(57)【要約】  【課題】  所望の周波数における電圧印加によるＱ値の低下を抑制した可変コンデンサを提供すること、挿入損失、位相特性を低減した可変フィルタなどを提供できるようにすること。  【解決手段】  一対の電極と、これら電極に挟まれた圧電性を有する誘電体層とを備え、前記一対の電極への電圧印加により生じるインピーダンスの位相特性が、入出力される信号の周波数に応じて周期的にピークが生じる可変コンデンサとする。【選択図】  図１
2005108887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、これら電極に挟まれた圧電性を有する誘電体層とを備え、前記一対の電極への電圧印加により生じるインピーダンスの位相特性が、入出力される信号の周波数に応じた周期的なピークを有することを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項２】
前記信号の周波数が隣合うピークの間に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の可変コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば高誘電率薄膜を使用した誘電体層の誘電率の印加電圧依存性を利用して、静電容量を電圧制御する可変コンデンサに関し、特に高周波動作において誘電損失が小さくかつ電圧印加にかかわらず誘電損失が小さい可変コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信や電気回路における周波数の高周波化に伴い、これらの電気信号に対して用いられる電子部品も高周波数に対応したものが要求され、特に、高周波回路において薄膜コンデンサをフィルタ、共振器などの構成部品として使用するためには、コンデンサのＱ値が高いことが求められる。また、無線通信技術の発達、新方式への切り替えに伴い、複数の送受信システムに対応する通信装置の需要がますます高まっている。複数の送受信システムに対応すると同時に、部品点数の削減や小型化にも対応するため、近年、電圧可変フィルタや電圧可変コンデンサなどの、可変素子の開発がなされている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
電圧可変コンデンサは、高誘電率薄膜の印加電圧に伴う、大きな誘電率の変化を利用した薄膜コンデンサのことであり、その構成は例えば、基板とこの上に形成された金属薄膜からなる下部電極とその上に形成された高誘電率薄膜、さらにその上に形成された上部電極などからなる。高誘電率薄膜としては、例えば、チタン酸ストロンチウム(ＳｒＴｉＯ３)，チタン酸バリウムストロンチウム(ＢａｘＳｒ１−ｘＴｉｙＯ３、以下ＢＳＴ)，チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３）などのペロブスカイト型結晶構造を有する誘電体などが使用されている。ＳｒＴｉＯ３やＢＳＴ等のペロブスカイト型酸化物は、室温付近で高い誘電率を示し、正方晶と立方晶の構造変化境界に近いＳｒ／（Ｓｒ＋Ｂａ）＝0.3の組成で最も高い誘電率をもつことが知られており、室温で常誘電相をもつＳｒＴｉＯ３−ＢａＴｉＯ３固溶系材料は、高誘電性を必要とするＤＲＡＭや、強誘電性を用いた不揮発性ＲＡＭ用途に好適であり、盛んに開発が行なわれてきた。また、その誘電体薄膜に所定電圧を印加することにより、非線形な誘電率変化がみられることから、可変コンデンサ用途として使われてきた。
【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】
上述したようなペロブスカイト型結晶構造を有する高誘電率薄膜を使用した可変コンデンサにおいて要求されることは、高チューナビリティ（Tunability），高Ｑ値の他に、温度係数が０℃／ｐｐｍ，高耐電力性，高絶縁抵抗，低歪み特性，経時変化がないことなどが挙げられる。高チューナビリティは、可変コンデンサの可変量を示すものであり、電圧印加前の容量をＣ０、電圧印加後の容量をＣ１とすると、チューナビリティ＝（Ｃ０−Ｃ１）／Ｃ０×100（％）などであらわされる。チューナビリティは、電界強度が大きいほど高くなるため、誘電体薄膜の膜厚が薄いほど高チューナビリティになる傾向がある。Ｑ値は、コンデンサの各構成要素における損失に依存しており、誘電体における誘電損失、電極における導体損などがＱ値を低下させる主たる原因となっている。これら薄膜コンデンサの容量やＱ値は、インピーダンス測定により得られるものである。
【０００５】
発明者らが誘電体薄膜にＢＳＴを用いた可変コンデンサにおいてインピーダンス測定を行ったところ、電圧印加後の位相特性において周波数に対する周期的な変化が観察された（図１を参照）。これをＱ値でみると図２に示すようになり、電圧印加前（太線）のＱ値は単調に減少する傾向がみられるが、電圧印加後のＱ値（細線）は周波数に対して周期的に小さくなる傾向がみられた。
【０００６】
この周波数に対する周期的な位相特性およびＱ値の変化は、可変コンデンサに用いた高誘電率薄膜が、電圧印加によって大きな圧電性を持つために生じた結果である。つまり、電圧印加により圧電性が大きくなると、印加した高周波によって誘電体薄膜の厚み縦振動が励振されて、厚み縦の基本振動あるいは高調波などに基づいた共振特性が発現する。この共振周波数は、膜厚や膜構成によって決まってくる。
【０００７】
本来、可変コンデンサに使用する高誘電率薄膜は、圧電性をもたず、その使用温度範囲がキュリー温度以上であることが望ましく、使用温度範囲において常誘電性を示す材料を用いることが望ましい。なぜならば、強誘電性を示す場合、電圧印加により容量の変化にヒステリシスを伴い、容量が電界履歴に依存することとなり、可変コンデンサとしては適さないためである。また、ヒステリシスは分極の交流に対する遅れを示しており、誘電損失が大きいことに相応するため適さない。したがって、従来、可変コンデンサに用いられてきた高誘電率薄膜としては、使用温度範囲（室温付近）において常誘電性を示すＢＳＴ材料系が主に用いられてきた。
【０００８】
このＳｒＴｉＯ３とＢａＴｉＯ３との固溶系は、Ｂａ／ＳｒやＴｉ／（Ｂａ＋Ｓｒ）の組成により強誘電性や常誘電性を示し、その組成は、通常、使用温度範囲において常誘電相領域となるように設定される。しかし、その境界領域においては、ＢａＴｉＯ３の強誘電性は弱められてあらわれることもあり、若干の容量ヒステリシスを示す場合もある。
【０００９】
上述したような多くの要求特性を満たすためには、そのような境界領域材料を使用することもあるが、ここで問題となるのが、その強誘電性からくる圧電性であり、容量を可変させるために印加した電圧により圧電性が強められ、インピーダンスの振幅特性および位相特性に共振が生じる場合である。この共振周波数は、一対の電極とそれに挟持された誘電体層からなる可変コンデンサの場合、各層の膜厚や電極のサイズなどにより決定されるものである。この周期的な共振周波数において、容量が変化しＱ値が減少するが、可変コンデンサの使用周波数範囲において、その影響が見られる場合に問題となる。つまり、位相特性が電圧印加により周期的に変化することを特徴とする可変コンデンサでは、使用周波数範囲においてその共振の影響を受け、Ｑ値が電圧印加前と比べて大きく減少する可変コンデンサをフィルタ，共振器などの構成部品として使用した場合、可変素子の損失が電圧印加により増大するという問題が発生する。
【００１０】
高誘電率薄膜の誘電率の電圧依存性を利用した可変コンデンサにおいて、電圧印加によるこのような知見は、これまで知られておらず、本発明者らがはじめて確認したものである。
【００１１】
本発明は、上述した課題に対処するためになされたものであり、その目的は所望の周波数における電圧印加によるＱ値の低下を抑制した可変コンデンサを提供することにある。また、このような可変コンデンサを用いることにより挿入損失，位相特性を低減した可変フィルタなどを提供できるようにすることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の可変コンデンサは、一対の電極と、これら電極に挟まれた圧電性を有する誘電体層とを備え、前記一対の電極への電圧印加により生じるインピーダンスの位相特性が、入出力される信号の周波数に応じた周期的なピークを有することを特徴とする。また、特に、前記信号の周波数（使用周波数）が隣合うピークの間に設定されている。
【００１３】
ここで特に、高誘電率薄膜を用いて、電圧印加により容量を変化させる可変コンデンサであって、誘電体薄膜が圧電性を持ち、電圧により厚み縦振動を主振動とする振動が周波数に対して周期的に現われ、インピーダンスの位相特性が周波数に対して周期的に変化し、その変化の強度および周期が印加された電圧により変化することを特徴とする可変コンデンサにおいて、インピーダンスの位相特性の周波数に対する周期的な変化の影響でＱ値が低下することを抑制するために、その使用周波数範囲を共振と共振の間に設定するように、材料と層構成を調整および選定したことを特徴とする。材料および層構成の調整および選定としては、各層の膜厚、音速、音響インピーダンスが挙げられる。これらは、その構造が、下記実施例に示すような平行平板(Overlay)型コンデンサあるいはＭＩＭキャパシタ(Metal Insulator Metal Capacitor)構造で、圧電性の振動モードが厚み縦振動の場合を想定している。
【００１４】
この構造は、例えば図３に示すような上部電極と下部電極とを含み、下部電極は、圧電薄膜の厚み方向の一方の主面に設けられており、上部電極は、下部電極に対向して、圧電薄膜の厚み方向の他方の主面に設けられているもので、この構造における振動モードは、厚み縦振動モードが主となり、共振周波数は、各層の膜厚と音速と音響インピーダンスなどにより決定される。
【００１５】
このような本発明における構造は、必ずしも平行平板型に限るものではなく、２つの電極が高誘電率薄膜の上同一面にあるようなギャップ型コンデンサあるいは櫛形電極コンデンサとよばれるような構造の可変コンデンサでもよい（図４を参照）。このような異なる構造においては、異なる振動モードによる共振が生じることとなるが、その場合の各種設定値は、形状と振動モードに応じて設定すればよい。要は、高誘電率薄膜を用い、電圧印加により容量を変化させる可変コンデンサにおいて、誘電体の圧電性からくる共振により、電圧印加によるＱの低下が大きくならないように材料や層構成を設定し、使用周波数（特に高周波）において、高いＱ値を提供できればよい。
【００１６】
ここでは、比較的容易に設定できる、圧電性の振動モードが主に厚み縦振動モードとなる積層型可変コンデンサに関して述べる。この振動モードに対する基本波ｆ１は、誘電体の膜厚および誘電体を挟む電極の膜厚および材料の音速および音響インピーダンスなどによって決定される。電極を含めた振動部を構成する全膜厚をｔ、振動部を伝播する音波の実効的な音速をＶとしたとき、ｆ１＝Ｖ／２ｔ、高次の共振周波数ｆｎにおいては、ｆｎ＝ｎＶ／２ｔ（ｎ＝１，３，５・・・）で概略的には決定される。この実効的な音速とは、各層ごとの材料によって異なる音速を振動部全体でみたときの平均的な音速を指す。この各共振周波数が可変コンデンサの使用周波数範囲にかからないように材料構成および膜厚設定すればよい。そのための膜厚は、使用する周波数と振動部における実効的な音速により決定される。膜厚を薄くするかあるいは実効的な音速を大きくすることで基本波を高周波側にシフトさせることができ、基本波が使用周波数範囲以上となるような膜厚で構成すれば、電圧印加によりＱ値が共振の影響を受けることがなくなるので好ましい形態となる。このように、本発明においては、所望の周波数における電圧印加によるＱ値の低下を抑制するために、各材料および膜厚が設定されているとよい。
【００１７】
音響インピーダンスに関しては、異なる音響インピーダンスの膜の界面では振動波を一部反射するものの、残りは透過するため、反射された振動波に対する共振と透過した振動波に対する共振が生じることとなる。したがって、一対の電極および誘電体薄膜において振動エネルギの閉じ込めを実現し、それ以外の層構成においては、音響的にアイソレートさせ、不要な励振を防ぐことが音響インピーダンスの設定に相当する。このように、本発明において、所望の周波数における電圧印加によるＱ値の低下を抑制するために、各材料の音響インピーダンスおよび膜厚が設定されているとよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の可変コンデンサは、一対の電極と、これら電極に挟まれた圧電性を有する誘電体層とを備え、前記一対の電極への電圧印加により生じるインピーダンスの位相特性が、入出力される信号の周波数に応じた周期的なピークを有する可変コンデンサである。また、信号の周波数（使用周波数）が前記インピーダンスの位相特性の隣合うピーク間に設定されている。これにより、所望の周波数における電圧印加によるＱ値の低下を抑制した可変コンデンサを提供できる。また、このような可変コンデンサを用いることにより、挿入損失、位相特性を低減した可変フィルタなどに適用が可能となる。
【００１９】
また、特に高いＱ値をもったコンデンサを得るためには、誘電体薄膜の材料系、組成、膜質、膜厚および電極材料や膜厚などを適宜に組み合わせなければならない。本来、誘電体は常誘電体であることが望ましいが、コンデンサの種々の要求性能を満たすためには常誘電体と強誘電体との境界領域の材料を用いる場合もある。ただし、その結果、電圧印加により圧電性による共振が生じ、共振と共振の間に使用周波数がくるように上記したようなパラメタを設定しておかなければ、電圧印加後のＱ値はその共振の影響を受け、大きく低下する可能性がある。本発明によれば、そのような高誘電率薄膜材料を用いても印加電圧にかかわらず高いＱ値を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
図５において、１は支持基板であり、２は下部電極層であり、３は誘電体層であり、４Ａ，４Ｂは上部電極層であり、５は絶縁層であり、６は保護層であり、７Ａ，７Ｂは端子電極層であり、８は半田拡散防止層であり、９Ａ，９Ｂは半田端子である。尚、容量形成領域は、誘電体層３を下部電極層２と上部電極層４Ａ，４Ｂとで挟持している対向部分である。ここで一対の電極（上部電極層と下部電極層）への電圧印加により生じるインピーダンスの位相特性が、入出力される信号の周波数に応じた周期的なピークを有する。
【００２２】
＜基板＞
支持基板１は、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＬａＡｌＯ３，ＳｒＴｉＯ３などが使用可能であり、基体１上に形成する誘電体３の表面が平滑になるために、十分な平坦度と表面粗さを保有していることが好ましい。絶縁性を有するものであれば特に、材料を限定するものではないが、厚み縦振動を基板厚みによって励振しないような構成となるよう考慮する必要がある。
【００２３】
＜下部電極＞
この支持基板１上に、下部電極層２が形成されている。下部電極層２の導体材料としては、高Ｑのために、抵抗率の小さな金属を用いる必要があり、銅、アルミニウム、金、銀などが挙げられるが、その上に高誘電率薄膜である誘電体層３を形成する過程において、高温の熱履歴を伴うとき、高誘電率薄膜に拡散したり、反応したりしてリーク電流が増大するといった問題が発生しないように、これと反応や拡散を生じにくい白金、パラジウムなどを用いることが望ましい。膜厚は、薄くしたほうが共振周波数を高周波側へシフトすることが可能だが、周波数や高抵抗な材料においては電極による損失が増大することとなり、そもそものＱ値が減少するといった問題が発生するため考慮した設定が必要である。本発明を実現するための膜厚は、誘電体膜厚および上部電極膜厚と合わせた全膜厚と実効的な音速により設定される。これらは、スパッタ法、真空蒸着法などの気相合成法により作製して得られ、フォトリソとドライエッチングにより加工される。
【００２４】
＜誘電体＞
誘電体層３の材料としては、高い誘電率を持つものが好ましく、しかも、外部の印加電圧により、その誘電率が大きく変化し得る誘電体材料、例えばＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３などのペロブスカイト型酸化物が挙げられる。これらは、ゾルゲル法等の溶液法やスパッタ法やＣＶＤ法、レーザーアブレーション法、ＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy)法などの気相合成法等薄膜作製手法により形成することができる。誘電体層３は、例えば、下部電極層２の表面を覆うように形成され、その後、容量発生領域を除いたウエットエッチングにより除去される。高誘電率薄膜の膜厚は、薄いほど基本波が高い周波数になるため、使用周波数においてその影響を排除する際に有効であり、また、薄ければ薄いほど電界強度が大きくなるため、高チューナビリティ特性が得られるという利点があるが、リーク電流が増大したり、実効比誘電率が低下するといった問題が発生する。圧電定数は、材料系や組成、膜質に起因し、ピークの大きさや急峻性は都度変化するため、応じて膜厚を設定する必要がある。
【００２５】
＜上部電極Ａ＞
上部電極Ａ層４Ａは、導体材料として、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｔなどを用いて形成される。厚みについては、下部電極層２と同様に、電極自身の抵抗と全膜厚および実効的音速を考慮して設定される。上部電極Ａ層４Ａを含めた下部電極層２、誘電体層３を同一バッチで、大気に曝すことなく形成すれば、各界面における異物や油脂などの余分な付着を防ぐことができ、密着性が改善され、水分の侵入などを防止することができ、耐湿性を大幅に改善することができ、安定した特性を生み出すことが可能となる。
【００２６】
＜絶縁層＞
絶縁層５はこれらの構造を全て覆うように成膜され、上部電極Ｂ層４Ｂと下部電極２との絶縁の確保およびそこに発生する寄生容量を小さくするために必要である。絶縁層５の材料としては、ＢＣＢやポリイミドなどの有機材料やＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４など無機材料で、絶縁性が高く寄生容量を小さくするために低誘電率であるほうが望ましいが、特に限定されるものではない。これらは立体的な複雑形状を持つ下地に対しても比較的均一な膜厚が得られるＭＯＣＶＤ法などに代表されるＣＶＤ法が好ましい。上部電極４Ａ直上に開口部を形成するため、フォトレジストをマスクとしたエッチングによりパターン形成することができる。また、下部電極２をコンデンサ上面に露出させる開口部も同時に形成することが望ましい。
【００２７】
＜上部電極Ｂ＞
次いで、上部電極Ｂ層４Ｂを形成する。上部電極Ｂ層４Ｂは、上部電極Ａ層４Ａと一方の端子電極層７Ｂを接続するものである。材料としては、Ａｕ，Ｃｕなどの低抵抗な金属を用いることが望ましいが、上部電極Ａ、下部電極２と同様、材料および膜厚については、電極自身の抵抗と全膜厚および実効的音速を考慮して設定される。絶縁層５との密着性を考慮して、Ｔｉ、Ｎｉなどの密着層を使用することは、上部電極Ｂ層４Ｂの抵抗を大きく増大させず、音響的質量負荷が小さい範囲内で差し支えない。
【００２８】
＜保護膜＞
次に、保護層６を形成する。保護膜６は、下部端子電極層７Ａ，上部端子電極層７Ｂの一部を露出するように形成される。保護層６は、素子を外部から機械的に保護するほか、湿度や酸素との化学反応による素子材料の劣化や、ゴミなどの異物の付着による汚染、実装時の破損による劣化、薬品等による汚染、酸化等を防止から保護する。材料としては、耐熱性が高く、段差に対する被覆性に優れたものが良く、振動を不要に励振することがないように考慮する必要がある。具体的には、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂など有機系の熱硬化材料もしくは光硬化材料が用いることができる。
【００２９】
＜端子＞
半田拡散防止層８は、半田端子９Ａ，９Ｂ形成の際のリフローや実装の際に、半田の電極への拡散を防止するために形成する。材料としては、Ｎｉが好適である。また、半田拡散防止層８の表面には、半田濡れ性を向上させるために、半田濡れ性の高いＡｕ，Ｃｕなどを0.1μｍ程度形成する場合もある。最後に、半田端子部９Ａ，９Ｂを形成する。これは、実装を容易にするために形成する。半田ペーストを印刷後、リフローを行うことにより、形成するのが一般的である。
【００３０】
＜まとめ＞
以上のように本発明の可変コンデンサは、一対の電極と、これら電極に挟まれた圧電性を有する誘電体層とを備え、前記一対の電極への電圧印加により生じるインピーダンスの位相特性が、入出力される信号の周波数に応じた周期的なピークを有することを特徴とする。また、前記信号の周波数が隣合うピークの間に設定されている。このような構成により、高周波部品の共振回路の一部（ＬＣ共振回路の容量成分）として用いたり、また、この共振回路を結合する容量成分として用いることができる。また、電圧制御型高周波共振回路部品や、その共振回路の複合部品である電圧制御型高周波フィルタ、電圧制御型整合回路素子および電圧制御型薄膜アンテナ共用器などの高周波部品に適用が可能である。
【実施例】
【００３１】
本発明をより具体化した実施例として、周波数1.9ＧＨｚ近傍で使用する可変コンデンサを作製した。各層構成および材料、膜厚を以下のとおり設定することにより、使用周波数1.9ＧＨｚにおいて共振の影響によるＱ値の低下を抑制することができる。
【００３２】
支持基板としてサファイアのＲ基板上に、下部電極Ｐｔを厚さ２μｍ、誘電体膜として（Ｂａ０．５Ｓｒ０．５）ＴｉＯ３からなるターゲットを用い厚さ0.38μｍ、上部電極Ａとして、Ｐｔを厚さ０．２μｍ、基板温度600℃で順次スパッタ成膜した。そして、フォトリソグラフィ工程を用いて電極、誘電体をドライエッチング、ウエットエッチングによりそれぞれパターニング加工した。上部電極Ａを含む高誘電率薄膜の上に、プラズマＣＶＤ法により非晶質の二酸化珪素からなる絶縁層を成膜した。続いて全面にレジスト膜を被覆し、フォトリソグラフィによりフォトレジスト膜に、矩形状の孔を開口した後、前記フォトレジスト膜をマスクとして前記上部電極Ａ上に位置する絶縁層を反応性イオンエッチングにより選択的に除去した。これにより電極端子取り出し用の矩形状孔が開口された。
【００３３】
ここで、引出し電極Ａｕを厚さ２μｍ、基板温度300℃にて成膜し、パターニング加工した。その上に保護層として、感光性のベンゾシクロブテン樹脂を、スピンコート法にて膜厚を２μｍとして成膜し、開口部を形成するように所定のパターンにて加工した。次に、電極端子を形成した。
【００３４】
本実施例においては、まず、電極端子にＡｕを蒸着し、次にＮｉを蒸着し、次にＡｕを蒸着し３層の金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、不要な部分を除去し電極端子取り出し用の矩形状孔およびその周囲の部分のみを残し、これを電極端子とした。
【００３５】
このようにして、下部電極と電極端子が電気的に接続され、上部電極と電極端子が電気的に接続される。なお、Ａｕが密着性を向上するため、Ｎｉがバリア層として拡散を防ぐため、およびＡｕが表面酸化を防ぎまた半田との濡れ性を良くするために、以上の金属の３層構造が採用されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば密着性を向上する金属としてはＴｉ、バリア層としてはＣｕなどをこれらの金属のかわりに用いることもできる。最後に、鉛フリー半田を用いて印刷、リフロー法により半田バンプを形成し、可変コンデンサを得た。
【００３６】
作製した可変コンデンサのインピーダンスの測定を行なった結果、電圧前後において、図６に示すような位相特性および図７に示すようなＱ値が得られた。電圧印加前の位相特性およびＱ値を太線、電圧印加後を細線で示している。所望の周波数1.9ＧＨｚ近傍での共振ピークは、大きなものが1.73ＧＨｚと2.36ＧＨｚにあり、小さな共振ピークが2.14ＧＨｚにある。前記実施例のように各層の材料および膜厚等を設定することにより、使用周波数である1.9ＧＨｚが複数の共振ピークのうち、隣り合うピーク間に設定された本発明に基づく可変コンデンサを得ることができた。これをＱ値でみてみると、共振周波数付近では、著しく低下しているのに対して、1.9ＧＨｚでの電圧印加前後でのＱ値の低下は大幅に抑制されていることがわかる。
【００３７】
比較のために、1.9ＧＨｚで使用する可変コンデンサとして、本発明のような設定を行なわなかった場合の結果が、背景技術の欄で示した図１，図２である。図１の電圧印加後の位相特性（細線）から、ほぼ1.9ＧＨｚに共振周波数があることがわかる。また、この共振の影響を受け、所望の1.9ＧＨｚにおいて、Ｑ値が著しく低下していることがわかる。具体的なＱ値で比較すると、前記設定がなされていない場合、電圧印加前のＱ＝68から印加後には47とその差は約20と、著しく低下しているのに対して、本実施例の層構成、膜厚設定においては、電圧印加前のＱ値が74、印加後が64とその低下を10程度に半減することができた。
【００３８】
なお、以上はあくまで本発明の実施の形態の例示であって、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えなく、本実施例における電圧印加によるＱの10程度の低下は、2.14ＧＨｚの小さな共振の影響を受けたためであり、さらにＱの低下を抑制し、皆無とすることは可能である。
【００３９】
このようなＢＳＴ材料系における圧電性は、本来小さな圧電定数であるため、また、コンデンサが音響的にアイソレートされていないために圧電薄膜共振子にみられるような大きな位相変化ではなく、位相特性の変化は非常に小さなものである。このような位相特性の変化に伴うＱ値の周期的な減少は、高いＱ値を達成したときに確認できるもので、特に、高周波、数ＧＨｚ帯における高いＱ値を達成するためには、電極による損失を低減すると同時に、高誘電率薄膜の誘電損失も低減しなければならない。よって、このような可変コンデンサにおけるＱ値の電圧印加後の周期的な低下は、発明者らが、鋭意、高周波において高Ｑ化を図った結果確認されたものであり、この知見に基づき本発明はなされている。
【００４０】
以上、本発明の可変コンデンサによれば、電圧印加により位相特性が周波数に対して周期的に複数のピークを有する変化を示し、使用周波数が、複数のピークのうち隣り合うピーク間に設定されていることから、使用周波数において電圧印加後に共振の影響を受け、Ｑ値が電圧印加前と比べて大きく減少することがなくなって、高誘電率薄膜材料を用いた電圧印加による可変コンデンサにおいて、印加電圧にかかわらず高いＱ値を得ることができた。
【００４１】
また、本発明の可変コンデンサによれば、Ｑ値以外の多くの要求性能を満たすために、若干の圧電性を有する高誘電率薄膜材料を用いても、高いＱ値を電圧印加にかかわらず得ることができる可変コンデンサを提供できた。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来の位相特性の周波数依存性を示す特性図であり、本発明と比較するための特性図である。
【図２】従来のＱ値の周波数依存性を示す特性図であり、本発明と比較するための特性図である。
【図３】Overlay型コンデンサを模式的に説明するための断面図である。
【図４】Gap型コンデンサを模式的に説明するための断面図である。
【図５】本発明の可変コンデンサの一例を説明するための断面図である。
【図６】本発明の位相特性の周波数依存性を示す特性図である。
【図７】本発明のＱ値の周波数依存性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・支持基板
２・・・下部電極層
２Ａ,２Ｂ・・・電極
３・・・誘電体層
４Ａ・・・上部電極Ａ
４Ｂ・・・上部電極Ｂ
４・・・上部電極
５・・・絶縁層
６・・・保護層
７Ａ，７Ｂ・・・端子電極層
８・・・半田拡散防止層
９Ａ，９Ｂ・・・半田端子
【図１】
2005108887.tif 000003
【図２】
2005108887.tif 000004
【図３】
2005108887.tif 000005
【図４】
2005108887.tif 000006
【図５】
2005108887.tif 000007
【図６】
2005108887.tif 000008
【図７】
2005108887.tif 000009