(57)【要約】【課題】動作電圧が低く、圧接力および引離し力が強いＭＥＭＳ装置を提供することを可能にする。【解決手段】基板１と、基板上に設けられた支持部２と、基板上に設けられた固定電極１０と、第１の電極４と、第１の電極上に形成された第１の圧電膜５と、第１の圧電膜上に形成された第２の電極６とを有し、一端が支持部を介して基板上に固定され、支持部と固定電極とを結ぶ方向に延在しかつ第１の電極が固定電極に対向するように設けられたアクチュエータ３と、支持部と固定電極とを結ぶ直線上でかつ第１の電極に対向するように前記基板上に設けられたストッパ部９と、を備えている。【選択図】図２
2008238330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた支持部と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
第１の電極と、前記第１の電極上に形成された第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜上に形成された第２の電極とを有し、一端が前記支持部を介して前記基板上に固定され、前記支持部と前記固定電極とを結ぶ方向に延在しかつ前記第１の電極が前記固定電極に対向するように設けられたアクチュエータと、
前記支持部と前記固定電極とを結ぶ直線上でかつ前記第１の電極に対向するように前記基板上に設けられたストッパ部と、
を備えていることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項２】
前記支持部から前記ストッパ部までの距離が、前記ストッパ部から前記固定電極までの距離よりも長いことを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、前記第２の電極上に形成された第２の圧電膜と、前記第２の圧電膜上に形成された第３の電極とを更に備えていることを特徴とする請求項１または２記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項４】
前記基板上に設けられた第１のコンタクト電極と、前記第１のコンタクト電極に対向するように前記アクチュエータに設けられた第２のコンタクト電極と、を更に備え、前記ストッパ部は前記支持部と前記固定電極との間に設けられ、前記第１のコンタクト電極は、前記支持部と前記固定電極とを結ぶ直線上でかつ前記固定電極からみて前記ストッパ部と反対側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項５】
前記基板上に設けられた第１のコンタクト電極と、前記第１のコンタクト電極に対向するように前記アクチュエータに設けられた第２のコンタクト電極と、を更に備え、前記固定電極は前記支持部と前記ストッパ部との間に設けられ、前記第１のコンタクト電極は、前記支持部と前記固定電極とを結ぶ直線上でかつ前記固定電極からみて前記ストッパ部と反対側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項６】
前記ストッパと前記固定電極との間の前記基板上に設けられた第１のコンタクト電極と、前記第１のコンタクト電極に対向するように前記アクチュエータに設けられた第２のコンタクト電極と、を更に備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項７】
前記支持部から前記ストッパ部までの距離が、前記ストッパ部から前記第１のコンタクト電極までの距離よりも長いことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項８】
基板と、
前記基板上に離間して設けられた第１および第２の支持部と、
前記第１の支持部と前記第２の支持部との間の前記基板上に設けられた第１の固定電極と、
この第１の固定電極と前記第２の支持部との間の前記基板上に設けられた第２の固定電極と、
前記第１の固定電極と前記第２の固定電極との間に設けられた第１のコンタクト電極と、
前記第１の支持部と前記第２の支持部とを結ぶ直線上でかつ前記第１の固定電極からみて前記第１のコンタクト電極と反対側の前記基板上に設けられた第１ストッパ部と、
前記第１の支持部と前記第２の支持部とを結ぶ直線上でかつ前記第２の固定電極からみて前記第１のコンタクト電極と反対側の前記基板上に設けられた第２ストッパ部と、
第１の電極と、前記第１の電極上に形成された第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜上に形成された第２の電極とを有し、両端が前記第１および第２の支持部を介して前記基板上に固定されたアクチュエータと、
前記第１のコンタクト電極に対向するように前記アクチュエータに設けられた第２のコンタクト電極と
を備えていることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項９】
前記第１の支持部から前記第１のストッパ部までの距離が、前記第１のストッパ部から前記第１のコンタクト電極までの距離よりも長く、前記第２の支持部から前記第２のストッパ部までの距離が、前記第２のストッパ部から前記第１のコンタクト電極までの距離よりも長いことを特徴とする請求項８記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、前記第２の電極上に形成された第２の圧電膜と、前記第２の圧電膜上に形成された第３の電極とを更に備えていることを特徴とする請求項８または９記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１１】
基板と、
前記基板上に離間して設けられた第１および第２の支持部と、
前記第１の支持部と前記第２の支持部との間の前記基板上に設けられた固定電極と、
前記第１の支持部と前記第２の支持部とを結ぶ直線上でかつ前記固定電極と前記第１の支持部との間の前記基板上に設けられた第１のストッパ部と、
前記第１の支持部と前記第２の支持部とを結ぶ直線上でかつ前記固定電極と前記第２の支持部との間の前記基板上に設けられた第２のストッパ部と、
第１の電極と、前記第１の電極上に形成された第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜上に形成された第２の電極とを有し、両端が前記第１および第２の支持部を介して前記基板上に固定されたアクチュエータと、
を備えていることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１２】
前記第１の支持部から前記第１のストッパ部までの距離が、前記第１のストッパ部から前記固定電極までの距離よりも長く、前記第２の支持部から前記第２のストッパ部までの距離が、前記第２のストッパ部から前記固定電極までの距離よりも長いことを特徴とする請求項１１記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータは、前記第２の電極上に形成された第２の圧電膜と、前記第２の圧電膜上に形成された第３の電極とを更に備えていることを特徴とする請求項１１または１２記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載のＭＥＭＳ装置をＲＦスイッチまたは可変キャパシタとして備えたことを特徴とする携帯通信端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，ＭＥＭＳ装置およびこのＭＥＭＳ装置を有する携帯通信端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ(Micro-Electro-Mechanical System)は、広い範囲の応用が嘱望されている。例えば高周波回路の分野においては、ＲＦスイッチや可変キャパシタとしてのＭＥＭＳの応用が強く望まれている。
【０００３】
高周波用のＭＥＭＳスイッチとしては、ＤＣから高周波まで使用可能であり、２個の接点がオーミックに通電するＤＣコンタクト型ＭＥＭＳスイッチと、主として１０ＧＨｚ以上の高周波のみで使用可能であり、２個の接点が薄い誘電膜を介して接触するキャパシティブ型スイッチとに大別される。民生用の携帯無線機器はおよそ５００ＭＨｚ〜５ＧＨｚ帯を主として使用しているので、特にＤＣコンタクト型ＭＥＭＳスイッチの利用価値が高い。
【０００４】
従来のＤＣコンタクト型ＭＥＭＳスイッチの駆動機構としては、静電駆動機構が主として使用されてきた。これは、材料や構造が単純でプロセスが容易なためである。典型的な構造としては、基板上に誘電膜に覆われた固定電極と、オーミック接触用の接点電極を作製し、固定電極と接点電極の上方に弱いバネにより懸架された導電性の可動梁を設置する。固定電極と可動梁との間に電圧を印加し、静電力により吸引して接点電極と可動梁の可動電極とをオーミック接触させることにより、スイッチを開閉する。
【０００５】
可動梁のバネの力、静電力、および両者の和を模式的に図１４に示す。ＭＥＭＳスイッチのアイソレーションを充分とるためには可動梁を２μｍ〜３μｍ程度は動かす必要があるが、静電駆動力は、接点電極と可動電極との距離の２乗に反比例して急減するため、バネ定数は比較的弱くするとともに、静電駆動電圧として通常は２０Ｖ以上の高い電圧が必要になる。接点電極と可動梁の可動電極とが接触したときには強い圧接力が生じるが、引離し時はバネ力のみに依存するため、引離し力は弱く、接点が固着して信頼性が低いという問題が生じる。すなわち、静電駆動ＭＥＭＳスイッチの場合は、圧着力が強いという長所と、駆動電圧が高い、引離し力が弱いという短所を有する。
【０００６】
一方、ＭＥＭＳ駆動機構として圧電駆動システムも検討されている。この圧電駆動システムは、圧電駆動機構として可動梁に電極膜に挟まれた圧電膜を有する。可動梁には可動電極が設けられ、基板には固定電極が設けられる。可動梁のバネの力は、可動電極と固定電極との距離の線形関数となる。可動梁のバネの力、圧電駆動力、および両者の和を模式的に図１５に示す。圧電駆動力は電圧に比例して一定であり、比較的低電圧で大きな変位を可能にする。しかしながら駆動力自体は弱いため、圧接力や引離し力は小さい。すなわち、圧電駆動型ＭＥＭＳスイッチの場合は、駆動電圧が低いという長所はあるが、圧接力および引離し力が弱いという短所を有する。
【０００７】
そこで、静電駆動と圧電駆動の長所を取り入れた、静電と圧電のハイブリッド駆動機構も検討されている（例えば、特許文献１参照）。駆動梁のバネの力、静電駆動力、圧電駆動力、および３者の和が特許文献１の図４に示されている。この特許文献１の図４によれば、可動梁が固定電極から離れているときは主として圧電作用により、また近づいたときは主として静電作用により駆動されるため、それぞれ単独の場合よりもバネ定数の強い駆動梁を使用することができる。しかしながら、それでも引離し力がそれほど強くないという問題が残る。すなわち、静電および圧電のハイブリッド駆動ＭＥＭＳスイッチの場合は、駆動電圧が低く圧接力が大きいという長所はあるが、引離し力がやや弱いという短所を有する。
【特許文献１】特表平８−５０６６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は，上記事情を考慮してなされたものであって、動作電圧が低く、圧接力および引離し力が強いＭＥＭＳ装置およびこのＭＥＭＳ装置を有する携帯通信端末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】
【０００９】
本発明の第１の態様によるＭＥＭＳ装置は、基板と、前記基板上に設けられた支持部と、前記基板上に設けられた固定電極と、第１の電極と、前記第１の電極上に形成された第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜上に形成された第２の電極とを有し、一端が前記支持部を介して前記基板上に固定され、前記支持部と前記固定電極とを結ぶ方向に延在しかつ前記第１の電極が前記固定電極に対向するように設けられたアクチュエータと、前記支持部と前記固定電極とを結ぶ直線上でかつ前記第１の電極に対向するように前記基板上に設けられたストッパ部と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第２の態様によるＭＥＭＳ装置は、基板と、前記基板上に離間して設けられた第１および第２の支持部と、前記第１の支持部と前記第２の支持部との間の前記基板上に設けられた第１の固定電極と、この第１の固定電極と前記第２の支持部との間の前記基板上に設けられた第２の固定電極と、前記第１の固定電極と前記第２の固定電極との間に設けられたＲＦ線路と、前記第１の支持部と前記第２の支持部とを結ぶ直線上でかつ前記第１の固定電極からみて前記ＲＦ線路と反対側の前記基板上に設けられた第１ストッパ部と、前記第１の支持部と前記第２の支持部とを結ぶ直線上でかつ前記第２の固定電極からみて前記ＲＦ線路と反対側の前記基板上に設けられた第２ストッパ部と、第１の電極と、前記第１の電極上に形成された第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜上に形成された第２の電極とを有し、両端が前記第１および第２の支持部を介して前記基板上に固定されたアクチュエータと、前記ＲＦ線路に対向するように前記アクチュエータに設けられた接点電極と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第３の態様によるＭＥＭＳ装置は、基板と、前記基板上に離間して設けられた第１および第２の支持部と、前記第１の支持部と前記第２の支持部との間の前記基板上に設けられた固定電極と、前記第１の支持部と前記第２の支持部とを結ぶ直線上でかつ前記固定電極と前記第１の支持部との間の前記基板上に設けられた第１のストッパ部と、前記第１の支持部と前記第２の支持部とを結ぶ直線上でかつ前記固定電極と前記第２の支持部との間の前記基板上に設けられた第２のストッパ部と、第１の電極と、前記第１の電極上に形成された第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜上に形成された第２の電極とを有し、両端が前記第１および第２の支持部を介して前記基板上に固定されたアクチュエータと、を備えていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第４の態様による携帯通信端末は、上記のいずれかに記載のＭＥＭＳ装置をＲＦスイッチまたは可変キャパシタとして備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、動作電圧が低く、圧接力および引離し力が強いＭＥＭＳ装置およびこのＭＥＭＳ装置を有する携帯通信端末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】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるＭＥＭＳ装置の平面図を図１に、図１に示す切断線Ａ−Ａで切断したときの断面図を図２に示す。
【００１６】
本実施形態のＭＥＭＳ装置はＭＥＭＳスイッチであって、基板１上には、アンカー２と、ストッパ９と、固定電極１０と、１組のＲＦ線路１２とがそれぞれ固定されて設けられている。１組のＲＦ線路１２はアンカー２から一番遠くに設けられ、ストッパ９はアンカー２と１組のＲＦ線路との間に設けられ、固定電極１０はストッパ９と１組のＲＦ線路１２との間に設けられている。なお、固定電極１０は基板１上に固定され、誘電体膜１１によってその表面が覆われている。
【００１７】
また、アンカー２に一端が固定された可動梁３が設けられている。可動梁３は下部電極４、圧電膜５、上部電極６、および支持膜７の積層構造を有している。可動梁３のアンカー２に固定された固定端と反対側の先端が作用端であり、この作用端には一組の接点電極１３が、基板１上に設けられた１組のＲＦ線路１２に対向するように設けられている。接点電極１３がＲＦ線路１２と接触することで導通状態になる。
【００１８】
可動梁３全体は圧電アクチュエータを構成しており、下部電極４と上部電極６の間に圧電駆動電圧を印加することにより圧電膜５が伸縮し、可動梁３が上下に屈曲する。また可動梁３は静電アクチュエータとしても動作し、固定電極１０と可動梁３の下部電極４との間に静電駆動電圧を印加することにより、可動梁３は基板１側に吸引される。
【００１９】
本実施形態においては、アンカー２からストッパ９までの距離すなわちアンカー２の端部からストッパ９の中心までの距離ｋ１は、ストッパ９から固定電極１０までの距離すなわちストッパ９の中心から固定電極１０の中心までの距離ｋ２よりも長く、固定電極１０からＲＦ線路１２までの距離すなわち固定電極１０の中心からＲＦ線路１２の中心までの距離ｋ３よりも長く、かつストッパ９からＲＦ線路１２までの距離すなわちストッパ９の中心からＲＦ線路１２の中心までの距離ｋ４よりも長くなるように構成されている。
【００２０】
本実施形態のＭＥＭＳ装置の動作すなわち可動梁の動きを、図３を参照して詳細に説明する。図３は、接点電極１２とＲＦ線路１３との間の距離に応じて働くバネ力、圧電力、静電力、およびそれらの和を示している。静電駆動電圧および圧電駆動電圧を印加しない初期状態では、接点電極１２とＲＦ線路１３との間の距離は３μｍである。静電および圧電駆動電圧として所定の電圧を印加する。まず、接点電極１２とＲＦ線路１３との間の距離が離れている場合は、圧電力が主体になって可動梁３が下方に屈曲駆動され、基板１上に形成されたストッパ９に接触する。このときに固定電極１０を被う誘電体膜１１と可動梁３との間、およびＲＦ線路１２と接点電極１３との間には僅かな隙間（図３では０．５μｍ）が形成されている。可動梁３がストッパ９に接触する前は、可動梁３はアンカー２を支点として作用点である接点電極１３までの長さが長いため、バネ定数は小さく圧電力が主体で駆動が可能である。
【００２１】
可動梁３がストッパ部９に接触した後は、可動梁３はストッパ９を新たな支点として動作するため、ストッパ９から作用点である接点電極１３までの長さが、アンカー２から接点電極１３までの長さよりも短く、バネ定数は大きくなる。しかしこの状態では、固定電極１０と可動梁３の下部電極４の間には誘電体膜１１を介して狭い間隙しか存在しないので強い静電引力が働き、接点電極１３がＲＦ線路１２に圧接される。
【００２２】
次に、静電および圧電駆動電圧を除去した場合、接点電極１３とＲＦ線路１２との間には強いバネ定数による大きな引き離し力が働き、安定に両者が分離することができる。
【００２３】
一方、比較例として、本実施形態において、ストッパ９を削除した構成のＭＥＭＳ装置を作成した。この比較例のＭＥＭＳ装置の可動梁の動作は、図１６に示すようになる。したがって、この比較例においては、可動梁が固定電極から離れているときは主として圧電作用により、また近づいたときは主として静電作用により駆動されるため、それぞれ単独の場合よりも２倍程度バネ定数の強い駆動梁を使用することができる。しかしながら、それでも引離し力がそれほど強くないという問題が残る。すなわち、静電および圧電のハイブリッド駆動ＭＥＭＳスイッチの場合は、駆動電圧が低く圧接力が大きいという長所はあるが、引離し力がやや弱いという短所を有する。
【００２４】
このように、本実施形態によるＭＥＭＳ装置においては、アンカー２と固定電極１０との間にストッパ９を設けることにより、可動梁３がストッパ９に接触する前の弱いバネ定数を持つアクチュエータと、接触した後の強いバネ定数を持つアクチュエータの２段の動作を行うことが可能になり、低い動作電圧、大きな圧接力、大きな引き離し力を有するＭＥＭＳ装置を実現することができる。これにより、接触抵抗が低く、信頼性の高い静電駆動ＤＣコンタクト型ＭＥＭＳスイッチを実現することができる。なお、ストッパ９の位置は、アンカー２と固定電極１０との間の中間点より、固定電極１０側に設けるのが好ましい。また、基板１からのストッパ９の高さは、固定電極１０および誘電体膜１１の厚さよりも大きいことが好ましい。
【００２５】
次に、本実施形態によるＭＥＭＳ装置の製造方法を図４（ａ）乃至図５（ｂ）を参照して説明する。
【００２６】
まず、図４（ａ）に示すように、表面が絶縁性の基板１に、アンカー部２、ストッパ部９、誘電体膜１１に覆われた固定電極１０、およびＲＦ線路１２を形成する。アンカー部２、ストッパ部９、誘電体膜１１は材料としてシリコン窒化膜や酸化膜などの絶縁膜が好適であり、リソグラフィーと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの公知の方法を使用して形成することが可能である。また、固定電極１０やＲＦ線路１２の材料には、Ａｌなどの配線材料や、Ａｕなどの貴金属を使用することができる。例えばＡｌの場合はＲＩＥで、またＡｕなどの貴金属の場合は周知のリフトオフプロセスなどにより形成することが可能である。
【００２７】
次に、図４（ｂ）に示すように、基板１の表面に犠牲層２１を形成し、周知のＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)技術によりアンカー部２が露出するまで表面研磨および平坦化を行う。犠牲層２１としては、他の膜材料に対して選択エッチングが可能な、無機材料、金属材料、有機材料を使用することが可能であるが、本実施形態では多結晶シリコンを使用する。
【００２８】
次に、図４（ｃ）に示すように、ＲＦ線路１２上の犠牲層２１の一部の領域にトレンチを形成し、その内部に接点電極１３を形成する。このときリフトオフプロセス用のレジストを使用し、ＲＩＥによりトレンチを形成する工程と、リフトオフにより接点電極１３をパターニングする工程とを連続して行っても良いし、別々のリソグラフィーとエッチングによりトレンチと接点電極１３をパターニングすることにより形成しても良い。接点電極１３の材料としてＡｕなどの貴金属が好適である。
【００２９】
次に、図５（ａ）に示すように、アンカー部２および犠牲層２１の上に、可動梁３の下部電極４、圧電膜５、上部電極６、支持膜７を順に形成する。下部電極４として厚さ２００ｎｍのＡｌ、圧電膜５としてｃ軸配向した膜厚５００ｎｍのＡｌＮ、上部電極６として膜厚２００ｎｍのＡｕ、支持膜７として膜厚６００ｎｍの酸化シリコン層を使用する。Ａｌ、ＡｌＮ、Ａｕはスパッタにより、また酸化シリコンはＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)により作製し、リソグラフィーおよびエッチングによりパターニングする。
【００３０】
次に、図５（ｂ）に示すように、ＸｅＦ２をエッチングガスとして使用した選択エッチングにより犠牲層２１を除去し、ハイブリッド駆動機構３を作成し、本実施形態のＭＥＭＳ装置を完成する。
【００３１】
（第１変形例）  
次に、本実施形態の第１変形例によるＭＥＭＳ装置の断面を図６に示す。本変形例のハイブリッドアクチュエータはＭＥＭＳスイッチであって、ストッパ９とＲＦ線路１２との位置を第１実施形態の場合と逆にした構成となっている。すなわち、アンカー２と固定電極１０との間にＲＦ線路１２が設けられ、固定電極１０のアンカー２とは反対側にストッパ９が設けられ、アンカー２、ＲＦ線路１２、固定電極１０、ストッパ９の順に配列された構成となっている。なお、本変形においても、接点電極１３はＲＦ線路１２に対応する位置に設けられている。
【００３２】
本変形も第１実施形態と同様に、低い動作電圧、大きな圧接力、大きな引き離し力を揺するＭＥＭＳ装置を実現することが可能となる。これにより、接触抵抗が低く、信頼性の高い静電駆動ＤＣコンタクト型ＭＥＭＳスイッチを実現することができる。
【００３３】
（第２変形例）  
次に、本実施形態の第２変形例によるＭＥＭＳ装置の断面を図７に示す。本変形例のハイブリッドアクチュエータはＭＥＭＳスイッチであって、固定電極１０とＲＦ線路１２との位置を第１実施形態の場合と逆にした構成となっている。すなわち、ストッパ９と、固定電極１０の間にＲＦ線路１２が設けられ、アンカー２、ストッパ９、ＲＦ線路１２、固定電極１０の順に配列された構成となっている。なお、本変形においても、接点電極１３はＲＦ線路１２に対応する位置に設けられている。
【００３４】
本変形も第１実施形態と同様に、低い動作電圧、大きな圧接力、大きな引き離し力を揺するＭＥＭＳ装置を実現することが可能となる。これにより、接触抵抗が低く、信頼性の高い静電駆動ＤＣコンタクト型ＭＥＭＳスイッチを実現することができる。
【００３５】
（第３変形例）  
次に、本実施形態の第２変形例によるＭＥＭＳ装置の断面を図８に示す。本変形例のハイブリッドアクチュエータはＭＥＭＳスイッチであって、固定電極１０とＲＦ線路１２との位置を第１変形例の場合と逆にした構成となっている。すなわち、ストッパ９と、固定電極１０との間にＲＦ線路１２が設けられ、アンカー２、固定電極１０、ＲＦ線路１２、ストッパ９の順に配列された構成となっている。なお、本変形においても、接点電極１３はＲＦ線路１２に対応する位置に設けられている。
【００３６】
本変形も第１変形例と同様に、低い動作電圧、大きな圧接力、大きな引き離し力を揺するＭＥＭＳ装置を実現することが可能となる。これにより、接触抵抗が低く、信頼性の高い静電駆動ＤＣコンタクト型ＭＥＭＳスイッチを実現することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態によるＭＥＭＳ装置の断面を図９に示す。第１実施形態のＭＥＭＳ装置はＭＥＭＳスイッチであって、可動梁３が片持ち梁であったが、本実施形態のＭＥＭＳ装置は、可動梁３が両端支持の梁となっている。このため、基板１上には離間して形成された一対のアンカー２ａ、２ｂが設けられ、アンカー２ａとアンカー２ｂとの間の基板１上に１組のＲＦ線路１２が設けられている。そして、アンカー２ａとＲＦ線路１２との間の基板１上にストッパ９ａが設けられ、このストッパ９ａとＲＦ線路１２との間の基板１上に誘電体膜１１ａで表面が覆われた固定電極１０ａが設けられている。また、アンカー２ｂとＲＦ線路１２との間の基板１上にストッパ９ｂが設けられ、このストッパ９ｂとＲＦ線路１２との間の基板１上に誘電体膜１１ｂで表面が覆われた固定電極１０ｂが設けられている。
【００３８】
可動梁３は第１実施形態と同様に、下部電極４、圧電膜５、上部電極６、支持膜７の積層構造を有しており、両端がアンカー２ａ、２ｂによって支持されている。また、作用点となる可動梁３の中央部にＲＦ線路１２に対向するように接点電極１３が設けられている。
【００３９】
また、本実施形態も第１実施形態と同様に、アンカー２ａからストッパ９ａまでの距離は、ストッパ９ａから固定電極１０ａまでの距離よりも長く、固定電極１０ａからＲＦ線路１２までの距離よりも長く、かつストッパ９ａからＲＦ線路１２までの距離よりも長くなるように構成されている。また、同様に、アンカー２ｂからストッパ９ｂまでの距離は、ストッパ９ｂから固定電極１０ｂまでの距離よりも長く、固定電極１０ｂからＲＦ線路１２までの距離よりも長く、かつストッパ９ｂからＲＦ線路１２までの距離よりも長くなるように構成されている。
【００４０】
このように構成された本実施形態も、第１実施形態と同様に、低い動作電圧、大きな圧接力、大きな引き離し力を揺するＭＥＭＳ装置を実現することが可能となる。これにより、接触抵抗が低く、信頼性の高い静電駆動ＤＣコンタクト型ＭＥＭＳスイッチを実現することができる。
【００４１】
なお、本実施形態においても、第１実施形態の各変形例のように、ストッパ、固定電極、およびＲＦ線路の配置を変えてもよい。
【００４２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態によるＭＥＭＳ装置の断面を図１０に示す。本実施形態のＭＥＭＳ装置はＭＥＭＳスイッチであって、第１実施形態のモノモルフ構造の可動梁３をバイモルフ構造の可動梁３Ａに置き換えた構成となっている。この可動梁３Ａは、下部電極４、第１圧電膜５ａ、中間電極８、第２圧電膜５ｂ、および上部電極６の積層構造を有している。下部電極４、中間電極８、上部電極６に圧電駆動電圧を印加することにより、圧電膜５ａ、５ｂが伸縮し、可動梁３Ａが上下に屈曲する。また可動梁３Ａは静電アクチュエータとしても動作し、固定電極１０と可動梁３Ａの下部電極４との間に静電駆動電圧を印加することにより、可動梁３Ａは基板１側に吸引される。
【００４３】
このように構成された本実施形態のＭＥＭＳ装置も、第１実施形態と同様に、低い動作電圧、大きな圧接力、大きな引き離し力を揺するＭＥＭＳ装置を実現することが可能となる。これにより、接触抵抗が低く、信頼性の高い静電駆動ＤＣコンタクト型ＭＥＭＳスイッチを実現することができる。
【００４４】
なお、本実施形態のような、バイモルフ構造の可動梁は、第２実施形態および後述する第４実施形態のＭＥＭＳ装置にも用いることができる。
【００４５】
なお、本実施形態においても、第１実施形態の各変形例のように、ストッパ、固定電極、およびＲＦ線路の配置を変えてもよい。
【００４６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態によるＭＥＭＳ装置の断面を図１１に示す。本実施形態のＭＥＭＳ装置は可変キャパシタであって、第１実施形態のＭＥＭＳ装置において、ＲＦ線路１２および接点電極１３を削除した構成となっている。したがって、本実施形態においても第１実施形態と同様に、アンカー２からストッパ９までの距離は、ストッパ９から固定電極１０までの距離よりも長くなるように構成されている。
【００４７】
このため、本実施形態の可変キャパシタにおいても、第１実施形態と同様に、アンカー２と固定電極１０との間にストッパ９を設けることにより、可動梁３がストッパ９に接触する前の弱いバネ定数を持つアクチュエータと、接触した後の強いバネ定数を持つアクチュエータの２段の動作を行うことが可能になり、低い動作電圧、大きな圧接力、大きな引き離し力を有するＭＥＭＳ装置を実現することができる。これにより、接触容量が大きく、信頼性の高い可変キャパシタを実現することができる。また、本実施形態においては、ストッパ９と固定電極１０との配置を逆にしてもよい。
【００４８】
なお、本実施形態においては、可動梁は片持ち支持であったが、両持ち支持であってもよい。この場合は、図１２に示すように、アンカー２ａ、２ｂ間の中央に、表面が誘電体膜１１で覆われた固定電極１０が設けられ、この固定電極１０の両側にストッパ９ａ、９ｂが設けられた構成となる。
【００４９】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態による携帯通信端末のブロック図を図１３に示す。本実施形態の携帯通信端末は、可変アンテナ１００と、アンテナスイッチ１０５と、フィルタバンク１１０と、可変低雑音アンプ１２０と、フィルタバンク１３０と、直交復調器１４０と、ベースバンド回路１５０と、直交変調器１６０と、ドライバアンプ１７０と、フィルタバンク１８０と、可変パワーアンプ１９０とを備えている。可変低雑音アンプ１２０と、フィルタバンク１３０と、直交復調器１４０とが受信回路を構成し、直交変調器１６０と、ドライバアンプ１７０と、フィルタバンク１８０と、可変パワーアンプ１９０とが送信回路を構成する。なお、可変低雑音アンプ１２０は２つの可変整合器と低雑音アンプとを有し、可変パワーアンプ１９０は２つの可変整合器とパワーアンプとを有している。
【００５０】
そして、アンテナスイッチ１０５およびフィルタバンク１１０、１３０に第１乃至第３実施形態のハイブリッドアクチュエータがＲＦスイッチとして使用され、可変アンテナ１００および可変低雑音アンプ１２０ならびに可変パワーアンプ１９０に第４実施形態の可変キャパシタが使用されている。
【００５１】
このように、本実施形態においては、信頼性の高いＲＦスイッチおよび可変キャパシタが用いられているため、信頼性の高い携帯通信端末を得ることができる。
【００５２】
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、動作電圧が低く、圧接力および引離し力が強いＭＥＭＳ装置を実現することが可能となる。このため、動作電圧が低く接点抵抗が低くかつ信頼性の高いＤＣコンタクト型ＭＥＭＳスイッチや、動作電圧が低く容量可変比が大きく信頼性の高い可変キャパシタを実現することができる。
【００５３】
なお、接点電極１３としては、線または面でコンタクトするものでも適用可能である。また、ＲＦ線路１２としては、線路状のものでだけでなく、パッド状等の形状のものでも適用可能である。また、上記実施形態ではＲＦ線路は２つが対になっていたが、１つのものでも、３つ以上のものでも適用可能である。また、ＲＦ線路はＲＦ用でなくＤＣ用のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施形態によるＭＥＭＳ装置の平面図。
【図２】第１実施形態によるＭＥＭＳ装置の断面図。
【図３】第１実施形態によるＭＥＭＳ装置の動作を説明する図。
【図４】第１実施形態によるＭＥＭＳ装置の製造工程を示す断面図。
【図５】第１実施形態によるＭＥＭＳ装置の製造工程を示す断面図。
【図６】第１実施形態の第１変形例によるＭＥＭＳ装置の断面図。
【図７】第１実施形態の第２変形例によるＭＥＭＳ装置の断面図。
【図８】第１実施形態の第３変形例によるＭＥＭＳ装置の断面図。
【図９】第２実施形態によるＭＥＭＳ装置の断面図。
【図１０】第３実施形態によるＭＥＭＳ装置の断面図。
【図１１】第４実施形態によるＭＥＭＳ装置の断面図。
【図１２】第４実施形態の変形例によるＭＥＭＳ装置の断面図。
【図１３】第５実施形態による携帯通信端末のブロック図。
【図１４】従来の静電駆動アクチュエータの動作を説明する図。
【図１５】従来の圧電駆動アクチュエータの動作を説明する図。
【図１６】比較例による静電および圧電駆動ハイブリッドアクチュエータの動作を説明する図。
【符号の説明】
【００５５】
１  基板
２  アンカー
２ａ、２ｂ  アンカー
３  可動梁
４  下部電極
５  圧電膜
５ａ、５ｂ  圧電膜
６  上部電極
７  支持膜
８  中間電極
９  ストッパ
９ａ、９ｂ  ストッパ
１０  固定電極
１１  誘電体膜
１２  ＲＦ線路
１３  接点電極
【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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