(57)【要約】【課題】従来のマイクロメカニカル共振器よりも高い周波数帯域の共振周波数を利用することが可能なマイクロメカニカル共振器を提供する。【解決手段】本発明に係るマイクロメカニカル共振器は、円筒形状の共振子２を具えている。共振子２は、基板７と平行な面内で振動することが可能に支持されている。又、共振子２の外周面又は内周面に対向して第１乃至第８電極30〜37が円陣に配置され、第１乃至第８電極30〜37と共振子２の外周面或いは内周面との間にギャップ部が形成されている。共振子２に主電圧を印加すると共に、第１乃至第８電極30〜37のうちの所定の複数の電極に高周波信号を入力することにより、共振子２が共振する。【選択図】図１
2008259100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板(７)上に、環状の共振子(２)と、該共振子(２)の外周面又は内周面に対向して円陣に配置された８つの電極(30)〜(37)とを具え、前記共振子(２)は、基板(７)と平行な面内で振動することが可能に支持され、前記８つの電極(30)〜(37)はぞれぞれ、前記共振子(２)の外周面或いは内周面との間にギャップ部を形成し、前記共振子(２)に主電圧を印加すると共に、前記８つの電極(30)〜(37)の内、所定の複数の電極へ高周波信号を入力することによって、該共振子(２)と該複数の電極との間に交番静電気力を発生させて共振子(２)に振動を与え、該共振子(２)と前記８つの電極(30)〜(37)との間の静電容量の変化を高周波信号として出力するマイクロメカニカル共振器。
【請求項２】
前記８つの電極(30)〜(37)は、前記共振子(２)の外周面に対向して配置されると共に、前記共振子(２)の内周面に対向して、バイアス電極(38)が配置され、該バイアス電極(38)にバイアス電圧を印加することが可能である請求項１に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項３】
前記８つの電極(30)〜(37)には、スイッチ回路を介して高周波信号入力回路(64)が接続され、該スイッチ回路の切り換えによって所定の複数の電極に高周波信号を入力することが可能となっている請求項１又は請求項２に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項４】
前記スイッチ回路は、前記８つの電極(30)〜(37)のそれぞれを、高周波信号入力回路(64)と高周波信号出力回路(63)の何れか一方の回路に切り換え可能に接続すべき８つのスイッチ素子(80)〜(87)から構成されている請求項３に記載のマイクロメカニカル共振器。
【請求項５】
前記８つの電極(30)〜(37)は、それらの配列の順番で交互に、高周波信号入力回路(64)と高周波信号出力回路(63)に接続されている請求項１又は請求項２に記載のマイクロメカニカル共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力された高周波信号を機械的な信号に変換した後に再び高周波信号に変換して出力する共振器に関し、特に、半導体分野における微細加工技術を利用して作製されるマイクロメカニカル共振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体分野における微細加工技術を利用して、微細な機械構造を電子回路と一体化して形成する、所謂マイクロエレクトロメカニカルシステム(ＭＥＭＳ)技術が開発されており、周波数フィルターや共振器への応用が検討されている。
【０００３】
図１０は、ＭＥＭＳ技術を用いた従来のマイクロメカニカル共振器を表している(非特許文献１、特許文献１)。該マイクロメカニカル共振器(120)は、基板(107)上に平板状の共振子(100)を具え、該共振子(100)は、両端部と中央部の３ヶ所に支持部(103)を有すると共に隣接する２つの支持部(103)(103)間に共振ビーム(102)を有している。各支持部(103)には支持ビーム(101)が突設され、各支持ビーム(101)の基端部はそれぞれアンカー(104)によって基板(107)に固定されている。これによって、共振子(100)は、基板(107)の表面から僅かに浮上した位置に保持されている。
【０００４】
又、基板(107)上には、共振子(100)の２つの共振ビーム(102)(102)との間に、入力電極(106)と出力電極(105)が配備され、一方の共振ビーム(102)と入力電極(106)の間、並びに他方の共振ビーム(102)と出力電極(105)との間に、所定のギャップ部Ｇが形成されている。そして、入力電極(106)には高周波電源(108)が接続されると共に、１つのアンカー(104)には主電圧電源(109)が接続されている。
【０００５】
アンカー(104)を介して共振子(100)に直流電圧Ｖｐを印加した状態で、入力電極(106)に高周波信号Ｖｉを入力すると、入力電極(106)と共振ビーム(102)との間に交番静電気力が発生し、該静電気力によって共振子(100)が基板(107)の表面と垂直な方向に振動する。この共振子(100)の振動により、共振子(100)と両電極(105)(106)との間に形成される静電容量が変化し、該静電容量の変化が出力電極(105)から高周波信号Ｉｏとして出力される。
【０００６】
又、図１１は従来の他のマイクロメカニカル共振器を表わしている(非特許文献２)。該マイクロメカニカル共振器(200)は、基板(207)上に、円筒形状の共振子(210)、出力電極(205)及び駆動電極(206)を具えている。又、該円筒形状の共振子(210)は、該円筒形状の共振子(210)の中心部にアンカー(204)を有し、該アンカー(204)を通って直交する２本の支持ビーム(201)を有している。
【０００７】
該円筒形状の共振子(210)の中央に形成された中空部は該支持ビーム(201)によって仕切られており、４つの扇形状の中空部が形成される。前記アンカー(204)は基板(207)に固定されており、アンカー(204)及び支持ビーム(201)によって、円筒形状の共振子(210)は基板(207)の表面から僅かに浮上した位置に保持されている。円筒形状の共振子(210)には、アンカー(204)及び支持ビーム(201)を介して、主電圧電源(209)が接続される。
【０００８】
又、円筒形状の共振子(210)に形成された４つの扇形状の中空部には、基板(207)から突設された４つの扇形状の駆動電極(206)〜(206)が配置されている。該４つの扇形状の駆動電極(206)〜(206)には高周波電源(208)が接続されている。更に、共振子(210)の外周面に対向して、２つの出力電極(205)(205)が配置されている。該２つの出力電極(205)(205)には出力回路(211)が接続される。
【０００９】
アンカー(204)及び支持ビーム(201)を介して円筒形状の共振子(210)に直流電圧Ｖｐを印加した状態で、４つの扇形状の駆動電極(206)〜(206)に高周波信号Ｖｉを入力すると、４つの扇形状の駆動電極(206)〜(206)と円筒形状の共振子(210)との間に交番静電気力が発生し、該静電気力によって円筒形状の共振子(210)が基板(207)の表面と平行な面内で振動する。円筒形状の共振子(210)の振動により、円筒形状の共振子(210)と２つの出力電極(205)(205)との間の静電容量が変化し、該静電容量の変化が２つの出力電極(205)(205)から高周波信号Ｉｏとして出力される。
【００１０】
【非特許文献１】M.U.Demirci  and  C.T.-C.Nguyen,  "Higher-Mode  Free-Free  Beam  Micromechanical  Resonators,"  Proceedings,  2003  IEEE  Int.  Frequency  Control  Symposium,  Tampa,  Florida,  May5-8,  2003,  pp.810-818.
【非特許文献２】S.−S.Li,  Y.-W.Lin,  Y.Xie,  Z.Ren,  and  C.T.-C.Nguyen,  "Micromechanical  “Hollow-Disk”  Ring  Resonators,"  Proceedings,  17th  Int.  IEEE  Micro  Electro  Mechanical  Systems  Conf.,  Maastricht,  The  Netherlands,  Jan.  25-29,  2004,  pp.821-824.
【特許文献１】特許第３７９０１０４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の如き従来のマイクロメカニカル共振器においては、１次の共振モードの他、２次の共振モード及び３次の共振モードなどの高次の共振モードが混在して発生する。又、共振する共振子の最大振幅での形状が異なる共振モードも発生させることが可能である。ＧＨｚ帯域の動作する高周波無線通信機器など、高い周波数領域でマイクロメカニカル共振器を利用する場合、上述の共振モードを利用することが可能である。
【００１２】
しかし、従来のマイクロメカニカル共振器では、高い周波数領域を得るために高次の共振モードでの共振周波数を利用する場合、高次の共振モードでの共振周波数の振幅が１次、２次などの低次の共振モードで得られる共振周波数の振幅に比べて非常に低かった。そのため、高次の共振モードで得られる共振周波数を利用することは非常に困難であった。
【００１３】
又、従来のマイクロメカニカル共振器において、共振する共振子の最大振幅での形状が異なる共振モードを利用した場合でも、高周波数帯域の共振周波数を得るためには高次の共振モードを利用する必要があった。しかし、それによって得られる共振周波数の振幅は１次、２次などの低次の共振モードで得られる共振周波数の振幅に比べて非常に低く、共振する共振子の最大振幅での形状が異なる共振モードでも高周波数帯域の共振周波数を利用することは非常に困難であった。
【００１４】
本発明の目的は、従来のマイクロメカニカル共振器よりも高い周波数帯域の共振周波数を利用することが可能なマイクロメカニカル共振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るマイクロメカニカル共振器は、基板(７)上に、環状の共振子(２)と、該共振子(２)の外周面又は内周面に対向して円陣に配置された第８つの電極(30)〜(37)とを具えている。前記共振子(２)は、前記基板(７)と平行な面内で振動することが可能に支持され、前記８つの電極(30)〜(37)はぞれぞれ該共振子(２)の外周面或いは内周面との間にギャップ部を形成している。
【００１６】
そして、前記共振子(２)に主電圧が印加されると共に、前記８つの電極(30)〜(37)の内、所定の複数の電極へ高周波信号が入力されることによって、該共振子(２)と該複数の電極との間に交番静電気力が発生し、該共振子(２)が振動する。この際、８つの電極(30)〜(37)の内、高周波信号を入力する電極を選択することにより、共振する共振子の最大振幅での形状が異なる共振モードで共振子(２)が共振する。
【００１７】
ここで、共振子(２)に沿って円陣に配置された前記８つの電極(30)〜(37)のそれぞれを順番に、第１電極(30)、第２電極(31)、第３電極(32)、第４電極(33)、第５電極(34)、第６電極(35)、第７電極(36)及び第８電極(37)とする。
【００１８】
第１乃至第８電極(30)〜(37)の内、第１電極(30)、第２電極(31)、第３電極(32)及び第４電極(33)に高周波信号を入力すると、共振子(２)の最大振幅での形状が基板(７)と平行な面内で膨張する形状の共振モードと、共振子(２)の最大振幅での形状が基板(７)と平行な面内で収縮する形状の共振モードで、該共振子(２)は共振する。以後、この共振モードをＡモードと称する。
【００１９】
又、第１電極(30)、第２電極(31)、第５電極(34)及び第６電極(35)に高周波信号を入力すると、共振子(２)の最大振幅での形状が、基板(７)と平行な面内で楕円形状となる共振モードで、該共振子(２)は共振する。以後、この共振モードをＢモードと称する。
【００２０】
更に、第１電極(30)、第３電極(32)、第５電極(34)及び第７電極(36)に高周波信号を入力すると、共振子(２)の最大振幅での形状が、基板(７)と平行な面内で該共振子(２)の中心点から前記第１乃至第８電極(30)〜(37)のそれぞれを臨む８方向が振動の腹となり、該共振子(２)の中心から第１電極(30)、第３電極(32)、第５電極(34)及び第７電極(36)を臨む方向の振幅が最大となる形状の共振モードで、該共振子(２)は共振する。以後、この共振モードをＣモードと称する。
【００２１】
Ａモード及びＢモードは、本発明のマイクロメカニカル共振器だけではなく、従来のマイクロメカニカル共振器においても実現できる共振モードであるが、Ｃモードは本発明のマイクロメカニカル共振器に特有の共振モードである。
【００２２】
Ｃモードで共振する共振子(２)では、共振する共振子の最大振幅での形状がＡモード及びＢモードで共振する共振子(２)よりも多くの腹を持つ。即ち、Ａモード及びＢモードで共振する共振子(２)から得られる共振周波数よりも、高い周波数帯域の共振周波数がＣモードで共振する共振子(２)から得られる。
【００２３】
従って、本発明のマイクロメカニカル共振器によれば、従来のマイクロメカニカル共振器よりも高い周波数帯域の共振周波数を得ることが可能となっている。
【００２４】
又、具体的構成において、前記第１乃至第８電極(30)〜(37)は、前記共振子(２)の外周面に対向して配置されると共に、前記共振子(２)の内周面に対向して、バイアス電極(38)が配置され、該バイアス電極(38)にバイアス電圧を印加することが可能となっている。
【００２５】
該具体的構成によれば、バイアス電極(38)にバイアス電圧を印加することにより、共振子(２)とバイアス電極(38)の間に静電気力が発生し、該静電気力によって共振子(２)は基板(７)の表面と平行な面内で引張力或いは圧縮力を受ける。この結果、共振子(２)の共振周波数が変化する。ここで、バイアス電圧は連続した値で調節が可能であるので、共振子(２)の共振周波数を連続的に微調整することが可能となっている。
【００２６】
他の具体的構成において、前記第１乃至第８電極(30)〜(37)には、スイッチ回路を介して高周波信号入力回路(64)が接続され、該スイッチ回路の切り換えによって所定の複数の電極に高周波信号を入力することが可能となっている。
【００２７】
該具体的構成によれば、第１乃至第８電極(30)〜(37)のうち、高周波信号を入力する電極の選択を行なうことが可能となり、共振子(２)の最大振幅での形状が異なる共振モードの選択が可能となっている。
【００２８】
又、他の具体的構成において、前記スイッチ回路は、前記第１乃至第８電極(30)〜(37)のそれぞれを、高周波信号入力回路(64)と高周波信号出力回路(63)の何れか一方の回路に切り換え可能に接続すべき８つのスイッチ素子(80)〜(87)から構成されている。
【００２９】
該具体的構成により、共振子(２)の最大振幅での形状が異なる共振モードの選択が可能であり、且つ共振子(２)の共振に応答した高周波信号を高周波信号出力回路(63)に接続された電極から得ることが可能となっている。
【００３０】
他の具体的構成において、前記第１乃至第８電極(30)〜(37)は、それらの配列の順番で交互に、高周波信号入力回路(64)と高周波信号出力回路(63)に接続されている。
【００３１】
該具体的構成によれば、共振子(２)を前記Ｃモードの共振モードで共振させることが出来る。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係るマイクロメカニカル共振器によれば、従来のマイクロメカニカル共振器よりも高い周波数帯域の共振周波数を利用することが可能となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
まず、本発明のマイクロメカニカル共振器を構成するマイクロメカニカル共振器本体(１)について、図１及び図２を用いて説明する。
基板(７)上に、円筒形の共振子(２)が配備され、基板(７)と平行な面内において該共振子(２)の中心点を通る直径線と該共振子(２)の外周面とが直交する該共振子(２)の外周面に、角柱状の支持ビーム(５)が突設されている。又、支持ビーム(５)の先端部は、基板(７)上に突設されたアンカー(４)に結合している。
【００３４】
図２に示すように、共振子(２)は、アンカー(４)及び支持ビーム(５)によって該基板(７)から僅かに浮上した位置で、基板(７)と平行な面内で振動することが可能に保持されている。
【００３５】
共振子(２)は、例えば外径１０μｍ、内径５μｍ及び厚さ５μｍの円筒形を呈している。又、該共振子(２)、アンカー(４)及び支持ビーム(５)の材料には、例えばシリコン、アルミニウムなどの導電材料が用いられる。基板(７)の材料には、例えばシリコン或いはガラスが用いられる。
【００３６】
共振子(２)の外周面に沿って、該共振子(２)の外周面に対向する位置に、第１電極(30)、第２電極(31)、第３電極(32)、第４電極(33)、第５電極(34)、第６電極(35)、第７電極(36)及び第８電極(37)がほぼ等間隔で円陣に配置されている。又、該共振子(２)と該第１乃至第８電極(30)〜(37)の間には所定のギャップ(例えば０.５〜１μｍ)が形成されている。該第１乃至第８電極(30)〜(37)の材料には、例えばシリコン、アルミニウムなどの導電材料が用いられる。
【００３７】
又、共振子(２)の内周には円柱形状のバイアス電極(38)が、基板(７)から突設されている。該共振子(２)と該バイアス電極(38)の間には所定のギャップ(例えば０.５〜１μｍ)が形成されている。又、バイアス電極(38)の材料には、例えばシリコン、アルミニウムなどの導電材料が用いられる。
【００３８】
＜第１実施例＞
図３を用いて、上述のマイクロメカニカル共振器本体(１)を用いた本発明のマイクロメカニカル共振器(11)の実施の第１形態について説明する。
該マイクロメカニカル共振器(11)は、前記マイクロメカニカル共振器本体(１)、スイッチ回路(９)、高周波信号入力回路(64)、バイアス電源(61)、主電圧電源(62)及び高周波信号出力回路(63)を具えている。
【００３９】
該マイクロメカニカル共振器本体(１)の一方のアンカー(４)には主電圧電源(62)が接続され、直流電圧Ｖｐが印加される。他方のアンカー(４)には高周波信号出力回路(63)が接続される。又、バイアス電極(38)にはバイアス電源(61)が接続され、直流電圧Ｖｂが印加されている。又、マイクロメカニカル共振器本体(１)の第１乃至第８電極(30)〜(37)が、スイッチ回路(９)を介して、高周波信号入力回路(64)に接続されている。
【００４０】
具体的には、スイッチ回路(９)は、それぞれオン／オフ式の第１スイッチ素子(90)、第２スイッチ素子(91)、第３スイッチ素子(92)、第４スイッチ素子(93)、第５スイッチ素子(94)、第６スイッチ素子(95)、第７スイッチ素子(96)、第８スイッチ素子(97)から構成されている。第１乃至第８スイッチ素子(90)〜(97)はそれぞれ独立してオン／オフすることが可能となっている。
【００４１】
そして、第１電極(30)が第１スイッチ素子(90)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第２電極(31)が第２スイッチ素子(91)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第３電極(32)が第３スイッチ素子(92)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第４電極(33)が第４スイッチ素子(93)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第５電極(34)が第５スイッチ素子(94)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第６電極(35)が第６スイッチ素子(95)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第７電極(36)第７スイッチ素子(96)を介して高周波信号入力回路(64)に接続され、第８スイッチ素子(97)を介して第８電極(37)に高周波信号入力回路(64)に接続されている。
【００４２】
高周波信号入力回路(64)は高周波電源(60)を具え、スイッチ回路(９)を介して、高周波電圧Ｖｉが第１乃至第８電極(30)〜(37)に印加される。これによって、高周波電圧Ｖｉを印加された電極と共振子(２)との間に高周波信号の位相に応答した交番静電気力による引張力或いは圧縮力が生じる。
【００４３】
ここで、第１乃至第８電極(30)〜(37)は基板(７)上に固定されているため、該交番静電気力によって、共振子(２)が振動する。共振子(２)が共振する際の最大振幅での形状は、高周波電圧Ｖｉを印加すべき電極の選択によって決定される。
【００４４】
第１乃至第８電極(30)〜(37)の内、第１電極(30)、第２電極(31)、第３電極(32)及び第４電極(33)に高周波信号を入力すると、共振子(２)の最大振幅での形状が基板(７)と平行な面内で膨張する形状の共振モードと、共振子(２)の最大振幅での形状が基板(７)と平行な面内で収縮する形状の共振モードであるＡモードで、該共振子(２)は共振する。
【００４５】
又、第１電極(30)、第２電極(31)、第５電極(34)及び第６電極(35)に高周波信号を入力すると、共振子(２)の最大振幅での形状が、基板(７)と平行な面内で楕円形状となる共振モードであるＢモードで、該共振子(２)は共振する。
【００４６】
更に、第１電極(30)、第３電極(32)、第５電極(34)及び第７電極(36)に高周波信号を入力すると、共振子(２)の最大振幅での形状が、基板(７)と平行な面内で該共振子(２)の中心点から前記第１乃至第８電極(30)〜(37)のそれぞれを臨む８方向が振動の腹となり、該共振子(２)の中心から第１電極(30)、第３電極(32)、第５電極(34)及び第７電極(36)を臨む方向の振幅が最大となる形状の共振モードであるＣモードで、該共振子(２)は共振する。
【００４７】
Ａモード及びＢモードは、本発明のマイクロメカニカル共振器だけではなく、従来のマイクロメカニカル共振器においても実現できる共振モードであるが、Ｃモードは本発明のマイクロメカニカル共振器に特有の共振モードである。Ｃモードで共振する共振子(２)では、共振する共振子の最大振幅での形状がＡモード及びＢモードで共振する共振子(２)よりも多くの腹を持つ。
【００４８】
従って、本発明のマイクロメカニカル共振器によれば、Ａモード及びＢモードで共振する共振子(２)から得られる共振周波数よりも、高い周波数帯域の共振周波数がＣモードで共振することによって、従来のマイクロメカニカル共振器よりも高い周波数帯域の共振周波数を得ることが可能となっている。
【００４９】
又、共振子(２)と第１乃至第８電極(30)〜(37)間の静電容量は、共振子(２)の振動による共振子(２)と第１乃至第８電極(30)〜(37)間の距離に応じて変化する。そのため、共振する共振子(２)の振動の共振周波数は共振子(２)と電極間の静電容量に応じて変化する。従って、該静電容量は共振子(２)の共振周波数に応じた高周波成分を有し、該高周波成分は高周波電流Ｉｏとして、高周波信号出力回路(63)に接続されたアンカー(４)を介して、外部に出力される。
【００５０】
又、該マイクロメカニカル共振器(11)において、バイアス電極(38)にバイアス電圧Ｖｂを印加することにより、共振子(２)とバイアス電極(38)との間に静電気力が発生するため、共振子(２)はバイアス電極(38)に向かう方向に引張力を受ける。この結果、共振子(２)の共振周波数を変化させることが出来る。従って、バイアス電極(38)に印加するバイアス電圧Ｖｂを調節することにより、アンカー(４)から出力される高周波信号の共振周波数を連続的に微調整することが可能である。
【００５１】
＜第２実施例＞
図４を用いて、上述のマイクロメカニカル共振器本体(１)を用いたマイクロメカニカル共振器(10)の実施の第２形態について説明する。
該マイクロメカニカル共振器(10)は、マイクロメカニカル共振器本体(１)、スイッチ回路(８)、高周波信号入力回路(64)、バイアス電源(61)、主電圧電源(62)及び高周波信号出力回路(63)とを具えている。
【００５２】
該マイクロメカニカル共振器本体(１)の一方のアンカー(４)には主電圧電源(62)が接続され、直流電圧Ｖｐが印加される。バイアス電極(38)には、バイアス電源(61)が接続され、直流電圧Ｖｂが印加される。又、高周波信号入力回路(64)或いは高周波信号出力回路(63)が、スイッチ回路(８)を介して、マイクロメカニカル共振器本体(１)の第１乃至第８電極(30)〜(37)に接続されている。
【００５３】
具体的には、第１電極(30)が第１スイッチ素子(80)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第２電極(31)が第２スイッチ素子(81)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第３電極(32)が第３スイッチ素子(82)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第４電極(33)が第４スイッチ素子(83)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第５電極(34)が第５スイッチ素子(84)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第６電極(35)が第６スイッチ素子(85)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第７電極(36)が第７スイッチ素子(86)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続され、第８電極(37)が第８スイッチ素子(87)を介して高周波信号入力回路(64)及び高周波信号出力回路(63)に接続されている。
【００５４】
第１乃至第８スイッチ素子(80)〜(87)は、それぞれ独立して高周波信号入力回路(64)或いは高周波信号出力回路(63)の何れか一方の回路に切り換えることが可能となっている。
【００５５】
高周波信号入力回路(64)は高周波電源(60)を具え、スイッチ回路(８)を介して、高周波電圧Ｖｉが第１乃至第８電極(30)〜(37)に印加される。これによって、高周波電圧Ｖｉを印加された電極と共振子(２)との間に、高周波信号の位相に応答した交番静電気力による引張力或いは圧縮力が生じる。
【００５６】
ここで、第１乃至第８電極(30)〜(37)は基板(７)上に固定されているため、該交番静電気力によって、共振子(２)が振動する。共振子(２)が共振する際の最大振幅での形状は、高周波電圧Ｖｉを印加すべき電極の選択によって決定される。
【００５７】
又、共振子(２)と第１乃至第８電極(30)〜(37)間の静電容量は、該共振子(２)の振動による該共振子(２)と第１乃至第８電極(30)〜(37)間の距離に応じて変化する。そのため、共振する共振子(２)の振動の共振周波数は共振子(２)と電極間の静電容量に応じて変化する。従って、該静電容量は該共振子(２)の共振周波数に応じた高周波成分を有し、該高周波成分は高周波電流Ｉｏとして、高周波信号出力回路(63)に接続された電極を介して、該共振周波数が外部に出力される。
【００５８】
又、該マイクロメカニカル共振器(10)においても、実施の第１形態と同様に、バイアス電極(38)に印加するバイアス電圧Ｖｂを調節することにより、高周波信号出力回路(63)に接続された電極から出力される高周波信号の共振周波数を連続的に微調整することが可能である。
【００５９】
次に、前記マイクロメカニカル共振器(10)において、スイッチ回路(８)の操作により発生する共振子(２)の共振状態における最大振幅での形状について説明する。
【００６０】
図５に示すように、マイクロメカニカル共振器(10)において、第１スイッチ素子(80)、第２スイッチ素子(81)、第３スイッチ素子(82)及び第４スイッチ素子(83)を切り換えて第１電極(30)、第２電極(31)、第３電極(32)及び第４電極(33)と高周波信号入力回路(64)とを接続し、第５スイッチ素子(84)、第６スイッチ素子(85)、第７スイッチ素子(86)及び第８スイッチ素子(87)を切り換えて、第５電極(34)、第６電極(35)、第７電極(36)及び第８電極(37)と高周波信号出力回路(63)とを接続すると、共振子(２)はＡモードで共振する。
【００６１】
又、図６に示すように、マイクロメカニカル共振器(10)において、第１スイッチ素子(80)、第２スイッチ素子(81)、第５スイッチ素子(84)及び第６スイッチ素子(85)を切り換えて、第１電極(30)、第２電極(31)、第５電極(34)及び第６電極(35)と高周波信号入力回路(64)とを接続し、第３スイッチ素子(82)、第４スイッチ素子(83)、第７スイッチ素子(86)及び第８スイッチ素子(87)を切り換えて、第３電極(32)、第４極(33)、第７電極(36)及び第８電極(37)と高周波信号出力回路(63)とを接続すると、共振子(２)はＢモードで共振する。
【００６２】
更に、図７に示すように、マイクロメカニカル共振器(10)において、第１スイッチ素子(80)、第３スイッチ素子(82)、第５スイッチ素子(84)及び第７スイッチ素子(86)を切り換えて、第１電極(30)、第３電極(32)、第５電極(34)及び第７電極(36)と高周波信号入力回路(64)とを接続し、第２スイッチ素子(81)、第４スイッチ素子(83)、第６スイッチ素子(85)及び第８スイッチ素子(87)を切り換えて、第２電極(31)、第４電極(33)、第６電極(35)及び第８電極(37)と高周波信号出力回路(63)とを接続すると、共振子(２)はＣモードで共振する。
【００６３】
図８はＡモード、Ｂモード及びＣモードで共振する共振子(２)の最大振幅での形状について説明する図である。実線は振動していない時の共振子(２)の形状を表わし、二点鎖線は共振する共振子の最大振幅での形状を表わしている。
【００６４】
図８(Ａ)及び(Ｂ)は、Ａモードで共振する共振子(２)の最大振幅での形状を説明する図である。Ａモードでは、図８(Ａ)の二点鎖線に表わすように最大振幅で共振子(２)の形状が膨張する共振モードと、図８(Ｂ)の二点鎖線に表わすように最大振幅で共振子(２)の形状が収縮する共振モードとが存在する。
【００６５】
又、図８(Ｃ)はＢモードで共振する共振子(２)の最大振幅での形状を説明する図である。Ｂモードでは、二点鎖線に表わすように最大振幅で共振子(２)の形状が楕円状である。
【００６６】
更に、図８(Ｄ)はＣモードで共振する共振子(２)の最大振幅での形状を説明する図である。Ｃモードでは、二点鎖線に表わすように最大振幅で共振子(２)の形状は、基板(７)と平行な面内で共振子(２)の中心点から前記第１乃至第８電極(30)〜(37)のそれぞれを臨む８方向が振動の腹となり、且つ共振子(２)の中心から第１電極、第３電極、第５電極及び第７電極を臨む方向が山となる。
【００６７】
Ｃモードで共振する共振子(２)では、共振する共振子の最大振幅での形状がＡモード及びＢモードで共振する共振子(２)よりも多くの振動の腹を有する。即ち、低次の共振モードにおいて、Ｃモードで共振する共振子(２)では、Ａモード及びＢモードで共振する共振子(２)より得られる共振周波数よりも、高い周波数帯域の共振周波数が得られる。
【００６８】
更に、Ｃモードは本発明のマイクロメカニカル共振器に特有の共振モードである。従って、本発明のマイクロメカニカル共振器では、従来のマイクロメカニカル共振器よりも高いＧＨｚ帯の周波数帯域に属する共振周波数を利用することが可能となっている。
【００６９】
上記実施の形態では、前記スイッチ回路(８)の具える本発明のマイクロメカニカル共振器(10)について説明したが、前記スイッチ回路(９)を具えるマイクロメカニカル共振器(11)においても、Ｃモードの共振モードを得ることが可能となっている。
【００７０】
図９は、本発明のマイクロメカニカル共振器本体(１)において、コンピュータシミュレーションにより、バイアス電極(38)に印加するバイアス電圧Ｖｂを変化させたときの共振子(２)のＡモードの収縮振動(第２モード)での共振周波数の変化を演算した結果を示すグラフである。演算に際して、共振子(２)は外径１０μｍ、内径５μｍおよび厚さ２μｍとし、バイアス電極(38)にバイアス電圧Ｖｂを印加しない状態での共振子(２)の共振周波数を６００ＭＨｚに設定した。
【００７１】
図９より、バイアス電圧Ｖｂが０Ｖから１００Ｖに連続的に変化することによって、共振周波数が６００ＭＨｚから６１６ＭＨｚまで滑らかなカーブで変化する。従って、本発明のマイクロメカニカル共振器によれば、バイアス電極(38)に印加するバイアス電圧Ｖｂを調節することにより、出力される高周波信号の共振周波数を連続的に微調整することが可能となっている。
【００７２】
本発明のマイクロメカニカル共振器によれば、該マイクロメカニカル共振器に固有の共振モードであるＣモードで該共振子(２)を共振させることにより、従来のマイクロメカニカル共振器よりも高い周波数帯域の共振周波数を利用することが可能となっている。
【００７３】
従って、本発明のマイクロメカニカル共振器は、より高い周波数が必要とされる装置、例えば、リモートキーレスエントリーシステムやスペクトラム拡散通信やソフトウェア無線などのＲＦ無線装置に有効である。
【００７４】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、共振子(２)の材料として、ヤング率の高い材料、例えばダイヤモンドなどを用いることによって、更に高い共振周波数を実現することも可能である。
【００７５】
又、上記実施例では第１乃至第８電極(30)〜(37)の何れも共振子(２)の外周面に沿って配置し、バイアス電極(38)を内周側に沿って配置しているが、第１乃至第８電極(30)〜(37)を共振子(２)の内周面に沿って配置し、バイアス電極(38)を共振子(２)の外周面に対向するように配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明のマイクロメカニカル共振器本体の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】第１実施例のマイクロメカニカル共振器の平面図である。
【図４】第２実施例のマイクロメカニカル共振器の平面図である。
【図５】第２実施例のマイクロメカニカル共振器において、円筒形状の共振子をＡモードで振動させる際のスイッチ回路の操作を説明する図である。
【図６】第２実施例のマイクロメカニカル共振器において、円筒形状の共振子をＢモードで振動させる際のスイッチ回路の操作を説明する図である。
【図７】第２実施例のマイクロメカニカル共振器において、円筒形状の共振子をＣモードで振動させる際のスイッチ回路の操作を説明する図である。
【図８】第２実施例のマイクロメカニカル共振器において、共振する円筒形状の共振子の最大振幅での形状をそれぞれ説明する図である。
【図９】本発明に係るマイクロメカニカル共振器本体におけるバイアス特性に応じた共振周波数の変化を表わすグラフである。
【図１０】従来のマイクロメカニカル共振器の斜視図である
【図１１】従来の他のマイクロメカニカル共振器の斜視図である。
【符号の説明】
【００７７】
(１)  マイクロメカニカル共振器本体
(10)(11)  マイクロメカニカル共振器
(２)  共振子
(30)〜(37)  第１電極〜第８電極
(38)  バイアス電極
(４)  アンカー
(５)  支持ビーム
(60)  高周波電源
(61)  バイアス電源
(62)  主電圧電源
(63)  高周波信号出力回路
(64)  高周波信号入力回路
(７)  基板
(８)(９)  スイッチ回路
【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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