(57)【要約】    【課題】      導電性に優れたカーボンナノチューブなどの微小の振動子を用いることで全体を微小にすることができるともに、所定の周波数の信号を選択することができること。    【解決手段】  信号が入力されることにより物理変化するカーボンナノチューブからなる内殻１０６と、内殻１０６から微小ギャップＧ空けて、内殻１０６に被さるように配置されたカーボンナノチューブからなる外殻１０８とを有する電気機械フィルタである。接続された信号入力側電極部１１０から内殻１０６に所定の周波数の信号が入力されたときに、外殻１０８は内殻１０６の振動を検出し、接続された信号出力側電極部１１２を介して出力する。  【選択図】      図２
2005354651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号が入力されることにより物理変化する第１部材と、
前記第１部材から所定間隔空けて配置され、前記第１部材に所定の周波数の信号が入力されたときに、前記第１部材の物理変化を検出する第２部材とを有することを特徴とする電気機械フィルタ。
【請求項２】
前記第１部材は、当該第１部材の中心軸に対して対称構造を有するとともに、信号が入力されることにより振動し、
前記第２部材は、前記第１部材に所定の周波数の信号が入力されたときに、前記第１部材の振動を検出することを特徴とする請求項１記載の電気機械フィルタ。
【請求項３】
前記第１部材および前記第２部材のうち、一方の部材は他方を覆う殻状の部材であることを特徴とする請求項１記載の電気機械フィルタ。
【請求項４】
前記第１部材に接続され、当該第１部材に信号を入力することにより励振させる入力側電極と、
前記第２部材に接続され、当該第２部材が前記第１部材の振動を検出した際に、前記第１部材に入力された信号と同様の周波数の信号を出力する出力側電極と、
を更に有することを特徴とする請求項１記載の電気機械フィルタ。
【請求項５】
前記第１部材から所定間隔空けて配置され、信号が入力されることにより前記第１部材を励振させる入力側電極とを更に備え、
前記第２部材は、前記第１部材の振動を検出した際に、前記第１部材に入力された信号と同様の周波数の信号を出力する出力側電極であることを特徴とする請求項１記載の電気機械フィルタ。
【請求項６】
前記第２部材は前記第１部材を覆う殻状の部材であり、
前記第２部材に接続され、当該第２部材に信号を入力することにより前記第１部材を励振させる入力側電極と、
前記第１部材に接続され、当該第１部材に電圧を印加する電極と、
前記第２部材に接続され、当該第２部材が前記第１部材の励振を検出した際に、前記第１部材に入力された信号と同様の周波数の信号を出力する出力側電極と、
を更に有することを特徴とする請求項１記載の電気機械フィルタ。
【請求項７】
前記第１部材および前記第２部材のうち少なくとも第１部材は、カーボンナノチューブやカーボンナノホーン、フラーレンを含む自己組織化により形成される物質により構成され、前記所定の間隔は少なくとも前記第１部材による自己組織化によって形成される微小ギャップであることを特徴とする請求項１記載の電気機械フィルタ。
【請求項８】
前記第１部材および前記第２部材のうち少なくとも前記第１部材は、触媒材料により成長するように構成され、前記触媒材料を含む電極材料からなる電極部に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電気機械フィルタ。
【請求項９】
前記第１部材および前記第２部材は、カーボンナノチューブにイオンドーピングを施した物質および他原子分子を内包した物質を含む複合組成物質であることを特徴とする請求項１記載の電気機械フィルタ。
【請求項１０】
前記第１部材および前記第２部材は、微細加工技術を用い人工的に成形されることを特徴とする請求項１記載の電気機械フィルタ。
【請求項１１】
前記第１部材の物理変化は振動することであり、前記第１部材の振動検出は、前記第１部材に入力される信号を出力する電極に接続されたプローブを用いて、前記第１部材と前記電極との間に流れるトンネル電流を検出することにより行われることを特徴とする請求項１記載の電気機械フィルタ。
【請求項１２】
前記第１部材は物理変化として振動し、前記第１部材と前記第２部材との間の前記所定間隔を変化させ、前記第１部材の共振周波数を変化させる調整部を更に有することを特徴とする請求項１記載の電気機械フィルタ。
【請求項１３】
請求項１記載の電気機械フィルタを用いたフィルタバンクを含むことを特徴とする電気回路。
【請求項１４】
請求項１３記載の電気回路を有することを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な振動子を備える電気機械フィルタ、これを用いた電気回路および電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線端末などの端末の小型化が進む中、端末の筐体内に内蔵されるフィルタなどの受動部品の小型化が望まれている。近年、特に、無線通信でよく用いられているＬＣなどによる電気的共振を利用したフィルタは、共振器サイズが電気長に依存するため、フィルタの小型化が難しいという問題があり、新たな信号選択の原理が模索されている。
【０００３】
その中で、次世代フィルタの候補として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Syst-ems）、ＮＥＭＳ（Nano Electoro Mechanical Systems）技術により微小な電気機械フィルタが作製されている。
【０００４】
この電気機械フィルタは、メカニカルな共振を利用し、その構成においては共振する振動子の質量とバネ定数に依存するため、電気的共振を用いたフィルタよりもサイズを減少することができる。例えば、１ＧＨｚ帯で共振する共振子のサイズは、形状、共振モードに依るが、数ミクロン以下の大きさとなる。また、このようにフィルタのサイズが数ミクロン以下の大きさとなることから、微小な振動子の製造方法および微小な振動を検出する方法も必要となる。
【０００５】
従来の微小振動子を用いた電気機械フィルタとして、例えば、特許文献１に示すように、微小な振動子にカーボンナノチューブを用いたものがある。カーボンナノチューブは、炭素原子が網目の形で結びついて形成されたナノメートルサイズの非常に小さい筒状の物質である。
【０００６】
この特許文献１における電気機械フィルタの信号選択の仕組みは、カーボンナノチューブやフラーレンが圧電材料であると仮定した場合を前提としている。詳細には、この従来の電気機械フィルタでは、所定長のカーボンナノチューブの両端部分にそれぞれ、入力信号ポートが接続された電極、出力信号ポートが接続された電極が２つずつ設けられ、これら電極が、カーボンナノチューブに信号を印加する入力端子、出力端子を形成している。
【０００７】
そして、この電気機械フィルタでは、入力信号ポートより入力した信号により、カーボンナノチューブが圧電効果によりその自己共振周波数で振動し、圧電効果により出力信号ポートへ出力が電圧として取り出されるものとなっている。また、このような従来の微小な振動体の振動検出方法として、マグネトモーティブ、レーザードップラー干渉法などの方法が検討されている。
【特許文献１】特開平６−３１０９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、現在のところ、特許文献１にみられるカーボンナノチューブやフラーレンについては、強誘電性絶縁体に見られる圧電効果の発現の報告はなく、むしろ非常に優れた導電性をもつことが報告されている。したがって、上記カーボンナノチューブやフラーレンの物性の仮定による特許文献１の技術は、その実現が難しいという問題がある。
【０００９】
また、この電気機械フィルタにおいて、微小構造物である振動子の振動を検出方法として、マグネトモーティブの手法を用いた場合では、大きな外部磁場を発生させる装置が必要となり、マイクロコイル作製プロセスや、スペースの確保などの問題がある。また、レーザードップラー干渉法を用いて従来の振動子の振動検出を行う場合には、対象となる振動子に焦点を当て、且つ十分な反射光を得るのは困難である。さらに、別の振動検出の方法として、微小な振動子の先端に、レーザー反射用の金属やシリコン（Ｓｉ）製のミラーを付け、構造物の振動を検出する方法も検討されているが、その方法では、ミラーも含めた構造物の振動を検出することとなり、微小な振動子自体の振動特性を検出するのは困難である。
【００１０】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、導電性に優れたカーボンナノチューブなどの微小の振動子を用いることで全体を微小にすることができるとともに、所定の周波数の信号を選択することができる電気機械フィルタ、これを用いた電気回路および電気機器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】
【００１１】
本発明の電気機械フィルタは、信号が入力されることにより物理変化する第１部材と、前記第１部材から所定間隔空けて配置され、前記第１部材に所定の周波数の信号が入力されたときに、前記第１部材の物理変化を検出する第２部材とを有する構成を採る。
【００１２】
この構成によれば、第１部材に所定の周波数の信号が入力されたときに、第２部材は第１部材の物理変化を検出するため、例えば、カーボンナノチューブ、フラーレンなどのように所定の周波数の信号が入力されることで物理変化する微小な部材を第１部材に用いることにより、全体を微小にすることができるとともに、第２部材により所定の周波数の信号を選択することができる。
【００１３】
本発明の電気機械フィルタは、上記構成において、前記第１部材は、当該第１部材の中心軸に対して対称構造を有するとともに、信号が入力されることにより振動し、前記第２部材は、前記第１部材に所定の周波数の信号が入力されたときに、前記第１部材の振動を検出する構成を採る。
【００１４】
この構成によれば、第１部材の中心軸に対して対称構造を有する第１部材に、所定の周波数の信号が入力されたときに、第２部材は、第１部材の振動を検出するため、第１部材を用いるだけで、所定の周波数の信号を選択できる。例えば、第１部材に、カーボンナノチューブ、フラーレンなどのように所定の周波数の信号が入力されることによって振動する微小な部材を用い、全体を微小にすることができるとともに、第２部材により所定の周波数の信号を選択することができる。
【００１５】
本発明の電気機械フィルタは、上記構成において、前記第１部材および前記第２部材のうち、一方の部材は他方を覆う殻状の部材である構成を採る。
【００１６】
この構成によれば、第１部材および第２部材のうち、一方の部材は他方を覆う殻状の部材であるため、これら第１部材および第２部材は殻構造をなし、第１部材および第２部材のうち他方に一方が被さる分、例えば、第１部材に第２部材が被さる分、占有スペースを小さくすることができ、電気機械フィルタ全体のスケールを更に小さくすることができる。
【００１７】
本発明の電気機械フィルタは、上記構成において、前記第１部材に接続され、当該第１部材に信号を入力することにより励振させる入力側電極と、前記第２部材に接続され、当該第２部材が前記第１部材の振動を検出した際に、前記第１部材に入力された信号と同様の周波数の信号を出力する出力側電極と、を更に有する構成を採る。
【００１８】
この構成によれば、入力側電極から第１部材に所定の周波数の信号が入力されたとき、第２部材が第１部材の物理変化としての振動を検出し、出力側電極は、第１部材に入力された信号と同様の周波数の信号を出力するため、所定の周波数を選択的に出力することができる。
【００１９】
本発明の電気機械フィルタは、上記構成において、前記第１部材から所定間隔空けて配置され、信号が入力されることにより前記第１部材を励振させる入力側電極とを更に備え、前記第２部材は、前記第１部材の振動を検出した際に、前記第１部材に入力された信号と同様の周波数の信号を出力する出力側電極である構成を採る。
【００２０】
この構成によれば、入力側電極に所定の周波数の信号が入力されたとき、第２部材は第１部材の振動を検出し、第２部材は、出力側電極として、入力された信号と同様の周波数の信号を出力するため、所定の周波数を選択的に出力することができる。
【００２１】
本発明の電気機械フィルタは、上記構成において、前記第２部材は前記第１部材を覆う殻状の部材であり、前記第２部材に接続され、当該第２部材に信号を入力することにより前記第１部材を励振させる入力側電極と、前記第１部材に接続され、当該第１部材に電圧を印加する電極と、前記第２部材に接続され、当該第２部材が前記第１部材の振動を検出した際に、前記第１部材に入力された信号と同様の周波数の信号を出力する出力側電極とを有する構成を採る。
【００２２】
この構成によれば、第２部材が第１部材を覆い、入力側電極から第２部材に所定の周波数の信号が入力されたとき、第２部材が第１部材の物理変化としての振動を検出し、出力側電極は、第２部材に入力された信号と同様の周波数の信号を出力するため、第１部材と第２部材とが並列配置されることなくコンパクト化、つまりは、より微小化された構造において、所定の周波数を選択的に出力することができる。つまり、構造的に前端的に微小なフィルタを実現できる。
【００２３】
本発明の電気機械フィルタは、上記構成において、前記第１部材および第２部材のうち少なくとも第１部材は、カーボンナノチューブやカーボンナノホーン、フラーレンを含む自己組織化により形成される物質により構成され、前記所定の間隔は少なくとも前記第１部材による自己組織化によって形成される微小ギャップである構成を採る。
【００２４】
この構成によれば、振動子となる第１部材が、少なくとも自己組織化により形成される物質により構成され、所定の間隔が自己組織化によって形成される微小ギャップであるため、所定の間隔を人工的に形成する必要が無く、第１部材および第２部材を所定間隔空けて配置する構成を容易に形成することができる。例えば、所定の間隔が、人工的に形成が困難な微小な間隔であっても、第１部材の自己組織化により容易に形成することができる。
【００２５】
本発明の電気機械フィルタは、上記構成において、前記第１部材および前記第２部材のうち少なくとも前記第１部材は、触媒材料により成長するように構成され、前記触媒材料を含む電極材料からなる電極部に接続されている構成を採る。
【００２６】
この構成によれば、第１部材および第２部材のうち、少なくとも第１部材は、触媒材料を含む電極部に接続されているため、第１部材を電極部に接続するだけで、成長させることができる。
【００２７】
本発明の電気機械フィルタは、上記構成において、前記第１部材および第２部材は、カーボンナノチューブにイオンドーピングを施した物質および他原子分子を内包した物質を含む複合組成物質である構成を採る。
【００２８】
この構成によれば、第１部材および第２部材は、カーボンナノチューブにイオンドーピングを施した物質および他原子分子を内包した物質を含む複合組成物質であるため、第１部材および第２部材は誘電性を有し、第１部材および第２部材間の電場により、第１部材は物理変化として励振し、第２部材は第１部材に所定の周波数の信号が入力されたときに共振するので、第２部材を介して第１部材に入力された所定の周波数の信号を選択的に出力することができる。
【００２９】
本発明の電気機械フィルタは、上記構成において、前記第１部材および第２部材は、微細加工技術を用い人工的に成形される構成を採る。
【００３０】
この構成によれば、第１部材および第２部材は、微細加工技術を用い人工的に成形されるため、所定の周波数の信号を選択的に出力する電気機械フィルタを微細加工技術により人工的に製造することができる。
【００３１】
本発明の電気機械フィルタは、上記構成において、前記第１部材の物理変化は振動することであり、前記第１部材の振動検出は、前記第１部材に入力される信号を出力する電極に接続されたプローブを用いて、前記第１部材と前記電極との間に流れるトンネル電流を検出することにより行われる構成を採る。
【００３２】
この構成によれば、第１部材の振動検出は、プローブを用いて第１部材と電極との間に流れるトンネル電流を検出することにより行われるため、微小な振動でも容易に検出することができる。
【００３３】
本発明の電気機械フィルタは、上記構成において、前記第１部材は物理変化として振動し、前記第１部材と前記第２部材との間の前記所定間隔を変化させ、前記第１部材の共振周波数を変化させる調整部を更に有する構成を採る。
【００３４】
この構成によれば、調整部が、第１部材と第２部材との間の所定間隔を変化させることにより、第１部材の共振周波数を変化させるため、電気機械フィルタ自体に、製造誤差が生じている場合でも、調整部により第１部材の共振周波数を変化させることにより、第２部材に所定の周波数の信号を出力させることができる。また、第１部材における通過帯域の中心周波数を可変することができ、無線受信装置等に用いて、チャネル選択、バンド選択などを行うことができる。
【００３５】
本発明の電気回路は、上記構成の電気機械フィルタを用いたフィルタバンクを含む構成を採る。さらに、本発明の電気機器は、上記構成の電気回路を有する構成を採る。
【００３６】
上記構成によれば、上記構成の電気機械フィルタを、フィルタバンクを含む電気回路や、電気回路を有する電気機器に適用可能であるため、バンドパスフィルタ、バンドストップフィルタ、マルチバンド無線端末に向けたフィルタバンクなどの電気回路、や小型高性能無線機などの電気機器として実現できる。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、導電性に優れたカーボンナノチューブなどの微小の振動子を用いることで全体を微小にすることができるともに、所定の周波数の信号を選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の骨子は、携帯電話といった小型化された無線端末などの通信端末の受動部品であるフィルタに用いられる微小な機械振動子（以下「微小振動子」という）として、中心軸に対して対称な構造を有する、つまり、軸対称性を有する部材（詳細には、軸回転対称構造を有する部材）、例えば、炭素の同素体であるカーボンナノチューブやカーボンナノホーン、フラーレンを含む自己組織化により形成される物質を用い、自己共振周波数と同等の所定の周波数の信号が入力されたとき、その信号を選択的に出力することである。
【００３９】
特に、自己組織化により形成される前記微小振動子を、当該微小な機械振動子と同様に、カーボンナノチューブやカーボンナノホーン、フラーレンを含む自己組織化により形成される物質からなる殻状の部材で、覆うように形成された微小な構造体を用いる。そして、この構造体における微小振動子、あるいは殻状の部材の一方（ここでは振動子）に自己共振周波数と同等の所定の周波数の信号を入力することで、前記一方が、微小振動子と殻状の部材との間のギャップで生じる静電気力により大きく励振され、静電容量の変化により他方（ここでは殻状の部材）に、前記所定の周波数の信号を出力する。例えば、以下で説明する実施の形態１に係る電気機械フィルタでは、前記構造体の微小振動子として直径数ナノメートルのカーボンナノチューブを用いている。
【００４０】
機械振動子の自己共振周波数ｆは、構造体の長さＬ、ヤング率Ｅ、密度ρとすると下記の（式１）と表記される。
【００４１】
【数１】
2005354651.tif 000003
上記の（式１）に示すように、共振周波数ｆを高くするには、より高いヤング率Ｅ、より低い密度ρの材料を用いる必要がある。カーボンナノチューブは、１ＴＰａオーダーの非常に高いヤング率の材料であり、より高い共振周波数を発生する微小振動子として用いるに望ましい材料である。
【００４２】
さらに、カーボンナノチューブは、カーボンシートを巻いて筒状にした構造をなし、表面部分で３次元的な立体的構造が形成されている。このため、カーボンナノチューブにおける密度の定義には注意する必要があるが、元素自体が非常に軽い材料である上、振動子を形成する原子数密度も他の材料と比較して低いため、密度ρが低くなっている。多層（マルチウォール）カーボンナノチューブではなく、単層（シングルウォール）カーボンナノチューブを用いれば、更に密度を下げられるため、より高い共振周波数の発生が期待できる。
【００４３】
カーボンナノチューブのようなナノ構造体を機械振動子として用いる場合、その微小な振動を検知するには、ナノ構造体とナノ構造体に信号を入力する電極部などの振動検知手段の間に、ナノメートルオーダーより小さい微小ギャップを形成する必要がある。しかし、この微小なギャップの形成は、現在可能とされているリソグラフィー技術などを用いた人工的な微細加工技術では、非常に困難である。そこで、以下に説明する本発明に係る各実施の形態では、人工的ではなく、原子、分子の自己組織化を利用した振動子としての微小構造体およびその周囲に配置する振動検知手段の製造方法を提示し、自己組織化を有する振動子を有するナノメカニクスによる高周波フィルタを提示する。
【００４４】
以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４５】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における電気機械フィルタの構成を示す斜視図であり、図２は、本実施の形態１における電気機械フィルタの構成を示す断面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ´断面を示している。いずれもカーボンナノチューブを用いた電気機械フィルタの構成を示す図である。
【００４６】
図１および図２に示す電気機械フィルタ１００では、表面に絶縁膜１０２が形成された基板１０４上に、それぞれ自己組織化により形成されたカーボンナノチューブである内殻１０６および内殻１０６を覆う外殻１０８と、内殻１０６に信号を入力する信号入力側電極部１１０と、外殻１０８から信号を外部に出力する信号出力側電極部１１２と、スペーサ部１１４とが設けられている。
【００４７】
基板１０４は、シリコンなどにより形成され、絶縁膜１０２は、酸化シリコンなどの絶縁体により形成されている。
【００４８】
絶縁膜１０２上には、その中央部分に信号入力側電極部１１０が設けられるとともに、この信号入力側電極部１１０の周囲にスペーサ部１１４を介して、信号出力側電極部１１２が設けられている。
【００４９】
信号入力側電極部１１０には、当該信号入力側電極部１１０に信号を入力する入力信号ポートが接続され、信号出力側電極部１１２には、出力信号ポートが接続されている。この信号出力側電極部１１２は、スペーサ部１１４を介して基板１０４上の絶縁膜１０２に設けられていることにより、信号入力側電極部１１０との結合が避けられた状態となっている。
【００５０】
また、信号入力側電極部１１０および信号出力側電極部１１２は、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）などのように、自己組織化するカーボンナノチューブの成長の触媒材料により形成されている。
【００５１】
信号入力側電極部１１０の上面には、基端部が接続された内殻１０６が立った状態で設けられ、信号出力側電極部１１２の上面には、基端部が接続された外殻１０８が立った状態で設けられている。
【００５２】
内殻１０６および外殻１０８は、それぞれ筒状の本体部の先端部に、当該先端部を塞ぐようにキャップ部が設けられ、内殻１０６は外殻１０８に内包された状態で配置されている。これら内殻１０６及び外殻１０８は、それぞれ、中心軸に対して対称な構造を有している。なお、中心軸は、ここでは、基板１０４に対して垂直な軸としている。
【００５３】
そして、内殻１０６の外面と外殻１０８の内面との間には所定間隔（以下、ギャップという）Ｇが設けられ、内殻１０６は所定の周波数の信号が入力されることで振動する振動子、外殻１０８は振動検知用の電極となっている。
【００５４】
内殻１０６の振動子と外殻１０８の信号検出用の電極との間のギャップＧは、多層カーボンナノチューブの各層の間隔と同程度のサイズであり、カーボンの自己組織化を利用した微小ギャップＧである。なお、ギャップＧのサイズは、数オングストロームから数十ｎｍ程度である。このように内殻１０６を外殻１０８が覆うような殻構造であるので、外殻１０８が内殻１０６に被さっている分、これら内殻１０６および外殻１０８が占有するスペースを小さくすることができ、電気機械フィルタ全体のスケールを更に微小にすることができる。
【００５５】
次に、この電気機械フィルタ１００における信号伝播と信号選択の仕組みについて説明する。
【００５６】
入力信号ポートより入力された信号は、内殻１０６に伝搬すると、内殻１０６と外殻１０８との電位差により微小ギャップＧにおいて静電気力が発生する。この発生する静電気力により、内殻１０６は励振される。入力信号ポートからは様々な周波数の信号が入力されるが、所定の周波数の信号、つまり、内殻１０６の共振周波数と同等の周波数の信号が、内殻１０６を大きく励振させる。なお、図２では振動方向を矢印Ｖ１で示している。
【００５７】
このように内殻１０６が大きく励振した場合、内殻１０６と外殻１０８との間のギャップＧが狭くなり、静電容量の増加とインピーダンスの減少が生ずる。すると、信号は、インピーダンスの減少により選択的に外殻１０８に伝播し、この外殻１０８および信号出力側電極部１１２を介して、出力信号ポートへ伝播する。これは、材料の自己組織化により形成された微小ギャップＧによって、内殻１０６の微小振動を検出したことと等価である。
【００５８】
一方、内殻１０６の共振周波数ではない周波数の信号は、内殻１０６の大きな振幅の振動を励起することができず、インピーダンスの減少を得ることができないため、外殻１０８から信号出力側電極部１１２、出力信号ポートへ伝播することができない。
【００５９】
このように、電気機械フィルタ１００によれば、所定の周波数の信号を選択して、出力することができ、それ以外の信号を遮断することができる。
【００６０】
すなわち、本実施の形態１によれば、内殻１０６に所定の周波数の信号が入力されたときに、外殻１０８は内殻１０６の物理変化、すなわち、振動を検出するため、カーボンナノチューブまたはフラーレンなどのように所定の周波数の信号が入力されることで物理変化する微小な部材を内殻１０６に用いることにより、全体を微小にすることができるとともに、外殻１０８により所定の周波数の信号を選択することができる。
【００６１】
図３は、本図１及び図２の電気機械フィルタの変形例を示す縦断面図である。図３に示す電気機械フィルタ１００ａでは、電気機械フィルタ１００において振動検知用の電極である筒状の外殻１０８に代えて、自己組織化により形成され、カーボンナノチューブの一種である一端が閉じた裾広がりの角状のカーボンナノホーンを外殻１１８として用いている。なお、図３の電気機械フィルタ１００ａにおいて、図１および図２に示す電気機械フィルタ１００と同様の構成については同名称および同符号を付して説明は省略する。なお、外殻１１８は、ここでは、基板１０４に対して垂直な中心軸に対して対称な構造を有する。
【００６２】
電気機械フィルタ１００ａは、電気機械フィルタ１００と同様に、基板１０４の表面に形成された絶縁膜１０２上に、入力信号ポートが接続されている信号入力側電極部１１０と、スペーサ部１１４ａを介して設けられ、出力信号ポートが接続されている信号出力側電極部１１２ａとが配置されている。
【００６３】
信号入力側電極部１１０には、その表面に内殻１０６が接続された状態で設けられ、信号出力側電極部１１２ａには、その表面に、外殻１１８が接続された状態で設けられている。内殻１０６は信号入力側電極部１１２ａから立った状態で配置され、外殻１１８は、軸心を内殻１０６の軸心と同軸心となるように内殻１０６を覆うように配置されている。
【００６４】
信号出力側電極部１１２ａに接続される外殻１１８が、先端部が閉じされ基端部側に向かって裾広がりの略円錐状のカーボンナノホーンであるので、電気機械フィルタ１００ａでは、電気機械フィルタ１００と比べ、外殻１１８の基端側に向かって、内殻１０６と外殻１１８とのギャップＧ１が広くなっている。このため、外殻１１８の基端部に接続される信号出力側電極部１１２ａは、絶縁膜１０２上において、内殻１０６の基端部に接続される信号入力側電極部１１０から離れた位置に配置される構成となり、信号入力側電極部１１０と信号出力側電極部１１２ａの基板１０４に対するパターニング作業が、容易なものとなっている。
【００６５】
なお、この電気機械フィルタ１００ａにおける信号選択の仕組みは、電気機械フィルタ１００と同様であるので説明は省略する。
【００６６】
また、内殻１０６、外殻１０８、外殻１１８を構成するカーボンナノチューブおよびカーボンナノホーンは、多層または単層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンを用いることができる。また、本実施の形態で挙げた内殻１０６、外殻１０８、外殻１１８は、それぞれ中が空洞の円筒形、円錐形を示したが、これに限らず、円柱形、円錐形、角柱形、角錐形を含む他の形状であっても良い。
【００６７】
図４および図５は、それぞれ本実施の形態１における電気機械フィルタの変形例を示す断面図である。図４に示す電気機械フィルタ１００ｃは、電気機械フィルタ１００において、内殻１０６を円柱形の内殻１０６ａとした例である。図５に示す電気機械フィルタ１００ｄは、図３に示す変形例としての電気機械フィルタ１００ａにおいて、内殻１０６を円柱形の内殻１０６ａとした例である。内殻１０６ａは、中心軸に対して対称な中実の構造を有している。なお、内殻１０６ａの中心軸は、ここでは基板１０４に対して垂直な軸としている。
【００６８】
ここで、電気機械フィルタ１００の製造方法について説明する。
【００６９】
図６（ａ）〜（ｄ）および図７（ｅ）、（ｆ）は、本発明の実施の形態１における電気機械フィルタの製造工程を段階的に説明する断面図である。
【００７０】
先ず、図６（ａ）に示すように、シリコン基板１０４上に熱酸化により絶縁膜１０２（図２参照）となる酸化シリコン２０２を１μm程度の厚さで形成し、更にその上にスペーサ部１１４となる数十ｎｍ程度の厚さの酸化シリコン２１４をスパッタにより形成する。
【００７１】
次いで、図６（ｂ）に示すように、酸化シリコン２１４を、ドライエッチングにより成形するため、フォトリソグラフィーによりパターンニングしたフォトレジスト２０４を形成する。
【００７２】
そして、酸化シリコン２１４をドライエッチングし、フォトレジスト２０４をアッシングにより除去する。このようにフォトレジスト２０４を除去した後のシリコン基板１０４上の酸化シリコン２１４は、図６（ｃ）に示すように、スペーサ部１１４となる。
【００７３】
次いで、各電極部（ここでは図２に示す信号入力側電極部１１０および信号出力側電極部１１２）の形成を行う。
【００７４】
図６（ｄ）に示すように、スペーサ部１１４およびスペーサ部１１４間の絶縁膜２０２上に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの電極材料２０５をスパッタにより数十ｎｍ程度堆積し、その上にフォトリソグラフィーにより電極パターンにパターニングされたフォトレジスト２０６を形成する。
【００７５】
次いで、電極材料２０５をドライエッチングして、フォトレジスト２０６をアッシングにより除去し、図７（ｅ）に示すように、スペーサ部１１４上の電極材料２０５部分を電極部（信号入力側電極部１１０、信号出力側電極部１１２）として形成する。
【００７６】
図７（ｅ）に示すように、電極材料２０５の加工によりスペーサ部１１４上に電極部（信号入力側電極部１１０、信号出力側電極部１１２）を形成した後、図７（ｆ）に示すように、信号入力側電極部１１０、信号出力側電極部１１２上に、基板１０４に対して垂直方向に電界を発生させながら熱ＣＶＤ（化学気相成長、Chemical Vapor Deposition）法により内殻１０６、外殻１０８となるカーボン構造体（カーボンナノチューブ）を形成し、成長方向制御により内殻１０６および内殻１０６を覆う外殻１０８を有する多殻構造２０６を作製する。
【００７７】
上記の様な自己組織化により形成される多殻構造２０６は、ＣＶＤ法、スパッタ法などの材料堆積条件（ガス種、ガス圧、ガス流量、ＲＦ（Radio Frequency）パワー、プラズマ状態、プラズマ発生方式、装置の電極形状など）、電界条件（電界方向、電界強度）などにより構造を制御することが可能であり、内殻１０６および外殻１０８間のサイズ、ギャップＧのサイズ、形成位置、形状、カーボン系材料の様に層状の構造を形成する材料に関しては層の数、などを制御することができる。
【００７８】
本実施の形態によれば、カーボンナノチューブからなる内殻１０６および外殻１０８がそれぞれ接続されている信号入力側電極部１１０、信号出力側電極部１１２の電極材料として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどのカーボンナノチューブの成長の触媒材料を用いているので、それぞれカーボンナノチューブからなる内殻１０６および外殻１０８は自己組織化し、人工的に調整することなく内殻１０６の振動検出に必要なギャップＧは好適なサイズで容易に形成される。
【００７９】
これにより、内殻１０６、１０６ａおよび外殻１０８が微小構造物であり、これら内殻１０６および外殻１０８との間のギャップＧが人工的に形成困難な微小なギャップであっても、信号入力側電極部１１０、信号出力側電極部１１２を触媒として内殻１０６および外殻１０８が自己組織化して成長することにより、所定の周波数の信号を検出可能な微小な電気機械フィルタ１００を容易に製造することができる。
【００８０】
また、内殻１０６、１０６ａおよび外殻１０８、外殻１１８により構成される多殻構造は、ナノプローブなどを用いたナノマニュピュレーティング、ナノマニュファクチャリングにより成形可能である。本実施の形態のようなカーボン系材料の構造体の場合には、外殻１０８や外殻１１８を内殻１０６に被せたり、また、多層カーボンナノチューブの層を抜き出したり、カーボンナノチューブのキャップを外したり、カーボンナノチューブを引っ張るなどの成形を行うことにより制御することが可能である。
【００８１】
なお、内殻１０６、１０６ａおよび外殻１０８、１１８との電場に非対称性をもたせるため、外殻１０８、１１８の一部を引っ張る、焼結する、異原子を注入するなどの工程を行うことができる。また、電気機械フィルタ１００における内殻１０６および外殻１０８は、カーボンナノチューブを用いたが、これに限らず、カーボンナノホーン、フラーレン、タンパク質の様な高分子、Ｓｉなどの半導体、Ａｌなどの金属などを含む、自己組織化によって構造を形成する他の物質であってもよい。また、内殻１０６および外殻１０８は、カーボンナノチューブにイオンドーピングを施した物質および他原子分子を内包した物質を含む、複合組成物質であってもよい。さらに、信号入力側電極部１１０、信号出力側電極部１１２の材料としてカーボンナノチューブなどの微小材料を用いることができる。
【００８２】
さらに、電気機械フィルタ１００、１００ａ、１００ｃ、１００ｄでは、内殻１０６、１０６ａを振動子、外殻１０８、１１８を信号検出用の電極としたが、これに限らず、内殻１０６に出力信号ポートを接続して内殻１０６、１０６ａを信号検出用の電極とし、外殻１０８、１１８に入力信号ポートを接続して外殻１０８、１１８を振動子として用いてもよい。この場合、上記電気機械フィルタ１００、１００ａの構成において、内殻１０６、１０６ａには出力信号ポートを接続し、外殻１０８、１１８に入力信号ポートを接続することにより可能となる。
【００８３】
また、電気機械フィルタ１００、１００ａ、１００ｃ、１００ｄによれば、振動子としての内殻１０６の横振動、縦振動、ねじり振動を含む全ての共振モードを使用することができる。また、本発明における内殻１０６、１０６ａおよび外殻１０８、１１８からなる多殻構造物を複数、直列または並列に接続して電気機械フィルタとすることができ、バンドパスフィルタ、バンドストップフィルタ、フィルタバンクなどを構成することができる。
【００８４】
図８は本発明に係る電気機械フィルタを用いたフィルタバンク回路のブロック図である。フィルタバンク回路１０００は、複数の電気機械フィルタ７００とスイッチ８００とを有する。複数の電気機械フィルタ７００は、それぞれ、電気機械フィルタ１００と同様のものであり、それぞれ、各通信システムに応じて信号通過周波数帯域が異なっている。なお、電気機械フィルタ７００として、電気機械フィルタ１００ａ、１００ｃ、１００ｄを用いても良い。複数の電気機械フィルタ７００として、電気機械フィルタ１００、１００ａ、１００ｃ、１００ｄのいずれかを複数用いてもよいし、また、これら電気機械フィルタ１００、１００ａ、１００ｃ、１００ｄを適宜、所定の数分選択して用いてもよい。
【００８５】
このフィルタバンク回路１０００は、各電気機械フィルタ７００をスイッチ８００により選択する構成となっている。この様なフィルタバンク回路１０００は、マルチバンド無線機への適用が望まれる。さらに、ＣＶＤ法に関しては、プラズマＣＶＤ法などの他のＣＶＤ法を用いることができる。また、内殻１０６、１０６ａおよび外殻１０８、１１８の成長方向制御のための電界発生方法は、外部電場発生機構を用いてもよい。また、スペーサ部１１４、１１４ａと信号入力側電極部１１０、信号出力側電極部１１２、１１２ａの形成は、リフトオフプロセスにより行うことができる。
【００８６】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２における電気機械フィルタの構成を示す斜視図であり、図１０は、同実施の形態２における電気機械フィルタの構成を示す断面図である。なお、図１０は、図９におけるＢ−Ｂ´断面を示している。図９及び図１０いずれに示す電気機械フィルタは、カーボンナノチューブを用いた構成を示している。
【００８７】
本実施の形態２における電気機械フィルタ２００は、実施の形態１における電気機械フィルタ１００と基本的な構造および製造工程は共有している。したがって、電気機械フィルタ２００の説明において、図１および図２に示す電気機械フィルタ１００と同様の構成については同名称および同符号を付して説明は省略する。
【００８８】
電気機械フィルタ２００と電気機械フィルタ１００との差違は、信号入力側電極部１１０がスペーサ部１１４ｂ上に形成されており、外殻１０８に接続されていること、内殻１０６の下方に電極部３１１が設けられており、電圧ＶＰを内殻１０６に印加できる構成となっていること、信号入力側電極部１１０と信号出力側電極部１１２との間、およびスペーサ部１１４ｂとスペーサ部１１４との間がギャップ２０１により分離されていることである。
【００８９】
ギャップ２０１は、実施の形態１における電気機械フィルタ１００の製造工程において、図６（ｂ）および図６（ｄ）に示す酸化シリコン２１４および電極材料２０５を成形するマスクパターンを変えることにより形成可能である。
【００９０】
次に、この電気機械フィルタ２００における信号伝播と信号選択の仕組みについて説明する。
【００９１】
入力信号ポートより入力された信号は、外殻１０８に伝搬すると、内殻１０６と外殻１０８との電位差によりギャップＧにおいて静電気力が発生する。この発生する静電気力により、内殻１０６は励振される。入力信号ポートからは様々な周波数の信号が入力されるが、所定の周波数の信号、つまり、カーボンナノチューブからなる内殻１０６の共振周波数と同等の周波数の信号が、内殻１０６を大きく励振させる。なお、図１０では振動方向を矢印Ｖ１で示している。
【００９２】
このように内殻１０６が大きく励振した場合、内殻１０６と外殻１０８との間のギャップＧが狭くなり、静電容量の増加が生ずる。すると、内殻１０６の共振周波数の容量変化が生じ、内殻１０６に電極部３１１から電圧ＶＰが印加されているため、信号出力電極部１１２側の外殻１０８に内殻１０６の共振周波数の信号が励起される。
【００９３】
励起された信号は、信号出力側電極部１１２を介して、出力信号ポートへ伝播する。これは、材料の自己組織化により形成された微小ギャップＧにより、内殻１０６の微小振動を検出したことと等価である。
【００９４】
一方、内殻１０６の共振周波数ではない周波数の信号は、内殻１０６の大きな振幅の振動を励起することができず、静電容量の変化を得ることができない。このため、信号出力側電極部１１２側の外殻１０８から信号出力側電極部１１２、出力信号ポートへ伝播することができない。
【００９５】
このように、電気機械フィルタ２００によれば、所定の周波数の信号を選択して出力することができ、それ以外の信号を遮断することができる。
【００９６】
すなわち、本実施の形態２によれば、内殻１０６に所定の周波数の信号が入力されたときに、外殻１０８は内殻１０６の物理変化、すなわち、振動を検出するため、カーボンナノチューブまたはフラーレンなどのように所定の周波数の信号が入力されることで物理変化する微小な部材を内殻１０６に用いることにより、全体を微小にすることができるとともに、外殻１０８により所定の周波数の信号を選択することができる。
【００９７】
なお、外殻１０８を信号入力電極部１１０側と信号出力電極部１１２側に電気的に分離するため、外殻１０８の一部を引っ張る、焼結する、異原子を注入する、絶縁膜を堆積するなどの工程を行うことで、局所的に絶縁、または電気伝導性の悪い状態にすることができる。また、ギャップ２０１に絶縁体を形成してもよい。
【００９８】
（実施の形態３）
図１１は、本発明に係る実施の形態３における電気機械フィルタの構成を示す斜視図である。
【００９９】
図１１に示す電気機械フィルタ３００では、シリコン基板３０２上に酸化シリコンによりなる絶縁膜３０４が形成され、この絶縁膜３０４上にスペーサ部３０６を介して、互いに所定間隔を空けて配置された電極部３１０、３１２、３１４が設けられている。
【０１００】
電極部３１０、３１２、３１４は、カーボンナノチューブの成長における触媒材料であるＦｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）などから構成され、スペーサ部３０６を介してそれぞれが接触しないように配置されている。
【０１０１】
これら電極部３１０、３１２、３１４のうち電極部３１０には、入力信号ポートが接続され、この電極部（以下、「信号入力側電極部」という）３１０と、電極部３１２との間には、長尺な筒状の振動子３１６が架設されている。また、この振動子３１６の側方には、振動子３１６の振動により当該振動子３１６を介して入力される信号を出力する電極部（以下、「信号出力側電極部」という）３１４が配置されている。
【０１０２】
スペーサ部３０６は酸化シリコンにより形成され、触媒材料で形成された電極部３１０、３１２は、絶縁膜３０４である下地表面からの分子間力などの相互作用が防止されている。
【０１０３】
振動子３１６は、上述した内殻１０６と同様の物資であるカーボンナノチューブからなり、信号入力側電極部３１０を介して所定の周波数の信号が入力された際に、信号出力側電極部３１４との間に静電気力が発生し、この静電気力により励振する。そして、信号出力側電極部３１４は、この励振を検出することにより、振動子３１６から、当該振動子３１６に入力された信号と同様の周波数の信号が入力される。なお、振動子３１６は、中心軸に対して対称な構造を有しており、ここでは、その中心軸は、シリコン基板３０２と平行な水平軸としている。
【０１０４】
次に、本実施の形態３における電気機械フィルタ３００の動作を説明する。
【０１０５】
入力信号ポートから入力される信号は、信号入力側電極部３１０を介してカーボンナノチューブである振動子３１６に伝搬する。その場合、信号により振動子３１６の電位が変化し、信号出力側電極部３１４との間に静電気力の変化が生ずる。この静電気力の変化によって振動子３１６が励振され、振動子３１６と信号出力側電極部３１４との間のギャップＧ２が狭くなる。
【０１０６】
この振動子３１６の機械振動により、振動子３１６と信号出力側電極部３１４との間の静電容量の増加とインピーダンスの減少が生じ、振動子３１６の共振周波数と同等の周波数の信号が信号出力側電極部３１４に伝わり、出力信号ポートへ伝搬する。すなわち、通過帯域外の周波数の信号は、信号出力側電極部３１４には伝播することができない。
【０１０７】
なお、電気機械フィルタ３００において、単層、多層といった層の数、異方性をもった成長方向、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンといった振動子３１６を構成するカーボンナノチューブの形状など、その構造形成は、熱ＣＶＤ法を用いたカーボンナノチューブ形成制御により制御している。このカーボンナノチューブ構造形成については後述する。
【０１０８】
次に、本実施の形態３の電気機械フィルタの製造方法を説明する。
【０１０９】
図１２（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る実施の形態３の電気機械フィルタにおける製造工程を段階的に説明するための断面図である。
【０１１０】
先ず、図１２（ａ）に示すように、シリコン基板３０２上に、熱酸化により絶縁膜３０４（図１１参照）となる酸化シリコン４０４を１μm程度の厚さで形成し、更にその上に１μm程度の厚さのスペーサ部３０６（図１１参照）となる酸化シリコン４０６をスパッタにより形成する。
【０１１１】
次に、図１２（ｂ）に示すように、酸化シリコン４０４上に形成された酸化シリコン４０６を、ドライエッチングにより成形してスペーサ部３０６にするため、酸化シリコン４０６においてスペーサ部３０６を形成する部分の上面にフォトリソグラフィーによりパターンニングしたフォトレジスト４０８を形成する。なお、図１２（ｂ）では、図１２（ａ）の酸化シリコン４０４は、シリコン基板３０２の表面に絶縁膜３０４として形成された状態となっている。
【０１１２】
次いで、酸化シリコン４０６をドライエッチングし、フォトレジスト４０８をアッシングにより除去する。
【０１１３】
すると、図１２（ｃ）に示すように、フォトレジスト４０８（図１２（ｂ）参照）をアッシングにより除去することにより、絶縁膜３０４上の酸化シリコン４０６（図１２（ｂ）参照）のうち、フォトレジスト４０８の下部に位置していた部分が、スペーサ部３０６として絶縁膜３０４上に形成される。
【０１１４】
次に、電極部の形成を行う。すなわち、図１２（ｄ）に示すように、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどといったカーボンナノチューブの成長における触媒となる電極材料４１０をスパッタにより数十ｎｍ程度堆積し、スペーサ部３０６上に堆積した電極材料４１０部分上に、フォトリソグラフィーにより電極パターンにパターニングされたフォトレジスト４１２を形成する。そして、電極材料４１０のドライエッチングを行った後、フォトレジスト４１２をアッシングにより除去する。
【０１１５】
これにより、フォトレジスト４１２が堆積されていた電極材料４１０部分が、スペーサ部３０６上に電極３１０、３１２、３１４（図１１参照）として形成される。なお、これら各電極部３１０、３１２、３１４は、それぞれ所定間隔を空けて形成されており、信号入力側電極部３１０と電極部３１２とは互いに対向して配置され、信号出力側電極部３１４は、信号入力側電極部３１０と電極部３１２とを結ぶ線の中心から、当該線と直交する方向に所定間隔（ギャップＧ２分）離間して配置されている。図１２（ｄ）では、信号入力側電極部３１０および電極部３１２となる電極材料４１０部分を図示している。
【０１１６】
そして、これら信号入力側電極部３１０、電極部３１２などの形成が終わった後、図１２（ｅ）に示すように、信号入力側電極部３１０と、電極部３１２間に電圧を印加しながら熱ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを形成し、成長方向制御により電極部３１０、３１２間に架橋するように成長させて、信号入力側電極部３１０、電極部３１２間に架設される微小の機械振動子３１６を作製する。なお、熱ＣＶＤ法に用いられるガスは、メタンガスを用い、その場合の振動子（カーボンナノチューブ）３１６の成長温度は、８５０℃程度である。
【０１１７】
ここで、カーボンナノチューブである振動子３１６の成長制御方法は、振動子３１６の成長方向を水平方向に制御するため、信号入力側電極部３１０と電極部３１２の間に電圧を印加し、振動子３１６の成長方向と同方向に電界を発生させる。なお、ここでは、振動子３１６は信号入力側電極部３１０から成長するようにセットしている。
【０１１８】
これより、カーボンナノチューブは、電界方向にクーロン引力を感じ、電界方向に成長を始め、信号入力側電極部３１０と電極部３１２との間に架橋された状態となる。
【０１１９】
この様な工程においてカーボンナノチューブの成長時間を制御すれば、図１３に示すように、電気機械フィルタ３００ａにおける振動子３１６ａを構成するカーボンナノチューブの片持ち梁構造を作製することが可能である。なお、この電気機械フィルタ３００ａは電気機械フィルタ３００と振動子の構成が異なり、その他の構成は同一である。よって、同一構成には同名称、同符号を付して説明は省略する。
【０１２０】
上記の様な自己組織化により形成される振動子３１６（図１１参照）は、ＣＶＤ法、スパッタ法などの材料堆積条件（ガス種、ガス圧、ガス流量、RFパワー、プラズマ状態、プラズマ発生方式、装置の電極形状など）、電界条件（電界方向、電界強度）などにより構造を制御することが可能であり、振動子３１６のサイズ、ギャップＧ２のサイズ、形成位置、形状、カーボン系材料の様に層状の構造を形成する材料に関しては層の数、などを制御することができる。
【０１２１】
本実施の形態によれば、カーボンナノチューブからなる振動子３１６が接続されている信号入力側電極部３０１、信号出力側電極部３１４の電極材料として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどのカーボンナノチューブの成長の触媒材料を用いているので、それぞれカーボンナノチューブからなる振動子３１６は自己組織化し、人工的に調整することなく振動子３１６の振動検出に必要なギャップＧ２は好適なサイズで容易に形成される。
【０１２２】
これにより、振動子３１６が微小構造物であり、これら振動子３１６、３１６ａと信号出力側電極部３１４との間のギャップＧ２が人工的に形成困難な微小なギャップであっても、信号入力側電極部３０１、信号出力側電極部３１４を触媒として振動子３１６が自己組織化して成長することにより、所定の周波数の信号を検出可能な微小な電気機械フィルタ３００を容易に製造することができる。
【０１２３】
本実施の形態によれば、信号が入力信号ポートから信号入力側電極部３１０を介して振動子３１６に入力された場合、振動子３１６の自己共振周波数と同等の周波数の信号のときに、振動子３１６は励振され、信号出力側電極部３１４との間の静電容量の増加とインピーダンスの減少が生じて、信号が信号出力側電極部３１４に伝搬するので、所定の周波数の信号を選択して出力することができる。
【０１２４】
なお、信号出力側電極部３１４に対向して、かつ、振動子３１６を挟んだ位置に、制御信号電源に接続された制御電極部をさらに設け、振動子３１６の振動を制御してもよい。
【０１２５】
また、電気機械フィルタ１００における振動子３１６は、カーボンナノチューブを用いたが、これに限らず、カーボンナノホーン、フラーレン、タンパク質の様な高分子、Siなどの半導体、Ａｌなどの金属などを含む、自己組織化によって構造を形成する他の物質であってもよい。
【０１２６】
また、振動子３１６は、カーボンナノチューブにイオンドーピングを施した物質および他原子分子を内包した物質を含む、複合組成物質であってもよい。さらに、信号入力側電極部３０１、信号出力側電極部３１４、電極部３１２の材料としてカーボンナノチューブなどの微小材料を用いることができる。
【０１２７】
さらに、図１１、図１３においては、振動子３１６、３１６ａを単数として示したが、複数本構成されていても良い。また、振動子３１６を構成するカーボンナノチューブは、多層または単層カーボンナノチューブ、多層または単層カーボンナノホーンを用いることができる。また、本実施の形態で挙げた振動子３１６は、中が空洞の円筒形を示したが、これに限らず、円柱形、円錐形、角柱形、角錐形を含む他の形状であっても良い。
【０１２８】
また、電気機械フィルタ３００、３００ａによれば、振動子３１６、３１６ａの横振動、縦振動、ねじり振動を含む全ての共振モードを使用することができる。また、本実施の形態における電気機械フィルタ３００、３００ａを、直列または並列に複数接続して電気機械フィルタとすることができ、バンドパスフィルタ、バンドストップフィルタ、フィルタバンクなどを構成することができる。
【０１２９】
例えば、図８のフィルタバンク回路のブロック図に示すフィルタバンク回路１０００において、電気機械フィルタ７００を電気機械フィルタ３００、３００ａを直列または並列に複数接続して形成する。この構成による効果はフィルタバンク回路１０００において、電気機械フィルタ１００、１００ａ、１００ｃ、１００ｄを電気機械フィルタ７００として用いた場合と同様であるため説明は省略する。
【０１３０】
さらに、振動子３１６、３１６ａを製造する際に熱ＣＶＤ法を用いたが、これに限らず、プラズマＣＶＤ法などの他の化学気相成長法を用いることにより製造してもよい。また、振動子３１６、３１６ａの成長方向制御のための電界発生方法は、外部電場発生機構を用いてもよい。さらに、スペーサ部３０６と各電極部３１０、３１２、３１４の形成は、リフトオフプロセスにより行うようにしてもよい。
【０１３１】
（内殻１０６、外殻１０８および振動子３１６、３１６ａであるカーボンナノチューブの振動検出方法）
図１４は本発明に係る電気機械フィルタにおける振動子の振動検出方法の一例を説明するための図である。図１４（ａ）は、実施の形態１の電気機械フィルタにおける内殻として用いられるカーボンナノチューブの振動検出を説明するための断面図、図１４（ｂ）は検出されたトンネル電流を示す図である。
【０１３２】
上述した各微小な電気機械フィルタ１００，１００ａ、３００、３００ａなどにおける内殻１０６、振動子３１６としてのカーボンナノチューブの振動は、微小な変位の振動であり、この振動を検出にあたり、ここでは、トンネル電流をプローブの一部として用いる走査トンネル顕微鏡（Scanning Tunneling Microscopy;：以下、「ＳＴＭ」という）により行う。
【０１３３】
図１４（ａ）に示す電気機械フィルタ１００ｂは、図２に示す電気機械フィルタ１００において、外殻１０８、スペーサ部１１４、信号出力側電極部１１２を除いた構成である。よって、電気機械フィルタ１００と同様の構成要素には同符号を付して説明は省略する。
【０１３４】
電気機械フィルタ１００ｂでは、シリコン基板１０４上に形成された絶縁膜１０２の表面に、信号入力側電極部１１０を介してカーボンナノチューブなどによりなる振動子としての内殻１０６が立った状態で設けられている。
【０１３５】
電気機械フィルタ１００ｂが備えるカーボンナノチューブからなる振動子としての内殻１０６の周囲に、ＳＴＭ（図示省略）の探針５０２を配置する。探針５０２と内殻１０６との距離は、トンネル電流５０４が流れる程度（数十オングストローム）であり、内殻１０６が振動（振動方向を矢印Ｖ１で示す）した際の探針５０２と内殻１０６との間の距離の変化を、トンネル電流５０４の変化で検知する。
【０１３６】
これにより、図１４（ｂ）に示すように、内殻１０６の振動は、トンネル電流の振動として検出され、トンネル電流５０４の振動の周波数が、カーボンナノチューブである内殻１０６の振動周波数となる。なお、ギガヘルツ帯の振動を実現する内殻１０６は、ナノオーダーの微小な構造物であり、その振動の変位は、数十オングストロームと微小である。その変位のオーダーは、丁度原子レベルの表面構造を検出するＳＴＭの分解能と同レベルであるため、この微小な振動の検出にＳＴＭの原理を用いるのは好適であり、高い精度の測定を行うことができる。
【０１３７】
この振動検出方法は、実施の形態３における電気機械フィルタ３００の構成にも適用できる。図１５は実施の形態３の電気機械フィルタにおける振動検出方法の応用例を説明するための斜視図である。
【０１３８】
図１５に示す電気機械フィルタ３００ｂは、図１１の電気機械フィルタ３００において、信号出力側電極部３１４を除いた構成である。よって、電気機械フィルタ３００と同様の構成要素には同符号を付して説明は省略する。
【０１３９】
この電気機械フィルタ３００ｂは、シリコン基板３０２上に形成された絶縁膜３０４の表面に、スペーサ部３０６を介して信号入力側電極部３１０、電極部３１２が所定間隔を空けて設けられ、これら信号入力側電極部３１０および電極部３１２間にカーボンナノチューブである振動子３１６が架設されている。
【０１４０】
このように構成された電気機械フィルタ３００ｂにおいて、振動子３１６の振動検出を行う際には、振動子３１６の上方に、ＳＴＭ（図示省略）の探針５０２を配置する。ここで、探針５０２と振動子３１６との距離は、上述した電気機械フィルタ１００ａにおける振動検出のときと同様に、トンネル電流が流れる程度（数十オングストローム）であり、振動子３１６が垂直方向に振動した際（振動方向を矢印Ｖ２で示す）の探針５０２と振動子３１６との間の距離の変化を、トンネル電流の変化で検知する。なお、この場合、垂直方向の振動発生のために、下方の各電極部３１０、３１２やシリコン基板３０２に制御信号電源５０５を接続することができる。
【０１４１】
なお、ＳＴＭの探針５０２の位置決めは、ＳＴＭと走査形電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：以下「ＳＥＭ」という）を組み合わせた装置、ＳＴＭ−ＳＥＭ内で行っても良く、トンネル電流検出中は、ＳＥＭによる電子ビームが外乱の原因となる恐れがあるため、ＳＥＭは使用しなくても良い。
【０１４２】
電気機械フィルタ１００ｂ、３００ｂにおけるカーボンナノチューブ製の内殻１０６および振動子３１６の振動検出方法によれば、ＳＴＭの探針５０２を用い、内殻１０６および振動子３１６と、探針５０２間を流れるトンネル電流の変化で検知するため、微小な振動でも容易に検出することができる。よって、マグネトモーティブの手法、レーザードップラー干渉法、レーザー反射用の金属やシリコン（Ｓｉ）製のミラーなどにより検出する方法等とは異なり、検出のために外部磁場を発生させる大きな装置や、検出作業のための大きなスペース等が必要なく、さらにミラーを用いた場合にミラーも含めた振動を検出することがなく、容易に、微小な内殻１０６および振動子３１６自体の振動特性を検出することができる。
【０１４３】
（実施の形態４）
図１６は本発明の実施の形態４に係る電気機械フィルタの構成を示す斜視図である。
【０１４４】
図１６に示す電気機械フィルタ６００では、シリコン基板６０２の表面に酸化シリコンからなる絶縁膜６０４が形成されている。この絶縁膜６０４上に所定間隔空けて酸化シリコンからなるスペーサ部６０６を介して電極部６０８、６１０が配置されている。
【０１４５】
電極部６０８には信号が入力される入力信号ポートが接続され、電極部６１０には、電極部６１０から信号を出力する出力信号ポートが接続されている。
【０１４６】
これら電極部６０８、６１０間には、電極部６０８、６１０の対向方向と直交する方向に延在してカーボンナノチューブである振動子６１２が配置され、この振動子６１２の振動により電極部６１０に信号が伝播した状態となる。なお、この振動子６１２は図示しない支持部材により支持されている。また、振動子６１２は、中心軸に対して対称な構造を有しており、ここでは、その中心軸は、シリコン基板６０２と平行な水平軸である。
【０１４７】
カーボンナノチューブである振動子６１２は、両側の電極部６０８、６１０のそれぞれから所定間隔離れた位置に配置され、電極部６０８に信号が入力された際に、振動子６１２と電極部６０８、６１０との間に生じる静電気力により励振する。また、振動子６１２は、自己共振周波数と同等の周波数を有する信号が入力された際に振動し、電極部６１０へ伝搬される。
【０１４８】
なお、スペーサ部６０６は、振動子６１２と下地である絶縁膜６０４間の分子間力の影響が、カーボンナノチューブからなる振動子６１２の駆動特性に影響を及ぼす恐れがあるために設けられている。つまり、各電極部６０８、６１０はカーボンナノチューブを挟んで対向するように配置する必要があるため、スペーサ部６０６は、各電極部６０８、６１０と絶縁膜６０４とを絶縁する。
【０１４９】
この電気機械フィルタ６００では、所定の周波数の信号が入力信号ポートから入力されると、電極部６０８を介してカーボンナノチューブである振動子６１２に伝搬する。その場合、信号により振動子６１２の電位が変化し、電極部６１０との間に静電気力の変化が生ずる。
【０１５０】
この静電気力の変化によって振動子６１２が励振され、振動子６１２と電極部６１０との間のギャップが狭くなる。ギャップが狭くなることにより、振動子６１２と電極部６１０との間の静電容量の増加とインピーダンスの減少が生じ、振動子６１２の共振周波数と同等の周波数の信号が、電極部６１０に伝わり、出力信号ポートへ伝搬する。すなわち、通過帯域外の周波数の信号は、信号出力側電極部６１０には伝播することができない。
【０１５１】
よって、電気機械フィルタ６００によれば、所定の周波数の信号を選択的に出力することができる。
【０１５２】
図１７は、実施の形態４における電気機械フィルタの変形例を示す平断面図である。
【０１５３】
図１７に示す電気機械フィルタ６００ａは、図１６に示す実施の形態４に対応する電気機械フィルタ６００において振動子の構成が異なり、その他の構成は電気機械フィルタ６００と同様の構成を有する。したがって、共通する部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ、図に即して説明する。
【０１５４】
電気機械フィルタ６００ａは、振動子にカーボンナノチューブを用いたメカニカルアクチュエータの駆動方式であり、多層カーボンナノチューブの内殻６１４を振動子とし、この内殻６１４を外殻６１６内で振動させる構成である。内殻６１４、外殻６１６は、それぞれ、中心軸に対して対称な構造を有している。ここでは、その中心軸は、シリコン基板上の絶縁膜６０４と平行な水平軸である。
【０１５５】
すなわち、電気機械フィルタ６００ａにおける多層カーボンナノチューブ６１８は、外殻６１６の両端、もしくは片側一方の端のキャップを取ることにより、この端の開放された外殻６１６内で、内殻６１４が軸方向に動くように構成されている。
【０１５６】
詳細には、多層カーボンナノチューブ６１８は、筒状の外殻６１６内に、筒状の内殻６１４が同軸心上に配置され、内殻６１４の両端部は、外殻６１６の両端部より外方に突出した形状をなしている。
【０１５７】
また、多層カーボンナノチューブ６１８の外殻６１６の側周部（外殻６１６の軸と略水平に且つ、直交する方向に位置する外面部分）は、入力信号ポート、出力信号ポートがそれぞれ接続された各電極部６０８、６１０に接続されている。
【０１５８】
このような電気機械フィルタ６００ａにおいて、入力信号ポートから信号が電極部６０８に入力されると、電極部６０８から外殻６１６に伝搬し、外殻６１６から内殻６１４の両端部が突出した状態においては、外殻６１６と内殻６１４が接する原子面間で分子間力（ファンデルワールス力）が発生し、内殻６１４は、外殻６１６内に引き込まれて、外殻６１６の一端部側から他端側に移動する。
【０１５９】
分子間力によるポテンシャルエネルギーが最も低い安定な状態においては、内殻６１４が外殻６１６に引き込まれる運動エネルギーは最も高い状態となる。また、内殻６１４が逆側で瞬間的に静止した状態においては、再び分子間力によるポテンシャルエネルギーが最大の状態となり、運動エネルギーは零となる。
【０１６０】
この運動は、外殻６１６の一端部分と、他端部分のそれぞれで繰り返されることになり、内殻６１４は外殻６１６内で、下に凸型のポテンシャル曲線上を運動する振り子の単振動と同様な運動を行う。
【０１６１】
すなわち、内殻６１４は外殻６１６内で内殻６１４及び外殻６１６の軸方向に往復運動、つまり、振動することとなる。なお、内殻６１４の振動を制御するため、イオンドーピングや分子注入などにより内殻６１４のカーボンナノチューブに誘電性をもたせ、外部電場により振動を発生させている。
【０１６２】
また、外部電場は、外殻６１６に接続された電極部６０８と電極部６１０との間に発生する。内殻６１４の外殻６１６内での移動による変位により、内殻６１４の静電容量が変化し、電気的に結合することにより信号は電極部６１０を介し出力信号ポートへ伝播される。
【０１６３】
なお、多層カーボンナノチューブ６１８の長手方向に信号出力側電極部を設け、振動子である内殻６１４のカーボンナノチューブと信号出力側電極部とのギャップが狭くなった時、信号が信号出力側電極部へ伝搬する信号選択の仕組みとしてもよい。
【０１６４】
また、外殻６１６と、信号入力側電極部６０８、信号出力側電極部６１０の界面には、接合時に形成される絶縁層があってもよい。さらに、内殻６１４および外殻６１６との電場に非対称性をもたせるため、外殻６１６の一部を引っ張る、焼結する、異原子を注入するなどの工程を行うことができる。
【０１６５】
また、電気機械フィルタ６００ａにおける内殻６１４および外殻６１６は、カーボンナノチューブを用いたが、これに限らず、カーボンナノホーン、フラーレン、タンパク質の様な高分子、Ｓｉなどの半導体、Ａｌなどの金属などを含む、自己組織化によって構造を形成する他の物質であってもよい。
【０１６６】
また、内殻６１４および外殻６１６は、カーボンナノチューブにイオンドーピングを施した物質および他原子分子を内包した物質を含む、複合組成物質であってもよい。さらに、信号入力側電極部６０８、信号出力側電極部６１０の材料としてカーボンナノチューブなどの微小材料を用いることができる。
【０１６７】
また、図１６においては、振動子６１２を単数として示したが、複数本構成されていても良い。また、図１７においては、内殻６１４、外殻６１６を構成するカーボンナノチューブおよびカーボンナノホーンは、それぞれ３層の多層カーボンナノチューブとして示したが、これに限らず、他の層数であってもよく、多層または単層カーボンナノチューブ、多層または単層カーボンナノホーンを用いることができる。また、本実施の形態で挙げた内殻６１４、外殻６１６は、それぞれ中が空洞の円筒形、円錐形を示したが、これに限らず、円柱形、円錐形、角柱形、角錐形を含む他の形状であっても良い。
【０１６８】
また、電極部６０８、電極部６１０は、カーボンナノチューブの成長における触媒材料であるＦｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）などの材料で作製することができる。さらに、カーボンナノチューブ６１８を複数用意し、これら複数の多層カーボンナノチューブ６１８どうしを上述したように、それぞれの両側部で入出力側電極部６０８、６１０が接続されるように直列に接続して電気機械フィルタとしてもよい。また、上記電気機械フィルタ６００ａを並列に接続した構成としてもよい。
【０１６９】
また、内殻６１４および外殻６１６により構成される多殻構造は、ナノプローブなどを用いたナノマニュピュレーティング、ナノマニュファクチャリングにより成形可能である。本実施の形態のようなカーボン系材料の構造体の場合には、外殻６１６を内殻６１４に被せたり、また、多層カーボンナノチューブの層を抜き出したり、カーボンナノチューブのキャップを外したり、カーボンナノチューブを引っ張るなどの成形を行うことが可能である。
【０１７０】
また、電気機械フィルタ６００ａによれば、振動子としての内殻６１４の外殻６１６内での長手方向の振動、長手方向と垂直方向の振動、回転振動、ねじり振動を含む全ての共振モードを使用することができる。また、本実施の形態における内殻６１４および外殻６１６からなる多殻構造物を複数、直列または並列に接続して電気機械フィルタとすることができ、バンドパスフィルタ、バンドストップフィルタ、フィルタバンクなどを構成することができる。例えば、図８のフィルタバンク回路１０００において、各通信システムに応じた信号通過周波数帯域の異なった複数の電気機械フィルタ７００を、内殻６１４および外殻６１６からなる多殻構造物を複数、直列または並列に接続して形成する構成が挙げられる。また、スペーサ部６０６と信号入力側電極部６０８、信号出力側電極部６１０の形成は、リフトオフプロセスにより行うことができる。
【０１７１】
（実施の形態５）
図１８は、本発明の実施の形態５における電気機械フィルタの構成を示す斜視図である。
【０１７２】
図１８に示す電気機械フィルタ４００は、図１４の電気機械フィルタ１００ｂと同様に構成される共振部４０１と、共振部４０１の振動を検出する探針４０２、探針４０２と共振部４０１との間の距離を調整する調整部４０３とを有する。
【０１７３】
共振部４０１では、図１４に示す電気機械フィルタ１００と同様に構成されてなり、表面に絶縁膜１０２が形成されたシリコン基板１０４上に信号入力側電極部１１０が設けられ、この信号入力電極部１１０の上面に振動子１０６ｂが立った状態で設けられている。
【０１７４】
信号入力側電極部１１０は、振動子１０６ｂに信号を入力するものである。また、振動子１０６ｂは、図１４に示す振動子としての内殻１０６と同様のものであり、自己組織化により形成されたカーボンナノチューブによりなる。また、振動子１０６ｂは、中心軸に対して対称な構造を有しており、ここでは、その中心軸は、シリコン基板１０４に対して垂直な軸となっている。
【０１７５】
一方、探針４０２は、図１４で示す探針５０２と同様のものであり、この探針４０２は調整部４０３により、共振部４０１の振動子１０６ｂに対して接離方向に移動する。この探針４０２の移動は、探針４０２と振動子１０６ｂとの間に働く力を変化させ、振動子１０６ｂの固有振動数を変化させる。また、探針４０２は、実施の形態１の外殻１０８と同様の作用効果を有する。
【０１７６】
つまり、探針４０２は、共振部４０１の振動を検知する電極としても機能し、共振部４０１の振動子１０６ｂに所定の周波数の信号が入力されたときに、振動子１０６ｂの物理変化を検出して、図示しない出力信号ポートに出力する。なお、信号出力ポートは、ここでは図示しないが、各実施の形態の信号出力ポートと同様の構成作用を有するものであり説明は省略する。
【０１７７】
調整部４０３は、例えば、カンチレバーであり、探針４０２が先端に設けられたレバー本体４０３ａと、レバー本体４０３ａの基端に接続され、レバー本体４０３ａを可動させる可動本体部４０３ｂとを有する。このレバー本体４０３ａは、可撓性を有し、探針４０２の振動に伴い振動する。
【０１７８】
また、可動本体部４０３ｂは、レバー本体４０３ａを振動子１０６ｂに対して接離方向に移動して、探針４０２と振動子１０６ｂとの距離を変化させる。例えば、可動本体部４０３ｂは、電気機械フィルタ本体の所定位置に固定し、ステッピンモータを用いて、可動本体部４０３ｂに対してレバー本体４０３ａを移動させることにより、レバー本体４０３ａ自体を振動子１０６ｂから離間する方向に移動させる構成が挙げられる。
【０１７９】
図１８に示すように、振動子１０６ｂと探針（プローブ）４０２間の距離をＬ、探針４０２が振動する際の振幅をＡとすると、可動本体部４０３ｂに対して、レバー本体４０３ａを移動、つまり、探針４０２を移動することにより、距離Ｌを変化させ、振動子１０６ｂの振幅Ａを変化させる。つまり、距離Ｌを変化させることにより、探針４０２と振動子１０６ｂとの距離Ｌ１が変化する。
【０１８０】
この距離Ｌ１の変化、つまりは距離Ｌを変化させることにより、微小な振動子１０６ｂの固有振動数は変化する。
【０１８１】
ここで、振動子１０６ｂの固有振動数について説明する。微小な振動子１０６ｂの固有振動数は、上述したように振動子自体のサイズで決まる。このため、振動子１０６ｂが所望のサイズで製作できなければ、所望の共振周波数を有する電気機械フィルタを実現することができない。ここでは、振動子１０６ｂは、円筒形状（詳細には、筒状の本体部と、本体部の先端部を塞ぐキャップ部が設けられた有蓋円筒形状）であるので、円筒形状の振動子として説明する。
【０１８２】
図１９は、円筒型の振動子の高さと固有振動数の関係を示す図である。図１９に示すように、上記の（式１）から、共振周波数は振動子の長さの−２乗で比例するため、僅かな振動子の製作誤差は、共振周波数のずれを生じさせている。いま所望の共振周波数を１GHzとすると、振動子の材料によって異なるが、カーボンナノチューブの場合、おおよそ共振器の高さは０．０６μｍとなる。
【０１８３】
振動子の高さが、所望の０．０６μｍから１％の誤差（０．０６０６μｍ）で作製された場合、共振周波数は２％変化して、１．０２GHｚとなり、中心周波数が２０MH変化することになる。
【０１８４】
この振動子の中心周波数ずれの許容量は、振動子を有する電気機械フィルタが電波を受信したり、送信する際のフィルタとして無線システムに用いられた場合、その無線システムに依存する。しかし、２０MHzの中心周波数のずれを許容する無線システムは、一般的にはないため、このずれ量は無視できない値となる。
【０１８５】
このため、精度の高い振動子の製作方法、もしくは振動子１０６ｂの周波数チューニング機構を備えることが望ましい。
【０１８６】
この本実施の形態５の電気機械フィルタ４００は、上記構成により、精度が高い周波数チューニングを行うことができる。
【０１８７】
次に、本実施の形態の電気機械フィルタ４００で行うことができる周波数チューニングについて説明する。
【０１８８】
一般的にカンチレバー（非特許文献「原子・分子のナノ力学」  丸善株式会社  p53からp56）によると、カンチレバーと試料表面間のギャップｄが変化すれば、カンチレバーと試料表面に働く力の向きと大きさが変化するため、共振周波数が変化することが知られている。下記の（式２）に共振周波数の変動量、つまり、振動子１０６ｂの固有振動数からのシフト量Δνを示す。
【０１８９】
【数２】
2005354651.tif 000004
ν、Ａ、Ｌはそれぞれカンチレバーの共振振動数、振動振幅、カンチレバーと試料表面の平行位置を示す。
【０１９０】
Δνはカンチレバーと試料間の力Ｆの１周期にわたっての重みつき平均に比例する。したがって、小振幅極限Ａ＜＜Ｌでは、探針４０２と振動子１０６ｂの間で働く力Ｆは、Δνに比例する。
【０１９１】
つまり、探針４０２と振動子１０６ｂ間に働く力の大きさにより、振動子１０６ｂの共振周波数は可変できる。これにより、調整部４０３は、振動子１０６ｂの製造誤差などから生じる共振周波数のずれ量を補正する役目を担うことできる。
【０１９２】
力Ｆの大きさは探針４０２と振動子１０６ｂ間に働く力の発生メカニズムで変化する。これは探針４０２と振動子１０６ｂの相対的な位置関係によって決定する。
【０１９３】
振動子１０６ｂと探針４０２が十分離れていれば、振動子１０６ｂと探針４０２間に相互作用が発生しないため、力Ｆは発生しないが、探針４０２が振動子１０６ｂと近づくと、両者の間で引力が発生し、力Ｆが生じる。
【０１９４】
引力は距離の−２乗で比例するため、探針４０２と振動子１０６ｂの距離が近いと、力Ｆも大きくなる。さらに、探針４０２を振動子１０６ｂに近づけて、探針４０２と振動子１０６ｂ間の距離を短くすると、振動子１０６ｂと探針４０２間に斥力が生じ、力Ｆの方向は反転する。
【０１９５】
このように、振動子１０６ｂと探針４０２間の距離を変化させることで、両者に働く力の大きさ、方向を変化させることができる。
【０１９６】
図２０は、探針４０２の振幅と、振動子１０６ｂの共振周波数との関係を示す図である。なお、図２０では、縦軸に振幅、横軸に振動子１０６ｂの共振周波数を示し、各グラフＱ、Ｒ、Ｓはそれぞれの領域での特性を示している。なお、図２０中、ｑ、ｒ、ｓは、同一の角周波数（ωｄ）での振動振幅をそれぞれ示す。但し、グラフＳにおいて、点線で示した領域は不安定な領域であるため、実際のスペクトルは実線で示している。つまり、曲線Ｓでは低周波数側と高周波側でそれぞれ不連続な変化をもつ。
【０１９７】
図２０に示すように、探針４０２の位置と振動子１０６ｂの位置が十分離れている場合、図中のグラフＱのように力Ｆが働かないため、振動子１０６ｂは固有振動数で振動する。
【０１９８】
探針４０２を振動子１０６ｂに近づければ、探針４０２と振動子１０６ｂの間に引力が作用し、図中のグラフＲに示すように共振周波数は低周波側にシフトする。
【０１９９】
さらに、探針４０２を振動子１０６ｂに接近させて、斥力領域に入った場合、力Ｆの向きが反転し、振動子１０６ｂの共振周波数は、図中のグラフＳに示すように高周波側にシフトする。
【０２００】
なお、本実施の形態５において、探針４０２の振動を検出する方法としては、実施の形態３と同様に、静電容量の変化を検出、トンネルの電流を検出する方法もあり、また通常の原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscopy：ＡＦＭ）のように光により検出してもよい。
【０２０１】
また、本実施の形態５の電気機械フィルタ４００では、振動子１０６ｂの製造誤差を補償するだけではなく、当然、それ以外の要因から生じる共振周波数の変化に対しても補償することができる。また、電気機械フィルタ４００において、通過帯域の中心周波数を可変させることが可能となるため、例えば、無線端末装置に用いた場合、チャネル選択、バンド選択などが可能となり、可変フィルタとしても適用できる。
【０２０２】
以上のように各実施の形態における、微小な振動子としてカーボンナノチューブを用いた電気機械フィルタにより、高周波回路上での受動部品の小型化を実現し、大静電容量高速通信に向けた、使用帯域の高周波数化、及び端末の小型化に対応した次世代通信装置を実現させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２０３】
本発明に係る電気機械フィルタは、カーボンナノチューブ、フラーレンなどのように所定の周波数の信号が入力されることで物理変化する微小な部材を第１部材に用いることにより、全体を微小にすることができ、微小な振動子を備える電気機械フィルタとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２０４】
【図１】本発明に係る実施の形態１における多殻構造を用いた電気機械フィルタの構成を示す斜視図
【図２】本発明に係る実施の形態１における多層カーボンナノチューブを用いた電気機械フィルタの構成を示す縦断面図
【図３】本発明の実施の形態１における変形例である電気機械フィルタの縦断面図
【図４】本発明の実施の形態１における変形例である電気機械フィルタの横断面図
【図５】本発明の実施の形態１における変形例である電気機械フィルタの横断面図
【図６】本発明に係る実施の形態１における電気機械フィルタの製造工程を段階的に説明する断面図
【図７】本発明に係る実施の形態１における電気機械フィルタの製造工程を段階的に説明する断面図
【図８】本発明に係る電気機械フィルタを用いたフィルタバンク回路のブロック図
【図９】本発明に係る実施の形態２における多殻構造を用いた電気機械フィルタの構成を示す斜視図
【図１０】本発明に係る実施の形態２における多殻構造を用いた電気機械フィルタの構成を示す縦断面図
【図１１】本発明に係る実施の形態３における電気機械フィルタの構成を示す斜視図
【図１２】本発明に係る実施の形態３における電気機械フィルタの製造工程を段階的に説明するための断面図
【図１３】図１１に示す電気機械フィルタの変形例を示す斜視図
【図１４】（ａ）は、本発明に係る電気機械フィルタにおける振動子の振動検出方法の一例を説明するための図、（ｂ）は（ａ）において、振動子から検出されたトンネル電流を示す図
【図１５】本発明に係る実施の形態３における電気機械フィルタにおける振動検出方法の応用例を説明するための斜視図
【図１６】本発明に係る実施の形態４における電気機械フィルタの構成を示す斜視図
【図１７】本発明に係る実施の形態４における電気機械フィルタの変形例を示す平断面図
【図１８】本発明の実施の形態５における電気機械フィルタの構成を示す斜視図
【図１９】円筒型の振動子の高さと固有振動数の関係を示す図
【図２０】探針の振幅と、振動子の共振周波数との関係を示す図
【符号の説明】
【０２０５】
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、３００、３００ａ、３００ｂ、６００、６００ａ、７００  電気機械フィルタ
１０６、１０６ａ、１０６ｂ、６１４  内殻
１０８、１１８、６１６  外殻
１１０、３１０、６０８  信号入力側電極部
１１２、１１２ａ、３１４、６１０  信号出力側電極部
２０１  ギャップ
３１１、３１２  電極部
３１６、３１６ａ、６１２  振動子
５０２  探針
５０４  トンネル電流
８００  スイッチ
１０００  フィルタバンク回路
【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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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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