(57)【要約】【課題】製造工程が容易になり、また、信頼性及び耐久性に優れ、チューニング範囲に制限のない電気湿潤現象を用いた可変キャパシタを提供する。【解決手段】第１電極２１１と、第１電極２１１から隔てて設けられた第２電極２１２と、第１電極２１１と第２電極２１２との間に形成された流体チャネル２３０と、第１電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第１絶縁膜２２１と流体チャネル２３０の内部に配置され、第１及び第２電極間でＤＣ電位差が発生することで流体チャネル２３０に沿って移動する導電性流体２４０と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極から隔てて設けられた第２電極と、
前記第１電極と第２電極との間に形成された流体チャネルと、
前記第１電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第１絶縁膜と、
前記流体チャネルの内部に配置され、前記第１及び第２電極間で直流電位差が発生すると、前記流体チャネルに沿って移動する導電性流体と、
を含むことを特徴とする可変キャパシタ。
【請求項２】
前記第２電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の可変キャパシタ。
【請求項３】
前記流体チャネルを基準に前記第２電極方向に形成され、前記第１電極、前記第１絶縁膜、前記導電性流体を介して伝達される交流信号を出力する交流電極を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の可変キャパシタ。
【請求項４】
前記第２電極と前記流体チャネルとの間と、前記交流電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の可変キャパシタ。
【請求項５】
前記流体チャネルを基準に前記第１電極の方向に形成された第１交流電極と、
前記流体チャネルを基準に前記第２電極の方向において前記第１交流電極と対向する位置に形成された第２交流電極と、を更に含み、
前記第１及び第２交流電極は、前記第１絶縁膜、前記導電性流体を介して交流信号を伝達することを特徴とする請求項１に記載の可変キャパシタ。
【請求項６】
前記第２電極と前記流体チャネルとの間と、前記第２交流電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の可変キャパシタ。
【請求項７】
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ複数であることを特徴とする請求項１に記載の可変キャパシタ。
【請求項８】
前記複数の第１電極のうち２つの第１電極の間に形成された第１交流電極と、
前記複数の第２電極のうち２つの第２電極の間において前記第１交流電極と対向する位置に形成された第２交流電極と、を更に含み、
前記第１及び第２交流電極は、前記第１絶縁膜、前記導電性流体を介して交流信号を伝達することを特徴とする請求項７に記載の可変キャパシタ。
【請求項９】
前記第２電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含み、
前記第２交流電極は前記第２絶縁膜の表面に形成されたことを特徴とする請求項８に記載の可変キャパシタ。
【請求項１０】
前記第２電極と前記流体チャネルとの間と、前記第２交流電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の可変キャパシタ。
【請求項１１】
前記第１絶縁膜と前記流体チャネルとの間に形成され、前記導電性流体の移動を円滑にする第１コーティング層を更に含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のうちいずれか１項に記載の可変キャパシタ。
【請求項１２】
前記第２絶縁膜と前記流体チャネルとの間に形成され、前記導電性流体の移動を円滑にする第２コーティング層を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の可変キャパシタ。
【請求項１３】
前記流体チャネルは両端が互いに接続された環状であり、前記環状の流体チャネルのうち前記導電性流体が移動する部分の幅がその他の部分より広いことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のうちいずれか１項に記載の可変キャパシタ。
【請求項１４】
前記流体チャネルの内部において前記導電性流体の移動を制限する少なくとも一つの流体移動防止部を更に含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のうちいずれか１項に記載の可変キャパシタ。
【請求項１５】
前記流体移動防止部は、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜のうち少なくとも一つの絶縁膜の表面上において、前記導電性流体と粘着力を有する物質からなる領域を含むことを特徴とする請求項１４に記載の可変キャパシタ。
【請求項１６】
前記流体移動防止部は、前記第１絶縁膜及び第２絶縁膜のうち少なくとも一つの絶縁膜の表面から突出し、前記導電性流体の移動を制限する突出部であることを特徴とする請求項１４に記載の可変キャパシタ。
【請求項１７】
第１電極と、
前記第１電極から隔てて設けられた第２電極と、
前記第１電極と第２電極との間に形成された流体チャネルと、
前記流体チャネルの内部に配置され、前記第１及び第２電極間で直流電位差が発生すると、前記流体チャネルに沿って移動する非導電性流体と、
を含むことを特徴とする可変キャパシタ。
【請求項１８】
前記第１電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第１絶縁膜を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の可変キャパシタ。
【請求項１９】
前記第２電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の可変キャパシタ。
【請求項２０】
前記流体チャネルを基準に前記第１電極の方向に形成された第１交流電極と、
前記流体チャネルを基準に前記第２電極の方向において前記第１交流電極と対向する位置に形成された第２交流電極と、
を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の可変キャパシタ。
【請求項２１】
前記第１電極と前記流体チャネルとの間と、前記交流電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第１絶縁膜を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の可変キャパシタ。
【請求項２２】
前記第２電極と前記流体チャネルとの間と、前記交流電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の可変キャパシタ。
【請求項２３】
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ複数であることを特徴とする請求項１７に記載の可変キャパシタ。
【請求項２４】
前記複数の第１電極のうち２つの第１電極の間に形成された第１交流電極と、
前記複数の第２電極のうち２つの第２電極の間において前記第１交流電極と対向する位置に形成された第２交流電極と、
を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の可変キャパシタ。
【請求項２５】
前記第１電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第１絶縁膜を更に含み、
前記第１交流電極は前記第１絶縁膜の表面に形成されたことを特徴とする請求項２４に記載の可変キャパシタ。
【請求項２６】
前記第１電極と前記流体チャネルとの間と、前記第１交流電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第１絶縁膜を更に含むことを特徴とする請求項２４に記載の可変キャパシタ。
【請求項２７】
前記第２電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含み、
前記第２交流電極は前記第２絶縁膜の表面に形成されたことを特徴とする請求項２５に記載の可変キャパシタ。
【請求項２８】
前記第２電極と前記流体チャネルとの間と、前記第２交流電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の可変キャパシタ。
【請求項２９】
前記第２電極と前記流体チャネルとの間と、前記第２交流電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含むことを特徴とする請求項２６に記載の可変キャパシタ。
【請求項３０】
前記第１絶縁膜と前記流体チャネルとの間に形成され、前記非導電性流体の移動を円滑にする第１コーティング層を更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の可変キャパシタ。
【請求項３１】
前記第２絶縁膜と前記流体チャネルとの間に形成され、前記非導電性流体の移動を円滑にする第２コーティング層を更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の可変キャパシタ。
【請求項３２】
前記流体チャネルは両端が互いに接続された環状であり、前記環状の流体チャネルのうち前記非導電性流体が移動する部分の幅がその他の部分より広いことを特徴とする請求項１７ないし請求項３１のうちいずれか１項に記載の可変キャパシタ。
【請求項３３】
前記流体チャネルの内部において前記非導電性流体の移動を制限する少なくとも一つの流体移動防止部を更に含むことを特徴とする請求項１８ないし請求項３２のうちいずれか１項に記載の可変キャパシタ。
【請求項３４】
前記流体移動防止部は、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜のうち少なくとも一つの絶縁膜の表面上において、前記非導電性流体と粘着力を有する物質からなる領域を含むことを特徴とする請求項３３に記載の可変キャパシタ。
【請求項３５】
前記流体移動防止部は、前記第１絶縁膜及び第２絶縁膜のうち少なくとも一つの絶縁膜の表面から突出し、前記非導電性流体の移動を制限する突出部であることを特徴とする請求項３３に記載の可変キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変キャパシタに関し、特にチューニング範囲に制限のない電気湿潤現象を用いた可変キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の無線携帯通信は、単純な電話機能及びメッセージ機能を超え、カメラ、ゲーム、音楽再生、放送、インターネットなどの様々な機能を含む多目的電子機器として発展している。このような様々な機能を行うためには、これに対応した多様な付加情報を含むＲＦデータの伝送が必須となる。現在、ＲＦデータの伝送のために多様な周波数帯域及びプロトコルが用いられている。特に、小型の携帯用端末機に多様な通信標準を集積して取り込むためには、ユーザの要求に合わせて多重帯域／多標準において動作可能なリコンフィギュラブルＲＦ無線通信回路（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  ＲＦ  ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）の製造が必要であり、ここに可変キャパシタ及び可変インダクタを用いた可変マッチングネットワークが必要となる。
【０００３】
低周波及び高周波用の可変キャパシタを製造するために多くの技術が開発・応用されている。特に、小型の可変キャパシタを製造するために、主にＭＥＭＳ技術が用いられており、駆動方式に応じて分類すると、（１）材料特性チューニング（強誘電体）、（２）静電駆動型、３）圧電駆動型、（４）熱駆動型、（５）電磁駆動型、（６）電気駆動型などがある。このような多様な駆動方式を利用しても究極的に制御しようとするキャパシタンスＣは、次のように簡単な数式により表れる。
【０００４】
Ｃ＝ε・Ａ／ｄ
ここで、εは誘電体の誘電率であり、Ａは平行電極の面積であり、ｄは平行電極間の距離である。誘電体の誘電率εを変化させる場合を除いて、面積Ａ又は距離ｄを変化させてチューニングを行う場合には必ず微小構造物の運動が必要となる。
【０００５】
図１は、ＭＥＭＳ可変キャパシタの代表的な例であって、静電駆動方式を用いて平行電極間の距離ｄを変化させるデュアルタイプ（ｄｕａｌ−ｔｙｐｅ）の可変キャパシタを示す図である。残念なことに、多くのＭＥＭＳ素子と同様にＭＥＭＳ可変キャパシタも移動体を有しているため製造が容易ではなく、製造後にも繰り返し作動により疲労現象が発生し、耐久性及び信頼性の確保が困難である。また、バネにより保持される移動体は衝撃にも弱い短所がある。
【０００６】
一方、誘電体の誘電率εを変化させてキャパシタンスをチューニングする方法としては、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ：Ｂａｒｉｕｍ  Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ  Ｔｉｔａｔｅ）のような強誘電体を利用する方法と、平行電極から構成された微小チャネルの中に相互混合されず誘電率の異なる２つの流体を取り入れ、それを移動させてチューニングする方法がある。
【０００７】
前者の場合、強誘電体がキュリー温度Ｔｃ以上では常誘電体になり、この常誘電体が外部電圧により誘電率が変化することを用いる方法である。ＢＳＴ材料は、Ｔｃを室温程度に調整可能であり、マイクロ波周波数において誘電率が高く、ロスが少ない長所がある一方、材料的に安定した物性を確保するための努力が必要である。
【０００８】
後者の場合、固定された平行電極構造の間に混合されない２つの非導電性物質を取り入れ、電極の間の流体量を調節することによりチューニングする方法であって、両流体の誘電率の差が大きいほどチューニングの範囲が大きくなる。ここで移動する部分は、固体構造ではなく非導電性流体であるので、長期間の耐久性及び信頼性確保は可能であるが、流体を移動させるためのもう一つの駆動方法が必要となる短所がある。
【特許文献１】韓国特許出願公開第２００４−０８４９０２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５−１０６４５９号明細書
【特許文献３】韓国特許出願公開第２００２−０２５８２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、前述の問題点を解決するために、電気湿潤現象を用いることにより、製造工程が容易になり、また、信頼性及び耐久性に優れ、チューニング範囲に制限のない可変キャパシタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するための本発明に係る可変キャパシタは、第１電極と、前記第１電極から隔てて設けられた第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に形成された流体チャネルと、前記第１電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第１絶縁膜と、前記流体チャネルの内部に配置され、前記第１及び第２電極間で直流（以下、ＤＣという）電位差が発生すると、前記流体チャネルに沿って移動する導電性流体と、を含む。
【００１１】
本発明においては、好ましくは、前記第２電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含む。より好ましくは、前記流体チャネルを基準に前記第２電極方向に形成され、前記第１電極、前記第１絶縁膜、前記導電性流体を介して伝達される交流（以下、ＡＣという）信号を出力するＡＣ電極を更に含む。
【００１２】
また本発明においては、好ましくは、前記第２電極と前記流体チャネルとの間と、前記ＡＣ電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含むことができる。
【００１３】
また本発明においては、好ましくは、前記流体チャネルを基準に前記第１電極の方向に形成された第１ＡＣ電極と、前記流体チャネルを基準に前記第２電極の方向において前記第１ＡＣ電極と対向する位置に形成された第２ＡＣ電極と、を更に含み、前記第１及び第２ＡＣ電極は、前記第１絶縁膜、前記導電性流体を介してＡＣ信号を伝達することを特徴とすることができる。
【００１４】
また本発明においては、好ましくは、前記第２電極と前記流体チャネルとの間と、前記第２ＡＣ電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含むことができる。
【００１５】
また本発明においては、好ましくは、前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ複数であることを特徴とする。
【００１６】
また本発明においては、好ましくは、前記複数の第１電極のうち２つの第１電極の間に形成された第１ＡＣ電極と、前記複数の第２電極のうち２つの第２電極の間において前記第１ＡＣ電極と対向する位置に形成された第２ＡＣ電極と、を更に含み、前記第１及び第２ＡＣ電極は、前記第１絶縁膜、前記導電性流体を介してＡＣ信号を伝達することを特徴とする。
【００１７】
また本発明においては、好ましくは、前記第２電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含み、前記第２ＡＣ電極は前記第２絶縁膜の表面に形成されたことを特徴とする。
【００１８】
また本発明においては、好ましくは、前記第２電極と前記流体チャネルとの間と、前記第２ＡＣ電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含むことを特徴とする。
【００１９】
また本発明においては、好ましくは、前記第１絶縁膜と前記流体チャネルとの間に形成され、前記導電性流体の移動を円滑にする第１コーティング層を更に含むことを特徴とする。
【００２０】
また本発明においては、好ましくは、前記第２絶縁膜と前記流体チャネルとの間に形成され、前記導電性流体の移動を円滑にする第２コーティング層を更に含むことを特徴とする。
【００２１】
また本発明においては、好ましくは、前記流体チャネルは両端が互いに接続された環状であり、前記環状の流体チャネルのうち前記導電性流体が移動する部分の幅がその他の部分より広いことを特徴とする。
【００２２】
また本発明においては、好ましくは、前記流体チャネルの内部において前記導電性流体の移動を制限する少なくとも一つの流体移動防止部を更に含むことを特徴とする。
【００２３】
また本発明においては、好ましくは、前記流体移動防止部は、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜のうち少なくとも一つの絶縁膜の表面上において、前記導電性流体と粘着力を有する物質からなる領域を含むことを特徴とする。
【００２４】
また本発明においては、好ましくは、前記流体移動防止部は、前記第１絶縁膜及び第２絶縁膜のうち少なくとも一つの絶縁膜の表面から突出し、前記導電性流体の移動を制限する突出部であることを特徴とする。
【００２５】
また、、本発明に係る他の可変キャパシタは、第１電極と、前記第１電極から隔てて設けられた第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に形成された流体チャネルと、前記流体チャネルの内部に配置され、前記第１及び第２電極間でＤＣ電位差が発生すると、前記流体チャネルに沿って移動する非導電性流体と、を含む。
【００２６】
本発明においては、好ましくは、前記第１電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第１絶縁膜を更に含む。より好ましくは、前記第２電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含む。
【００２７】
また本発明においては、好ましくは、前記流体チャネルを基準に前記第１電極の方向に形成された第１ＡＣ電極と、前記流体チャネルを基準に前記第２電極の方向において前記第１ＡＣ電極と対向する位置に形成された第２ＡＣ電極と、を更に含むことができる。
【００２８】
また本発明においては、好ましくは、前記第１電極と前記流体チャネルとの間と、前記ＡＣ電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第１絶縁膜を更に含む。
【００２９】
また本発明においては、好ましくは、前記第２電極と前記流体チャネルとの間と、前記ＡＣ電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含むことができる。
【００３０】
また本発明においては、好ましくは、前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ複数であることを特徴とする。
【００３１】
また本発明においては、好ましくは、前記複数の第１電極のうち２つの第１電極の間に形成された第１ＡＣ電極と、前記複数の第２電極のうち２つの第２電極の間において前記第１ＡＣ電極と対向する位置に形成された第２ＡＣ電極と、を更に含むことができる。
【００３２】
また本発明においては、好ましくは、前記第１電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第１絶縁膜を更に含み、前記第１ＡＣ電極は前記第１絶縁膜の表面に形成されたことを特徴とする。
【００３３】
また本発明においては、好ましくは、前記第１電極と前記流体チャネルとの間と、前記第１ＡＣ電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第１絶縁膜を更に含むことができる。
【００３４】
また本発明においては、好ましくは、前記第２電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含み、前記第２ＡＣ電極は前記第２絶縁膜の表面に形成されたことを特徴とする。
【００３５】
また本発明においては、好ましくは、前記第２電極と前記流体チャネルとの間と、前記第２ＡＣ電極と前記流体チャネルとの間に設けられた第２絶縁膜を更に含むことができる。
【００３６】
また本発明においては、好ましくは、前記第１絶縁膜と前記流体チャネルとの間に形成され、前記非導電性流体の移動を円滑にする第１コーティング層を更に含むことができる。
【００３７】
また本発明においては、好ましくは、前記第２絶縁膜と前記流体チャネルとの間に形成され、前記非導電性流体の移動を円滑にする第２コーティング層を更に含むことができる。
【００３８】
また本発明においては、好ましくは、前記流体チャネルは両端が互いに接続された環状であり、前記環状の流体チャネルのうち前記非導電性流体が移動する部分の幅がその他の部分より広いことを特徴とする。
【００３９】
また本発明においては、好ましくは、前記流体チャネルの内部において前記非導電性流体の移動を制限する少なくとも一つの流体移動防止部を更に含むことができる。
【００４０】
また本発明においては、好ましくは、前記流体移動防止部は、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜のうち少なくとも一つの絶縁膜の表面上において、前記非導電性流体と粘着力を有する物質からなる領域を含むことを特徴とする。
【００４１】
また本発明においては、好ましくは、前記流体移動防止部は、前記第１絶縁膜及び第２絶縁膜のうち少なくとも一つの絶縁膜の表面から突出し、前記非導電性流体の移動を制限する突出部であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によると、流体チャネル内部の流体のみ移動するので、製造工程が容易であり、固体構造物の繰り返し変形による破損が発生しないため、信頼性及び耐久性に優れた可変キャパシタを提供することができる。
【００４３】
また、流体チャネルの内壁の厚みをナノスケールで製造することができるので、具現可能なキャパシタンスの値が多様になり、チューニング範囲に制限のない可変キャパシタを提供することができる。
【００４４】
また、流体チャネルの高さを必要に応じて数十〜数百μに製造し、駆動電圧を下げることができる可変キャパシタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
【００４６】
図２は、本発明の一実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す垂直断面図である。同図によると、本可変キャパシタ２００は、第１電極２１１、第２電極２１２、第１絶縁膜２２１、流体チャネル２３０、及び流体２４０を含む。
【００４７】
第１電極２１１及び第２電極２１２は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌのような金属、又はこれらの合金からなる。また、第２電極２１２は、第１電極２１１から所定距離を隔てて形成されている。ここで第１電極２１１と第２電極２１２は互いに平行に位置し、同じ大きさで形成されている。
【００４８】
第１電極２１１と第２電極２１２との間には流体チャネル２３０が形成される。流体チャネル２３０の高さは、第１電極２１１及び第２電極２１２によるＤＣ駆動電圧を下げるために数十〜数百μのサイズである。
【００４９】
第１電極２１１と流体チャネル２３０との間には第１絶縁膜２２１が設けられる。第１絶縁膜２２１は、酸化ケイ素ち、窒化ケイ素、ガラス、又はパリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）、テフロン、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｓｉｌｏｘａｎｅ）のようなポリマー、又はこれらの材料の組合せにより形成することができる。また、第１絶縁膜２２１の厚みは、ＳＡＭ（ｓｅｌｆ  ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）のようにナノスケールに製造でき、これにより具現可能なキャパシタンス値の範囲が非常に多様になり、精巧に制御することができる。
【００５０】
一方、流体チャネル２３０内の流体２４０としては、導電性流体又は非導電性流体を用いることができる。まず、流体チャネル２３０内の流体２４０が導電性流体である場合について説明する。
【００５１】
導電性流体２４０は流体チャネル２３０の内部に配置され、ＤＣ電圧Ｖ１により第１及び第２電力２１１、２１２間でＤＣ電位差が発生すると、前記流体チャネル２３０に沿って移動する。ここで、導電性流体２４０は、ガリウム合金（Ｇａ  ａｌｌｏｙ）のような伝導性流体金属にすることができる。
【００５２】
図３Ａ及び図３Ｂは、図２に係る可変キャパシタ２００の電位差によるキャパシタンスの変化を説明するための図である。説明の便宜上、実質的にキャパシタとして動作する部分２００’について説明する。
【００５３】
図３Ａによると、第２電極２１２が導電性流体２４０に露出されており、導電性流体２４０にも第２電極２１２による交流電流が流れるようになるため、導電性流体２４０は第２電極２１２と同様の役割を果たすようになる。よって、第１絶縁膜２２１がキャパシタ２００’の誘電体となる。ここで、第１絶縁膜２２１の誘電率をε１とし、第１絶縁膜２２１及び導電性流体２４０、導電性流体２４０及び第２電極２１２が共通して接する面積をＡとし、第１絶縁膜２２１の第１電極２１１の下部厚みをｄ１とすると、キャパシタ２００’のキャパシタンスＣ＝ε１・Ａ／ｄ１になる。
【００５４】
一方、図３Ｂによると、導電性流体２４０が、第１及び第２電極２１１、２１２に加えられた電圧Ｖ１によるＤＣ電圧差によって面積ａだけ左側に移動する。ここで、流体チャネル２３０内に導電性流体２４０が存在する部分を第１キャパシタとし、流体チャネル２３０内に導電性流体２４０が存在しない部分を第２キャパシタとすると、全体キャパシタ２００’は第１及び第２キャパシタの並列接続の形となる。
【００５５】
この場合、それぞれのキャパシタンスをＣ１、Ｃ２とすると、キャパシタンスＣ１はＣ１＝ε１・（Ａ−ａ）／ｄ１により計算される。一方、キャパシタンスＣ２の場合は、相異なる誘電体（第１絶縁膜２２１及び誘電チャネル２３０内の空気）を含むため、全体電圧を求めた後、そこから逆にキャパシタンスを求めなければならない。
【００５６】
ここで、誘電チャネル２３０内の空気の誘電率をε０とし、第１絶縁膜２２１が存在する区間の電場をＥ１とすると、Ｅ１＝σ／ε１（ここで、σは面電荷密度）であるからＥ１＝ｑ／（ａ・ε１）（ここで、ｑは、面積ａに分布されている電荷量）になり、第１絶縁膜２２１が存在しない区間、すなわち空気のみからなっている区間の電場をＥ２とすると、Ｅ２＝σ／ε０であるからＥ１＝ｑ／（ａ・ε０）になる。従って、電場及び電圧に関する関係式Ｖ＊＝Ｅ・ｄにより、電圧Ｖ１＊はＶ１＊＝ｑ・ｄ１／（ａ・ε１）であり、第１絶縁膜２２１が存在しない区間の電圧Ｖ２＊はＶ２＊＝ｑ・ｄ２／（ａ・ε０）になる。よって、導電性流体２４０が存在しない区間の全体電圧をＶ＊とすると、Ｖ＊＝Ｖ１＊＋Ｖ２＊であり、電圧とキャパシタンス間の関係式Ｃ＝ｑ／Ｖ＊により、キャパシタンスＣ２はＣ２＝ｑ／Ｖ＊であるからＣ２＝ａ・ε１ε０／（ｄ１ε０＋ｄ２ε１）になる。従って、図３Ｂによる全体キャパシタンスＣ’は、フリンジ効果（ｆｒｉｎｇｅ  ｅｆｆｅｃｔ）を無視する場合、キャパシタの並列接続によりＣ’＝Ｃ１＋Ｃ２になる。
【００５７】
ここで、流体チャネル２３０内の導電性流体２４０を制御する方法として電気湿潤現象を用いる。電気湿潤現象とは、絶縁物質からコーティングされた電極の上に微小液滴を落とした後、電気を加え微小液滴を制御する方法である。
【００５８】
図４Ａ及び図４Ｂは電気湿潤現象を説明するための図であって、図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ電気を加える前と電気を加えたときの微小液滴の表面張力の変化を示す。このように、微小液滴の表面張力を用いる電気湿潤現象は、低い電圧を使い、早くて効果的に微小液滴の流動を制御することができ、可逆的に流体の移送及び制御が可能な長所を有する。その他にも電気湿潤現象を用いた流動制御方法は、製造において電極のコーティングさえすれば良いので他の方法に比べ製造が簡単で経済的である。また、微小チャネルに流体を満たしてから流動を制御する方法に比べ、試料を節約できる長所もある。何年か前には電気湿潤現象のために数百ボルトの電圧が必要であったが、ＭＥＭＳ技術の発展により現在は数ボルトの低い電圧においても電気湿潤現象が可能となった。
【００５９】
このように、ＤＣ電極を用いて流体チャネル２３０内に電気湿潤現象を発生させることにより、流体チャネル２３０内の導電性流体２４０の位置を制御することができる。これにより、キャパシタ２００の電極面積、電極間の距離、電極の間に存在する誘電体の誘電率に変化を引き起こすことにより、キャパシタンスをチューニングすることができるようになる。
【００６０】
次に、図２に係る可変キャパシタ２００において、流体チャネル２３０の内部に配置された流体２４０が非導電性流体の場合について説明する。
【００６１】
図２によると、非導電性流体２４０は流体チャネル２３０の内部に配置され、ＤＣ電圧Ｖ１によって第１及び第２電極２１１、２１２間でＤＣ電位差が発生すると、前記流体チャネル２３０に沿って移動する。ここで、非導電性流体２４０は、オイル又は脱イオン水のような非伝導性物質にすることができる。
【００６２】
図３Ａ及び図３Ｂは、図２に係る可変キャパシタ２００の電位差によるキャパシタンスの変化を説明するための図である。説明の便宜上、キャパシタとして動作する部分２００’について説明する。
【００６３】
図３Ａによると、第１絶縁膜２２１及び非導電性流体２４０がキャパシタ２００’の誘電体となる。ここで、第１絶縁膜２２１の誘電率をε１、非導電性流体２４０の誘電率をε２とし、第１絶縁膜２２１及び非導電性流体２４０、非導電性流体２４０及び第２電極２１２が共通して接する面積をＡとする。また、第１絶縁膜２２１のうち第１電極２１１の下部厚みをｄ１、流体チャネル２３０の厚みをｄ２とすると、キャパシタ２００’のキャパシタンスＣはＣ＝Ａ・ε１ε２／（ｄ１ε２＋ｄ２ε１）になる。詳細な計算方法は、流体２４０が導電性流体の場合と同様であり、詳細計算は省略する。
【００６４】
一方、図３Ｂによると、非導電性流体２４０が、第１及び第２電極２１１、２１２に加えられた電圧Ｖ１によるＤＣ電圧差によって面積ａだけ左側に移動する。ここで、流体チャネル２３０内に非導電性流体２４０が存在する部分を第３キャパシタとし、流体チャネル２３０内に非導電性流体２４０が存在しない部分を第４キャパシタとすると、全体キャパシタ２００’は第３及び第４キャパシタの並列接続の形となる。この場合、それぞれのキャパシタンスをＣ３、Ｃ４とすると、キャパシタンスＣ３＝（Ａ−ａ）・ε１ε２／（ｄ１ε２・ｄ２ε１）、Ｃ４＝ａ・ε１ε０／（ｄ１ε０＋ｄ２ε１）により計算され、全体キャパシタンスＣ’は、キャパシタの並列接続によりＣ’＝Ｃ３＋Ｃ４になる。
【００６５】
このように、ＤＣ電極を用いて電気湿潤現象を発生させることにより、流体チャネル２３０内の非導電性流体２４０の位置を制御することができる。これにより、キャパシタ２００の電極面積、電極間の距離、電極の間に存在する誘電体の誘電率に変化を引き起こすことにより、キャパシタンスをチューニングすることができるようになる。
【００６６】
一方、図２においては、第１及び第２電極がそれぞれ２つにより具現されたことを示しているが、第１及び第２電極はそれぞれ１つ又は３つ以上により具現されることもできる。
【００６７】
図５は、本発明の他の実施形態に係る可変キャパシタ５００の構成を示す面である。この場合は、図２に係る本可変キャパシタの構造と比較して、第２絶縁膜を更に含む構造を形成する。
【００６８】
図５によると、本可変キャパシタ５００は、第１電極５１１、第２電極５１２、第１絶縁膜５２１、流体チャネル５３０、流体５４０、及び第２絶縁膜５２２を含む。第１電極５１１、第２電極５１２、第１絶縁膜５２１、及び流体５４０の構成材料は図３の説明と同様であるので以下では省略する。
【００６９】
第２電極５１２は、第１電極５１１と対向する方向に所定距離を隔てて形成される。第１電極５１１と第２電極５１２との間には流体チャネル５３０が形成される。ここで、流体チャネル５３０の高さは、第１及び第２電極５１１、５１２によるＤＣ駆動電圧を下げるために数十〜数百μのサイズにすることができる。
【００７０】
第１電極５１１と流体チャネル５３０との間には第１絶縁膜５２１が設けられ、第２電極５１２と流体チャネル５３０との間には第２絶縁膜５２２が設けられる。第１及び第２絶縁膜５２１、５２２は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ガラス、又はパリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）、テフロン、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｓｉｌｏｘａｎｅ）のようなポリマー、又はこれらの材料の組合せにより形成することができる。
【００７１】
流体チャネル５３０内の流体５４０としては、導電性流体又は非導電性流体を用いることができ、まず、流体５４０が導電性流体である場合について説明する。
【００７２】
導電性流体５４０は流体チャネル５３０の内部に配置され、ＤＣ電圧Ｖ１により前記第１及び第２電力５１１、５１２間でＤＣ電位差が発生すると、前記流体チャネル５３０に沿って移動する。
【００７３】
図６Ａ及び図６Ｂは、図５に係る可変キャパシタ５００の電位差によるキャパシタンスの変化を説明するための図である。説明の便宜上、キャパシタとして動作する部分５００’について説明する。
【００７４】
図６Ａによると、流体チャネル５３０内において移動する導電性流体５４０が電極と同様の役割を果たすため、第１電極５１１、第１電極の下部の第１絶縁膜５２１、導電性流体５４０が第５キャパシタを形成し、導電性流体５４０、第２電極５１２の上部の第２絶縁膜５２２、第２電極５１２が第６キャパシタを形成するので、全体キャパシタ５００は両キャパシタの直列接続の形となる。ここで、第１絶縁膜５２１及び第２絶縁膜５２２の誘電率をそれぞれε１及びε３とし、第１及び第２絶縁膜の厚みをそれぞれｄ１及びｄ３とし、導電性流体５４０が第１絶縁膜５２１及び第２絶縁膜５２２と共通して接する面積をＡとする。第５キャパシタの電気容量をＣ５とすると、Ｃ５＝ε１・Ａ／ｄ１であり、第６キャパシタの電気容量をＣ６とすると、Ｃ６＝ε３・Ａ／ｄ３であるので、全体キャパシタの電気容量Ｃはフリンジ効果を無視する場合、キャパシタの直列接続によりＣ＝（Ｃ５＋Ｃ６）／（Ｃ５・Ｃ６）になる。
【００７５】
図６Ｂによると、導電性流体５４０が、第１及び第２電極５１１、５１２によるＤＣ電圧差によって面積ａだけ左側に移動する。ここで、流体チャネル５３０内に導電性流体５４０が存在する部分を第７キャパシタとし、流体チャネル５３０内に導電性流体５４０が存在しない部分を第８キャパシタとすると、全体キャパシタ５００’は第７及び第８キャパシタの並列接続の形となる。この場合、それぞれのキャパシタンスをＣ７、Ｃ８とすると、第１及び第２絶縁膜５２１、５２２が導電性流体５４０と共通で接する面積はＡ−ａになるので、キャパシタンスＣ７は、図６ＡのキャパシタンスＣにおいて面積がＡであったものからＡ−ａに変わったものと同様である。また、導電性流体５４０が存在しない区間のキャパシタンスＣ８は、全体電圧を求め逆計算することができ、Ｃ８＝ａ・ε０ε１ε３／（ｄ１ε０ε３＋ｄ２ε１ε３＋ｄ３ε０ε１）になる。従って、全体キャパシタンスＣ’は、キャパシタンスの並列接続によりＣ’＝Ｃ７＋Ｃ８になる。
【００７６】
このように、ＤＣ電極を用いて電気湿潤現象を発生させることにより、流体チャネル５３０内の導電性流体５４０の位置を制御することができる。これにより、キャパシタ５００の電極面積、電極間の距離、電極の間に存在する誘電体の誘電率に変化が引き起こされるので、キャパシタンスをチューニングすることができるようになる。
【００７７】
次に、図５に係る可変キャパシタ５００において流体チャネル５３０の内部に配置された流体５４０が非導電性流体の場合について説明する。
【００７８】
図５によると、非導電性流体５４０は流体チャネル５３０の内部に配置され、ＤＣ電圧Ｖ１によって前記第１及び第２電極５１１、５１２間でＤＣ電位差が発生すると、前記流体チャネル５３０に沿って移動する。ここで、非導電性流体５４０は、オイル又は脱イオン水のような非伝導性物質にすることができる。
【００７９】
図６Ａ及び図６Ｂは、図５に係る可変キャパシタ５００の電位差によるキャパシタンスの変化を説明するための図である。説明の便宜上、実質的にキャパシタとして動作する部分５００’について詳細に説明する。
【００８０】
図６Ａによると、第１絶縁膜５２１、非導電性流体５４０、及び第２絶縁膜５２２がキャパシタ５００’の誘電体となる。第１絶縁膜５２１及び第２絶縁膜５２２の誘電率をそれぞれε１及びε３、非導電性流体５４０の誘電率をε２とし、第１絶縁膜５２１及び第２絶縁膜５２２の厚みをそれぞれｄ１及びｄ３、流体チャネル５３０の厚みをｄ２とする。また、非導電性流体５４０が第１絶縁膜５２１及び第２絶縁膜５２２と共通して接する面積をＡとすると、キャパシタ５００’のキャパシタンスＣは全体電圧を求め逆計算することができ、詳細計算は省略する。
【００８１】
一方、図６Ｂによると、非導電性流体５４０が、第１及び第２電極５１１、５１２に加えられた電圧Ｖ１によるＤＣ電圧差によって面積ａだけ左側に移動する。ここで、流体チャネル５３０内に非導電性流体５４０が存在する部分を第９キャパシタとし、流体チャネル５３０内に非導電性流体５４０が存在しない部分を第１０キャパシタとすると、全体キャパシタ５００’は第９及び第１０キャパシタの並列接続の形となる。この場合、それぞれのキャパシタンスをＣ９、Ｃ１０とすると、第１及び第２絶縁膜５２１、５２２が非導電性流体５４０と共通で接する面積はＡ−ａになるので、キャパシタンスＣ９は図４ＢのキャパシタンスＣにおいて面積がＡであったものからＡ−ａに変わったものと同様になる。また、非導電性流体５４０が存在しない区間のキャパシタンスＣ１０も全体電圧を求めてから逆計算でき、詳細な計算方法は省略する。従って、全体キャパシタンスＣ’は、キャパシタの並列接続によりＣ’＝Ｃ９＋Ｃ１０になる。
【００８２】
このように、ＤＣ電極を用いて電気湿潤現象を発生させることにより、流体チャネル５３０内の非導電性流体５４０の位置を制御することができる。これにより、キャパシタ５００の電極面積、電極間の距離、電極の間に存在する誘電体の誘電率に変化を引き起こすことにより、キャパシタンス５００をチューニングすることができるようになる。
【００８３】
一方、図５においては、第１及び第２電極がそれぞれ２つ設けた実施形態を説明した。、しかし第１及び第２電極はそれぞれ１つ又は３つ以上設けてもよい。第１及び第２電極をそれぞれ１つ又は３つ以上設けた場合も図５に示した形態と同様に本発明による可変キャパシタとして実施することができる。
【００８４】
図７は、本発明の他の実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。同図によると、本可変キャパシタ７００は、第１電極７１１、第２電極７１２、第１絶縁膜７２１、流体チャネル７３０、導電性流体７４０、及びＡＣ電極７１３を含む。
【００８５】
この場合、ＤＣ電極である第１及び第２電極７１１、７１２のうち一つの電極、すなわち第１電極７１１はＡＣ信号が印加されるＡＣ電極７１３と共有し、ＡＣ信号が出力されるＡＣ電極７１３は第２電極７１２と別に備えられる。また、第２電極７１２と別に備えられたＡＣ電極７１３は第２絶縁膜７２２の表面に形成される。
【００８６】
本可変キャパシタ７００の他の実施形態によると、第２電極７１２はＡＣ信号が印加されるＡＣ電極と共有し、ＡＣ信号が出力されるＡＣ電極７１３は第１電極７１１と別に備えられる。
【００８７】
本可変キャパシタ７００は第１コーティング層（図示せず）を更に含むことができ、第１コーティング層（図示せず）は第１絶縁膜７２１と流体チャネル７３０との間に形成され、導電性流体７４０の移動を円滑にする。また、本可変キャパシタ７００は第２コーティング層（図示せず）を更に含むことができ、第２コーティング層（図示せず）は第２絶縁膜７２２と流体チャネル７３０との間に形成され、導電性流体７４０の移動を円滑にする。ここで、コーティング層（図示せず）はパリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）又はテフロンのような非粘着性の材料から形成することができる。この場合、図３Ａ及び図３Ｂにおいて説明したように、電極面積、電極間の距離、電極の間に存在する誘電体の誘電率などに変化を引き起こすことにより、キャパシタンスをチューニングすることができる。ここで、実質的にキャパシタとして動作する部分７００’に関する詳細説明は省略する。
【００８８】
一方、図７においては、第１及び第２電極がそれぞれ２つにより具現されたことを示しているが、第１及び第２電極はそれぞれ１つ又は３つ以上により具現されることもできる。
【００８９】
図８は、本発明の他の実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。この場合は、図７に係る可変キャパシタの構造と比較して、第２絶縁膜を更に含む構造を形成する。
【００９０】
同図によると、本可変キャパシタ８００は、第１電極８１１、第２電極８１２、第１絶縁膜８２１、第２絶縁膜８２２、流体チャネル８３０、導電性流体８４０、及びＡＣ電極８１３を含む。すなわち、本実施形態は図７の実施形態に比べ、第２電極８１２と流体チャネルとの間、ＡＣ電極８１３と流体チャネル８３０との間に設けられた第２絶縁膜８２２を更に含む。
【００９１】
この場合、ＤＣ電極である第１及び第２電極８１１、８１２のうち一つの電極、すなわち第１電極８１１はＡＣ信号が印加されるＡＣ電極と共有し、ＡＣ信号が出力されるＡＣ電極８１３は第２電極８１２と別に備えられる。本可変キャパシタ８００の他の実施形態によると、第２電極８１２はＡＣ信号が印加されるＡＣ電極と共有し、ＡＣ信号が出力されるＡＣ電極８１３は第１電極８１１と別に備えられる。
【００９２】
本可変キャパシタ８００は第１コーティング層（図示せず）を更に含むことができ、第１コーティング層（図示せず）は第１絶縁膜８２１と流体チャネル８３０との間に形成され、導電性流体８４０の移動を円滑にする。また、本可変キャパシタ８００は第２コーティング層（図示せず）を更に含むことができ、第２コーティング層（図示せず）は第２絶縁膜８２２と流体チャネル８３０との間に形成され、導電性流体８４０の移動を円滑にする。ここで、コーティング層（図示せず）は、パリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）又はテフロンのような非粘着性の材料から形成することができる。この場合、図６Ａ及び図６Ｂにおいて説明したように、電極面積、電極間の距離、電極の間に存在する誘電体の誘電率などに変化を引き起こすことにより、キャパシタンスをチューニングすることができる。ここで、実質的にキャパシタとして動作する部分８００’に関する詳細説明は省略する。
【００９３】
一方、図８においては、第１及び第２電極がそれぞれ２つ設けた形態を示したが、これに限らず、本発明は第１及び第２電極はそれぞれ１つ又は３つ以上により具現されることもできる。
【００９４】
図３及び図８は、ＤＣ電極とＡＣ電極の一部又は全部を共有して使用する可変キャパシタの構成を示すものである。このとき、ＡＣ回路部においてＤＣ駆動電圧が作用することを防止するために、ＤＣ遮断用キャパシタを別に設置しなければならない状況が発生し得る。これを防止するために、図９及び図１０においては、ＤＣ駆動電極とＡＣ駆動電極を分離した可変キャパシタの構成を示す。
【００９５】
図９は、本発明の他の実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。同図によると、本可変キャパシタ９００は、第１電極９１１、第２電極９１２、第１絶縁膜９２１、流体チャネル９３０、流体９４１、第１ＡＣ電極９１３、及び第２ＡＣ電極９１４を含む。この場合、ＤＣ電極である第１及び第２電極９１１、９１２とＡＣ信号が印加／出力される第１及び第２ＡＣ電極９１３、９１４とは別に備えられる。
【００９６】
第２電極９１２は第１電極９１１と対向する方向に所定距離を隔てて形成され、第１電極９１１と第２電極９１２との間には流体チャネル９３０が形成される。また、第１電極９１１と流体チャネル９３０との間には第１絶縁膜９２１が設けられる。
【００９７】
流体９４１は流体チャネル９３０の内部に配置され、ＤＣ電圧Ｖ１により第１及び第２電極９１１、９１２間でＤＣ電位差が発生すると、流体チャネル９３０に沿って移動する。
【００９８】
第１ＡＣ電極９１３は、流体チャネル９３０を基準に第１電極９１１の方向に形成される。また、第２ＡＣ電極９１４は、流体チャネル９３０を基準に第２電極９１２の方向において第１ＡＣ電極９１１と対向する位置に形成される。
【００９９】
一方、図９においては第１及び第２電極９１１、９１２、９１５、９１６がそれぞれ２つにより具現されたことについて示しているが、第１及び第２電極は１つ又は３つ以上により具現されることもできる。この場合、流体チャネル９３０内の流体９４１、９４２も複数存在することができる。流体９４１、９４２は、相互混合しない流体であれば十分であり、流体９４１、９４２は導電性流体であっても又は非導電性流体であっても構わない。
【０１００】
二対のＤＣ電極９１１、９１２、９１５、９１６のうち一対又は二対を駆動させることで流体を移動させることができ、この場合、図３Ａないし図３Ｃにおいて説明したように、電極面積、電極間距離、電極の間に存在する誘電体の誘電率などに変化を引き起こしてキャパシタンスをチューニングすることができる。
【０１０１】
図１０は、本発明の他の実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。この場合は、図９に係る可変キャパシタの構造に比べ、第２絶縁膜を更に含む構造を形成する。
【０１０２】
同図によると、本可変キャパシタ１０００は、第１電極１０１１、第２電極１０１２、第１絶縁膜１０２１、流体チャネル１０３０、流体１０４０、第１ＡＣ電極１０１３、第２ＡＣ電極１０１４、及び第２絶縁膜１０２２を含む。この場合は、図９に係る実施形態と比較して、第２電極１０１２と流体チャネル１０３０との間、第２ＡＣ電極１０１４と流体チャネル１０３０との間に設けられた第２絶縁膜１０２２を更に含む。
【０１０３】
この場合も同様に第１及び第２電極１０１１、１０１２、１０１５、１０１６が一つ又は３つ以上により具現されることができ、流体チャネル１０３０内の流体１０４１、１０４２も複数存在することができる。この場合、流体１０４１、１０４２は相互混合しない流体であれば十分であり、流体１０４１、１０４２は導電性流体であっても又は非導電性流体であっても構わない。この場合、図６Ａないし図６Ｂにおいて説明したように、電極面積、電極間距離、電極の間に存在する誘電体の誘電率などに変化を引き起こしてキャパシタンスをチューニングすることができる。
【０１０４】
図１１は、流体チャネル内の流体が非導電性流体である場合に追加され得る他の実施形態を示す可変キャパシタの構成を示す垂直断面図である。この場合は、図２に係る可変キャパシタの構造と比較して、第１絶縁膜が除去された構造を形成する。
【０１０５】
同図によると、本可変キャパシタ１１００は、第１電極１１１１、第２電極１１１２、流体チャネル１１３０、非導電性流体１１４０を含む。この場合、第１及び第２電極１１１１、１１１２が両方とも流体チャネル１１３０と接しているので、これは流体チャネル内の流体が導電性流体である場合には図示できない実施形態であるから、別途示した。可変キャパシタ１１００の誘電体が非導電性流体１１４０であること以外の部分は図３Ａ及び図３Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂに係る実施形態のうち流体が非導電性流体である場合とチューニング範囲は類似しており、拡張実施形態も類似している。
【０１０６】
図１２Ａないし図１２Ｅは、本発明の一実施形態に係る流体の移動を制限するための多様な構造を説明するための図である。
【０１０７】
図１２Ａによると、流体チャネル１２１１、１２１２は、両端が互いに接続された環状であり、流体１２１３が移動する流体チャネル部分１２１１は流体が移動しない流体チャネル部分１２１２より幅が広くて、導電性流体１２１３の移動を制限することができる。
【０１０８】
図１２Ｂないし図１２Ｄによると、流体チャネル１２２７、１２３７、１２４７の内部において流体１２２８、１２３８、１２４８の移動を制限する流体移動防止部１２２３〜１２２６、１２３３〜１２３６、１２４３〜１２４６を設け、流体１２２８、１２３８、１２４８の移動を制御することができる。また、流体移動防止部１２２３〜１２２６、１２３３〜１２３６、１２４３〜１２４６は流体１２２８、１２３８、１２４８と所定程度の粘着力を有する物質からなる領域からなる。
【０１０９】
図１２Ｂによると、流体移動防止部１２２３〜１２２６は、第１絶縁膜１２２１及び第２絶縁膜１２２２のうち少なくともいずれか一つの絶縁膜の表面上において突出部１２２３〜１２２６を形成することにより設けることができ、突出部１２２３〜１２２６は流体チャネル１２２７内の流体１２２８の移動を制限することができる。突出部１２２３〜１２２６は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌのような金属又はこれらの合金により形成することができ、作動流体の種類（例えば、作動流体の親水性、疎水性に応じて）に応じて非常に多様である。
【０１１０】
図１２Ｃによると、流体移動防止部１２３３〜１２３６は、第１絶縁膜１２３１及び第２絶縁膜１２３２のうちいずれか一つの絶縁膜表面上に流体チャネル１２３７内の流体１２３８の移動を円滑にするコーティング部１２３９を形成し、前記コーティング部１２３９の一領域にコーティングを除去した領域１２３３〜１２３６を形成することにより設けることができる。コーティング部１２３９はパリレン又はテフロンのような非粘着性の材料から形成することができる。
【０１１１】
図１２Ｄによると、流体移動防止部１２４３〜１２４６は、第１絶縁膜１２４１及び第２絶縁膜１２４２のうちいずれか一つの絶縁膜表面上に流体チャネル１２４７内の流体１２４８の移動を円滑にするコーティング部１２４９を形成し、前記コーティング部１２４９内部の一領域のコーティングを除去し、コーティングの除去された領域１２４３〜１２４６に図１０ＢにあるようなＣｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌのような金属又はこれらの合金により流体の移動を制限する流体移動防止部１２４３〜１２４６を形成することができる。流体移動防止部１２４３〜１２４６は作動流体の種類（例えば、作動流体の親水性、疎水性に応じて）に応じて非常に多様である。
【０１１２】
図１２Ｅによると、多数のＤＣ電極１２５３〜１２５６を備えることにより流体１２５８の移動を制限することができる。まず、電極１２５３、１２５４に電圧Ｖ１を印加して電極を駆動させることにより、流体チャネル１２５７内の流体１２５８をＡの部分まで移動させる。次に、電極１２５５、１２５６に電圧Ｖ２を印加して電極を駆動させることにより、流体１２５８をＢの部分まで移動させることができる。
【０１１３】
図１３Ａないし図１３Ｄは、図７に示された可変キャパシタの駆動方法を説明するための図である。
【０１１４】
図１３Ａは、ＤＣ電極Ｖ１、Ｖ２が駆動していない状態を示す。すなわち、導電性流体１３００は移動せず、最大キャパシタンスの状態を維持する。
【０１１５】
図１３Ｂは、右側のＤＣ電極に電圧Ｖ１を印加して電極を駆動させることにより、所望するキャパシタンス値まで導電性流体１３００を左側に移動させる状態を示す。
【０１１６】
図１３Ｃは、図１３Ｂにおいて駆動された右側のＤＣ電極の駆動を停止させて導電性流体１３００の移動を停止させることにより、変化されたキャパシタンス値に固定させた状態である。
【０１１７】
図１３Ｄは、左側のＤＣ電極に電圧Ｖ２を印加して電極を駆動させることにより、元のキャパシタンス値を有するように導電性流体１３００を右側に移動させる状態である。
【０１１８】
これにより、流体チャネル内の導電性流体１３００の位置を移動させて所望するキャパシタンス値を有するように調整することができる。
【０１１９】
本実施形態においては図７に係る可変キャパシタの駆動方法について説明したが、本発明の他の実施形態に係る可変キャパシタの駆動方法もこれと同様に説明することができる。
【０１２０】
図１４Ａないし図１４Ｄは、本発明の一実施形態に係る可変キャパシタの製造方法を説明するための図である。
【０１２１】
図１４Ａによると、基板１４１０上の所定領域に第１電極１４２１、１４２２を積層する。
【０１２２】
図１４Ｂによると、基板１４１０及び第１電極１４２１、１４２２上に基板１４１０条の露出領域及び第１電極１４２１、１４２２をシーリングするように第１絶縁膜１４３０を形成する。
【０１２３】
図１４Ｃによると、形成された第１絶縁膜１４３１上の一領域に他の構造との接合のためのボンディング層１４４０を形成する。一方、図１４Ｃに示された構造とは別にもう一つの基板１４５０上に第２電極１４６１、１４６２、第２絶縁膜１４７０、ボンディング層１４８０の構造を順に製造する。これに対する製造は、図１４Ａないし図１４Ｃに示された過程をそのまま適用することができる。
【０１２４】
次に、図１４Ｄのように、両基板１４１０、１４５０上に製造された構造物がボンディング層１４４０、１４８０により対向するように接合することで、可変キャパシタを形成することができる。
【０１２５】
本実施形態においては第１及び第２絶縁膜を両方とも備えている可変キャパシタの構造を形成する方法について示したが、第１及び第２絶縁膜が両方とも存在する構造や、いずれか一つのみ存在する構造の可変キャパシタも図１４Ａないし図１４Ｄに示された過程と類似した方法により形成することができる。
【０１２６】
これにより、電気湿潤現象を用いることで、製造工程が容易であり、信頼性及び耐久性に優れ、チューニング範囲に制限のない可変キャパシタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】従来の可変キャパシタの構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す垂直断面図である。
【図３Ａ】図２に係る可変キャパシタのキャパシタンスの変化を説明するための図である。
【図３Ｂ】図２に係る可変キャパシタのキャパシタンスの変化を説明するための図である。
【図４Ａ】電気湿潤現象を説明するための図である。
【図４Ｂ】電気湿潤現象を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す垂直断面図である。
【図６Ａ】図５に係る可変キャパシタのキャパシタンスの変化を説明するための図である。
【図６Ｂ】図５に係る可変キャパシタのキャパシタンスの変化を説明するための図である。
【図７】本発明の多様な実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。
【図８】本発明の多様な実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。
【図９】本発明の多様な実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。
【図１０】本発明の多様な実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。
【図１１】本発明の多様な実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。
【図１２Ａ】本発明の他の実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。
【図１２Ｂ】本発明の他の実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。
【図１２Ｃ】本発明の他の実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。
【図１２Ｄ】本発明の他の実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。
【図１２Ｅ】本発明の他の実施形態に係る可変キャパシタの構成を示す図である。
【図１３Ａ】本発明の一実施形態に係る可変キャパシタの駆動方法を説明するための図である。
【図１３Ｂ】本発明の一実施形態に係る可変キャパシタの駆動方法を説明するための図である。
【図１３Ｃ】本発明の一実施形態に係る可変キャパシタの駆動方法を説明するための図である。
【図１３Ｄ】本発明の一実施形態に係る可変キャパシタの駆動方法を説明するための図である。
【図１４Ａ】本発明の一実施形態に係る可変キャパシタの製造方法を説明するための図である。
【図１４Ｂ】本発明の一実施形態に係る可変キャパシタの製造方法を説明するための図である。
【図１４Ｃ】本発明の一実施形態に係る可変キャパシタの製造方法を説明するための図である。
【図１４Ｄ】本発明の一実施形態に係る可変キャパシタの製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２８】
２１１…第１電極、
２１２…第２電極、
２２１…第１絶縁膜、
２３０…流体チャネル、
２４０…流体、
５２２…第２絶縁膜、
９１３…第１ＡＣ電極、
９１４…第２ＡＣ電極、
１２２３、１２３３、１２４３…流体移動防止部。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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