(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の支持部によりシーソー状に揺動可能に支持され、静電気力により揺動する揺動梁と、
前記支持部に対する前記揺動梁の一方部分に前記基板側で対向して前記一方部分との間に静電気力を生じさせると共に、前記支持部側とは反対側の端部が、前記一方部分の端部と接続され、前記支持部側の端部が、前記基板に対して固定された可動梁と、
を備えたことを特徴とする静電アクチュエーター。
【請求項２】
前記可動梁と対向するように前記基板上に設けられ、前記可動梁との間に静電気力を生じさせる固定駆動電極を、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の静電アクチュエーター。
【請求項３】
前記一方部分が前記基板から離れる方向に前記揺動梁が揺動する際、前記可動梁が弾性を持って変形し、当該変形の復元力が、前記一方部分が前記基板に近づく方向に前記揺動梁が揺動するように作用することを特徴とする請求項１または２に記載の静電アクチュエーター。
【請求項４】
前記揺動梁および前記可動梁は、それぞれ全体が導電体で構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の静電アクチュエーター。
【請求項５】
前記揺動梁および前記可動梁の少なくとも一方は、
主体を為す絶縁体部と、
前記絶縁体部の前記基板側の面および前記基板側とは反対側の面の少なくとも一方に形成された導電体層と、
を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の静電アクチュエーター。
【請求項６】
基板上の支持部によりシーソー状に揺動可能に支持され、静電気力により揺動する揺動梁と、
前記支持部に対する前記揺動梁の一方部分に前記基板側で対向すると共に、前記支持部側とは反対側の端部が、前記一方部分の端部と接続され、前記支持部側の端部が、前記基板に対して固定された可動梁と、
前記可動梁と対向するように前記基板上に設けられ、前記可動梁との間に静電気力を生じさせる固定駆動電極と、
を備えたことを特徴とする静電アクチュエーター。
【請求項７】
基板上の支持部によりシーソー状に揺動可能に支持され、静電気力により揺動する揺動梁と、
前記支持部に対する前記揺動梁の一方部分と前記基板との間に設けられると共に、相互に折り返し構造を為して連なった複数の可動梁を有する可動部と、を備え、
前記複数の可動梁のうち最も前記揺動梁側に設けられた揺動梁側可動梁は、前記支持部側とは反対側の端部が、前記一方部分の端部と接続され、
前記複数の可動梁のうち最も前記基板側に設けられた基板側可動梁は、折り返し部側とは反対側の端部が、前記基板に対して固定され、
相互に対向する前記複数の可動梁相互間、および前記揺動梁側可動梁と前記揺動梁側可動梁に対向する前記一方部分との間の少なくとも１つの間に静電気力が生じることを特徴とする静電アクチュエーター。
【請求項８】
基板上の支持部によりシーソー状に揺動可能に支持され、静電気力により揺動する揺動梁と、
前記支持部に対する前記揺動梁の一方部分と前記基板との間に設けられると共に、相互に折り返し構造を為して連なった複数の可動梁を有する可動部と、
前記複数の可動梁のうち最も前記基板側に設けられた基板側可動梁と対向するように設けられ、前記基板側可動梁との間に静電気力を生じさせる固定駆動電極と、を備え、
前記複数の可動梁のうち最も前記揺動梁側に設けられた揺動梁側可動梁は、前記支持部側とは反対側の端部が、前記一方部分の端部と接続され、
前記基板側可動梁は、折り返し部側とは反対側の端部が、前記基板に対して固定されていることを特徴とする静電アクチュエーター。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の静電アクチュエーターと、
固定容量電極と、前記固定容量電極に対向すると共に、前記支持部に対する前記揺動梁の他方部分の端部に設けられた可動容量電極と、を有し、静電容量を可変する可変容量素子と、
を備えたことを特徴とする可変容量デバイス。
【請求項１０】
前記静電アクチュエーターは、前記可変容量素子に電圧を印加した状態で、前記揺動梁の揺動動作を行うことを特徴とする請求項９に記載の可変容量デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電気力により揺動する揺動梁を有する静電アクチュエーターおよびこれを備えた可変容量デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シグナル線と、シグナル線の上方でこれと対向する電極と、から成る可変容量の電極を駆動して、静電容量を可変させる静電型アクチュエーターが知られている。この静電型アクチュエーターは、絶縁層を介して可変容量の電極に繋がった可動側の上部電極と、上部電極に対向する固定側の下部電極とを備えている。上部電極の可変容量側とは反対側の端部は、ばね構造部によりアンカーに接続されている（特許文献１参照）。また、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スイッチにおける静電型アクチュエーターとして、基板上でシーソー状に揺動する内側作動部材を備え、スイッチ接触機能を持つ外側作動部材をシーソー状に揺動させるものが知られている。このＭＥＭＳスイッチでは、内側作動部材の両端に設けられた第１加圧棒および第２加圧棒により、外側作動部材の両端部を上方から加圧することで、外側作動部材を内側作動部材の揺動動作に連動して揺動させるようになっている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７８６３４号公報
【特許文献２】特開２００６−１７３１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、可変容量（可変容量素子）にＲＦ（Radio Frequency）電圧を印加した状態で可変容量をスイッチングするホットスイッチング時には、ＲＦ電圧に起因して、シグナル線（固定容量電極）と電極（可動容量電極）との間に強い静電気力が生じるため、静電型アクチュエーターの上部電極が下部電極に貼り付いてしまう（スティッキング）場合があった。これに対し、可変容量の電極を駆動する静電型アクチュエーターとして、シーソー状に揺動する上記の内側作動部材（揺動梁）を備えることが考えられる。この場合、内側作動部材の可変容量側の部分（他方部分）が下部電極と接触した状態において、内側作動部材の可変容量側とは反対側の部分（一方部分）と下部電極（固定駆動電極）との間に電圧差を与えることで、両者間に生じた静電気力を、内側作動部材の他方部分を下部電極から引き離す力として作用させることができる。しかしながら、内側作動部材の他方部分が下部電極に接触した状態では、内側作動部材の一方部分と下部電極との間が大きく離れていることから、内側作動部材の一方部分と下部電極との間に同じ電圧差を与えても静電気力が小さくなるため、両者間により大きな電圧差を与えるか、両者の対向面積を大きくする必要がある。【０００５】
本発明は、簡易な構成で、他方部分が基板に近づいた方向に揺動した揺動梁を、一方部分が基板に近づく方向に確実に揺動させることができる静電アクチュエーターおよびこれを備えた可変容量デバイスを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の静電アクチュエーターは、基板上の支持部によりシーソー状に揺動可能に支持され、静電気力により揺動する揺動梁と、支持部に対する揺動梁の一方部分に基板側で対向して一方部分との間に静電気力を生じさせると共に、支持部側とは反対側の端部が、一方部分の端部と接続され、支持部側の端部が、基板に対して固定された可動梁と、を備えたことを特徴とする。【０００７】
この構成によれば、揺動梁の一方部分に基板側で対向すると共に一方部分の端部と接続された可動梁を備えたことで、揺動梁の他方部分が基板に近づく方向に揺動した状態においても、揺動梁の一方部分と可動梁との距離が大きくなることがないため、揺動梁の一方部分と可動梁との間に強い静電気力を生じさせることができる。また、可動梁の支持部側の端部が基板に対して固定されていることで、揺動梁の一方部分と可動梁との間に生じた静電気力が、一方部分が基板に近づく方向に揺動梁が揺動するように作用する。したがって、揺動梁の一方部分と可動梁との間に大きな電位差を与えずとも、また、揺動梁の一方部分と可動梁との対向面積を大きくせずとも、簡易な構成（駆動電圧小、チップ面積小）で、他方部分が基板に近づいた方向に揺動した揺動梁を、一方部分が基板に近づく方向に確実に揺動させることができる。【０００８】
この場合、可動梁と対向するように基板上に設けられ、可動梁との間に静電気力を生じさせる固定駆動電極を、さらに備えたことが好ましい。【０００９】
この構成によれば、支持部に対する揺動梁の他方部分が基板に近づく方向に揺動した状態においても、揺動梁の一方部分と固定駆動電極との距離に比べ、可動梁と固定駆動電極との距離が大きくなることがないため、可動梁と固定駆動電極との間に強い静電気力を生じさせることができる。そして、可動梁と固定駆動電極との間に生じた静電気力も、一方部分が基板に近づく方向に揺動梁が揺動するように作用する。したがって、他方部分が基板に近づいた方向に揺動した揺動梁を、より効率的に、一方部分が基板に近づく方向に揺動させることができる。【００１０】
この場合、一方部分が基板から離れる方向に揺動梁が揺動する際、可動梁が弾性を持って変形し、当該変形の復元力が、一方部分が基板に近づく方向に揺動梁が揺動するように作用することが好ましい。【００１１】
この構成によれば、揺動梁の一方部分と可動梁との間に生じた静電気力だけでなく、可動梁の変形の復元力によっても、一方部分が基板に近づく方向に揺動させることができる。したがって、一方部分が基板に近づく方向に揺動梁を揺動させる力を、より強くすることができる。【００１２】
この場合、揺動梁および可動梁は、それぞれ全体が導電体で構成されていることが好ましい。【００１３】
この場合、揺動梁および可動梁の少なくとも一方は、主体を為す絶縁体部と、絶縁体部の基板側の面および基板側とは反対側の面の少なくとも一方に形成された導電体層と、を有することが好ましい。【００１４】
本発明の他の静電アクチュエーターは、基板上の支持部によりシーソー状に揺動可能に支持され、静電気力により揺動する揺動梁と、支持部に対する揺動梁の一方部分に基板側で対向すると共に、支持部側とは反対側の端部が、一方部分の端部と接続され、支持部側の端部が、基板に対して固定された可動梁と、可動梁と対向するように基板上に設けられ、可動梁との間に静電気力を生じさせる固定駆動電極と、を備えたことを特徴とする。【００１５】
この構成によれば、揺動梁の一方部分に基板側で対向する可動梁を備えたことで、揺動梁の他方部分が基板に近づく方向に揺動した状態においても、揺動梁の一方部分と固定駆動電極との距離に比べ、可動梁と固定駆動電極との距離が大きくなることがないため、可動梁と固定駆動電極との間に強い静電気力を生じさせることができる。また、可動梁の端部が一方部分の端部と接続されていることで、可動梁と固定駆動電極との間に生じた静電気力が、一方部分が基板に近づく方向に揺動梁が揺動するように作用する。したがって、揺動梁の一方部分と可動梁との間に大きな電位差を与えずとも、また、揺動梁の一方部分と可動梁との対向面積を大きくせずとも、簡易な構成で、他方部分が基板に近づいた方向に揺動した揺動梁を、一方部分が基板に近づく方向に確実に揺動させることができる。【００１６】
本発明の他の静電アクチュエーターは、基板上の支持部によりシーソー状に揺動可能に支持され、静電気力により揺動する揺動梁と、支持部に対する揺動梁の一方部分と基板との間に設けられると共に、相互に折り返し構造を為して連なった複数の可動梁を有する可動部と、を備え、複数の可動梁のうち最も揺動梁側に設けられた揺動梁側可動梁は、支持部側とは反対側の端部が、一方部分の端部と接続され、複数の可動梁のうち最も基板側に設けられた基板側可動梁は、折り返し部側とは反対側の端部が、基板に対して固定され、相互に対向する複数の可動梁相互間、および揺動梁側可動梁と揺動梁側可動梁に対向する一方部分との間の少なくとも１つの間に静電気力が生じることを特徴とする。【００１７】
この構成によれば、揺動梁の一方部分と基板との間に複数の可動梁を設けたことで、支持部に対する揺動梁の他方部分が基板に近づく方向に揺動した状態においても、揺動梁の一方部分と固定駆動電極との距離に比べ、揺動梁の一方部分と揺動梁側可動梁との距離や可動梁相互間の距離が大きくなることがないため、揺動梁の一方部分と当該可動梁との間に強い静電気力を生じさせることができる。また、基板側可動梁の端部が基板に対して固定されていることで、揺動梁の一方部分と揺動梁側可動梁との間に生じた静電気力、あるいは可動梁相互間に生じた静電気力により、一方部分が基板に近づく方向に揺動させることができる。したがって、簡易な構成で、他方部分が基板に近づいた方向に揺動した揺動梁を、一方部分が基板に近づく方向に確実に揺動させることができる。【００１８】
本発明の他の静電アクチュエーターは、基板上の支持部によりシーソー状に揺動可能に支持され、静電気力により揺動する揺動梁と、支持部に対する揺動梁の一方部分と基板との間に設けられると共に、相互に折り返し構造を為して連なった複数の可動梁を有する可動部と、複数の可動梁のうち最も基板側に設けられた基板側可動梁と対向するように設けられ、基板側可動梁との間に静電気力を生じさせる固定駆動電極と、を備え、複数の可動梁のうち最も揺動梁側に設けられた揺動梁側可動梁は、支持部側とは反対側の端部が、一方部分の端部と接続され、基板側可動梁は、折り返し部側とは反対側の端部が、基板に対して固定されていることを特徴とする。【００１９】
この構成によれば、揺動梁の一方部分と基板との間に複数の可動梁を備えたことで、揺動梁の他方部分が基板に近づく方向に揺動した状態においても、揺動梁の一方部分と固定駆動電極との距離に比べ、基板側可動梁と固定駆動電極との距離が大きくなることがないため、基板側可動梁と固定駆動電極との間に強い静電気力を生じさせることができる。また、揺動梁側可動梁の端部が一方部分の端部と接続されていることで、基板側可動梁と固定駆動電極との間に生じた静電気力が、一方部分が基板に近づく方向に揺動梁が揺動するように作用する。したがって、揺動梁の一方部分と可動梁との間に大きな電位差を与えずとも、また、揺動梁の一方部分と可動梁との対向面積を大きくせずとも、簡易な構成で、他方部分が基板に近づいた方向に揺動した揺動梁を、一方部分が基板に近づく方向に確実に揺動させることができる。【００２０】
本発明の可変容量デバイスは、上記の静電アクチュエーターと、固定容量電極と、固定容量電極に対向すると共に、支持部に対する揺動梁の他方部分の端部に設けられた可動容量電極と、を有し、静電容量を可変する可変容量素子と、を備えたことを特徴とする。【００２１】
可変容量素子の固定容量電極と可動容量電極との間に静電気力が発生した場合には、その静電気力は、端部に可動容量電極が設けられた揺動梁の他方部分が基板に近づく方向に揺動するように作用するため、揺動梁の他方部分がこれに対向する基板上の電極等に貼り付いてしまうおそれがある。
これに対し、本構成によれば、簡易な構成で、他方部分が基板に近づいた方向に揺動した揺動梁を、一方部分が基板に近づく方向に確実に揺動させることができる静電アクチュエーターを備えたことで、可変容量素子の固定容量電極と可動容量電極との間に静電気力が発生した場合にも、確実に、一方部分が基板に近づく方向に揺動梁を揺動させることができる。したがって、揺動梁の他方部分がこれに対向する基板上の電極等に貼り付いてしまうことを効果的に防止することができる。
なお、揺動梁の他方部分の端部に設けられた可動容量電極とは、揺動梁の他方部分の端部が可動容量電極となっているもの、および、揺動梁の他方部分とは別体に形成された可動容量電極が、該他方部分の端部に連なっているものの双方を含む概念である。【００２２】
この場合、静電アクチュエーターは、可変容量素子に電圧を印加した状態で、揺動梁の揺動動作を行うことが好ましい。【００２３】
この構成によれば、可変容量素子に電圧を印加した状態で、揺動梁の揺動動作を行って可変容量素子をスイッチング（ホットスイッチング）させる場合には、可変容量素子の固定容量電極と可動容量電極との間に静電気力が発生するが、この場合にも、揺動梁の他方部分がこれに対向する電極等に貼り付いてしまうことを効果的に防止することができる。したがって、揺動梁がスティッキングすることなく、ホットスイッチングを良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る静電アクチュエーターを備えた可変容量コンデンサーの断面図である。
【図２】可変容量コンデンサーにおける静電アクチュエーターの揺動動作を示す図である。
【図３Ａ】静電アクチュエーターに対する電位供給パターンを示す図である。
【図３Ｂ】静電アクチュエーターに対する電位供給パターンの別の例を示す図である。
【図４】静電アクチュエーターの変形例を示す図である。
【図５】静電アクチュエーターにおける可動梁の変形例を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る静電アクチュエーターの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る静電アクチュエーターおよびこれを備えた可変容量デバイスについて説明する。本実施形態では、可変容量デバイスとして、可変容量コンデンサーを例示する。この可変容量コンデンサーは、ＭＥＭＳデバイスであり、半導体集積回路作製技術を用いて、シリコン基板などの半導体基板上に、電子回路および機械構造を作り込むことで構成されている。
【００２６】
図１および図２に示すように、可変容量コンデンサー１は、シリコン基板２と、シリコン基板２上に設けられた可変容量素子３と、シリコン基板２上に設けられ、可変容量素子３の左右両側に連なる一対の静電アクチュエーター４とを備えている。この可変容量コンデンサー１においては、可変容量素子３にＲＦ電圧が印加された状態で、静電アクチュエーター４を駆動源として可変容量素子３を駆動し、静電容量を可変する、いわゆるホットスイッチングが行われる。
【００２７】
シリコン基板２の表面には、例えばＳｉＯ２（シリコン酸化膜）から成る絶縁層５が形成されており、この絶縁層５上に、可変容量素子３および一対の静電アクチュエーター４が設けられている。
【００２８】
可変容量素子３は、シリコン基板２上に設けられた固定容量電極１０と、固定容量電極１０に対向する可動容量電極部１３とを備えている。可動容量電極部１３は、一対の静電アクチュエーター４が共有する両持ち梁２０の中間部により構成されている。すなわち、両持ち梁２０は、中間部の可動容量電極部１３と、絶縁体６を介して可動容量電極部１３の両外側に設けられた揺動梁部２２とで構成されている。そして、後述する両持ち梁２０の変形（揺動梁部２２の揺動動作）に伴って、可動容量電極部１３が固定容量電極１０に対して離接することで、可変容量素子３における静電容量が変動するようになっている。
【００２９】
固定容量電極１０は、ポリシリコンなどの導電体から成る、第１固定容量電極１１および第２固定容量電極１２で構成されている。ここでは、第１固定容量電極１１は、ＲＦ信号が流れる電極であり、第２固定容量電極１２は、例えばグランド接続される電極である。可変容量素子３は、第１固定容量電極１１と可動容量電極部１３との間に、静電容量Ｃ１を有し、第２固定容量電極１２と可動容量電極部１３との間に、静電容量Ｃ２を有する。これらの静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ２は、可動容量電極部１３と第１固定容量電極１１や第２固定容量電極１２との距離の変動に伴って変動する。そして、可変容量素子３における静電容量は、第１固定容量電極１１と第２固定容量電極１２との間に直列接続された静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ２から構成される。
【００３０】
可動容量電極部１３と第１固定容量電極１１や第２固定容量電極１２との距離が変動して、可変容量素子３における静電容量が変動すると、ＲＦ信号が流れる第１固定容量電極１１の電位が変化し、それに応じたＲＦ電圧が、第１固定容量電極１１および第２固定容量電極１２から出力される。
なお、本実施形態では、固定容量電極１０を、第１固定容量電極１１および第２固定容量電極１２で構成したが、これを単一の電極で構成してもよい。この場は、例えば、固定容量電極１０をグランド接続される電極とし、可動容量電極部１３をＲＦ信号が流れる電極とする。
【００３１】
第１固定容量電極１１および第２固定容量電極１２の各表面は、例えばＳｉＯ２で構成された絶縁膜１４で覆われている。絶縁膜１４は、可動容量電極部１３と第１固定容量電極１１や第２固定容量電極１２とが近づいたときの最大容量値を決定している。すなわち、可動容量電極部１３は、絶縁膜１４と接触するまで下方に変位する。
【００３２】
静電アクチュエーター４は、シリコン基板２上に突設した支持部２１と、支持部２１により左右略中間部が支持された揺動梁部２２と、支持部２１に対する揺動梁部２２の左右外側（可変容量素子３側とは反対側）となる外側部分２２ａ（一方部分）に対向するようにシリコン基板２上に設けられた外側固定駆動電極２３と、支持部２１に対する揺動梁部２２の左右内側（可変容量素子３側）となる内側部分２２ｂ（他方部分）に対向するようにシリコン基板２上に設けられた内側固定駆動電極２４と、揺動梁部２２の外側部分２２ａと外側固定駆動電極２３との間にそれぞれ間隙を存して設けられた可動梁２５とを備えている。
【００３３】
一方の静電アクチュエーター４の揺動梁部２２は、他方の静電アクチュエーター４の揺動梁部２２と共に、ポリシリコン等の導電体で一体に形成されており、両持ち梁２０を構成している。すなわち、各静電アクチュエーター４における揺動梁部２２の内側部分２２ｂの先端が相互に連続している。また、両持ち梁２０は、左右の静電アクチュエーター４の各支持部２１により、左右両端から全体の略１／４長さ内側の位置で、それぞれ支持されている。上述したように、両持ち梁２０の中間部、すなわち、各揺動梁部２２の内側部分２２ｂにおける支持部２１側の端部が、可変容量素子３における可動容量電極部１３として機能している。
【００３４】
さらに、両持ち梁２０を構成する各揺動梁部２２は、支持部２１により、シーソー状に揺動可能に支持されている。上述したように、揺動梁部２２において、支持部２１よりも可変容量素子３側とは反対側の部分を、外側部分２２ａと呼び、支持部２１よりも可変容量素子３側の部分を、内側部分２２ｂと呼ぶ。
【００３５】
内側固定駆動電極２４は、ポリシリコン等の導電体で構成されており、揺動梁部２２の内側部分２２ｂとの間に静電気力を発生させる。また、内側固定駆動電極２４の表面には、内側絶縁膜２６が形成されている。内側固定駆動電極２４と揺動梁部２２の内側部分２２ｂとの間に電圧が印加されると、その間に静電気力が発生する。これにより、内側部分２２ｂがシリコン基板２に近づく方向（プルイン方向）に揺動梁部２２が揺動し、内側部分２２ｂが内側絶縁膜２６と接触する。これに伴って、内側部分２２ｂの端部である可動容量電極部１３が、第１固定容量電極１１または第２固定容量電極１２に近づいて絶縁膜１４と接触する（プルイン）。
【００３６】
一方、外側固定駆動電極２３は、ポリシリコン等の導電体で構成されており、可動梁２５との間に静電気力を発生させる。また、外側固定駆動電極２３の外側端部表面には、外側絶縁膜２７が形成されている。外側固定駆動電極２３と可動梁２５との間に電圧が印加されると、その間に静電気力が発生する。これにより、外側部分２２ａがシリコン基板２に近づく方向（プルアウト方向）に揺動梁部２２が揺動し、可動梁２５の外側端部が外側絶縁膜２７と接触する。これに伴って、可動容量電極部１３が、第１固定容量電極１１または第２固定容量電極１２から離れる（プルアウト）。なお、後述するように、可動容量電極部１３のプルアウト時には、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５との間に生じる静電気力によっても、揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動する。
【００３７】
また、各揺動梁部２２は、プルイン方向に揺動する際、或いは、プルアウト方向に揺動する際、上側（シリコン基板２側とは反対側）に凸となる円弧状に僅かに弾性変形する（図２（ｂ）（ｃ）参照）。
【００３８】
支持部２１は、揺動梁部２２の揺動に伴って、撓うように弾性変形する。すなわち、揺動梁部２２がプルイン方向に揺動すると、上端部が内側（可変容量素子３側）へ僅かに湾曲し、反対に、各揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動すると、上端部が外側（可変容量素子３側とは反対側）へ僅かに湾曲する。
【００３９】
また、上述したように、揺動梁部２２が揺動する際に揺動梁部２２が変形できるよう、支持部２１の左右の幅Ｄは、揺動梁部２２（両持ち梁２０）の厚さＴの１．５倍未満（Ｄ＜１．５×Ｔ）であることが好ましい。
なお、本実施形態では、支持部２１は、揺動梁部２２（両持ち梁２０）とは別の材料（絶縁体）で構成したが、これに限定されるものではなく、揺動梁部２２と同じ材料で構成してもよい。
【００４０】
可動梁２５は、ポリシリコン等の導電体で構成されており、揺動梁部２２の外側部分２２ａにシリコン基板２側で対向し、外側部分２２ａとの間に静電気力を生じさせる。また、可動梁２５の外側端部（支持部２１側とは反対側の端部）は、絶縁体で構成された接続部２８により、揺動梁部２２の外側部分２２ａの端部と接続されている。一方、可動梁２５の内側端部（支持部２１側の端部）は、支持部２１の外側に近接してシリコン基板２上に設けられたアンカー２９に接続されている。すなわち、可動梁２５の支持部２１側の端部は、アンカー２９を介してシリコン基板２に固定されている。
【００４１】
可動梁２５は、揺動梁部２２がプルイン方向に揺動すると、アンカー２９に接続された内側端部を中心にして、上方に揺動する。また、可動梁２５は、下側に凸となる円弧状に僅かに弾性変形する。このとき、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５とは、左右略中間部が最も離間した状態となる。また、可動梁２５と外側固定駆動電極２３とは、内側から外側に向かって徐々に広がった状態となる。この状態で、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５との間、および可動梁２５と外側固定駆動電極２３との間に静電気力が生じると、可動梁２５が、揺動梁部２２の外側部分２２ａを引き寄せつつ、外側固定駆動電極２３に対して内側からファスナー状に閉じるようにして、外側固定駆動電極２３に引き寄せられる。これにより、揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動する。
【００４２】
可動梁２５は、揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動する際、アンカー２９に接続された内側端部を中心にして下方に揺動し、その外側端部が外側絶縁膜２７と接触する。このとき、可動梁２５は、上側に凸となる円弧状に僅かに弾性変形する。
【００４３】
図３Ａ（ａ）に示すように、揺動梁部２２および外側固定駆動電極２３は、それぞれグランド端子に接続されており、グランド電位（Ｖｇｎｄ）が供給される。一方、内側固定駆動電極２４は、電源回路３１に接続されており、プルイン電位（Ｖｉｎ）およびグランド電位が選択的に供給される。可動梁２５は、電源回路３２に接続されており、プルアウト電位（Ｖｏｕｔ）およびグランド電位が選択的に供給される。なお、プルイン電位とプルアウト電位とは、同じであっても異なっていてもよい。
【００４４】
図３Ａ（ｂ）に示すように、このように構成された静電アクチュエーター４は、定常状態では、内側固定駆動電極２４および可動梁２５にグランド電位が供給される。このとき、揺動梁部２２の内側部分２２ｂと内側固定駆動電極２４との間、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５との間、および可動梁２５と外側固定駆動電極２３との間のいずれにも、静電気力は発生しないため、揺動梁部２２および可動梁２５は、シリコン基板２表面と平行となっている（図２（ａ）参照）。なお、当然ではあるが、定常状態では、揺動梁部２２、外側固定駆動電極２３、内側固定駆動電極２４および可動梁２５が同電位となればよく、これらにグランド電位以外の電位が供給されてもよい。
【００４５】
定常状態において、内側固定駆動電極２４にプルイン電位が供給されると、プルイン状態となる。すなわち、揺動梁部２２の内側部分２２ｂと内側固定駆動電極２４との間に静電気力が生じ、揺動梁部２２がプルイン方向に揺動する（図２（ｂ）参照）。
【００４６】
プルイン状態において、内側固定駆動電極２４にグランド電位が供給されると共に、可動梁２５にプルアウト電位が供給されると、プルアウト状態となる。すなわち、揺動梁部２２の内側部分２２ｂと内側固定駆動電極２４との間に生じた静電気力が解除されると共に、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５との間、および可動梁２５と外側固定駆動電極２３との間に静電気力が生じ、揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動する（図２（ｃ）参照）。
【００４７】
そして、プルアウト状態において、内側固定駆動電極２４および可動梁２５にグランド電位が供給されると、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５との間、および可動梁２５と外側固定駆動電極２３との間の静電気力が解除される。そして、揺動梁部２２および可動梁２５の復元力（バネ力）により、揺動梁部２２および可動梁２５がシリコン基板２表面と平行となり、定常状態へ戻る（図２（ｃ）参照）。
【００４８】
このように、外側固定駆動電極２３と可動梁２５とに対しては、常に同じ電位が供給されることが好ましい。なお、電位の供給パターンとしては、これに限定されるものではなく、例えば、図３Ａ（ｃ）に示したように、上記とは逆パターンであってもよい。
【００４９】
上記のプルイン状態では、定常状態に比べ、揺動梁部２２の外側部分２２ａと外側固定駆動電極２３との間が離れているため、可動梁２５を設けない場合には、外側固定駆動電極２３に同じプルアウト電位が供給されたとしても、弱い静電気力しか得ることができない。これに対し、本実施形態の静電アクチュエーター４によれば、外側端部において、揺動梁部２２の外側部分２２ａの端部と接続された可動梁２５を設けたことで、プルイン状態においても、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５との距離が大きくなることがないため、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５との間に強い静電気力を生じさせることができる。特に、接続部２８近傍においては、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５との距離が短いため、強い静電気力を生じさせることができる。同様に、揺動梁部２２の外側部分２２ａと外側固定駆動電極２３との距離に比べ、可動梁２５と外側固定駆動電極２３との距離が大きくなることもないため、可動梁２５と外側固定駆動電極２３との間に強い静電気力を生じさせることができる。すなわち、揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動する力（プルアウト力）を強くすることができる。したがって、プルアウト電位を大きくせずとも、また、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５との対向面積を大きくせずとも、簡易な構成で、プルイン状態にある揺動梁部２２を、プルアウト方向に確実に揺動させることができる。
【００５０】
可変容量素子３をホットスイッチングさせる場合、可変容量素子３の固定容量電極１０と可動容量電極部１３との間の静電気力に打ち勝つように、揺動梁部２２をプルアウト方向に揺動させる力を強くする必要があるが、本実施形態の静電アクチュエーター４では、上記のように、揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動する力を強くすることができるため、揺動梁部２２をプルアウト方向に確実に揺動させることができる。したがって、揺動梁部２２の内側部分２２ｂが内側固定駆動電極２４に貼り付いてしまうことなく、良好にホットスイッチングを行うことができる。
【００５１】
また、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５との間に生じた静電気力、および可動梁２５と外側固定駆動電極２３との間に生じた静電気力だけでなく、可動梁２５の変形の復元力（バネ力）も、揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動する方向に作用する。したがって、揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動する力をより強くすることができる。
【００５２】
本実施形態では、揺動梁部２２をプルアウト方向に揺動させるために、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５との間、および可動梁２５と外側固定駆動電極２３との間に静電気力を生じさせる構成について説明したが、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５との間には静電気力を生じさせず、可動梁２５と外側固定駆動電極２３との間のみに静電気力を生じさせる構成であってもよい。
【００５３】
図３Ｂにその電位供給パターンの一例を示す。図３Ａに示した電位供給パターンとの相違点として、外側固定駆動電極２３と可動梁２５との接続が逆になる。すなわち、外側固定駆動電極２３を電源回路３２に接続し、可動梁２５をグランド端子に接続する（図３Ｂ（ａ）参照）。そして、プルイン状態において、内側固定駆動電極２４にグランド電位が供給されると共に、外側固定駆動電極２３にプルアウト電位が供給されると、プルアウト状態となる（図（３Ｂ（ｂ）参照）。すなわち、揺動梁部２２の内側部分２２ｂと内側固定駆動電極２４との間に生じた静電気力が解除されると共に、可動梁２５と外側固定駆動電極２３との間に静電気力が生じ、揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動する。本構成においても、電位の供給パターンとしては、これに限定されるものではなく、例えば、図３Ｂ（ｃ）に示したように、上記とは逆パターンであってもよい。
【００５４】
また、本実施形態では、静電アクチュエーター４が、外側固定駆動電極２３を備えた構成であったが、図４に示すように、外側固定駆動電極２３を備えていない構成であってもよい。この場合、可動梁２５の揺動梁部２２側には、梁間絶縁膜３３を形成する。この梁間絶縁膜３３は、揺動梁部２２の外側部分２２ａの可動梁２５側に形成してもよい。図４（ｂ）のプルイン状態において、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５との間に静電気力を生じさせると、その静電気力により、揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５とが中間部分において接触する（図４（ｃ）参照）。揺動梁部２２の外側部分２２ａと可動梁２５とが接触し、一体化されることで、バネとして硬くなる。すなわち、一般的に、自由端に集中荷重を受ける片持ち梁の場合、そのバネ定数は、厚さの３乗に比例する。これにより、十分なプルアウト力が得られ、揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動する（図４（ｄ）参照）。もちろん、外側固定駆動電極２３を備えた場合においても、外側固定駆動電極２３と可動梁２５との間に静電気力を生じさせない場合には、同様の効果を得ることができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、揺動梁部２２および可動梁２５は、それぞれ全体が導電体で構成されているが、揺動梁部２２および可動梁２５の少なくとも一方を、絶縁体部と導電体層とで構成してもよい。例えば、図５に示すように、可動梁２５を、主体を為す絶縁体部２５ａと、絶縁体部２５ａの下側（シリコン基板２側）に形成された下側導電体層２５ｂと、絶縁体部２５ａの上側（揺動梁部２２側）に形成された上側導電体層２５ｃとで構成してもよい。図示省略したが、揺動梁部２２もこれと同様に構成することができる。
【００５６】
さらに、下側導電体層２５ｂと上側導電体層２５ｃとを、ビアを介して相互に接続してもよい。また、絶縁体部２５ａに対し、下側導電体層２５ｂおよび上側導電体層２５ｃのいずれか一方のみを設けてもよい。もっとも、導電体層の内部応力に起因する可動梁２５の反りを防止するためには、下側導電体層２５ｂおよび上側導電体層２５ｃの双方を設けることが好ましい。これらの変形例は、揺動梁部２２についても同様に適用される。
【００５７】
次に、本発明の第２実施形態に係る静電アクチュエーターについて説明する。第２実施形態の静電アクチュエーターは、上記の第１実施形態と略同様の構成であるが、可動梁が２本設けられている点で相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同様の構成部分については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。また、第１実施形態と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施形態についても同様に適用可能である。
【００５８】
図６に示すように、第２実施形態の静電アクチュエーター４は、第１実施形態の静電アクチュエーター４（図１参照）と同様に、支持部２１と、揺動梁部２２と、外側固定駆動電極２３、内側固定駆動電極２４とを備えている。さらに、揺動梁部２２の外側部分２２ａと外側固定駆動電極２３との間には、第１可動梁４１および第２可動梁４２から成る可動部４０を備えている。また、アンカー２９は、支持部２１から外側に離間してシリコン基板２上に設けられている。また、外側絶縁膜２７は、外側固定駆動電極２３の内側端部表面に形成されている。
【００５９】
揺動梁部２２側に設けられた第１可動梁４１は、揺動梁部２２の外側部分２２ａに対向して外側部分２２ａとの間に静電気力を生じさせる。また、第１可動梁４１の外側端部（支持部２１側とは反対側の端部）は、接続部２８により、揺動梁部２２の外側部分２２ａの端部と接続されている。
【００６０】
一方、外側固定駆動電極２３側に設けられた第２可動梁４２は、第１可動梁４１との折り返し部（後述する連結部５３）とは反対側（外側）の端部が、アンカー２９を介して、シリコン基板２に対して固定されている。
【００６１】
そして、第１可動梁４１および第２可動梁４２は、相互に折り返し構造を為して連なっている。すなわち、第１可動梁４１と第２可動梁４２とは、相互に対向すると共に、内側（可変容量素子３側とは反対側）の端部において、絶縁体で構成された連結部５３を介して互いに連結（接続）されている。
【００６２】
また、第１実施形態と同様に、両持ち梁２０（揺動梁部２２）はグランド端子に接続され、内側固定駆動電極２４は電源回路３１に接続されている。一方、外側固定駆動電極２３は、第１実施形態とは異なり、電源回路３２に接続されてプルアウト電位およびグランド電位が選択的に供給される。また、第１可動梁４１も、電源回路３２に接続されてプルアウト電位およびグランド電位が選択的に供給される。第２可動梁４２は、グランド端子に接続され、グランド電位が供給される。
【００６３】
そして、第１実施形態と同様に、定常状態において、内側固定駆動電極２４にプルイン電位が供給されると、揺動梁部２２がプルイン方向に揺動する。プルイン状態において、内側固定駆動電極２４にグランド電位が供給されると共に、第１可動梁４１および外側固定駆動電極２３にプルアウト電位が供給されると、揺動梁部２２の内側部分２２ｂと内側固定駆動電極２４との間に生じた静電気力が解除されると共に、揺動梁部２２の外側部分２２ａと第１可動梁４１との間、第１可動梁４１と第２可動梁４２との間、および第２可動梁４２と外側固定駆動電極２３との間に静電気力が生じ、揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動する。つまり、これらの静電気力は、揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動するように作用する。
【００６４】
このように構成された第２実施形態の静電アクチュエーター４においても、第１実施形態と同様に、外側端部において、揺動梁部２２の外側部分２２ａの端部と接続された第１可動梁４１を設けたことで、プルイン状態においても、揺動梁部２２の外側部分２２ａと第１可動梁４１との距離が大きくなることがないため、揺動梁部２２の外側部分２２ａと第１可動梁４１との間に強い静電気力を生じさせることができる。また、第２可動梁４２と外側固定駆動電極２３との距離が大きくなることもないため、第２可動梁４２と外側固定駆動電極２３との間に強い静電気力を生じさせることができる。そして、揺動梁部２２の外側部分２２ａと第１可動梁４１との間に生じた静電気力、第２可動梁４２と外側固定駆動電極２３との間に生じた静電気力、さらには、第１可動梁４１と第２可動梁４２との間に生じた静電気力が、揺動梁部２２がプルアウト方向に揺動するように作用する。したがって、簡易な構成で、プルイン状態にある揺動梁部２２を、プルアウト方向に確実に揺動させることができる。
【００６５】
なお、第２実施形態では、可動部４０を、２本の可動梁で構成したが、３本以上の可動梁を、相互に折り返し構造を為すように連ねて構成してもよい。また、以上の第１および第２実施形態においては、可変容量デバイスとして、可変容量コンデンサー１を例示したが、可変容量素子３を用いた可変容量型のスイッチなどに本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１：可変容量コンデンサー、２：シリコン基板、４、静電アクチュエーター、２１：支持部、２２：揺動梁部、２２ａ：外側部分、２５：可動梁
【図１】
0005869695.tif 000002
【図２】
0005869695.tif 000003
【図３Ａ】
0005869695.tif 000004
【図３Ｂ】
0005869695.tif 000005
【図４】
0005869695.tif 000006
【図５】
0005869695.tif 000007
【図６】
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