(57)【要約】【課題】低い制御電圧でスイッチングし低コストで製造できる高周波スイッチ装置を提供する。【解決手段】誘電体支持膜１４は両端が誘電体基板１に固定され誘電体基板１から空隙４１を介して離間して移動可能に形成され、伝送線路１０は誘電体支持膜１４上に信号線導体１１と接地導体１２，１３を有して形成される。誘電体支持膜２は両端が誘電体基板１に固定され誘電体支持膜１４から空隙４２を介して離間して移動可能に形成され、誘電体支持膜２上に信号線導体１１に対向するように接続導体５が形成され、かつ接地導体１２，１３に対向するように制御導体３，４が形成される。制御導体３，４と接地導体１２，１３との間に制御電圧を印加したとき、制御導体３，４と接地導体１２，１３との間に発生する静電力により吸引され誘電体支持膜２，１４が互いに近接するように変形して信号線導体１１と接続導体５とを接続してオフ状態からオン状態に遷移させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一端が上記基板に固定されかつ上記基板から第１の空隙を介して離間して移動可能に形成された第１の誘電体支持膜と、
上記第１の誘電体支持膜上に形成され、少なくとも信号線導体と接地導体とを有する伝送線路と、
少なくとも一端が上記基板に固定されかつ上記第１の誘電体支持膜から第２の空隙を介して離間して移動可能に形成された第２の誘電体支持膜と、
上記第２の誘電体支持膜上に上記信号線導体に対向するように形成された接続導体と、
上記第２の誘電体支持膜上に上記接地導体に対向するように形成された制御導体とを備え、
上記制御導体と上記接地導体との間に所定の制御電圧を印加したとき、上記制御導体と上記接地導体との間に発生する静電力により上記制御導体と上記接地導体とが吸引され、上記第１の誘電体支持膜と上記第２の誘電体支持膜とが互いに近接するように変形して、上記信号線導体と上記接続導体とを高周波的に接続して、高周波スイッチ装置をオフ状態からオン状態に遷移させ、もしくは上記高周波スイッチ装置をオン状態からオフ状態に遷移させることを特徴とする高周波スイッチ装置。
【請求項２】
上記信号線導体は上記接続導体に対向する部分において分断され、上記制御導体と上記接地導体との間に所定の制御電圧を印加したとき、上記分断された信号線導体は上記接続導体を介して高周波的に接続されることを特徴とする請求項１記載の高周波スイッチ装置。
【請求項３】
上記制御導体と上記接地導体との間に所定の制御電圧を印加したとき、上記信号線導体は上記接続導体に高周波的に接続されることを特徴とする請求項１記載の高周波スイッチ装置。
【請求項４】
上記第２の誘電体支持膜は、上記第１の誘電体支持膜に上記第２の空隙を介して対向する第１の面と、上記第１の面に実質的に平行であって上記第２の空隙に面しない第２の面とを有し、
上記接続導体及び上記制御導体は上記第２の誘電体支持膜の第２の面上に形成され、
上記制御導体と上記接地導体との間に所定の制御電圧を印加したとき、上記信号線導体は上記接続導体に高周波的に上記第２の誘電体支持膜を介して接続されることを特徴とする請求項１記載の高周波スイッチ装置。
【請求項５】
上記基板上であって、上記伝送線路の直下の位置の少なくとも一部に形成された凹部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載の高周波スイッチ装置。
【請求項６】
上記凹部の少なくとも一部に形成された別の接地導体をさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の高周波スイッチ装置。
【請求項７】
上記基板上であって、上記制御導体の直下の位置の少なくとも一部に形成された別の制御導体をさらに備え、
上記別の制御導体と上記接地導体との間に所定の第１の制御電圧を印加したとき、上記別の制御導体と上記接地導体との間に発生する静電力により上記別の制御導体と上記接地導体とが吸引され、上記第１の誘電体支持膜が上記基板に近接するように変形して、上記信号線導体と上記接続導体とを接続させず、上記高周波スイッチ装置をオフ状態とする一方、上記制御導体と上記接地導体との間に所定の第２の制御電圧を印加したとき、上記制御導体と上記接地導体との間に発生する静電力により上記制御導体と上記接地導体とが吸引され、上記第１の誘電体支持膜と上記第２の誘電体支持膜とが互いに近接するように変形して、上記信号線導体と上記接続導体とを高周波的に接続して、高周波スイッチ装置をオフ状態からオン状態に遷移させ、もしくは上記高周波スイッチ装置をオン状態からオフ状態に遷移させることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載の高周波スイッチ装置。
【請求項８】
上記基板上であって、上記伝送線路の直下の位置の少なくとも一部に形成された凹部と、
上記凹部であって、上記制御導体の直下の位置の少なくとも一部に形成された別の制御導体をさらに備え、
上記別の制御導体と上記接地導体との間に所定の第１の制御電圧を印加したとき、上記別の制御導体と上記接地導体との間に発生する静電力により上記別の制御導体と上記接地導体とが吸引され、上記第１の誘電体支持膜が上記基板に近接するように変形して、上記信号線導体と上記接続導体とを接続させず、上記高周波スイッチ装置をオフ状態とする一方、上記制御導体と上記接地導体との間に所定の第２の制御電圧を印加したとき、上記制御導体と上記接地導体との間に発生する静電力により上記制御導体と上記接地導体とが吸引され、上記第１の誘電体支持膜と上記第２の誘電体支持膜とが互いに近接するように変形して、上記信号線導体と上記接続導体とを高周波的に接続して、高周波スイッチ装置をオフ状態からオン状態に遷移させ、もしくは上記高周波スイッチ装置をオン状態からオフ状態に遷移させることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載の高周波スイッチ装置。
【請求項９】
少なくとも一端が上記基板に固定されかつ上記基板から第１の空隙を介して離間して移動可能に第１の誘電体支持膜を形成するステップと、
上記第１の誘電体支持膜上に少なくとも信号線導体と接地導体とを有する伝送線路を形成するステップと、
少なくとも一端が上記基板に固定されかつ上記第１の誘電体支持膜から第２の空隙を介して離間して移動可能に第２の誘電体支持膜を形成するステップと、
上記第２の誘電体支持膜上に上記信号線導体に対向するように接続導体を形成するステップと、
上記第２の誘電体支持膜上に上記接地導体に対向するように制御導体を形成するステップとを含むことを特徴とする高周波スイッチ装置の製造方法。
【請求項１０】
上記伝送線路を形成するステップは、上記接続導体に対向する部分において分断するように上記信号線導体を形成することを特徴とする請求項９記載の高周波スイッチ装置の製造方法。
【請求項１１】
上記第１の誘電体支持膜を形成するステップの前に、上記基板上であって、上記伝送線路の直下の位置の少なくとも一部に凹部を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９又は１０記載の高周波スイッチ装置の製造方法。
【請求項１２】
上記第１の誘電体支持膜を形成するステップの前であって上記凹部を形成するステップの後に、上記凹部の少なくとも一部に別の接地導体を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の高周波スイッチ装置の製造方法。
【請求項１３】
上記第１の誘電体支持膜を形成するステップの前に、上記基板上であって、上記制御導体の直下の位置の少なくとも一部に別の制御導体を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９又は１０記載の高周波スイッチ装置の製造方法。
【請求項１４】
上記第１の誘電体支持膜を形成するステップの前に、上記基板上であって、上記伝送線路の直下の位置の少なくとも一部に凹部を形成し、上記凹部であって、上記制御導体の直下の位置の少なくとも一部に別の制御導体を形成するステップをさらに含む請求項９又は１０記載の高周波スイッチ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマイクロ波、準ミリ波又はミリ波の高周波信号をスイッチングするための高周波スイッチ装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ基板上に形成されたＭＭＩＣ（Microwave Monolithic Integrated Circuit）などの高周波デバイスを製造するときに、低コスト、省エネルギー、小型化を実現できるデバイスとして、マイクロマシン技術を用いることでＳｉ基板等に３次元構造の高周波回路を形成するＲＦ−ＭＥＭＳ（Radio Frequency Micro Electro Mechanical Systems）がある。ＭＥＭＳはマイクロな電気機械システムに関する技術の総称であり、主として米国で使用されており、通常はマイクロな機械的可動部とそれを駆動する電子回路部を有する。ＭＥＭＳという用語については、日本ではマイクロマシン、欧州ではマイクロシステム技術（ＭＳＴ）と称することが多い。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−０１７３００号公報。
【非特許文献１】Gabriel. M. Rebeiz, "RF MEMS: Theory, Design, and Technology", Wiley Inter Science, pp.36-38 and 66-69, March 2003。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＲＦ−ＭＥＭＳ分野におけるキーテクノロジーとしてＭＥＭＳ高周波スイッチ装置があるが、これまでに報告されている従来技術のＭＥＭＳ高周波スイッチ装置は、制御電圧に数１０Ｖを要するためＣＭＯＳ混在のデバイスとして使用するのが難しい。そこで、一般的には梁の剛性を小さくすることで制御電圧を低減する方法が考えられている。しかしながら、梁の復元力が低下するので制御電圧オフ時の梁の復元速度が低下しスイッチング時間が遅くなる。また、機械的共振周波数が低くなるので梁の復元時における静止状態までの時間が延び、かつ衝撃に対する剛性が低下してしまうという問題点があった。
【０００５】
ＭＥＭＳ高周波スイッチ装置における他の問題点として、低損失伝送線路とのプロセス整合性の問題点がある。従来のＭＥＭＳ高周波スイッチ装置では、基板に直上、あるいは基板と誘電体支持膜を介して形成された伝送線路に対してスイッチ部を形成している。しかし、この方法の場合、半絶縁性であるシリコン基板を用いると基板による損失が大きく、低損失な高周波回路を作成できない。例えば、ＧａＡｓ基板等の高抵抗基板を用いると基板による損失を低減できるが、ＲＦ−ＭＥＭＳのメリットである低コスト化が実現できないという問題点があった。
【０００６】
例えば、特許文献１において「微細電気機械スイッチ」が開示されているが、２８Ｖの制御電圧を印加することにより信号のオン／オフのスイッチングを実行するように形成している。当該制御電圧である２８Ｖは、高周波回路におけるスイッチとして許容電圧の上限である１５Ｖを大きく超えている。このため、高周波スイッチ装置を高周波回路における素子として用いることが困難となっている。当該制御電圧を下げるには、主として導体面積を大きくする方法、あるいは片持ち梁の剛性を弱める方法が用いられる。しかしながら、いずれの場合においてもマイナス要素とのトレードオフが生じる。すなわち、前者においてはスイッチ素子の大型化に繋がり、高周波スイッチ装置のメリットである小型化が失われてしまう。後者においては、衝撃耐性の劣化、スイッチング速度の低下、スイッチ駆動時の導体付着などが懸念される。
【０００７】
また、上記高周波スイッチ装置は信号線路の低損失化のためにＧａＡｓ基板上に作成されているが、ＧａＡｓ基板は高コストであり、またシリコン基板のようにマイクロマシン作成プロセスが汎用とはなっていない。従って、マイクロマシン技術を用いて高周波回路を作成する場合、ＧａＡｓ基板を用いるとＲＦ−ＭＥＭＳのメリットである低コスト化が失われてしまう。これはガラス基板等、他の高抵抗基板を用いた場合も同様である。
【０００８】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して低い制御電圧でスイッチングさせることができ、しかも低コストで製造できる高周波スイッチ装置とその製造方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の目的はさらに、従来技術に比較して低損失である高周波スイッチ装置とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る高周波スイッチ装置は、少なくとも一端が上記基板に固定されかつ上記基板から第１の空隙を介して離間して移動可能に形成された第１の誘電体支持膜と、
上記第１の誘電体支持膜上に形成され、少なくとも信号線導体と接地導体とを有する伝送線路と、
少なくとも一端が上記基板に固定されかつ上記第１の誘電体支持膜から第２の空隙を介して離間して移動可能に形成された第２の誘電体支持膜と、
上記第２の誘電体支持膜上に上記信号線導体に対向するように形成された接続導体と、
上記第２の誘電体支持膜上に上記接地導体に対向するように形成された制御導体とを備え、
上記制御導体と上記接地導体との間に所定の制御電圧を印加したとき、上記制御導体と上記接地導体との間に発生する静電力により上記制御導体と上記接地導体とが吸引され、上記第１の誘電体支持膜と上記第２の誘電体支持膜とが互いに近接するように変形して、上記信号線導体と上記接続導体とを高周波的に接続して、高周波スイッチ装置をオフ状態からオン状態に遷移させ、もしくは上記高周波スイッチ装置をオン状態からオフ状態に遷移させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
従って、本発明に係る高周波スイッチ装置によれば、第１と第２の誘電体支持膜をともに移動可能に形成したので、従来技術に比較して低い制御電圧でスイッチングさせることができ、しかも例えば高価なＧａＡｓ基板などを使用する必要がないので低コストで製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００１３】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るシリーズ型高周波スイッチ装置の平面図である。また、図２（ａ）は図１の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＡ−Ａ’線についての縦断面図であり、図２（ｂ）は図１の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＡ−Ａ’線についての縦断面図である。さらに、図３（ａ）は図１の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＢ−Ｂ’線についての縦断面図であり、図３（ｂ）は図１の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＢ−Ｂ’線についての縦断面図である。
【００１４】
図１乃至図３において、例えばシリコンにてなる誘電体基板１の直上に空隙４１を介して、例えばシリコン窒化膜にてなる誘電体支持膜１４は、その両端が誘電体基板１により支持されて固定され、かつ誘電体基板１の面に対して実質的に垂直な方向（以下、垂直方向という。当該垂直方向は、図２及び３において上下方向である。）で移動可能であるように形成される。当該誘電体支持膜１４上に、例えば金にてなるコプレナ線路１０が誘電体基板１の長手方向に延在するように形成され、ここで、コプレナ線路１０は、その中央部に位置する信号線導体１１と、その両側に所定の間隙を介して形成された接地導体１２，１３とを備えて構成される。なお、信号線導体１１は、後述する誘電体支持膜２の下側表面に形成された接続導体５の長手方向の中央部の直下付近において、２本の信号線導体に分断されている。
【００１５】
さらに、誘電体基板１上であって、コプレナ線路１０の直上で空隙４２を介して、例えばシリコン窒化膜にてなる誘電体支持膜２は、その両端が誘電体基板１により支持されて固定され、かつ実質的に垂直方向で移動可能であって、その長手方向が誘電体支持膜１１の長手方向と直交するように形成される。ここで、誘電体支持膜１１は、所定の２箇所で折り曲げられ、コプレナ線路１０を空隙４２を介して乗り越えたブリッジ形状で形成される。当該誘電体支持膜２の下側表面であって、信号線導体１１と対向しかつ信号線導体１１の分断位置の直上の位置に、信号線導体１１の長手方向と平行に、信号線導体１１と実質的に同一の幅を有するストリップ形状の接続導体５が形成される。また、当該誘電体支持膜２の上側表面上であって、接地導体１２に対向する位置から誘電体支持膜２の長手方向で延在するように、矩形形状の制御導体３が形成される一方、当該誘電体支持膜２の上側表面上であって、接地導体１３に対向する位置から誘電体支持膜２の長手方向で延在するように、矩形形状の制御導体４が形成される
【００１６】
なお、制御導体３及び４は所定の制御電圧を発生する直流電圧源（図示せず。）に接続されるとともに、接地導体１２，１３は当該直流電圧源に接続される。
【００１７】
以上のように構成された高周波スイッチ装置においては、誘電体支持膜２及び誘電体支持膜１４はそれらの両端が誘電体基板１に固定された梁形状に構成され、実質的に垂直方向に移動可能である。ここで、誘電体基板１はシリコン以外にもガラスなど微細な加工が可能な材料であればよい。また、信号線導体１１、接地導体１２，１３、制御導体３，４及び接続導体５は金以外にもファトリソグラフィー技術によりパターンニング及びエッチングできる銀又は銅などの導電体であればよい。さらに、誘電体支持膜２，１４はシリコン窒化膜以外にもシリコン酸化膜などファトリソグラフィー技術によりパターンニング及びエッチングできる誘電体であればよい。これらは後述する他の実施の形態においても同様である。
【００１８】
当該高周波スイッチ装置において、互いに対向する制御導体３と接地導体１２との間、並びに、互いに対向する制御導体４と接地導体１３との間に、直流電圧源からの制御電圧を印加していないときは、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、接地導体１４及び１３は誘電体支持膜２に接触していない状態であり、分断された２本の信号線導体１１は接続導体５に接触していない状態であって、分断された２本の信号線導体１１は電気的に接続されておらず、当該高周波スイッチ装置のオフ状態にある。次いで、互いに対向する制御導体３と接地導体１２との間、並びに、互いに対向する制御導体４と接地導体１３との間に、所定のしきい値電圧以上の制御電圧を印加したとき、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、制御導体３と接地導体１２との間、並びに、制御導体４と接地導体１３との間に発生するクローン力による静電力により互いに吸引するように、誘電体支持膜２，１４が変形する。ここで、誘電体支持膜１４は上方向に移動する一方、誘電体支持膜２は下方向に移動し、これにより、誘電体支持膜２及び１４は互いに近接するように（互いに向かうように）吸引し、接地導体１４及び１３は誘電体支持膜２に接触するとともに、分断された２本の信号線導体１１は接続導体５に接触して電気的に接続され、当該分断された２本の信号線導体１１は互いに電気的に接続されて（すなわち、高周波的に直接的に接続されて）、高周波スイッチ装置のオフ状態からオン状態に遷移する。従って、上記制御電圧を制御することにより、当該高周波スイッチ装置においてオン／オフ（すなわち、導通／非導通）のスイッチング動作を実行できる。
【００１９】
図４は図１の高周波スイッチ装置の回路構成を示す回路図である。図４に示すように、分断された２本の信号線導体１１の両端をそれぞれ、端子Ｔ１１，Ｔ１２としたとき、当該高周波スイッチ装置では、分断された２本の信号線導体１１の両端子Ｔ１１，Ｔ１２を、接続導体５を用いたスイッチを用いてオン／オフ（すなわち、導通／非導通）してスイッチングできる。
【００２０】
図５は図１の高周波スイッチ装置をスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２として用いた単極双頭型スイッチ回路の回路構成を示す回路図である。図５において、端子Ｔ１はスイッチＳＷ１１を介して端子Ｔ２に接続されるとともに、スイッチＳＷ１２を介して端子Ｔ３に接続される。ここで、スイッチＳＷ１１とスイッチＳＷ１２はいずれか１つが選択的にオンとなるように制御される。ここで、スイッチＳＷ１１がオンされかつスイッチＳＷ１２がオフされたとき、端子Ｔ１は端子Ｔ２に接続される一方、スイッチＳＷ１２がオンされかつスイッチＳＷ１１がオフされたとき、端子Ｔ１は端子Ｔ３に接続される。以上説明したように、図１の高周波スイッチ装置は、図５のアプリケーションなどにおいて使用できる。
【００２１】
以上の実施の形態においては、誘電体支持膜２，１４はそれぞれそれらの両端で誘電体基板１に固定されているが、本発明はこれに限らず、誘電体支持膜２，１４はそれぞれ少なくとも一端で固定してもよい。
【００２２】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係るシャント型高周波スイッチ装置の平面図である。また、図７（ａ）は図６の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＣ−Ｃ’線についての縦断面図であり、図７（ｂ）は図６の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＣ−Ｃ’線についての縦断面図である。さらに、図８（ａ）は図６の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＤ−Ｄ’線についての縦断面図であり、図８（ｂ）は図６の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＤ−Ｄ’線についての縦断面図である。
【００２３】
実施の形態２に係るシャント型高周波スイッチ装置は、図１乃至図３に図示された実施の形態１に係るシリーズ型高周波スイッチ装置に比較して、以下の相違点を有することを特徴としている。
（１）コプレナ線路１０の信号線導体１１は分断されていない。
（２）誘電体支持膜２の下側面に形成された接続導体５の端部の位置において、誘電体支持膜２を厚さ方向に貫通するスルーホール７ｈが形成された後、当該スルーホール７ｈに導体が充填されてスルーホール導体７を形成した。当該スルーホール導体７上であって誘電体支持膜２の上側面上に、スルーホール導体７に連結されたストリップ形状の接続導体６を、スルーホール導体７の位置から誘電体支持膜２の図６の右側端部まで、制御導体４とは所定の間隔を空けて延在するように形成して、当該接続導体６は外部の端子Ｔ１３（図９）に電気的に接続される。なお、接続導体６及びスルーホール導体７は例えば金などの導体である。
【００２４】
以上のように構成された高周波スイッチ装置においては、誘電体支持膜２及び誘電体支持膜１４はそれらの両端が誘電体基板１に固定された梁形状に構成され、実質的に垂直方向に移動可能である。
【００２５】
当該高周波スイッチ装置において、互いに対向する制御導体３と接地導体１２との間、並びに、互いに対向する制御導体４と接地導体１３との間に、制御電圧を印加していないときは、図７（ａ）及び図８（ａ）に示すように、接地導体１４及び１３は誘電体支持膜２に接触していない状態であり、信号線導体１１は接続導体５に接触していない状態であって、当該高周波スイッチ装置のオン状態（導通状態）にある。次いで、互いに対向する制御導体３と接地導体１２との間、並びに、互いに対向する制御導体４と接地導体１３との間に、所定のしきい値電圧以上の制御電圧を印加したとき、図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、制御導体３と接地導体１２との間、並びに、制御導体４と接地導体１３との間に発生するクローン力による静電力により互いに吸引するように、誘電体支持膜２，１４が変形する。ここで、誘電体支持膜１４は上方向に移動する一方、誘電体支持膜２は下方向に移動し、これにより、誘電体支持膜２及び１４は互いに吸引し、接地導体１４及び１３は誘電体支持膜２に接触するとともに、信号線導体１１は接続導体５に接触して電気的に接続されて（すなわち、高周波的に直接的に接続されて）、高周波スイッチ装置のオン状態からオフ状態に遷移する（すなわち、導通状態から非導通状態に遷移する）。従って、上記制御電圧を制御することにより、当該高周波スイッチ装置のシャントスイッチにおいてオン／オフ（すなわち、導通／非導通）のスイッチング動作を実行できる。
【００２６】
図９は図６の高周波スイッチ装置の回路構成を示す回路図である。図９に示すように、当該高周波スイッチ装置では、端子Ｔ１１，Ｔ１２に接続された信号線導体１１を、接続導体５を用いたスイッチを用いて端子Ｔ１３に対してオン／オフ（すなわち、導通／非導通）してスイッチングできる。
【００２７】
実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３に係る容量結合シャント型高周波スイッチ装置の平面図である。また、図１１（ａ）は図１０の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＥ−Ｅ’線についての縦断面図であり、図１１（ｂ）は図１０の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＥ−Ｅ’線についての縦断面図である。さらに、図１２（ａ）は図１０の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＦ−Ｆ’線についての縦断面図であり、図１２（ｂ）は図１０の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＦ−Ｆ’線についての縦断面図である。
【００２８】
実施の形態３に係る容量結合シャント型高周波スイッチ装置は、図１乃至図３に図示された実施の形態１に係るシリーズ型高周波スイッチ装置に比較して、以下の相違点を有することを特徴としている。
（１）接続導体５に代えて、接続導体６ａを誘電体支持膜２上に形成したこと。ここで、接続導体６ａは、接続導体５の形成位置に対向する位置に形成された、信号線導体１１の長手方向と平行であって、信号線導体１１と実質的に同一の幅を有するストリップ形状の接続導体６ａ−１と、その第１の接続導体の端部に連結され誘電体支持膜２の右側端部まで、制御導体２とは所定の間隔を空けて延在するように形成された接続導体６ａ−２とを含み構成される。
【００２９】
以上のように構成された高周波スイッチ装置においては、信号線導体１１は空隙４２及び誘電体支持膜２を介して接続導体６ａと対向する。当該高周波スイッチ装置において、互いに対向する制御導体３と接地導体１２との間、並びに、互いに対向する制御導体４と接地導体１３との間に、制御電圧を印加していないときは、図１１（ａ）及び図１２（ａ）に示すように、接地導体１４及び１３は誘電体支持膜２に接触していない状態であり、信号線導体１１は誘電体支持膜２に接触していない状態であって、当該高周波スイッチ装置のオン状態（導通状態）にある。次いで、互いに対向する制御導体３と接地導体１２との間、並びに、互いに対向する制御導体４と接地導体１３との間に、所定のしきい値電圧以上の制御電圧を印加したとき、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）に示すように、制御導体３と接地導体１２との間、並びに、制御導体４と接地導体１３との間に発生するクローン力による静電力により互いに吸引するように、誘電体支持膜２，１４が変形する。ここで、誘電体支持膜１４は上方向に移動する一方、誘電体支持膜２は下方向に移動し、これにより、誘電体支持膜２及び１４は互いに吸引し、接地導体１４及び１３は誘電体支持膜２に接触するとともに、信号線導体１１は誘電体支持膜２に接触し、信号線導体１１は誘電体支持膜２を介して接続導体６ａに電気的に接続されて（すなわち、高周波的に誘電体支持膜２のキャパシタンスを介して間接的に接続されて）、高周波スイッチ装置のオン状態からオフ状態に遷移する（すなわち、導通状態から非導通状態に遷移する）。従って、上記制御電圧を制御することにより、当該高周波スイッチ装置のシャントスイッチにおいて誘電体支持膜２の容量を介してオン／オフ（すなわち、導通／非導通）のスイッチング動作を実行できる。
【００３０】
図１３は図１０の高周波スイッチ装置の回路構成を示す回路図である。図１３に示すように、当該高周波スイッチ装置では、端子Ｔ１１，Ｔ１２に接続された信号線導体１１は、接続導体６ａを用いたスイッチを介して、誘電体支持膜２のキャパシタ及び、接続導体６ａに接続されたインダクタ（図１０において図示せず。）を介して接地される。ここで、キャパシタとインダクタの各設定値は、例えば、接続導体６ａを用いたスイッチをオンしたときに、コプレナ線路１０を伝送する高周波信号を吸収するように直列共振するように設定される。従って、接続導体６ａを用いたスイッチをオンしたとき、コプレナ線路１０を伝送する高周波信号を高周波的に接地することができる。
【００３１】
図１４は図１０の高周波スイッチ装置をスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２として用いた単極双頭型スイッチ回路の回路構成を示す回路図である。図１４において、端子Ｔ１は１／４波長線路３１を介して端子Ｔ２に接続され、端子Ｔ２はスイッチＳＷ２１、キャパシタＣ１及びインダクタＬ１を介して接地される。また、端子Ｔ１は１／４波長線路３２を介して端子Ｔ３に接続され、端子Ｔ３はスイッチＳＷ２２、キャパシタＣ２及びインダクタＬ２を介して接地される。キャパシタＣ１及びインダクタＬ１の直列共振回路の共振周波数をｆ１とし、キャパシタＣ２及びインダクタＬ２の直列共振回路の共振周波数をｆ２とする。ここで、スイッチＳＷ２１とスイッチＳＷ２２はいずれか１つが選択的にオンとなるように制御される。ここで、スイッチＳＷ２１がオンされかつスイッチＳＷ２２がオフされたとき、端子Ｔ２を介して伝送される周波数ｆ１の高周波信号を吸収して高周波的に接地し、１／４波長線路３１の端子Ｔ１側の一端は開放状態となり、端子Ｔ１は端子Ｔ３に接続される。一方、スイッチＳＷ２１がオフされかつスイッチＳＷ２２がオンされたとき、端子Ｔ３を介して伝送される周波数ｆ２の高周波信号を吸収して高周波的に接地し、１／４波長線路３２の端子Ｔ１側の一端は開放状態となり、端子Ｔ１は端子Ｔ２に接続される。以上説明したように、図１０の高周波スイッチ装置は、図１４のアプリケーションなどにおいて使用できる。
【００３２】
実施の形態４．
図１５は本発明の実施の形態４に係るシリーズ型高周波スイッチ装置の平面図である。また、図１６（ａ）は図１５の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＧ−Ｇ’線についての縦断面図であり、図１６（ｂ）は図１５の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＧ−Ｇ’線についての縦断面図である。さらに、図１７（ａ）は図１５の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＨ−Ｈ’線についての縦断面図であり、図１７（ｂ）は図１５の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＨ−Ｈ’線についての縦断面図である。
【００３３】
実施の形態４に係るシリーズ型高周波スイッチ装置は、図１乃至図３に図示された実施の形態１に係るシリーズ型高周波スイッチ装置に比較して、以下の相違点を有することを特徴としている。
（１）誘電体基板１の中央部であって、誘電体支持膜２と誘電体支持膜１４とが交差する部分を含む位置の誘電体基板１において、平面が矩形形状である凹部１ａを形成したこと。
【００３４】
以上のように構成された高周波スイッチ装置においては、図１６及び図１７に示すように、誘電体支持膜１４と、誘電体基板１の凹部１ａの底部との間に、空隙４３が形成されている。ここで、コプレナ線路１０に高周波信号を入力したとき、当該高周波信号はコプレナ線路１０の長手方向に沿って伝搬し、当該高周波信号の電磁界は、信号線導体１１と接地導体１２，１３との間で薄膜の誘電体支持膜１４及び空隙４３を介して発生する。従って、例えば、誘電体基板上に形成されたコプレナ線路に比較して伝送損失を大幅に減少させることができる。これにより、低損失な高周波スイッチ装置を実現できる。すなわち、誘電体基板１による損失が低減されるので、高コストなＧａＡｓ基板やガラス基板等の絶縁性基板を用いずに、安価で汎用なプロセスにて加工できるシリコン基板などを用いて低損失線路と高周波スイッチ装置とを混在できる。
【００３５】
なお、当該高周波スイッチ装置のスイッチング動作については、実施の形態１に係る高周波スイッチ装置と同様である。また、本実施の形態においては、実施の形態１において凹部１ａを形成しているが、本発明はこれに限らず、実施の形態２及び３において凹部１ａを形成してもよい。
【００３６】
実施の形態５．
図１８は本発明の実施の形態５に係るシリーズ型高周波スイッチ装置の平面図である。また、図１９（ａ）は図１８の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＩ−Ｉ’線についての縦断面図であり、図１９（ｂ）は図１８の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＩ−Ｉ’線についての縦断面図である。さらに、図２０（ａ）は図１８の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＪ−Ｊ’線についての縦断面図であり、図２０（ｂ）は図１８の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＪ−Ｊ’線についての縦断面図である。
【００３７】
実施の形態５に係るシリーズ型高周波スイッチ装置は、図１５乃至図１７に図示された実施の形態４に係るシリーズ型高周波スイッチ装置に比較して、以下の相違点を有することを特徴としている。
（１）誘電体基板１に形成された凹部１ａの底部及び誘電体基板１の表面上に、接地導体１ｂを形成した。
【００３８】
以上のように構成された高周波スイッチ装置においては、図１９及び図２０に示すように、誘電体支持膜１４と、誘電体基板１の凹部１ａの底部に形成された接地導体１ｂとの間に、空隙４３が形成されている。ここで、コプレナ線路１０に高周波信号を入力したとき、当該高周波信号はコプレナ線路１０の長手方向に沿って伝搬し、当該高周波信号の電磁界は、信号線導体１１と接地導体１２，１３との間で薄膜の誘電体支持膜１４及び空隙４３を介して発生するとともに、信号線導体１１と接地導体１ｂとの間で空隙４３を介して発生する。従って、例えば、誘電体基板上に形成されたコプレナ線路、並びに、実施の形態４に係るシリーズ型高周波スイッチ装置に比較して伝送損失を大幅に減少させることができる。これにより、低損失な高周波スイッチ装置を実現できる。すなわち、誘電体基板１による損失が低減されるので、高コストなＧａＡｓ基板やガラス基板等の絶縁性基板を用いずに、安価で汎用なプロセスにて加工できるシリコン基板などを用いて低損失線路と高周波スイッチ装置とを混在できる。
【００３９】
なお、当該高周波スイッチ装置のスイッチング動作については、実施の形態１に係る高周波スイッチ装置と同様である。また、本実施の形態においては、実施の形態１において凹部１ａ及び接続導体１ｂを形成しているが、本発明はこれに限らず、実施の形態２及び３において凹部１ａ及び接続導体１ｂを形成してもよい。
【００４０】
図２１乃至図２４は図１８の高周波スイッチ装置の製造工程の一例を示すＩ−Ｉ’線についての縦断面図である。
【００４１】
まず、図２１（ａ）において、膜厚０．５μｍ程度のシリコン酸化膜が成膜されているシリコン基板である誘電体基板１の表面上に、典型的な半導体製造用感光性レジスト（以下、レジストという。）を成膜し、フォトリソグラフィと現像を行い、凹部１ａとなる部分の上記レジストを除去する。露出したシリコン酸化膜をＣＨＦ３ガスなどを用いたプラズマエッチングにより除去し、凹部１ａとなる部分のシリコン表面を露出させる。なお、以下では、レジスト成膜からエッチングまでの一連の工程をパターニングという。次いで、露出したシリコン面に対してＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いて異方性エッチングを行い、平滑な底面を持つ深さ２μｍ程度の凹部１ａを形成する。さらに、１μｍ程度の膜厚の金を、スパッタ装置等を用いて成膜し、イオンビームエッチング装置等を用いて金をパターニングすることにより接続導体１ｂを形成する。
【００４２】
次いで、図２１（ｂ）において、空隙４３を形成するためのレジスト２１を凹部１ａが完全に埋め込まれる膜厚以上の膜厚で成膜し、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）により表面を平坦化する。次いで、図２１（ｃ）において、誘電体支持膜１４となる膜厚０．５μｍ程度の窒化膜をスパッタ装置等にて成膜し、信号線導体１１及び接地導体１２，１３となる膜厚１μｍ程度の金にてなる導体２２をスパッタ装置等にて成膜する。さらに、イオンビームエッチング装置等を用いて導体２２をパターニングすることにより、信号線導体１１及び接地導体１２，１３からなるコプレナ線路１０を形成する。なお、パターニング用マスクに用いたレジストは酸素プラズマアッシングなどにより除去する。次いで、図２１（ｄ）において、ＣＨＦ３ガス等によるプラズマエッチングを用いて窒化膜をパターニングすることにより、両端が誘電体基板１上に固定されかつ誘電体基板１の表面に対して垂直方向で移動可能となるように誘電体支持膜１４を形成する。なお、パターニング用マスクに用いたレジストは酸素プラズマアッシングなどにより除去する。
【００４３】
次いで、図２２（ａ）において、空隙４２を形成するためのレジストを２μｍ程度の膜厚で成膜し、誘電体支持膜２と誘電体基板１との接続点となる部分のレジストをフォトリソグラフィと現像により除去し、台状のレジスト２３を形成する。次いで、図２２（ｂ）において、レジスト２３上にさらにレジストを１μｍ程度の膜厚で成膜しフォトリソグラフィと現像により、信号線導体１１の直上に位置する接続導体５のための１辺１０μｍ程度のディンプルパターンを形成する。次いで、図２２（ｃ）において、酸素プラズマアッシングによりレジスト２３を１μｍ程度除去すると、台状レジスト２３にディンプル２５が形成される。
【００４４】
次いで、図２３（ａ）及び（ｂ）において、膜厚１μｍ程度の金にてなる導体２６をスパッタ装置等にて成膜し、パターニングによりディンプル２５に接続導体５が形成される。次いで、図２３（ｃ）において、誘電体支持膜２となる膜厚０．５μｍ程度の窒化膜及び制御導体３，４となる膜厚１μｍ程度の金にてなる導体２７をスパッタ装置等にて成膜する。
【００４５】
次いで、図２４（ａ）において、導体２７をパターニングすることにより、制御導体３，４を形成する。なお、パターニング用マスクに用いたレジストは酸素プラズマアッシングなどにより除去する。さらに、誘電体支持膜２の窒化膜をパターニングすることにより、誘電体基板１上に固定されかつ誘電体基板１の表面に対して垂直方向で移動可能な誘電体支持膜２を形成する。さらに、図２４（ｂ）において、酸素アッシングなどを用いて空隙４３を形成するためのレジスト２１及び空隙４２を形成するためのレジスト２３を除去する。これにより、コプレナ線路１０が形成された誘電体支持膜１４と、接続導体５及び制御導体３，４が形成された誘電体支持膜２とが垂直方向で移動可能な構造となり、互いに対向する制御導体３と接地導体１２との間、並びに、互いに対向する制御導体４と接地導体１３との間に、所定のしきい値以上の制御電圧を印加することにより、オフ状態からオン状態に遷移できる高周波スイッチ装置を構成できる。
【００４６】
実施の形態６．
図２５は本発明の実施の形態６に係るシリーズ型高周波スイッチ装置の平面図である。また、図２６（ａ）は図２５の高周波スイッチ装置において第１の制御電圧を印加したときのＫ−Ｋ’線についての縦断面図であり、図２６（ｂ）は図２５の高周波スイッチ装置において第２の制御電圧を印加したときのＫ−Ｋ’線についての縦断面図である。さらに、図２７（ａ）は図２５の高周波スイッチ装置において第１の制御電圧を印加したときのＬ−Ｌ’線についての縦断面図であり、図２７（ｂ）は図２５の高周波スイッチ装置において第２の制御電圧を印加したときのＬ−Ｌ’線についての縦断面図である。
【００４７】
実施の形態６に係るシリーズ型高周波スイッチ装置は、図１８乃至図２０に図示された実施の形態５に係るシリーズ型高周波スイッチ装置に比較して、以下の相違点を有することを特徴としている。
（１）誘電体基板１に形成された凹部１ａの底部であって、誘電体支持膜２の直下位置付近において制御導体１ｃを形成した。ここで、制御導体１ｃは凹部１ａの底部の位置から誘電体基板１の表面上まで延在した後、制御電圧の電圧源に接続される。なお、制御導体１ｃは誘電体支持膜１４の形成前に形成される。
【００４８】
以上のように構成された高周波スイッチ装置において、制御電圧を印加していないときは、誘電体支持膜１４は制御導体１ｃと誘電体支持膜２との間の垂直方向の概略中央の位置に位置する。
【００４９】
次いで、互いに対向する制御導体３と接地導体１２との間、並びに、互いに対向する制御導体４と接地導体１３との間に、直流電圧源からの制御電圧を印加していないが、互いに対向する制御導体１ｃと接地導体１２，１３との間に、所定の第１の制御電圧を印加したとき、図２６（ａ）及び図２７（ａ）に示すように、制御導体１ｃと接地導体１２，１３との間に発生するクローン力による静電力により互いに吸引するように、誘電体支持膜１４が変形して下方向に吸引されて、誘電体支持膜１４は制御導体１ｃに接触する。このとき、誘電体支持膜２と誘電体支持膜１４との間に空隙４２及び４３ａが存在し、接地導体１４及び１３は誘電体支持膜２に接触していない状態であり、分断された２本の信号線導体１１は接続導体５に接触していない状態であって、分断された２本の信号線導体１１は電気的に接続されておらず、当該高周波スイッチ装置のオフ状態にある。
【００５０】
次いで、互いに対向する制御導体１ｃと接地導体１２，１３との間に、制御電圧を印加していないが、互いに対向する制御導体３と接地導体１２との間、並びに、互いに対向する制御導体４と接地導体１３との間に、所定の第２の制御電圧を印加したとき、図２６（ｂ）及び図２７（ｂ）に示すように、制御導体３と接地導体１２との間、並びに、制御導体４と接地導体１３との間に発生するクローン力による静電力により互いに吸引するように、誘電体支持膜２，１４が変形する。ここで、誘電体支持膜１４は上方向に移動する一方、誘電体支持膜２は下方向に移動し、誘電体支持膜１４と制御導体１ｃとの間に空隙４１及び４３が存在し、これにより、誘電体支持膜２及び１４は互いに吸引し、接地導体１４及び１３は誘電体支持膜２に接触するとともに、分断された２本の信号線導体１１は接続導体５に接触して電気的に接続され、当該分断された２本の信号線導体１１は互いに電気的に接続されて、高周波スイッチ装置のオフ状態からオン状態に遷移する。従って、上記制御電圧を制御することにより、当該高周波スイッチ装置においてオン／オフ（すなわち、導通／非導通）のスイッチング動作を実行できる。
【００５１】
本実施の形態に係る高周波スイッチ装置においては、２つの制御導体を用いて２つの制御状態を用いることで、誘電体支持膜１４の剛性による復元力に頼らないスイッチング機能を実現できる。これにより、ダンピング時間を短縮してスイッチング時間を短縮するとともに、確実に２つの制御状態を設定できるという特有の効果を有する。なお、当該実施の形態の構成については、実施の形態１のみならず、実施の形態２及び３に適用してもよい。
【００５２】
実施の形態６の変形例．
図２８は本発明の実施の形態６の変形例に係るシリーズ型高周波スイッチ装置の縦断面図（図２５のＫ−Ｋ’線の断面に対応する断面）であって、図２８（ａ）は当該高周波スイッチ装置において第１の制御電圧を印加したときの縦断面図であり、図２８（ｂ）は当該高周波スイッチ装置において第２の制御電圧を印加したときの縦断面図である。
【００５３】
実施の形態６の変形例に係るシリーズ型高周波スイッチ装置は、図２５乃至図２７に図示された実施の形態６に係るシリーズ型高周波スイッチ装置に比較して、以下の相違点を有することを特徴としている。
（１）誘電体基板１において凹部１ａを形成せず、誘電体基板１の表面上であって誘電体支持膜２の直下位置付近において制御導体１ｃを形成した。なお、制御導体１ｃは誘電体支持膜１４の形成前に形成される。
【００５４】
以上のように構成された高周波スイッチ装置において、制御電圧を印加していないときは、誘電体支持膜１４は制御導体１ｃと誘電体支持膜２との間の垂直方向の概略中央の位置に位置する。
【００５５】
次いで、互いに対向する制御導体３と接地導体１２との間、並びに、互いに対向する制御導体４と接地導体１３との間に、直流電圧源からの制御電圧を印加していないが、互いに対向する制御導体１ｃと接地導体１２，１３との間に、所定の第１の制御電圧を印加したとき、図２８（ａ）に示すように、制御導体１ｃと接地導体１２，１３との間に発生するクローン力による静電力により互いに吸引するように、誘電体支持膜１４が変形して下方向に吸引されて、誘電体支持膜１４は制御導体１ｃに接触する。このとき、接地導体１４及び１３は誘電体支持膜２に接触していない状態であり、分断された２本の信号線導体１１は接続導体５に接触していない状態であって、分断された２本の信号線導体１１は電気的に接続されておらず、当該高周波スイッチ装置のオフ状態にある。
【００５６】
次いで、互いに対向する制御導体１ｃと接地導体１２，１３との間に、制御電圧を印加していないが、互いに対向する制御導体３と接地導体１２との間、並びに、互いに対向する制御導体４と接地導体１３との間に、所定の第２の制御電圧を印加したとき、図２８（ｂ）に示すように、制御導体３と接地導体１２との間、並びに、制御導体４と接地導体１３との間に発生するクローン力による静電力により互いに吸引するように、誘電体支持膜２，１４が変形する。ここで、誘電体支持膜１４は上方向に移動する一方、誘電体支持膜２は下方向に移動し、これにより、誘電体支持膜２及び１４は互いに吸引し、接地導体１４及び１３は誘電体支持膜２に接触するとともに、分断された２本の信号線導体１１は接続導体５に接触して電気的に接続され、当該分断された２本の信号線導体１１は互いに電気的に接続されて、高周波スイッチ装置のオフ状態からオン状態に遷移する。従って、上記制御電圧を制御することにより、当該高周波スイッチ装置においてオン／オフ（すなわち、導通／非導通）のスイッチング動作を実行できる。
【００５７】
当該変形例に係る高周波スイッチ装置においては、２つの制御導体を用いて２つの制御状態を用いることで、誘電体支持膜１４の剛性による復元力に頼らないスイッチング機能を実現できる。これにより、ダンピング時間を短縮してスイッチング時間を短縮するとともに、確実に２つの制御状態を設定できるという特有の効果を有する。なお、当該変形例の構成については、実施の形態１のみならず、実施の形態２及び３に適用してもよい。
【００５８】
実施の形態の作用効果．
図２９（ａ）は従来技術の高周波スイッチ装置の物理的な構造を示す機械的構成図であり、図２９（ｂ）は実施の形態１乃至５に係る高周波スイッチ装置の物理的な構造を示す機械的構成図である。以下、静電力を利用した本実施の形態に係る高周波スイッチ装置において、スイッチング機能を行うために必要な制御電圧を低減できることを、非特許文献１に記載の理論式を用いて説明する。
【００５９】
従来技術に係る高周波スイッチ装置は、制御導体２，４と接地導体１２，１３のどちらか一方のみが移動する構造を有するので、図２９（ａ）に示すように、上方の導体２０１がバネ２０３を介して固定端２０４と連結され、下方の導体２０２は固定端２０５に直接に固定され、導体２０１は可動であるが、導体２０２は固定されたモデルで表すことができる。
【００６０】
本実施の形態１乃至５に係る高周波スイッチ装置は、制御導体２，４と接地導体１２，１３の両方が移動する構造を有するので、図２９（ｂ）に示すように、上方の導体２０１がバネ２０３を介して固定端２０４と連結され、下方の導体２０２ａもバネ２０６を介して固定端２０５と連結され、導体２０１と導体２０２ａはともに可動であるモデルで表すことができる。
【００６１】
まず、従来技術に係る高周波スイッチ装置における制御電圧について説明する。図２９（ａ）において、導体２０１と導体２０２との間に制御電圧Ｖを印加すると、導体２０１と導体２０２との間には互いに吸引しようとする静電力が働き、バネ２０３が伸張することで導体２０１が導体２０２側へ移動する。バネ２０３のバネ定数をｋとし、導体２０１及び導体２０２の導体面積をＡとし、制御電圧未印加時の導体２０１，２０２間の距離をＤとし、制御電圧印加時の導体２０１，２０２間の距離をｘとし、導体２０１，２０２間の媒体の誘電率をεとしたとき、静電力Ｆｅは次式で表される。
【００６２】
【数１】
2005277675.tif 000003
【００６３】
また、バネ２０３の復元力Ｆｓは次式で表される。
【００６４】
【数２】
2005277675.tif 000004
【００６５】
従って、静電力Ｆｅと、バネ２０３の復元力Ｆｓとが釣り合っている場合の制御電圧Ｖと、導体２０１，２０２間の距離ｘとの関係は次式で表される。
【００６６】
【数３】
2005277675.tif 000005
【００６７】
高周波スイッチ装置がスイッチング機能を行うための条件は、このモデルにおいて導体２０１と導体２０２とが接触することと等価である。それ故、導体２０１と導体２０２とが接触するには、静電力Ｆｅがバネ２０３の復元力Ｆｓを超える必要がある。すなわち、次式で表される。
【００６８】
【数４】
2005277675.tif 000006
【００６９】
当該条件を満たす導体２０１，２０２間の距離ｘは、上記式の両辺をｘで微分した後、式３を代入することにより次式を得る。
【００７０】
【数５】
2005277675.tif 000007
【００７１】
従って、
【数６】
2005277675.tif 000008
を式３に代入することにより、従来技術に係る高周波スイッチ装置における制御電圧Ｖｐは次式で表される。
【００７２】
【数７】
2005277675.tif 000009
【００７３】
次いで、本実施の形態１−５に係る高周波スイッチ装置における制御電圧について以下に説明する。図２９（ｂ）において、導体２０１と導体２０２ａとの間に制御電圧Ｖを印加すると、導体２０１と導体２０２ａとの間には互いに吸引しようとする静電力が働き、バネ２０３及びバネ２０６が伸張することにより、導体２０１と導体２０２ａとが互いに吸引する方向に移動する。ここで、バネ２０３及びバネ２０６のバネ定数をｋとし、導体２０１及び導体２０２ａの導体面積をＡとし、制御電圧未印加時の導体２０１，２０２ａ間の距離をＤとし、制御電圧印加時の導体２０１，２０２ａ間の距離をｘとし、導体２０１，２０２ａ間の媒体の誘電率をεとしたとき、静電力Ｆｅ’は次式で表される。
【００７４】
【数８】
2005277675.tif 000010
【００７５】
ここで、バネ２０３及びバネ２０６の復元力Ｆｓ’はそれらが上下対称な構造を考慮すると次式で表される。
【００７６】
【数９】
2005277675.tif 000011
【００７７】
従って、静電力Ｆｅ’と、バネ２０３及びバネ２０６の復元力Ｆｓ’が釣り合っているときの制御電圧Ｖと、導体２０１，２０２間の距離ｘは次式で表される。
【００７８】
【数１０】
2005277675.tif 000012
【００７９】
従って、
【数１１】
2005277675.tif 000013
となる導体２０１，２０２ａ間の距離ｄは、上記式の両辺をｄで微分した後、式６を代入することにより、次式を得る。
【００８０】
【数１２】
2005277675.tif 000014
【００８１】
従って、
【数１３】
2005277675.tif 000015
を式６へ代入することにより、本実施の形態に係る高周波スイッチ装置の制御電圧Ｖｐ’は、次式で表される。
【００８２】
【数１４】
2005277675.tif 000016
【００８３】
従って、従来技術に係る高周波スイッチ装置における制御電圧ＶＰと、本実施の形態に係る高周波スイッチ装置の制御電圧ＶＰ’を比較すると、それらの比の値は次式で表される。
【００８４】
【数１５】
2005277675.tif 000017
【００８５】
従って、本実施の形態に係る高周波スイッチ装置は、従来技術に係る高周波スイッチ装置に比べて、制御電圧Ｖを約７０％に低減できることが分かる。
【００８６】
これにより、バネ定数ｋを低下させる方法を用いて、本実施の形態と同程度の制御電圧Ｖの低減効果を得るには、上記の制御電圧Ｖｐを表す式より、バネ定数ｋを５０％程度低下させる必要があると分かる。ここで、非特許文献１に記載の理論式に基づいて、バネ定数ｋの低下によってスイッチング時間が増大することを以下に説明する。
【００８７】
まず、図２９（ａ）に図示された従来技術に係るモデルにおいて、導体２０１の質量をｍとしたとき、導体２０１の運動方程式は次式で表される。
【００８８】
【数１６】
2005277675.tif 000018
【００８９】
ここで、式７を解くと、αを任意定数としたとき、スイッチング時間ｔは次式で表される。
【００９０】
【数１７】
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【００９１】
従って、制御電圧ＶとＶｐの比を一定とすると、スイッチング時間ｔは１４０％程度増大してしまう。本実施の形態に係る高周波スイッチ装置では、バネ定数ｋを低下させる必要がないので、従来技術に係る高周波スイッチ装置のように、スイッチング時間ｔの増大は起こらない。
【００９２】
次いで、本実施の形態に係る高周波スイッチ装置において、シリコン基板である誘電体基板１を用いた低コストで低損失な高周波回路を製造できることを以下に説明する。図３０（ａ）は比較例に係る高周波スイッチ装置の構造を示す縦断面図であり、図３０（ｂ）は実施の形態５に係る高周波スイッチ装置の構造を示す縦断面図である。
【００９３】
図３０（ａ）が示すように、凹部１ａが形成されていない比較例に係る高周波スイッチ装置を用いると、制御導体３，４及び接続導体５を含むスイッチ部３０２の直下に位置するコプレナ線路１０ａ、及びスイッチ部３０２以外のコプレナ線路１０ａは誘電体基板１上で誘電体支持膜１４を介して固定された構造を有し、このとき、高周波信号は誘電体基板１においてもその電磁界を発生させるので誘電体基板１の影響を受けやすく、シリコン基板のような低抵抗基板を用いることが難しい。これに対して、図３０（ｂ）が示すように、本実施の形態に係る高周波スイッチ装置を用いると、誘電体基板１と空隙４３を介してコプレナ線路１０及びスイッチ部３０２を形成するため、誘電体基板１による影響が少ない。従って、誘電体基板１として安価なシリコン基板を用いることができ、従来技術に係る高周波スイッチ装置を用いるよりも、より低コストであって低損失な高周波回路が作成できる。
【００９４】
他の変形例．
以上の実施の形態においては、高周波伝送線路として、コプレナ線路１０を用いているが、本発明はこれに限らず、スロット線路又はマイクロストリップ線路を用いてもよい。後者のマイクロストリップ線路の場合、接地導体は、誘電体支持膜１４の裏面又は誘電体基板１の裏面に形成する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るシリーズ型高周波スイッチ装置の平面図である。
【図２】（ａ）は図１の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＡ−Ａ’線についての縦断面図であり、（ｂ）は図１の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＡ−Ａ’線についての縦断面図である。
【図３】（ａ）は図１の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＢ−Ｂ’線についての縦断面図であり、（ｂ）は図１の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＢ−Ｂ’線についての縦断面図である。
【図４】図１の高周波スイッチ装置の回路構成を示す回路図である。
【図５】図１の高周波スイッチ装置をスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２として用いた単極双頭型スイッチ回路の回路構成を示す回路図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るシャント型高周波スイッチ装置の平面図である。
【図７】（ａ）は図６の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＣ−Ｃ’線についての縦断面図であり、（ｂ）は図６の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＣ−Ｃ’線についての縦断面図である。
【図８】（ａ）は図６の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＤ−Ｄ’線についての縦断面図であり、（ｂ）は図６の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＤ−Ｄ’線についての縦断面図である。
【図９】図６の高周波スイッチ装置の回路構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る容量結合シャント型高周波スイッチ装置の平面図である。
【図１１】（ａ）は図１０の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＥ−Ｅ’線についての縦断面図であり、（ｂ）は図１０の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＥ−Ｅ’線についての縦断面図である。
【図１２】（ａ）は図１０の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＦ−Ｆ’線についての縦断面図であり、（ｂ）は図１０の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＦ−Ｆ’線についての縦断面図である。
【図１３】図１０の高周波スイッチ装置の回路構成を示す回路図である。
【図１４】図１０の高周波スイッチ装置をスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２として用いた単極双頭型スイッチ回路の回路構成を示す回路図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係るシリーズ型高周波スイッチ装置の平面図である。
【図１６】（ａ）は図１５の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＧ−Ｇ’線についての縦断面図であり、（ｂ）は図１５の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＧ−Ｇ’線についての縦断面図である。
【図１７】（ａ）は図１５の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＨ−Ｈ’線についての縦断面図であり、（ｂ）は図１５の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＨ−Ｈ’線についての縦断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態５に係るシリーズ型高周波スイッチ装置の平面図である。
【図１９】（ａ）は図１８の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＩ−Ｉ’線についての縦断面図であり、（ｂ）は図１８の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＩ−Ｉ’線についての縦断面図である。
【図２０】（ａ）は図１８の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加していないときのＪ−Ｊ’線についての縦断面図であり、（ｂ）は図１８の高周波スイッチ装置において制御電圧を印加したときのＪ−Ｊ’線についての縦断面図である。
【図２１】図１８の高周波スイッチ装置の製造工程の一例を示すＩ−Ｉ’線についての縦断面図であって、（ａ）はその第１の工程を示す図であり、（ｂ）はその第２の工程を示す図であり、（ｃ）はその第３の工程を示す図であり、（ｄ）はその第４の工程を示す図である。
【図２２】図１８の高周波スイッチ装置の製造工程の一例を示すＩ−Ｉ’線についての縦断面図であって、（ａ）はその第５の工程を示す図であり、（ｂ）はその第６の工程を示す図であり、（ｃ）はその第７の工程を示す図である。
【図２３】図１８の高周波スイッチ装置の製造工程の一例を示すＩ−Ｉ’線についての縦断面図であって、（ａ）はその第８の工程を示す図であり、（ｂ）はその第９の工程を示す図であり、（ｃ）はその第１０の工程を示す図である。
【図２４】図１８の高周波スイッチ装置の製造工程の一例を示すＩ−Ｉ’線についての縦断面図であって、（ａ）はその第１１の工程を示す図であり、（ｂ）はその第１２の工程を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態６に係るシリーズ型高周波スイッチ装置の平面図である。
【図２６】（ａ）は図２５の高周波スイッチ装置において第１の制御電圧を印加したときのＫ−Ｋ’線についての縦断面図であり、（ｂ）は図２５の高周波スイッチ装置において第２の制御電圧を印加したときのＫ−Ｋ’線についての縦断面図である。
【図２７】（ａ）は図２５の高周波スイッチ装置において第１の制御電圧を印加していないときのＬ−Ｌ’線についての縦断面図であり、（ｂ）は図２５の高周波スイッチ装置において第２の制御電圧を印加したときのＬ−Ｌ’線についての縦断面図である。
【図２８】本発明の実施の形態６の変形例に係るシリーズ型高周波スイッチ装置の縦断面図（図２５のＫ−Ｋ’線の断面に対応する断面）であって、（ａ）は当該高周波スイッチ装置において第１の制御電圧を印加したときの縦断面図であり、（ｂ）は当該高周波スイッチ装置において第２の制御電圧を印加したときの縦断面図である。
【図２９】（ａ）は従来技術の高周波スイッチ装置の物理的な構造を示す機械的構成図であり、（ｂ）は実施の形態１乃至６に係る高周波スイッチ装置の物理的な構造を示す機械的構成図である。
【図３０】（ａ）は比較例に係る高周波スイッチ装置の構造を示す縦断面図であり、（ｂ）は実施の形態５に係る高周波スイッチ装置の構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  誘電体基板、１ａ  凹部、１ｂ  接地導体、１ｃ  制御導体、２  誘電体支持膜、３，４  制御導体、５，６，６ａ  接続導体、７  スルーホール導体、７ｈ  スルーホール、１０，１０ａ  コプレナ線路、１１  信号線導体、１２，１３  接地導体、１４  誘電体支持膜、２１，２３  レジスト、２２，２６，２７  導体、２４  レジストパターン、２５  凹部、３１，３２  １／４波長線路、４１，４２，４３，４３ａ  空隙、３０２  スイッチ部、Ｃ，Ｃ１，Ｃ２  キャパシタ、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２  インダクタ、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ１１，ＳＷ１２  スイッチ、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３、Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３  端子。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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