(57)【要約】【課題】圧電制御された集積磁性装置を提供すること【解決手段】本発明に係る磁性装置（１）が基板の上に集積されており、本装置は、駆動電極（１１ａ、１１ｂ）に結合され、圧電材料から作製された少なくとも１つの素子と、この圧電材料素子の応力下で変形可能な少なくとも１つの磁性素子（８）とを備える。本装置（１）は、基板に対して可動であるビーム（７）の形態を有し、基準長手軸（Ａ１）に沿って所定の幅（Ｗ１）の２つの横断部（９）を備える。圧電材料素子は横断部（９）の少なくとも一部によって形成され、各横断部（９）は基板上に機械的に繋止するための領域を備える。横断部（９）は、磁性素子（８）が上に配置される、所定の幅（Ｗ２）の少なくとも１つの中心ブランチ（１０）によって接続される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電極（１１）に結合され、圧電材料から作製された少なくとも１つの素子と、圧電材料から作製された前記素子の応力下で変形可能な少なくとも１つの磁性素子（８）とを備える、基板（２１）上に集積された可変応答磁性装置（１）であって、
前記基板（２１）に対して可動であるビーム（７）の形態にあり、基準長手軸（Ａ１）に沿って所定の幅（Ｗ１）の２つの横断部（９）を備えることを特徴とし、さらに、
−  前記圧電材料素子は、横断部（９）の少なくとも一部によって形成されること、
−  各横断部（９）が、前記基板（２１）上に機械的に繋止するための領域（１６）を備えること、および
−  前記横断部（９）は、前記磁性素子（８）が上に配置される、所定の幅（Ｗ２）の少なくとも１つの中心ブランチ（１０）によって接続されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記中心ブランチ（１０）の前記幅（Ｗ２）は、前記横断部（９）の前記幅（Ｗ１）よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記２つの横断部（９）は圧電材料から作製されることを特徴とする請求項１および２の一項に記載の装置。
【請求項４】
前記中心ブランチ（１０）は圧電材料から作製されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記駆動電極（１１ａ、１１ｂ）は、一部が前記ビーム（７）の前記横断部（９）の表面上に延びることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記駆動電極（１１ａ、１１ｂ）は、前記圧電材料素子の両側に位置決めされることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
各横断部（９）が、前記対応する中心ブランチ（１０）まで延びる移行領域（１８）によって延長されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記移行領域（１８）は可変断面であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記移行領域（１８）は、前記結合された横断部（９）および中心ブランチ（１０）に接する楕円形状を有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記移行領域（１８）は複数の穴を備えることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
各横断部（９）が複数の穴（２０）を備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記磁性素子（８）は、前記ビーム（７）の前記基準軸（Ａ１）に平行な異方性の軸を有する一軸磁性材料を含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記磁性素子（８）は、前記ビーム（７）の前記基準軸（Ａ１）に垂直な異方性の軸を有する一軸磁性材料を含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記磁性素子（８）は、実質的に長方形状の断面を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記磁性素子（８）は、実質的に楕円面形状の断面を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記磁性素子（８）は、前記ビーム（７）の前記中心ブランチ（１０）の上に横並びで配置された複数の接合されていない基本磁性素子から構成されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記装置は、前記磁性素子（８）と結合された少なくとも１つの電気伝導性素子を備えることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記電気伝導性素子は、ソレノイド・コイル（１２）であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記コイル（１２）は、前記磁性材料（８）を包囲することを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記電気伝導性素子は、蛇行（１３）の形態にある電線であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記電気伝導性素子は、直線（１４）の形態にある電線であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記電気伝導性素子は、螺旋（１５）の形態にある電線であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
前記電気伝導性素子は、前記磁性素子（８）から距離を隔てて位置決めされることを特徴とする請求項２０から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記電気伝導性素子は、前記磁性素子（８）の片側のみに配置されることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記電気伝導性素子（２９）は、前記磁性素子（８）の両側にかつこの素子に接触して配置されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２６】
前記ビーム（７）は、柔軟な絶縁材料の中にカプセル封入されることを特徴とする請求項１から２５のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に集積された可変応答磁性装置に関し、本装置は、駆動電極に結合され、圧電材料から作製された少なくとも１つの素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）と、この圧電材料素子の応力下で変形可能な少なくとも１つの磁性素子とを備える。
【０００２】
特に、本発明は、可変インダクタ、または共振器、移相器、もしくは結合器などの伝送線路素子、またはスピン発振器にも応用される。
【背景技術】
【０００３】
超小型電子技術に由来する集積製造技術によって全部または一部が実現され、連続的かつ可逆的なインダクタンス変化を可能にする集積または半集積可変インダクタの幾つかのタイプが存在する。しかし、現在までに製造された様々なタイプの素子は、数多くの欠点、特に、過小なインダクタンス変化、周波数に関する不安定さ、電力面でコスト高の駆動様式等々を呈する。
【０００４】
インダクタンス変化を有する従来の集積受動素子は、一般に、ほとんどの場合では非常に高い導電率を有する、１つまたは複数の部分中のコイルと、恐らくは、「磁気芯」と呼ばれ、ほとんどの場合では高い相対透磁率（典型的にはμＲ＞１００）を有する１つまたは複数の磁性部分とから構成される。インダクタンス変化に利用され得る３つの知られた主要原理が存在する。
【０００５】
第１の原理は、特に、米国特許第６１８４７５５号およびルーベック（Ｌｕｂｅｃｋｅ）等による論文「Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ  ＭＥＭＳ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｆｉｘｅｄ  ＲＦ  Ｉｎｄｕｃｔｏｒｓ」（米電気電子学会、Ｔｒａｎｓ．Ｍｉｃ．Ｔｈ．ａｎｄ  Ｔｅｃｈ．、第４９巻ｎｏ．１１、２００１年）に説明されたように、コイルの幾何学形状を変えることによってコイル内部の相互インダクタンスを調節することにある。二次巻線または他の任意の導電性部分との結合を調節することも可能である。この原理は、集積装置で実施するのに最も単純な原理であるが、それは僅かなインダクタンス変化が実現されることを可能にするに過ぎない。
【０００６】
第２の原理は、特に、サーカール（Ｓａｒｋａｒ）等による論文「Ｍｉｃｒｏａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｔｕｎａｂｌｅ  ＭＥＭＳ  Ｉｎｄｕｃｔｏｒ」（米電気電子学会、ＭＥＭＳ、２００５年）に説明されたように、コイルと磁性素子との相対距離を変更することによって、これらの間の結合を調節することにある。この原理は、大きなインダクタンス変化が実現されることを可能にするが、素子が上に作製される基板の平面内で大きな振幅（典型的には約１０μｍ）の動きを必要とするので、駆動に関わる問題を提示する。
【０００７】
第３の原理は、磁性材料自体の透磁率を調節することにある。特に、ブルーベル（Ｖｒｏｕｂｅｌ）等による論文「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ＲＦ  Ｉｎｄｕｃｔｏｒ」（米電気電子学会、Ｅｌｅｃ．Ｄｅｖ．Ｌｅｔｔｅｒ、第２５巻ｎｏ．１２、２００４年）に説明されたように、幾つかの知られた装置（本質的に個別的な素子）が、透磁率を変更するために磁界の印加を利用する。しかし、磁界の印加は、大きな電力消費をもたらす電流の連続使用が必要である。
【０００８】
特に、フロムバーガー（Ｆｒｏｍｍｂｅｒｇｅｒ）等らによる論文「Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍａｇｎｅｔｏｅｌａｓｔｉｃ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ  ｉｎ  ｈｉｇｈ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｄｅｖｉｃｅｓ」（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、６７〜６８頁、２００３年）およびルートウィック（Ｌｕｄｗｉｇ）等による論文「Ｈｉｇｈ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍａｇｎｅｔｏｅｌａｓｔｉｃ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（米電気電子学会、Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇ．、第３９巻ｎｏ．５、２００３年）に説明されているように、材料に印加される機械的応力による材料の電磁透過率の変化を利用することにある、別の手段が存在する。この特性は、様々な大きさで全ての磁性材料中に存在する、磁気弾性という名前で知られている磁気力学的結合によるものである。
【０００９】
磁気弾性における知られた対応では、一軸磁性材料（ｕｎｉａｘｉａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）の層中に印加された応力の振幅および方向を制御することが必須である。実際に、この応力は磁性材料の動的振る舞いに大きな影響を与えることは確かである。応力が不均一に過ぎれば、または応力が基板の平面内で磁性材料の異方性の軸から０°または９０°の方向へ印加されなければ、印加された応力に従って磁気特性を予測することは非常に難しくなる。その場合には磁性層の透磁率変化および動的振る舞いはもはや制御不可能である。
【００１０】
さらには、インダクタの駆動様式を決定する必要がある。圧電材料は、一般に、その集積容量およびその低電力消費のために使用される。積層またはヘテロ構造体の形態で圧電層と磁気弾性層とを組み合わせる装置が、例えば、アライ（Ａｒａｉ）等による論文「Ａ  Ｎｅｗ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｕｓｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」（米電気電子学会、Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇ．、第３０巻ｎｏ．２、１９９４年）に説明されているように、既に研究されて共鳴器またはセンサまたは可変インダクタを実現することが企図されている。
【００１１】
図１に模式的に示されているように、上記論文は、２つの電極３、４（それぞれ上部電極および下部電極であり、上部電極３は磁性材料から作製される）によって上面および下面が一部被覆された、圧電材料から作製された基板２を備える装置１を説明する。電極３、４間に電圧が印加されると、基板２の中に圧電応力σが加わることになり、次に、この応力が磁性材料に伝達され、よって磁性材料の磁気特性の変化を引き起こす。
【００１２】
ワン（Ｗａｎ）等による論文「Ｍａｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ａ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  ａｎｄ  Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ」（米電気電子学会、Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇ．、第４０巻ｎｏ．４、２００４年）も、圧電材料および磁性材料の使用を組み合わせる装置の別の実施例を説明する。図２に模式的に示されているように、装置１は、平行磁界Ｍを有する磁歪材料の部分５と、磁界Ｍに直交する電界Ｅを有する圧電材料の部分６とを備えるヘテロ構造体によって構成され得る。
【００１３】
上に説明された装置は集積化されず、バルク圧電性基板として製造される。さらには、圧電材料が平面の全方向へ応力を印加するので、機械的応力は制御されない。したがって、インダクタンス変化は制御が難しく、しかも高い周波数における電磁特性が優れているわけではない。
【００１４】
さらには、国際公開特許第２００５／０６４５９０号パンフレットが、基板上に、完全に基板に固着された圧電層の積層と、強磁性素子の両側で圧電層上に配置された、表面音響波を生成する手段とを備える磁性装置を説明する。圧電層は、表面波の生成に関与するように、かつその表面波を強磁性素子に伝搬することを保証するように設計される。
【００１５】
国際公開特許第２００５／０６４７８３号パンフレットが、スピン発振器用の様々な可能な構造体を説明する。第１の構造体は、基板上に、基板と一体化しかつ発振器の自由な強磁性層と接触している圧電層を備える。上記構造体は、強磁性層の両側に配置された駆動手段を備える。電界を印加すると、圧電層の水準おいて、強磁性層に伝達される変形を引き起こす。これが、強磁性層の磁気弾性特性の変化をもたらし、したがって発振器周波数およびそのＱ値（ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）の変更をもたらす。
【００１６】
第２の構造体は、基板に対して局部的に懸架されかつ発振器の自由層と接触している圧電層を備える。第１の構造体と異なり圧電効果が利用されることはなく、すなわち、懸架された膜の変形は、圧電層の誘電性質を利用する静電（または容量性）効果によって実現される。
【００１７】
第３の構造体は、同様に懸架されるが、発振器の自由層から距離を隔てた圧電層を備える。この懸架された構造体は、別の磁性素子を備えて、２つの磁性素子間の静磁気結合を変更する目的のみを果たす。
【００１８】
上に説明された全ての構造体では、強磁性材料に対して誘起された応力の方向の制御が実行されることはなく、説明された懸架構造体は、いずれの様態においても、この応力を制御するように動作することはない。
【特許文献１】米国特許第６１８４７５５号明細書
【特許文献２】国際公開特許第２００５／０６４５９０号パンフレット
【特許文献３】国際公開特許第２００５／０６４７８３号パンフレット
【非特許文献１】ルーベック（Ｌｕｂｅｃｋｅ）等による論文「Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ  ＭＥＭＳ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｆｉｘｅｄ  ＲＦ  Ｉｎｄｕｃｔｏｒｓ」（米電気電子学会、Ｔｒａｎｓ．Ｍｉｃ．Ｔｈ．ａｎｄ  Ｔｅｃｈ．、第４９巻ｎｏ．１１、２００１年）
【非特許文献２】サーカール（Ｓａｒｋａｒ）等による論文「Ｍｉｃｒｏａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｔｕｎａｂｌｅ  ＭＥＭＳ  Ｉｎｄｕｃｔｏｒ」（米電気電子学会、ＭＥＭＳ、２００５年）
【非特許文献３】ブルーベル（Ｖｒｏｕｂｅｌ）等による論文「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ＲＦ  Ｉｎｄｕｃｔｏｒ」（米電気電子学会、Ｅｌｅｃ．Ｄｅｖ．Ｌｅｔｔｅｒ、第２５巻ｎｏ．１２、２００４年）
【非特許文献４】フロムバーガー（Ｆｒｏｍｍｂｅｒｇｅｒ）等による論文「Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍａｇｎｅｔｏｅｌａｓｔｉｃ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ  ｉｎ  ｈｉｇｈ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｄｅｖｉｃｅｓ」（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、６７〜６８頁、２００３年）
【非特許文献５】ルートウィック（Ｌｕｄｗｉｇ）等による論文「Ｈｉｇｈ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍａｇｎｅｔｏｅｌａｓｔｉｃ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（米電気電子学会、Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇ．、第３９巻ｎｏ．５、２００３年）
【非特許文献６】アライ（Ａｒａｉ）等による論文「Ａ  Ｎｅｗ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｕｓｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」（米電気電子学会、Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇ．、第３０巻ｎｏ．２、１９９４年）
【非特許文献７】ワン（Ｗａｎ）等による論文「Ｍａｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ａ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  ａｎｄ  Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ」（米電気電子学会、Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇ．、第４０巻ｎｏ．４、２００４年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的は上記の全ての欠点を改善することであり、特に、大きな振幅の一軸で均一な応力を一軸磁性材料の中に印加するために、磁性材料に掛けられた機械的応力を支配することによって、たとえ高い周波数であっても、大きな応答変化が実現されることを可能にし、かつこの変化が適切に制御されることを可能にする集積された可変応答磁性装置を提供する目的を有する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の目的は、本装置が、基板に対して可動であるビーム（ｂｅａｍ）の形態にあり、基準長手軸に沿って所定の幅の２つの横断部（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｐａｒｔ）を備えることを特徴とし、さらに、
−  圧電材料素子は、横断部の少なくとも一部によって形成されること、
−  各横断部が、基板上に機械的に繋止するための領域（ｚｏｎｅ）を備えること、および
−  横断部は、磁性素子が上に配置される、所定の幅の少なくとも１つの中心ブランチ（ｃｅｎｔｒａｌ ｂｒａｎｃｈ）によって接続されることを特徴とする。
【００２１】
他の利点および特徴は、非限定的実施例のために供され、添付の図面に示された本発明の特定の実施形態の以降の説明からよりはっきりと明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図を参照して、本発明に係る集積された可変応答磁性装置が、可変インダクタとして非限定的な対応で説明される。しかし、本発明に係る装置はまた、他のタイプの磁性装置、すなわち、アンテナ、フィルタまたは移相器用の素子、スピン発振器等々にも関する。
【００２３】
図を参照すると、集積された可変応答磁性装置は、低駆電力を使用して連続的（または不連続的）および可逆的インダクタンスまたはインピーダンス変化を必要とする全ての分野に応用され得る、基板上に集積された可変インダクタ１である。
【００２４】
図３に示された特定の実施形態では、可変インダクタ１が、磁性材料に印加される応力に従って変化する透磁率を有する磁性材料から作製された磁性素子８の中に、機械的応力を生成するように設計され、圧電材料から作製されたビーム７の形態にある。ビーム７は、引張り試験棒の形態を実質的に有し、基準長手軸Ａ１（図３）に沿って、所定の長さＷ１の２つの横断部９と、有利なことに横断部９の幅Ｗ１よりも小さい所定の長さＷ２の中心ブランチ１０（この上に磁性素子８が配置される）とを備える。
【００２５】
ビーム７は基板（図１から１４および２１から２３では明解にするために示されていない）の中に繋止されており、この基板上で、好ましくは、横断部９の端部に有利に位置決めされた機械的繋止領域（ａ ｚｏｎｅ ｆｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）１６（図７）の水準に、可変インダクタ１が形成される。したがって、ビーム７は、最大変形振幅を許容するために、基板の繋止領域１６の外側では基板に対して動きが自由である。
【００２６】
圧電材料ビーム７の形状は、結合された磁性素子８の中に一軸で均一な応力を生成するように選択および最適化されている。
【００２７】
図３で、可変インダクタ１は、ビーム７の両側に位置決めされ、圧電材料ビーム７と協働し、磁性材料８の中に機械的応力を印加するために必要な駆動電圧を生成する駆動電極１１ａ、１１ｂを備える。電極１１ａと１１ｂ（すなわち、陽極または陰極）との間に印加された電圧に応じて、圧縮または引張り応力が磁性素子８の中に生成される。
【００２８】
磁性素子８は、鉄系および／またはコバルト系および／またはニッケル系の合金から構成され、例えば、材料の異方性を向上させるために磁界下で堆積された一軸磁性材料から作製されることが好ましい。有利なことに、異方性の方向は、ビーム７の基準長手軸Ａ１に対して実質的に平行または垂直である。
【００２９】
図３で、インダクタ１は、好ましくは横断部９の表面のほとんどにわたって、それぞれ横断部の下方および上方で延びる下部電極１１ａおよび上部電極１１ｂを備える。図示されていないが、別法の実施形態では、単一の横断部９が駆動電極を備えることが可能であるが、その場合に、電極をいずれも備えない横断部９は、ビーム７を基板中に繋止する目的を本質的に果たす（図２１）。
【００３０】
可変インダクタ１は、中心ブランチ１０と、結合された磁性素子８とを包囲するソレノイド・コイル１２を備えることが好ましい。コイル１２は、磁性素子８の周囲の領域に磁界を創出するように設計された電気伝導性素子の役目をし、ビーム７上の電極１１によって印加された電圧に従って変化するインダクタンス値を有する。
【００３１】
図４、５、および６に示された可変インダクタ１の別法の実施形態では、コイル１２が他の電気伝導性素子によって置き換えられ得る。図４では、電気伝導性素子は、磁性素子８に近接して配置された複数の連続的な平行ブランチを備える蛇行１３の形態にある電線である。蛇行１３のループはビーム７の中心ブランチ１０の下方に配置されることが好ましい。
【００３２】
図５では、電気伝導性素子は、磁性素子８に近接して、好ましくは、磁性素子８を支持するビーム７の中心ブランチ１０の下方に配置された直線１４の形態にある電線である。直線１４の形態にある電線は、例えば、ビーム７の中心ブランチ１０に垂直な２本の第１の平行直線を備え、これらの直線は、中心ブランチ１０の下方で磁性素子８に沿って延びる第３の直線によって接続されている。
【００３３】
図６では、電気伝導性素子は、好ましくは磁性素子８を支持するビーム７の中心ブランチ１０の下方で、磁性素子８に近接して延びる螺旋１５の形態にある電線である。
【００３４】
図７では、圧電材料ビーム７のみが示されている。ビーム７の横断部９はそれぞれが、中心ブランチ１０に対向する横断部９の端部を画定する長さＬ１および幅Ｗ１の繋止領域１６を備え、この領域は、可変インダクタ１が上に製造される基板（明解にするために図７に図示されていない）を繋止し、この基板と強力に機械的に接続させることを行う。その場合に、横断部９の長さＬ２および幅Ｗ１の残りの領域１７は、ビーム７のほとんどの応力を生成することを行う。
【００３５】
ビーム７の各横断部９は、横断部９の領域１７からビーム７の中心ブランチ１０まで延びて、好ましくは、横断部９の領域１７とビーム７の中心ブランチ１０とに有利に接する楕円形状を呈する、長さＬ３および可変断面を有するオプション的な移行領域（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｚｏｎｅ）１８によって延長される。長さＬ４および幅Ｗ２の中心ブランチ１０は、磁性素子８と接触しているビーム７の領域に対応する、ビーム７の有用領域１９を画定する。移行領域１８が存在する場合には、上部電極１１ｂおよび下部電極１１ａは、移行領域１８まで達しないことが好ましい（図７）。
【００３６】
楕円形状の各移行領域１８は、特に、応力が均一に分布されることを可能にし、他方では可変インダクタ１の最大のコンパクトさを保証する。しかも、その端部のみ（繋止領域１６）が埋め込まれたこのようなビーム７はまた、より大きな応力が印加されることを可能にし、この応力がより適切に制御されることを可能にし、かつ漂遊容量を低減する。
【００３７】
図８および９に示された別法の実施形態では、ビーム７の移行領域１８が、より簡素な形状、例えば、長方形（図８）または台形（図９）を有し得る。図示されていないが、他の別法の実施形態では、移行領域１８の形状が楕円形であり得るが、中心ブランチ１０および横断部９に接していない。
【００３８】
図１０に示された別法の実施形態では、可変インダクタ１のビーム７が、ビーム７の横断部９の繋止領域１６に隣接する応力生成領域１７の中に作成された、好ましくは円形または楕円形の複数の穴２０を備える。このような穴２０は、下で説明されるように、可変インダクタ１が製造されるとき、ビーム７を解放する処理を著しく容易にする。
【００３９】
図示されていないが、他の別法の実施形態では、穴が、応力生成領域１７の中に作成された穴２０の補完として、またはその穴の代用としてビーム７の移行領域１８の中にも作成され得る。
【００４０】
図示されていないが、他の別法の実施形態では、横断部９が、中心ブランチ１０および繋止領域１６に接続され、規則的な間隔で離間された材料の平行な細片の形態にあり得る。同様に、中心ブランチ１０も横断部９に接続された材料の平行な細片によって形成され得る。
【００４１】
図１１から１３に示された特定の実施形態では、圧電材料ビーム７およびこのビーム７の中心ブランチ１０上に配置された関連する磁性素子８のみが示されている。図１１では、磁性素子８が長方形または正方形の断面を有する。図１２では、磁性素子８が楕円面形状の断面を有する。図１３では、磁性素子８が、好ましくはビーム７の中心ブランチ１０上で横並びに、好ましくは規則的に配置された、好ましくは長方形または楕円面形状の複数の接合されていない基本素子から構成される。
【００４２】
一般的な対応では、磁性素子８に一軸磁性材料を使用する場合に、材料の異方性の軸は、圧電材料ビーム７の基準長手軸Ａ１に平行かまたは垂直でなければならない（図１１）。
【００４３】
例えば、上で説明されたビーム７を有する可変インダクタ１では、平行六面体形状の磁性素子８およびソレノイド型のコイル１２であり、巻数は、例えば、３と２０との間から構成される。磁性素子８の幅は約５０から３００μｍであり、磁性素子８の厚さは約１００ｎｍから２μｍであり、磁性素子８の長さは約５０から３００μｍである。
【００４４】
上の値の実施例を考慮して、コイル１２の電磁特性（インダクタンス、抵抗、静電容量、Ｑ値（quality factor）等々）は、例えば、アンソフト社（Ａｎｓｏｆｔ）の「ＨＦＳＳ」ソフトウェアなどの有限要素シミュレーション・ソフトウェアによって精密に計算され得る。さらには、下部電極１１ａおよび上部電極１１ｂは、製造方法が許容する限りの薄さ、例えば、約５０ｎｍから１μｍでなければならない。
【００４５】
ビーム７の厚さは、例えば、約１００ｎｍから２μｍである。一般的な対応では、圧電材料ビーム７の厚さは、駆動電圧（厚さに伴い減少する）と、磁性素子８に対する応力伝達（ビーム７が薄すぎると損なわれる）との間の折り合いである。
【００４６】
例えば、図７では、ビーム７の有用領域１９を構成するビーム７の中心ブランチ１０は、最大変形振幅を得るために、約１０μｍの製造余裕分を見て、磁性材料８とほとんど大きさが変わらないことが好ましい。したがって、磁性素子８の寸法は、中心ブランチ１０の対応する寸法Ｗ２およびＬ４を決定する。その場合に、繋止領域１６の長さＬ１は、繋止の機械的強さが許容する限り小さくてもよい（用いられる製造方法に著しく依存する）。
【００４７】
横断部９の領域１７および移行領域１８のそれぞれの長さＬ２およびＬ３、ならびに横断部９の幅Ｗ１も寸法決めするために、「ＡＮＳＹＳ」ソフトウェアなどの有限要素シミュレーション・ソフトウェアが使用され得る。一般的な対応では、長さＬ２および幅Ｗ１の増加は、有用領域１９に印加された応力の強度をサイズ全体の損傷に至るまで増大させる傾向にある一方で、典型的には約５０μｍから３００μｍである長さＬ３の増加は、応力の一軸性および均一性を向上させる。
【００４８】
一般的な対応では、印加された最大電圧は、圧電材料ビーム７、磁性素子８、または駆動電極１１に使用された材料の塑性閾値よりも低い応力を生成しなければならない。同様に、圧縮応力の印加の場合では、印加された電圧は圧電材料ビーム７の座屈を引き起こしてはならない。
【００４９】
図１４では、可変インダクタ１の別法の実施形態が、先の実施形態とは圧電材料ビーム７の中心ブランチ１０の個数を異にする。インダクタ１は、２つの中心ブランチ１０（それぞれが磁性素子８および、例えば、ソレノイド・コイル１２と協働する）によって接続された２つの横断部９を依然として備える。下部電極１１ａおよび上部電極１１ｂは、好ましくは横断部９の表面の全体を覆い、中心ブランチ１０は、好ましくは楕円形状を有する移行領域１８によって横断部９に接続される。コイル１２は直列または並列に接続される。
【００５０】
同じ駆動装置、すなわち、同じ圧電材料ビーム７によって制御された幾つかのコイル１２および幾つかの磁性素子８を含む、このようなインダクタ１の使用は、特に、可変インダクタ１の寸法全体が低減され、合計インダクタンス密度が増大されることを可能にする。
【００５１】
図示されていないが、他の別法の実施形態では、ビーム７の２つの中心ブランチ１０は、図４から６に示されたように、他のタイプの電気伝導性素子に、および／または図１１から１３に示したように、他の形態の磁性素子８に、および／または図７から１０に示されたように、他の形状の移行領域１８に結合され得る。
【００５２】
集積可変インダクタ１を製造する方法が、図１５から２０に関してさらに詳細に説明される。以降の説明では、本製造方法は、ソレノイド型コイル１２（図３）を備え、上で説明されたように、外形付けられたビームを有するインダクタ１を製造するように設計される。この場合には、圧電材料ビーム７は基板に固着され、この基板上に、インダクタが、下に説明されかつ図１５から２０に例示されるように、コイル１２と同じ材料層で有利に作製された側端２３によって作製される。
【００５３】
図１５では、製造方法は、最初に、高導電性材料、例えば、銅、アルミニウム、または金から作製されたコイル１２の底部分を、例えば、電気分解または物理的堆積によって基板２１上に形成し、次いで第１の犠牲層２２によって該底部分がカプセル封入（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ）されて、側端２３を面一に残すことを含む。犠牲層２２は、例えば、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積されたシリコン酸化膜から、または重合体樹脂から作製される。犠牲層２２の機械的または化学機械的な平坦化工程も実行され得る。
【００５４】
別法として、側端２３は、例えば、電気分解によって堆積されてもよく、コイル１２の底部分の材料とは異なる材料から作製されてもよい。側端２３を包囲する犠牲層２２の部分は、基板２１に隣接するコイル１２を包囲する部分とは異なる性質であり得る。
【００５５】
本方法は、次に、インダクタ１のビーム７を形成するように設計された圧電材料層２５の、インダクタ１の下部電極１１ａ形成するように設計された第１の導電性金属層２４の積層と、インダクタ１の上部電極１１ｂを形成するように設計された第２の導電性金属層２６の積層とを堆積することを含む（図１５）。
【００５６】
例えば、圧電材料層２５は、物理蒸着法（ＰＶＤ）処理によって堆積され、下部電極は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）圧電ビーム用に白金から、または窒化アルミニウム（ＡＩＮ）圧電ビーム用にモリブデンから作製され得る。上部電極は、例えば、金、銅、またはタングステン等々から作製され、下部電極とは異なる性質であり得る。例えば、金またはタングステンから作製された相補的な保護層（図示されず）が、特に、後でインダクタを解放し易くするために設けられ得る。
【００５７】
図１６および１７では、犠牲層２２が除去される前に、次いで、インダクタ１のビーム７の特徴的な形状の輪郭を画するために、層２４、２５、２６の積層をエッチングする工程が実行される。層２４、２５、２６のパターン形成が、湿式エッチングすなわち物理的化学的エッチング式、または乾式エッチングすなわち反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）式の化学的方法によって実行され得る。図１６に示されたように、ビーム７を形成する３つの層２４、２５、２６の積層の縁部は、次に側端２３に結合される。
【００５８】
次いで、先に形成されたビーム７の中心ブランチ１０の上に位置決めされた磁性素子８を形成するために、一軸磁性材料の層２７（図１６）が堆積されてエッチングされる（図１７）。例えば、磁性素子８は、鉄系および／またはニッケル系および／またはコバルト系合金材料の物理蒸着法（ＰＶＤ）によって得られる。層２７も異なる誘電性および導電性層の積層によって形成され得る。
【００５９】
図１７では、エッチングによる層２４、２５、２６のパターン形成が、こうして、ビーム７の基準軸Ａ１に垂直な２つの横断部９と、磁性素子８が面上に実現される中心ブランチ１０とを有するビーム７の特徴的形状が得られることを可能にする。残りの処理されるべきことは、図２０に示されたように、インダクタ１を得るためにコイル１２を閉じることだけである。
【００６０】
図１８から２０では、次に、コイル１２の上部分を形成できるように、第１の犠牲層２２と同一のまたは異なる性質の第２の犠牲層２８が、先に形成されたビーム７の上に堆積される（図１８）。最後に、犠牲層２２および２８が除去されると、こうして形成された構造体が解放されることを可能にする。インダクタ１は、次に、図１９に示されたように、側端２３によって基板２１上に懸架されかつ繋止される。
【００６１】
コイル１２の上部分の形成がエッチングによって実現され、犠牲層２８を貫通する接点の再開が化学的もしくは物理的化学的方法または反応性イオン・エッチングによって実現され得る。コイル１２の上部分の堆積は、電気分解によって実行されてもよく、コイル１２の底部分の材料とは異なる材料から実現されてもよい。構造体の解放が、犠牲層２２および２８を湿式エッチング式または物理的化学的エッチング（ＲＩＥ）式の選択化学エッチングすることによって実行され得る。
【００６２】
仕上げられたインダクタ１の上面図を例示する図２０では、本発明に係る方法は、両端に埋め込まれたインダクタ１が、応力を集中してそれを可能な限り一軸にかつ均一にするために、磁性素子およびコイルがインダクタの中心部に実質的に位置決めされること可能にする特徴的な形状で得られることを可能にする。このような製造方法は、こうして超小型電子技術に由来しかつ超小型システムに適応された製造技術を使用する。
【００６３】
したがって、上で説明された様々な実施形態に係るこのような集積可変インダクタ１は、均一かつ一軸の応力（引張りまたは圧縮）が磁性素子に印加されることを可能にし、特に、そのインダクタのビームの特徴的な形態および形状により、所与の駆動電圧に対して、これらの応力の値が最大化されることを可能にする。
【００６４】
さらには、両端に埋め込まれた解放された圧電材料ビームの使用は、低い駆動電圧を使って大きな、連続的または不連続的な、可逆的なインダクタンス変化を実現し、他方では同時に、特に高い周波数で適正な周波数特性を維持するように、本発明に係る可変インダクタの機械的および電磁的特性が高められることを可能にする。
【００６５】
本発明は、上で説明された様々な実施形態に限定されるものではない。ビーム７の異なる領域の幅および長さの値は非限定的であり、特に、可変インダクタ１の要求サイズおよび要求インダクタンス値に応じる。電極１１は、ビーム７の移行領域１８の上方に延びてもよい（図７）。図１４に示された別法の実施形態では、インダクタ１は、３つ以上の中心ブランチ１０を備えてもよく、全てが、対応する磁性素子８に、かつ好ましくはソレノイド・コイル式の対応する電気伝導性素子に結合される。
【００６６】
図２１に示された別法の実施形態では、圧電材料ビーム７が、下部電極１１ａおよび上部電極１１ｂと協働する、図７に示されたような、圧電材料から作製された第１の横断部９と、ビーム７を基板に繋止する領域１６のみを備える、遙かに小さい第２の横断部９とを備える。インダクタ１の動作原理は同じであり、ソレノイド・コイル１２と、ビーム７の中心ブランチ１０の上に位置決めされた磁性素子８とを有する。
【００６７】
図２２に示された他の別法の実施形態では、横断部９の幅Ｗ１が、対応する繋止領域１６の幅Ｗ３よりも小さくてもよい。さらには、磁性素子８が上に位置決めされる中心ブランチ１０の幅Ｗ２が、横断部９の幅Ｗ１よりも大きくてもよい。一般的な対応では、ビーム７の異なる領域の幅Ｗ１、Ｗ２、およびＷ３は、相互に関連付けられておらず、ビーム７は完全に異なる複雑な形状を取り得る。
【００６８】
図示されていないが、他の別法の実施形態では、圧電材料ビーム７および関連する磁性素子８は、層２２および２８を除去することなく、ビーム７を基板に対して十分に変形させることを可能にするために十分に柔軟な絶縁材料、例えば、低誘電定数を有する重合体樹脂の層２２および２８の中にカプセル封入され得る。その場合には、もはやビーム７の解放を実行する必要がない。
【００６９】
一般的な対応では、本発明は、圧電材料から作製された素子を備えるビーム７の形態にある任意の可変応答磁性装置に用途を見いだす。圧電材料素子は、ビーム７全体によって、またはビームの一部のみ、すなわち、横断部９の一部、横断部９の全部、もしくは両方の横断部９によって形成されてもよく、その場合には、中心ブランチ１０および移行領域１８は別の材料から作製され得る。
【００７０】
本発明は、特に、調節可能な構成要素を使用することによって構成要素の点数制限が要求される任意のタイプの再構成可能な電子回路に用途を見いだす。動的透磁率を変更するために使用される原理ばかりでなく、この原理を実際に応用することも、インダクタンスまたは動作周波数値の点で限定されるものではない。したがって、本発明は、非常に低い駆動電力で連続的（または不連続的）および可逆的な動的透磁率変化が必要な全ての分野に、特に、再構成可能な多帯域回路、精巧なインピーダンス調節、および調節可能な発振器に用途を見いだす。
【００７１】
本発明はまた、磁性素子８が電気伝導性素子（例えば、コイル１２）に結合される様態に応じて、他のタイプの可変応答磁性装置にも用途を見いだす。一般的な対応では、磁性素子は、圧電材料ビームの変形が磁性材料の磁気特性の変化を生成するように、該ビームに機械的に固定されねばならない。
【００７２】
したがって、電気伝導性素子が磁性素子の片側のみで磁性素子から距離を隔てて位置決めされる場合では、例えば、蛇行１３の形態（図４）、直線１４の形態（図５）、もしくは螺旋１５の形態（図６）にある素子の場合、または磁性素子８の両側に位置決めされる場合、例えば、ソレノイド１２の形態（図３）にある素子の場合では、磁性装置は可変インダクタである。
【００７３】
電気伝導性素子が磁性素子の片側のみに位置決めされる場合では、共鳴器、移相器、結合器、アンテナ、フィルタ等々のような線路伝達素子を実現することも可能である。
【００７４】
図２３では、電気伝導性素子２９が、ビーム７の中心ブランチ１０と磁性素子８との間でかつ磁性素子８の上方に、好ましくは磁性素子８の両側に接触して位置決めされる場合では、スピン発振器１が実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】多層構造体を有する、従来技術に係る磁性装置の特定の実施形態を模式的に示す図である。
【図２】ヘテロ構造体から構成された、従来技術に係る磁性装置の別の特定の実施形態を模式的に示す図である。
【図３】本発明に係る集積された可変応答磁性装置の特定の実施形態を示す図である。
【図４】図３に係る磁性装置の別法の実施形態を模式的に示す図である。
【図５】図３に係る磁性装置の別法の実施形態を模式的に示す図である。
【図６】図３に係る磁性装置の別法の実施形態を模式的に示す図である。
【図７】図３に係る磁性装置のビームの上面図である。
【図８】図７に係る磁性装置の別法の実施形態のビームの上面図である。
【図９】図７に係る磁性装置の別法の実施形態のビームの上面図である。
【図１０】図７に係る磁性装置の別法の実施形態のビームの上面図である。
【図１１】図３に係る磁性装置の別法の実施形態の上面図であり、ビームおよび磁性素子のみを示す。
【図１２】図３に係る磁性装置の別法の実施形態の上面図であり、ビームおよび磁性素子のみを示す。
【図１３】図３に係る磁性装置の別法の実施形態の上面図であり、ビームおよび磁性素子のみを示す。
【図１４】本発明に係る磁性装置の他の別法の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図１５】本発明に係る磁性装置を製造する方法の特定の実施形態の異なる工程を示す側断面図である。
【図１６】本発明に係る磁性装置を製造する方法の特定の実施形態の異なる工程を示す側断面図である。
【図１７】本発明に係る磁性装置を製造する方法の特定の実施形態の異なる工程を示す上面図である。
【図１８】本発明に係る磁性装置を製造する方法の特定の実施形態の異なる工程を示す側断面図である。
【図１９】本発明に係る磁性装置を製造する方法の特定の実施形態の異なる工程を示す側断面図である。
【図２０】本発明に係る磁性装置を製造する方法の特定の実施形態の異なる工程を示す上面図である。
【図２１】本発明に係る磁性装置の他の別法の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２２】本発明に係る磁性装置の他の別法の実施形態のビームを非常に模式的に示す上面図である。
【図２３】本発明に係る磁性装置の他の別法の実施形態のビームを非常に模式的に示す側面図である。
【図１】
2008072120.tif 000003
【図２】
2008072120.tif 000004
【図３】
2008072120.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008072120.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008072120.tif 000009
【図８】
2008072120.tif 000010
【図９】
2008072120.tif 000011
【図１０】
2008072120.tif 000012
【図１１】
2008072120.tif 000013
【図１２】
2008072120.tif 000014
【図１３】
2008072120.tif 000015
【図１４】
2008072120.tif 000016
【図２１】
2008072120.tif 000017
【図２２】
2008072120.tif 000018
【図２３】
2008072120.tif 000019
【図１５】
2008072120.tif 000020
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2008072120.tif 000023
【図１９】
2008072120.tif 000024
【図２０】
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【外国語明細書】
2008072120000001.pdf