(57)【要約】【課題】可動部の非接触での制動を可能にする半導体装置を提供する。【解決手段】この半導体装置は、固定電極と、固定電極の主面と対向し、主面に沿い固定電極に対して相対的に移動可能な可動電極と、伸縮方向に移動可能なように可動電極を支持する弾性支持体とを備える。固定電極と可動電極のいずれか一方がエレクトレット電極である。固定電極および可動電極は、伸縮方向において複数の電極が周期的に形成されて成るものであり、固定電極および可動電極を構成する電極の形成周期は、可動電極が静止した状態から弾性支持体がもっとも圧縮されるまでの距離の２倍よりも小さくされる。可動電極が静止した状態において、主面を正面視したとき、可動電極は、固定電極と可動電極とがオーバーラップしない位置に配置され、可動電極が振動した状態において、固定電極と可動電極とがオーバーラップする状態が生じる。【選択図】図１
2018033239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極（１１）と、
前記固定電極の主面（１１ｂ）と対向し、前記主面に沿い、前記固定電極に対して相対的に移動可能な可動電極（１２）と、
伸縮方向に移動可能なように前記可動電極を支持する弾性支持体（１３）と、を備え、
前記固定電極と前記可動電極のいずれか一方がエレクトレット電極である半導体装置であって、
前記固定電極および前記可動電極は、前記伸縮方向において複数の電極が周期的に形成されて成るものであり、
前記固定電極および前記可動電極を構成する電極の形成周期は、前記可動電極が静止した状態から前記弾性支持体がもっとも圧縮されるまでの距離の２倍よりも小さくされ、
前記可動電極が静止した状態において、前記主面を正面視したとき、前記可動電極は、前記固定電極と前記可動電極とがオーバーラップしない位置に配置され、
前記可動電極が振動した状態において、前記固定電極と前記可動電極とがオーバーラップする状態が生じる半導体装置。
【請求項２】
前記可動電極は、前記固定電極に対して、前記伸縮方向に半周期だけずれて配置される請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記可動電極と前記弾性支持体とは一体的に形成され、同一の導電性材料により構成される請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記弾性支持体を支持するように前記弾性支持体が接続される枠体（１４）を備え、
前記枠体は、トレンチ（１４ａ）により、前記弾性支持体が接続される第１枠部（１４ｂ）と、前記第１枠部を除く第２枠部（１４ｃ）とに電気的に分離される請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記固定電極は、複数の電極が、前記伸縮方向に直交する方向にストライプ状に延設されて成り、
前記可動電極は、複数の電極が、前記伸縮方向に直交する方向にストライプ状に延設されて成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動のエネルギーを電力に変換する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への負荷の少ない発電の手段として、永久電気分極を保持する物質であるエレクトレットを用いる発電が注目されている。特許文献１に記載のように、エレクトレットを用いた発電装置では、エレクトレットにより形成される静電場によって、対向する電極に誘導電荷を生じさせ、エレクトレットと対向電極の重なり面積を変化させることにより、対向電極に接続された外部回路に交流電流を発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２６００３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、特許文献１には、固定されたエレクトレットに対して相対的に可動する可動電極について、振動による過度な移動を制限するためのストッパが設けられた半導体装置が開示されている。ストッパは可動電極が形成された可動体と接触することで可動体の移動を制限する。ストッパと可動体との接触が続くと、ストッパおよび可動体に衝突によるダメージが蓄積されていく。このダメージは半導体装置の信頼性の低下を招く虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、可動部の非接触での制動を可能にする半導体装置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】
【０００６】
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、固定電極（１１）と、固定電極の主面（１１ｂ）と対向し、主面に沿い、固定電極に対して相対的に移動可能な可動電極（１２）と、伸縮方向に移動可能なように可動電極を支持する弾性支持体（１３）と、を備え、固定電極と可動電極のいずれか一方がエレクトレット電極である半導体装置であって、
固定電極および可動電極は、伸縮方向において複数の電極が周期的に形成されるものであり、
固定電極および可動電極の形成周期は、可動電極が静止した状態から弾性支持体がもっとも圧縮されるまでの距離の２倍よりも小さくされ、
可動電極が静止した状態において、主面を正面視したとき、可動電極は、固定電極と可動電極とがオーバーラップしない位置に配置され、
可動電極が振動した状態において、固定電極と可動電極とがオーバーラップする状態が生じる。
【０００８】
これによれば、可動電極が半周期より大きく変位するとき、弾性支持体のバネ定数による、変位に対して線形の制動に加えて、可動電極と固定電極との間に生じる静電容量による、変位に対して非線形の力学的な力が制動力に付加される。すなわち、可動電極が半周期より大きく変位するとき、弾性支持体のみによる復元力よりも大きな復元力を生じさせることができる。このため、従来のようにストッパを設けることなく可動電極の移動を制限することができるから、ストッパとの衝突による可動電極あるいは可動電極を保持する可動体の破損を生じることがない。つまり、衝突によるダメージを抑制しつつ可動部の制動を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態における可動電極および固定電極の構造を示す上面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線の沿う断面図であり、可動電極および固定電極の構造を示す図である。
【図３】可動電極の変位と静電容量の関係を示す図である。
【図４】可動電極の運動モデルを示す図である。
【図５】可動電極の運動モデルを簡単化した図である。
【図６】可動電極の変位と可動電極に加わる力の関係を示す図である。
【図７】変形例における可動電極の構造を示す上面図である。
【図８】第２実施形態における可動電極および固定電極の構造を示す断面図である。
【図９】その他の実施形態における可動電極および固定電極の構造を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。
【００１１】
（第１実施形態）
最初に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る半導体装置の概略構成について説明する。なお、図１は上面図であるが、構成要素の認識容易性のためハッチングを施している。
【００１２】
この半導体装置は、例えば日常的に発生する振動のエネルギーを電力に変換する装置である。この半導体装置は、例えば車両に搭載され、車両の振動により発電された電力を車載センサの電源とすることによって、車載センサに電池などの外部電源を接続することなく、ハーネスレスでの駆動を実現することができる。
【００１３】
図１および図２に示すように、半導体装置１００は、導電性基板１０と、導電性基板１０上に固定された固定電極１１と、固定電極１１の主面１１ｂに対向する位置に配置された可動電極１２と、可動電極１２に取り付けられ可動電極１２を支持するバネ構造体１３と、可動電極１２および固定電極１１を取り囲んで保護するように配置された枠部１４を備えている。可動電極１２はバネ構造体１３を介して枠部１４に支持され、バネ構造体１３の伸縮によって枠部１４および固定電極１１に対して相対的に移動可能になっている。
【００１４】
導電性基板１０は例えばシリコンを主成分とする基板である。図２に示すように、導電性基板１０の一面には固定電極１１を構成する複数の電極１１ａが固定されている。導電性基板１０は、基準電位（例えばグランド電位）に接続され、接続される負荷２００に対して基準電位を与える。また、導電性基板１０は絶縁膜１５を介して後述の枠部１４が固定されている。すなわち、導電性基板１０は枠部１４ないしは可動電極１２を支持する機能も有している。
【００１５】
固定電極１１は、図１および図２に示すように、複数の電極１１ａがストライプ状に基板１０上に形成されて成る。本実施形態における電極１１ａはエレクトレットであり、コロナ放電や電子ビーム照射、Ｘ線チャージングなどの方法により帯電した状態にある。電極１１ａに電荷が保持されることによって固定電極１１を構成する電極１１ａのまわりには静電場が生じており、対向する可動電極１２および誘導性基板１０に誘導電荷を生じさせる。固定電極１１を構成する電極１１ａは、一方向に長い直方体であり、短手方向に所定の間隔で並んでストライプ状になっている。つまり、固定電極１１は電極１１ａが短手方向に周期的に並んだ構造となっている。電極１１ａの短手方向の長さ（以下、幅という）はｗである。
【００１６】
可動電極１２は、固定電極１１の主面１１ｂに対向して配置された電極であり、複数の電極１２ａがストライプ状に形成されて成る。可動電極１２は例えばシリコンを主成分として構成されている。可動電極１２を構成する電極１２ａは、固定電極１１を構成する電極１１ａと同様に、一方向に長い直方体であり、短手方向に所定の間隔で並んでストライプ状になっている。つまり、可動電極１２は電極１２ａが短手方向に周期的に並んだ構造となっている。電極１２ａの長手方向は電極１１ａの長手方向と一致しており、図１に示すように、電極１２ａと電極１１ａは互い違いの状態になることができるとともに、可動電極１２が電極１２ａの短手方向に移動することによって、電極１２ａと電極１１ａとがオーバーラップした状態になることもできるようになっている。
【００１７】
可動電極１２を構成する複数の電極１２ａは、図１に示すように、長手方向の端部で互いに繋がっており、全体として一体の可動電極１２として形成されている。換言すれば、可動電極１２は、固定電極１１の主面１１ｂを正面視したとき、固定電極１１が可視状態となるように梯子状にくり貫かれた状態となっている。つまり、可動電極１２は、いわゆる虫籠窓のような形態となっている。
【００１８】
本実施形態における電極１２ａの幅は、固定電極１１を構成する電極１１ａの幅と同一のｗである。そして、図１または図２に示すような、電極１２ａが、隣り合う電極１１ａのちょうど中央に位置するような状態においては、電極１１ａと電極１２ａの短手方向の離間距離はｓである。すなわち、固定電極１１を構成する電極１１ａの短手方向の形成周期は２ｗ＋２ｓである。また、可動電極２１を構成する電極１２ａの短手方向の形成周期も２ｗ＋２ｓである。
【００１９】
可動電極１２は、電極１２ａの短手方向に移動可能になっており、固定電極１１に対して相対的に移動する。よって、図１および図２のように、電極１１ａと電極１２ａとがオーバーラップしない状態と、電極１１ａと電極１２ａとがオーバーラップする状態とがある。主面１１ｂを正面視したときに電極１１ａが完全に電極１２ａに隠れる状態が、固定電極１１と可動電極１２との間の静電容量が最大（Ｃｍａｘ）の状態であり、エレクトレットが生じる静電場は、可動電極１２に最も多くの電荷を誘導する。一方、図１および図２に示すように、電極１２ａが、隣り合う電極１１ａのちょうど中央に位置するような状態は、主面１１ｂを正面視したときに、電極１１ａと電極１２ａとが最も離間する状態であり、固定電極１１と可動電極１２との間の静電容量が最小（Ｃｍｉｎ）の状態である。
【００２０】
バネ構造体１３は、特許請求の範囲に記載の弾性支持体に相当し、電極１２ａの短手方向に伸縮可能に構成されることによって可動電極１２を移動可能に支持している。バネ構造体１３は、可動電極１２を構成する電極１２ａの短手方向、すなわち並設方向の両端部に、それぞれ１つずつ形成されており、あわせて２つのバネ構造体１３が可動電極１２を支持している。バネ構造体１３は、枠部１４と可動電極１２とを仲介している。つまり、可動電極１２は、バネ構造体１３を介して枠部１４に支持されている。前述したように、枠部１４は絶縁膜１５を介して導電性基板１０に固定されている。よって、可動電極１２は、導電性基板１０、ひいては固定電極１１と、枠部１４に対して相対的に移動できるようになっている。
【００２１】
バネ構造体１３は、電極１２ａの短手方向に伸縮するようになっていればどのような弾性構造を採用しても良いが、本実施形態では、例えばフォールデッドスプリング方式あるいはダブルフォールデッドスプリング方式のバネ構造となっている。図１に示すように、バネ構造体１３は、菱型のシリコン板を、外枠を残すように中央をくり貫くことによって弾性を生じさせる。バネ構造体１３は、その伸縮方向において枠部１４と可動電極１２との間に介在している。半導体装置１００に外力が加わらず、可動電極１２が静止しているとき、バネ構造体１３の伸縮方向の幅はｌである。
【００２２】
なお、本実施形態においては、可動電極１２、バネ構造体１３、枠部１４はいずれもシリコンを主成分とする導電体であり、一体的に形成されている。具体的には、一枚のシリコン板をパターニングすることにより、梯子状の可動電極１２、バネ構造体１３、およびそれらを取り囲む枠部１４を同一の工程で形成する。
【００２３】
なお、外部の負荷２００は、図２に示すように、前述の導電性基板１０と枠部１４との間に接続される。枠部１４はバネ構造体１３を介して可動電極１２と電気的に接続しているので、負荷２００は実質的に可動電極１２と導電性基板１０との間に接続される。可動電極１２は、外部から振動が加わるとバネ構造体１３の伸縮方向に振動し、エレクトレットによる静電場によって電荷が誘導される。可動電極１２に誘導された電荷が負荷２００を流れる。
【００２４】
本実施形態では、上記したように、半導体装置１００に外力が加わらず、可動電極１２が静止しているとき、バネ構造体１３の伸縮方向の幅はｌであり、このとき、電極１２ａが、隣り合う電極１１ａのちょうど中央に位置するような状態である。すなわち、可動電極１２が静止しているとき、可動電極１２と固定電極１１はオーバーラップしていない。また、バネ構造体１３の伸縮方向の幅ｌは、バネ構造体１３が最も圧縮されるときの可動電極１２の変位量とほぼ等しい。
【００２５】
さらに、本実施形態における半導体装置１００は、固定電極１１を構成する電極１１ａ、あるいは、可動電極１２を構成する電極１２ａの形成周期（２ｗ＋２ｓ）が、バネ構造体１３の伸縮方向の幅はｌの２倍（２ｌ）よりも小さくされている。すなわち、ｗ＋ｓ＜ｌの関係を満たすようになっている。
【００２６】
次に、図３〜図５を参照して、可動電極１２の運動について説明する。
【００２７】
まず、固定電極１１と可動電極１２との間の静電容量について説明する。
【００２８】
バネ構造体１３の伸縮方向をｘ方向としたとき、静電容量Ｃ（ｘ）は、図３に示すように変化する。図３に示す横軸は、電極１１ａと電極１２ａとが完全に重なった状態をｘ＝０として、可動電極１２が変位した距離を表し、縦軸は静電容量Ｃ（ｘ）を表している。図３に示すように、静電容量はｘ＝０において最大値Ｃｍａｘをとる。一方、図１および図２に示すように、電極１２ａが、隣り合う電極１１ａのちょうど中央に位置するような状態（ｘ＝ｗ＋ｓ）において最小値Ｃｍｉｎをとる。静電容量の実測値は、電極１１ａおよび電極１２ａの形成周期性から三角関数で近似できる。可動電極１２ａの可動域として想定される０≦ｘ≦ｗ＋ｓの範囲内では、とくに近似精度が高い。すなわち、静電容量は、数式１のように近似できる。
【数１】
2018033239.tif 000003
【００２９】
数式１において、φは位相差に関する定数である。本実施形態では、可動電極１２が静止しているとき、電極１２ａが、隣り合う電極１１ａのちょうど中央に位置するような状態であるから、φ＝０である。また、以降の説明においては、変位ｘの定義について、電極１２ａが、隣り合う電極１１ａのちょうど中央に位置するような状態を改めてｘ＝０とし、電極１１ａと電極１２ａとが完全に重なった状態を改めてｘ＝ｗ＋ｓとする。
【００３０】
ところで、本実施形態における半導体装置１００は、図４に示すモデルとして運動を考察できる。すなわち、エレクトレットである固定電極１１および可動電極１２をパターニングしない構成に単純化するとともに、バネ構造体１３に相当するばね定数ｋのばねを備えたモデルである。固定電極１１はエレクトレットに起因する電荷を保持しており、その表面電位はＶｓである。導電性基板１０と可動電極１２との間には抵抗値がＲＬとされた負荷２００が接続されている。可動電極１２と固定電極１１との間には静電容量Ｃ（ｘ）が生じる。なお、ばねの伸縮方向をｘとし、可動電極１２は外力を受けてｘ方向に振動する。また、可動電極１２の移動に際して、空気抵抗やバネ構造体１３の伸縮に係る抵抗により可動電極１２の振動が減衰するが、これら減衰に係る減衰定数をｃとする。
【００３１】
図４に示すモデルを単純化したものが図５に示すモデルである。すなわち、表面電位および負荷２００の抵抗値をゼロとする。そして、負荷２００に替えて、固定電極１１と可動電極１２との間に電位差Ｖｓを生じさせる電源を設定する。
【００３２】
図５に示すモデルにおいて、外力ｆに対する可動電極１２の運動方程式は数式２のようになる。なお、可動電極１２の質量をｍとしている。
【数２】
2018033239.tif 000004
【００３３】
数式２において、右辺第１項は可動電極１２における慣性項である。第２項は減衰定数ｃにより規定される減衰項であり、可動電極１２の速度に比例する。第３項はバネ構造体１３による弾性項である。第４項は可動電極１２と固定電極１１との間に生じる静電場に起因する静電項である。
【００３４】
数式２に数式１を代入するとともに、φ＝πとし、Ａ＝（Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ）×π／２（ｗ＋ｓ）とすると、数式３のようになる。
【数３】
2018033239.tif 000005
【００３５】
さらに、数式３の右辺第４項をテイラー展開し、例えば４次の項以降を省略すると、数式３は数式４のように近似できる。
【数４】
2018033239.tif 000006
【００３６】
数式４において、右辺第３項は、可動電極１２の変位ｘに対して線形に働く力の項である。そして、その係数は、ばね定数ｋに較べて小さくなる。すなわち、バネ構造体１３のみの作用により可動電極１２が振動する形態に較べて、線形に作用する制動力は小さくなる。一方、数式４において、右辺第４項は、可動電極１２の変位ｘに対して非線形に働く力の項である。
【００３７】
次に、図６を参照して、本実施形態における半導体装置１００を採用することによる作用効果について説明する。
【００３８】
数式３において、とくに変位ｘに対して可動電極１２の復元に寄与する弾性項（第３項）と静電項（第４項）について図示したものが図６である。
【００３９】
弾性項のみの場合には、図６に破線で示すように、ばね定数ｋを比例定数として、変位ｘの増加にともなって線形に復元力が生じる。
【００４０】
弾性項に静電項による復元力が付加されると、図６に実線で示すように、所定の変位量までは弾性項のみの復元力に較べて小さな復元力となり、可動電極１２が所定の変位量よりも大きく変位すると弾性項のみの復元力に較べて大きな復元力が作用する。ここで、所定の変位量はｗ＋ｓに相当する。すなわち、本実施形態における可動電極１２は、変位が０≦ｘ≦ｗ＋ｓの範囲では、バネ構造体１３のみによる制動よりも弱い力で復元力を発現する（以下、ソフトスプリング効果と称する）。一方で、ｘ＞ｗ＋ｓの範囲では、バネ構造体１３のみによる制動よりも強い力で復元力を発現する（以下、ハードスプリング効果と称する）。ソフトスプリング効果は、数式４に示す第３項において、変位ｘに対する線形係数が、ばね定数ｋよりも小さくなることによる。ハードスプリング効果は、数式４に示す第４項において、変位ｘに対する非線形項の寄与が大きくなることによる。
【００４１】
そして、本実施形態における半導体装置１００は、バネ構造体１３の最大圧縮量であるｌよりもｗ＋ｓが小さくされている。よって、バネ構造体１３が最も圧縮される状態に至る前に、ハードスプリング効果を発揮することになるので、従来のようにストッパ等の接触型の制動装置を設けることなく、可動電極１２の非接触による制動を実現することができる。
【００４２】
また、変位が０≦ｘ≦ｗ＋ｓの範囲では、バネ構造体１３のみの場合に較べて復元力が小さくなるので、より小さい振動でも可動電極１２を振動させやすくなる。すなわち、発電の応答性を向上させることができる。
【００４３】
なお、本実施形態とは異なり、可動電極１２が静止している状態で可動電極１２と固定電極１１とが重なった状態を仮定すると、φ＝０であり、数式３において第４項の符号が逆転することになる。この場合、変位ｘに対する線形係数が、ばね定数ｋよりも大きくなってしまい、変位が０≦ｘ≦ｗ＋ｓの範囲でハードスプリング効果を生じる。さらに、変位がｘ＞ｗ＋ｓの範囲でソフトスプリング効果を生じる。すなわち、０≦ｘ≦ｗ＋ｓの範囲での可動電極１２の運動を阻害してしまう上、ｘ＞ｗ＋ｓの範囲で制動力を弱めてしまう。
【００４４】
このように、可動電極１２が静止した状態で、電極１２ａが隣り合う電極１１ａの中央近いより近い位置に配置されるほど、０≦ｘ≦ｗ＋ｓの範囲でのソフトスプリング効果、および、ｘ＞ｗ＋ｓの範囲でのハードスプリング効果を奏することができる。上記効果が最大の効果を発揮するのは、可動電極１２が静止した状態で、電極１２ａが、隣り合う電極１１ａのちょうど中央に位置にあるときである。すなわち、可動電極１２が、固定電極１１に対して、伸縮方向に半周期だけずれて配置されるときである。
【００４５】
加えて、本実施形態では、可動電極１２とバネ構造体１３とが一体的に形成され、同一の導電性材料（例えばシリコン）により構成されている。これによれば、バネ構造体に別途電気的接続用の配線を形成する場合に較べて接続信頼性を向上することができる。バネ構造体はほぼ常に伸縮動作しているため、バネ構造体の側面等に接続用配線を形成することは好ましくない。これに対して、本実施形態のように、バネ構造体１３自体が可動電極１２と電気的に接続されていることにより、接続信頼性を向上することができるものである。
【００４６】
（変形例）
第１実施形態においては、可動電極１２はバネ構造体１３を介して枠部１４に接続され、枠部１４が負荷２００に接続される。これにより、可動電極１２と負荷２００との電気的接続が確保されている。
【００４７】
ところで、枠部１４は導電性であるから、枠部１４と、絶縁膜１５を介した導電性基板１０との間で寄生容量を生じてしまう。つまり、振動に起因して可動電極１２が変位することで発電された電荷が該寄生容量への流出し、発電に対する応答性が低下してしまう虞がある。
【００４８】
これに対して、本変形例における半導体装置１１０は、図７に示すように、枠部１４がスリット１４ａにより、第１枠部１４ｂと第２枠部１４ｃとに分離されている。具体的には、枠部１４は、バネ構造体１３と電気的に接続される第１枠部１４ｂと、第１枠部１４ｂ以外の第２枠部１４ｃに、スリット１４ａにより分離されている。スリット１４ａは、枠部１４を貫通して絶縁膜１５に至るように形成されており、第１枠部１４ｂと第２枠部１４ｃとを電気的に分離する。とくに、スリット１４ａは、バネ構造体１３と枠部１４の接続部分近傍に形成され、固定電極１１の主面１１ｂを正面視したときの第１枠部１４ｂの面積は第２枠部１４ｃの面積よりも小さくされている。
【００４９】
これによれば、寄生容量として生じうる枠部１４の領域は第１枠部１４ｂによる比較的小さい領域であるから、スリット１４ａが形成されていない第１実施形態の半導体装置１００に較べて、寄生容量を小さくすることができる。すなわち、発電に対する応答性を向上することができる。
【００５０】
（第２実施形態）
上記した第１実施形態では、固定電極１１がエレクトレットである例を示したが、可動電極１２側にエレクトレットを採用しても良い。
【００５１】
図８に示すように、半導体装置１２０では、固定電極１１を構成する電極１１ａが例えばシリコンにより構成され、例えばシリコンを主成分とする導電性基板１０上に形成されている。一方、固定電極１１に対向する可動電極１２は、エレクトレットにより成る電極１２ａを有する。可動電極１２を構成する電極１２ａは例えばシリコンを主成分とする導電性基板１６に形成される。すなわち、可動電極１２は、導電性基板１６とエレクトレットである電極１２ａとが接合されて構成され、一体的に可動する。電荷はコロナ放電等の帯電手段により電極１２ａと導電性基板１６との界面に生じ、永久電気分極を生じる。
【００５２】
本実施形態でも、固定電極１１を構成する電極１１ａと、可動電極１２を構成する電極１２ａはストライプ状に形成され、それぞれの幅や形成周期は第１実施形態と同様である。可動電極１２と固定電極１１との相対的な位置関係および変位については第１実施形態と同一であるから、可動電極１２が静止した状態で、電極１２ａが、隣り合う電極１１ａのちょうど中央に位置にあるときに、０≦ｘ≦ｗ＋ｓの範囲でのソフトスプリング効果、および、ｘ＞ｗ＋ｓの範囲でのハードスプリング効果を奏する。
【００５３】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００５４】
上記した各実施形態では、固定電極１１を構成する電極１１ａがストライプ状に構成され、可動電極１２を構成する電極１２ａがストライプ状に構成される例について示したが、各電極１１ａ，１２ａの形状はストライプ状に限定されるものではない。例えば図９に示す半導体装置１３０では、固定電極１２が、くり貫かれた部分と残留する部分とで略市松状の格子構造を有している。そして、固定電極１１の一面１１ｂを正面視したとき、固定電極１１を構成する電極１１ａは、可動電極１２が静止した状態において、可動電極１２のくり貫かれた部分から視認できるように略市松状に形成されている。
【００５５】
この形態においても、可動電極１２の可動方向、すなわちバネ構造体１３の伸縮方向における電極１１ａの形成周期は２ｗ＋２ｓであり、電極１２ａの形成周期も２ｗ＋２ｓである。そして、可動電極１２が静止した状態で、電極１２ａが、隣り合う電極１１ａのちょうど中央に位置にあって、且つ、ｌ＞ｗ＋ｓを満たすように構成されていることにより、０≦ｘ≦ｗ＋ｓの範囲でのソフトスプリング効果、および、ｘ＞ｗ＋ｓの範囲でのハードスプリング効果を奏する。
【００５６】
また、上記した各実施形態では、エレクトレットに対向する電極の構成材料としてシリコンを例示したが、電極としての機能を奏すれば構成材料を限定するものではなく、例えば銅やアルミニウム、金を採用することもできる。また、電極を配置する導電性基板１０，１６においても、構成材料としてシリコンを例示したが、これはシリコンに限定されない。ただし、エレクトレットと接合する対象としての導電性基板は、エレクトレットとの界面において電荷の保持が容易な材料を選択することが好ましい。
【符号の説明】
【００５７】
１０…導電性基板，１１…固定電極，１２…可動電極，１３…バネ構造体（弾性支持体），１４…枠部，１５…絶縁膜
【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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