(57)【要約】【課題】  小型化、高集積化が可能で、変調可能な電気機械フィルタを提供する。【解決手段】  信号線路（可動電極）１０１となる導体と、前記導体を貫く磁界を発生する磁界発生部１０２と、前記導体と前記磁界発生部の相対位置を変位させることによって、前記信号線路を貫く磁界を変化させる駆動電極１０３とを備え、前記信号線路を貫く磁界を可変とすることで、従来実現困難であった強磁性共鳴周波数の変調を実現する。  【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号線路となる導体と、
前記導体を貫く磁界を発生する磁界発生部と、
前記導体と前記磁界発生部との相対位置を変位させることによって、前記信号線路を貫く磁界を変化させる駆動電極とを備える電気機械フィルタ。
【請求項２】
請求項１記載の電気機械フィルタであって、
前記導体は、前記駆動電極と対向して配置され、前記駆動電極との間で生起される静電力により相対的に変位可能な電極である電気機械フィルタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電気機械フィルタであって、
前記磁界発生部は、変位可能に形成された磁性体を含む電気機械フィルタ。
【請求項４】
請求項３に記載の電気機械フィルタであって、
前記磁性体は、前記駆動電極の静電力によって変位される電気機械フィルタ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の電気機械フィルタであって、
前記駆動電極は、可動である電気機械フィルタ。
【請求項６】
請求項２に記載の電気機械フィルタであって、
基板表面に形成され、電位を可変に構成された駆動電極と、
前記駆動電極上に、所定の間隔を隔てて相対向して配置され、信号線路を構成する導体パターンと、
前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁された磁性体膜パターンを備えた磁界発生部とを備え、
前記駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させ、前記信号線路上での前記磁性体膜パターンによる磁界を変化させることにより、磁性共鳴周波数を変化させるようにした電気機械フィルタ。
【請求項７】
請求項２に記載の電気機械フィルタであって、
基板表面に形成された磁性体膜パターンからなる磁界発生部と、
前記磁性体膜パターン上に、所定の間隔を隔てて相対向して変位可能に配置され、信号線路を構成する導体パターンと、
前記信号線路に近接して配置された駆動電極とを備え、
前記磁性体膜パターンは、前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁され、
前記駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させ、前記信号線路上での前記磁性体膜パターンによる磁界を変化させることにより、磁性共鳴周波数を変化させるようにした電気機械フィルタ。
【請求項８】
請求項６または７に記載の電気機械フィルタであって、
前記磁性体パターンは、半導体基板表面を覆う絶縁膜上に形成されており、
前記信号線路は、前記磁性体パターンと対向するように配設された両持ち梁を構成している電気機械フィルタ。
【請求項９】
請求項６または７に記載の電気機械フィルタであって、
前記信号線路は、前記駆動電極と平行に配置されるとともに、
前記磁性体膜パターンは、前記導体パターンを流れる信号と直交する方向に磁場を形成する電気機械フィルタ。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれかに記載の電気機械フィルタであって、
前記駆動電極は、前記信号線路を挟むように配置された第１及び第２の導体膜パターンを含む電気機械フィルタ。
【請求項１１】
請求項４または５に記載の電気機械フィルタであって、
基板表面に、空間的に変位可能に形成された磁性体膜パターンからなる磁界発生部と、
前記磁性体膜パターンに対して、所定の間隔を隔てて相対向するように前記基板に固定配置され、信号線路を構成する導体パターンと、
前記磁界発生部に近接して配置され、前記磁界発生部を変位可能な駆動電極とを備え、
前記磁性体膜パターンは、前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁され、
前記駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させ、
前記信号線路上での前記磁性体膜パターンによる磁界を変化させることにより、磁性共鳴周波数を変化させるようにした電気機械フィルタ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電気機械フィルタであって、
前記磁性体パターンは、半導体基板表面に形成されたスペーサを介して形成された梁状体を構成している電気機械フィルタ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電気機械フィルタであって、
前記信号線路は、半導体基板表面に絶縁膜を介して形成された導体パターンである電気機械フィルタ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電気機械フィルタであって、
前記信号線路は、前記磁性体パターン上で所定の間隔を隔てて相対向するように形成された電気機械フィルタ。
【請求項１５】
請求項１に記載の電気機械フィルタであって、
基板表面に形成され、電位を可変に構成された第１及び第２の駆動電極と、
前記第１の駆動電極に、所定の間隔を隔てて相対向して配置され、信号線路を構成する導体パターンと、
前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁された磁性体膜パターンを備えた磁界発生部とを備え、
前記第１の駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させるとともに、
前記第２の駆動電極の電位を変化させることにより、前記磁性体パターンを変位させ、
前記信号線路上での前記磁性体膜パターンによる磁界を変化させることにより、磁性共鳴周波数を変化させるようにした電気機械フィルタ。
【請求項１６】
請求項１記載の電気機械フィルタであって、
信号線路となる第１の導体と、
前記第１の導体を貫く磁界を発生する磁界発生部と、
前記第１の導体と前記磁界発生部の相対位置を変位させることによって、前記信号線路を貫く磁界を変化させる駆動電極と、
前記第１の導体を流れる高周波電流による磁界と前記磁界発生部の磁界との共鳴によって誘起される誘起起電力を伝送する信号線路となる第２の導体とを含む電気機械フィルタ。
【請求項１７】
請求項１６記載の電気機械フィルタであって、
前記第１の導体と前記第２の導体は直交するように配置されている電気機械フィルタ。
【請求項１８】
請求項１６記載の電気機械フィルタであって、
前記第１の導体と前記第２の導体は所定の間隔を隔てて平行に配置されている電気機械フィルタ。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれかに記載の電気機械フィルタであって、
複数の前記電気機械フィルタを配列して接続し、チューナブルバンドパスフィルタ機能を実現した電気機械フィルタ。
【請求項２０】
請求項１乃至１８のいずれかに記載の電気機械フィルタであって、
複数の前記電気機械フィルタを配列して接続し、チューナブルバンドストップフィルタ機能を実現した電気機械フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械フィルタにかかり、特に、信号線路となる電極、磁界発生部、およびそれらを可動とする機構を備える電気機械フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線端末などの情報通信機器の普及が進む中、通信に使用される周波数は、携帯電話等の数百ＭＨｚから無線ＬＡＮ等の数ＧＨｚ帯と広帯域化が加速している。現在は、各種通信方式に対応した端末を独立使用している状況であるが、将来的には、一つの無線端末で各種通信方式に対応した端末の実現が望まれている。
【０００３】
一方、無線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。
【０００４】
その中で、磁性体を用いたＧＨｚ帯素子の開発が活発になってきている。数百ＭＨｚから数ＧＨｚ帯以上の高周波帯をターゲットにした受動素子に磁性体を用いる試みは、高周波伝送線路フィルタにまで及んでいる。その利点として、Ｆｅ等の磁性金属材料を用いれば、温度特性や飽和磁化の点で優れており、ＩＣへの集積化にも適することが挙げられる。最近では、磁性金属の導入による波長短縮効果の増大が報告されており、素子の小型化への期待がふくらんでいる。
【０００５】
磁性体を用いたフィルタとして、例えば、非特許文献１がある。この非特許文献１では、ＧａＡｓ基板上にＦｅを含む強磁性体膜のマイクロストリップ線路を形成したＦｅ／ＧａＡｓ基板ハイブリッドマイクロストリップ線路を構成し、強磁性共鳴現象を利用して１０ＧＨｚ帯のバンドストップフィルタを実現している。このバンドストップフィルタの強磁性共鳴周波数ｆrは、式１の様に表される。γはジャイロ磁気定数（1.105×105g［A-1m・s-1］、g：ランデ因子）、Haは異方性磁界（A/m）、Isは飽和磁界（T）、Hは直流バイ
アス磁界である。
【０００６】
単結晶Ｆｅ膜の結晶磁気異方性定数K1〜48kl/m3と飽和磁化Is〜2.15Tから、異方性磁界Haは、式２となる。遷移金属Ｆｅでは、g〜2であるから、外部直流バイアス磁界Hがゼロ
の場合の強磁性共鳴周波数は、約9.85GHzとなる。
Hの大きさを変えることで、強磁性共鳴周波数を変調でき、チューナブルフィルタを実
現できる。
【０００７】
また、強磁性共鳴周波数の値には、直流バイアス磁界Hの大きさだけでなく、ベクトル
にも依存する。式１は、ストリップ線路電流による高周波磁界と直流バイアス磁界による磁気モーメントが直交した場合の表式であり、高周波磁界と磁気モーメントが同一方向となった場合は、強磁性共鳴は起こらない。直流バイアス磁界Hのベクトルにも着目する必
要がある。
【０００８】
【非特許文献１】E.Schloemann et al.:J. Appl. Phys., 63, 3140 (1998).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、現在のところ、非特許文献１にみられるフィルタは、一旦磁性体の磁化容易軸が、高周波磁界と直交する様に材料を堆積すると、その後直流バイアス磁界Ｈの大きさや方向を変えることができず、チューナブルフィルタを実現することはできないという問題がある。実験上では、大掛かりな磁界印加装置を用いて磁性体の磁化方向や大きさを制御し、チューナブルフィルタリング効果を実現しているが、勿論その様な機構は携帯端末のような小型装置へは適用できない。また、磁界印加用コイルを用いれば電流を流すこととなり、消費電力が大きくなるため、この面でも携帯端末への適用が不適である。このような状況からみても、この非特許文献１の技術は、携帯端末へ適用可能なチューナブルフィルタの実現が難しいという問題がある。
【００１０】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、小型で消費電力が小さく、通過帯域（バンドパス周波数）または遮断帯域(バンドストップ周波数)を変調可能なチューナブルフィルタを提供することを目的とする。
即ち、本発明では、信号線路となる電極、磁界発生部、およびそれらを可動とする機構とを備え、所定の周波数の信号のみを選択して出力することができるとともに、所定の周波数を変調可能とすることを可能とする電気機械フィルタ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】
上記目的を達成するため、本発明では、信号線路に流れる電流による高周波磁界と交差する直流バイアス磁界とを相対的にベクトル変調することにより、強磁性共鳴周波数を変調する。
すなわち、本発明の電気機械フィルタは、信号線路となる電極と、この電極に相対向するように配置された駆動電極と、これらの電極間に生起される電界によって相対的にベクトル変位可能に形成された磁界発生部と、前記これらの電極のいずれか一方あるいは前記磁界発生部のいずれかが可動であり、前記信号線路を流れる信号のうち、所定の周波数の信号のみを選択して出力することができるとともに、所定の周波数を変調可能としたものである。
【００１２】
この構成により、第１及び第２の電極、磁界発生部のいずれかの変位により、信号線路を構成する電極を貫く前記磁界発生部より生ずる磁界を可変とすることで、従来実現困難であった強磁性共鳴周波数の変調を行うことができ、電気的操作のみによって、通過帯域あるいは遮断帯域を変調することができる。
【００１３】
この構成によって、信号フィルタリングのチューナブル機能を有するフィルタを実現する。
【００１４】
本発明における電極や磁界発生部を機械的に変位可能に駆動する技術は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により形成される梁と、梁あるいはこの梁に設けられた電極と、電気機械効果をもつ回路部と、磁界発生部とで実現される。
【００１５】
本発明の電気機械フィルタは、信号線路となる導体と、前記導体を貫く磁界を発生する磁界発生部と、前記導体と前記磁界発生部の相対位置を変位させることによって、前記信号線路を貫く磁界を変化させる駆動電極とを備える。
この構成により、駆動電極による静電力などを変化させることにより、導体あるいは駆動電極あるいは磁界発生部を変位させることにより、信号線路を貫く磁界を変化させることができ、強磁性共鳴周波数を容易に調整することができる。
【００１６】
また本発明の電気機械フィルタは、前記導体が、前記駆動電極と対向して配置され、前記駆動電極との間での静電力により相対的に変位可能な電極であるものを含む。
この構成により、信号線路を両持ち梁とするなどの方法により、容易に変位可能であり、駆動電極に与える電位を調整するのみで強磁性共鳴周波数を容易に調整することができ、変調可能な電気機械フィルタを形成することができる。
【００１７】
また本発明の電気機械フィルタは、前記磁界発生部が、変位可能に形成された磁性体を含む。
この構成により、磁界の方向を容易に変化させることができ、従って変調可能な電気機械フィルタを形成することができる。また、磁界発生部が可動であれば、信号線路を固定にすることができ、基板表面に所望の厚さの信号線路を形成することができることになり、製造が容易で、耐久性の高い電気機械フィルタを形成することが可能となる。また、信号伝送線路そのものは固定であるため、より信頼性の高いものとなる。
【００１８】
また本発明の電気機械フィルタは、前記磁性体が、前記駆動電極の静電力によって変位される。
この構成により、駆動電極の電位を変化させるのみで容易に磁性体を変位させることができ、磁界変化を容易に実現することができるため、変調可能な電気機械フィルタを形成することができる。
【００１９】
また本発明の電気機械フィルタは、前記駆動電極が、可動であるものを含む。
この構成により、設計の自由度を高めることができる。駆動電極が可動であれば、信号線路を固定にすることができ、信号線路との相互作用で変位された駆動電極によってさらに磁界発生部を変位させることもできる。
【００２０】
また本発明の電気機械フィルタは、基板表面に形成され、電位を可変に構成された駆動電極と、前記駆動電極上に、所定の間隔を隔てて相対向して配置され、信号線路を構成する導体パターンと、前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁された磁性体膜パターンを備えた磁界発生部とを備え、前記駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させ、前記信号線路上での前記磁性体膜パターンによる磁界を変化させることにより、磁性共鳴周波数を変化させるようにしている。
この構成により、駆動電極の電位を変化させることにより、容易に信号線路を変位させることが出来、その結果信号線路が受ける磁界を容易に変化させることができ、変調可能な電気機械フィルタを形成することができる。
【００２１】
また本発明の電気機械フィルタは、前記駆動電極を、半導体基板表面を覆う絶縁膜上に形成された導体パターンで構成し、前記信号線路が、前記駆動電極と対向するように配設された両持ち梁を構成している。
この構成により、加工性が良好で、容易に信号線路が受ける磁界を容易に変化させることができ、変調可能な電気機械フィルタを形成することができる。
【００２２】
また本発明の電気機械フィルタは、前記信号線路が、前記駆動電極と平行に配置されるとともに、前記磁性体膜パターンが、前記信号線路を流れる信号と直交する方向に磁場を形成する。
この構成により、磁界変化を最大限に大きく共鳴周波数の変化として取り出すことができ変調可能な電気機械フィルタを形成することができる。
【００２３】
また本発明の電気機械フィルタは、前記磁性体膜パターンが、前記信号線路を挟むように配置された第１及び第２の磁性体膜パターンを含む。
この構成により、磁性体を水平ニ方向で変位可能とし、変調をより高精度に制御可能とすることができる。
【００２４】
また本発明の電気機械フィルタは、基板表面に形成された磁性体膜パターンからなる磁界発生部と、前記磁性体膜パターン上に、所定の間隔を隔てて相対向して変位可能に配置され、信号線路を構成する導体パターンと、前記信号線路に近接して配置された駆動電極とを備え、前記磁性体膜パターンは、前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁され、前記駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させ、前記信号線路上での前記磁性体膜パターンによる磁界を変化させることにより、磁性共鳴周波数を変化させるようにしている。
この構成により、薄膜プロセスにより容易に、微細かつ信頼性の高い、変調可能な電気機械フィルタを形成することが可能となる。
【００２５】
また本発明の電気機械フィルタは、前記磁性体パターンは、半導体基板表面を覆う絶縁膜上に形成されており、前記信号線路は、前記磁性体パターンと対向するように配設された両持ち梁を構成している。
この構成により、信号線路の変位により、半導体基板と接触するような場合があっても、短絡を防止することができる。
【００２６】
また本発明の電気機械フィルタは、前記信号線路が、前記駆動電極と平行に配置されるとともに、前記磁性体膜パターンは、前記導体パターンを流れる信号と直交する方向に磁場を形成するものを含む。
この構成により、信号線路と磁界が直交する方向にあるため、より高感度となり、高精度の変調が可能となる。
【００２７】
また本発明の電気機械フィルタは、前記駆動電極は、前記信号線路を挟むように配置された第１及び第２の導体膜パターンを含む。
この構成により、磁性体を水平ニ方向で変位可能とし、変調をより高精度に制御可能とすることができる。
【００２８】
また本発明の電気機械フィルタは、基板表面に、空間的に変位可能に形成された磁性体膜パターンからなる磁界発生部と、前記磁性体膜パターンに対して、所定の間隔を隔てて相対向するように前記基板に固定配置され、信号線路を構成する導体パターンと、前記磁界発生部に近接して配置され、前記磁界発生部を変位可能な駆動電極とを備え、前記磁性体膜パターンは、前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁され、前記駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させ、前記信号線路上での前記磁性体膜パターンによる磁界を変化させることにより、磁性共鳴周波数を変化させるようにしたものを含む。
この構成により、信号線路が固定であるため、基板表面に所望の厚さの信号線路を形成することができることになり、製造が容易で、耐久性の高い電気機械フィルタを形成することが可能となる。また、より信頼性の高いものとなる。
【００２９】
また本発明の電気機械フィルタは、前記信号線路が、前記磁性体パターン上で所定の間隔を隔てて相対向するように形成されたものを含む。
この構成により、強磁性体の形成が容易となる。強磁性体材料の形成を、より下層の工程で実現することができるため、強磁性体の成膜に際して、生じ易い電極材料等の劣化を防止することができる。
【００３０】
また本発明の電気機械フィルタは、基板表面に形成され、電位を可変に構成された第１及び第２の駆動電極と、前記第１の駆動電極に、所定の間隔を隔てて相対向して配置され、信号線路を構成する導体パターンと、前記信号線路と交差する磁界成分をもつように着磁された磁性体膜パターンを備えた磁界発生部とを備え、前記第１の駆動電極の電位を変化させることにより、前記信号線路を変位させるとともに、前記第２の駆動電極の電位を変化させることにより、前記磁性体パターンを変位させ、前記信号線路上での前記磁性体膜パターンによる磁界を変化させることにより、磁性共鳴周波数を変化させるようにしたものを含む
この構成により、第１及び第２の駆動電極によりそれぞれ磁界および信号線路の位置を変化させることができるため、より高精度の変調が可能となる。
【００３１】
また本発明の電気機械フィルタは、信号線路となる第１の導体と、前記第１の導体を貫く磁界を発生する磁界発生部と、前記第１の導体と前記磁界発生部の相対位置を変位させることによって、前記信号線路を貫く磁界を変化させる駆動電極と、前記第１の導体を流れる高周波電流による磁界と前記磁界発生部の磁界との共鳴によって誘起される誘起起電力を伝送する信号線路となる第２の導体とを含むものを含む。
この構成により、第１の導体に信号が入力されると、磁界発生部の周りに高周波電流による高周波磁界を発生する。この高周波磁界により、磁界発生部にスピンの歳差運動が励起される（キッテルモード）。このモードのつくる磁界により、第１の導体に誘導起電力が生じる。そしてこの磁界発生部の強磁性共鳴周波数の信号が入力されたときのみ、強磁性共鳴現象が起こり、磁界発生部のスピンの歳差運動の角度が最大となり、誘導起電力の大きさが最大となる。このようにして、第２の導体が誘導起電力により信号を出力することになり、強磁性共鳴周波数によって決まるある特定の周波数の信号のみ第２の導体に伝搬することができる。
【００３２】
また本発明の電気機械フィルタは、前記第１の導体と前記第２の導体とが直交するように配置されている。
この構成により、互いの信号の干渉をなくし、ノイズのない信号出力を実現することができる。
【００３３】
また本発明の電気機械フィルタは、前記第１の導体と前記第２の導体は所定の間隔を隔てて平行に配置されている。
これにより、小型化をはかることができる。
【００３４】
また本発明の電気機械フィルタは、複数の前記電気機械フィルタを配列して接続し、チューナブルバンドパスフィルタ機能を実現するものを含む。
【００３５】
また本発明の電気機械フィルタは、複数の前記電気機械フィルタを配列して接続し、チューナブルバンドストップフィルタ機能を実現するものを含む。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、信号線路となる電極、磁界発生部、およびそれらを可動とする機構を備えることで、所定の周波数の信号のみを選択して通過あるいは遮断するように出力することができるとともに、所定の周波数を変調可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
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。
（実施の形態１）
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態１における電気機械フィルタの構成を示す斜視図および断面図である。
この電気機械フィルタ１００は、信号線路に対し、この信号線路を貫く磁界を発生する磁界発生部を配し、静電力によって、この信号線路と磁界発生部の相対位置を変位させ、前記信号線路を貫く磁界を変化させ、信号線路に流れる電流による高周波磁界と交差する直流バイアス磁界とを相対的にベクトル変調することにより、強磁性共鳴周波数を変調することにより、強磁性共振周波数を変調可能にし、前記可動電極１０１を流れる信号のうち特定周波数の信号を吸収させることにより、バンドストップフィルタを構成したものである。
【００３８】
この電気機械フィルタ１００では、図１（ａ）に示すように、表面に酸化シリコン膜と窒化シリコンの２層膜からなる絶縁膜１０６が形成されたガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板１０７上に、突出するように２つのポスト１０４が配設され、このポスト１０４間に架橋され、両持ち梁を構成する可動電極１０１と、可動電極１０１に信号を入力する信号入力ポートＩＮ、可動電極１０１から信号を外部に出力する信号出力ポートＯＵＴとが設けられている。
可動電極１０１の下方には、この可動電極１０１と相対向するように駆動電極１０３が設けられており、可動電極１０１と駆動電極１０３との間の電位差により生ずる静電力により、可動電極１０１が下方へ変位可能に構成されている。
【００３９】
可動電極１０１に直流バイアス磁界Ｈを印加するように、可動電極１０１から所定の距離だけ離間した位置に磁性体１０２が設けられている。この磁性体１０２は、可動電極１０１に所望の直流バイアス磁界Ｈを印加するため、可動電極１０１の変位範囲と相対的に最適化された位置に設けるため、スペーサ１０５を介して前記ＧａＡｓ基板１０７上に設けられている。
【００４０】
次に、この電気機械フィルタ１００におけるチューナブルフィルタリングの仕組みについて説明する。
図１（ｂ）は、本発明実施の形態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。信号入力ポートＩＮより入力された信号は、可動電極１０１に伝搬し、信号出力ポートＯＵＴへ出力される。この場合、磁性体１０２がつくる直流バイアス磁界Ｈ中に可動電極が位置するため、強磁性共鳴現象による信号のフィルタリングがおき、強磁性共鳴周波数によって決まるある特定の周波数の信号のみ信号出力ポートＯＵＴへ伝搬することができる。ここでは強磁性共鳴周波数の信号が吸収され、この強磁性共鳴周波数を除く周波数の信号が伝送される。
【００４１】
本発明電気機械フィルタでは、この信号フィルタリングの機能に加え、チューナブル機能を付加する。フィルタを通過可能な信号の周波数を変調可能とするためには、強磁性共鳴周波数ｆrを可変とする必要があり、そのためには、強磁性共鳴周波数ｆrを示す次式１中の直流バイアス磁界Ｈを可変とすれば良い。
【００４２】
2005176318.tif 000003
2005176318.tif 000004
【００４３】
図１（ｂ）に示す様に、磁性体１０２からは直流バイアス磁界Ｈが放射線状に発生しており、この電気機械フィルタでは、その直流バイアス磁界Ｈ中を信号線路である可動電極１０１が移動できる様になっている。可動電極１０１の移動方向をＶ１で示す。
この様な仕組みにすることにより、可動電極を貫く直流バイアス磁界のベクトルや大きさを可変とすることができ、強磁性共鳴周波数を変化させることが可能となる。
【００４４】
図２（ａ）および（ｂ）は、本実施の形態１における電気機械フィルタのチューナブルフィルタリング特性を示す図である。本図には本発明電気機械フィルタの適用例として、バンドパスフィルタ特性と、バンドストップフィルタ特性を示したが、本発明電気機械フィルタを直列に接続することにより、図の様なバンドパスフィルタを実現することも可能である。フィルタリングの中心周波数ｆcに対し、低周波数側ｆc’、高周波数側ｆc”へ
と周波数を変調可能にすることができる。
【００４５】
この場合、フィルタ特性の中心周波数やチューナブルレンジは、可動電極１０１の変位範囲における直流バイアス磁界Ｈに依存するため、磁性体１０２の初期状態は重要である。磁性体膜の堆積条件によってきまる磁化容易軸や、磁性体１０２堆積後に外部磁場を印加して行う着磁方向は、磁性体１０２から可動電極１０１方向にする必要がある。また、可動電極１０１が、所望とする直流バイアス磁界Ｈ中を変位するため、可動電極１０１と磁性体１０２との距離や高さ等の相対位置、可動電極１０１と駆動電極１０３との距離、所望の直流バイアス磁界Ｈを発生するための磁性体１０２の厚さや幅等の形状は、要求するチューナブルフィルタ特性に応じて最適化する必要がある。
【００４６】
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のみを選択して、出力することができ、且つ所定の周波数を変調可能とする。
【００４７】
図３（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態１における電気機械フィルタの変形例を示す斜視図および断面図である。
前記実施の形態１の電気機械フィルタの変形例である電気機械フィルタ１００ａでは、図３（ａ）に示すように、前記実施の形態１に示した電気機械フィルタ１００においては、一つの磁性体１０２で直流バイアス磁界Ｈを発生させているのに対し、二つの磁性体を、可動電極１０１を挟む形で対向に位置することにより、電気機械フィルタ１００とは異なる直流バイアス磁界Ｈを形成する。
【００４８】
図３（ｂ）にからあきらかなように、直流バイアス磁界Ｈが、可動電極１０１を横断する様に発生していることが分かる。この場合、二つの磁性体１０２とも同一方向に磁化する様に、磁化容易軸の制御と着磁が必要となる。
【００４９】
図４は、二つの磁性体１０２によって形成される直流バイアス磁界Ｈの発生パターンのシミュレーション結果である。xは基板面に対して水平方向、zは基板面に対して垂直方向を示す。例として、直径100μm、長さ100μmの二つの磁性体１０２を、50μmの間隔を空けて配置した場合を示す。長さ方向は、x方向である。二つの磁性体１０２の磁化Ｍの方向は、x方向に対して同一方向となっており、それぞれの磁性体１０２から発生する磁力線が結合し、直流バイアス磁界Ｈのパターンを形成している。曲線は磁力線を、色の濃淡は直流バイアス磁界Ｈの強さを表わしており、磁力線の密度が濃く色が明るい部分ほど直流バイアス磁界Ｈが強い部分である。
【００５０】
図５に、x=0μmの位置におけるz方向の各位置に対する直流バイアス磁界Ｈの強さを示す。z=100μmの初期位置から数十μm下方へ移動した場合、直流バイアス磁界Ｈの強さが数100Oe変化することが分かる。例えば、z方向下方へ20μm以下の変位量で直流バイアス磁界Ｈを100Oe変化させることが可能である。
【００５１】
この様な直流バイアス磁界Ｈの中を可動電極１０１が移動した場合の強磁性共鳴周波数ｆrおよび共鳴周波数のチューニングレンジを計算する。強磁性共鳴周波数ｆrは前記式１の様に表される。γはジャイロ磁気定数（1.105×105g［A-1m・s-1］、g：ランデ因子）、Haは異方性磁界（A/m）、Isは飽和磁界（T）、Hは直流バイアス磁界である。磁性体１０２に強磁性体である単結晶Ｆｅ膜を用いた場合、結晶磁気異方性定数K1〜48kl/m3と飽和磁化Is〜2.15Tから、異方性磁界Haは、前記式２となる。遷移金属Ｆｅでは、g〜2である。
【００５２】
可動電極１０１がz=100μmの初期位置にある場合は、外部直流バイアス磁界Ｈがゼロであるため、強磁性共鳴周波数は約9.85GHzとなる。次に共鳴周波数をチューニングするために、可動電極１０１と駆動電極１０３との間に電圧を印加し、静電力により可動電極１０１を下方へ移動させる。可動電極１０１が約20μm変位しz=80μmに位置した場合、直流バイアス磁界Ｈが100Oeとなり、共振周波数は約10.72GHzとなる。つまり、約20μmの可動電極１０１の変位量で、約1GHzのチューニングレンジを実現することができる。
【００５３】
更には、z=100μmの初期位置から数十μm移動した位置において、直流バイアス磁界Ｈの強さが数100Oe変化することから、約10GHzの大きなチューニングレンジを実現することも可能である。
【００５４】
なお、可動電極１０１の移動量に対して線型的な共鳴周波数の変化を得たい場合には、位置と直流バイアス磁界Ｈの関係が線型にある領域を用いれば良い。また、位置に対してチューニングが急峻過ぎる場合には、位置と直流バイアス磁界Ｈの関係がなだらかな領域を用いればよい。この場合、共鳴周波数の制御性を良くすることができる。
【００５５】
以上の様に、直流バイアス磁界Ｈの大きさを変えることで、強磁性共鳴周波数を変調でき、チューナブルフィルタを実現することが可能となる。
【００５６】
なお、図３（ｂ）は一例であるが、磁性体の数や位置を変えることにより、様々な直流バイアス磁界Ｈの形成が可能である。例えば、図４のz=110μmの位置におけるx方向の各位置に対する直流バイアス磁界Ｈの強さを図６に示す。位置に対する直流バイアス磁界Ｈの大きさの振る舞いは図５と大きく異なり、可動電極１０１をx方向へ駆動させれば強磁性共鳴周波数および共鳴周波数のチューニングレンジが違うデバイスも実現可能である。（この具体的な実施例は、実施の形態２に示す。）
【００５７】
以上の様に、可動電極１０１を貫く直流バイアス磁界Ｈのべクトルや大きさ制御し、フィルタの中心周波数および中心周波数のチューナブルレンジを制御することが可能となる。
【００５８】
なお、可動電極１０１のサイズは、二つの磁性体１０２の間に侵入できるよう幅を50μm以下である45μm程度、低電圧で大きな変位量が得られるようバネ力を下げるために、厚みを0.7μｍ、長さを500μmと高アスペクト比にすることが可能である。ただし、可動電極１０１は磁性体１０２の上方のみで変位しても良いため、必ずしもそれに限ったサイズではない。
【００５９】
また、駆動方法は、静電力駆動に限らず、可動電極１０１と駆動電極１０３との間隔に依存しない圧電力駆動、ローレンツ力駆動などを用いることが可能である。また、可動電極１０１を所定の位置に固定する機構を備えることも可能であり、その機構の駆動方法として、静電力駆動、圧電力駆動、ローレンツ力駆動などを用いることが可能である。
【００６０】
なお、本実施の形態の電気機械フィルタ１００ａにおいて、前記実施の形態１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。
【００６１】
次に、前記実施の形態１に示した電気機械フィルタ１００ａの製造方法について説明する。
図７（ａ）〜（ｉ）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。
【００６２】
先ず、図７（ａ）に示すように、例えば、ＧａＡｓ基板などの基板１０７上に酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の２層膜からなる絶縁膜１０６を形成する。更に、その上にスペーサ１０５となるスペーサ材料としての酸化シリコン膜１０５ａをスパッタにより形成する。
【００６３】
次いで、図７（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜１０５ａ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によりパターンニングしたフォトレジスト３０１を形成する。
【００６４】
そして、このフォトレジスト３０１をマスクとして、スペーサ材料としての酸化シリコン膜１０５ａをドライエッチングし、フォトレジスト３０１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３０１を除去した後の基板１０７上の酸化シリコン膜１０５ａは、図７（ｃ）に示すように、スペーサ１０５となる。
【００６５】
次いで、磁性体１０２の形成を行う。
図７（ｄ）に示すように、スペーサ１０５および絶縁膜１０６上に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの磁性薄膜１０２ａをスパッタにより堆積し、その上にフォトリソグラフィにより磁性体パターンを形成するためのフォトレジスト３０２を形成する。
【００６６】
次いで、この磁性薄膜１０２ａをドライエッチングして、フォトレジスト３０２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１０５上の磁性体１０２部分を形成する。
【００６７】
次いで、駆動電極１０３の形成を行う。
図７（ｆ）に示すように、磁性体１０２および絶縁膜１０６の形成された基板表面全体に、Ａｌなどの金属薄膜１０３ａをスパッタにより堆積し、その上にフォトリソグラフィにより駆動電極パターンにパターニングされたフォトレジスト３０３を形成する。
【００６８】
次いで、金属薄膜１０３ａをドライエッチングして、フォトレジスト３０３をアッシングにより除去し、図７（ｇ）に示すように、スペーサ１０５上の磁性体１０２部分を形成する。
【００６９】
最後に、可動電極１０１の形成を行う。
図７（ｈ）に示すように、磁性体１０２および駆動電極１０３、絶縁膜１０６上に、犠牲層パターンにパターニングされたフォトレジスト３０４形成する。次に、Ａｌなどの金属薄膜１０１ａをスパッタにより堆積し、その上にフォトリソグラフィにより可動電極パターンにパターニングされたフォトレジスト３０５を形成する。
【００７０】
次いで、金属薄膜１０１ａをドライエッチングして、フォトレジスト３０４をアッシングにより除去し、図７（ｉ）に示すように、中空構造の可動電極１０１部分を形成する。
なお、信号線路となる可動電極１０１を伝搬する高周波信号が基板１０７に伝搬して大きな損失を生じるおそれがないことが保障される場合には、絶縁膜１０６はなくても良い。
【００７１】
また、本発明電気機械フィルタを並列または直列に接続した多段フィルタ構成にすることが可能である。
【００７２】
また、磁界発生部として、磁性体１０２の代わりにコイルを形成し、同様の直流バイアス磁界Ｈを発生することができ、ＭＥＭＳ技術による可変インダクタを用いて、直流バイアス磁界Ｈを可変、もしくは交流バイアス磁界とすることも可能である。
【００７３】
また、本実施の形態１では、駆動電極１０３が一つとし、信号線路を構成する可動電極１０１を垂直一方向可動としたが、駆動電極１０３を複数とし、可動電極１０１の移動方向Ｖ１を複数方向としても良い。
【００７４】
（実施の形態２）
図９（ａ）および（ｂ）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および断面図である。
本実施の形態では、上述したように、駆動電極１０３を複数とし、可動電極１０１の移動方向Ｖ１を複数方向としたもので、磁性体は、可動電極１０１の真下に位置するように基板表面に形成したものである。すなわち、信号線路を構成する可動電極１０１を挟むように両側に駆動電極１０３を形成し、この信号線路の真下に磁性体１０２を配し、磁界が基板に垂直な方向に印加されるようにしたものである。
【００７５】
この電気機械フィルタ４００では、図９（ａ）に示すように、表面に絶縁膜１０６が形成された基板１０７上に、ポスト１０４間に架橋された可動電極１０１と、可動電極１０１に信号を入力する信号入力ポートＩＮ、可動電極１０１から信号を外部に出力する信号出力ポートＯＵＴとが設けられている。
【００７６】
可動電極１０１の両側には、可動電極１０１を挟む形で駆動電極１０３が設けられており、可動電極１０１と駆動電極１０３との間の電位差により生ずる静電力により、可動電極１０１が水平二方向Ｖ１へ動く様になっている。駆動電極１０３は、可動電極１０１に所望の駆動力を与えるため、可動電極１０１と相対的に最適化された位置に設けるため、スペーサ１０８を介して基板１０７上に設けられている。
【００７７】
可動電極１０１の下方には、可動電極１０１に直流バイアス磁界Ｈを印加する磁性体１０２が設けられている。
【００７８】
実施の形態１における電気機械フィルタ１００、電気機械フィルタ１００ａでは、直流バイアス磁界Ｈは水平方向から、可動電極１０１の移動方向は垂直方向であったのに対し、本実施の形態２における電気機械フィルタ４００では、直流バイアス磁界Ｈは垂直方向から、可動電極１０１の移動方向は水平方向となっている。
この様に、実施の形態１における電気機械フィルタ１００、電気機械フィルタ１００ａの構造や製造方法では実現困難である直流バイアス磁界Ｈの形状と、その中を移動する可動電極１０１の移動方向や移動範囲を、構造を変えることにより実現している。
【００７９】
次に、この電気機械フィルタ４００におけるチューナブルフィルタリングの仕組みについて説明する。
図９（ｂ）は、本発明実施の形態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。この例ではカーボンナノチューブを用いている。信号入力ポートＩＮより入力された信号は、可動電極１０１に伝搬し、信号出力ポートＯＵＴへ出力される。この場合、磁性体１０２がつくる直流バイアス磁界Ｈ中に可動電極が位置するため、強磁性共鳴現象による信号のフィルタリングがおき、強磁性共鳴周波数によって決まるある特定の周波数の信号のみ信号出力ポートＯＵＴへ伝搬することができる。
【００８０】
本発明電気機械フィルタでは、この信号フィルタリングの機能に加え、チューナブル機能を付加する。フィルタを通過可能な信号の周波数を変調可能とするためには、強磁性共鳴周波数ｆrを可変とする必要があり、そのためには、強磁性共鳴周波数ｆrを示す式１中の直流バイアス磁界Ｈを可変とすれば良い。
【００８１】
図９（ｂ）に示す様に、磁性体１０２からは直流バイアス磁界Ｈが放射線状に発生しており、本発明電気機械フィルタでは、その直流バイアス磁界Ｈ中を信号線路である可動電極１０１が移動できる様になっている。可動電極１０１の移動方向をＶ１で示す。
この様な仕組みにすることにより、可動電極を貫く直流バイアス磁界のベクトルや大きさを可変とすることができ、強磁性共鳴周波数を変化させることが可能となる。
【００８２】
この場合、フィルタ特性の中心周波数やチューナブルレンジは、可動電極１０１の変位範囲における直流バイアス磁界Ｈの大きさや、ベクトル依存するため、磁性体１０２の堆積条件による磁化容易軸や、磁性体１０２堆積後の外部磁場による着磁方向は、磁性体１０２から可動電極１０１にむかう方向にする必要がある。また、可動電極１０１が、所望とする直流バイアス磁界Ｈ中を移動するため、可動電極１０１と磁性体１０２との距離や高さ等の相対位置、可動電極１０１と駆動電極１０３との距離、所望の直流バイアス磁界Ｈを発生するための磁性体１０２の厚さや幅等の形状は、要求するチューナブルフィルタ特性に応じて最適化する必要がある。
【００８３】
このように、電気機械フィルタ４００によれば、所定の周波数の信号のみを選択して、出力することができ、且つ所定の周波数を変調可能とすることを可能とする。
電気機械フィルタ４００の製造方法に関しては、実施の形態１における電気機械フィルタ１００、電気機械フィルタ１００ａの製造方法において、磁性薄膜１０２ａをＡｌなどの金属薄膜１０３ａに、金属薄膜１０３ａをＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの磁性薄膜１０２に置き換えるだけで、製造と製造方法の共通化が可能である。
【００８４】
なお、本発明電気機械フィルタを並列または直列に接続した多段フィルタ構成にすることが可能である。
【００８５】
また、磁界発生部として、磁性体１０２の代わりにコイルを形成し、同様の直流バイアス磁界Ｈを発生することができ、ＭＥＭＳ技術による可変インダクタを用いて、直流バイアス磁界Ｈを可変、もしくは交流バイアス磁界とすることも可能である。
【００８６】
また、本実施の形態２では、駆動電極１０３が二つとし、可動電極１０１を水平二方向可動としたが、駆動電極１０３をどちらか片方一つとし、可動電極１０１の移動方向Ｖ１をどちらか一方方向としても良い。
【００８７】
また、本実施の形態２では、駆動電極１０３が二つとし、可動電極１０１を水平二方向可動としたが、駆動電極１０３を複数とし、可動電極１０１の移動方向Ｖ１を複数方向としても良い。
【００８８】
また、カーボンナノチューブを用いることにより、加工性が良好で高精度で微細な梁の形成が容易となる。
【００８９】
（実施の形態３）
図１０（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態３における電気機械フィルタの構成を示す斜視図および断面図である。
図１０（ａ）に示す電気機械フィルタ５００では、表面に絶縁膜１０６が形成された基板１０７上に、ポスト１０４間に架橋された固定電極１１１と、固定電極１１１に信号を入力する信号入力ポートＩＮ、固定電極１１１から信号を外部に出力する信号出力ポートＯＵＴとが設けられている。
【００９０】
固定電極１１１の下方には、固定電極１１１に直流バイアス磁界Ｈを印加する磁性体１０２が設けられている。磁性体１０２は、ステム１０９上に設けられている。磁性体１０２の両側下方には、磁性体１０２を動かす駆動電極１１０が設けられており、磁性体１０２と駆動電極１１０との間の電位差により生ずる静電力により、磁性体１０２回転二方向へ動く様になっている。
【００９１】
実施の形態１や実施の形態２における電気機械フィルタ１００、電気機械フィルタ１００ａ、電気機械フィルタ４００では、直流バイアス磁界Ｈは固定で、可動電極１０１が可動であったのに対し、本実施の形態３における電気機械フィルタ５００では、直流バイアス磁界Ｈが可動で、可動電極１０１を固定電極１１１としている。いずれの場合にもブリッジ状をなすように形成しているが、固定電極１１１の方は、変動を避けるために梁（ビーム）の厚さを厚く形成することができ、また耐久性、信頼性を向上することも可能である。この様に、実施の形態１や実施の形態２における電気機械フィルタ１００、電気機械フィルタ１００ａ、電気機械フィルタ４００の構造や製造方法では実現困難である直流バイアス磁界Ｈの形状と、その中に位置する信号線路である固定電極１１１の相対位置を、構造を変えることにより実現している。
【００９２】
また、前記実施の形態３では、固定電極をブリッジ状に形成したが、固定電極を基板表面に形成した導体パターンで構成し、この上に絶縁性材料からなるステム１０９を形成し、図１０（ａ）および（ｂ）に示したのと同様にステム１０９を支点として可動の磁性体パターンを形成してもよい。
【００９３】
さらにまた、ステム１０９の少なくとも外壁が絶縁性材料で構成されている場合は、ステムに自己整合的に固定電極を形成することにより、フォトリソグラフィ工程の低減をはかるとともに、磁性体パターンに近接して駆動電極（固定電極）を配することができ、静電力を高めるとともに占有面積の低減を図ることができる。
【００９４】
次に、この電気機械フィルタ５００におけるチューナブルフィルタリングの仕組みについて説明する。
図１０（ｂ）は、本発明実施の形態３における電気機械フィルタの構成を示す断面図である。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である。信号入力ポートＩＮより入力された信号は、固定電極１１１に伝搬し、信号出力ポートＯＵＴへ出力される。この場合、磁性体１０２がつくる直流バイアス磁界Ｈ中に可動電極が位置するため、強磁性共鳴現象による信号のフィルタリングがおき、強磁性共鳴周波数によって決まるある特定の周波数の信号のみ信号出力ポートＯＵＴへ伝搬することができる。
【００９５】
本発明電気機械フィルタでは、この信号フィルタリングの機能に加え、チューナブル機能を付加する。フィルタを通過可能な信号の周波数を変調可能とするためには、強磁性共鳴周波数ｆrを可変とする必要があり、そのためには、強磁性共鳴周波数ｆrを示す式１中の直流バイアス磁界Ｈを可変とすれば良い。
【００９６】
図１０（ｂ）に示す様に、磁性体１０２からは直流バイアス磁界Ｈが放射線状に発生している。本発明電気機械フィルタでは、磁性体１０２が可動であるため、その直流バイアス磁界Ｈと信号線路である固定電極１１１の相対位置を可変としている。磁性体１０２の移動方向をＶ２で示す。
【００９７】
図１１は、磁性体１０２が移動した場合の直流バイアス磁界Ｈと固定電極１１１の相対位置を示す図である。固定電極１１１を貫く直流バイアス磁界Ｈのベクトル(方向や大きさ)が変化していることが分かる。
【００９８】
この様な仕組みにすることにより、固定電極を貫く直流バイアス磁界の方向や大きさを可変とすることができ、強磁性共鳴周波数を変化させることが可能となる。
この場合、フィルタ特性の中心周波数やチューナブルレンジは、磁性体１０２の変位範囲における直流バイアス磁界Ｈの大きさや、方向に依存するため、磁性体１０２の堆積条件による磁化容易軸や、磁性体１０２堆積後の外部磁場による着磁方向は、磁性体１０２から固定電極１１１方向にする必要がある。また、固定電極１１１が、所望とする直流バイアス磁界Ｈ中を移動するため、固定電極１１１と磁性体１０２との距離や高さ等の相対位置、所望の直流バイアス磁界Ｈを発生するための磁性体１０２の厚さや幅等の形状は、要求するチューナブルフィルタ特性に応じて最適化する必要がある。
【００９９】
このように、電気機械フィルタ５００によれば、所定の周波数の信号のみを選択して、出力することができ、且つ所定の周波数を変調可能とすることを可能とする。
【０１００】
なお、本発明電気機械フィルタを並列または直列に接続した多段フィルタ構成にすることが可能である。
また、本実施の形態においても、磁界発生部として磁性体１０２の代わりにコイルを形成し、同様の直流バイアス磁界Ｈを発生することができ、ＭＥＭＳ技術による可変インダクタを用いて、直流バイアス磁界Ｈを可変、もしくは交流バイアス磁界とすることも可能である。
【０１０１】
また、本実施の形態３では、駆動電極１１０が二つとし、磁性体１０２を回転二方向可動としたが、駆動電極１１０をどちらか片方一つとし、磁性体１０２の移動方向Ｖ２をどちらか一方方向としても良い。
また、本実施の形態３では、駆動電極１１０が二つとし、磁性体１０２を回転二方向可動としたが、駆動電極１１０を複数とし、磁性体の移動方向Ｖ２を複数方向としても良い。
【０１０２】
（実施の形態４）
図１２（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態４における電気機械フィルタの構成を示す斜視図および断面図である。
【０１０３】
図１２（ａ）に示す電気機械フィルタ６００では、前記実施の形態３の構造において磁性体１０２を更に静電力で水平ニ方向に駆動する駆動電極１１０を付加し、磁性体１０２を回転ニ方向と水平ニ方向とで変位可能とし、変調をより自由度高く高精度に制御可能としたものである。
【０１０４】
すなわち、表面に絶縁膜１０６が形成された基板１０７上に、ポスト１０４間に架橋された可動電極１０１と、この可動電極１０１に信号を入力する信号入力ポートＩＮ、可動電極１０１から信号を外部に出力する信号出力ポートＯＵＴとが設けられている。
可動電極１０１の下方には、可動電極１０１に直流バイアス磁界Ｈを印加する磁性体１０２が設けられている。磁性体１０２は、ステム１０９上に設けられている。磁性体１０２の両側下方には、磁性体１０２を動かす駆動電極１１０が設けられており、磁性体１０２と駆動電極１１０との間の電位差により生ずる静電力により、磁性体１０２回転二方向へ動く様になっている。
【０１０５】
一方、固定電極１１１の両側には、駆動電極１１０を挟む形で駆動電極１０３が設けられており、可動電極１１０と駆動電極１０３との間の電位差により生ずる静電力により、可動電極１１０が水平二方向へ動く様になっている。駆動電極１０３は、可動電極１０１に所望の駆動力を与えるため、可動電極１１０と相対的に最適化された位置に設けるため、スペーサ１０８を介して基板１０７上に設けられている。
【０１０６】
このように、実施の形態１や実施の形態２、および実施の形態３における電気機械フィルタ１００、電気機械フィルタ１００ａ、電気機械フィルタ４００、電気機械フィルタ５００では、直流バイアス磁界Ｈ、もしくは信号線路となる可動電極１０１および固定電極１１１どちらか一方が可動であったのに対し、本実施の形態４における電気機械フィルタ６００では、直流バイアス磁界Ｈ、可動電極１０１とも可動としている。この様に、実施の形態１や実施の形態２、および実施の形態３における電気機械フィルタ１００、電気機械フィルタ１００ａ、電気機械フィルタ４００、電気機械フィルタ５００の構造や製造方法では実現困難である直流バイアス磁界Ｈの形状と、その中に位置する信号線路である可動電極１０１、磁性体１０２の相対位置を、構造を変えることにより実現している。
【０１０７】
次に、この電気機械フィルタ６００におけるチューナブルフィルタリングの仕組みについて説明する。
図１２（ｂ）は、本発明実施の形態４における電気機械フィルタの構成を示す断面図である。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である。信号入力ポートＩＮより入力された信号は、可動電極１０１に伝搬し、信号出力ポートＯＵＴへ出力される。この場合、磁性体１０２がつくる直流バイアス磁界Ｈ中に可動電極が位置するため、強磁性共鳴現象による信号のフィルタリングがおき、強磁性共鳴周波数によってある周波数の信号が吸収され、残る特定の周波数の信号のみ信号出力ポートＯＵＴへ伝搬することができる。
【０１０８】
本発明電気機械フィルタでは、この信号フィルタリングの機能に加え、チューナブル機能を付加する。フィルタを通過可能な信号の周波数を変調可能とするためには、強磁性共鳴周波数ｆrを可変とする必要があり、そのためには、強磁性共鳴周波数ｆrを示す式１中の直流バイアス磁界Ｈを可変とすれば良い。
【０１０９】
図１２（ｂ）に示す様に、磁性体１０２からは直流バイアス磁界Ｈが放射線状に発生している。本発明電気機械フィルタでは、磁性体１０２が可動であるため、その直流バイアス磁界Ｈと信号線路である可動電極１０１の相対位置を可変としている。磁性体１０２の移動方向をＶ２で示す。
また、本発明電気機械フィルタでは、その直流バイアス磁界Ｈ中を信号線路である可動電極１０１が同時に移動できる様になっている。可動電極１０１の移動方向をＶ１で示す。
【０１１０】
１０は、磁性体１０２と可動電極１０１が移動した場合の直流バイアス磁界Ｈと可動電極１０１の相対位置を示す図である。図１３と図１２（ｂ）との比較から、可動電極１０１を貫く直流バイアス磁界Ｈのベクトルや大きさが変わっていることが分かる。
この様な仕組みにすることにより、固定電極を貫く直流バイアス磁界のベクトルや大きさを可変とすることができ、強磁性共鳴周波数を変化させることが可能となる。
【０１１１】
この場合、フィルタ特性の中心周波数やチューナブルレンジは、磁性体１０２や可動電極１０１の変位範囲における直流バイアス磁界Ｈの大きさや、ベクトル依存するため、磁性体１０２の堆積条件による磁化容易軸や、磁性体１０２堆積後の外部磁場による着磁方向は、磁性体１０２から可動電極１０１方向にする必要がある。また、可動電極１０１が、所望とする直流バイアス磁界Ｈ中を移動するため、可動電極１０１と磁性体１０２との距離や高さ等の相対位置、所望の直流バイアス磁界Ｈを発生するための磁性体１０２の厚さや幅等の形状は、要求するチューナブルフィルタ特性に応じて最適化する必要がある。
このように、電気機械フィルタ６００によれば、所定の周波数の信号のみを選択して、出力することができ、且つ所定の周波数を変調可能とすることを可能とする。
【０１１２】
なお、本発明電気機械フィルタを並列または直列に接続した多段フィルタ構成にすることが可能である。
また、磁界発生部として、磁性体１０２の代わりにコイルを形成し、同様の直流バイアス磁界Ｈを発生することができ、ＭＥＭＳ技術による可変インダクタを用いて、直流バイアス磁界Ｈを可変、もしくは交流バイアス磁界とすることも可能である。
【０１１３】
また、本実施の形態４では、駆動電極１１０が二つとし、磁性体１０２を回転二方向可動としたが、駆動電極１１０をどちらか片方一つとし、磁性体１０２の移動方向Ｖ２をどちらか一方方向としても良い。
【０１１４】
また、本実施の形態４では、駆動電極１０３二つとし、可動電極１０１を水平二方向可動としたが、駆動電極１０３をどちらか片方一つとし、可動電極１０１の移動方向Ｖ１をどちらか一方方向としても良い。
【０１１５】
また、本実施の形態４では、駆動電極１１０が二つとし、磁性体１０２を回転二方向可動としたが、駆動電極１１０を複数とし、磁性体の移動方向Ｖ２を複数方向としても良い。
また、本実施の形態４では、駆動電極１０３が二つとし、可動電極１０１を水平二方向可動としたが、駆動電極１０３を複数とし、可動電極１０１の移動方向Ｖ１を複数方向としても良い。
【０１１６】
（実施の形態５）
図１４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。
以上の実施の形態では、１本の信号線路を伝搬する信号を強磁性共鳴により特定周波数のものだけストップし、出力するものについて説明したが、本実施の形態では、入力信号の誘導起電力により、信号の変調を実現するものである。
すなわち、信号線路としての固定電極１１１の周りに高周波電流による高周波磁界を生成し、この高周波磁界によって磁性体１０２中に励起されるスピンの歳差運動を励起し、強磁性共鳴現象により、磁性体１０２中の歳差運動の角度が最大となるのを利用し、これらの信号線路の磁界と、磁性体１０２のスピンの歳差運動による磁界を受けることのできる領域に出力用の信号線路となる固定電極１１２を配置し、共鳴によって生じる、誘導起電力が所定の大きさ以上のときのみ、信号が、信号出力ポートＯＵＴへ伝搬することができるようにしたもので、これによりバンドパスフィルタを形成する。
【０１１７】
図１４に示す電気機械フィルタ７００では、表面に絶縁膜１０６が形成された基板１０７上に、固定電極１１１と、信号を入力する信号入力ポートＩＮが設けられている。固定電極１１１の上方には、磁性体１０２が設けられており、磁性体１０２は、ステム１０９上に設けられている。磁性体１０２の両側下方には、磁性体１０２を変位させるための駆動電極１１０が設けられており、磁性体１０２と駆動電極１１０との間の電位差により生ずる静電力により、磁性体１０２回転二方向へ動く様になっている。磁性体１０２の上方には、ポスト１０４間に架橋された固定電極１１２と、固定電極１１２から信号を外部に出力する信号出力ポートＯＵＴとが設けられている。磁性体１０２を固定電極１１１、１１２で挟む形で構成されており、固定電極１１２は、固定電極１１１と直交する様に配置されている。
【０１１８】
次に、この電気機械フィルタ７００におけるチューナブルフィルタリングの仕組みについて説明する。
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である。信号入力ポートＩＮより入力された信号は、固定電極１１１に伝搬し、固定電極１１１の周りに高周波電流による高周波磁界を発生する。この高周波磁界により、磁性体１０２中にスピンの歳差運動が励起される（キッテルモード）。このモードのつくる磁界により、固定電極１１２に誘導起電力が生じる。磁性体１０２の強磁性共鳴周波数の信号が入力されたときのみ、強磁性共鳴現象が起こり、磁性体１０２中の歳差運動の角度が最大となり、誘導起電力の大きさも最大となる。よって、信号のフィルタリングがおき、強磁性共鳴周波数によって決まるある特定の周波数の信号のみ信号出力ポートＯＵＴへ伝搬することができる。
【０１１９】
本発明電気機械フィルタでは、この信号フィルタリングの機能に加え、チューナブル機能を付加する。フィルタを通過可能な信号の周波数を変調可能とするためには、強磁性共鳴周波数ｆrを可変とする必要があり、そのためには、強磁性共鳴周波数ｆrを示す式１中の直流バイアス磁界Ｈを可変とすれば良い。
磁性体１０２からは直流バイアス磁界Ｈが放射線状に発生している。本発明電気機械フィルタでは、磁性体１０２が可動であるため、その直流バイアス磁界Ｈと信号線路である固定電極１１１の相対位置を可変としている。磁性体１０２の移動方向をＶ２で示す。
【０１２０】
この様な仕組みにすることにより、固定電極を貫く直流バイアス磁界のベクトルや大きさを可変とすることができ、強磁性共鳴周波数を変化させることが可能となる。
この場合、フィルタ特性の中心周波数やチューナブルレンジは、磁性体１０２の変位範囲における直流バイアス磁界Ｈの大きさや、方向に依存するため、磁性体１０２の堆積条件による磁化容易軸や、磁性体１０２堆積後の外部磁場による着磁方向は、磁性体１０２から固定電極１１１に向かう方向にする必要がある。また、固定電極１１１が、所望とする直流バイアス磁界Ｈ中を移動するため、固定電極１１１と磁性体１０２との距離や高さ等の相対位置、所望の直流バイアス磁界Ｈを発生するための磁性体１０２の厚さや幅等の形状は、要求するチューナブルフィルタ特性に応じて最適化する必要がある。
【０１２１】
このように、本実施の形態の電気機械フィルタ７００によれば、所定の周波数の信号のみを選択して、出力することができ、且つ所定の周波数を変調可能とすることを可能とする。
【０１２２】
なお、本実施の形態では、磁性体１０２に対し軸方向の回転を実現するようにしたが、ステムを基板表面に垂直に形成した細いポール状にし、このポールを支点として全方向に回転可能に形成することも可能である。
この場合、磁性体１０２はポールを中心とする円形パターンであるのが望ましい。
さらにまた、駆動電極としての固定電極についても、ポールの周りに多数個配列し、各固定電極の電位を制御することにより磁性体１０２の回動を制御することも可能である。
【０１２３】
また、電気機械フィルタ７００では、固定電極１１１に入力される信号がつくる磁界により、直接的に誘導起電力が固定電極１１２に励起されることを防ぐため、固定電極１１１と固定電極１１２を直交する様に配置したが、固定電極１１１と固定電極１１２を、相関が起こらない間隔を隔てて平行に配置した電気機械フィルタも可能である。
１２は、本発明の実施の形態５における電気機械フィルタの変形例の構成を示す斜視図である。
【０１２４】
１２）に示す電気機械フィルタ８００では、表面に絶縁膜１０６が形成された基板１０７上に、固定電極１１１と、信号を入力する信号入力ポートＩＮが設けられている。固定電極１１１の上方には、磁性体１０２が設けられており、磁性体１０２は、シリコンなどで形成されたステム１０９上に設けられている。磁性体１０２の両側下方には、磁性体１０２を動かす駆動電極１１０が設けられており、磁性体１０２と駆動電極１１０との間の電位差により生ずる静電力により、磁性体１０２回転二方向へ動く様になっている。固定電極１１２は、磁性体１０２の下方で、固定電極１１１と固定電極１１１から生ずる磁界の影響を受けない程度の間隔を空けて平行に配置されている。固定電極１１２からは、信号を外部に出力する信号出力ポートＯＵＴが設けられている。
【０１２５】
次に、この電気機械フィルタ８００におけるチューナブルフィルタリングの仕組みについて説明する。
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である。信号入力ポートＩＮより入力された信号は、固定電極１１１に伝搬し、固定電極１１１の周りに高周波電流による高周波磁界を発生する。この高周波磁界により、磁性体１０２中にスピンの歳差運動が励起される（キッテルモード）。すると、スピン波が固定電極１１１側から固定電極１１２側へと伝搬し、固定電極１１２側では、このモードのつくる磁界により、固定電極１１２に誘導起電力が生じる。磁性体１０２の強磁性共鳴周波数の信号が入力されたときのみ、強磁性共鳴現象が起こり、磁性体１０２中の歳差運動の角度が最大となり、誘導起電力の大きさも最大となる。よって、信号のフィルタリングがおき、強磁性共鳴周波数によって決まるある特定の周波数の信号のみ信号出力ポートＯＵＴへ伝搬することができる。
【０１２６】
本発明電気機械フィルタでは、この信号フィルタリングの機能に加え、チューナブル機能を付加する。フィルタを通過可能な信号の周波数を変調可能とするためには、強磁性共鳴周波数ｆrを可変とする必要があり、そのためには、強磁性共鳴周波数ｆrを示す式１中の直流バイアス磁界Ｈを可変とすれば良い。
磁性体１０２からは直流バイアス磁界Ｈが放射線状に発生している。本発明電気機械フィルタでは、磁性体１０２が可動であるため、その直流バイアス磁界Ｈと信号線路である固定電極１１１の相対位置を可変としている。磁性体１０２の移動方向をＶ２で示す。
【０１２７】
この様な仕組みにすることにより、固定電極を貫く直流バイアス磁界のベクトルや大きさを可変とすることができ、強磁性共鳴周波数を変化させることが可能となる。
この場合、フィルタ特性の中心周波数やチューナブルレンジは、磁性体１０２の変位範囲における直流バイアス磁界Ｈの大きさや、ベクトル依存するため、磁性体１０２の堆積条件による磁化容易軸や、磁性体１０２堆積後の外部磁場による着磁方向は、磁性体１０２から固定電極１１１方向にする必要がある。また、固定電極１１１が、所望とする直流バイアス磁界Ｈ中を移動するため、固定電極１１１と磁性体１０２との距離や高さ等の相対位置、所望の直流バイアス磁界Ｈを発生するための磁性体１０２の厚さや幅等の形状は、要求するチューナブルフィルタ特性に応じて最適化する必要がある。
【０１２８】
このように、電気機械フィルタ８００によれば、所定の周波数の信号のみを選択して、出力することができ、且つ所定の周波数を変調可能とすることを可能とする。
なお、本発明電気機械フィルタを並列または直列に接続した多段フィルタ構成にすることが可能である。
また、磁界発生部として磁性体１０２の代わりにコイルを形成し、同様の直流バイアス磁界Ｈを発生することができ、ＭＥＭＳ技術による可変インダクタを用いて、直流バイアス磁界Ｈを可変、もしくは交流バイアス磁界とすることも可能である。
また、本実施の形態５では、駆動電極１１０が二つとし、磁性体１０２を回転二方向可動としたが、駆動電極１１０をどちらか片方一つとし、磁性体１０２の移動方向Ｖ２をどちらか一方方向としても良い。
【０１２９】
また、本実施の形態５では、駆動電極１１０が二つとし、磁性体１０２を回転二方向可動としたが、駆動電極１１０を複数とし、磁性体の移動方向Ｖ２を複数方向としても良い。
【０１３０】
なお、以上説明してきたように、本発明の電気機械フィルタは、小型でかつ消費電力の少ない変調可能な電気機械フィルタを提供することができるもので、ディスクリート素子として有効であることはいうまでもないが、他の回路素子とともに集積化可能であり、伝送損失が少なく小型で信頼性の高いフィルタを備えた半導体集積回路装置を提供することも可能である。
【０１３１】
また、前記各実施の形態では基板表面に梁を形成し、可動電極を形成する例について説明したが、いずれにおいても、基板に所望の断面形状のトレンチを形成し、このトレンチ上に梁を残しこれを可動部とするなどの構成も可能である。このような構成は、シリコンの異方性エッチングを用いて形成するなどにより容易に実現可能である。
【０１３２】
さらにまた、前記各実施の形態では、シリコン基板のみならず、ＧａＡｓなどの化合物半導体基板など、使用する基板に適合するように電極材料あるいは磁性膜材料を選択すればよく、他の回路素子との集積化は極めて容易である。また、基板表面を覆う絶縁膜１０６およびスペーサとなる絶縁膜については、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜あるいはこれらの積層膜でもよい。
また、カーボンナノチューブについても各実施の形態で適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明に係る電気機械フィルタは、磁性体、もしくは信号線路となる電極を可動とすることにより、電極を貫く直流バイアス磁界の方向や大きさを可変にすることができ、強磁性共鳴周波数を可変にすることによりチューナブル機能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】
【０１３４】
【図１】（ａ）本発明実施の形態１における電気機械フィルタの構成を示す斜視図、（ｂ）本発明実施の形態１における電気機械フィルタの構成を示す断面図、
【図２】本発明実施の形態１における電気機械フィルタのチューナブルフィルタリング特性を示す図であり、（ａ）はバンドストップ特性を示す図、（ｂ）はバンドパス特性を示す図
【図３】（ａ）図１の電気機械フィルタの変形例を示す斜視図、（ｂ）図１の電気機械フィルタの変形例を示す断面図
【図４】二つの磁性体１０２によって形成される直流バイアス磁界Ｈの発生パターンのシミュレーション結果を示す図
【図５】x=0μmの位置におけるz方向の各位置に対する直流バイアス磁界Ｈの強さを示す図
【図６】図４のz=110μmの位置における、x方向の各位置に対する直流バイアス磁界Ｈの強さを示す図
【図７】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
【図８】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
【図９】（ａ）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、（ｂ）本発明実施の形態２における電気機械フィルタの構成を示す断面図、
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態３における電気機械フィルタの構成を示す斜視図、（ｂ）本発明実施の形態３における電気機械フィルタの構成を示す断面図
【図１１】（ｃ）磁性体が移動した場合の直流バイアス磁界と固定電極の相対位置を示す図
【図１２】（ａ）本発明の実施の形態４における電気機械フィルタの構成を示す斜視図、（ｂ）本発明実施の形態４における電気機械フィルタの構成を示す断面図
【図１３】磁性体と可動電極が移動した場合の直流バイアス磁界と可動電極の相対位置を示す図
【図１４】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１５】本発明実施の形態５における電気機械フィルタの変形例の構成を示す斜視図
【符号の説明】
【０１３５】
１００、１００ａ、４００、５００、６００、７００、８００  電気機械フィルタ
１０１  可動電極
１０２  磁性体
１０３、１１０  駆動電極
１０４  ポスト
１０５、１０８  スペーサ
１０６  絶縁膜
１０７  基板
１０９  ステム
１１１、１１２  固定電極
【図１】
2005176318.tif 000005
【図２】
2005176318.tif 000006
【図３】
2005176318.tif 000007
【図５】
2005176318.tif 000008
【図６】
2005176318.tif 000009
【図７】
2005176318.tif 000010
【図８】
2005176318.tif 000011
【図９】
2005176318.tif 000012
【図１０】
2005176318.tif 000013
【図１１】
2005176318.tif 000014
【図１２】
2005176318.tif 000015
【図１３】
2005176318.tif 000016
【図１４】
2005176318.tif 000017
【図１５】
2005176318.tif 000018
【図４】
2005176318.tif 000019