(57)【要約】【課題】  電気機械共振器において振動体と電極間の狭ギャップを簡易な方法で形成する。【解決手段】  振動体２０２と電極２０３の間に形成されたギャップは、同一基板上に形成された静電アクチュエータを用いることで、半導体製造技術で製作可能な最小間隙よりも小さなギャップとすることが可能となり、より大きな静電力での振動体の励振、または振動に伴うより大きな電流の発生が可能となる。【選択図】  図１
2006042005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的振動を行う振動体と、前記振動体に対して所定の間隔を隔てて配設された電極とを有し、前記振動体が機械的振動を生起しうるように構成され、電気機械変換を可能にする電気機械共振器であって、
前記振動体または前記電極の位置の調整を行う位置調整手段を具備したことを特徴とする電気機械共振器。
【請求項２】
請求項１に記載の電気機械共振器であって、
前記位置調整手段は、前記振動体または前記電極の位置を移動するための移動力を発生する駆動源とを備え、前記振動体と前記電極間の相対位置を調整するようにしたことを特徴とする電気機械共振器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電気機械共振器であって、
前記振動体と前記電極は同一の基板上に半導体製造技術を用いて作製されたものである機械共振器。
【請求項４】
請求項３に記載の電気機械共振器であって、
前記位置調整手段および駆動源は、前記基板上に半導体製造技術を用いて作製されたものである電気機械共振器。
【請求項５】
請求項２に記載の電気機械共振器であって、
前記駆動源は静電アクチュエータである電気機械共振器。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電気機械共振器であって、
前記位置調整手段は、梁構造体を備え、前記駆動源により前記梁構造体の少なくとも１つの梁を所定量だけ変位させることにより、前記振動体または前記電極を前記所定量よりも小さな量だけ変位させ、微調整を実現するように構成されたことを特徴とする電気機械共振器。
【請求項７】
請求項６に記載の電気機械共振器であって、
前記梁構造体は、櫛本体と前記櫛本体に対し直交するとともに互いに平行に配設された櫛歯とを備え、前記櫛歯同士が相対向するように配置された一対の櫛歯電極と、前記櫛歯電極の一方の櫛本体に接続され、前記櫛本体の変位に連動して変位する梁とを備えたことを特徴とする電気機械共振器。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の電気機械共振器であって、
前記位置調整手段は、振動体と電極の間にかかる交流信号の電圧に応じて、振動体と電極の初期位置を可変とした電気機械共振器。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかに記載の電気機械共振器であって、
前記位置調整手段は、複数の前記梁構造体を備えたことを特徴とする電気機械共振器。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の電気機械共振器であって、
電気的に並列に配置された複数個の電気機械共振器を含むことを特徴とする機械共振器。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の電気機械共振器であって、
前記電気機械共振器が、真空雰囲気となるように封止されたケース内に収納したことを特徴とする電気機械共振器。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の電気機械共振器を用いたことを特徴とするフィルタ。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の電気機械共振器を用いたことを特徴とする電気回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気機械共振器に係り、特に高密度に集積化された電気回路内において、感度調整が可能でかつ、高性能のフィルタ回路を実現可能な電気機械共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気機械共振器を利用したフィルタとしては、静電力で振動体を励振し、振動を再び電気信号に変換するものが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。図１４は、前記非特許文献１に記載された従来の機械共振器の原理を示すもので、図１４（ａ）は平面図を、図１４（ｂ）はＡ−Ａ’の横断面図をあらわす。
【０００３】
図１４（ａ）および（ｂ）において、１０１はディスク型の振動体であり、ディスク中心に位置するアンカー１０２を介して基板１０３に固定されている。１０４はギャップｇを介してディスク半周上に配された励振電極、１０５はギャップｇを介して他方の半周上に配された検出電極である。この共振器では、振動体１０１が半径方向に伸縮する共振モード（ディスクコンターモード）を利用している。図１４（ｃ）に示すように、励振電極１０４と振動体１０１の間に交流信号ｖｉを印加すると、振動体１０１には静電力が印加されて振動が励起され、共振周波数近傍で振動振幅は最大となる。この振動は振動体１０１と検出電極１０５間の静電容量変化に伴う電流ｉの発生として検出され、その結果入力ポートｉｎと出力ポートｏｕｔの間では共振周波数近傍に通過帯域を持つバンドバスフィルタが構成される。
【０００４】
ディスク半径をｒ、励振電極１０４と振動体１０１の間の静電容量をＣ、検出電極１０５と振動体１０１の間の静電容量をＣとすると、振動体に作用する静電力Ｆは（数１）で、振動体の振動により発生する電流ｉは（数２）であらわされる。
【０００５】
【数１】
2006042005.tif 000003
【０００６】
【数２】
2006042005.tif 000004
【０００７】
【数３】
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【０００８】
（数１）（数２）より、ΔＣ／Δｒが大きいほど振動体への励振力は増大し、また検出される電流値も大きくなるのでエネルギー変換効率のよいフィルタを構成することができる。ΔＣ／Δｒは（数３）に示されるようにギャップｇの値が小さいほど大きな値をとるので、ｇの値は可能な限り小さいことが望ましい。
【０００９】
非特許文献１に示された電気機械共振器では、ディスク直径２０μｍに対して、ギャップｇの値は１００ｎｍである。
【００１０】
一方、ギャップが小さすぎて感度が大きく、交流信号による静電力で振動体の振動が電極に引き込まれ、両者が接触してしまう場合もあり、このような場合にはギャップを大きくし、感度を下げて用いる必要がある場合もある。
【００１１】
【非特許文献１】Jing Wang, Zeying Ren, and Clark T.-C. Nguyen, "SELF-ALIGNED 1.14-GHZ VIBRATING RADIAL-MODE DISK RESONATORS", TRANSDUCERS '03, Boston, June 2003, pp.947-950
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記構成では、ギャップｇを形成するためには複雑な製造工程を必要とする。上記構成を示す図１４（ａ）の領域Ｂについて、その製造方法の概略を図１５に示す。図１５では、加工上の問題で検出電極１０５の端縁が振動体１０３の上方に張り出しているが、十分に離間しているため影響はない。図１５（ａ）に示すように、半導体製造技術により、シリコン基板１０３上に第１の犠牲層（シリコン酸化膜）Ｓ１、振動体（ポリシリコン）１０１、第２の犠牲層（シリコン酸化膜）Ｓ２、第３の犠牲層（シリコン酸化膜）Ｓ３、電極（ポリシリコン）１０５を順次積層する。犠牲層は最終的にフッ酸により除去されて振動体は振動可能となり、振動体１０１と電極１０５との間には第３の犠牲層Ｓ３の膜厚で決定されるギャップｇが形成される（同図（ｂ））。
【００１３】
図１５に示した前記製造工程では、第１〜第３の犠牲層Ｓ１〜Ｓ３、振動体１０１および電極（１０４、）１０５それぞれの層についての成膜とパターニングを繰り返し行うために数多くのマスクが必要となり、製造コストがかかるという課題を有していた。また、より狭いギャップｇの形成を目指すほど、エッチャントの回り込みが遅く、第３の犠牲層Ｓ３のエッチングの進行速度が著しく低下するという問題があった。
また、このギャップの大きさにより、特性は大きく変化するため、ギャップの大きさを高精度に設定することは極めて重要な課題となっている。
また、ギャップの大きさはこの加工工程で決定されてしまうため、実際には調整の必要がある場合もある。
【００１４】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、簡易な方法で振動体と電極間の狭ギャップを高精度に調整することの可能な電気機械共振器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】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の電気機械共振器は、機械的振動を行う振動体と、前記振動体に近接して位置する電極とを有してなり、前記振動体または前記電極の位置の移動と保持を行う位置調整手段を有し、前記振動体と前記電極間の相対位置を調整する。
【００１６】
すなわち本発明の電気機械共振器は、機械的振動を行う振動体と、前記振動体に対して所定の間隔を隔てて配設された電極とを有し、前記振動体が機械的振動を生起しうるように構成され、電気機械変換を可能にする電気機械共振器であって、前記振動体または前記電極の位置の調整を行う位置調整手段を具備したことを特徴とする。
この構成により、位置調整手段によって振動体と電極との間の相対的位置を調整することができるため、加工精度のみに依存するのではなく、加工限界を超えて、あるいは加工後に位置調整手段による変位によりギャップの大きさを調整することが可能である。またこのようにギャップの大きさを調整することにより、振動体の振幅を増幅したり、減衰したりすることも可能である。この電気機械共振器は、振動体と電極との間の電圧変化を、前記振動体の振動に変換する電気機械変換機能と、前記振動体の振動に伴う振動体と電極との間の距離変化を振動体と電極間の静電容量変化に変換する機械電気変換機能とを具備している。
【００１７】
また、本発明の電気機械共振器は、前記位置調整手段が、前記振動対または前記電極の位置を移動するための移動力を発生する駆動源とを備え、前記振動体と前記電極間の相対位置を調整するようにしたものを含む。
この構成により、駆動源により、動的に前記振動体と前記電極間の相対位置を調整することにより、より大きな範囲でギャップの大きさの調整が可能となる。
【００１８】
また、本発明の電気機械共振器は、前記振動体と前記電極は同一の基板上に半導体製造技術を用いて作製されたものを含む。
この構成により、簡単な半導体製造技術を用いて高精度で信頼性の高い電気機械共振器を得ることができる。
【００１９】
また、本発明の電気機械共振器は、前記位置調整手段および駆動源が、前記基板上に半導体製造技術を用いて作製されたものを含む。
この構成により、大幅な小型化をはかることができる。ここで駆動源は、電源を除く駆動回路が、同一基板上に形成されていればよく、電源は別途接続するものも含む。
【００２０】
また、本発明の電気機械共振器は、前記駆動源が静電アクチュエータであるものを含む。
【００２１】
また、本発明の電気機械共振器は、前記位置調整手段が、梁構造体を備え、前記駆動源により前記梁構造体の少なくとも１つの梁を所定量だけ変位させることにより、前記振動体と前記電極との距離をｇからｇ’への微調整を実現するように構成されたものを含む。
この構成により、加工直後の振動体と電極との間隔がｇである場合、ｇからｇ’への調整が可能となり、振動体の励振力は、ｇ／ｇ’の２乗とすることができる。
【００２２】
また、本発明の電気機械共振器は、前記梁構造体が、櫛本体と前記櫛本体に対し直交すると共に、互いに平行に配設された櫛歯とを備え、前記櫛歯同士が相対向するように配置された一対の櫛歯電極と、前記櫛歯電極の一方の櫛本体に接続され、前記櫛本体の変位に連動して変位する梁とを備えたものを含む。
この構成によれば、振動体または電極に連設された櫛本体は、これに対向する櫛歯の静電力により変位せしめられるが、この櫛本体の変位にともなう、櫛歯の変位は、櫛歯のかみ合い深さ方向であるため、櫛歯同士が接触するいわゆるプルイン現象がおこらない。このため、ギャップの制御範囲を大きくとることができる。
【００２３】
また、本発明の電気機械共振器は、前記位置調整手段が、振動体と電極の間にかかる交流信号の電圧に応じて、振動体と電極の初期位置を可変としたものを含む。
この構成によれば、電圧によって振動体と電極の初期位置を調整することができ、高精度の調整が容易に可能となる。
【００２４】
また、本発明の電気機械共振器は、前記位置調整手段が、複数の前記梁構造体を備えたものを含む。
この構成によれば、複数の梁構造体を接続して用いることにより、上述したような振幅を大幅に増大することができる。
【００２５】
また、本発明の電気機械共振器は、電気的に並列に配置された複数個の電気機械共振器を含むものを含む。
この構成によれば、１つの駆動源で複数段の振動体・電極間の間隔を調整可能であるという効果がある。
【００２６】
また、本発明の電気機械共振器は、前記電気機械共振器が、真空雰囲気となるように封止されたケース内に収納されたものを含む。
この構成によれば、長寿命でかつノイズの少ない電気機械共振器を形成することができる。
【００２７】
また、本発明のフィルタは、上記電気機械共振器を用いて形成される。
この構成によれば、高感度かつ高精度で信頼性の高いフィルタを得ることができる。
【００２８】
また、本発明の電気回路は、上記電気機械共振器を用いて形成される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の電気機械共振器の構成によれば、電気・機械および機械・電気の変換効率の優れた電気機械共振器を容易に形成することができる。
本構成によれば、簡易な方法で通常の解像限界を超えて振動体と電極間の狭ギャップを形成することができる。また、ギャップの大きさを高精度に調整可能である。さらにまた、ギャップを制御することにより、交流電力自身による静電力で振動体に電極が引き込まれて接触して動作不能となるのを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電気機械共振器の斜視図である。この電気機械共振器は、ＭＥＭＳ工程によって１枚のシリコン基板から形成されるもので、機械的振動を行う振動体２０２と、この振動体２０２に対して所定の間隔を隔てて配設された電極２０３とを有し、この振動体２０２または電極２０３の位置の調整を行う位置調整手段２００を具備したことを特徴とするものである。
ここで、振動体２０２は両端を基板２０１上に固定された両持ち梁であり、２０３は振動体２０２に近接して配され、振動体を励振、または振動体の振動を検出するための電極である。２０６は基板２０１上に固定された位置調整用電極、２０５は両端を基板２０１上に固定された両持ち梁構造の位置調整用梁であり、位置調整用電極２０６と位置調整用梁２０５とで静電アクチュエータを構成している。２０４は静電アクチュエータの駆動に伴う変位を電極２０３に伝える連結梁である。すなわち、位置調整用電極２０６、位置調整用梁２０５および連結梁２０４と、駆動源 (駆動用電源２０９（図２（ｂ）参照）)とにより位置調整手段が構成されている。
【００３１】
図２は図１の電気機械共振器を基板上方からみた平面図であり、図２を用いて実施の形態１における電気機械共振器の動作を説明する。図２において、ハッチング部分は基板上に固定された固定部分、他の部分は可動部分である。振動体２０２の基板水平方向への撓み振動の共振周波数ｆは（数４）に示すように長さＬの２乗に反比例することから、例えば高周波無線伝送に用いられるような数十ＭＨｚから数ＧＨｚの高い周波数の機械共振を得るにはＬを短くしなければならない。
【００３２】
【数４】
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【００３３】
一方、振動に伴う撓み量を確保するには振動体２０２の幅Ｗも細くする必要があり、半導体製造技術を用いて作製可能な最小線幅（数百ｎｍ〜数μｍ）とほぼ等しくなる。従って図２に示した例では、振動体２０２の幅Ｗは半導体製造技術で作製可能な最小線幅であり、電極２０３との間のギャップの値も半導体製造技術で作製可能な最小間隙であり、ほぼＷ＝ｇに設定されている。同様にして位置調整用電極２０６と位置調整用梁２０５の間のギャップの値もｇとなっている。
【００３４】
図２（ａ）では位置調整用電極２０６と位置調整用梁２０５の間には電位差が与えられておらず、振動体２０２と電極２０３の間のギャップの値はｇである。図２（ｂ）には位置調整用電極２０６と位置調整用梁２０５の間に電位差Ｖｄｒｉｖｅが印加され、静電力により位置調整用梁２０５が位置調整用電極２０６側に引き込まれて接触し、保持された状態が示されている。振動体２０２と電極２０３の間のギャップの値はこのときｇ’となり、初期のｇの値よりも小さくなっている。従って使用する半導体製造技術で作製可能な最小間隙ｇに制限されない狭ギャップを形成することができる。
【００３５】
このように、通常の半導体製造技術では作製不可能であった狭ギャップｇ’を得ることができたことによって、例えば図２（ｂ）に示したように振動体２０２に励振信号ｖｉが印加されると、図２（ａ）の状態でｖｉを加える場合に比べて振動体２０２にはｇ／ｇ’の２乗倍の励振力が作用し、より大きな振動振幅を得ることができる。
【００３６】
なお、振動体２０２の共振周波数に比べて、位置調整用梁２０５、連結梁２０４、電極２０３すべてを包含した構造体の共振周波数は周波数軸上で充分に離れているため、本来振動体２０２が振動すべき共振周波数で位置調整用梁２０５、連結梁２０４、電極２０３が振動するのを抑制することはできるが、本発明の実施の形態１における電気機械共振器をフィルタに確実に実現する際には、振動体２０２以外の構造体の共振周波数を周波数帯域にもたないフィルタ入力信号を用いるか、または、フィルタの出力信号から、振動体２０２以外の構造体の共振により発生した周波数成分を電気回路素子で構成されたフィルタで抑圧すればよい。
【００３７】
次に、本発明の実施の形態１における電気機械共振器の製造方法について説明する。図３（ａ）乃至（ｄ）は図２に示した電気機械共振器の構造中で、特に振動体２０２と電極２０３付近を拡大してその製造方法を示した製造工程図である。振動体２０２および電極２０３は基板２０１上に形成される。例えば基板２０１は、表面に熱酸化による酸化シリコン膜および減圧ＣＶＤ法による窒化シリコン膜が堆積された高抵抗シリコン基板である。
【００３８】
まず図３（ａ）に示すように、シリコン基板２０１にフォトレジストからなる犠牲層をスピンコートし、フォトリソグラフィにより、露光、現像したのち、ホットプレートでベークを行い、犠牲層２０７を形成する。
【００３９】
次に、基板全面にスパッタリング法によりアルミニウム薄膜２０８を堆積する（図３（ｂ））。
次にアルミニウム薄膜２０８上にフォトレジストを形成し、フォトリソグラフィによりパターニングを行い、前記フォトレジストからなるパターンをマスクとしてアルミニウムのドライエッチングを行うことで、振動体２０２および電極２０３を形成する（図３（ｃ））。さらに酸素プラズマによりフォトレジストからなるパターンならびに犠牲層２０７を除去する。これにより、振動体２０２は、振動可能な両持ち梁となり、電極２０３との間でコンデンサを形成する（図３（ｄ））。
【００４０】
この製造方法を用いることで、犠牲層２０７のパターニング用ならびに図２に示したすべてのアルミニウム構造体のパターニング用の２枚マスクで本発明の実施の形態１における電気機械共振器を実現することができる。
なお本実施の形態では高抵抗のシリコン基板を用いたが、通常のシリコン基板、化合物半導体基板、絶縁材料基板を用いても良い。
また、高抵抗のシリコン基板２０１上に絶縁膜としてシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を形成したが、基板の抵抗が十分高い場合、これら絶縁性膜の形成を省略しても良い。
【００４１】
なお、本実施の形態では振動体および電極を形成する材料としてアルミニウムを用いたが、他の金属材料Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｃｕ、ならびに高濃度に不純物導入のなされた半導体材料例えばアモルファスシリコン、ポリシリコン、導電性を有する高分子材料などを用いても良い。さらに成膜方法としてスパッタを用いたがＣＶＤ法、メッキ法などを用いて形成しても良い。
【００４２】
なお、構造材料として用いたアルミニウムの表面には自然酸化膜が形成されるため、図２（ｂ）の状態で位置調整用電極２０６および位置調整用梁２０５が接触しても静電力は保持される。さらに接触面の絶縁性を向上させるためには、図３（ｄ）の状態でアルミニウム薄膜で構成された構造体全面にプラズマＣＶＤによりシリコン窒化膜を堆積してもよい。
【００４３】
かかる構成によれば、機械的振動を行う振動体と、前記振動体に近接して位置する電極と、を有し、前記振動体または前記電極の位置の移動と保持を行う位置調整機構により、前記振動体と前記電極間の相対位置を調整することにより、極めて容易に振動体と電極間の狭ギャップを実現することが可能となり、電気機械および機械電気間の変換効率の優れたフィルタを提供することができる。
また使用中に、調整が必要となった場合は、駆動電圧を調整することにより、ギャップの大きさを調整することも可能である。
【００４４】
また、図４は直流電圧Ｖｄｒｉｖｅとギャップｇとの関係を示す。一度ＶｄｉｒｖｅをＶｐｉ（プルイン電圧）以上に電圧をあげると、位置調整用電極に位置調整用梁が引き込まれて接触する。したがって図４に示すようなヒステリシス特性をもつが、領域Ｂの間で電圧Ｖｄｉｒｖｅを可変とすることでｇを制御することができる。ここで可能な限りｇは小さいほうが望ましいが、小さすぎると振動体に注入された交流電力が大きい場合には交流信号自身の静電力で振動体に電極が引き込まれて接触し、動作不能となることがある。交流電力が大きい場合はＶｄｒｉｖｅの値を下げてｇを大きくし、接触を回避することができる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態において、電位差Ｖｄｒｉｖｅを変化させることで、図２（ｂ）における位置調整用電極２０６と位置調整用梁２０５の接触領域Ｄも変化するので、ギャップｇ’の値を調整することが可能である。大電圧の入力信号ｖｉが投入される場合には振動体２０２の振動が大きくなり、振動体２０２が電極２０３に引き込まれて接触してしまうが、電圧Ｖｄｒｉｖｅを低くして適宜ギャップｇ’の値をやや大きめに調整することで接触を回避することが可能である。
【００４６】
このように、本発明によれば、加工限界を超えて小さなギャップを形成することが容易となる。またギャップの大きさを印加する直流電圧Ｖｄｒｉｖｅの大きさによって調整することができ、微調整が容易となる。また、使用条件に応じてギャップを大きくする方向に調整することも可能である。この場合は位置調整用電極２０６を位置調整用梁２０５に対して相対向する側に配置することにより、容易にギャップの大きさを増減両方向に調整可能である。
【００４７】
なお、本実施の形態において、位置調整用梁２０５は静電力により位置調整用電極２０６に引き込まれて接触しているが、引き込み（プルイン）を起こす電位差以下のＶｄｒｉｖｅの値で位置調整用梁２０５を撓ませるようにしてもよい。または、図５に示したように、位置調整用梁２０５および位置調整用電極２０６の双方に設けた櫛歯電極により位置調整用梁２０５を駆動してもよい。
【００４８】
この構成では、櫛のかみ合い深さ方向に位置調整用梁２０５が動く。このときの直流電圧Ｖｄｒｉｖｅとギャップｇとの関係を図６に示す。この関係曲線から明らかなように、プルイン現象は起こらない。このように位置調整用梁として櫛型電極を用いることにより、プルインが起こらないためギャップｇの制御範囲を大きくとることができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、電極２０３の位置調整を行う例について説明したが、振動体２０２側に位置調整機構と駆動源である駆動用電源２０９をつなげてもよい。
【００５０】
また、このようにして形成された狭ギャップをもつ梁構造体は、共振構造体として電気機械フィルタのみならず、種々のデバイスに適用可能である。
またこの電気機械共振器は、微細な素子であるため汚染防止および空気の粘性抵抗を低減するため真空ケース内に収納して用いるのが、望ましい。また、前記実施の形態では基板表面に突出するように形成したが、ＭＥＭＳによって容易に形成可能であるため、基板内に凹部を形成し、この凹部に張架するように振動子を構成してもよい。
【００５１】
（実施の形態２）
前記実施の形態１においては、振動体に撓み振動を起こす例について説明したが、本発明の実施の形態２として、振動体にねじり振動を起こすための構成について説明する。
【００５２】
本実施の形態１では、振動体２０２と電極２０３は同一プロセスで同一平面に生成された薄膜で形成されているため、それぞれの厚みおよび基板２０１からの距離は等しい。従って両者間に交流信号による静電力を加えても振動体２０２に励起されるのは基板水平方向のたわみ振動のみである。
【００５３】
そこで、本実施の形態では、図７に示すように、ねじり振動を生起せしむべく、電極２０３の下面に対向するように基板２０１上に形成された第２の位置調整用電極２１０を設けたことを特徴とするものである。実施の形態１と同様、前記実施の形態１と同様第１の駆動用電源Ｖｄｒｉｖｅ１を制御して電極を振動体に接近させ、ｇを小さくしたところで、第２の位置調整用電極２１０と電極２０３間に第２の駆動用電源Ｖｄｉｒｖｅ２によって直流電位を印加し、電極２０３を基板上の第２の位置調整用電極２１０に接触させる。このとき、第２の位置調整用電極２１０表面には薄い絶縁膜を形成しているので接触後も静電力により接触状態は維持される。
【００５４】
図８のａ−ａ’断面を図９に示す。振動体に対して電極位置は−ｚ方向にずれているので、振動体に印加された交流信号による静電力は、振動体側壁の下部に集中する。これによりねじり振動を励起することができる。
【００５５】
（実施の形態３）
前記実施の形態１および２では両持ち梁構造の位置調整手段について説明したが、本実施の形態では、片持ち梁構造の位置調整手段を用いるようにしたことを特徴とする。
本実施の形態においても、前記実施の形態１と同様、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、位置調整用梁２０５と位置調整用電極２０６との間に駆動用電源２０９を用いて電圧を印加する。ここでは直流電位差Ｖｄｒｉｖｅにより両者をプルインさせる。プルイン以後はＶｄｒｉｖｅを可変とすることでｇ２を制御することができる。
【００５６】
この構成では、電極に注入された交流信号が突然大電力となり、この交流信号自身による静電力により振動体２０２に電極が引き込まれる力Ｆ２が働いても、その力を打ち消すように、この交流信号自身による静電力Ｆ１が位置調整用電極２０６との間にも作用する。これにより電力変化に強い共振器を構成することができる。
【００５７】
図１０（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態３の電気機械共振器の平面図である。図１０（ａ）および（ｂ）において、ハッチング部分は基板上に固定された固定部分、他の部分は可動部分である。電極２０３は位置調整用梁２０５に連結され、位置調整用梁２０５の一端は基板に固定され、もう一方の終端近くには電極２０３が設けられている。そしてこの電極２０３にギャップｇを隔てて振動体２０２が設けられている。
【００５８】
図１０（ｂ）に示すように、駆動用電源２０９により位置調整用梁２０５と位置調整用電極２０６との間に直流電位差Ｖｄｒｉｖｅ印加して両者をプルインさせる。このとき、振動体２０２と電極２０３の間のギャップｇ２はｇ２’に変化し、初期のｇ２の値よりも小さくなる。このようにして、使用する半導体製造技術で作製可能な最小間隙ｇに制限されない狭ギャップを形成することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態において、位置調整用梁２０５上に電極２０３を１個配置したが、図１１（ａ）に示すように、振動体２０２と電極２０３の対を複数個配置してもよい。図１１（ｂ）は位置調整用梁２０５と位置調整用電極２０６間に静電力を与えて接触させた状態を示している。このとき各振動体と電極間のギャップの値はｇ１’＜ｇ２’となり、大電圧の励振信号ｖｉが投入されてｇ１’がゼロ、すなわち接触状態に陥っても、ｇ２’で振動体２０２ｂを励振することが可能である。
【００６０】
（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４の電気機械共振器の平面図である。図１２において、ハッチング部分は基板上に固定された固定部分、他の部分は可動部分である。電極２０３は位置調整機構（図示せず）および駆動源（図示せず）に接続されている。
【００６１】
本実施の形態では、Ｘ、Ｙ方向に電極を位置制御するようにしたことを特徴とする．この構成により、狭ギャップ化が可能で、かつ注入交流信号自身による静電力によって電極と振動体の固着が起こらないようにギャップｇの制御を行なうことが可能で、かつ共振周波数の調整も可能となる。
【００６２】
図１２（ａ）において電極２０３をＹ方向に移動させて振動体２０２に接触させ、さらに押し込むことで、図１２（ｂ）のように初期のギャップｇの値よりも小さいギャップｇ’を形成する。これにより使用する半導体製造技術で作製可能な最小間隙ｇに制限されない狭ギャップを形成することができる。
【００６３】
また、電極２０３に接続された移動機構にＸ方向への自由度も付与し、図１２（ｂ）に示した支点Ａの位置を変えることで、共振周波数を変化させることができる。振動体２０２をヤング率１６５ＧＰａのポリシリコン、長さＬを１μｍ、幅Ｗを１００ｎｍ、押し込み量ｄを１０ｎｍとした場合、支点Ａの位置Ｌ’を０．６Ｌ、０．７Ｌ、０．８Ｌと変化させると振動体２０２の共振周波数は図１３に示すように変化する。約０．６ＧＨｚ〜０．９ＧＨｚまで共振周波数を可変とすることができる。
【００６４】
かかる構成によれば、振動体の一部と電極の一部を接触させることにより、従来例に比べて簡易な方法で振動体と電極間の狭ギャップを実現することが可能となり、電気−機械および機械−電気の変換効率の優れたフィルタを提供することができる。また、接触点の位置を変えることで共振周波数を変化させることができるので、共振周波数の微調整や、適応的に通過帯域を変化させることができる適応型フィルタ等への利用が可能となる。
【００６５】
なお前記実施の形態では、電極の変位を行なう例について説明したが、振動体の変位を行なうようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明にかかる電気機械共振器は、製造工程が簡略化され、かつ電気−機械および機械−電気の変換効率の優れたフィルタが提供できる効果を有し、携帯型無線端末に積載される高密度に集積化された高周波フィルタ回路等として有用である。また、音声帯域や超音波帯域におけるスペクトル解析や、機械共振による質量分析等の医用や環境分野等の用途にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の上面図
【図３】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の製造工程図
【図４】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の直流電圧Ｖｄｒｉｖｅとギャップｇとの関係を示す図
【図５】本発明の実施の形態１の変形例において静電アクチュエータを櫛歯電極とした電気機械共振器の上面図
【図６】本発明の実施の形態１において駆動電圧とギャップとの関係を示す図
【図７】本発明の実施の形態２における電気機械共振器の斜視図
【図８】本発明の実施の形態２における電気機械共振器の上面図
【図９】本発明の実施の形態２における電気機械共振器の動作原理を示す説明図
【図１０】本発明の実施の形態３における電気機械共振器の上面図
【図１１】本発明の実施の形態３における電気機械共振器の変形例を示す上面図
【図１２】本発明の実施の形態４における電気機械共振器の上面図
【図１３】本発明の実施の形態４において支点位置と共振周波数の関係を示すグラフ
【図１４】従来の電気機械共振器を利用したフィルタの説明図
【図１５】従来の電気機械共振器の製造方法の説明図
【符号の説明】
【００６８】
１０１  振動体
１０２  アンカー
１０３  基板
１０４  励振電極
１０５  検出電極
２００  位置調整手段
２０１  基板
２０２  振動体
２０３  電極
２０４  連結梁
２０５  位置調整用梁
２０６  位置調整用電極
２０７  犠牲層
２０８  アルミニウム
２１０  第２の位置調整用電極
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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