(57)【要約】【課題】液体金属マイクロスイッチを含む様々なマイクロスイッチとともに利用することのできる平面インダクタを提供する。【解決手段】本発明に係る平面インダクタは、デバイス基板（１５０、１６０）と、前記デバイス基板の一部分によって少なくとも部分的に画定され、少なくとも一つの略螺旋形の形状を持ち、実質的に平行な複数のチャネル区分を含むインダクタチャネル（１０５）と、前記インダクタチャネル中に配置された液体導体（１１０）と、を備えることを特徴とするものである。【選択図】図１Ａ
2007142405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス基板と、
前記デバイス基板の一部分によって少なくとも部分的に画定され、少なくとも一つの略螺旋形の形状を持ち、実質的に平行な複数のチャネル区分を含むインダクタチャネルと、
前記インダクタチャネル中に配置された液体導体と、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記インダクタチャネルの表面に少なくとも部分的に露出した少なくとも１つの電極を更に備え、前記電極の少なくとも１つが、前記液体導体を他の回路素子へと結合するように作用することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記インダクタチャネルの表面から少なくとも部分的に露出した前記少なくとも１つの電極が、複数の電極を更に備え、前記複数の電極の少なくとも２つが、前記インダクタチャネル中に配置された前記液体導体のインダクタンスを変えられるよう交互に選択可能になっていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記インダクタチャネルの表面付近に配置され、前記インダクタチャネルの前記表面の少なくとも一部分のぬれ性に影響を与えるように構成された少なくとも１つの電極を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記デバイス基板に結合する第二のデバイス基板を更に備え、前記第二のデバイス基板の一部分が前記インダクタチャネルを更に画定するものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記インダクタチャネルの少なくとも一部分の下に位置するエッチング領域を更に備え、前記エッチング領域が前記デバイス基板及び前記デバイス基板に結合する第二のデバイス基板のうちの少なくとも一方に形成されたものであり、前記エッチング領域が前記デバイス基板及び前記第二のデバイス基板の少なくとも一方の周辺領域よりも高い抵抗を持っていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記液体が更に、導電性液体、液体金属及び液体金属合金のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
第一の基板を設けることと、
前記第一の基板にインダクタチャネルの少なくとも一部分を形成することであって、前記インダクタチャネルが更に、少なくとも１つの略螺旋形の形状と、複数の実質的に平行なチャネル区分とを含むようにインダクタチャネルの少なくとも一部分を形成することと、
前記インダクタチャネルの少なくとも一部分へと液体を配置することと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項９】
前記液体を前記インダクタチャネルの前記少なくとも一部分へと配置することが、
前記液体を前記インダクタチャネルの表面に電気メッキすること、
前記インダクタチャネルの前記表面に蒸気を凝結すること、及び、
前記インダクタチャネル中に前記液体の一部分を注入すること、
のうち、少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記液体が更に、導電性液体、液体金属及び液体金属合金のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記インダクタチャネル中へと少なくとも部分的に延びている少なくとも１つの電極を形成することを更に含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面インダクタに関し、特に液体金属ＭＥＭＳ技術を用いた平面インダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８０年代にマイクロマシニング技術及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）が導入されて以来、多くの種類の機械的作動法が模索されて来た。異なる作動法及び設計技術を用いて多種多様な微小機械式スイッチ（マイクロスイッチ）が開発されている。多くのマイクロスイッチデザインにおいては、固体−固体接触スイッチが用いられており、スイッチ接触部の磨耗や信号の跳ね返り等のように、大型機械式スイッチにおける問題と同じ問題を幾つか抱えている。様々な液体金属マイクロスイッチ構造が導入されており、それらの構造の違いには、スイッチを作動する（例えば液体金属滴又は小塊(slug)を動かす）ための機構、スイッチに液体金属を装填するためのデバイス及び技術、そして製造技術が含まれる。液体金属マイクロスイッチを含む様々なマイクロスイッチ技術の開発においては著しい努力が払われて来たが、これらのデバイスと共に利用する他の回路部品の開発にはあまり注目が払われていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＭＥＭＳデバイスの設計及び製造技術を用い、液体金属インダクタを形成することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る液体金属ＭＥＭＳ技術を用いた平面インダクタは、デバイス基板と、前記デバイス基板の一部分によって少なくとも部分的に画定され、少なくとも一つの略螺旋形の形状を持ち、実質的に平行な複数のチャネル区分を含むインダクタチャネルと、前記インダクタチャネル中に配置された液体導体と、を備えることを特徴とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下に、本発明を実施する上で最良と考えられる実施態様の詳細な説明を示す。この説明は本発明を例示することを意図したものであり、制約するものと解釈するべきではない。
【０００６】
本願全体を通じ、当業者には周知の様々なＭＥＭＳデバイス製造プロセス及び技術について触れる。これらのプロセス及び技術の多くは、例えばフォトリソグラフィー技術、薄膜蒸着及び成長技術、エッチングプロセス等の半導体デバイス製造技術から流用したものである一方で、その他の技術はＭＥＭＳアプリケーション向けに特別に開発及び／又は改良されたものである。加えて、本願で説明するデバイス及び技術は、インダクタ中に液体金属を用いることに焦点を当てている。液体金属の例としては、水銀、ガリウム合金及びインジウム合金（例えばガリンスタン、即ちガリウムインジウム錫（ＧａＩｎＳｎ））が含まれる。他の好適な液体金属の例（例えば許容される導電性、安定性及び表面張力特性を持つもの）は、当業者に周知である。更に他の例においては、本願に記載のデバイス及び技術を、他の導電性の液体と共に用いてインダクタを製作することも可能である。
【０００７】
図１Ａ〜図４Ｃは液体金属インダクタの幾つかの異なる実施形態と、インダクタの形成及びインダクタ中への液体金属の移送に用いられる実施形態に対応した特徴を示すものである。図示した例の各々においては、インダクタ空洞はこの空洞の形成後に液体金属によって満たされるように設計されている。多くの場合、空洞の形成は２つの別個の構造体がボンディングにより接合されるまでは完成しないものである。例えば、様々な電極、ヒーター、絶縁体、空洞部分、及び他の回路／ＭＥＭＳデバイスを、従来の半導体プロセス技術を用いて第一の半導体ウエハ（シリコン等）上に製作することができる。空洞構造体の残りの部分（空洞の屋根、蓋、又は囲い等）は第二のウエハ上に製作し、これら２つのウエハを位置合わせ及びボンディングして完全な構造体とすることができる。陽極接合、融着、ガラスフリット接合、接着剤接合、共晶接合、マイクロ波接合、熱圧着及びはんだ接合などの多数の周知のウエハボンディング技術を利用することができる。本発明に基づく例では、２つの別個の接合層から成るデバイスについて説明しているが、単一ウエハ上であっても十分に封止されたインダクタ空洞を形成することは可能であり、従って本願に記載されたデバイス及び技術も同様の適用可能性を持っている。
【０００８】
図１Ａは液体金属インダクタ１００の部分上面図であり、図１Ｂはその断面図を示している。液体金属インダクタ１００は２つの別個の材料層１５０及び１６０から形成されている。この場合、材料層１５０及び１６０の各々は、ボンディングされた別個のウエハ（又はその一部分）である。図示の便宜上、液体金属インダクタの搭載及び作動に用いる様々な追加電極、孔、回路等といった数々の構造体及び特徴部分は、図から省略されている。液体金属インダクタ１００は、概ね螺旋形をしたチャネル、即ち空洞１０５に液体金属又は他の十分な導電性を持つ液体を充填することにより形成される。本例においては、この螺旋形状は、複数の平行及び垂直な（又は少なくともほぼ平行及び垂直な）チャネル区分により形作られており、これらが全体として１本の連続するチャネルを形成している。このチャネルのほぼ螺旋の形状により、チャネル区分の多くは長さが異なっており、また、様々なコーナー形状及び特徴を持ったものを作ることができる。本発明に基づく一実施形態においては、液体金属インダクタ１００は液体金属マイクロスイッチと共に用いられるもので、従ってインダクタは同種の液体金属材料を用いて作ることができる。液体金属１１０はインダクタチャネル１０５を満たし、２つの端部において電極１１５及び１２０と電気的に接触している。電極１１５及び１２０は、要望に応じて他の回路素子（図示せず）と適当に結合されている。例えば、材料層１６０中の追加金属トレースにより、インダクタ１００を他の受動及び／又は能動回路部品と電気的に接続することができる。以下にさらなる詳細を説明するように、液体金属インダクタ１００のインダクタンスは、一般にチャネルの屈曲数、サイズ及び形状、使用する液体金属タイプ、そして周囲材料の特性（誘電特性等）に依存する。
【０００９】
電極１１５及び１２０は、チャネル１０５中へと少なくとも部分的に延びており、液体金属１１０と電気的に接触するように形成されている。電極１１５及び１２０は、周囲の材料や製造技術と両立するあらゆる適当な導体から作ることができる。例えば、液体金属１１０のための材料の選択によっては、その液体金属によって容易に吸収されたり、これと融合したりしないような特定の導体を電極１１５及び１２０のために選択する必要がある。加えて、電極１１５及び１２０は、チャネルの幅及び特定の形状に対して特定のサイズを持つものとして描かれているが、当業者には明らかなように、これらは様々なサイズ及び形状に形成することができる。一般に電極がインダクタの液体金属の集まりへと適切な電気的結合を作るものである限りにおいては、これらはその目的を果たすものである。
【００１０】
液体金属インダクタ１００は更に材料層１５０中に形成された注入口１２５及び通気孔１３０を、チャネル１０５の一部分として、又はこれに接続するものとして含んでいる。これらの特徴的部分は、液体金属をチャネル１０５へと導入し、チャネル長全体にわたって移送することができるようにするためのものである。流体チャネル１０５は液体金属を導入及び移送することができる経路を提供する。これらのチャネル又は空洞は、一般に注入口１２５と通気孔１３０を除き、全ての側面が壁で囲まれている。当業者には周知のように、液体金属１１０をチャネル１０５中に設けるために多様な技術（蒸着、ノズル注入等）を利用することが可能であり、このプロセスを容易にするために様々な追加デバイス部分（追加通気孔、装填容器、ヒーター等）を含ませることができる。従ってそのデザインと製造法の選択に応じ、液体金属インダクタ１００への液体金属の装填は、材料層１５０及び１６０の接合の前又は後に実施することができる。
【００１１】
本発明に基づく液体金属インダクタの実施形態の多くは、液体金属のデバイスへの装填に通気孔構造体を利用したものであるが、本発明に基づく一部の実施形態においては、通気孔を利用する必要がなく、従って通気孔１３０の無い液体金属インダクタ１００を形成することが可能である。チャネル１０５へと液体金属を装填するプロセスは、空洞へと接続する別の通気孔が無いことを考慮して設計することができる。一例においては、チャネル１０５が減圧され、これによりチャネル中の気体の一部又は全てが除去される。デバイス全体（接合されたウエハ）、又は閉鎖されたデバイス部分（少なくとも注入口１２５を囲む、マニホールドにより画定される部分）が、これも減圧下にある液体金属槽にさらされる。次に液体金属槽の圧力が引き上げられ（大気圧へと戻される等）、チャネルに沿って作られる圧力勾配によって液体金属がチャネル１０５中へと押し込まれる。この圧力勾配は、通気孔の必要性を生じずに液体金属を空洞へと押し込むことができる。
【００１２】
チャネル１０５に適当な量の液体金属を充填する処理の間に適切な圧力勾配を提供するために１つ以上の通気孔を使う実施形態においては、例示されているように通気孔をデバイスの注入口１２５と同じ側（同じ材料層の一部分）に開けることができ、又はデバイスの反対側に（例えば材料層１６０を貫通させて）設けることができる。通気孔１３０は、インダクタへの充填処理中、又はその後の作業中に液体金属が通気孔１３０から漏れてしまう可能性を少なくするために、一般にチャネル１０５よりも（少なくともその断面積において）小さくなっている。よって通気孔１３０がチャネル１０５と接する地点における断面積が小さくなっていることから、表面にぬれ性が無いことを前提とすると、チャネルの液体金属容量を通気孔１３０中へと、そしてこれを通気孔１３０から押し出すには、相当な圧力が一般に必要である。とは言え当業者であれば明らかなように、比較的小さな通気孔であっても、チャネル充填処理に適当な圧力勾配を提供することができる。
【００１３】
加えて、インダクタへと液体金属を装填した後、注入口１２５及び／又は通気孔１３０に栓をする、又はこれを封止することが望ましい、又は必要な場合がある。このような栓は液体金属の蒸発及び汚染を防ぐ上での助けとなる。いくつかのの実施形態においては、インダクタに用いたものと同じ液体金属を単体で、又は他の材料との合金にして栓として利用することができる。他の実施形態においては、半固体、又は非常に高い粘度を持つ材料（ワックス、ガラス等）、はんだ、又はボンディングしたキャップ層も利用可能である。更に他の実施形態においては、注入口／通気孔に栓をするために材料を析出させること（化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、及び原子層蒸着（ＡＬＤ）又は他の析出技術等による）ができる。
【００１４】
従って、適当な量の液体金属をインダクタのチャネル中に配置するために、多くの異なる技術が利用可能である。上述した液体金属を装填するためのこれらのデバイス及び技術の更なる例は、本願の出願人に譲渡された米国特許出願第１１／１３０，８４６号に記載されている。本発明に基づく他の技術においては、特別に形成された受容面上に液体金属（例えばインジウム薄膜上に水銀）が電気めっきされる。本発明に基づく更に別の技術においては、特別な核形成サイト上に液体金属蒸気（例えば金の核形成サイト上に水銀蒸気）が選択された濃縮率で析出される。更に他の技術においては、液体金属はノズルを通じて表面上に吐出される。更に他の技術においては、使用される金属は、一般に装填時に限り液体状態である。例えば、デバイスは、その金属又は合金が液体状態にある通常動作温度よりも高い温度で、装填される。インダクタのチャネルへの装填が終わると、液体金属は冷やされて金属が所定位置に固まる。
【００１５】
図示した流体チャネルと通気孔の形状もまた、いくつかのパラメータに応じて変化する。これらの経路は種々の異なる長さ、断面形状、断面積等となり得る。経路は一般に対応するインダクタ空洞のいずれかの所望の面に結合させることができる。経路は真っ直ぐなもの（スルーホール又はビア）でも、１又は複数の（様々な角度の）曲げがあるものでも、又は湾曲又は曲線状のものであっても良い。図１Ａ及び図１Ｂに示した経路は、概ね同一平面内にあるが、しかし必ずしもそうである必要は無い。換言すると、当業者であれば明らかなように、本願に記載の通気孔及び流体チャネルの形状、サイズ及び位置には、多数のバリエーションが存在する。
【００１６】
チャネル１０５中での液体金属１１０の位置を制御することは、インダクタ１００の適正な動作にとって重要であるため、チャネル１０５の異なる部分のぬれ性を制御するために様々な材料の特徴、デバイス及び技術を用いることにより、液体金属の流動性に影響を与えることができる。例えば、チャネル１０５の１又は複数の表面に、液体金属１１０とチャネル１０５間の接触角度を変化させる及び／又は画定する１つ以上の特定域を含ませることができる。時にぬれ角度とも呼ばれるこの接触角度は、固体を液体によりぬらす場合の定量的なものさしである。この角度は、液体、気体及び固体がぶつかる三相境界において液体により形成される角度として幾何学的に定義される。接触角度は液体の表面張力及び基板の表面自由エネルギーの関数である。一般に、導電性液体と、これと接触する表面との間の接触角度は、０°〜１８０°の範囲であり、これは液滴を形成する材料と、その液滴が接触する表面の材料とに依存するものであり、特にその液体の表面張力に関係する。液滴が相対的に非ぬれ性、又は低ぬれ性であるとされる表面と接触した場合、大きい接触角度となる。よりぬれ性の高い表面の場合、よりぬれ性の低い表面よりも小さい接触角度となる。中間の接触角度は、液滴が接触する表面を覆う材料の選択により決まるものであり、これは一般に、それぞれ非ぬれ性、そしてぬれ性の表面に対応する大きい接触角度と小さい接触角度の間にある角度である。
【００１７】
例えば、液体金属１１０が容易に注入口１２５付近へと移動しないようにしておくことが望ましい場合がある。従って、チャネル１０５の部分をぬれ性、非ぬれ性、又は中間接触角度となるように画定すればよい。チャネル１０５の注入口１２５付近の部分を低、又は非ぬれ性とすることにより、液体金属１１０がこの領域に入り込むこと、そして万が一チャネル外に漏れてしまうこと、又は気泡が液体金属中へと入り込む（例えば、液体金属を２つ以上の部分に分離してしまう）可能性が増すことを防止することができる。当該分野では知られているように、表面ぬれ性は、表面材料、表面特性を注意深く選択することにより、そしてエレクトロウエッティング等（以下により詳細を説明する）の他の技術を利用することにより、少なくとも部分的に制御することができる。例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）又は窒化シリコン（ＳｉＮ）等の様々な誘電体、金属及び他の材料を表面ぬれ性の制御に利用することができる。流体経路の幾つかの位置においては、局所的にぬれ性を持つ領域を作っておき、特定の時点（液体金属の充填時等）に液体金属の動きを促進することが望ましい場合もある。この結果、特定の位置（図示せず）は、ぬれ性の表面コーティング及び／又はぬれ性を強化する他のデバイス部分（以下に述べる電極１３５等で、エレクトロウエッティングに利用される）を含む場合がある。少なくともデバイス中に用いられる液体金属に対しての制御されたぬれ性は、インダクタ中に用いられる液体金属について所望の毛管力（例えば誘電体表面は一般に液体金属に対して非ぬれ性である一方、金属表面はぬれ性である）、及び所望の接触角度を確立するのに役立つ。
【００１８】
電極１３５は一般に、例えば介在する絶縁層等を用いて液体金属１１０との直接的な電気的接触から絶縁されており、これらは例えば液体金属を装填するためのエレクトロウエッティングのために使われるもので、液体金属の移動の制約等をするためのものである。エレクトロウエッティング効果の説明をすると、液滴を非ぬれ性表面に置くと液滴は大きい接触角度を維持する。液滴が分極性を持っている、及び／又は少なくともわずかに導電性である場合、液滴と液滴の下にある絶縁された電極との間に印加された電位により、液滴が乗っている表面とその液滴との間の接触角度が小さくなる。液滴の接触角度が小さくなると、その表面に対するぬれ性が向上する。接触角度が小さくなるのは、静電気力が液滴／絶縁体／電極システムにおける静電容量及び蓄積エネルギーを増大させようとするためである。その効果は、印加電圧（および電極構成）、絶縁体パラメータ（厚さ、誘電率等）及び液滴の特性を含むいくつかの要因に依存する。しかしながら、適切なシステム特性の選択により、比較的に大きなそして可逆的な接触角度変化が得られる。本発明に基づくいくつかの実施形態においては、特定の電極を接地する一方で他のものを高い電圧に維持しておくことができる。本発明に基づく他の実施形態においては、接地電極を用いることなく電極に交互に電荷がかけられる。この技術には一般に、液体金属滴サイズよりも十分に小さい制御電極ピッチが必要とされる。液滴が置かれる部分の局所的ぬれ性に影響を及ぼすことに加えて、電界の印加（例えば液滴の一方の側において）により液体金属滴に対して力を生じさせて移動させることが可能である。
【００１９】
電極１３５のサイズ及び形状は単に例示的なものであり、様々な電極サイズ及び形状を利用することができる。いくつかのエレクトロウエッティング構成を補助するため、材料層１６０、又は場合により材料層１５０に追加電極を含ませることも可能である。他の様々な電極構成も実現可能である。例えば、接地電極は液体金属から絶縁されていても、直接的に電気的接触をしていても良い。接地電極は制御電極と同じ材料層に設けることができる。また、例えば電源が投入された場合に逆の極性を持つ対向する電極対となる制御電極を両方の材料層に含ませることができる。一般にこのような動作は、液体金属滴の電位が少なくとも一方の電極と異なっている限り生じさせることが可能である。従ってエレクトロウエッティングデバイス及び技術は、説明したインダクタのいずれにも利用することが可能である。
【００２０】
インダクタ１００のようなインダクタは様々な巻き形状に形成することができるが、図１Ａ及び図１Ｂに描いた平面的な螺旋形状は一般に最も形成が容易である。図１Ａ〜図４Ｃのインダクタの形状は概ね螺旋形であるが、この螺旋形状には本発明に基づいて多様な変更を実現することが可能である。例えば、チャネル１０５に図示した直線的な壁の代わりに曲線的な壁を持たせ、これにより真の螺旋に近づけるように製作することができる。同様に、真の螺旋により近づけるために六角形又は八角形とすることも可能である。更に他の形状も当業者には周知である。
【００２１】
インダクタはしばしばインダクタンス（又は誘導性リアクタンス）の値のみにより特徴付けられているが、インダクタの性能のより一般的なものさしは、その品質係数、即ちＱ値である。平面インダクタの場合、品質係数は直接的にインダクタのインダクタンス又は誘導性リアクタンスに比例し、インダクタの抵抗に反比例するものである。一般に、Ｑの値が大きい程インダクタが良好であり、様々なアプリケーションにより好適なものとなる。インダクタの誘導性リアクタンス及び様々な抵抗効果（ワイヤ表皮効果、放射損失、渦電流及びヒステリシス）は周波数と共に変化することため、Ｑ値は特定の動作周波数に指定された場合に最も意味を持つ。
【００２２】
インダクタ１００のインダクタンスは、概ね導体（液体金属１１０）の全長と平面インダクタ中にある曲げの数とにより決まる。曲げ間の静電容量もまたインダクタ性能に影響を及ぼすことから、インダクタの曲げ間の離間距離は寄生容量を低減、又は最少化するように選択することができる。インダクタ性能は更にインダクタの抵抗を低減する手段を講じることによっても改善することができる。例えば、より低い抵抗を持つ液体金属を選択することができる。更には、チャネル１０５のサイズ及び形状（従ってその中に閉じ込めた液体金属）の設計を、抵抗を低減するように行うことができる。平面インダクタの場合、インダクタを通じて伝わる電流は、一般にコイル巻線の外側端部（コイルの中心部から見て）へと押しやられる。電流が外側端部で増えると、チャネルの幅（例えば図１Ｂの断面図に示したもの）を大きくしても一般に抵抗を低減すること、即ちＱを向上させることにはならない。しかしながら、導体の厚み（図１Ｂの断面図に示される高さ）を大きくすると、一般に抵抗が低減し、Ｑが向上する。よってインダクタ１００の性能は、チャネルの断面の縦横比を、例えば図示したように２／１とする、又は３／１又は４／１等のより大きな縦横比とすることにより改善することができる。導体の厚さは、液体金属導体の場合、より伝統的な半導体プロセス技術を用いて製作した導体と比べると容易に大きくすることができる。インダクタをその上に形成する基板に起因して、インダクタ１００の性能は更に損失及び寄生成分にも依存する。これらの効果は、ある程度まではインダクタが使用する面積を抑えることにより制限することができるが、図４Ａ〜図４Ｃに関する以下の説明にも出てくるように、インダクタ基板中に生じる渦電流による損失を低減するためには他の様々な技術を使うことができる。
【００２３】
インダクタ１００の製造には様々な半導体及びＭＥＭＳ製造技術を利用することができる。本発明に基づく一実施形態においては、材料層１６０は、薄膜半導体ウエハプロセス技術を用いて設けられた多層材料層の特性（図示せず）を含むシリコンウエハ基板である。基板１６０は、例えば薄膜蒸着技術及び／又は厚膜スクリーン印刷技術（単層又は多層回路基板を含む場合がある）を用いて全体的又は部分的に誘電体材料及び他の材料層により覆われている。例えば、電極１３５は金属層を析出した後に誘電体層で覆ったものとすることができる。チャネル壁及び注入口部分を含み、デバイスのキャップとして機能する材料層１５０へ基板１６０をボンディングするのを助けるために、金属又は他の材料を設けても良い。金属材料を更に材料層１５０へと蒸着、又は塗布することにより、電極又は他の特徴部分を要望に応じて作ることができる。材料層１５０は、例えばＰｙｒｅｘ（登録商標）のようなガラスのウエハ、又はシリコン等の他の材料とすることができる。材料層１５０の基板１６０へのボンディングは、上述したボンディング技術のいずれかを用いて実現することもできる。例えば、２つの層を陽極接合により接合することも可能であり、この場合、一方の層又は双方の層の特定の領域（図示せず）にボンディングを容易にするアモルファスシリコン又はポリシリコンの層が含まれる可能性がある。他の回路に接続するための適当な出力接触部を設けることもできる。本発明に基づくいくつかの実施形態においては、インダクタ１００は他の様々な回路素子と共に集積化されている。
【００２４】
液体金属インダクタ１００は、本発明に基づく基本インダクタデザインの一例である。図２Ａ〜図４Ｃは、液体金属インダクタの幾つかの異なる実施形態を描いたものである。図示した例の各々においては、デバイス中のチャネルが、インダクタの中心導体を構成する液体金属を含むように設計されている。これら別の実施形態について、以下に説明する。しかしながら、インダクタ１００の説明において上述した設計変更、材料の選択、製造技術及び関連するインダクタ特性のうちの少なくとも一部は、図２Ａ〜図４Ｃに描いた様々なインダクタに適用可能である。このため、これらのデザイン及び製造のバリエーションの多くについては、明確化のために以下において再度の説明は行わない。
【００２５】
図２Ａは他の液体金属インダクタ２００の部分上面図であり、図２Ｂはその断面図である。液体金属インダクタ２００は２つの別個の材料層２５０及び２６０から形成されており、例えば別々のウエハ（又はその一部分）をボンディングしたものである。図示の便宜上、液体金属インダクタの搭載及び作動に用いる様々な追加電極、孔、回路等の数々の構造体及び特徴的部分は図から省略されている。液体金属インダクタ２００は、インダクタ１００と同じ概ね螺旋状の形状を持っている。従ってインダクタチャネル２０５には、液体金属２１０又は十分な導電性を持つ他の液体が充填されている。インダクタ１００とは異なり、液体金属インダクタ２００は、チャネル２０５の底面に沿って形成され、液体金属２１０と電気的に接触する連続的な電極２１５を持っている。要望に応じて、１又は複数の基板トレース（符号２７０等）によりインダクタ２００を他の回路素子（図示せず）へと結合することができる。電極２１５は、周囲の材料及び製造技術と両立する、あらゆる適当な導体から作ることができる。例えば、選択した液体金属２１０の材料に応じ、液体金属に容易に吸収される、又は融合されることのない特定の導体を、電極２１５用に選択する必要がある。加えて、チャネル幅に対して特定のサイズ及び形状を持つことになるように図示しているが、当業者には周知のように、電極２１５は様々なサイズ及び形状に形成することができる。
【００２６】
液体金属２１０への電気的接触を提供することに加え、電極２１５は更にインダクタの一部として、インダクタ電流も搬送している。電極２１５は金属製であるため、これは更にチャネル２０５にぬれ性の底面を提供しており、従って液体金属２１０のチャネル２０５への装填を容易にする。本発明に基づくいくつかの実施形態においては、例えば圧力の印加が必要なくなる等、チャネルの改善されたぬれ性に促進された毛管力がチャネルへの装填に適している場合がある。電極２１５はチャネル２０５の底面のみに図示されているが、本発明に基づく他の実施形態においては、電極２０５は、側壁及び／又は材料層２５０が形成するチャネル上面の少なくとも一部分等、チャネルの複数の面上にある。
【００２７】
液体金属インダクタ２００は更に、材料層２５０中に形成された注入口２２５及び通気孔２３０を、チャネル２０５の一部分として、又はこれに接続するものとして含んでいる。これらの特徴的部分は、液体金属をチャネル２０５へと導入し、チャネル長全体にわたって移送することができるようにするためのものである。上述したように、液体金属２１０をチャネル２０５中に設けるために多様な技術（蒸着、ノズル注入等）を利用することが可能であり、このプロセスを容易にするために様々な追加デバイス部分（追加通気孔、装填容器、ヒーター、エレクトロウエッティング電極、表面造作等）を含ませることができる。
【００２８】
図３Ａは更に他の液体金属インダクタ３００の部分上面図であり、図３Ｂはその断面図である。液体金属インダクタ３００は２つの別個の材料層３５０及び３６０から形成されており、例えば別々のウエハ（又はその一部分）をボンディングしたものである。図示の便宜上、液体金属インダクタの搭載及び作動に用いる様々な追加電極、孔、回路等の数々の構造体及び特徴的部分は図から省略されている。液体金属インダクタ３００は、インダクタ１００と同じ概ね螺旋状の形状を持っている。従ってインダクタチャネル３０５は液体金属３１０又は十分な導電性を持つ他の液体を含んでいる。液体金属３１０は電極３１５〜３１８及び３２０のうちの少なくとも２つと電気的に接触している。インダクタ３００は３つ以上の電極を持ち、チャネル３１０中の液体金属の量を制限することにより、又はチャネルを完全に充填することにより、どの２つの電極をインダクタコイルの端部とするかを選択的に選べるようになっている。これによりコイル長を選択して、インダクタンスの調整をすることができる。よって図３Ａ〜図３Ｂに示したように、液体金属はチャネル３０５を必ずしも完全に埋めてはおらず、代わりにチャネル３０５のほぼ電極３１６の位置あたりまで充填されている場合がある。液体金属３１０は２つの電極（３１６及び３２０）と接触しており、更に中間電極３１７及び３１８にも接触している。電極３１５〜３１８及び３２０の各々は、要望に応じて他の回路素子（図示せず）と適当に電気的に結合している。図示した例においては、電極３１５〜３１８はこれら各々が潜在的にインダクタの一方のノードとして働いているため、相互に（トレース３７０を通じて）電気的に結合している一方で、電極３２０はインダクタの他方のノードとして働いている。
【００２９】
電極３１５〜３１８及び３２０は、周囲の材料及び製造技術と両立する、あらゆる適当な導体から作ることができる。例えば、選択した液体金属３１０の材料に応じ、液体金属に容易に吸収されたり、又は融合されたりしないような特定の電極材料を選択する必要がある。加えて、特定のサイズ、形状及び位置となるように図示しているが、当業者には周知のように、電極３１５〜３１８及び３２０には多様な実施態様（例えば数量、サイズ、位置、形状等を変えたもの）が可能である。
【００３０】
上述したように、チャネル３０５表面の異なる位置におけるぬれ性を調整するために、様々な表面材料、表面特性、電極等を用いることができる。図３Ａ及び図３Ｂにおいては、液体金属の装填を助けるために、および／又は液体金属をチャネル３０５の特定領域に閉じ込めるために一連のエレクトロウエッティング電極３４０が含まれている。図では電極３１５と３１６の間にしか示していないが、そのような電極は当業者には周知のように、一般にチャネル３０５のどこに（例えばチャネル３０５に沿って連続的に、チャネルの角に局所的に、電極の付近のみに等）あっても良く、多様な電極構成とすることができ、そして様々な形状及びサイズに形成することが可能である。エレクトロウエッティング電極は更に、電極３１５〜３１８及び３２０のような他の目的のために（例えばエレクトロウエッティング中に液体金属を接地するために）用いられる電極を含むことも可能である。液体金属インダクタ３００は更に、材料層３５０中に形成された注入口３２５及び通気孔３３０を、チャネル３０５の一部分として、又はこれに接続するものとして含んでいる。これらの特徴的部分は、液体金属をチャネル３０５へと導入し、チャネル長全体にわたって移送することができるようにするためのものである。上述したように、液体金属３１０をチャネル３０５中に設けるために多様な技術（蒸着、ノズル注入等）を利用することが可能であり、このプロセスを容易にするために様々な追加デバイス部分（追加通気孔、装填容器、ヒーター、エレクトロウエッティング電極、表面特性等）を含ませることができる。
【００３１】
先に述べたように、平面インダクタに関わる基板損失はエネルギー損失に寄与し、従って品質係数Ｑを低下させる。基板損失は通常、基板中に生じた渦電流に起因する（例えば基板容量に対するインダクタ金属中を通る電流及びインダクタの変化する磁界により基板中に生じた電流に起因するＩ2Ｒ損失）。渦電流損失を低減するための技術としては、基板の短絡、グラウンドシールドの利用及び基板抵抗の増大が含まれる。図４Ａ〜図４Ｃは、液体金属インダクタを形成する基板の有効抵抗を増大させるための技術を幾つか図示したものである。
【００３２】
おそらく最も単純な技術とは、例えば高抵抗シリコン、サファイア、アルミナ又はＰｙｒｅｘ等のガラスといった、本質的に高い抵抗値を持つ、又は絶縁性の基板を用いることであろう。しかしながら、このような高抵抗材料の使用は、液体金属平面インダクタを形成するためのその他の製造プロセスにはあまり馴染まない可能性もあり得る。図４Ａは、液体金属インダクタ４００が２つのボンディングされたウエハ４０５及び４１５から形成され、インダクタ用の導電体として液体金属４１０を含んでいる状態を図示したものである。ここでは、基板の一部分を除去したことにより、基板４１５（シリコンウエハ等）の有効抵抗値がインダクタコイル下の領域において低減されている。このインダクタコイル下の空洞４２０の形成には、フォトリソグラフィーによるパターニング及びエッチング技術（ウェット又はドライ）が用いられている。このように、下のシリコンを例えば後処理工程において取り除くことにより、相当な基板損失が排除される。
【００３３】
図４Ｂは、さほど極端ではなく、おそらくは構造的により安定した手法を図示したものである。この場合、液体金属インダクタ４３０は、２枚のボンディングされたウエハ４４５及び４３５から形成されており、インダクタの導体となる液体金属４４０を含んでいる。インダクタの下をエッチング除去して完全な空洞とする代わりに、インダクタコイル下の領域を選択的にエッチングすることにより様々な間隙４５０が形成される。図示された断面図ではエッチングされた領域がインダクタコイルの幅全体にわたって（即ち紙面の前後方向に）延びていることを示唆しているが、必ずしもそうである必要はない。従ってエッチング領域及び非エッチング領域の交互パターンが渦電流を低減しつつも尚、基板４４５の構造的一体性を維持することができる。図示した例においては、エッチングされた領域のピッチは概ねインダクタの線幅よりも小さいが、これは必ずしもそうである必要はない。更に、図示した例では、エッチングされた領域の場所とインダクタコイル部分の位置との間に特定の関係は示されていないが、一部の実施態様においてはより具体的に定義されたパターンとした方が有利な場合もある。インダクタコイルには、例えば紙面に対して平行な部分もあるため、エッチングされた領域（図示せず）もまたインダクタコイルのパターンを概ね辿るものとすることができる。間隙４５０は、例えばボッシュ法などとして知られる強反応性イオンエッチングを含む様々な技術を用いて形成することができる。
【００３４】
最後に、図４Ｃは多孔性シリコン４８０の領域を利用してインダクタコイル下の抵抗を増大させるものである。従って先の例と同様に、液体金属インダクタ４６０は２枚のボンディングされたウエハ４６５及び４７５から形成されており、インダクタの導体となる液体金属４７０を含んでいる。しかしながら、シリコン基板４７５の一部分は、多孔性シリコン領域４８０を形成するように前処理又は後処理されている。多孔性シリコン（酸化させた多孔性シリコン等、様々な形態を含む）は一般に、例えば希釈水溶性フッ化水素又はエタン酸フッ化水素（シリコン表面上のエッチャントぬれ性を増大させることからしばしば利用される）のようなフッ化水素酸（ＨＦ）溶液中におけるシリコンウエハの電気化学エッチング又は電気化学陽極酸化により作製される。異なる陽極／陰極構成での定電圧（電圧が制御されたもの）又は定電流（電流が制御されたもの）といった様々な陽極酸化処理は、当業者には周知である。加えて、陽極酸化処理は、例えば印加する電流密度を変化させることにより調整することができる。この調整の結果、微細構造及び成長方向に沿った多孔性シリコンの多孔性に制御された変化がもたらされる。多孔性シリコンを形成するための更に他の技術は、ＨＦ−ＨＮＯ3溶液を用いて実施されるステインエッチング、即ち化学エッチング（電流無し）である。エッチング後は一般に、乾燥ステップ及び所望の材料特性を得るための酸化ステップが実施される。インダクタ基板に関連する望ましくない損失を低減するために、他の様々な技術を本発明に基づいて利用することができる。
【００３５】
当業者であれば容易に明らかなように、上述した構成要素及び材料の代わりに様々な異なる種類の構成要素及び材料を使うことができる。更には、本願に開示した本発明に基づく実施形態の説明は、例示的なものであり、本願請求項に定める本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本願請求項に定める本発明の範囲及び精神から離れることなく、本願に示した説明に基づいて本願に開示した実施形態に変更及び改変を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】本発明に基づく液体金属インダクタの部分上面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す液体金属インダクタの断面図である。
【図２Ａ】本発明に基づく他の液体金属インダクタの部分上面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す液体金属インダクタの断面図である。
【図３Ａ】本発明に基づく更に他の液体金属インダクタの部分上面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す液体金属インダクタの断面図である。
【図４Ａ】本発明に基づく液体金属インダクタの性能を強化するために用いることができる技術を説明する図である。
【図４Ｂ】本発明に基づく液体金属インダクタの性能を強化するために用いることができる技術を説明する図である。
【図４Ｃ】本発明に基づく液体金属インダクタの性能を強化するために用いることができる技術を説明する図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００  液体金属インダクタ
１０５  チャネル
１１０  液体金属
１１５、１２０  電極
１２５  注入口
１３０  通気孔
１３５  電極
１５０、１６０  材料層
３１５、３１６、３１７、３１８、３２０  電極
４２０  空洞
４５０  間隙
４８０  多孔性シリコン領域
【図１Ａ】
2007142405.tif 000003
【図１Ｂ】
2007142405.tif 000004
【図２Ａ】
2007142405.tif 000005
【図２Ｂ】
2007142405.tif 000006
【図３Ａ】
2007142405.tif 000007
【図３Ｂ】
2007142405.tif 000008
【図４Ａ】
2007142405.tif 000009
【図４Ｂ】
2007142405.tif 000010
【図４Ｃ】
2007142405.tif 000011