(57)【要約】 【課題】  印加電圧に対する静電容量の変化が大きくかつＱ値が高い可変容量コンデンサを提供する。【解決手段】  第１および第２電極層２，３は、導電材料から成り、互いに対向して設けられる。第１および第２電極層２，３間には、電歪材料から成る第１誘電体層４が介在する。第１誘電体層４には、積層方向Ａに垂直な方向の引張力が、引張力付与手段５によって付与される。引張力付与手段５は、互いに対向して設けられ、導電材料から成る第３および第４電極層６，７と、第３および第４電極層６，７間に介在し、圧電材料から成る第２誘電体層８とを含み、第３電極層６は、第１電極層２に積層される。【選択図】      図１
2008085081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して設けられ、導電材料から成る第１および第２電極層と、
前記第１および第２電極層間に介在し、電歪材料から成る第１誘電体層と、
前記第１誘電体層に積層方向に垂直な方向の引張力を付与する引張力付与手段とを含むことを特徴とする可変容量コンデンサ。
【請求項２】
前記引張力付与手段は、
互いに対向して設けられ、導電材料から成る第３および第４電極層と、
前記第３および第４電極層間に介在し、圧電材料から成る第２誘電体層とを含み、
前記第３電極層は、前記第１電極層に積層されることを特徴とする請求項１記載の可変容量コンデンサ。
【請求項３】
前記第１および第３電極層は共通であることを特徴とする請求項２記載の可変容量コンデンサ。
【請求項４】
前記引張力付与手段は、前記第４電極層に関して前記第２誘電体層とは反対側に設けられ、前記第４電極層が積層され、電気絶縁材料から成る絶縁基板をさらに含むことを特徴とする請求項２または３記載の可変容量コンデンサ。
【請求項５】
前記第１誘電体層の誘電率は、負の温度依存性を有し、
前記第２誘電体層の誘電率は、正の温度依存性を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の可変容量コンデンサ。
【請求項６】
前記引張力付与手段は、
互いに対向して設けられ、導電材料から成る第３および第４電極層と、
前記第３および第４電極層間に介在し、電歪材料または圧電材料から成る第２誘電体層と、
一表面に前記第１電極層が積層されるとともに他表面に前記第３電極層が積層され、電気絶縁材料から成る絶縁基板とを含むことを特徴とする請求項１記載の可変容量コンデンサ。
【請求項７】
前記第１誘電体層は、チタン酸バリウムストロンチウム化合物から成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の可変容量コンデンサ。
【請求項８】
前記第１および第２電極層ならびに前記第１誘電体層は、高周波用のコンデンサとして機能することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の可変容量コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量を変化させることができる可変容量コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、特許文献１には、容量可変素子が開示される。可変容量コンデンサである前記容量可変素子は、下部電極、誘電体薄膜および上部電極が順次、積層されて構成される。このような容量可変素子は、下部電極と上部電極との間に直流電圧を印加することによって、静電容量を変化させることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６０６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のような容量可変素子は、その基本的な特性が誘電体薄膜の特性でほぼ決まる。容量可変素子の基本的な特性としては、印加電圧に対する静電容量の変化と、Ｑ値とが挙げられる。容量可変素子の印加電圧に対する静電容量の変化は、誘電体薄膜の印加電圧に対する誘電率の変化に依存し、詳しくは誘電体薄膜の印加電圧に対する誘電率の変化が大きいほど、容量可変素子の印加電圧に対する静電容量の変化が大きくなる。また容量可変素子のＱ値は、誘電体薄膜のＱ値に依存し、詳しくは誘電体薄膜のＱ値が高いほど、容量可変素子のＱ値が高くなる。
【０００５】
誘電体は、印加電圧に対する誘電率の変化が大きければＱ値が低く、Ｑ値が高ければ印加電圧に対する誘電率の変化が小さい。印加電圧に対する誘電率の変化が大きい誘電体を誘電体薄膜の材料にする場合、容量可変素子は、印加電圧に対する静電容量の変化は大きいけれどもＱ値は低くなるという問題がある。また印加電圧に対する誘電率の変化が小さい誘電体を誘電体薄膜の材料にする場合、容量可変素子は、Ｑ値は高いけれども印加電圧に対する静電容量の変化は小さくなるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、印加電圧に対する静電容量の変化が大きくかつＱ値が高い可変容量コンデンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、互いに対向して設けられ、導電材料から成る第１および第２電極層と、
前記第１および第２電極層間に介在し、電歪材料から成る第１誘電体層と、
前記第１誘電体層に積層方向に垂直な方向の引張力を付与する引張力付与手段とを含むことを特徴とする可変容量コンデンサである。
【０００８】
また本発明は、前記引張力付与手段は、
互いに対向して設けられ、導電材料から成る第３および第４電極層と、
前記第３および第４電極層間に介在し、圧電材料から成る第２誘電体層とを含み、
前記第３電極層は、前記第１電極層に積層されることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記第１および第３電極層は共通であることを特徴とする。
また本発明は、前記引張力付与手段は、前記第４電極層に関して前記第２誘電体層とは反対側に設けられ、前記第４電極層が積層され、電気絶縁材料から成る絶縁基板をさらに含むことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、前記第１誘電体層の誘電率は、負の温度依存性を有し、
前記第２誘電体層の誘電率は、正の温度依存性を有することを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、前記引張力付与手段は、
互いに対向して設けられ、導電材料から成る第３および第４電極層と、
前記第３および第４電極層間に介在し、電歪材料または圧電材料から成る第２誘電体層と、
一表面に前記第１電極層が積層されるとともに他表面に前記第３電極層が積層され、電気絶縁材料から成る絶縁基板とを含むことを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記第１誘電体層は、チタン酸バリウムストロンチウム化合物から成ることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記第１および第２電極層ならびに前記第１誘電体層は、高周波用のコンデンサとして機能することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１および第２電極層間に直流電圧を印加すると、第１誘電体層の誘電率が低下し、これによって第１および第２電極層間の静電容量が低下する。したがって第１および第２電極層間に印加する直流電圧を調整することによって、第１および第２電極層間の静電容量を調整することができる。また、第１および第２電極層間に介在した電歪材料から成る第１誘電体層には、積層方向に垂直な方向の引張力が、引張力付与手段によって付与される。これによって第１誘電体層は、印加電圧に対する誘電率の変化が大きくなる。したがって印加電圧に対する第１および第２電極層間の静電容量の変化を大きくすることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、印加電圧に対する誘電率の変化が大きくなっても、Ｑ値を高く維持できるため、静電容量の変化が大きくかつＱ値が大きい可変容量コンデンサを実現することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、第１および第２電極層間に電歪材料から成る第１誘電体層が介在することから、第１および第２電極層間に圧電材料から成る第１誘電体層が介在する場合に比べて、Ｑ値を高くすることができる。
【００１７】
また本発明によれば、第３および第４電極層は、導電材料から成り、互いに対向して設けられる。第３および第４電極層間には、圧電材料から成る第２誘電体層が介在する。
【００１８】
第２誘電体層は、圧電材料から成るので、第３および第４電極層間に直流電圧を印加すると、印加電圧の極性によって、第２誘電体層は、積層方向に垂直な方向に、伸びたり縮んだりする。したがって第３および第４電極層間の印加電圧の極性を適宜、選択することによって、第２誘電体層を、積層方向に垂直な方向に伸ばすことができる。
【００１９】
第３電極層は、第１電極層に積層される。したがって前述のようにして第２誘電体層を積層方向に垂直な方向に伸ばすことによって、第１および第３電極層を介して、第１誘電体層に積層方向に垂直な方向の引張力を付与することができる。このような本発明では、第３および第４電極層間に印加する直流電圧を調整することによって、第１誘電体層に付与される引張力を調整することができる。
【００２０】
また本発明によれば、第１および第３電極層を共通にすることによって、製造における工程数を削減することができる。したがって可変容量コンデンサの作製を容易化することができる。
【００２１】
また本発明によれば、絶縁基板は、電気絶縁材料から成る。絶縁基板は、前記第４電極層に関して前記第２誘電体層とは反対側に設けられる。絶縁基板には、第４電極層が積層される。この場合、可変容量コンデンサの製造にあたっては、絶縁基板に、第４電極層、第２誘電体層、第３電極層、第１電極層、第１誘電体層および第２電極層を順次、薄膜形成工程で積層していけばよく、したがって可変容量コンデンサの作製を容易化することができる。
【００２２】
また本発明によれば、第１誘電体層の誘電率は、負の温度依存性を有する。第２誘電体層の誘電率は、正の温度依存性を有し、したがって第２誘電体層は、歪みについても、正の温度依存性を有する。したがって第１誘電体層の誘電率の温度による変化を、第２誘電体層の歪みの温度による変化によって打消すことができる。これによって、第１および第２電極層間の静電容量の温度による変化を抑えることができる。
【００２３】
また本発明によれば、第３および第４電極層は、導電材料から成り、互いに対向して設けられる。第３および第４電極層間には、電歪材料または圧電材料から成る第２誘電体層が介在する。
【００２４】
第２誘電体層が電歪材料から成る場合、第３および第４電極層間に直流電圧を印加することによって、印加電圧の極性に拘わらず、第２誘電体層を、積層方向に垂直な方向に縮めることができる。
【００２５】
第２誘電体層が圧電材料から成る場合、第３および第４電極層間に直流電圧を印加すると、印加電圧の極性によって、第２誘電体層は、積層方向に垂直な方向に、伸びたり縮んだりする。したがって第３および第４電極層間の印加電圧の極性を適宜、選択することによって、第２誘電体層を、積層方向に垂直な方向に縮めることができる。
【００２６】
絶縁基板は、電気絶縁材料から成り、一表面に第１電極層が積層されるとともに他表面に第３電極層が積層される。したがって前述のようにして第２誘電体層を積層方向に垂直な方向に縮めることによって、第３電極層は縮み、さらに絶縁基板の他表面も縮む。このとき、絶縁基板の一表面は伸び、さらに第１電極層も伸びる。これによって、第１誘電体層に積層方向に垂直な方向の引張力を付与することができる。このような本発明では、第３および第４電極層に印加する直流電圧を調整することによって、第１誘電体層に付与される引張力を調整することができる。
【００２７】
また本発明によれば、第１誘電体層は、チタン酸バリウムストロンチウム化合物から成るので、印加電圧に対する誘電率の変化が大きくかつＱ値が高い第１誘電体層を容易に形成することができる。
【００２８】
また本発明によれば、第１および第２電極層ならびに第１誘電体層は、高周波用のコンデンサとして機能し、したがって可変容量コンデンサは、種々の高周波デバイスに用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明の実施の第１形態である可変容量コンデンサ１の構成を示す断面図である。本実施の形態の可変容量コンデンサ１は、５００ＭＨｚ〜５ＧＨｚの高周波用であり、種々の高周波デバイスに用いることができる。このような可変容量コンデンサ１は、フィルタ透過特性および検出周波数などを変化させるために用いられる。高周波デバイスとしては、高周波フィルタ、インピーダンスアンテナ、遅延素子、アレイアンテナおよび結合型ストリップ線路などが挙げられる。
【００３０】
可変容量コンデンサ１は、互いに対向して設けられ、導電材料から成る第１および第２電極層２，３と、前記第１および第２電極層２，３間に介在し、電歪材料から成る第１誘電体層４と、前記第１誘電体層４に積層方向Ａに垂直な方向の引張力を付与する引張力付与手段５とを含む。前記第１および第２電極層２，３ならびに第１誘電体層４は、高周波用のコンデンサとして機能する。
【００３１】
前記引張力付与手段５は、互いに対向して設けられ、導電材料から成る第３および第４電極層６，７と、前記第３および第４電極層６，７間に介在し、圧電材料から成る第２誘電体層８とを含む。前記第３電極層６は、前記第１電極層２に積層される。
【００３２】
導電材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｕおよびＡｌなどの単体金属ならびにそれらの合金が挙げられる。電歪材料および圧電材料としては、チタン酸バリウムストロンチウム化合物（ＢａｘＳｒ１−ｘ）ＴｉＯ３が挙げられる。以下、チタン酸バリウムストロンチウム化合物をＢＳＴという。電歪材料となるＢＳＴは、０≦ｘ＜０．７に選ばれ、好ましくは０．２≦ｘ＜０．５に選ばれる。圧電材料となるＢＳＴは、０．５≦ｘ＜１．０に選ばれ、好ましくは０．７≦ｘ＜０．９に選ばれる。
【００３３】
これらの組成は、Ｘ線マイクロアナライザ分析法（ＥＤＸ法）によって分析することができる。このＥＤＸ法には、Ｘ線マイクロアナライザ（ＥＤＸ）を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に取り付けて行われるＴＥＭ−ＥＤＸ法、および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に取り付けて行われるＳＥＭ−ＥＤＸ法がある。ＴＥＭ−ＥＤＸ法およびＳＥＭ−ＥＤＸ法は、どちらも、１μｍ程度およびそれ以下の領域の組成分析が行える方法であり、被分析領域に電子線を細く絞って照射し、材料から発生するＸ線を分光することによって分析を行う。ここで、ＴＥＭ−ＥＤＸ法を用いて分析する場合には、分析前に試料を薄片化する必要がある。なお、上記説明では、圧電材料となるＢＳＴの組成と電歪材料となるＢＳＴの組成は、一部重複している。これは、ＢＳＴの場合は、同じ組成であっても、成膜条件によって、圧電材料になったり、電歪材料になったりするためである。
【００３４】
なお、ＢＳＴでは、高温相が常誘電体相の電歪材料であり、低温相が強誘電体相の圧電材料である。よって、ＢＳＴが電歪材料か圧電材料かを区別するために、例えば、誘電率の温度変化を測定し、低温相と高温相の境界の温度であるキュリー点が実使用温度よりも高い場合は、圧電材料と判断し、キュリー点が実使用温度よりも低い場合は、電歪材料と判断してもよい。誘電率の温度変化は、温度制御の出来るホットプレート上で、又は温度制御のできるオーブンの中で誘電率を測定することにより測定可能である。また、これにより、ＢＳＴの温度特性の正負も判断可能である。
【００３５】
電歪材料とは、実使用温度の範囲内で電歪効果が生じる材料である。圧電材料とは、実使用温度の範囲内で圧電効果および逆圧電効果を生じる材料である。実使用温度は、−３０℃〜８５℃である。ここで、電歪効果には、歪が電場の２乗に比例する効果が含まれ、圧電効果には、歪が電場に比例する効果が含まれる。このことから、実使用温度の範囲内で、電場の向きによって伸びたり縮んだりする材料を圧電材料、電場の向きを変えても伸びるだけの材料を電歪材料とみなすことができる。なお、誘電体層の伸縮は、Ｘ線回折を使って測定可能である。すなわち、誘電体層に電圧を印加しながら格子定数を測定することにより、誘電体の伸縮を判断することができる。従って、その誘電体層の伸縮の測定結果から、圧電および電歪を区別することができる。
【００３６】
前記各層２〜４，６〜８は、厚み方向に積層される。第１電極層２の厚み寸法は、０．１μｍ〜２μｍに選ばれる。第２電極層３の厚み寸法は、０．１μｍ〜２μｍに選ばれる。第１誘電体層４の厚み寸法は、０．０１μｍ〜０．５μｍに選ばれる。第３電極層６の厚み寸法は、０．１μｍ〜２μｍに選ばれる。第４電極層７の厚み寸法は、０．１μｍ〜２μｍに選ばれる。第２誘電体層８の厚み寸法は、０．１μｍ〜０．５μｍに選ばれる。
【００３７】
このような可変容量コンデンサ１を製造するにあたっては、まず、圧電材料から成る誘電体基板を準備する。誘電体基板は、その両面が予め研磨されている。誘電体基板は、第２誘電体層８となる。次に、誘電体基板の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、誘電体基板の一表面に第４電極層７を形成する。次に、誘電体基板の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、誘電体基板の他表面に第３電極層６を形成する。次に、誘電体基板の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第３電極層６に第１電極層２を形成する。次に、誘電体基板の温度を室温〜７００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第１電極層２に第１誘電体層４を形成する。次に、誘電体基板の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第１誘電体層４に第２電極層３を形成する。このようにして可変容量コンデンサ１を得ることができる。
【００３８】
可変容量コンデンサ１を製造するにあたっては、次のようにしてもよい。まず、Ｓｉなどの基板を準備する。この基板は、犠牲層となる。次に、基板の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、基板に第４電極層７を形成する。次に、基板の温度を室温〜７００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第４電極層７に第２誘電体層８を形成する。次に、基板の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第２誘電体層８に、第３電極層６と第１電極層２とを順次、形成する。次に、基板の温度を室温〜７００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第１電極層２に第１誘電体層４を形成する。次に、基板の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第１誘電体層４に第２電極層３を形成する。そして、フォトレジストを用いたエッチング工程で各層を順次、所定の形状に加工し、この後に、犠牲層である基板を、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching、略称ＲＩＥ）などのエッチング工程によって除去する。このようにして可変容量コンデンサ１を得ることができる。
【００３９】
図２は、電歪材料となるＢＳＴの結晶構造を模式的に示す図であり、図２（１）は電圧を印加していない状態を示し、図２（２）は一方側が＋になり他方側が−になるように電圧を印加した状態を示し、図２（３）は一方側が−になり他方側が＋になるように電圧を印加した状態を示す。図３は、圧電材料となるＢＳＴの結晶構造を模式的に示す図であり、図３（１）は電圧を印加していない状態を示し、図３（２）は一方側が＋になり他方側が−になるように電圧を印加した状態を示し、図３（３）は一方側が−になり他方側が＋になるように電圧を印加した状態を示す。
【００４０】
ＢＳＴは、ペロブスカイト構造と呼ばれる結晶構造を有するけれども、図２および図３では、理解を容易にするために、ＢＳＴの結晶構造を単純化して示す。図２および図３において、黒丸１１は、＋イオンであり、Ｂａ、Ｓｒ、Ｔｉに相当し、白丸１２は、−イオンであり、酸素に相当する。
【００４１】
電歪材料となるＢＳＴでは、図２（１）に示すように、電圧を印加していないとき、単位胞１３は正方形である。図２（２）に示すように、一方側が＋になり他方側が−になるように電圧を印加したとき、＋イオンが他方側に引っ張られるとともに−イオンが一方側に引っ張られ、これによって単位胞１３は電圧印加方向に伸びる。図２（３）に示すように、一方側が−になり他方側が＋になるように電圧を印加したとき、＋イオンが一方側に引っ張られるとともに−イオンが他方側に引っ張られ、これによって単位胞１３は電圧印加方向に伸びる。このように電歪材料となるＢＳＴでは、単位胞１３の伸びは、電圧の極性に依存しない。図２（２）および図２（３）には表現されていないけれども、単位胞１３は、電圧印加方向に伸びることによって、電圧印加方向に垂直な方向に縮むことになる。
【００４２】
圧電材料となるＢＳＴでは、図３（１）に示すように、電圧を印加していないとき、単位胞１３は伸びている。図３（２）に示すように、一方側が＋になり他方側が−になるように電圧を印加したとき、＋イオンが他方側に引っ張られるとともに−イオンが一方側に引っ張られ、これによって単位胞１３は電圧印加方向にさらに伸びる。図３（３）に示すように、一方側が−になり他方側が＋になるように電圧を印加したとき、＋イオンが一方側に引っ張られるとともに−イオンが他方側に引っ張られ、これによって単位胞１３は電圧印加方向に縮む。このように圧電材料となるＢＳＴでは、電圧の極性によって、単位胞１３が伸びたり縮んだりする。図３（２）および図３（３）には表現されていないけれども、単位胞１３は、電圧印加方向に伸びることによって、電圧印加方向に垂直な方向に縮み、また電圧印加方向に縮むことによって、電圧印加方向に垂直な方向に伸びる。
【００４３】
図４は、単結晶ＢＳＴの比誘電率の温度依存性を示すグラフである。図４において、横軸は温度を示し、縦軸は比誘電率を示す。図５は、単結晶ＢＳＴのｔａｎδの温度依存性を示すグラフである。この図５において、横軸は温度を示し、縦軸はｔａｎδを示す。図４および図５には、ｘ＝０、ｘ＝０．２７、ｘ＝０．３４、ｘ＝０．４７、ｘ＝０．６５、ｘ＝０．８７およびｘ＝１．０の場合についてそれぞれ示す。なお、図４および図５は、Ｏ． Ｇ． Ｖｅｎｄｉｋ， Ｅ． Ｋ． Ｈｏｌｌｍａｎｎ， Ａ． Ｂ．Ｋｏｚｙｒｅｖ ａｎｄ Ａ． Ｍ． Ｐｒｕｄａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ， ｖｏｌ １２ (１９９９) ３２５ "Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｕｎｉｎｇ ｏｆ Ｐｌａｎａｒ ａｎｄ Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ" から引用した。
【００４４】
図４および図５では、便宜上、単結晶ＢＳＴについて温度依存性を説明するけれども、電歪材料および圧電材料は、必ずしも単結晶ＢＳＴによって実現される必要はなく、多結晶ＢＳＴによって実現されてもよい。多結晶ＢＳＴの温度依存性は、単結晶ＢＳＴの温度依存性に類似するので、説明を省略する。
【００４５】
図４に示すように、単結晶ＢＳＴの比誘電率は、組成、具体的にはＢａおよびＳｒの割合（ｘ）を変えることによって、ピークの位置が変わる。各組成において、比誘電率のピークの温度はキュリー温度である。単結晶ＢＳＴは、キュリー温度以上のとき常誘電体になり、キュリー温度未満のとき強誘電体になる。単結晶ＢＳＴは、高温相の常誘電体相では電歪効果を生じ、低温相の強誘電体相では圧電効果および逆圧電効果を生じる。
【００４６】
単結晶ＢＳＴの比誘電率は、高温相の常誘電体相では負の温度依存性を有し、低温相の強誘電体相では正の温度依存性を有する。換言すれば、単結晶ＢＳＴの比誘電率は、高温相の常誘電体相では温度が上昇するにつれて低下し、低温相の強誘電体相では温度が上昇するにつれて上昇する。単結晶ＢＳＴの比誘電率εｒと単結晶ＢＳＴの誘電率εとは、真空の誘電率をε０とすると、関係式εｒ＝ε／ε０を満足する。したがって前述の説明では、「単結晶ＢＳＴの比誘電率」を「単結晶ＢＳＴの誘電率」に単純に置き換えることができる。
【００４７】
図５に示すように、単結晶ＢＳＴのｔａｎδは、低温相の強誘電体相では高く大略的に一定であり、高温相の常誘電体相では温度が上昇するにつれて低下する。ｔａｎδは、誘電損失を表す。ｔａｎδが高いほど、誘電損失が大きい。誘電損失は、Ｑ値でも表される。Ｑ値は、ｔａｎδの逆数である。Ｑ値が高いほど、誘電損失が小さい。単結晶ＢＳＴのＱ値は、低温相の強誘電体相では低く大略的に一定であり、高温相の常誘電体相では温度が上昇するにつれて上昇する。
【００４８】
図６は、第１誘電体層４に引張力が付与されていない状態での第１誘電体層４の温度依存性を示すグラフであり、図６（１）は、第１および第２電極層２，３間に０，１００，２００，３００，４００，５００ｋＶ／ｃｍの電界をそれぞれ印加した場合の比誘電率の温度依存性を示し、図６（２）は、第１および第２電極層２，３間に０，１００，２００，３００，４００，５００ｋＶ／ｃｍの電界をそれぞれ印加した場合のｔａｎδの温度依存性を示す。図６（１）において、横軸は温度を示し、縦軸は比誘電率を示す。図６（２）において、横軸は温度を示し、縦軸はｔａｎδを示す。図６では、第１および第２電極層２，３間に印加する電界を変えたとき、すなわち第１および第２電極層２，３間に印加する直流電圧を変えたときの、第１誘電体層４の温度依存性を示す。
【００４９】
図６（１）に示されるように、第１誘電体層４に引張力が付与されていない状態では、第１および第２電極層２，３間に印加される直流電圧が高くなるにつれて、第１誘電体層４の誘電率の温度特性を表すカーブが低くなり、各温度での第１誘電体層４の誘電率が小さくなっていく。また第１および第２電極層２，３間に印加される直流電圧が高くなるにつれて、第１誘電体層４の誘電率のピークがブロードになりつつ高温側にシフトする。また、図６（２）に示されるように、第１および第２電極層２，３間に印加される直流電圧が高くなるにつれて、実使用温度におけるｔａｎδが増加する。
【００５０】
図７は、第１誘電体層４に引張力が付与されている状態での第１誘電体層４の温度依存性を示すグラフであり、図７（１）は、第１および第２電極層２，３間に０，１００，２００，３００，４００，５００ｋＶ／ｃｍの電界をそれぞれ印加した場合の比誘電率の温度依存性を示し、図７（２）は、第１および第２電極層２，３間に０，１００，２００，３００，４００，５００ｋＶ／ｃｍの電界をそれぞれ印加した場合のｔａｎδの温度依存性を示す。図７（１）において、横軸は温度を示し、縦軸は比誘電率を示す。図７（２）において、横軸は温度を示し、縦軸はｔａｎδを示す。図７では、第１および第２電極層２，３間に印加する直流電圧を変えたときの、第１誘電体層４の温度依存性を示す。
【００５１】
図７（１）に示されるように、第１誘電体層４に引張力が付与されている状態では、第１および第２電極層２，３間に印加される電界が大きくなる、すなわち、第１および第２電極層２，３間に印加される直流電圧が高くなるにつれて、第１誘電体層４の誘電率の温度特性を表すカーブが低くなり、各温度での第１誘電体層４の誘電率が小さくなっていく。また第１および第２電極層２，３間に印加される直流電圧が高くなるにつれて、第１誘電体層４の誘電率のピークは、低温側にシフトする。このシフトは、印加電圧が高いほど大きい。また、図７（２）に示されるように、第１および第２電極層２，３間に印加される直流電圧が高くなるにつれて、実使用温度におけるｔａｎδは増加するが、その増加率は、第１誘電体層４に引張力が付与されていない状態に比べて、非常に小さい。
【００５２】
図１を再び参照して、第１および第２電極層２，３間には、電歪材料から成る第１誘電体層４が介在する。これによって、第１および第２電極層２，３間に圧電材料から成る第１誘電体層が介在する場合に比べて、Ｑ値を高くすることができる。
【００５３】
第１および第２電極層２，３間には、０Ｖ〜１０Ｖの直流電圧が印加される。第１および第２電極層２，３間に直流電圧を印加すると、第１誘電体層４の誘電率が低下し、これによって第１および第２電極層２，３間の静電容量が低下する。したがって第１および第２電極層２，３間に印加する直流電圧を調整することによって、第１および第２電極層２，３間の静電容量を調整することができる。
【００５４】
第１誘電体層４には、積層方向Ａに垂直な方向の引張力が、引張力付与手段５によって付与される。ここで、図７（１）に示されるように、第１誘電体層４に引張力が付与されている状態で、第１および第２電極層２，３間に印加する電界を増大させると、第１誘電体層４の誘電率のピークは低温側にシフトし、第１誘電体層４に引張力が付与されていない場合と比較して実使用温度における誘電率の変化は大きくなる。特に、第１および第２電極層２，３間に印加される電界が０〜１００ｋＶ／ｃｍの範囲内にあるとき、それは顕著である。第１誘電体層４の厚みを考慮すると、第１および第２電極層２，３間に印加する直流電圧が０Ｖ〜１０Ｖのとき、第１および第２電極層２，３間に印加される電界は、０〜１００ｋＶ／ｃｍの範囲内であるので、実使用温度において、第１誘電体層４の印加電圧に対する誘電率の変化は第１誘電体層４に引張力が付与されていない場合と比較して大きくなることがわかる。これにより、印加電圧に対する第１誘電体層４の誘電率の変化が大きくなることから、印加電圧に対する第１および第２電極層２，３間の静電容量の変化を大きくすることができる。
【００５５】
また、図７（２）に示されるように、第１誘電体層４に引張力が付与されている状態で第１および第２電極層２，３間に印加する直流電圧を増大させた場合、実使用温度におけるｔａｎδは増加するが、その増加率は小さいため、ｔａｎδの逆数であるＱ値もほぼ一定となる。すなわち、第１および第２電極層２，３間に印加する直流電圧を増大させた場合、実使用温度における誘電率の変化は大きくなる一方、Ｑ値は高いまま維持できる。すなわち、本実施の形態による可変容量コンデンサ１によれば、印加電圧に対する静電容量の変化が大きく、かつＱ値が高い可変容量コンデンサを実現することができる。
【００５６】
第３および第４電極層６，７間には、０Ｖ〜１０Ｖの直流電圧が印加される。第２誘電体層８は、圧電材料から成るので、第３および第４電極層６，７間に直流電圧を印加すると、印加電圧の極性によって、第２誘電体層８は、積層方向Ａに垂直な方向に、伸びたり縮んだりする。したがって第３および第４電極層６，７間の印加電圧の極性を適宜、選択することによって、第２誘電体層８を、積層方向Ａに垂直な方向に伸ばすことができる。
【００５７】
第３電極層６は、第１電極層２に積層される。したがって前述のようにして第２誘電体層８を積層方向Ａに垂直な方向（図１の矢符Ｂ１方向）に伸ばすことによって、第１および第３電極層２，６を介して、第１誘電体層４に積層方向Ａに垂直な方向（図１の矢符Ｂ２方向）の引張力を付与することができる。このような本発明では、第３および第４電極層６，７間に印加する直流電圧を調整することによって、第１誘電体層４に付与される引張力を調整することができる。
【００５８】
また第１誘電体層４の誘電率は、負の温度依存性を有する。第２誘電体層８の誘電率は、正の温度依存性を有し、したがって第２誘電体層８は、歪みについても、正の温度依存性を有する。したがって第１誘電体層４の誘電率の温度による変化を、第２誘電体層８の歪みの温度による変化によって打消すことができる。これによって、第１および第２電極層２，３間の静電容量の温度による変化を抑えることができる。
【００５９】
さらに第１誘電体層４は、チタン酸バリウムストロンチウム化合物から成るので、印加電圧に対する誘電率の変化が大きくかつＱ値が高い第１誘電体層４を容易に形成することができる。
【００６０】
本実施の形態では、第１および第３電極層６は別々であるけれども、第１および第３電極層６は共通であってもよい。このように第１および第３電極層６を共通にすることによって、製造における工程数を削減することができる。したがって可変容量コンデンサ１の作製を容易化することができる。
【００６１】
図８は、本発明の実施の第２形態である可変容量コンデンサ２１の構成を示す断面図である。本実施の形態の可変容量コンデンサ２１は、前述の第１形態の可変容量コンデンサ１に類似するので、同一の部分には同一の符号を付して、説明を省略する。
【００６２】
本実施の形態では、第１および第３電極層２，６は共通である。このように第１および第３電極層２，６を共通にすることによって、製造における工程数を削減することができる。したがって可変容量コンデンサ２１の作製を容易化することができる。第１および第３電極層２，６は別々であってもよい。
【００６３】
また本実施の形態では、引張力付与手段２２は、電気絶縁材料から成る絶縁基板２３をさらに含む。絶縁基板２３は、サファイアなどの単結晶基板であってもよく、アルミナセラミックスなどのセラミック基板であってもよく、ガラス基板であってもよい。絶縁基板２３は、第４電極層７に関して第２誘電体層８とは反対側に設けられ、第４電極層７が積層される。
【００６４】
このような可変容量コンデンサ２１を製造するにあたっては、まず、絶縁基板２３を準備する。次に、絶縁基板２３の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、絶縁基板２３に第４電極層７を形成する。次に、絶縁基板２３の温度を室温〜７００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第４電極層７に第２誘電体層８を形成する。次に、絶縁基板２３の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第２誘電体層８に共通電極層を形成する。この共通電極層は、第１および第３電極層２，６に相当する。次に、絶縁基板２３の温度を室温〜７００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、共通電極層に第１誘電体層４を形成する。次に、絶縁基板２３の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第１誘電体層４に第２電極層３を形成する。そして、フォトレジストを用いたエッチング工程で各層を順次、所定の形状に加工する。このようにして可変容量コンデンサ２１を得ることができる。
【００６５】
このように可変容量コンデンサ２１の製造にあたっては、絶縁基板２３に、第４電極層７、第２誘電体層８、共通電極層、第１誘電体層４および第２電極層３を順次、薄膜形成工程で積層していけばよく、したがって可変容量コンデンサ２１の作製を容易化することができる。
【００６６】
図９は、本発明の実施の第３形態である可変容量コンデンサ３１の構成を示す断面図である。本実施の形態の可変容量コンデンサ３１は、前述の第１形態の可変容量コンデンサ１に類似するので、同一の部分には同一の符号を付して、説明を省略する。
【００６７】
本実施の形態では、引張力付与手段３２は、互いに対向して設けられ、導電材料から成る第３および第４電極層３３，３４と、前記第３および第４電極層３３，３４間に介在し、電歪材料または圧電材料から成る第２誘電体層３５と、一表面に前記第１電極層２が積層されるとともに他表面に前記第３電極層３３が積層され、電気絶縁材料から成る絶縁基板３６とを含む。前記絶縁基板３６は、サファイアなどの単結晶基板であってもよく、アルミナセラミックスなどのセラミック基板であってもよく、ガラス基板であってもよい。
【００６８】
第３電極層３３の厚み寸法は、０．１μｍ〜２μｍに選ばれる。第４電極層３４の厚み寸法は、０．１μｍ〜２μｍに選ばれる。第２誘電体層３５の厚み寸法は、０．１μｍ〜０．５μｍに選ばれる。絶縁基板３６の厚み寸法は、５０μｍ〜５００μｍに選ばれる。
【００６９】
このような可変容量コンデンサ３１を製造するにあたっては、まず、絶縁基板３６を準備する。絶縁基板３６は、その両面が予め研磨されている。次に、絶縁基板３６の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、絶縁基板３６の他表面に第３電極層３３を形成する。次に、絶縁基板３６の温度を室温〜７００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第３電極層３３に第２誘電体層３５を形成する。次に絶縁基板３６の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第２誘電体層３５に第４電極層３４を形成する。次に、絶縁基板３６の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、絶縁基板３６の一表面に第１電極層２を形成する。次に、絶縁基板３６の温度を室温〜７００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第１電極層２に第１誘電体層４を形成する。次に、絶縁基板３６の温度を室温〜６００℃の範囲内にして、スパッタリング法などの成膜法によって、第１誘電体層４に第２電極層３を形成する。そして、フォトレジストを用いたエッチング工程で各層を順次、所定の形状に加工する。このようにして可変容量コンデンサ３１を得ることができる。
【００７０】
このような本実施の形態では、第２誘電体層３５が電歪材料から成る場合、第３および第４電極層３３，３４間に直流電圧を印加することによって、印加電圧の極性に拘わらず、第２誘電体層３５を、積層方向Ａに垂直な方向（図９の矢符Ｃ１方向）に縮めることができる。
【００７１】
第２誘電体層３５が圧電材料から成る場合、第３および第４電極層３３，３４間に直流電圧を印加すると、印加電圧の極性によって、第２誘電体層３５は、積層方向Ａに垂直な方向に、伸びたり縮んだりする。したがって第３および第４電極層３３，３４間の印加電圧の極性を適宜、選択することによって、第２誘電体層３５を、積層方向Ａに垂直な方向（図９の矢符Ｃ１方向）に縮めることができる。
【００７２】
絶縁基板３６は、一表面に第１電極層２が積層されるとともに他表面に第３電極層３３が積層される。したがって前述のようにして第２誘電体層３５を積層方向Ａに垂直な方向（図９の矢符Ｃ１方向）に縮めることによって、第３電極層３３は縮み、さらに絶縁基板３６の他表面も図９の矢符Ｃ２方向に縮む。このとき、絶縁基板３６の一表面は図９の矢符Ｃ３方向に伸び、さらに第１電極層２も伸びる。これによって、第１誘電体層４に積層方向Ａに垂直な方向（図９の矢符Ｃ４方向）の引張力を付与することができる。このような本実施の形態では、第３および第４電極層３３，３４に印加する直流電圧を調整することによって、第１誘電体層４に付与される引張力を調整することができる。
【００７３】
前述の実施の各形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において構成を変更することができる。たとえば電歪材料および圧電材料は、ＢＳＴに限らず、ＢＺＮ（Ｂｉ１．５Ｚｎ１．０Ｎｂ１．５Ｏ７）であってもよく、またＢＺＴ（Ｂａ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の第１形態である可変容量コンデンサ１の構成を示す断面図である。
【図２】電歪材料となるＢＳＴの結晶構造を模式的に示す図であり、図２（１）は電圧を印加していない状態を示し、図２（２）は一方側が＋になり他方側が−になるように電圧を印加した状態を示し、図２（３）は一方側が−になり他方側が＋になるように電圧を印加した状態を示す。
【図３】圧電材料となるＢＳＴの結晶構造を模式的に示す図であり、図３（１）は電圧を印加していない状態を示し、図３（２）は一方側が＋になり他方側が−になるように電圧を印加した状態を示し、図３（３）は一方側が−になり他方側が＋になるように電圧を印加した状態を示す。
【図４】単結晶ＢＳＴの比誘電率の温度依存性を示すグラフである。
【図５】単結晶ＢＳＴのｔａｎδの温度依存性を示すグラフである。
【図６】第１誘電体層４に引張力が付与されていない状態での第１誘電体層４の温度依存性を示すグラフであり、図６（１）は比誘電率の温度依存性を示し、図６（２）はｔａｎδの温度依存性を示す。
【図７】第１誘電体層４に引張力が付与されている状態での第１誘電体層４の温度依存性を示すグラフであり、図７（１）は比誘電率の温度依存性を示し、図７（２）はｔａｎδの温度依存性を示す。
【図８】本発明の実施の第２形態である可変容量コンデンサ２１の構成を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の第３形態である可変容量コンデンサ３１の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１，２１，３１  可変容量コンデンサ
２  第１電極層
３  第２電極層
４  第１誘電体層
５，２２，３２  引張力付与手段
６，３３  第３電極層
７，３４  第４電極層
８，３５  第２誘電体層
２３，３６  絶縁基板
【図１】
2008085081.tif 000003
【図２】
2008085081.tif 000004
【図３】
2008085081.tif 000005
【図４】
2008085081.tif 000006
【図５】
2008085081.tif 000007
【図６】
2008085081.tif 000008
【図７】
2008085081.tif 000009
【図８】
2008085081.tif 000010
【図９】
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