(57)【要約】【課題】周波数の高い領域においても、低駆動電圧で高速スイッチング応答が可能かつ挿入損失が小さい電気機械スイッチを提供する。【解決手段】本発明の電気機械スイッチは、基板に両端が固定される梁と、前記梁に形成され、前記梁を駆動する駆動電極と、前記梁に前記駆動電極から電気的に分離して形成される信号伝達電極と、前記基板に固定され、前記駆動電極と対応して静電力により前記梁を駆動する固定電極と、前記基板上において、前記駆動電極の下部に形成される駆動下部電極と、前記基板上において、前記駆動下部電極から電気的に分離して前記信号伝達電極の下部に形成される信号伝達下部電極とを備えるものである。【選択図】図１
2007234582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板にその両端部が配置された梁と、
前記梁に形成された第１駆動電極と、
前記梁に形成され、前記第１駆動電極から電気的に分離されている第１信号伝達電極と、
前記基板に形成され、前記第１駆動電極との間に電位が印加されたときに前記第１駆動電極を引き込む第２駆動電極と、
前記基板に形成され、前記第２駆動電極から電気的に分離され、前記梁と共に前記第１駆動電極が前記第２駆動電極に引き込まれたときに前記第１信号伝達電極と接触する第２信号伝達電極と、
前記第１駆動電極に対して静電力を有するように形成され、前記第１駆動電極との間に電位が印加されたときに前記第２駆動電極から前記第１駆動電極を離すように前記第１駆動電極を引き込む固定電極と、
を備える電気機械スイッチ。
【請求項２】
前記第１駆動電極は、第１櫛歯部を有し、
前記固定電極は、前記第１駆動電極の前記第１櫛歯部に対応する第２櫛歯部を有する請求項１に記載の電気機械スイッチ。
【請求項３】
前記梁の長手方向に前記梁を移動させる第１移動電極をさらに備える請求項１又は請求項２に記載の電気機械スイッチ。
【請求項４】
前記第１移動電極は、静電力によって前記梁を移動させる請求項３に記載の電気機械スイッチ。
【請求項５】
前記梁の端部に第３櫛歯部が形成され、
前記第１移動電極に、前記第３櫛歯部に対応する第４櫛歯部が形成され、
前記梁と前記第１移動電極との間に電位が印加されたときに、前記梁を移動させるために前記第１移動電極が前記梁を引き込む請求項４に記載の電気機械スイッチ。
【請求項６】
前記梁の短手方向に前記梁から離れるように前記固定電極を移動させる第２移動電極をさらに備え、
前記第１及び第２櫛歯部は、先端に向かって先細である先細形状である請求項１〜請求項５に記載の電気機械スイッチ。
【請求項７】
前記第１信号伝達電極が、前記固定電極の前記第２櫛歯部に対応する櫛歯部を有する請求項２に記載の電気機械スイッチ。
【請求項８】
前記固定電極は、前記第１信号伝達電極付近において前記第１信号伝達電極から離れるように湾曲している請求項１〜請求項７に記載の電気機械スイッチ。
【請求項９】
前記第１信号伝達電極の櫛歯部の櫛歯のピッチが、前記第１駆動電極の櫛歯部の櫛歯のピッチより大きい請求項７に記載の電気機械スイッチ。
【請求項１０】
前記第１信号伝達電極と前記第２信号伝達電極とのいずれか一方に絶縁膜が形成されており、前記第１駆動電極が前記第２駆動電極に引き込まれる場合、前記第１信号伝達電極と前記第２信号伝達電極が容量を介して結合する請求項１〜請求項９いずれか一項に記載の電気機械スイッチ。
【請求項１１】
前記第１駆動電極が前記第２駆動電極に引き込まれる場合、前記第１信号伝達電極と前記第２信号伝達電極とが直接抵抗結合する請求項１〜請求項１０いずれか一項に記載の電気機械スイッチ。
【請求項１２】
前記第１駆動電極と前記第２駆動電極とのいずれか一方に絶縁膜が形成されており、前記第１駆動電極が前記第２駆動電極に引き込まれるときに、前記第１駆動電極と前記第２駆動電極とが容量を介して結合する請求項１〜請求項１１いずれか一項に記載の電気機械スイッチ。
【請求項１３】
前記第２信号伝達電極は、互いに電気的に分離された第１電極部と第２電極部とを有し、
前記第１駆動電極が前記第２駆動電極に引き込まれるときに、前記第１信号伝達電極が前記第１電極部と前記第２電極部との両方に接触する請求項１〜請求項１２いずれか一項に記載の電気機械スイッチ。
【請求項１４】
前記電気機械スイッチは、
前記第１信号伝達電極が、前記第１電極部と前記第２電極部との両方に接触する場合、信号が、前記第１電極部から前記第２電極部へ伝達されるシリーズ型スイッチとして構成されている請求項１３に記載の電気機械スイッチ。
【請求項１５】
前記第１電極部が接地され、前記第２電極部が入出力端子に接続され、前記電気機械スイッチは、シャント型のスイッチとして構成されている請求項１４に記載の電気機械スイッチ。
【請求項１６】
前記梁が、折り返し構造を有する請求項１から請求項１５いずれか一項に記載の電気機械スイッチ。
【請求項１７】
前記梁の基板側面の中央部に前記第１駆動電極が形成されている請求項１から請求項１６いずれか一項に記載の電気機械スイッチ。
【請求項１８】
基板と、
前記基板にその両端部が配置された梁と、
前記梁に形成され、第１櫛歯部を有する可動電極と、
前記基板に形成され、前記可動電極との間に電位が印加されたときに前記可動電極を引き込む信号電極と、
前記可動電極の第１櫛歯部に対応する第２櫛歯部を有し、前記可動電極との間に電位が印加されたときに前記信号電極から前記可動電極を離すように前記可動電極を引き込む固定電極と、
前記梁の長手方向に前記梁を移動させる第１移動電極と、
を備え、
前記信号電極が前記可動電極と接触したときに、信号が前記信号電極と前記可動電極とを流れる電気機械スイッチ。
【請求項１９】
前記第１移動電極は、静電力によって前記梁を移動させる請求項１８に記載の電気機械スイッチ。
【請求項２０】
前記第１移動電極は、前記第１櫛歯部の櫛歯と前記第２櫛歯部の櫛歯との接触を避けるために前記梁を移動させる請求項１８又は請求項１９に記載の電気機械スイッチ。
【請求項２１】
前記梁の端部に第３櫛歯部が形成され、
前記第１移動電極に、前記第３櫛歯部に対応する第４櫛歯部が形成され、
前記梁と前記第１移動電極との間に電位が印加されたときに、前記梁の長手方向に前記梁を移動させるために前記第１移動電極が前記梁を引き込む請求項１８〜請求項２０に記載の電気機械スイッチ。
【請求項２２】
前記梁の短手方向に前記梁から離れるように前記固定電極を移動させる第２移動電極をさらに備え、
前記第１及び第２櫛歯部は、それぞれ先端に向かって先細である先細形状である請求項１８〜請求項２１に記載の電気機械スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ・エレクトロメカニカル・システムズ・スイッチ(以下、「ＭＥＭＳスイッチ」という)に関し、特に低駆動電圧で高速な応答を可能にするための電気機械スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、高周波）スイッチとして、ＧａＡｓ基板を利用したＨＥＭＴ、ＭＥＳＦＥＴ、又はＰＩＮダイオードなどの半導体ＲＦスイッチが主力である。
【０００３】
ＲＦスイッチとは、無線通信分野、特に、Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙで利用されるスイッチのことをいい、例えば、携帯無線端末では、ＲＦスイッチ、ＲＦフィルター、ＲＦ共振子等が用いられている。
【０００４】
近年、携帯無線端末等のさらなる高性能化、低消費電力化を図るため、従来の半導体素子だけではなく、微小な電気機械素子を用いたデバイスを活用することが提案されている。
【０００５】
これは、微小な電極を静電力等で駆動させて、電極間の相対距離をメカニカルに制御することにより、信号のオン、オフを行う電気機械スイッチである。オン時には電極が電気的に接触しているため、電極間の損失は極めて微小となり、低損失のスイッチを実現することができる。
【０００６】
特に、携帯無線端末のフロントエンド部に適用されるＲＦスイッチは、低損失及び低消費電力が要求されるため、このような微小な電気機械素子を用いたデバイスは、有用な解決手法として期待されている。
【０００７】
このような電気機械素子を用いたスイッチとしては、従来、多くの種類のスイッチが考案されており、非特許文献１に大半が掲載されている。
【０００８】
例えば、非特許文献１に記載のＲＦＭＥＭＳを使用したスイッチは、一つの可動電極と、一つの固定電極とで構成されており、可動電極と固定電極との間に駆動制御電圧としてＤＣ電圧を印加すれば、静電力が発生し、その静電力を駆動力として、可動電極が固定電極に引き込まれ（プルイン：Ｐｕｌｌ-ｉｎ）、物理的に電極同士が接触し、可動電極側の入力端子からの入力信号が固定電極側の出力端子へと出力し、信号が結合するものである。
【０００９】
結合の方法として、メタルとメタルとを直接接触させる方式と、絶縁体を介して、容量的に結合させる方式があるが、何れも低損失の結合が可能である。
【００１０】
また、このスイッチは、電極間に印加した駆動制御電圧を「０」にすることで静電力が解消し、可動電極自体がもつバネ力を駆動力として可動電極がリリースされ、可動電極が元の位置に復帰するものである。このとき、可動電極と固定電極との間の距離は十分離れているため、電極間の容量値も小さく、容量結合しないため、電極間で結合する信号を遮蔽することが可能となる。
【００１１】
このように、電極間距離を十分にとればアイソレーションを十分確保でき、かつ、損失も極めて小さくなるため、従来の半導体を用いたＲＦスイッチと比べて、電気的な特性は大変優れている（非特許文献１参照）。
【００１２】
しかし、従来の多くのＭＥＭＳスイッチは、リリースする際の駆動力をバネ力としているため、リリース速度を高速にしようとすれば、バネ力を強くする必要がある。一方、バネ力を強くすると、引き込む際は、このバネ力を超える静電力が必要となるため、必然的に高い駆動電圧を要する構造であった。
【００１３】
そこで、特許文献１に記載のＭＥＭＳスイッチが提案されている。このＭＥＭＳスイッチでは、擬似的に３層電極構造を採用して、簡易構造ながら、引き込み、リリースの両動作を静電力で駆動できる構造を用いている。
【００１４】
図１７に、特許文献１に記載される３層電極構造を採用したＭＥＭＳスイッチ１００の斜視図を示す。このＭＥＭＳスイッチ１００は、高抵抗シリコン基板１０１上のシリコン酸化膜１０２を介して、可動電極１０３、可動電極駆動用固定電極１０４、および信号伝達用固定電極１０５から構成されている。
【００１５】
可動電極１０３の側面には、複数の可動電極側面凸部１０７が所定の間隔で形成されている。その結果、１つの可動電極側面凸部と隣接する可動電極側面凸部の間には凹部が形成され、各凹部も周期的に配置されている。
【００１６】
一方、可動電極駆動用固定電極凸部１０８は、可動電極側面の凸部と凹部に対応するように配置され、所定の空間を介して可動電極側面の凹部に取り囲まれるように配置されるため、可動電極駆動用固定電極凸部１０８も周期的に配置されている。さらに、可動電極駆動用固定電極の凹部に関しても、可動電極側面の凹部の場合と同様、隣接する凸部間で形成されるため、周期的に配置されている。
【００１７】
図１８（ａ）は、図１７中のＡ−Ａ’断面で、ＭＥＭＳスイッチ１００において、信号が信号伝達用固定電極１０５から可動電極１０３へ接続されていない状態を示す断面図である。高抵抗シリコン基板１０１上のシリコン酸化膜１０２を介して、信号伝達用固定電極１０５が配置されている。
【００１８】
信号伝達用固定電極１０５上には、電極間絶縁保持用シリコン酸化膜２１０が形成されており、さらに容量低減用空間２０９を介して可動電極１０３が配置されている。可動電極１０３は、両端の可動電極固定領域１０６において基板上に固定されている。
【００１９】
図１８（ｂ）は、図１７中のＡ−Ａ’断面で、ＭＥＭＳスイッチ１００において信号が信号伝達用固定電極１０５から可動電極１０３へ接続されている状態を示す断面図である。高抵抗シリコン基板１０１上のシリコン酸化膜１０２を介して配置された信号伝達用固定電極１０５と可動電極１０３との間に電圧を印加することで、静電力により、可動電極１０３は信号伝達用固定電極１０５上の電極間絶縁保持用シリコン酸化膜２１０に接触し、容量低減用空間２０９は可動電極固定領域近傍に一部残るだけとなる。
【００２０】
信号伝達用固定電極１０５上の電極間絶縁保持用シリコン酸化膜２１０は、信号伝達用固定電極１０５と可動電極１０３との間に電圧を印加し、可動電極１０３が信号伝達用固定電極１０５に接触した場合においても、信号伝達用固定電極１０５と可動電極１０３とが、直接接触することで電位差が保てなくなり、可動電極１０３が離れてしまうことを防ぐ役割を果たすものである。
【００２１】
図１８（ｃ）は、図１７中のＢ−Ｂ’断面で、ＭＥＭＳスイッチ１００において信号が、信号伝達用固定電極１０５から可動電極１０３へ接続されていない状態を示す断面図である。高抵抗シリコン基板１０１上のシリコン酸化膜１０２を介して、可動電極駆動用固定電極１０４、信号伝達用固定電極１０５が配置されている。信号伝達用固定電極１０５上には、電極間絶縁保持用シリコン酸化膜２１０が形成されており、さらに容量低減用空間２０９を介して可動電極１０３が配置されている。
【００２２】
図１８（ｄ）は、図１７中のＢ−Ｂ’断面でスイッチにおいて、信号が信号伝達用固定電極から可動電極へ接続されている状態を示した断面図である。高抵抗シリコン基板１０１上のシリコン酸化膜１０２を介して配置された信号伝達用固定電極１０５と可動電極１０３との間に電圧を印加することで、静電力により、可動電極１０３は信号伝達用固定電極１０５上の電極間絶縁保持用シリコン酸化膜２１０に接触している。
【００２３】
この構成により、信号伝達用固定電極１０５と可動電極１０３とが接続された状態から切断状態に切り換える動作処理は、信号伝達用固定電極１０５と可動電極１０３との間に印加した電圧を「０」とし、可動電極１０３と可動電極駆動用固定電極１０４との間に、電圧を印加することで実行される。この処理の結果、可動電極駆動用固定電極１０４と可動電極１０３との間に生じた所定の容量低減用空間分の距離を「０」とするように静電力が働く。
【００２４】
その結果、可動電極１０３のたわみが戻ろうとするバネの力だけでなく、静電力の両方の力によって可動電極１０３が動かされるので、短時間で信号伝達用固定電極１０５から離れることが可能となり、切断動作特性を向上させることができる。
【００２５】
このように、特許文献１に記載のＭＥＭＳスイッチでは、可動電極と、基板上に形成された固定電極とに加え、可動電極の両側に微小な櫛歯構造、さらに、可動電極と同一レイヤー上に形成された固定櫛歯電極とを形成する擬似的３層電極構造を採用している。
【００２６】
この構成により、可動電極のバネ力を極力小さくすることで、引き込みに要する駆動電圧を低減することができ、また、バネ力を小さくしたことで遅くなるリリース速度を、電極間に生じる静電力で補うことできる。よって、極めて簡易な構造ながら、低駆動電圧ながら高速に応答することが可能なスイッチを実現することができる。（特許文献１参照）。
【非特許文献１】Gabriel M.Rebeiz著、"RF MEMS THEORY、 DESIGN、 AND、 TECHNOLOGY"、 John Wiley & Sons刊、  2003年2月1日、p.122
【特許文献１】特開２００４−２５３３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
上述のように、特許文献1に示される構造のＭＥＭＳスイッチでは、可動電極と基板上の信号伝達用固定電極上の電極間絶縁保持用シリコン酸化膜とが接触して、信号を伝達しているＯＮ状態において、可動電極の両側に形成された櫛歯電極と固定櫛歯電極の櫛歯との間に容量が形成される。
【００２８】
このとき、可動電極を引き上げる際の応答時間を更に短くするためには、容量を介して静電力で可動電極を駆動させていることから、櫛歯間の容量を大きくして静電力を強くする必要がある。
【００２９】
図１９（ａ）に、電極位置と応答時間の関係を示す。なお、この図では、櫛歯間に形成される容量３０ｆＦ(フェムトファラッド)を基準容量（Ｃ０）として、基準容量を１０倍（１０×Ｃ０）まで変化させたときのグラフも併せて示している。また、「櫛歯なし」としたときの電極位置と応答時間の関係も併せて示している。
【００３０】
図１９（ａ）に示すように、応答時間を短くするためには、基準容量に対して容量を増加させる必要があり、例えば５［μs］でギャップを０．６［μｍ］以上引き離すためには、櫛歯間容量を基準容量の約１０倍にする必要があることがわかる。
【００３１】
しかしながら、ＯＮ状態で櫛歯間の容量を大きくすれば、信号が櫛歯間の容量（寄生容量）を介して漏洩してしまうため、静電力を大きくすることは困難である。
【００３２】
この課題は、特に、周波数の高い信号をスイッチに入力するときに、顕著になる。櫛歯間に形成されるインピーダンスは、容量と信号の角周波数の積の逆数となることから、信号の周波数が高ければ、インピーダンスが小さくなり、信号が漏洩し、それによる損失が大きくなるからである。
【００３３】
図１９（ｂ）は、櫛歯間に形成される容量から漏洩する信号の挿入損失と周波数との関係を示している。なお、この図では、櫛歯間に形成される容量３０fＦを基準容量（Ｃ０）として、基準容量を２倍、４倍、６倍、８倍、１０倍に変化させたときの挿入損失と周波数の関係も、併せて示している。
【００３４】
図１９（ｂ）から、基準容量（Ｃ０）であれば、５ＧＨｚ帯まで損失は増加しないが、櫛歯間容量を１０倍（１０×Ｃ０）にすると、５ＧＨｚ帯では０．２［ｄＢ］以上の損失になることがわかる。これは、対接地に形成される容量のインピーダンスが小さくなったためであり、対接地に漏洩する信号が増加し、損失が大きくなってしまっている。
【００３５】
このように、本発明者は、従来の擬似的３層電極構造の電気機械スイッチでは、静電力を大きくするために櫛歯間の容量を大きくすると、信号が櫛歯間の容量（寄生容量）を介して漏洩してしまう、すなわち、櫛歯間の静電力を用いてスイッチを低駆動電圧かつ高速応答にすることと、スイッチの信号の挿入損失とが、トレードオフの関係になっていることを見出した。
【００３６】
また、櫛歯により静電力を増大させる構成の電気機械スイッチでは、熱膨張により、固定櫛歯電極や駆動電極等が伸長した場合、櫛歯同士が接触して機械スイッチの動作に影響してしまう場合があった。
【００３７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、周波数の高い領域においても、低駆動電圧で高速スイッチング応答が可能かつ挿入損失が小さい電気機械スイッチ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】
【００３８】
本発明の電気機械スイッチは、基板と、前記基板にその両端部が配置された梁と、前記梁に形成された第１駆動電極と、前記梁に形成され、前記第１駆動電極から電気的に分離されている第１信号伝達電極と、前記基板に形成され、前記第１駆動電極との間に電位が印加されたときに前記第１駆動電極を引き込む第２駆動電極と、前記基板に形成され、前記第２駆動電極から電気的に分離され、前記梁と共に前記第１駆動電極が前記第２駆動電極に引き込まれたときに前記第１信号伝達電極と接触する第２信号伝達電極と、前記第１駆動電極に対して静電力を有するように形成され、前記第１駆動電極との間に電位が印加されたときに前記第２駆動電極から前記第１駆動電極を離すように前記第１駆動電極を引き込む固定電極と、を備えるものである。
【００３９】
この構成により、第１駆動電極と第２駆動電極との間に電圧が印加されて第１駆動電極が第２駆動電極に引き込まれるとき、梁全体が引き込まれるので、第１信号伝達電極と第２信号伝達電極とが接触して信号が流れ、スイッチがオン状態となる。また、第１駆動電極と第２駆動電極との間の電位差を解消され、固定電極と第１駆動電極に電位が印加されて第１駆動電極が引き上げられるとき、梁全体が引き上げられるので、第１信号伝達電極が第２信号伝達電極から引き離され、信号は遮断し、スイッチがオフ状態となる。このとき、固定電極と第１駆動電極との間に静電容量が形成されているが、第１駆動電極と第１信号伝達電極は電気的に分離されているため、信号の漏洩が防がれる。
【００４０】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記第１駆動電極は、第１櫛歯部を有し、前記固定電極は、前記第１駆動電極の前記第１櫛歯部に対応する第２櫛歯部を有するものとしても良い。
【００４１】
この構成により、固定電極と第１駆動電極との間に発生する静電力が増大するので、梁の引き上げ動作を高速に実行することができる。
【００４２】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記梁の長手方向に前記梁を移動させる第１移動電極をさらに備えるものとしても良い。
【００４３】
この構成により、熱膨張により第１駆動電極や固定電極が伸長して互いの櫛歯部が接触する場合であっても、梁を長手方向に移動させることで各櫛歯部の接触を回避することができる。
【００４４】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記第１移動電極を、静電力によって前記梁を移動させるものとしても良い。
【００４５】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記梁の端部に第３櫛歯部が形成され、前記第１移動電極に、前記第３櫛歯部に対応する第４櫛歯部が形成され、前記梁と前記第１移動電極との間に電位が印加されたときに、前記梁を移動させるために前記第１移動電極が前記梁を引き込むものとしても良い。
【００４６】
この構成により、梁の端部と第１移動電極との間に発生する静電力が増大させることができる。
【００４７】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記梁の短手方向に前記梁から離れるように前記固定電極を移動させる第２移動電極をさらに備え、前記第１及び第２櫛歯部は、先端に向かって先細である先細形状であるものとしても良い。
【００４８】
この構成により、熱膨張により第１駆動電極や固定電極が伸長して互いの櫛歯部が接触する場合、前記梁の短手方向に前記梁から離れるように固定電極を移動させることで各櫛歯部の接触を回避することができる。
【００４９】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記第１信号伝達電極が、前記固定電極の前記第２櫛歯部に対応する櫛歯部を有する構成である。
【００５０】
この構成により、スイッチをオン状態（接触状態）からオフ状態（非接触状態）にするとき、固定電極と第１駆動電極との間に発生する静電力に加えて、固定電極と第１信号伝達電極との間にも静電力が発生して梁を引き上げるので、高速に応答するスイッチを実現することができる。
【００５１】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記固定電極が、前記第１信号伝達電極付近において前記第１信号伝達電極から離れるように湾曲しているものとしても良い。
【００５２】
この構成により、第１信号伝達電極と第２信号伝達電極が接触し、第１信号伝達電極に信号が流れている状態において、固定電極が第１信号伝達電極から離れている分、第１信号伝達電極の櫛歯部と固定電極の櫛歯部の間に一定の距離が保たれる。よって、第１信号伝達電極と固定電極との間に形成される静電容量を小さくなるので、その静電容量を介して、漏洩する信号を抑えることが可能となる。従って、高い周波数においても低損失なスイッチを提供することができる。
【００５３】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記第１信号伝達電極の櫛歯部の櫛歯のピッチが、前記第１駆動電極の櫛歯部の櫛歯のピッチより大きいものとしても良い。
【００５４】
この構成により、第１信号伝達電極と第２信号伝達電極が接触し、第１信号伝達電極に信号が流れている状態において、第１信号伝達電極と固定電極の櫛歯のピッチが大きい分、櫛歯間で対向する面積が減少して第１信号伝達電極と固定電極との間に形成される静電容量が小さくなる。よって、その静電容量を介して、漏洩する信号を抑えることが可能となり、高い周波数においても低損失なスイッチを提供することができる。
【００５５】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記第１信号伝達電極と前記第２信号伝達電極とのいずれか一方に絶縁膜が形成されており、前記第１駆動電極が前記第２駆動電極に引き込まれる場合、前記第１信号伝達電極と前記第２信号伝達電極が容量を介して結合するものとしても良い。また、前記第１駆動電極が前記第２駆動電極に引き込まれる場合、前記第１信号伝達電極と前記第２信号伝達電極とが直接抵抗結合するものとしても良い。
【００５６】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記第１駆動電極と前記第２駆動電極とのいずれか一方に絶縁膜が形成されており、前記第１駆動電極が前記第２駆動電極に引き込まれる場合、前記第１駆動電極と前記第２駆動電極とが容量を介して結合するものとしても良い。
【００５７】
この構成により、第１駆動電極と第２駆動電極が接触した状態おいても直流電流が流れない構造となっており、接触状態が保持される。
【００５８】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記第２信号伝達電極が、互いに電気的に分離された第１電極部と第２電極部とを有し、前記第１駆動電極が前記第２駆動電極に引き込まれる場合、前記第１信号伝達電極が前記第１電極部と前記第２電極部との両方に接触するものとしても良い。
【００５９】
この構成により、第１駆動電極と第２駆動電極との間に電圧が印加されて第１駆動電極が第２駆動電極に引き込まれるとき、梁全体が引き込まれるので、第１信号伝達電極が第１電極部と第２電極部とに接触することで、第１電極部と第２電極部間のパスが形成される。
【００６０】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記第１信号伝達電極が、前記第１電極部と前記第２電極部との両方に接触する場合、信号が、前記第１電極部から前記第２電極部へ伝達されるシリーズ型スイッチとして構成しても良い。
【００６１】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記第１電極部が接地され、前記第２電極部が入出力端子に接続され、前記電気機械スイッチは、シャント型のスイッチとして構成しても良い。
【００６２】
この構成により、第１信号伝達電極の電位は不定であるため、第１信号伝達電極と第２信号伝達電極間には静電力が発生しない。このため、第２信号伝達電極に強い電力を印加する場合に、信号自身が有する静電力により第１信号伝達電極を引き込むという誤動作（ｓｅｌｆ  ａｃｔｕａｔｉｏｎ）を回避することができる。
【００６３】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記梁が、折り返し構造を有するものとしても良い。
【００６４】
この構成により、バネ力を弱くすることができる。よって、梁が同一サイズであれば応答時間が短くなり、また、同一応答時間にしようとすれば、梁のサイズを小さくすることができる。
【００６５】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記梁の基板側面の中央部に前記第１駆動電極が形成されているものとしても良い。
【００６６】
この構成により、固定端から離れた位置に力を印加することができる。梁中心に静電力と印加する場合と、梁の端部に静電力を印加する場合とでは、梁の中心部に静電力を印加するほうが、モーメントが大きくなり、同じ力でより大きな変位を得ることが可能となる。逆に言えば、同じ変位を得るためには、小さな力で可能であり、梁の駆動電圧を低下させることができる。
【００６７】
また、本発明の電気機械スイッチは、基板と、前記基板にその両端部が配置された梁と、
前記梁に形成され、第１櫛歯部を有する可動電極と、前記基板に形成され、前記可動電極との間に電位が印加されたときに前記可動電極を引き込む信号電極と、前記可動電極の第１櫛歯部に対応する第２櫛歯部を有し、前記可動電極との間に電位が印加されたときに前記信号電極から前記可動電極を離すように前記可動電極を引き込む固定電極と、前記梁の長手方向に前記梁を移動させる第１移動電極と、を備え、前記信号電極が前記可動電極と接触したときに、信号が前記信号電極と前記可動電極とを流れるものである。
【００６８】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記第１移動電極が、静電力によって前記梁を移動させるものとしても良い。
【００６９】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記第１移動電極が、前記第１櫛歯部の櫛歯と前記第２櫛歯部の櫛歯との接触を避けるために前記梁を移動させるものとしても良い。
【００７０】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記梁の端部に第３櫛歯部が形成され、前記第１移動電極に、前記第３櫛歯部に対応する第４櫛歯部が形成され、前記梁と前記第１移動電極との間に電位が印加されたときに、前記梁の長手方向に前記梁を移動させるために前記第１移動電極が前記梁を引き込むものとしても良い。
【００７１】
また、本発明の電気機械スイッチは、前記梁の短手方向に前記梁から離れるように前記固定電極を移動させる第２移動電極をさらに備え、前記第１及び第２櫛歯部は、それぞれ先端に向かって先細である先細形状であるものとしても良い。
【発明の効果】
【００７２】
本発明によれば、周波数の高い領域においても、低駆動電圧で高速スイッチング応答が可能、かつ挿入損失が小さい電気機械スイッチを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００７４】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における電気機械スイッチを上面からみた上面図である。図２（ａ）は、電気機械スイッチ１がオン状態であるときのＡ-Ａ'部の断面図であり、図２（ｂ）は、オフ状態であるときのＡ-Ａ'部の断面図である。図３（ａ）は、電気機械スイッチ１がオン状態であるときのＢ-Ｂ'部の断面図であり、図３（ｂ）は、オフ状態におけるＢ-Ｂ'部の断面図である。図４（ａ）は、電気機械スイッチ１がオン状態であるときのＣ-Ｃ'部の断面図であり、図４（ｂ）は、オフ状態におけるＣ-Ｃ'部の断面図である。
【００７５】
図２に示される本実施の形態１の電気機械スイッチ１は、基板２上に形成されている。また、図１、図２に示すように、両端をポスト部４で固定された梁３は、例えば表面を酸化膜で被覆したポリシリコンあるいは酸化シリコンのような絶縁体で形成され、梁３の基板側の下面には、駆動電極５、信号伝達電極６が形成されている。
【００７６】
また、信号伝達電極６の直下には、梁３が基板側に変位した際に、信号伝達電極６と一部接触するように、基板２上に信号伝達下部電極７、８が配置されている。信号伝達下部電極７，８は、互いに電気的に分離されており、それぞれ図示しない入出力端子に接続されている。信号が入力された際に、信号伝達下部電極７、８は、信号が結合しないように十分離れている。信号伝達電極７、８は、空間的に分離するか、絶縁体を介して形成してもよい。
【００７７】
同様に、梁３が変位した際に、駆動電極５と接触する位置に駆動下部電極１０を配置している。また、駆動電極５と駆動下部電極１０との両方、若しくはいずれか一方の接触面上には、絶縁膜が形成されており、接触した状態においても直流電流が流れない構造となっている。
【００７８】
信号伝達電極６と信号伝達下部電極７との表面は、絶縁体を形成して、容量結合としても良いし、または絶縁体を形成せず、抵抗結合としても良い。
【００７９】
また、駆動電極５、信号伝達電極６の両側には、周期的に設けられた凸部からなる櫛歯構造が設けられている。駆動電極５の櫛歯構造の凸部１１は、固定櫛歯電極９の櫛歯構造の凹部と対応している。さらに、駆動電極５および信号伝達電極６と同じレイヤー上に、固定櫛歯電極９が形成されている。また、固定櫛歯電極９は、信号伝達電極６付近において、上方に湾曲している湾曲部１２を有する。
【００８０】
本実施の形態の電気機械スイッチは、この構成により、基板２上に形成された駆動下部電極１０と梁３に形成された駆動電極５との間に電位を印加し、静電力を発生させることで、駆動電極５すなわち梁３を基板方向に引き込む。梁３には、駆動電極５と電気的に分離された信号伝達電極６が形成されており、基板上に形成されている信号伝達下部電極７、８と接触する。信号伝達下部電極７，８は、互いに電気的に分離されており、信号伝達電極６が接触することで、電気的な分離状態を解消する。
【００８１】
このように、信号伝達下部電極７-信号伝達電極６-信号伝達下部電極８のパスが形成され、電気機械スイッチ１がオン状態となる。逆に、駆動下部電極１０と駆動電極５との間の電位を解消して、固定櫛歯電極９と駆動電極５との間に形成された櫛歯間に電位を印加すると、駆動電極５は、固定櫛歯電極９側に引き上げられ、信号伝達電極６も同様に信号伝達下部電極７、８から引き離され、電気機械スイッチ１はオフ状態となる。
【００８２】
電気機械スイッチ１のオン状態において、駆動電極５と固定櫛歯電極９との間には、静電容量が形成される。信号伝達電極６と固定櫛歯電極９との間にも静電容量が形成されるが、固定櫛歯電極９が上方に湾曲しているため、僅かな静電容量しか形成されない。よって、信号の漏洩を防ぐことができ、低損失なスイッチを実現することが可能である。
【００８３】
なお、固定櫛歯電極９の櫛歯の形状は、図１に示したものに限られず、例えば、信号伝達電極６付近において櫛歯が無い形状でも良く、また、信号伝達電極６付近において櫛歯のピッチ幅（櫛歯間の距離）が大きい形状でも良い。この構成により、信号伝達電極６と信号伝達下部電極７、８が接触し、信号伝達電極６に信号が流れている状態において、信号伝達電極６と固定櫛歯電極９との間に形成される静電容量が小さくなるため、その静電容量を介して、漏洩する信号を抑えることが可能となる。
【００８４】
また、本実施の形態では、信号伝達電極６を挟むように、駆動電極５を２つ配置しているが、駆動電極および信号伝達電極の数、配置方法はこれに限られず、例えば駆動電極が１つ又は３つ以上であっても良い。
【００８５】
また、駆動下部電極１０と駆動電極５との厚みを、信号伝達電極６と信号伝達下部電極７、８との厚みより小さくすることで、駆動電極５が駆動下部電極１０に物理的に接触しない構造をとることもできる。
【００８６】
以上の構成の本実施の形態１の電気機械スイッチ１の動作について、説明をする。
【００８７】
電気機械スイッチ１をオン状態にする場合、駆動電極５と駆動下部電極１０との間に電位差を与えるために、駆動電極５、駆動下部電極１０に制御信号を印加する。このとき、図４（ａ）に示すように、電位差により駆動電極-駆動下部電極間に静電力が発生し、駆動下部電極１０に駆動電極５が引き込まれる。
【００８８】
そして、図２（ａ）に示すように、梁２の下面に形成されている駆動下部電極１０に駆動電極５が引き込まれると、梁３全体も引き込まれるので、同時に、梁２に形成された信号伝達電極６も引き込まれ、信号伝達電極６と信号伝達下部電極７、８とが、物理的に接触する。
【００８９】
このとき、図３（ａ）に示すように、信号伝達下部電極７，８の分離された部分に、信号伝達電極６が接触してパスが形成され信号が伝達する（オン状態）。また、信号伝達電極６と固定櫛歯電極９との間にも櫛歯が形成されているが、図２（ａ）、図３（ａ）に示すように、固定櫛歯電極９は、信号伝達電極６が形成されている付近で上へ湾曲している。よって、信号伝達電極６と固定櫛歯電極９との間には、大きな静電容量は形成されないため、信号伝達電極６からの信号の漏洩を防止することができ、低損失なスイッチを実現することが可能となる。
【００９０】
図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すように、電気機械スイッチ１のオフ状態では、信号伝達電極６と信号伝達下部電極７とが物理的に非接触状態のとき、信号伝達電極７と信号伝達電極８とが電気的に分離されているため、入力端子から入力した信号は伝達されず、分離部分で遮断される（オフ状態）。
【００９１】
電気機械スイッチ１をオン状態からオフ状態にするとき、図４（ｂ）に示すように、高速に梁３を引き上げるため、固定櫛歯電極９と駆動電極５とに電位差を与えるため制御信号を印加させ、静電力を発生させる。固定櫛歯電極９と駆動電極５との間には、各櫛歯部を用いて静電容量が形成されるため、強い力で固定櫛歯電極９は駆動電極５を基板上方に引き上げられる。これにより梁のバネ力だけではなく、静電力により梁は駆動するため、より高速にはりを駆動することが可能となる。
【００９２】
このように、信号を伝達するオン状態において、信号伝達電極６に対して寄生容量として働く静電容量による信号漏洩が防止される。
【００９３】
また、オン状態からスイッチをオフ状態にする場合、駆動電極５と駆動下部電極１０との間の制御信号を切り、電位差を解消する一方で、固定櫛歯電極と９駆動電極５との間に、電位差を設ける制御信号を入力する。駆動電極５の櫛歯部と固定櫛歯電極９の櫛歯部との間に、静電容量が形成されているので、櫛歯間に静電力が発生するため、梁を高速で基板上方へ引き上げることが可能となる。
【００９４】
このとき、信号伝達電極６の電位は、外部で決められておらず不定となっていれば、信号伝達下部電極７、８に入力された入力信号の有する静電力が信号伝達電極６に作用せず、信号伝達電極６は信号の静電力で引き込まれることは無い。このため、大電力信号を入力することが可能である。
【００９５】
次に、実施の形態１の電気機械スイッチ１の製造方法について説明する。
図５は、電気機械スイッチの製造工程図である。図５（ａ１）から（ｆ１）までは、図１中Ｃ−Ｃ‘断面における断面図を製造工程順に示しており、図５（ａ２）から（ｆ２）は、図１中Ｂ−Ｂ‘断面における断面図を製造工程順に示している。
【００９６】
図５（ａ１）、（ａ２）に示すように、シリコン基板２上に絶縁体２１を形成し、Ａｌ層を真空蒸着又はスパッタリングにより堆積し、所定パターンのレジスト膜を塗布し、このレジスト膜をマスクとして、Ａｌ層をウエットエッチング又はドライエッチングし、駆動下部電極１０、信号伝達下部電極７、８をそれぞれ形成する。
【００９７】
次に、図５（ｂ１）、（ｂ２）に示すように、犠牲層として用いるレジスト２２を形成し、パターニングし、中空構造となる領域に犠牲層を形成する。
【００９８】
次に、図５（ｃ１）、（ｃ２）に示すように、この上層にＡｌ層をスパッタリングにより堆積後、所定パターンをマスクとして、Ａｌ層をＥＣＲプラズマによりドライエッチングし、駆動電極５、固定櫛歯電極９、信号伝達電極６をそれぞれ形成する。
【００９９】
さらに、信号伝達電極６と対向する領域の固定櫛歯電極９を上方に設置するため、図５（ｄ２）に示すように、信号伝達電極６に対向する領域の犠牲層の上に、さらに犠牲層を形成し、その上層に同様にＡｌ層をスパッタリングにより堆積後、所定パターンをマスクとして、Ａｌ層をＥＣＲプラズマによりドライエッチングし、固定櫛歯電極９の湾曲部１２を形成する。
【０１００】
次に、図５（ｅ１）、（ｅ２）に示すように、低温でポリシリコンを形成し、所定パターンをマスクとしてポリシリコンをエッチングし、梁３を形成する。
【０１０１】
最後に、図５（ｆ１）、（ｆ２）に示すように、犠牲層２２をプラズマアッシングにより除去し、梁３および梁下面に形成された信号伝達電極６と駆動電極５とを解法し、中空構造とする。このように、本実施の形態１の電気機械スイッチが形成される。
【０１０２】
（実施の形態２）
図６（ａ）に、本発明の第２の実施の形態の電気機械スイッチの上面図を示す。図６（ｂ）に、図６（ａ）中Ｄ−Ｄ’部の断面図を示す。なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。実施の形態１と比較して本実施の形態の特徴は、図６に示すように、梁３の固定方法が折り返し構造になっている点にある。
【０１０３】
ここで、折り返し構造とは、図６に示すように、直線状の梁３の一端が、両端がポスト４により基板に固定されたコ字状の梁の中央部に支持され、また、梁３の他方の一端が、同様のコ字状の梁の中央部に支持されている構造をいう。
【０１０４】
本実施の形態２のように、梁を折り返して固定する構造であれば、バネ定数を１/２にすることができる。すなわち、電気機械スイッチの全体の構造と同程度の大きさで、梁３のバネをやわらかくすることが可能となり、さらなる高速な応答が可能となる。
【０１０５】
（実施の形態３）
図７（ａ）に、本発明の第３の実施の形態の電気機械スイッチの上面図を示す。図７（ｂ）に、実施の形態３の電気機械スイッチの等価回路を示す。なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１０６】
実施の形態１、２は、信号伝達電極６と分離された２つの信号伝達下部電極７，８とが結合して、信号伝達下部電極７から入力された信号が、信号伝達下部電極８から出力される。すなわちシリーズ型のスイッチとして構成されているのに対し、本実施の形態３の特徴は、図７（ａ）に示すように、信号伝達下部電極３１を接地し、信号伝達下部電極７にそれぞれ入出力端子３２，３３を接続することで、シャント型のスイッチとして構成している点にある。
【０１０７】
２つの信号伝達下部電極は、信号伝達下部電極７と接地電極３１である。接地電極３１は接地されている。信号伝達下部電極７は入力端子３２と出力端子３３に接続されている。
【０１０８】
梁３の駆動方法は、実施の形態１と同様に、駆動電極５-駆動下部電極１０間に電位差を設け、静電力を印加して、信号伝達電極６を引き込み、接地電極３１及び信号伝達下部電極７に電気的に結合させ、信号を接地させる。これにより、入力端子から入力した信号は接地され、出力端子へ出力されず、スイッチオフ状態となる。
【０１０９】
逆に、駆動電極５、１０間に印加されている静電力を開放し、駆動電極５と固定櫛歯電極９との間に静電力を発生させれば、梁３は上方へ変位し、信号伝達電極７と接地電極３１とは分離され、入力端子３２から入力した信号は、遮断されることなく出力端子３３へ出力される。この構成により、高周波数領域において、低駆動電圧ながら高速に応答するスイッチを実現することができる。
【０１１０】
（実施の形態４）
図８に、本発明の第４の実施の形態の電気機械スイッチの上面図を示す。なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。実施の形態１，２，３と比較して本実施の形態の特徴は、駆動電極を梁３の中心部に、信号伝達電極を梁の両端部に配置した点にある。
【０１１１】
図８に示すように、梁３の中心部の直下に駆動下部電極８９を配置し、その面と対向する梁の下面部に駆動電極９０が形成されている。駆動電極９０に電位を与えるために、梁３にはスルーホール８６が形成され、スルーホール８６を介して、梁３の上面に制御信号線８５が接続され、ポスト部までつながり、外部から制御信号を入力できる構成となっている。
【０１１２】
制御信号線８５は、図面上では左端に接続されているが、右端もしくは両方でも良い。また、制御信号線８５は、信号伝達電極である信号伝達上部電極８８および信号伝達下部電極８３、８４との間に生じる寄生容量を少しでも小さくするため、細いほうがよい。信号伝達上部電極８７，８８は、駆動電極９０を挟んで両側に形成され、第１の信号伝達上部電極８７と第２の信号伝達上部電極８８とで構成されている。
【０１１３】
また、信号伝達上部電極８７，８８の直下にある信号伝達下部電極８２、８３も、駆動下部電極８９を挟んで２つに第１の信号伝達下部電極８２と第２の信号伝達下部電極８３に分離されている。さらに、第１の信号伝達下部電極は、それぞれ、信号入力側の第１の信号伝達電極８１と出力側の第１の信号伝達電極８２とに、少なくとも空間的又は電気的に分離されている。また、第２の信号伝達下部電極も、それぞれ、信号入力側の第２の信号伝達電極８４と出力側の第２の信号伝達電極８３とに、少なくとも空間的又は電気的に分離されている。
【０１１４】
本実施の形態４の電気機械スイッチは、実施の形態１から３と同様に、駆動電極間に電位差を設ければ、静電力が発生し、梁３が基板側に引き込まれ、駆動電極９０と駆動下部電極８９とが接触する。これにより、梁３の両側において、信号伝達上部電極と信号伝達下部電極とがそれぞれ接触する。このとき、信号伝達下部電極８４（入力側）から入力した信号は、信号伝達上部電極８８を介して、信号伝達下部電極８３（出力側）に伝達され、スイッチがオン状態となる。同様に、信号伝達下部電極８１（入力側）から入力した信号は、信号伝達上部電極８７を介して、信号伝達下部電極８２（出力側）に伝達され、スイッチがオン状態となる。
【０１１５】
また、駆動電極間の電位を解消し、静電力を「０」にすれば、梁３は元の位置に戻り、信号伝達上部電極と信号伝達下部電極は離れ、信号は入力側から出力側へ流れなくなり、スイッチはオフ状態となる。なお、本説明では、信号伝達電極を２組として説明しているが、当然、１つもしくは２つ以上でも可能である。
【０１１６】
この構成により、梁中心部に静電力を印加させることが可能となり、固定端から離れた位置に力を印加することができる。このため、梁中心に静電力を印加する場合と、梁の端部に静電力を印加する場合とでは、梁の中心部に静電力を印加するほうが、モーメントが大きくなり、同じ力でより大きな変位を得ることが可能となる。逆に言えば、同じ変位を得るためには、小さな力で可能であり、梁の駆動電圧を低下させることができる。
【０１１７】
また、上述の実施の形態と同様に、駆動電極間に印加されている静電力を開放し、駆動電極と固定櫛歯電極間に静電力を発生させても、信号の漏洩は防止されるので、高い周波数領域において、低駆動電圧ながら高速に応答するスイッチを実現することができる。
【０１１８】
（実施の形態５）
図９に、本発明の実施の形態５の電気機械スイッチの上面図を示す。なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。実施の形態１〜４と比較して本実施の形態の特徴は、基板２上に、固定櫛歯電極９や梁３を移動させる移動電極が設置されている点にある。
【０１１９】
以下、本実施の形態５〜７の説明において、図９等に示すように、梁３の長手方向をｘ方向とし、梁３の短手方向をｙ方向として説明する。
【０１２０】
図９に示すように、本実施の形態５の電気機械スイッチは、梁３の短手側の左側方に、梁３をｘ方向に移動させる移動電極３０３が形成されている。また、電気機械スイッチは、梁３の短手側の右側方に、梁３をｘ方向に移動させる移動電極３０４が形成されている。
【０１２１】
移動電極３０３，３０４は、駆動電極５と固定櫛歯電極９の櫛歯部同士の接触を回避するのに必要な距離だけ梁３をｘ方向に移動させる静電力を発生させるものである。図１０は、梁３の端部に櫛歯部を設けた場合における梁３の端部付近Ｓの拡大図である。本実施の形態５の電気機械スイッチは、静電力を補強するために、図１０に示すように、梁３の左端部に櫛歯部３ａを設け、移動電極３０３に、梁３の櫛歯部３ａと対応する櫛歯部３０３ａを形成している。しかし、静電力の補強が必要ない場合は、梁３や移動電極に櫛歯部を設けなくても良い。
【０１２２】
次に、図１１を参照して、移動電極３０３，３０４により梁３を移動させる動作について説明する。図１１（ａ）は、室温状態における駆動電極５の櫛歯部と固定櫛歯電極９の櫛歯部の位置関係を示している。
【０１２３】
図１１（ａ）に示すように、室温状態においては、駆動電極５の櫛歯部と固定櫛歯電極９の櫛歯部は、互いに接触しないように、所定間隔で形成されている。しかし、電気機械スイッチが高温状態になると、梁３上に形成されている駆動電極５の櫛歯部は、固定端から離れるにつれて熱膨張により伸長する。これに対し、固定櫛歯電極９の櫛歯部は、固定端からの距離が短く、そのため熱膨張による伸長の程度も小さい。したがって、図１１（ｂ）に示すように、高温状態においては、駆動電極５の櫛歯部と固定櫛歯電極９の櫛歯部が接触してしまう場合がある。
【０１２４】
これを解消する手段として、移動電極３０３，３０４が設けられている。図１１（ｃ）に示すように、電気機械スイッチは、駆動電極５の櫛歯部と固定櫛歯電極９の櫛歯部とが接触して動作に異常が発生していることを検知したとき、移動電極３０３又は移動電極３０４と梁３の間の静電力により、梁３をｘ方向（梁３の長手方向）に移動させる。
【０１２５】
このように、本実施の形態の電気機械スイッチは、櫛歯部の接触状態を解消し、固定櫛歯電極９と駆動電極５とを用いて、スイッチのオン・オフ動作を正常に実行することができる。
【０１２６】
（実施の形態６）
図１２に、本発明の実施の形態６の電気機械スイッチの上面図を示す。なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。実施の形態１〜５と比較して本実施の形態の特徴は、基板２上に、固定櫛歯電極９や梁３を移動させる移動電極が設置されている点と、櫛歯部の櫛歯の形状が、先端に向けて先細りの三角形状である点にある。
【０１２７】
また、本実施の形態５の電気機械スイッチは、図１２に示すように、固定櫛歯電極９を静電力によりｙ方向（梁３の短手方向）に移動させる移動電極３０１，３０２が、固定櫛歯電極９の側方に形成されている。移動電極３０１，３０２は、梁３と固定櫛歯電極９とを両側から平行に挟む配置で形成されている。移動電極３０１，３０２は、信号伝達電極７，８とは電気的に分離しており、電気機械スイッチとしての動作に影響を与えないものである。
【０１２８】
移動電極３０１，３０２は、固定櫛歯電極９を、梁３から離れる方向に移動させるものである。図１３（ａ）は、図１２中のＤ−Ｄ線断面図である。図１３（ａ）に示すように、移動電極３０１は、固定櫛歯電極９ａを静電力により、移動電極３０１側（図中の左側）に引き込むものである。また、移動電極３０２は、固定櫛歯電極９ｂを静電力により、移動電極３０２側（図中の左側）に引き込むものである。
【０１２９】
また、移動電極３０１，３０２と固定櫛歯電極９の構造は、図１３（ｂ）に示すように、固定櫛歯電極９の脚部を細くして、静電力により移動電極３０１，３０２側に引き込み易い構成としても良い。
【０１３０】
次に、図１４を参照して、移動電極３０１，３０２により固定櫛歯電極９を移動させる動作について説明する。図１４（ａ）は、室温状態における駆動電極５の櫛歯部と固定櫛歯電極９の櫛歯部の位置関係を示している。
【０１３１】
図１４（ａ）に示すように、室温状態においては、駆動電極５の櫛歯部と固定櫛歯電極９の櫛歯部は、互いに接触しないように、所定間隔で形成されている。しかし、電気機械スイッチが高温状態になると、上述のように熱膨張の影響により、図１４（ｂ）に示すように、駆動電極５の櫛歯部と固定櫛歯電極９の櫛歯部が接触してしまう場合がある。
【０１３２】
これを解消する手段として、移動電極３０１，３０２が設けられている。図１３（ａ）、図１４（ｃ）に示すように、電気機械スイッチは、駆動電極５の櫛歯部と固定櫛歯電極９の櫛歯部とが接触して動作に異常が発生していることを検知したとき、例えば、固定櫛歯電極９ａ側で櫛歯の接触が発生していれば、移動電極３０１と駆動電極９ａとの間の静電力により、駆動電極９ａを移動電極３０１側に移動させる。また、固定櫛歯電極９ｂ側で櫛歯の接触が発生していれば、移動電極３０２と固定櫛歯電極９ｂとの間の静電力により、固定櫛歯電極９ｂを移動電極３０２側に移動させる。
【０１３３】
上述のように櫛歯部の櫛歯の形状は、先細りの三角形状である。従って、図１４（ｃ）に示すように、本実施の形態の電気機械スイッチは、固定櫛歯電極をｙ方向（梁３の短手方向）であって梁３から離れる方向に移動させることで、櫛歯同士の接触状態を解消することができる。このように、本実施の形態ので電気機械スイッチは、櫛歯部の接触状態を解消し、スイッチのオン・オフ動作を正常に実行することができる。
【０１３４】
なお、櫛歯の形状は、三角に限られるものではなく、例えば、短辺を先端とする台形のように先細りの形状であれば良い。
【０１３５】
（実施の形態７）
図１５に、本発明の実施の形態７の電気機械スイッチの上面図を示す。なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。本実施の形態の特徴は、基板２上に、固定櫛歯電極９や梁３を長手方向に移動させる移動電極と短手方向に移動させる電極の両方が設置されている点にある。
【０１３６】
図１５に示すように、本実施の形態の電気機械スイッチは、梁３の短手側の左側方に、梁３をｘ方向に移動させる移動電極３０３が形成されている。また、電気機械スイッチは、梁３の短手側の右側方に、梁３をｘ方向に移動させる移動電極３０４が形成されている。
【０１３７】
また、本実施の形態の電気機械スイッチは、固定櫛歯電極９を静電力によりｙ方向（梁３の短手方向）に移動させる移動電極３０１，３０２が、固定櫛歯電極９の側方に形成されている。移動電極３０１，３０２は、梁３と固定櫛歯電極９とを両側から平行に挟む配置で形成されている。移動電極３０１，３０２は、信号伝達電極７，８とは電気的に分離しており、電気機械スイッチとしての動作に影響を与えないものである。
【０１３８】
本実施の形態の電気機械スイッチは、移動電極３０１〜３０４の動作を組み合わせて、櫛歯の接触状態を解消するものである。例えば、電気機械スイッチは、駆動電極５の櫛歯部と固定櫛歯電極９の櫛歯部とが接触して動作に異常が発生していることを検知したとき、移動電極３０３，３０４と梁３の間の静電力により、梁３をｘ方向（梁３の長手方向）に移動させる。
【０１３９】
梁３をｘ方向に移動させても、いずれかの櫛歯で接触が生じてしまう場合は、次の動作に移行する。例えば、固定櫛歯電極９ａ側で櫛歯の接触が発生していれば、移動電極３０１と駆動電極９ａとの間の静電力により、駆動電極９ａを移動電極３０１側に移動させる。また、固定櫛歯電極９ａ側で櫛歯の接触が発生していれば、移動電極３０２と固定櫛歯電極９ｂとの間の静電力により、固定櫛歯電極９ｂを移動電極３０２側に移動させる。
【０１４０】
なお、上記の実施の形態５〜７の説明では、電気機械スイッチが、梁３櫛歯と固定櫛歯電極９の櫛歯とが接触するのを検知して、移動電極３０１〜３０４により梁３を移動させる制御方法（以下、第１の制御方法）を用いるものとして説明したが、梁３の制御方法はこれに限られず、梁３付近の温度を計測する温度計測手段を設け、その計測結果に基づき予め決められた量だけ梁を移動させる制御方法（以下、第２の制御方法）を用いても良い。また、これらの制御方法を組み合わせて用いても良い。
【０１４１】
以下、上記の制御方法について、それぞれ説明する。
まず、上記の第１の制御方法について説明する。第１の制御方法は、上述のように、梁３と固定櫛歯電極９との接触等の異常を検出してから、梁３をｘ方向やｙ方向に移動させる方法である。
【０１４２】
接触等の異常を検出する方法としては、櫛歯間の容量変化を検出する方法がある。例えば、室温で理想的に均等な状態で櫛歯が形成されているときの１組の櫛歯で形成される容量をＣ０とする。Ｃ０は、以下の数１で示す数式で表される。次に、温度変化による伸縮で櫛歯がΔｘだけずれたときの１組の櫛歯で形成される容量をＣ´とする。Ｃ´は、以下の数２で示す数式で表される。なお、以下の数式で、εは誘電率、Ｓは電極面積、ｄは櫛歯間の間隔、Δｘは変位量である。
【０１４３】
【数１】
2007234582.tif 000003
【数２】
2007234582.tif 000004
【０１４４】
櫛歯がΔｘだけ変位したときの容量の変化比は、以下の数３で示す数式で表される。
【数３】
2007234582.tif 000005
となる。
【０１４５】
つまり、変位量Δｘが０のとき、容量は最小となることが分かる。このため、熱変化により生じた変位量Δｘによる接触を避けるためには、容量が最小となるように、梁３をｘ方向（長手方向）に変位させれば良い。
【０１４６】
容量の検出は、例えば、容量間を通過する信号のレベルを検出する方法がある。固定櫛歯電極９側に信号検出器を設ければ、可動電極５と固定櫛歯電極９の容量変化を検出することができる。
【０１４７】
このように、第１の制御方法では、容量間を通過する信号のレベルを検出することで容量変化を検出し、その結果から変位量Δｘを推定し、その結果に基づき、移動電極３０１〜３０４に制御信号を送り、梁３を移動させて、櫛歯同士の接触状態を回避することができる。
【０１４８】
次に、上記の第２の制御方法について説明する。第２の制御方法は、上述のように、梁３付近の温度を計測する温度計測手段を設け、梁３の周辺付近の温度を検出することにより、予め決められた移動量で梁を移動させる制御方法である。
【０１４９】
一般的に、温度がΔＴ変化したとき、長さＬの物体はΔＬだけ膨張する。次式で、αは線形膨張係数であり、物質に固有の値である。
【数４】
2007234582.tif 000006
【０１５０】
数４からも分かるように、梁３の温度変化が分かれば、各櫛歯の変化量が分かるため、接触を避けるように梁を移動させることが可能となる。
【０１５１】
櫛歯間の間隔をｇとすると、梁３の固定端から最も離れた箇所に配置された櫛歯の変位量がｇを超えなければ櫛歯は接触することはない。
【０１５２】
図１６に、梁３の固定端からの距離と伸縮量の関係を示す。図１６では、温度変化量が0℃、30℃、100℃のときのグラフを重ねて図示している。図１６では、固定端からの距離を横軸に、伸縮量を縦軸に示している。
【０１５３】
図１６を参照すると、例えば、櫛歯間のギャップが0.6μｍの場合、温度変化が30℃ならば、固定端からの距離が250μｍの櫛歯の変化量は0.2μｍとなり、ギャップは絶対値が0.6μｍ以下なので、接触することはないことが判る。
【０１５４】
一方、温度変化が100℃になると、固定端からの距離が250μｍの櫛歯の変化量は0.6μｍ程度になるため、接触する可能性がある。このとき、梁３をｘ方向に−0.3μｍ移動すると（図中の補正のグラフ参照）、固定端からの距離が50μｍの櫛歯の伸縮量は−0.2μｍ程度であり、固定端からの距離が250μｍの櫛歯の伸縮量は0.3μｍ程度であり、両位置ともに櫛歯間のギャップは絶対値が0.6μｍ以下なので、接触を回避することができる。
【０１５５】
また、図１４に示すような櫛歯の形状が先細型の櫛歯の場合は、温度変化による梁の変位量が0.6μｍ以上の箇所が生じたとき、梁をｙ方向に移動させることで、接触を回避することができる。
【０１５６】
このように、第２の制御方法では、梁３の周辺付近の温度を検出することにより、予め決められた移動量で梁を移動させることで、櫛歯同士の接触状態を回避することができる。
【０１５７】
また、上述のように第１の制御方法と第２の制御方法とを組み合わせても良い。例えば、電気機械スイッチに、容量間を通過する信号のレベルを検出する信号検出器と梁３の周辺付近の温度を検出する温度測定手段とを設け、まず、第２の制御方法を用いて温度情報に基づく接触回避を行い、それでも接触が生じた場合に第１の制御方法に移行するものとしても良い。例えば、局所的な温度情報が発生して、温度情報に基づいて予め設定された移動量だけ梁を移動させるのでは櫛歯の接触回避ができない場合であっても、接触等の異常を検知した後、第１の制御方法に移行して、接触回避するのに最適な位置に梁を移動させることができる。
【０１５８】
このように、本実施の形態の電気機械スイッチは、高熱状態において、櫛歯の接触状態を解消するとともに、櫛歯間の静電力の減少を最低限に抑制する櫛歯の配置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
本発明の電気機械スイッチは、低駆動電圧での動作かつ高速にオン・オフすることができるＲＦＭＥＭＳスイッチに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本実施の形態１における電気機械スイッチを上面からみた上面図
【図２】（ａ）電気機械スイッチ１がオン状態であるときのＡ-Ａ'部の断面図、（ｂ）は、オフ状態であるときのＡ-Ａ'部の断面図
【図３】（ａ）電気機械スイッチ１がオン状態であるときのＢ-Ｂ'部の断面図、（ｂ）オフ状態におけるＢ-Ｂ'部の断面図
【図４】（ａ）電気機械スイッチ１がオン状態であるときのＣ-Ｃ'部の断面図、（ｂ）オフ状態におけるＣ-Ｃ'部の断面図
【図５】（ａ１）から（ｆ１）は、図１中Ｂ−Ｂ‘断面における断面図を製造工程順に示す図、（ａ２）から（ｆ２）は、図１中Ｃ−Ｃ‘断面における断面図を製造工程順に示す図
【図６】（ａ）第２の実施の形態の電気機械スイッチの上面図、（ｂ）図６（ａ）中Ｄ−Ｄ’部の断面図
【図７】（ａ）第３の実施の形態の電気機械スイッチの上面図、（ｂ）実施の形態３の電気機械スイッチの等価回路図
【図８】第４の実施の形態の電気機械スイッチの上面図
【図９】第５の実施の形態の電気機械スイッチの上面図
【図１０】第５の実施の形態の電気機械スイッチの要部拡大図
【図１１】（ａ）常温状態における櫛歯部の位置関係を説明する図、（ｂ）高温状態における櫛歯部の位置関係を説明する図、（ｃ）櫛歯の位置補正後の櫛歯部の位置関係を説明する図
【図１２】第６実施の形態の電気機械スイッチの上面図
【図１３】図１２中のＤ−Ｄ線断面図
【図１４】（ａ）常温状態における櫛歯部の位置関係を説明する図、（ｂ）高温状態における櫛歯部の位置関係を説明する図、（ｃ）櫛歯の位置補正後の櫛歯部の位置関係を説明する図
【図１５】第７実施の形態の電気機械スイッチの上面図
【図１６】梁３の固定端からの距離と伸縮量の関係を示す図
【図１７】従来の３層電極構造を採用したＭＥＭＳスイッチ１００の斜視図
【図１８】従来の３層電極構造を採用したＭＥＭＳスイッチ１００の図１１中のＡ−Ａ’断面
【図１９】（ａ）櫛歯間の容量と応答時間の関係を示す図、（ｂ）櫛歯間に形成される容量から漏洩する信号の挿入損失と周波数の関係を示す図
【符号の説明】
【０１６１】
１  電気機械スイッチ
２  シリコン基板
３  梁 
４  ポスト部
５  駆動電極
６  信号伝達電極
７、８  信号伝達下部電極
９  固定櫛歯電極
１０  駆動下部電極
【図１】
2007234582.tif 000007
【図２】
2007234582.tif 000008
【図３】
2007234582.tif 000009
【図４】
2007234582.tif 000010
【図５】
2007234582.tif 000011
【図６】
2007234582.tif 000012
【図７】
2007234582.tif 000013
【図８】
2007234582.tif 000014
【図９】
2007234582.tif 000015
【図１０】
2007234582.tif 000016
【図１１】
2007234582.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
2007234582.tif 000019
【図１４】
2007234582.tif 000020
【図１５】
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【図１６】
2007234582.tif 000022
【図１７】
2007234582.tif 000023
【図１８】
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【図１９】
2007234582.tif 000025