２０８を形成するためのエッチング時間によって、メンブレン（単位機械振動子領域）の径が決定されることになる。また、エッチング時間によって、隣接する単位機械振動子の領域へメンブレンが入り込む量が決定されることになる。従って、孔部の間隔とエッチング時間によって、隣り合う単位機械振動子同士の結合強度が調整できる。
【００２５】
図４に示すように、微小機械振動子４０１のメンブレン中心から隣接する微小機械振動子４０２の中心までの距離をｓ、微小機械振動子４０３までの距離をｓ’とし、各微小機械振動子のメンブレンの半径をｒとする。微小機械振動子４０１および微小機械振動子４０２のように、ｓが２ｒと比較して短くなるにつれ、重なる振動部領域が増え、結合が強くなる。これらに対し、ｓが２ｒへと近づくにつれ結合が弱まり、微小機械振動子４０１と微小機械振動子４０３のように、ｓ’が２ｒより大きい状態では、重なる領域が完全に無くなり、結合が消失する。
【００２６】
また、前述したように、エッチング時間によってメンブレンの共振周波数は一律に決定されてしまうため、同型の貫通孔から作製した単位機械振動子は全て同一周波数となる。しかしながら、貫通孔のサイズを変えることで、ウェットエッチングのエッチングレートの調整も可能である。
【００２７】
例えば、Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓからなる第１半導体層２０２を、半径１．５μｍの貫通孔２０７（設計値３×３μｍ2）を用い、濃度５％の希フッ化水素酸で３３分間エッチングすると、図５の（ａ）の写真に示す単位機械振動子が形成される。また、半径０．２μｍの貫通孔２０７（設計値０．５×０．５μｍ2）を用い、濃度５％の希フッ化水素酸で２０分間エッチングすると、図５の（ｂ）の写真に示す単位機械振動子が形成される。これらの結果から算出されるＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓからなる第１半導体層２０２のエッチングレートは、各々０．４μｍ／ｍｉｎ，０．１μｍ／ｍｉｎとなる。
【００２８】
以上に説明したように、貫通孔の孔径を変えることによって単位微小機械振動子の個々の振動子に対して共振周波数を決定できるため、上述した単位機械振動子間の距離と単位機械振動子のメンブレン径を調整する方法以外にも、結合する単位機械振動子の共振周波数を互いに違えることでも結合強度の調整が可能である。
【００２９】
次に、５つの単位機械振動子が直列に連なった結合機械振動子（円形メンブレン直径＝３０μｍ，単位機械振動子間距離＝２５μｍ）を作製し、作製した結合機械振動子の振動特性を評価した結果について説明する。この評価では、左端に位置する単位機械振動子に交流電圧２００ｍＶrmsを加えて機械振動（フォノン）を誘起し、この伝播フォノンを、右端の単位機械振動子で測定（検出）した。１．５〜１１．５ＭＨｚ帯域におけるフォノンの周波数応答の結果を図６に示す。
【００３０】
図６に示すように、３〜３．５ＭＨｚ、４〜９ＭＨｚの周波数領域において、機械振動に由来する複数のピークが観測され、フォノンが、結合機械振動子の中を一端から他端まで伝搬している状態がわかる。単位機械振動子のメンブレンの半径ｒ、単位機械振動子間距離ｓ、個々の単位機械振動子の共振周波数を変えることで、フォノン伝搬の周波数依存性の変調が可能であることは明らかである。また、ＧａＡｓ系材料が有するピエゾ電気特性を利用して機械特性を電気的に変調することでも、上述同様の変調効果が得られる。
【００３１】
ところで、上述では、振動膜（メンブレン）が、平面視で略円形の場合について説明したが、これに限るものではない。単位機械振動子の領域で規定される振動膜の平面形状は、平面視で、３回以上の回転対称性を有する平面図形とされていてもよい。例えば、単位機械振動子の領域で規定される振動膜の平面形状は、略正三角形とすることもできる。この形状は、上記平面形状の１辺より小さい径の複数の孔部を、単位機械振動子の振動膜とする領域内に等間隔に配列して形成し、これら孔部を介して支持層を選択的にかつ等方的にエッチングすることで形成できる。
【００３２】
例えば、まず、図７Ａに示すように、ＧａＡｓからなる基板３０１の上に、Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓからなる第１半導体層（支持層）３０２，シリコンをドープしたＧａＡｓからなる第２半導体層３０３，Ａｌ0.27Ｇａ0.73Ａｓからなる第３半導体層３０４，ＧａＡｓからなる第４半導体層３０５を積層する。例えば、よく知られた有機金属気相成長法または分子線エピタキシー法により、基板３０１の上に、上述した各層をエピタキシャル成長させればよい。
【００３３】
次に、例えば、電子線リソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとしたリン酸によるウェットエッチングもしくは反応性イオンエッチングにより、第４半導体層３０５，第３半導体層３０４，第２半導体層３０３，および積層方向に一部の第１半導体層３０２をパターニングし、土台となるメサ構造を形成する。メサ構造を形成した後、上記レジストパターンは除去する。なお、このメサ構造の形状は、図示していない。
【００３４】
次に、図７Ｂ，図７Ｃに示すように、第４半導体層３０５の上に、複数の開口部３０７を備えるレジストパターン３０６を形成する。開口部３０７は、単位機械振動子となる領域３０８を規定する正三角形の１辺の長さａより十分に小さな孔径とする。例えば、図７Ｃの平面図では、長さａの１辺に１０個の開口部３０７が配列される状態の孔径の複数の開口部３０７を、振動膜とする領域内に等間隔に配置している状態を示している。なお、図７Ｂは、図７Ｃのｂｂ’線の断面を示している。図７Ｃに示す例では、４個の単位機械振動子を形成する場合を示している。
【００３５】
次に、レジストパターン３０６をマスクとした反応性イオンエッチングにより第４半導体層３０５，第３半導体層３０４，第２半導体層３０３をエッチングし、図７Ｄに示すように、第１半導体層３０２にまで到達する複数の貫通孔（孔部）３０９を形成する。なお、図７Ｄは、レジストパターン３０６を除去した後の状態を示している。
【００３６】
次に、希フッ化水素酸をエッチャントとし、貫通孔３０９を介し、第４半導体層３０５，第３半導体層３０４，第２半導体層３０３に対して、第１半導体層３０２を選択的かつ等方的にエッチング除去する。これにより、図７Ｅ，図７Ｆにおおよその状態を示すように、貫通孔３０９が形成されている領域に対応して凹陥部３１０が形成される。また、単位機械振動子領域３０８毎に、略正三角形の振動膜が形成され、４つの単位機械振動子が連結された状態となる。また、第４半導体層３０５，第３半導体層３０４，第２半導体層３０３からなる同一の振動膜形成層で構成される隣り合う単位機械振動子となる領域３０８は、各々の振動膜の一部が、連結する領域で共有された状態となる。この場合においても、各単位機械振動子の凹陥部は連通していることになる。なお、図７Ｅは、図７Ｆのｅｅ’線の断面を示している。
【００３７】
ここで、予め貫通孔形成部を避けて電極を形成しておき、上述した製造方法により凹陥部を形成することで、各単位機械振動子に電極を設ければよい。また、振動膜の上に電極材料の層を形成した状態で、貫通孔を形成して凹陥部を形成した後、電極材料の層をパターニングして、各単位機械振動子に対応する電極を形成するようにしてもよい。なお、上述では、正三角形の場合について説明したが、他の正多角形により、三回以上の回転対称性を有して３つ以上の同じ平面形状で同じ強度の単位機械振動子を連結させるようにしてもよい。
【００３８】
以上に説明したように、本発明によれば、振動膜の下に形成されている支持層を振動膜に形成した孔部を介して振動膜形成層に対して選択的にかつ等方的にエッチング除去することで、振動膜の下の支持層に凹陥部を形成することで、凹陥部の領域の支持層で振動膜を構成するようにしたので、次に示す作用効果が得られるようになる。
【００３９】
まず、例えば、円形の微小な振動膜（メンブレン）による単位機械振動子を機械的に重ねて並べることが容易であり、これらの単位機械振動子が連結された機械振動子によれば、機械振動(フォノン)を閉じ込め、その制御が可能となる。
【００４０】
また、隣接する単位機械振動子同士が共有する振動部領域を変えることで、任意の結合強度を有する結合機械振動子が実現可能である。
【００４１】
また、単位機械振動子は、平面視で等方的な構造を有しているため、二次元的に集積した機械システムを構築できる。また、例えば、ＧａＡｓを始めとした非中心対称性の物質は圧電効果を有しているため、オンチップでの振動の誘起・検出、加えて機械特性の変調が可能であり、電気的にアクティブな機械システムが実現可能となる。
【００４２】
また、上述したように、複数の単位機械振動子を結合することで、強い閉じ込め効果が期待できるとともに、フォノンを導く導波路、またはフォノニック結晶といった人工的な音響制御物質の実現も期待できる。このためには、単一単位機械振動子の二次元的な集積化や各結合において等しい結合強度が得られることが重要となる。従来のオーバーハングや架橋を用いた結合方法では、一次元的な結合に限られてしまう。これに対し、円形や多角形の振動領域（メンブレン）による単位機械振動子を結合した機械振動子によれば、上述した導波路やフォノニック結晶といったフォノン制御システムの構築が可能となる。
【００４３】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、リソグラフィおよびエッチングなどの各製造技術は、電子線リソグラフィ、フォトリソグラフィ、ナノインプリント、ドライ・ウェットエッチング、蒸着・スパッタリング・化学気相成長法などの成膜技術など、既存の微細加工技術を複数組み合わせて使用することも可能であり、上述した実施の形態に示した方法に限定されるものではない。また、振動膜形成層（振動膜）は、圧電材料に限らず、他の材料から構成してもよい。この場合、静電力などにより、振動膜を励振すればよい。ただし、振動膜を圧電材料から構成すれば、電極を用いることで局所的に励振することが容易である。
【００４４】
また、上述では、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓなどを用いた例を示しているが、これに限るものではなく、本発明の趣旨に基づき他の材料を用いるようにしてもよいことは、言うまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１０１…基板、１０２…支持層、１０３…振動膜形成層、１０４…単位機械振動子、１０５…凹陥部、１０６…振動膜、１０７…孔部、１１１…電極。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図４】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図３】
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【図５】
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