(57)【要約】【課題】高い信頼性の電気機械スイッチを実現するために、セルフアクチュエーションを回避する機構を具備した電気機械スイッチおよびそれを用いた電気機器を提供する。【解決手段】本発明電気機械フィルタは、基板上に形成された電気機械スイッチであって、信号の伝送線路となる固定電極および前記固定電極とギャップを介して中空に形成された可動電極を具備し、前記固定電極の上には絶縁膜を具備し、ポスト部上に形成され前記可動電極の周囲に形成されたアクチュエータを具備することにより、従来実現困難であったセルフアクチュエーションを回避する可動電極固定機構を具備した電気機械スイッチを実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された電気機械スイッチであって、
第１の電極と、前記第１の電極とギャップを介して形成され、静電力による変位により前記第１の電極と接触可能に形成された第２の電極とを具備し、
前記第２の電極は、前記第１の電極との接触を抑止するアクチュエータを具備した電気機械スイッチ。
【請求項２】
請求項１記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータが前記第２の電極を物理的に挟むクランプ手段である電気機械スイッチ。
【請求項３】
請求項１記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータが前記第２の電極と前記第１の電極との間に入り込む電気機械スイッチ。
【請求項４】
請求項１記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータは、表面に絶縁膜を具備したものである電気機械スイッチ。
【請求項５】
請求項１記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータと可動電極との接触部に抵抗を具備した電気機械スイッチ。
【請求項６】
請求項１記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータと可動電極との接触部に機械共振器を具備した電気機械スイッチ。
【請求項７】
請求項１に記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータの前記第２の電極との接触部が、尖端状をなす電気機械スイッチ。
【請求項８】
請求項１に記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータの前記第２の電極との接触部は、面である電気機械スイッチ。
【請求項９】
請求項１に記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータの前記第２の電極側の端面は、前記第２の電極に近づくに従って断面積が小さくなるテーパ面を構成している電気機械スイッチ。
【請求項１０】
請求項１記載の電気機械スイッチであって、
前記第２の電極の前記アクチュエータ側の端面は、前記アクチュエータに近づくに従って断面積が小さくなるテーパ面を構成している電気機械スイッチ。
【請求項１１】
請求項１記載の電気機械スイッチであって、
前記第２の電極の周囲に配置された第３の電極を具備し、前記第２の電極と前記第３の電極の間に櫛歯電極を具備した電気機械スイッチ。
【請求項１２】
請求項１記載の電気機械スイッチであって、
前記第２の電極と前記アクチュエータの間に櫛歯電極を具備した電気機械スイッチ。
【請求項１３】
請求項１記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータは、周囲に前記駆動電極を具備した電気機械スイッチ。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータは、所定の間隔を隔てて互いにかみあうように形成された櫛歯電極構造の駆動電極を具備した電気機械スイッチ。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータは、バイモルフおよびユニモルフを含む圧電アクチュエータである電気機械スイッチ。
【請求項１６】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータは、前記駆動電極との間に生起される静電力によって駆動される電気機械スイッチ。
【請求項１７】
請求項１乃至１５のいずれかに記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータは、圧電力によって駆動される電気機械スイッチ。
【請求項１８】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータは、電磁力によって駆動される電気機械スイッチ。
【請求項１９】
請求項１乃至１８記載のいずれかに記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータは、絶縁体または半導体を含む高インピーダンス材料で構成される電気機械スイッチ。
【請求項２０】
請求項１に記載の電気機械スイッチであって、
前記アクチュエータは、前記第２の電極の一部を固定し、振動部の長さを縮小するように構成されたステーを具備した電気機械スイッチ。
【請求項２１】
請求項１乃至請求項２０のいずれかに記載の電気機械スイッチであって、
入力信号電力値を検出する機構を具備し、前記入力信号電力値を検出する機構から出力される信号により前記アクチュエータの駆動信号を前記アクチュエータに入力する機構を具備した電気機械スイッチ。
【請求項２２】
請求項１乃至２１記載の電気機械スイッチであって、
信号電力によるセルフアクチュエーションにより可動電極を駆動させる電気機械スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線端末などの情報通信機器の普及が進む中、通信に使用される周波数は、携帯電話等の数百MHzから無線LAN等の数GHz帯へと広帯域化が加速している。現在は、各種通信方式に対応した端末を独立して使用している状況であるが、将来的には一つの無線端末で各種通信方式に対応した小型端末の実現が望まれている。端末の筐体内に内蔵されるスイッチなどの受動部品数の増加が予想される中、受動部品の小型化が望まれている。
【０００３】
その中で、MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技術により作製されるRF-MEMSスイッチの研究開発が活発になっている。RF−MEMSスイッチとは、微小な可動電極を動かし機械的に信号の伝播経路を切り替えるスイッチである。その利点は、デバイスのサイズが小型であり、超低損失、高アイソレーションといった高周波特性も優れていることである。また、RF−ICと親和性の良いプロセスで製造可能であるため、スイッチをRF-ICに内蔵することも可能であり、無線部の小型化に大きく貢献する技術として期待されている。
【０００４】
従来のRF−MEMSスイッチは、メンブレン（membrane）状や棒状の可動体を両持ちや片持ちにし、それらを電極へ接触させたり離したりすることにより、信号の伝搬経路を切り替える機械スイッチである。メンブレンや可動体の駆動力源としては、静電気力を用いたもの（特許文献１）が多く、他にも磁気力を用いたもの（非特許文献２）も発表されている。
【０００５】
従来、大きさが数百μｍ程度の微細なスイッチとして、非特許文献１に記載されているものが知られている。このスイッチは、メンブレン上に、高周波信号が伝達される信号ラインを形成し、当該信号ラインの直下に制御電極を設けている。制御電極に直流電位を印加すると、メンブレンが制御電極側に静電引力により引き付けられ、撓み、基板上に形成されている接地電極と接触することにより、メンブレンに形成されている信号ラインは短絡状態となり、信号ラインを流れる信号は減衰され、遮断される。これに対して、制御電極に直流電位を印加しなければ、メンブレンは撓まず、当該メンブレン上の信号ラインを流れる信号は、接地電極から損失することなく、スイッチを通過する。
【０００６】
RF−MEMSスイッチの研究開発は、元来、軍事、航空宇宙用の用途を目的としたものが発端であり、如何にして信号伝搬特性の向上を図るかに研究開発の焦点が当てられていた。しかしながら、それが携帯情報端末等の民生用の用途となると、信号伝搬特性の向上は勿論のこと、信頼性、耐久性、高速応答化、低消費電力化、低駆動電圧化、小型化等の様々な条件を同時に満たしたRF−MEMSスイッチの実現が求められる。
【０００７】
【特許文献１】US6307452B1
【非特許文献１】J. B. Muldavin and G. M. Rebeiz, IEEE Microwave Wireless Compon. Lett., vol. 11, pp. 334-336, Aug. 2001.
【非特許文献２】M. Ruan, J. Shen and C. B. Wheeler, IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 10, pp. 511-517, Dec. 2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、現在のところ、非特許文献１に見られるような電気機械スイッチの構成では、中空構造を成す可動電極または固定電極に信号が入力された場合、信号の電力により可動電極と固定電極との間に電位差が生じ、駆動電圧を別途印加していないにも関わらず、可動電極が自動的に下方へ駆動してしまう現象が生じることがある。この現象はセルフアクチュエーションと呼ばれている。セルフアクチュエーションは、大電力の信号入力時や、高速応答・低電圧駆動を実現するため可動電極のバネ力を低くした場合に問題となり、電気機械スイッチの誤作動や耐久性の劣化の原因となる。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、セルフアクチュエーションを回避し、電気機械スイッチの信頼性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで本発明では、セルフアクチュエーションを回避すべく、可動電極を中空に固定する可動電極固定機構を具備したことを特徴とする。セルフアクチュエーションによる駆動力に勝る固定力を発揮するためには、可動電極を物理的に保持するのが望ましい。この構成により、従来実現困難であったセルフアクチュエーションを回避可能な高信頼性電気機械スイッチおよびそれを用いた電気機器を実現する。
【００１０】
前記従来の課題を解決するために本発明電気機械スイッチは、第１の電極と、前記第１の電極とギャップを介して形成され、静電力による変位により前記第１の電極と接触可能に形成された第２の電極とを具備し、前記第２の電極は、前記第１の電極との接触を抑止するアクチュエータを具備したことを特徴とする。すなわち、基板上に形成された電気機械スイッチであって、第１および第２の電極のうちの一方が信号の伝送線路となる。
【００１１】
本構成によって、従来実現困難であったセルフアクチュエーションを回避可能な高信頼性電気機械スイッチおよびそれを用いた電気機器を実現することができる。
【００１２】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータが前記第２の電極を物理的に挟むクランプ手段であるものを含む。
【００１３】
本構成によって、セルフアクチュエーションによる駆動力に勝る可動電極である第２の電極の固定力を有することになり、セルフアクチュエーションを回避することができる。
【００１４】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータが前記第２の電極と前記第１の電極との間に入り込むものを含む。
【００１５】
本構成によれば、アクチュエータで第２の電極を挟んで固定しておく力が不要となるためアクチュエータを駆動する力のみでよく、アクチュエータの駆動力を小さくすることができデバイスの低消費電力化が可能である。また、セルフアクチュエーションしようとする第２の電極をアクチュエータの側面で固定する必要がないため、接触部における磨耗や疲労を回避することができる。
【００１６】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータ表面に絶縁膜を具備したものを含む。
本構成によれば、接触部における機械的強度の補強、高周波信号や制御信号による放電破壊、溶着などを回避する可能である。
【００１７】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータと可動電極との接触部に抵抗を具備したものを含む。
本構成によれば、可動電極をアクチュエータで固定した場合、入力された高周波信号により大きな電位差が生じ、アクチュエータを可動電極から引き離し難くなる場合において、電位差を分圧することにより静電力を減少させることが可能となり、容易なアクチュエータの引き離しが可能となる。このような構造により、電気機械スイッチの高速応答・低駆動電圧・高信頼性化を実現することが可能である。
【００１８】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータと可動電極との接触部に機械共振器を具備したものを含む。
本構成によれば、可動電極をアクチュエータで固定した場合、入力された高周波信号により大きな電位差が生じ、アクチュエータを可動電極から引き離し難くなる場合において、電力を分散することにより静電力を減少させることが可能となり、容易なアクチュエータの引き離しが可能となる。このような構造により、電気機械スイッチの高速応答・低駆動電圧・高信頼性化を実現することが可能である。
【００１９】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータの前記第２の電極との接触部が、尖端状をなすものを含む。
【００２０】
本構成によって、アクチュエータの可動電極である第２の電極との接触部の接触面積を小さくすることができ、接触部における磨耗や疲労を回避することができる。また、アクチュエータを第２の電極の下方へ入り込ませるための変位量を小さくすることができる。変位量をより小さくすることができれば、大きな駆動力や駆動電圧が必要なくなり、デバイスの低消費電力化が可能となる。さらには、ポスト上に形成したアクチュエータを基板からの高い位置に形成することが可能であり、アクチュエータと第１の電極および絶縁膜とのギャップのマージンをとることができる。この構成によって、製造工程の簡易化、およびアクチュエータと第１の電極間の電気的なアイソレーションをとることができる。
【００２１】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータの前記第２の電極との接触部は、面であるものを含む。
【００２２】
すなわち、アクチュエータと第２の電極との接触部の構造は、四角型、三角型、くさび型を含む角型あるいは、丸型であるのが望ましい。
【００２３】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータの前記第２の電極側の端面が、前記第２の電極に近づくに従って断面積が小さくなるテーパ面を構成しているものを含む。
この構成によっても、アクチュエータを第２の電極の下方へ入り込ませるための変位量を小さくすることができる。
【００２４】
また本発明の電気機械スイッチは、前記第２の電極の前記アクチュエータ側の端面が、前記アクチュエータに近づくに従って断面積が小さくなるテーパ面を構成しているものを含む。
この構成により、アクチュエータと可動電極の接触面積を増大させることができ、接触部への応力集中を緩和することが可能である。接触部での摩擦力、材料疲労を低減することができ、信頼性向上が可能である。
【００２５】
また本発明の電気機械スイッチは、前記第２の電極の周囲に配置された第３の電極を具備し、前記第２の電極と前記第３の電極の間に櫛歯電極を具備したものを含む。
【００２６】
また本発明の電気機械スイッチは、前記第２の電極と前記アクチュエータの間に櫛歯電極を具備したものを含む。
この構成により、可動電極が下方に位置しているＯＮ状態から、上方へ移動させたＯＦＦ状態へスイッチングする場合に、可動電極へ斜め上方に静電力を与えることが可能となり、ＯＦＦ時の高速化が可能となる。電気機械スイッチの高速応答・低駆動電圧・高信頼性化を実現することが可能である。
【００２７】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータの周囲に駆動電極を具備したものを含む。
【００２８】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータの両側に前記駆動電極を具備したものを含む。
本構成によって、ＯＮ、ＯＦＦ時ともアクチュエータに駆動力を与えることが可能となり、アクチュエータの高速応答・低駆動電圧化が可能となる。
【００２９】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータの片側に前記駆動電極を具備したものを含む。
本構成によって、駆動方向は垂直方向を含めた様々な方向が可能であり、所望とする方向に駆動力がアクチュエータに加わるように駆動電極の配置を変えることが可能である。
【００３０】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータと前記駆動電極が平行電極構造を形成するものを含む。
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータと前記駆動電極が櫛歯電極構造を形成するものを含む。
本構成によって、静電力を印加する電極間の対向面積を大きくとることができ、同じ電圧でもより大きな静電力を発生することが可能であり、アクチュエータの高速応答・低駆動電圧化が可能となる。また、アクチュエータの変位量を大きくすることができる。
【００３１】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータの駆動部がバイモルフおよびユニモルフを含む圧電アクチュエータであるものを含む。
本構成によって、ＯＮ、ＯＦＦ時ともアクチュエータに駆動力を与えることが可能となり、アクチュエータの高速応答・低駆動電圧化が可能となる。また、駆動方向は垂直方向を含めた様々な方向が可能であり、所望とする方向に駆動力がアクチュエータに加わるように、駆動部の構造を変えることが可能である。さらには、圧電アクチュエータを適用することにより、駆動電極を形成する必要がないため構造を簡素化することができる。
【００３２】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータの駆動力が静電力であることを特徴とする。
本構成によって、アクチュエータの高速応答・低駆動電圧化が可能となる。
【００３３】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータは、前記駆動電極との間に生起される圧電力によって駆動されるものを含む。
【００３４】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータは、前記駆動電極との間に生起される電磁力によって駆動されるものを含む。
本構成によって、アクチュエータの変位量を大きくすることができる。また、駆動電極を形成する必要がないため、構造を簡素化することができ、省スペース化を可能とする。
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータが絶縁体または半導体を含む高インピーダンス材料で構成されるものを含む。
本構成によって、アクチュエータを絶縁体ないしは半導体を含む電気的インピーダンスが高い材料で形成することが可能であるため、アクチュエータと可動電極である第２の電極および下部電極である第１の電極との電気的結合を防ぐことができる。
【００３５】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータが、前記第２の電極の一部を固定し、振動部の長さを縮小するように構成されたステーを具備したものを含む。
【００３６】
また本発明の電気機械スイッチは、前記可動電極のバネ力の増加により前記可動電極を固定することを特徴とする電気機械スイッチ。
本構成によって、従来実現困難であったセルフアクチュエーションを回避可能な高信頼性電気機械スイッチおよびそれを用いた電気機器を実現する。
【００３７】
また本発明の電気機械スイッチは、ポスト部上に形成され前記可動電極の周囲に形成されたアクチュエータを具備し、前記アクチュエータは前記ステーに接続されていることを特徴とする。
本構成によって、ステーの位置調整や可動電極の下方への出し入れを可能とする。
【００３８】
また本発明の電気機械スイッチは、入力信号電力値を検出する機構を具備し、前記入力信号電力値を検出する機構から出力される信号により前記アクチュエータの駆動信号を前記アクチュエータに入力する機構を具備する。
本構成によって、セルフアクチュエーションが発生する電力、例えば少なくとも2W以上の大電力の信号が入力された場合のみ、アクチュエータによりステーを可動電極下方へ挿入するよう制御することができ、セルフアクチュエーションを回避することができる。
【００３９】
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータが両持ち梁であるものを含む。
本構成によって、構造体の安定性を高めることができ、耐久性、信頼性を高めることが可能である。
また本発明の電気機械スイッチは、前記アクチュエータが片持ち梁であるものを含む。
本構成によって、片持ち梁とすることにより構造を簡素化し、省スペース化を図ることができる。また、片持ち梁とすることにより応力を開放し、バネ力を下げることができるため、低電圧で高速に駆動することが可能である。
【００４０】
また本発明の電気機械スイッチは、信号電力によるセルフアクチュエーションにより可動電極を駆動させることを特徴とする。
本構成によって、入力信号電力により駆動するため、別途駆動電源を必要とせず、デバイスの低消費電力化、小型化を実現する。
【発明の効果】
【００４１】
以上説明したように、本発明によれば、可動電極である第２の電極の固定機構を具備することにより、従来実現困難であったセルフアクチュエーションを回避可能な高信頼性電気機械スイッチおよびそれを用いた電気機器を実現する。
また、セルフアクチュエーションによる駆動力に勝る固定力を有することができる。
また、アクチュエータで可動電極を挟んで固定しておく力が不要となるため、アクチュエータを駆動する力のみでよく、アクチュエータの駆動力を小さくすることができ、デバイスの低消費電力化が可能である。また、セルフアクチュエーションしようとする可動電極をアクチュエータの側面で固定する必要がないため、接触部における磨耗や疲労を回避することができる。
【００４２】
また、アクチュエータの可動電極との接触部の接触面積を小さくすることができ、接触部における磨耗や疲労を回避することができる。また、アクチュエータを可動電極の下方へ入り込ませるための変位量を小さくすることができる。変位量をより小さくできれば、大きな駆動力や駆動電圧が必要なくなり、デバイスの低消費電力化が可能となる。さらには、ポスト上に形成したアクチュエータを、基板からの高い位置に形成することが可能であり、アクチュエータと固定電極および絶縁膜とのギャップのマージンをとることができる。この構成によって、製造工程の簡易化、およびアクチュエータと固定電極間の電気的なアイソレーションをとることができる。
【００４３】
また、ＯＮ、ＯＦＦ時ともアクチュエータに駆動力を与えることが可能となり、アクチュエータの高速応答・低駆動電圧化が可能となる。
また、駆動方向は垂直方向を含めた様々な方向が可能であり、所望とする方向に駆動力がアクチュエータに加わるよう駆動電極の配置を変えることが可能である。
また、静電力を印加する電極間の対向面積を大きくとることができ、同じ電圧でもより大きな静電力を発生することが可能であり、アクチュエータの高速応答・低駆動電圧化が可能となる。
【００４４】
また、圧電アクチュエータを適用することにより、駆動電極を形成する必要がないため構造を簡素化することができる。
また、アクチュエータの高速応答・低駆動電圧化が可能となる。
なお、本発明の電気機械スイッチは、無線通信用電気回路のみならず、様々な用途の電気回路に適用可能である。
また、本発明の電気機械スイッチは、無線通信端末のみならず、様々な用途の電気機器に適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明実施の形態１における電気機械スイッチの構成を示す上面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ’断面を示す図、図３（ａ）は、図１におけるＢ−Ｂ’断面を示しており、本発明実施の形態１における電気機械スイッチのＯＮ状態の構成を示す横断面図である。
図３（ｂ）は、本発明実施の形態１における電気機械スイッチのＯＦＦ状態の構成を示す横断面図である。図１乃至図３に示す電気機械スイッチ１００では、表面に絶縁層１０６が形成された基板１０７上に、第１の電極としての固定電極１０３と、この固定電極１０３の絶縁膜１０５と、中空に架橋された梁である第２の電極としての可動電極１０２と、およびポスト部１０４上に形成され可動電極１０２を挟むようにして配置されたアクチュエータ１０１とが設けられている。可動電極１０２と固定電極１０３は、平行板コンデンサと同じ要領でキャパシターを形成している。
【００４６】
次に、電気機械スイッチ１００におけるスイッチングの仕組みを説明する。スイッチがＯＦＦの状態においては、可動電極１０２は上方に位置し、固定電極１０３との間にエアーギャップを介した静電容量の小さい状態にある。この場合、交流的にインピーダンスの高い状態となり、高周波信号は可動電極１０２、固定電極１０３間を伝播することができない。一方スイッチがＯＮの状態においては、可動電極１０２と固定電極１０３の間に電圧を印加し、静電力により可動電極１０２を下方へ駆動させる。下方へ駆動した可動電極１０２は固定電極１０３と接触し、固定電極１０３との間に絶縁膜１０５を介して静電容量の大きな状態を形成する。この場合、交流的にインピーダンスの低い状態となり、高周波信号は可動電極１０２、固定電極１０３間を伝播することができるようになる。このようにして、電気機械スイッチ１００は、可動電極１０２または固定電極１０３に伝播してきた信号の伝播経路の開閉を行う。
【００４７】
このような従来の電気機械スイッチ１００に見られる構成では、ＯＦＦ時に可動電極１０２または固定電極１０３に信号が入力された場合、信号の電力により可動電極１０２と固定電極１０３との間に電位差が生じ、駆動電圧を別途印加していないにも関わらず、可動電極１０２が自動的に下方へ駆動してしまう現象が生じることがある。これをセルフアクチュエーションと呼ぶ。セルフアクチュエーションは、大電力の信号入力時や、高速応答・低電圧駆動を実現するために、可動電極１０２のバネ力を低くした場合に特に問題となり、電気機械スイッチの誤作動や耐久性の劣化の原因となる。例えば、可動電極１０２の形状は、幅5μm、厚さ0.7μm、長さ500μm程度にすることができ、幅、厚さと長さとのアスペクト比を大きくすることにより、バネ力を小さくすることが可能である。
本発明においては、このセルフアクチュエーションを回避するために、ＯＦＦ時の可動電極固定機構を提示する。
【００４８】
この電気機械スイッチ１００における可動電極固定機構の仕組みについて説明する。図３（ｂ）は、本発明実施の形態１における電気機械スイッチのＯＦＦ状態の構成を示す横断面図である。図３（ａ）に示すスイッチＯＮ時においては、可動電極１０２は固定されていない自由な状態にある。一方図３（ｂ）に示すスイッチＯＦＦ時においては、アクチュエータ１０１により物理的に可動電極１０２を挟み、可動電極１０２が動かないよう固定する。接触部におけるアクチュエータ１０１の構造は、四角型となっている。このような可動電極固定機構によって、セルフアクチュエーションによる駆動力を阻止しうるような可動電極の固定力を作用させることができ、セルフアクチュエーションを回避することができる。
【００４９】
この場合、アクチュエータ１０１と可動電極１０２間のギャップは、例えば0.6μm程度とする。このように、アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造は、四角型とすることが可能である。
【００５０】
図４（ａ）は、本発明実施の形態１における電気機械スイッチの等価回路を示す図である。高周波信号の入力ポートＲＦ−ＩＮと出力ポートＲＦ−ＯＵＴ間に可動電極１０２と固定電極１０３で形成するスイッチが形成されている。また、可動電極１０２とアクチュエータ１０１のギャップの開閉機構は、可動電極１０２と並列にアクチュエータ１０１によるスイッチが形成されていることと等価になる。
【００５１】
図４（ｂ）は、本発明実施の形態１における電気機械スイッチの可動電極とアクチュエータの接触部の構成を示す上面図である。アクチュエータ１０１が可動電極１０２側へ移動し、物理的に接触することにより可動電極１０２を固定する。接触部における機械的強度の補強、高周波信号や制御信号による放電破壊、溶着などを回避するため、アクチュエータ１０１の表面には絶縁膜１１４を形成するのが望ましい。
【００５２】
図５は、本発明実施の形態１における電気機械スイッチの制御手順を示す図である。スイッチがＯＦＦの状態では、可動電極１０２は上方に位置し、固定電極１０３とは電気的接触をしていない状態である。この状態を大電力入力時に保持するため、アクチュエータ１０１により可動電極１０２を固定する（ステップ１００１）。一方、スイッチがＯＮの状態では、アクチュエータ１０１の固定を外し、可動電極１０１が駆動可動な状態にする。可動電極１０２は下方の固定電極１０３側へ移動し、電気的接触部を形成する（ステップ１００２）。これらのＯＮ／ＯＦＦ状態を繰り返すことによりスイッチング動作を行う。
なお、アクチュエータ１０１は、絶縁体ないしは半導体を含む電気的インピーダンスが高い材料で形成することが可能であり、アクチュエータ１０１と可動電極１０２および下部電極１０３との電気的結合を防ぐことができる。また、アクチュエータ１０１は、直接可動電極１０２と接触する部分と可動梁の部分に分け、それぞれ適した材料とすることが可能である。前述のように直接可動電極１０２と接触する部分は、絶縁体ないしは半導体を含む電気的インピーダンスが高い材料とし、可動梁の部分を導電性材料とするこが可能である。また、その逆とすることが可能である。
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について説明する。
図６は、本発明実施の形態２における電気機械スイッチの構成を示す上面図である。図７（ａ）は、本発明実施の形態２における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す横断面図であり、図７（ｂ）は、本発明実施の形態２における電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図である。
本構造は、電気機械スイッチの高速応答・低駆動電圧化を実現する手段として、特開２００４−２５３３６５号公報に記載の技術であって、同発明者より開示された構造に、本発明のセルフアクチュエーション回避策を付加したものである。電気機械スイッチ１９００の高速応答・低駆動電圧化を実現するため、可動電極１０２と駆動電極１０８との間を、櫛歯の電極形状とすることで、可動電極１０２への静電力印加が可能となっている。図７（ｂ）に示す様に、可動電極１０２が下方に位置しているＯＮ状態から、上方へ移動させたＯＦＦ状態へスイッチングする場合に、可動電極１０２から駆動電極１０８への斜め上方に静電力を与えることが可能となり、ＯＦＦ時の高速化が可能となる。ＯＮ、ＯＦＦ時のアクチュエータ１０１による可動電極１０２の固定方法は、実施の形態１に示したものと同様である。
【００５３】
この構造により、電気機械スイッチの高速応答・低駆動電圧・高信頼性化を実現することが可能である。
【００５４】
（実施の形態３）
図８は、本発明実施の形態３における電気機械スイッチの構成を示す上面図である。図９（ａ）は、本発明実施の形態３における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す横断面図であり、図９（ｂ）は、本発明実施の形態３における電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図である。電気機械スイッチ２４００では、可動電極１０２とアクチュエータ１０１の間を櫛歯の電極形状とする。図９（ｂ）に示す様に、可動電極１０２が下方に位置しているＯＮ状態から、上方へ移動させたＯＦＦ状態へスイッチングする場合に、可動電極１０２からアクチュエータ１０１への斜め上方に静電力を与えることが可能となり、ＯＦＦ時の高速化が可能となる。また、ＯＦＦ時には、アクチュエータ１０１を可動電極１０２方向へ駆動させ、櫛歯電極間を接触させることにより可動電極１０２を固定する。
【００５５】
このような構造により、電気機械スイッチの高速応答・低駆動電圧・高信頼性化を実現することが可能である。
【００５６】
（実施の形態４）
本発明の電気機械スイッチにおけるセルフアクチュエーション回避方法において、可動電極１０２をアクチュエータ１０１で固定した場合、入力された高周波信号により大きな電位差が生じ、アクチュエータ１０１を可動電極１０２から引き離し難くなる場合がある。また、高周波信号のよる電位差に勝る電位差をアクチュエータ１０１と駆動電極１０８間に印加する必要があり、電機械スイッチの高駆動電圧化の原因となる。この課題を解決するために、アクチュエータ１０１と可動電極１０２の間に電位差が生じた場合に、電位差を分圧する手段を設け、静電力を減少させる方法を開示する。
【００５７】
図１０は、本発明実施の形態４における電気機械スイッチの構成を示す上面図、図１１は、本発明実施の形態４における電気機械スイッチの変形例の構成を示す上面図である。図１２（ａ）は、本発明実施の形態４における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す横断面図であり、図１２（ｂ）は、本発明実施の形態４における電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図である。図１０、図１２に示す電気機械スイッチ２０００においては、アクチュエータ１０１と可動電極１０２の接触部に抵抗１１５が設けられている。また、図１１、図１２に示す電気機械スイッチ２５００においては、アクチュエータ１０１と可動電極１０２の櫛歯電極間の接触部に抵抗１１５が設けられている。
【００５８】
図１３（ａ）は、本発明実施の形態４における電気機械スイッチの等価回路を示す図である。可動電極１０２とアクチュエータ１０１の間に抵抗１１５が設けられている。アクチュエータ１０１が可動電極１０２と接触した場合、信号入力ポートＲＦ−ＩＮより入力された高周波信号による電位差は、抵抗１１５で減圧され、静電力が印加されているアクチュエータ１０１と抵抗１１５間の電位差を減少させることが可能となる。ここで重要なのは、抵抗１１５を接触部に対し、信号入力ポートＲＦ−ＩＮ側へ配置することである。そのために、抵抗１１５を接触部の可動電極１０２側へ形成している。なお、静電力が零となるよう抵抗１１５により減圧することが可能であり、容易なアクチュエータ１０１の引き離しが可能となる。
【００５９】
図１３（ｂ）は、本発明実施の形態４における電気機械スイッチの可動電極とアクチュエータの接触部の構成を示す上面図である。高周波信号による電位差は、抵抗１１５で減圧され、絶縁膜１１４を介して形成される静電容量に低い電位差を与えることになる。
このような構造により、電気機械スイッチの高速応答・低駆動電圧・高信頼性化を実現することが可能である。
【００６０】
（実施の形態５）
アクチュエータ１０１を可動電極１０２から引き離し難くなる課題に対して、高周波信号による電力を分散し、静電力を減少させる方法を開示する。
図１４は、本発明実施の形態５における電気機械スイッチの構成を示す上面図、図１５（ａ）は、本発明実施の形態５における電気機械スイッチの等価回路を示す図、図１５（ｂ）は、本発明実施の形態５における電気機械スイッチの可動電極とアクチュエータの接触部の構成を示す上面図である。電気機械スイッチ２１００のアクチュエータ１０１と可動電極１０２の接触部に、機械共振器１１６、１１７がそれぞれアクチュエータ１０１側、可動電極１０２側に設けられている。
図１５（ｂ）に示すように、アクチュエータ１０１と可動電極１０２が接触した場合、機械共振器１１６、１１７は、片持ち梁となる。高周波信号がＲＦ−ＩＮより入力された場合、機械共振器１１６、１１７の間に高周波信号の周波数と同じ周波数で交流電圧が印加され、静電力による励振力は生ずる。この力により機械共振器１１６、１１７が振動する。本接触部の構造は、アクチュエータ１０１が可動電極１０２と絶縁膜１１４を介して直接接触する部分と、機械振動子１１６、１１７が形成されている部分が、並列に接続されている回路と等価となる。図１５（ａ）に示すように、電気機械スイッチ２１００の等価回路は、可動電極１０２に並列に上記接触部の回路が接続されている回路となる。
【００６１】
ＲＦ−ＩＮより入力された高周波信号の電力は、接触部へ伝搬し、電気的エネルギーを機械的エネルギーで消費する形で機械共振器において消費される。この結果、機械共振器と並列に接続された直接接触している部分へ伝搬する電力を減少させ、電位差および静電力を減少させることが可能となる。なお、静電力が零となるよう機械共振器１１６、１１７により電力を消費させることが可能であり、容易なアクチュエータ１０１の引き離しが可能となる。
【００６２】
図１６は、本発明実施の形態５における電気機械スイッチの構成を示す上面図、図１７（ａ）は、本発明実施の形態５おける電気機械スイッチの等価回路を示す図、図１７（ｂ）は、本発明実施の形態５における電気機械スイッチの可動電極とアクチュエータの接触部の構成を示す上面図である。電気機械スイッチ２６００のアクチュエータ１０１と可動電極１０２との間に形成された複数の櫛歯電極の内、いくつかを長さを短くし、接触部に機械共振器１１６、１１７を形成した構造となっている。高周波信号による静電力を減少させる仕組みは、電気機械スイッチ２１００と同様である。
【００６３】
この構造により、電気機械スイッチの高速応答・低駆動電圧・高信頼性化を実現することが可能である。
なお、機械共振器１１６、１１７は、形状および共振周波数の違う共振器を複数形成することが可能である。
【００６４】
また、機械共振器１１６、１１７との間には静電容量が形成されている。図１８は、本発明実施の形態５における電気機械スイッチの等価回路を示す図である。静電容量の大きさを変化させることにより機械共振器間の結合度を変化させ、共振周波数を制御することが可能である。
また、機械共振器１１６、１１７は、アクチュエータ１０１側、可動電極側１０２のどちらか片側のみとすることができる。
【００６５】
（実施の形態６）
次に本発明の実施の形態６について説明する。
図１９（ａ）は、本発明実施の形態６における電気機械スイッチにＯＮ状態の構成を示す横断面図であり、図１９（ｂ）は、本発明実施の形態２における電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図である。電気機械スイッチ２００においては、アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造が三角型となっており、図１乃至３における電気機械スイッチ１００に比べると接触面積が小さくなっている。このような構造にすることにより、接触部における磨耗や疲労を回避することができる。また位置合わせも容易である。
【００６６】
アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造が丸型の場合にも同様の効果が得られる。このように、アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造は、三角型を含む角型、丸型など様々な構造とすることが可能である。
このように、アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造は、四角型、三角型を含む角型、丸型など様々な構造とすることが可能である。
【００６７】
（実施の形態７）
次に本発明の実施の形態７について説明する。
図２０（ａ）は、本発明実施の形態７における電気機械スイッチの変形例におけるＯＮ状態の構成を示す横断面図であり、図２０（ｂ）は、本発明実施の形態７における電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図である。電気機械スイッチ３００においては、図２０（ｂ）に示すようにＯＦＦ時の可動電極固定時に、アクチュエータ１０１が可動電極１０２の下方へ入り込む構成になっている。
【００６８】
この構成によれば、セルフアクチュエーションが起きた場合でも、可動電極１０２はアクチュエータ１０１に引っ掛かって下方へ駆動することができず、誤作動を防止することができる。図１乃至図３に示した電気機械スイッチ１００に比べると、アクチュエータ１０１で可動電極１０２を挟んで固定しておく力が不要となるため、アクチュエータ１０１を駆動する力のみでよい。
【００６９】
従って、アクチュエータの駆動力を小さくすることができ、デバイスの低消費電力化につながる。また、電気機械スイッチ１００と比較して、下方へセルフアクチュエーションしようとする可動電極１０１をアクチュエータ１０１の側面で固定する必要がないため、接触部における磨耗や疲労を回避することができる。接触部におけるアクチュエータ１０１の構造は、四角型となっている。
【００７０】
（実施の形態８）
次に本発明の実施の形態８について説明する。
図２１（ａ）は、本発明実施の形態８における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す横断面図であり、図２１（ｂ）は、本発明実施の形態８における電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図である。電気機械スイッチ４００においては、アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造が、くさび型となっている。
【００７１】
このような構造にすることにより、電気スイッチ３００と比較して、アクチュエータ１０１を可動電極１０２の下方へ入り込ませるための変位量を小さくすることができる。例えば、アクチュエータ１０１の厚さが１μm、くさび型の先端部の角度が45度、アクチュエータ１０１と可動電極１０２との接触部がくさび型の斜面の中間部である場合、0.5μmアクチュエータ１０１を可動電極１０２の下方へ挿入すればよく、アクチュエータ１０１と可動電極１０２間のギャップが0.6μmの場合、アクチュエータ１０１の変位量は1.1μm程度とすることができる。変位量をより小さくできれば、大きな駆動力や駆動電圧が必要なくなり、デバイスの低消費電力化につながる。
【００７２】
また、電気機械スイッチ３００と比較して、ポスト１０４上に形成したアクチュエータ１０１を基板１０７からの高い位置に形成することが可能であり、アクチュエータ１０１と固定電極１０３および絶縁膜１０５とのギャップのマージンをとることができる。この構成によって、製造工程の簡易化、およびアクチュエータ１０１と固定電極１０３間の電気的なアイソレーションをとることができる。
【００７３】
（実施の形態９）
次に本発明の実施の形態９について説明する。
図２２（ａ）は、本発明実施の形態９における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す横断面図であり、図２２（ｂ）は、本発明実施の形態９における電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図である。電気機械スイッチ２２００においては、アクチュエータ１０１および可動電極１０２の接触部の構造が、くさび型となっている。
【００７４】
このような構造にすることにより、電気機械スイッチ４００と比較してアクチュエータ１０１と可動電極１０２の接触面積を増大させることができ、接触部への応力集中を緩和することが可能である。接触部での摩擦力、材料疲労を低減することができ、信頼性向上につながる。
【００７５】
このように、アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造は、四角型、くさび型を含む角型、丸型など様々な構造とすることが可能である。
【００７６】
アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造が、丸角型の場合にも、同様の効果が得られる。このように、アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造は、くさび型を含む角型、丸型など様々な構造とすることが可能である。
なお、本実施の形態においては、アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造に関して説明したが、可動電極１０２側が、四角型、くさび型を含む角型、丸型などの構造であってもよく、同様の効果を得ることができる。
【００７７】
（実施の形態１０）
次に本発明の実施の形態１０として、アクチュエータ１０１の構造および駆動方法に関して説明する。
図２３（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１０として電極の形状に応じた駆動方法を説明するための図であり、図２３（ａ）および（ｂ）は図１の要部に相当する状態を示す図である。図２３（ａ）は、本発明実施の形態１０における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す要部上面図であり、図２３（ｂ）は、本発明実施の形態１０における電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す上面図である。電気機械スイッチ５００においては、アクチュエータ１０１が両端をポスト部１０４上で固定された両持ち梁型となっている。アクチュエータ１０１の両脇には、アクチュエータ１０１を挟む形で駆動電極１０８が、ポスト部１０４上に形成されている。
図２３（ｂ）に示す様に、スイッチＯＦＦ時においては、アクチュエータ１０１と可動電極１０２側の駆動電極１０８との間に電圧を印加し、静電力によりアクチュエータ１０１を可動電極１０１側へと駆動させ、可動電極１０２を固定する。一方スイッチＯＮ時においては、逆にアクチュエータ１０１と外側の駆動電極１０８との間に電圧を印加し、静電力によりアクチュエータ１０１を外側へと駆動させ、可動電極１０２の固定を外すことより開放する。
【００７８】
この構造により、ＯＮ、ＯＦＦ時ともアクチュエータ１０１に駆動力を与えることが可能となり、アクチュエータ１０１の高速応答・低駆動電圧化が可能となる。
【００７９】
例えば、5μs・5V程度の駆動特性が実現可能である。また、両持ち梁とすることにより、構造体の安定性を高めることができ、耐久性、信頼性を高めることが可能である。
（実施の形態１１）
次に本発明の実施の形態１１について説明する。
図２４は、本発明実施の形態１１における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す上面図であり、図２４（ｂ）は、本発明実施の形態１１における電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す上面図である。電気機械スイッチ５５０においては、アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造が三角型となっており、図２３における電気機械スイッチ５００に比べると接触面積が小さくなっている。
【００８０】
このような構造にすることにより、接触部における磨耗や疲労を回避することができる。また、この構成によってアクチュエータ１０１と可動電極１０２間のオーバーラップ面積が減るため、電気的なアイソレーションをとることができる。このように、アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造は、くさび型を含む角型、丸型など様々な構造とすることが可能であり、同様の効果が得られる。
【００８１】
（実施の形態１２）
次に本発明の実施の形態１２について説明する。
図２５（ａ）は、本発明実施の形態１２における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す上面図であり、図２５（ｂ）は、本発明実施の形態１２における電気機械スイッチの変形例におけるＯＦＦ状態の構成を示す上面図である。電気機械スイッチ６００においては、アクチュエータ１０１が片端をポスト部１０４上で固定された片持ち梁型となっている。このように、アクチュエータ１０１を片持ち梁とすることにより、構造を簡素化し、省スペース化を可能とする。また、片持ち梁とすることにより、応力を開放し、バネ力を下げることができるため、低電圧で高速に駆動することが可能である。
【００８２】
（実施の形態１３）
次に本発明の実施の形態１３について説明する。
図２６（ａ）は、本発明の実施の形態１３における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す上面図であり、図２６（ｂ）は、本発明の実施の形態１３における電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す上面図である。電気機械スイッチ７００においては、アクチュエータ１０１が両端をポスト部１０４上で固定された両持ち梁型となっている。
【００８３】
また、駆動電極１０８およびアクチュエータ１０１が櫛歯電極構造となっており、図２４に示した電気機械スイッチ５００と比較して、静電力を印加する電極間の対向面積を大きくとることができる構造となっている。この構造により、同じ電圧でも、より大きな静電力を発生することが可能であり、アクチュエータ１０１の高速応答・低駆動電圧化が可能となる。また、アクチュエータ１０１の変位量を大きくすることができる。このように、駆動電極１０８およびアクチュエータ１０１の構造は、平行電極構造、櫛歯電極構造を含む様々な構造とすることできる。
【００８４】
（実施の形態１４）
次に本発明の実施の形態１４について説明する。
図２７（ａ）は、本発明実施の形態１４における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す上面図であり、図２７（ｂ）は、本発明実施の形態９における電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す上面図である。電気機械スイッチ８００に示すように、アクチュエータ１０１の駆動部に櫛歯電極構造を適用した場合においても、アクチュエータ１０１が片端をポスト部１０４上で固定された片持ち梁型とすることができる。このように、駆動電極１０８およびアクチュエータ１０１の構造を変えた場合においても、アクチュエータ１０１は両持ち梁、方持ち梁を含めた様々な構造とすることができ、構造を簡素化することも可能である。
【００８５】
このように、駆動電極１０８およびアクチュエータ１０１の構造を変えた場合においても、アクチュエータ１０１を片持ち梁とすることにより構造を簡素化し、省スペース化を可能とする。また、片持ち梁とすることにより、応力を開放し、バネ力を下げることができるため、低電圧で高速に駆動することが可能である。
【００８６】
（実施の形態１５）
次に本発明の実施の形態１５について説明する。
図２８（ａ）は、本発明実施の形態１５における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す上面図であり、図２８（ｂ）は、本発明実施の形態１０における電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す上面図である。電気機械スイッチ９００においては、アクチュエータ１０１が両端をポスト部１０４上で固定された両持ち梁型となっている。
【００８７】
また、アクチュエータ１０１の駆動部１０９が、バイモルフ、ユニモルフを含む圧電アクチュエータとなっており、駆動部１０９に印加する駆動電圧の方向を切り替えることにより、図２８（ａ）、図２８（ｂ）に示すようなスイッチＯＮ、ＯＦＦ状態へとアクチュエータ１０１を駆動することができる。圧電アクチュエータを適用することにより、ＯＮ、ＯＦＦ時ともアクチュエータに駆動力を与えることが可能となり、アクチュエータの高速応答・低駆動電圧化が可能となる。
【００８８】
また、アクチュエータ１０１の変位量を大きくすることができる。また、図７に示した電気機械スイッチ５００と比較して、駆動電極１０８を形成する必要がないため、構造を簡素化することができ、省スペース化を可能とする。さらには、アクチュエータ１０１を導体で形成する必要がなく、絶縁体ないしは半導体を含む電気的インピーダンスの高い材料で形成することが可能であるため、可動電極１０２および下部電極１０３との電気的結合を防ぐことができる。また、アクチュエータ１０１を、直接可動電極１０２と接触する部分と可動梁の部分に分け、それぞれ適した材料とすることが可能である。前述のように直接可動電極１０２と接触する部分を、絶縁体ないしは半導体を含む電気的インピーダンスの高い材料とし、可動梁の部分を導電性材料とするこが可能である。また、その逆とすることが可能である。このように、アクチュエータ１０１は、静電力駆動、圧電力駆動、または電磁力駆動を含む様々な駆動方式とすることができる。
【００８９】
（実施の形態１６）
次に本発明の実施の形態１６について説明する。
図２９（ａ）は、本発明実施の形態１６における電気機械スイッチ例におけるＯＮ状態の構成を示す上面図であり、図２９（ｂ）は、本発明実施の形態１６における電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す上面図である。電気機械スイッチ１０００に示すように、アクチュエータ１０１の駆動部１０９に圧電アクチュエータを適用した場合においても、アクチュエータ１０１が片端をポスト部１０４上で固定された片持ち梁型とすることができる。
【００９０】
このように、アクチュエータ１０１の駆動方式を変えた場合においても、アクチュエータ１０１を片持ち梁とすることにより、構造を簡素化し、省スペース化を可能とする。また、片持ち梁とすることにより、応力を開放し、バネ力を下げることができるため、低電圧で高速に駆動することが可能である。
【００９１】
なお、本発明電気機械スイッチにおいては、図４３に本発明実施の形態１における電気機械スイッチの制御回路のブロック図に示すように、入力信号電力値を検出する信号電力検出器１１２など機構を備え、セルフアクチュエーションが発生する電力、および少なくとも2W以上の大電力の信号が入力された場合のみ制御信号生成器１１３などによりアクチュエータ１０１を駆動するよう制御し、セルフアクチュエーションを回避することができる。
【００９２】
また、本実施の形態においては、セルフアクチュエーションを利用してスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることが可能である。ＯＮ時には、アクチュエータ１０１による可動電極１０２の固定を外し、可動電極１０２をセルフアクチュエーションにより、下方へ駆動させる。一方ＯＦＦ時には、アクチュエータ１０１により、可動電極１０２を固定し、可動電極１０２を上方へ固定する。
【００９３】
この場合、スイッチは入力信号電力により駆動するため、別途駆動電源を必要とせず、デバイスの低消費電力化、小型化に貢献する。また、セルフアクチュエーションによるＯＮ／ＯＦＦの切り替え、および駆動電源によるＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、セルフアクチュエーションの有無などに応じて、切り替えることが可能である。図４３に示すように、電力検出器１１２により、セルフアクチュエーションが起こる電力が検出された場合、制御信号生成器１１３により、ＯＦＦ時のみアクチュエータ１０１を駆動させる。一方セルフアクチュエーションが起こらない電力の信号が検出された場合、制御信号生成器１１３により、ＯＮ時に可動電極１０２と固定電極１０３間に電圧を印加することが可能である。
【００９４】
また、本実施の形態においては、アクチュエータ１０１の可動電極１０２側のみに駆動電極１０８を設け、ＯＦＦ時の可動電極固定時のみ静電力により駆動力を与え、ＯＮ時はアクチュエータ１０１のバネ力のみで駆動させることが可能である。また逆に、アクチュエータ１０１の外側のみに駆動電極１０８を設け、ＯＮ時の可動電極開放時のみ静電力により駆動力を与え、ＯＦＦ時はアクチュエータ１０１のバネ力のみで駆動させることが可能である。このように、ＯＮ時もしくはＯＦＦ時のみアクチュエータ１０１に駆動力を与えることができるように、可動電極１０１に対して片側のみの配置を含めた駆動電極１０８の配置および駆動制御方法を様々に変えることが可能である。
【００９５】
また、電気機械スイッチ９００および１０００においては、ＯＦＦ時の可動電極固定時のみ圧電アクチュエータにより駆動力を与え、ＯＮ時はアクチュエータ１０１および駆動部１０９のバネ力のみで駆動させることが可能である。また逆に、ＯＮ時の可動電極開放時のみ圧電アクチュエータにより駆動力を与え、ＯＦＦ時はアクチュエータ１０１および駆動部１０９のバネ力のみで駆動させることが可能である。このように、ＯＮ時もしくはＯＦＦ時のみ駆動部１０９のアクチュエータ１０１に駆動力を与えることができるよう、駆動部１０９の構造および駆動制御方法を様々に変えることが可能である。
【００９６】
また、本実施の形態においては、アクチュエータ１０１の駆動方向が、基板に対して水平方向の場合を示したが、駆動方向は垂直方向を含めた様々な方向が可能であり、所望とする方向に所望の駆動力がアクチュエータ１０１に加わるように駆動電極１０８の配置、駆動部１０９の構造および駆動制御方法を変えることが可能である。
【００９７】
また、本実施の形態においては、電気機械スイッチの等価回路上で可変容量が伝送線路に対して、直列に接続された構成のスイッチ（シリーズ型スイッチ）について説明を行ったが、可変容量が伝送線路に対して並列に接続され、その先は接地へと接続された構成のスイッチ（シャント型スイッチ）においても、本発明は適用可能である。シャント型スイッチにおいては、シリーズ型スイッチとＯＮ、ＯＦＦ時における可動電極の位置が逆になる。ＯＮ時においては可動電極が上方に位置し、可変容量のインピーダンスが高い状態にあるため、高周波信号は、そのまま伝送線路上を伝搬し出力される。逆にＯＦＦ時においては可動電極が下方に位置し、可変容量のインピーダンスが低い状態にあるため、高周波信号は、可変容量側を介して接地へと伝搬する。よって、出力側へは信号は伝搬されない。このようにして、シャント型スイッチは、信号の伝播経路の開閉を行う。本発明の可動電極固定機構は、シャント型スイッチにおいてはＯＮ時に可動電極を固定すればよく、ＯＦＦ時に可動電極を開放すればよい。このように、本発明の可動電極固定機構は、シリーズ型スイッチ、シャント型スイッチを含む様々な方式の電気機械スイッチに適用可能である。
【００９８】
また、本実施の形態においては、アクチュエータ１０１の駆動機構を設けたが、可動電極１０２に入力された信号電力によるアクチュエータ１０１のセルフアクチュエーションを利用して、可動電極１０２を固定してもよい。例えば、5V以上の電力の信号が可動電極１０２に入力され、可動電極１０２が下部電極１０３の方向へセルフアクチュエーションしてしまう場合に、同時にアクチュエータ１０１も可動電極１０２の方向へセルフアクチュエーションする仕組みとし、可動電極１０２を固定することにより可動電極１０２のセルフアクチュエーションを回避することが可能である。
【００９９】
この場合、図２８、図２９に示したような駆動機構を有さない簡易な構造とすることができ、かつ駆動部１０９を具備する必要がないため、製造工程の簡素化、低コスト化が可能となる。また、構造の簡素化による省スペース化を可能とする。さらには、入力電力値に応じてスイッチの制御を行う必要がないため、図２５の電気機械スイッチの制御回路のブロック図に示したような、信号電力検出器１１２および制御信号生成器１１３を具備する必要がなく、制御回路の簡素化、低コスト化を図ることができる。
【０１００】
また、本実施の形態においては、可動電極１０２と固定電極１０３が、絶縁膜１０５を介した静電容量により、RF的結合を形成する容量結合型スイッチにおいて説明したが、絶縁膜１０５を具備せず、可動電極１０２と固定部電極１０３が直接接触することにより、信号の伝搬経路と形成するスイッチにも適用可能である。この様な仕組みのスイッチを、直流（DC）結合型スイッチと呼ぶ。この場合、可動電極１０２を固定電極１０３の方向へ駆動するための駆動電極が必要であり、例えば可動電極１０２の下方へ設けることが可能である。
【０１０１】
ここで、電気機械スイッチ１００の製造方法について説明する。以下に示す、図３０（ａ）乃至（ｃ）および図３１（ａ）乃至（ｂ）は、本発明の実施の形態１における電気機械スイッチの製造工程を段階的に説明する断面図である。先ず図３０（ａ）に示すように、Si、GaAsなどの基板１０７上に、SiO2、Si3N4などの絶縁層１０６を熱酸化やスパッタなどにより形成する。次に、固定電極１０３となるAl、Auなどの導電性材料をスパッタやCVD（Chemical Vapor Deposition）などにより形成した後、固定電極１０３となる材料の上に電子線ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなどにより固定電極１０３のパターンニングを施したレジストを形成し、ドライエッチングにより成形、レジストをアッシングなどにより除去する。
【０１０２】
さらにその上に、絶縁膜１０５となるSiO2、Si3N4などの絶縁材料をスパッタやCVDなどにより形成した後、絶縁膜１０５となる材料の上に電子線ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなどにより絶縁膜１０５のパターンニングを施したフォトレジストを形成し、ドライエッチングにより成形、レジストをアッシングなどにより除去する。
【０１０３】
次に図３０（ｂ）に示すように、ポスト部１０４となるSiO2、Si3N4、Al、Auなどの材料をスパッタやCVDなどにより形成した後、ポスト部１０４となる材料の上に電子線ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなどにより、ポスト部１０４のパターンニングを施したフォトレジストを形成し、ドライエッチングにより成形、レジストをアッシングなどにより除去する。図３０（ｃ）においては、犠牲層１１０となるフォトレジストなどの材料を形成する。この場合、犠牲層１１０上面の基板１０７からの高さは、ポスト部１０４の基板１０７からの高さと同等が望ましい。
【０１０４】
また、犠牲層１１０形成後にポスト部１０４上に犠牲層１１０の材料の残留がないように、犠牲層１１０をポスト部１０４と同じマスクパターンを用いて電子線ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなどによりパターニングし、ポスト部１０４上の犠牲層１１０の材料を現像などにより除去するのが望ましい。
【０１０５】
次に図３１（ａ）に示すように、可動電極１０２およびアクチュエータ１０１となるAl、Auなど導電性材料をスパッタやCVDなどにより形成した後、可動電極１０２およびアクチュエータ１０１となる材料の上に、電子線ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなどにより、可動電極１０２およびアクチュエータ１０１のパターンニングを施したレジストを形成し、ドライエッチングにより成形、レジストをアッシングなどにより除去する。最後に、犠牲層１１０をアッシングにより除去し、図３１（ｂ）に示すような可動電極１０２およびアクチュエータ１０１の中空構造を作製する。
【０１０６】
前記電気機械スイッチ２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００は、本発明実施の形態１における電気機械スイッチ１００の製造方法と同様な製造方法で作製可能である。
【０１０７】
なお、電気機械スイッチ２００、４００のように、横断面からみたアクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造が、三角型、くさび型である場合には、図３１（ａ）のアクチュエータ１０１のドライエッチング工程において、異方性エッチングを組み合わせることにより成形可能である。例えば、三角型の場合、第一段階である方向へテーパをかけてエッチングし、第二段階で逆方向へテーパをかけてエッチングすることにより、形成される。また、くさび型においては、一方方向へテーパをかけてエッチングすればよい。
【０１０８】
異方性エッチングは、ドライエッチングの条件により制御可能であり、パワー、ガス混合比、ガス圧、温度、エッチャントなどによりエッチング形状が変化する。また、アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造が、多角型を含む角型、丸型などの構造である場合においても、同様の方法で成形可能である。
【０１０９】
また、電気機械スイッチ３００、４００のように、アクチュエータ１０１と可動電極１０２をオフセットかけて形成する場合には、図３０（ｃ）の工程において、犠牲層１１０となるフォトレジストを電極１０３による段差が形成されるように、スピンコートすればよい。フォトレジストのスピンコートは、回転数が大きい程、固定電極１０３のような段差上での膜減りが大きく、基板全面でのフォトレジストの高さが定常的となる。一方、回転数が小さい程下地の凹凸の影響を受け易くなり、フォトレジスト表面に段差が生じる。このようにして、フォトレジストの段差を制御することが可能である。
【０１１０】
また、電気機械スイッチ５５０のように、上面からみたアクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造が三角型である場合には、図３１（ａ）の電子線ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなどによるアクチュエータ１０１のレジストパターンニングにおいて、マスクパターンを変えることにより形成可能である。また、アクチュエータ１０１の可動電極１０２との接触部の構造が、くさび型を含む角型、丸型などの構造の場合においても、同様の方法で作製可能である。
【０１１１】
このように、電気機械スイッチ１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００によれば、従来実現困難であった電気機械スイッチにおける可動電極固定機構を実現し、高い電力の信号に適用可能でかつ高信頼性の電気機械スイッチを提供する。
【０１１２】
なお、本発明電気機械スイッチは、無線通信用電気回路のみならず、様々な用途の電気回路に適用可能である。
また、本発明電気機械スイッチは、無線通信端末のみならず、様々な用途の電気機器に適用可能である。
【０１１３】
（実施の形態１７）
図３２は、本発明実施の形態１７における電気機械スイッチの構成を示す上面図、図１７（ａ）は、図３２におけるＡ−Ａ’断面を示しており、本発明実施の形態１７における電気機械スイッチのセルフアクチュエーションが発生していない場合の構成を示す横断面図である。図３２および図３３（ａ）に示す電気機械スイッチ１３００では、表面に絶縁層１０６が形成された基板１０７上に、固定電極１０３および絶縁膜１０５、ポスト部１０４上で中空に架橋された梁である可動電極１０２、および可動電極１０２の下方に形成されたステー１０９が設けられている。可動電極１０２と固定電極１０３は、平行板コンデンサと同じ要領でキャパシターを形成している。
【０１１４】
電気機械スイッチ１３００におけるスイッチングの仕組みを説明する。
スイッチがＯＦＦの状態においては、可動電極１０２は上方に位置し、固定電極１０３との間にエアーギャップを介した静電容量の小さい状態にある。この場合、交流的にインピーダンスの高い状態となり、高周波信号は可動電極１０２、固定電極１０３間を伝播することができない。一方スイッチがＯＮの状態においては、可動電極１０２と固定電極１０３の間に電圧を印加し、静電力により可動電極１０２を下方へ駆動させる。下方へ駆動した可動電極１０２は固定電極１０３と接触し、固定電極１０３との間に絶縁膜１０５を介して静電容量の大きな状態を形成する。この場合、交流的にインピーダンスの低い状態となり、高周波信号は可動電極１０２、固定電極１０３間を伝播することができるようになる。このようにして、可動電極１０２または固定電極１０３に伝播してきた信号の伝播経路の開閉を行うわけである。
【０１１５】
このような従来の電気機械スイッチに見られる構成では、ＯＦＦ時に可動電極１０２または固定電極１０３に信号が入力された場合、信号の電力により可動電極１０２と固定電極１０３との間に電位差が生じ、駆動電圧を別途印加していないにも関わらず、可動電極１０２が自動的に下方へ駆動してしまう現象が生じることがある。これをセルフアクチュエーションと呼ぶ。セルフアクチュエーションは、大電力の信号入力時や、高速応答・低電圧駆動を実現するため、可動電極１０２のバネ力を低くした場合に問題となり、電気機械スイッチの誤作動や耐久性の劣化の原因となる。本発明においてはこのセルフアクチュエーションを回避するために、ＯＦＦ時の可動電極固定機構を提示する。
【０１１６】
この電気機械スイッチ１３００における可動電極固定機構の仕組みについて説明する。図３３（ｂ）は、本発明実施の形態２における電気機械スイッチのセルフアクチュエーション回避時の構成を示す横断面図である。図３３（ａ）に示す状態においては、セルフアクチュエーションは起こっておらず、可動電極１０２の架橋部の長さはポスト部１０４間の長さlである。一方図３３（ｂ）に示すセルフアクチュエーションが発生した場合では、可動電極１０２は下方に駆動する。ここで、セルフアクチュエーションによる可動電極１０２の駆動を止めるには、セルフアクチュエーションによる駆動力に対し、可動電極１０２のバネ力を同等以上に高くすればよい。
【０１１７】
そこで、ステー１１１を可動電極１０２の下方へ設け、可動電極１０２がセルフアクチュエーションにより下方へ駆動した場合にステー１１１に接触し、可動電極１０２のバネ力が高くなる仕組みを提示する。可動電極１０２がステー１１１に接触した場合、可動電極１０２の架橋部の長さは、ステー１１１間の長さl’となり、セルフアクチュエーションが発生する初期状態である図３３（ａ）における可動電極１０２の架橋部の長さlと比較すると、短い長さになる。
【０１１８】
この場合、可動電極１０２の両持ち梁のバネ定数kは、（式１）に示すように架橋部の長さlの3乗の逆数に比例するため、架橋部の長さが短くなると3乗の指数でバネ定数が大きくなり、バネ力も大きくなるわけである。この効果により、セルフアクチュエーションが発生した可動電極１０２はステー１１１の位置より下方へは駆動できなくなり、セルフアクチュエーションを回避することができる。
【０１１９】
図３４（ａ）、図３４（ｂ）、図３４（ｃ）は、本発明実施の形態１７における電気機械スイッチの変形例の構成を示す上面図である。電気機械スイッチ１４００、１５００、１６００にそれぞれ示すように、ステー１１１のサイズは可動電極１０２の幅に対し、小さい、同等、大きいサイズであってよく、様々なサイズにすることが可能である。
【０１２０】
また、セルフアクチュエーション回避時における可動電極１０２の架橋部の長さl’を決めるステー１１１の位置は、可動電極１０２のバネ力が所望の値となるよう様々な位置に配置することが可能である。
また、ステー１１１の絶縁膜１０５からの高さは、所望のアイソレーションがとれるよう様々な高さにすることが可能である。
【０１２１】
（実施の形態１８）
図３５は、本発明実施の形態１８における電気機械スイッチの構成を示す上面図、図３６（ａ）、図３７（ａ）は、図３６におけるＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’断面を示しており、本発明実施の形態１８における電気機械スイッチにおけるセルフアクチュエーションが発生していない場合の構成を示す横断面図であり、図３６（ｂ）、図３７（ｂ）は図３５におけるＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’断面を示しており、本発明実施の形態１８における電気機械スイッチの変形例におけるセルフアクチュエーション回避時の構成を示す横断面図である。また、図３８（ａ）は、本発明実施の形態１８における電気機械スイッチの変形例におけるセルフアクチュエーションが発生していない場合の構成を示す上面図であり、図３８（ｂ）は、本発明実施の形態１８における電気機械スイッチの変形例におけるセルフアクチュエーション回避時の構成を示す上面図である。
【０１２２】
図３６（ａ）、図３７（ａ）は、図３８（ａ）のＡ−Ａ’断面、Ｂ−Ｂ’断面をそれぞれ示しており、図３６（ｂ）、図３７（ｂ）は、図３８（ｂ）のＡ−Ａ’断面、Ｂ−Ｂ’断面をそれぞれ示している。図３６、図３７、図３８に示すように、ステー１１１を中空構造とし、アクチュエータ１１１に接続することにより、ステー１１１を可動している。アクチュエータ１１１は、駆動電極１０８との間に発生する静電力により駆動する。この構成により、ステー１１１の位置調整や可動電極１０２の下方への出し入れを可能とする。
【０１２３】
図３９は、本発明実施の形態１８における電気機械スイッチの構成を示す上面図、図４０（ａ）は、図３９におけるＡ−Ａ’断面を示しており、本発明実施の形態１８における電気機械スイッチにおけるセルフアクチュエーションが発生していない場合の構成を示す横断面図であり、図４０（ｂ）は、図３９におけるＡ−Ａ’断面を示しており、本発明実施の形態１８における電気機械スイッチの変形例におけるセルフアクチュエーション回避時の構成を示す横断面図である。電気機械スイッチ２３００は、電気機械スイッチ１７００の変形例であり、固定電極１０３を可動電極１０２と平行に配置した構造になっている。固定電極１０３の配置が違う場合においても本実施の形態１３におけるセルフアクチュエーション回避方法の適用が可能である。
【０１２４】
なお、ステー１１１は、可動電極１０２の幅方向全域にわたって挿入することなく、一部に挿入するようにすることも可能である。
また、ステー１１１の可動電極１０２側の構造は、四角型、三角型、くさび型を含む角型、丸型など様々な構造とすることが可能である。
また、アクチュエータ１０１は、両持ち梁、片持ち梁を含めた様々な構造とすることができる。
【０１２５】
また、駆動電極１０８およびアクチュエータ１０１の構造は、平行電極構造、櫛歯電極構造を含む様々な構造とすることできる。
また、アクチュエータ１０１は、静電力駆動、圧電力駆動、または電磁力駆動を含む様々な駆動方式とすることができる。
また、ステー１１１は、セルフアクチュエーションの有無、入力信号電力の値に関わらず、常時可動電極１０２の下方へ挿入しておくことが可能である。
また、本発明電気機械スイッチにおいては、図４３の本発明実施の形態における電気機械スイッチの制御回路のブロック図に示すように、入力信号電力値を検出する信号電力検出器１１２などの機構を備え、セルフアクチュエーションが発生する電力および少なくとも2W以上の大電力の信号が入力された場合のみ制御信号生成器１１３などによりアクチュエータ１０１によりステー１１１を可動電極下方へ挿入するよう制御し、セルフアクチュエーションを回避することができる。
【０１２６】
また、本実施の形態１８においては、セルフアクチュエーションを利用してスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることが可能である。ＯＮ時には、アクチュエータ１０１による可動電極１０２の固定を外し、可動電極１０２をセルフアクチュエーションにより下方へ駆動させる。一方ＯＦＦ時には、アクチュエータ１０１により可動電極１０２を固定し、可動電極１０２を上方へ固定する。
【０１２７】
この場合、スイッチは入力信号電力により駆動するため、別途駆動電源を必要とせず、デバイスの低消費電力化、小型化に貢献する。また、セルフアクチュエーションによるＯＮ／ＯＦＦの切り替え、および駆動電源によるＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、セルフアクチュエーションの有無などに応じて切り替えることが可能である。図４３に示すように、電力検出器１１２によりセルフアクチュエーションが起こる電力が検出された場合、制御信号生成器１１３によりＯＦＦ時のみアクチュエータ１０１を駆動させる。一方セルフアクチュエーションが起こらない電力の信号が検出された場合、制御信号生成器１１３によりＯＮ時に可動電極１０２と固定電極１０３間に電圧を印加することが可能である。
【０１２８】
また、本実施の形態１８においては、アクチュエータ１０１の可動電極１０２側のみに駆動電極１０８を設け、ＯＦＦ時の可動電極固定時のみ静電力により駆動力を与え、ＯＮ時はアクチュエータ１０１のバネ力のみで駆動させることが可能である。また逆に、アクチュエータ１０１の外側のみに駆動電極１０８を設け、ＯＮ時の可動電極開放時のみ静電力により駆動力を与え、ＯＦＦ時はアクチュエータ１０１のバネ力のみで駆動させることが可能である。
【０１２９】
このように、ＯＮ時もしくはＯＦＦ時のみアクチュエータ１０１に駆動力を与えることができるよう、可動電極１０１に対して片側のみの配置を含めた駆動電極１０８の配置および駆動制御方法を様々に変えることが可能である。また、アクチュエータ１０１の駆動部に圧電アクチュエータを適用した場合は、ＯＦＦ時の可動電極固定時のみ圧電アクチュエータにより駆動力を与え、ＯＮ時はアクチュエータ１０１および駆動部のバネ力のみで駆動させることが可能である。また逆に、ＯＮ時の可動電極開放時のみ圧電アクチュエータにより駆動力を与え、ＯＦＦ時はアクチュエータ１０１および駆動部のバネ力のみで駆動させることが可能である。このように、ＯＮ時もしくはＯＦＦ時のみ、アクチュエータ１０１に駆動力を与えることができるように、駆動部の構造および駆動制御方法を様々に変えることが可能である。
【０１３０】
また、本実施の形態１８においては、アクチュエータ１０１の駆動振動方向が基板に対して水平方向の場合を示したが、駆動方向は垂直方向を含めた様々な方向が可能であり、所望とする方向に所望とする駆動力がアクチュエータ１０１に加わるよう駆動電極１０８の配置、駆動部の構造および駆動制御方法を変えることが可能である。
【０１３１】
また、実施の形態１８においては、電気機械スイッチの可動電極の構造が両持ち梁の場合で説明したが、片持ち梁を含む様々な構造とすることが可能である。
また、実施の形態１３においては、電気機械スイッチの等価回路上で可変容量が伝送線路に対して直列に接続された構成のスイッチ（シリーズ型スイッチ）において説明を行ったが、可変容量が伝送線路に対して並列に接続され、その先は接地へと接続された構成のスイッチ（シャント型スイッチ）においても本発明は適用可能である。
シャント型スイッチにおいては、シリーズ型スイッチとＯＮ、ＯＦＦ時における可動電極の位置が逆になる。ＯＮ時においては可動電極が上方に位置し、可変容量のインピーダンスが高い状態にあるため、高周波信号は、そのまま伝送線路上を伝搬し出力される。逆にＯＦＦ時においては可動電極が下方に位置し、可変容量のインピーダンスが低い状態にあるため、高周波信号は可変容量側を介して接地へと伝搬する。よって、出力側へは信号は伝搬されない。このようにして、シャント型スイッチは、信号の伝播経路の開閉を行う。
本発明の可動電極固定機構は、シャント型スイッチにおいては、ＯＮ時に可動電極を固定すればよく、ＯＦＦ時に可動電極を開放すればよい。このように、本発明の可動電極固定機構は、シリーズ型スイッチ、シャント型スイッチを含む様々な方式の電気機械スイッチに適用可能である。
【０１３２】
また、本実施の形態１８においては、可動電極１０２と固定電極１０３が、絶縁膜１０５を介した静電容量により、RF的結合を形成する容量結合型スイッチにおいて説明したが、絶縁膜１０５を具備せず、可動電極１０２と固定電極１０３が直接接触することにより、信号の伝搬経路と形成するスイッチにも適用可能である。この様な仕組みのスイッチを、直流（DC）結合型スイッチと呼ぶ。この場合、可動電極１０２を固定電極１０３の方向へ駆動するための駆動電極が必要であり、例えば可動電極１０２の下方へ設けることが可能である。
【０１３３】
ここで、電気機械スイッチ１３００の製造方法について説明する。以下図４１（ａ）乃至（ｃ）および図４２（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の実施の形態１７における電気機械スイッチの製造工程を段階的に説明する断面図である。先ず図４１（ａ）に示すように、Si、GaAsなどの基板１０７上に、SiO2、Si3N4などの絶縁層１０６を熱酸化やスパッタなどにより形成する。次に、第２の電極としての固定電極１０３となるAl、Auなどの導電性材料をスパッタやCVD（Chemical Vapor Deposition）などにより形成した後、固定電極１０３となる材料の上に電子線ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなどにより、固定電極１０３のパターンニングを施したレジストを形成し、ドライエッチングにより成形、レジストをアッシングなどにより除去する。
【０１３４】
さらにその上に、絶縁膜１０５となるSiO2、Si3N4などの絶縁材料をスパッタやCVDなどにより形成した後、絶縁膜１０５となる材料の上に電子線ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなどにより絶縁膜１０５のパターンニングを施したフォトレジストを形成し、ドライエッチングにより成形、レジストをアッシングなどにより除去する。
【０１３５】
次に図４１（ｂ）に示すように、ステー１１１となるSiO2、Si3N4などの材料をスパッタやCVDなどにより形成した後、ステー１１１となる材料の上に電子線ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなどにより、ステー１１１のパターンニングを施したフォトレジストを形成し、ドライエッチングにより成形、レジストをアッシングなどにより除去する。
【０１３６】
次に図２３（ｃ）に示すように、ポスト部１０４となるSiO2、Si3N4、Al、Auなどの材料をスパッタやCVDなどにより形成した後、ポスト部１０４となる材料の上に電子線ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなどにより、ポスト部１０４のパターンニングを施したフォトレジストを形成し、ドライエッチングにより成形、レジストをアッシングなどにより除去する。
【０１３７】
図４２（ａ）においては、犠牲層１１０となるフォトレジストなどの材料を形成する。この場合、犠牲層１１０上面の基板１０７からの高さは、ポスト部１０４の基板１０７からの高さと同等が望ましい。また、犠牲層１１０形成後にポスト部１０４上に犠牲層１１０の材料の残留がないように、犠牲層１１０をポスト部１０４と同じマスクパターンを用いて電子線ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなどによりパターニングし、ポスト部１０４上の犠牲層１１０の材料を現像などにより除去するのが望ましい。
【０１３８】
次に図２４（ｂ）に示すように、可動電極１０２となるAl、Auなど導電性材料をスパッタやCVDなどにより形成した後、可動電極１０２およびアクチュエータ１０１となる材料の上に電子線ビームリソグラフィーやフォトリソグラフィーなどにより可動電極１０２のパターンニングを施したレジストを形成し、ドライエッチングにより成形、レジストをアッシングなどにより除去する。最後に、犠牲層１１０をアッシングにより除去し、図４２（ｃ）に示すような可動電極１０２の中空構造を作製する。
【０１３９】
電気機械スイッチ１４００、１５００、１６００は、本発明実施の形態１８における電気機械スイッチ１３００の製造方法と同様な製造方法で作製可能である。
【０１４０】
このように、電気機械スイッチ１３００、１４００、１５００、１６００によれば、従来実現困難であった電気機械スイッチにおける可動電極固定機構を実現し、高い電力の信号に適用可能でかつ高信頼性の電気機械スイッチを提供する。
なお、本発明の電気機械スイッチは、無線通信用電気回路のみならず、様々な用途の電気回路に適用可能である。
また、本発明の電気機械スイッチは、無線通信端末のみならず、様々な用途の電気機器に適用可能である。
また、本発明の電気機械スイッチは、固定電極を信号伝送線路として用いたが、可動電極を信号伝送線路として用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明に係る電気機械スイッチは、可動電極固定機構を具備することによりセルフアクチュエーションを回避することができ、高い電力の信号に適用可能でかつ高信頼性の電気機械スイッチおよびそれを用いた電気機器として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明実施の形態１における電気機械スイッチの構成を示す上面図
【図２】図１におけるＡ−Ａ’断面を示す図
【図３】（ａ）本発明実施の形態１における電気機械スイッチのＯＮ状態の構成を示す横断面図、（ｂ）図３（ａ）の電気機械スイッチのＯＦＦ状態の構成を示す横断面図
【図４】（ａ）本発明実施の形態１における電気機械スイッチの等価回路を示す図、（ｂ）電気機械スイッチの可動電極とアクチュエータの接触部の構成を示す上面図
【図５】本発明実施の形態１における電気機械スイッチの制御手順を示す図
【図６】本発明実施の形態２における電気機械スイッチの構成を示す上面図
【図７】（ａ）本発明実施の形態２における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す横断面図、（ｂ）図７（ａ）の電気機械スイッチのＯＦＦ状態の構成を示す横断面図
【図８】本発明実施の形態３における電気機械スイッチの構成を示す上面図
【図９】（ａ）本発明実施の形態３における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す横断面図、（ｂ）図９（ａ）の電気機械スイッチのＯＦＦ状態の構成を示す横断面図
【図１０】本発明実施の形態４における電気機械スイッチの構成を示す上面図
【図１１】本発明実施の形態４における電気機械スイッチの構成を示す上面図
【図１２】（ａ）本発明実施の形態４における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す横断面図、（ｂ）図１２（ａ）の電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図
【図１３】（ａ）本発明実施の形態４における電気機械スイッチの等価回路を示す図、（ｂ）電気機械スイッチの可動電極とアクチュエータの接触部の構成を示す上面図
【図１４】本発明実施の形態５における電気機械スイッチの構成を示す上面図
【図１５】（ａ）本発明実施の形態５における電気機械スイッチの等価回路を示す図、（ｂ）電気機械スイッチの可動電極とアクチュエータの接触部の構成を示す上面図
【図１６】本発明実施の形態５における電気機械スイッチの構成を示す上面図
【図１７】（ａ）本発明実施の形態５における電気機械スイッチの等価回路を示す図、（ｂ）電気機械スイッチの可動電極とアクチュエータの接触部の構成を示す上面図
【図１８】本発明実施の形態５における電気機械スイッチの等価回路を示す図
【図１９】（ａ）本発明実施の形態６における電気機械スイッチのＯＮ状態の構成を示す横断面図、（ｂ）図４（ａ）の電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図
【図２０】（ａ）本発明実施の形態７における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す横断面図、（ｂ）図２０（ａ）の電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図
【図２１】（ａ）本発明実施の形態８における図３の電気機械スイッチの変形例におけるＯＮ状態の構成を示す横断面図、（ｂ）図２１（ａ）の電気機械スイッチの変形例におけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図
【図２２】（ａ）本発明実施の形態９における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す横断面図、（ｂ）図２２（ａ）の電気機械スイッチのＯＦＦ状態の構成を示す横断面図
【図２３】（ａ）本発明実施の形態１０における図３の電気機械スイッチのＯＮ状態の構成を示す上面図、（ｂ）図２３（ａ）の電気機械スイッチのＯＦＦ状態の構成を示す上面図
【図２４】（ａ）本発明実施の形態１１における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す上面図、（ｂ）図２４（ａ）の電気機械スイッチのＯＦＦ状態の構成を示す上面図
【図２５】（ａ）本発明実施の形態１２における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す上面図、（ｂ）図２５（ａ）の電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図
【図２６】（ａ）本発明実施の形態１３における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す上面図、（ｂ）図２６（ａ）の電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図
【図２７】（ａ）本発明実施の形態１４における電気機械スイッチにおけるＯＮ状態の構成を示す上面図、（ｂ）図２７（ａ）の電気機械スイッチにおけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図
【図２８】（ａ）本発明実施の形態１５における図２３の電気機械スイッチの変形例におけるＯＮ状態の構成を示す上面図、（ｂ）図２８（ａ）の電気機械スイッチの変形例におけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図
【図２９】（ａ）本発明実施の形態１１における図２３の電気機械スイッチの変形例におけるＯＮ状態の構成を示す上面図、（ｂ）図２９（ａ）の電気機械スイッチの変形例におけるＯＦＦ状態の構成を示す横断面図
【図３０】本発明実施の形態１における図１の電気機械スイッチの製造工程を段階的に説明する断面図
【図３１】本発明実施の形態１における図１の電気機械スイッチの製造工程を段階的に説明する断面図
【図３２】本発明実施の形態１７における電気機械スイッチの構成を示す上面図
【図３３】（ａ）本発明実施の形態１７における電気機械スイッチのセルフアクチュエーションが発生していない場合の構成を示す横断面図、（ｂ）図３３（ａ）の電気機械スイッチのセルフアクチュエーション回避時の構成を示す横断面図
【図３４】（ａ）本発明実施の形態１７における図３３の電気機械スイッチの構成を示す上面図、（ｂ）図３０（ａ）の電気機械スイッチの変形例を示す上面図、（ｃ）図３０（ａ）の電気機械スイッチの変形例を示す上面図
【図３５】本発明実施の形態１８における電気機械スイッチの構成を示す上面図
【図３６】（ａ）本発明実施の形態１８における電気機械スイッチにおけるセルフアクチュエーションが発生していない場合の構成を示す横断面図、（ｂ）図３６（ａ）の電気機械スイッチにおけるセルフアクチュエーション回避時の構成を示す横断面図
【図３７】（ａ）本発明実施の形態１８における電気機械スイッチの変形例におけるセルフアクチュエーションが発生していない場合の構成を示す横断面図、（ｂ）図３７（ａ）の電気機械スイッチにおけるセルフアクチュエーション回避時の構成を示す横断面図
【図３８】（ａ）本発明実施の形態１８における電気機械スイッチの変形例におけるセルフアクチュエーションが発生していない場合の構成を示す上面図、（ｂ）図３８（ａ）の電気機械スイッチにおけるセルフアクチュエーション回避時の構成を示す上面図
【図３９】本発明実施の形態１８における電気機械スイッチの構成を示す上面図
【図４０】（ａ）本発明実施の形態１８における電気機械スイッチにおけるセルフアクチュエーションが発生していない場合の構成を示す横断面図、（ｂ）図４０（ａ）の電気機械スイッチにおけるセルフアクチュエーション回避時の構成を示す横断面図
【図４１】本発明実施の形態１９における電気機械スイッチの製造工程を段階的に説明する断面図
【図４２】本発明実施の形態１９における電気機械スイッチの製造工程を段階的に説明する断面図
【図４３】本発明実施の形態１および１９における電気機械スイッチの制御回路のブロック図
【符号の説明】
【０１４３】
１００、１９００、２４００、２０００、２５００、２１００、２６００、２００、３００、４００、５００、５５０、６００、７００、８００、９００、１０００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、２３００、１８００  電気機械スイッチ
１０１  アクチュエータ
１０２  可動電極
１０３  固定電極
１０４  ポスト部
１０５、１１４  絶縁膜
１０６  絶縁層
１０７  基板
１０８  駆動電極
１０９  駆動部
１１０  犠牲層
１１１  ステー
１１２  信号電力検出器
１１３  制御信号生成器
１１５  抵抗
１１６、１１７  機械共振器
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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