JP2008103777A - マイクロメカニカル共振器 - Google Patents
マイクロメカニカル共振器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008103777A JP2008103777A JP2006282074A JP2006282074A JP2008103777A JP 2008103777 A JP2008103777 A JP 2008103777A JP 2006282074 A JP2006282074 A JP 2006282074A JP 2006282074 A JP2006282074 A JP 2006282074A JP 2008103777 A JP2008103777 A JP 2008103777A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resonator
- resonance
- beams
- resonant
- micromechanical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 49
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 19
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 14
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
【課題】基板９上に両端部が支持された共振子５と、該共振子５に対向して配置された２つの電極１、２とを具え、一方の電極１と共振子５とが互いに対向して、１或いは複数のギャップ部が形成されると共に、他方の電極２と共振子５とが互いに対向して、１或いは複数のギャップ部が形成されているマイクロメカニカル共振器において、低インピーダンス化を図る。
【解決手段】本発明に係るマイクロメカニカル共振器において、共振子５は、基板９上に、互いに並列の位置関係に配置された複数本の共振ビーム５２、５３、５４を具え、各共振ビームの両端部が基板９上に支持されると共に、隣接する共振ビームどうしが、それぞれの振動の腹の位置若しくはその近傍位置にて互いに連結されている。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に係るマイクロメカニカル共振器において、共振子５は、基板９上に、互いに並列の位置関係に配置された複数本の共振ビーム５２、５３、５４を具え、各共振ビームの両端部が基板９上に支持されると共に、隣接する共振ビームどうしが、それぞれの振動の腹の位置若しくはその近傍位置にて互いに連結されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、入力された高周波信号を機械的な信号に変換した後に再び高周波信号に変換して出力する共振器に関し、特に、半導体分野における微細加工技術を利用して作製されるマイクロメカニカル共振器に関するものである。
近年、半導体分野における微細加工技術を利用して、微細な機械構造を電子回路と一体化して形成する、所謂マイクロエレクトロメカニカルシステム(ＭＥＭＳ)技術が開発されており、フィルターや共振器への応用が検討されている。
図２４は、ＭＥＭＳ技術を用いた従来のマイクロメカニカル共振器を表わしている(非特許文献１)。該マイクロメカニカル共振器は、図示の如く基板(96)上に共振子(90)を具え、該共振子(90)は、角柱状の共振ビーム(92)と、該共振ビーム(92)の両端部を支持すべき４本の角柱状の支持ビーム(91)〜(91)とから構成されており、各支持ビーム(91)の基端部はそれぞれアンカー(93)によって基板(96)上に固定されている。これによって、共振子(90)は、基板(96)の表面から僅かに浮上した位置に保持されている。
又、共振子(90)の共振ビーム(92)の両側には、共振ビーム(92)の中央部を挟んで入力電極(94)と出力電極(95)が配備され、共振ビーム(92)と両電極(94)95)との間に所定のギャップ部Ｇが形成されている。
そして、入力電極(94)には高周波電源(６)が接続されると共に、１つのアンカー(93)には主電圧電源(７)が接続されている。
そして、入力電極(94)には高周波電源(６)が接続されると共に、１つのアンカー(93)には主電圧電源(７)が接続されている。
アンカー(93)を介して共振子(90)に直流電圧Ｖｐを印加した状態で、入力電極(94)に高周波信号Ｖｉを入力すると、入力電極(94)と共振ビーム(92)との間にギャップ部Ｇを介して交番静電気力が発生し、該静電気力によって共振子(90)が基板(96)の表面と平行な面内で振動する。この共振子(90)の振動により、共振ビーム(92)と両電極(95)(94)との間に形成される静電容量が変化し、該静電容量の変化が出力電極(95)から高周波信号Ｉｏとして出力される。
又、図２５は、従来の他のマイクロメカニカル共振器を表わしている(非特許文献２、特許文献１)。該マイクロメカニカル共振器は、基板(107)上に平板状の共振子(100)を具え、該共振子(100)は、両端部と中央部の３カ所に支持部(103)を有すると共に、隣接する２つの支持部(103)(103)間に共振ビーム(102)を有している。各支持部(103)には支持ビーム(101)が突設され、各支持ビーム(101)の基端部はそれぞれアンカー(104)によって基板(107)に固定されている。これによって、共振子(100)は、基板(107)の表面から僅かに浮上した位置に保持されている。
又、基板(107)上には、共振子(100)の２つの共振ビーム(102)(102)との間に、入力電極(106)と出力電極(105)が配備され、一方の共振ビーム(102)と入力電極(106)の間、並びに他方の共振ビーム(102)と出力電極(105)との間に、所定のギャップ部が形成されている。
そして、入力電極(106)には高周波電源(６)が接続されると共に、１つのアンカー(104)には主電圧電源(７)が接続されている。
そして、入力電極(106)には高周波電源(６)が接続されると共に、１つのアンカー(104)には主電圧電源(７)が接続されている。
アンカー(104)を介して共振子(100)に直流電圧Ｖｐを印加した状態で、入力電極(106)に高周波信号Ｖｉを入力すると、入力電極(106)と共振ビーム(102)との間にギャップ部を介して交番静電気力が発生し、該静電気力によって共振子(100)が基板(107)の表面と垂直な面内で振動する。この共振子(100)の振動により、共振子(100)と両電極(106)(105)との間に形成される静電容量が変化し、該静電容量の変化が出力電極(105)から高周波信号Ｉｏとして出力される。
W.-T.Hsu,J.R.Clark, and C.T.-C.Nguyen,"Q-optimized lateral freee-free beam micromechanical resonators,"Digest of Technical papers, the 11th Int. Conf. on Solid-State Sensors & Actuators (Transducers’01), Munich, Germany, June 10-14,2001, pp.1110-1113.
M.U.Demirci and C.T.-C.Nguyen,"Higher-mode freee-free beam micromechanical resonators,"Proceedings,2003 IEEE Int. Frequency Control Symposium, Tampa, May5-8, 2003, pp.810-818.
特表２００２-５３５８６５号公報
上述の如きマイクロメカニカル共振器においては、図２６(ａ)に示す１次の共振モードの他、同図(ｂ)に示す２次の共振モードや同図(ｃ)に示す３次の共振モード等の高次の共振モードが混在して発生するが、特にマイクロメカニカル共振器をＧＨｚ帯で動作する高周波無線通信機器に応用する場合、製造時の加工を容易にするため、共振器のサイズを大きく出来る、高次の共振モードを利用する必要がある。しかしながら、図２７に示す如く、１次の共振モードの強度が最も高く、３次の共振モード、５次の共振モードと、高次になるほど強度が低くなるため、応用が進んでいないのが実状である。
そこで本発明者らは上記の課題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、意図的に高次の共振モードを発生させることが可能なマイクロメカニカル共振器の開発に成功した。
図１７及び図１８は、該マイクロメカニカル共振器の一例を示している。図示の如く、該マイクロメカニカル共振器は、基板(９)上に両端部が支持された共振ビーム(52)と、該共振ビーム(52)を挟んで両側に配置された２つの電極(１)(２)とを具え、共振ビーム(52)の両端部間にて、一方の電極(１)と共振ビーム(52)とが互いに対向して、１或いは複数のギャップ部が形成されると共に、他方の電極(２)と共振ビーム(52)とが互いに対向して、１或いは複数のギャップ部が形成され、高周波信号の入力により何れか一方若しくは両方の電極(１)(２)と共振ビーム(52)との間に交番静電気力を発生させて共振ビーム(52)に振動を与え、何れか一方若しくは両方の電極(１)(２)と共振ビーム(52)との間の静電容量の変化を高周波信号として出力するものである。
図１７及び図１８は、該マイクロメカニカル共振器の一例を示している。図示の如く、該マイクロメカニカル共振器は、基板(９)上に両端部が支持された共振ビーム(52)と、該共振ビーム(52)を挟んで両側に配置された２つの電極(１)(２)とを具え、共振ビーム(52)の両端部間にて、一方の電極(１)と共振ビーム(52)とが互いに対向して、１或いは複数のギャップ部が形成されると共に、他方の電極(２)と共振ビーム(52)とが互いに対向して、１或いは複数のギャップ部が形成され、高周波信号の入力により何れか一方若しくは両方の電極(１)(２)と共振ビーム(52)との間に交番静電気力を発生させて共振ビーム(52)に振動を与え、何れか一方若しくは両方の電極(１)(２)と共振ビーム(52)との間の静電容量の変化を高周波信号として出力するものである。
該マイクロメカニカル共振器によれば、ギャップ部の数に応じた３次以上の高次の共振モードで共振ビーム(52)が共振し、高い周波数の出力信号が得られることになる。従って、出力される高周波信号の周波数を挺倍する必要がないため、特に、低位相ノイズが必要とされる装置、例えばリモートキーレスエントリーシステムや、スペクトラム拡散通信やソフトウエア無線等のＲＦ無線装置に有効である。
ところで、この様な装置への応用を考慮した場合、マイクロメカニカル共振器のインピーダンスを低減させて損失を少しでも抑えることが要求される。
そこで本発明の目的は、発明者らが開発したマイクロメカニカル共振器を更に低インピーダンスなものとすることである。
そこで本発明の目的は、発明者らが開発したマイクロメカニカル共振器を更に低インピーダンスなものとすることである。
本発明に係るマイクロメカニカル共振器は、基板(９)上に両端部が支持された共振子(５)と、該共振子(５)に対向して配置された２つの電極(１)(２)とを具え、一方の電極(１)と共振子(５)とが互いに対向して、１或いは複数のギャップ部が形成されると共に、他方の電極(２)と共振子(５)とが互いに対向して、１或いは複数のギャップ部が形成され、高周波信号の入力により何れか一方若しくは両方の電極(１)(２)と共振子(５)との間に交番静電気力を発生させて共振子(５)に振動を与え、何れか一方若しくは両方の電極(１)(２)と共振子(５)との間の静電容量の変化を高周波信号として出力するものである。
ここで、前記共振子(５)は、基板(９)上に、互いに並列の位置関係に配置された複数本の共振ビームを具え、各共振ビームの両端部が基板上に支持されると共に、隣接する共振ビームどうしが、それぞれの振動の腹の位置若しくはその近傍位置にて互いに連結されている。
ここで、前記共振子(５)は、基板(９)上に、互いに並列の位置関係に配置された複数本の共振ビームを具え、各共振ビームの両端部が基板上に支持されると共に、隣接する共振ビームどうしが、それぞれの振動の腹の位置若しくはその近傍位置にて互いに連結されている。
本発明に係るマイクロメカニカル共振器においては、前記共振子(５)を構成する複数本の共振ビームに対し、これらの共振ビームが配列されている面に対して垂直な方向に、若しくは平行な方向に静電気力を作用させる。
上記本発明のマイクロメカニカル共振器によれば、共振子が１本の共振ビームから構成されている複数のマイクロメカニカル共振器を単に電気的に並列接続した場合に比べて、共振子(５)を構成する各共振ビームの機械的振幅が増大し、Ｑ値が増大することが、実験的に確認された。
具体的には、前記共振子(５)を構成する複数本の共振ビームは、それぞれの共振周波数が互いに異なることとなる形状寸法を有している。例えば、前記共振子(５)を構成する複数本の共振ビームは、それぞれの長さが互いに異なっている。
該具体的構成によれば、よりＱ値が増大することが、実験的に確認された。
該具体的構成によれば、よりＱ値が増大することが、実験的に確認された。
ここで、互いに隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比を、１.２未満とすれば、共振子(５)を同じサイズの複数本の共振ビームによって構成した場合に比べて、Ｑ値が増大することが、実験的に確認された。
更に、互いに隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比を、約１.０１〜約１.０２の範囲とすれば、Ｑ値の最大化を図ることが出来る。
更に、互いに隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比を、約１.０１〜約１.０２の範囲とすれば、Ｑ値の最大化を図ることが出来る。
本発明に係るマイクロメカニカル共振器によれば、Ｑ値を増大させてインピーダンスの低減を図ることが出来る。
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係るマイクロメカニカル共振器は、図１に示す如く、シリコン或いはガラスからなる基板(９)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(５)が配備され、その両端部はシリコン、アルミニウム等の導電材料からなるアンカー(３)(３)によって基板(９)上に支持されている。これによって、共振子(５)は、基板(９)の表面から僅かに浮上した位置に保持されている。
本発明に係るマイクロメカニカル共振器は、図１に示す如く、シリコン或いはガラスからなる基板(９)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(５)が配備され、その両端部はシリコン、アルミニウム等の導電材料からなるアンカー(３)(３)によって基板(９)上に支持されている。これによって、共振子(５)は、基板(９)の表面から僅かに浮上した位置に保持されている。
共振子(５)は、互いに並列の位置関係に配置された３本の共振ビーム(52)(53)(54)を具え、各共振ビームの両端部がアンカー(３)(３)に連結されている。又、３本の共振ビーム(52)(53)(54)は、隣接するどうしがビーム中央部にてシリコン、アルミニウム等の導電材料からなる連結ビーム(41)により連結されている。
共振子(５)の３本の共振ビーム(52)(53)(54)を挟んで基板(９)側の下方には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる２本の電極(１)(１)が配備されると共に、基板(９)とは反対側の上方には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる１本の電極(２)が配備され、これらの電極(１)(１)(２)は基板(９)上で互いに連結されている。下方の各電極(１)には、３本の共振ビーム(52)(53)(54)を横切る電極突出部(16)が形成されると共に、上方の電極(２)には３本の共振ビーム(52)(53)(54)を横切る電極突出部(26)が形成され、これらの電極突出部(16)(26)(26)は食い違いの位置関係で交互に等間隔で並んでいる。
電極(１)(１)(２)には高周波電源(６)が接続され、一方のアンカー(３)には主電圧電源(７)が接続されている。
電極(１)(１)(２)には高周波電源(６)が接続され、一方のアンカー(３)には主電圧電源(７)が接続されている。
主電圧電源(７)からアンカー(３)を介して共振子(５)に直流電圧Ｖｐを印加した状態で、高周波電源(６)から電極(１)(１)(２)に高周波信号Ｖｉを入力すると、３本の共振ビーム(52)(53)(54)と電極突出部(16)(26)(26)の間にギャップ部を介して交番静電気力が発生し、該静電気力によって３本の共振ビーム(52)(53)(54)が基板(９)の表面と垂直な面内で振動する。
この共振ビーム(52)(53)(54)の振動により、共振ビーム(52)(53)(54)と電極突出部(16)(26)(26)の間の静電容量が変化し、該静電容量の変化が該アンカー(３)から高周波信号Ｉoとして出力される。
この共振ビーム(52)(53)(54)の振動により、共振ビーム(52)(53)(54)と電極突出部(16)(26)(26)の間の静電容量が変化し、該静電容量の変化が該アンカー(３)から高周波信号Ｉoとして出力される。
ここで、共振子(５)を構成する３本の共振ビーム(52)(53)(53)は、それぞれ３次共振モードで振動するが、該振動の３つの腹の位置の内、中央の腹の位置にて連結ビーム(41)により互いに機械的に連結されているので、共振子(５)は全体として１つの共振周波数で共振することになる。
上記マイクロメカニカル共振器は、３本の共振ビーム(52)(53)(54)の各ビームを独立に具えた３つの共振器要素を互いに並列関係で機械的に連結した構成を有しているが、本発明のマイクロメカニカル共振器(連結型マイクロメカニカル共振器)は、１つの共振器要素からなるマイクロメカニカル共振器(単独型マイクロメカニカル共振器)よりも大きな機械的振幅で振動することになる。
そして、３つの共振器要素によって得られる出力電流を足し合わせた電流値が高周波信号として出力されることになる。
そして、３つの共振器要素によって得られる出力電流を足し合わせた電流値が高周波信号として出力されることになる。
図２は、３つの単独型マイクロメカニカル共振器の周波数特性Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃと、該３つの単独型マイクロメカニカル共振器の共振器要素を互いに連結してなる連結型マイクロメカニカル共振器の周波数特性Ｐｍとを比較したものである。
図示の如く、本発明の連結型マイクロメカニカル共振器の周波数特性Ｐｍの機械的振幅の大きさは、３つの単独型マイクロメカニカル共振器の周波数特性Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの何れの機械的振幅よりも大きくなっている。
従って、本発明の連結型マイクロメカニカル共振器によれば、３つの単独型マイクロメカニカル共振器によって得られる３つの出力電流を足し合わせた電流値よりも大きな出力電流が得られることとなり、共振器全体のインピーダンスを低下させることが出来る。
図示の如く、本発明の連結型マイクロメカニカル共振器の周波数特性Ｐｍの機械的振幅の大きさは、３つの単独型マイクロメカニカル共振器の周波数特性Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの何れの機械的振幅よりも大きくなっている。
従って、本発明の連結型マイクロメカニカル共振器によれば、３つの単独型マイクロメカニカル共振器によって得られる３つの出力電流を足し合わせた電流値よりも大きな出力電流が得られることとなり、共振器全体のインピーダンスを低下させることが出来る。
次に、図３乃至図１６を用いて、本発明の連結型マイクロメカニカル共振器の種々の実施例と、各実施例におけるコンピュータシミュレーションを用いたモード解析及び静的解析の結果について説明する。
第１実施例
図３に示す第１実施例においては、２本の共振ビーム(52)(53)を基板上に基板と平行に配列し、これらの共振ビーム(52)(53)を上面及び下面の中央位置にて連結ビーム(41)(41)により互いに連結して、横型２連結の共振子(５)が構成されている。
該共振子(５)においては、図４に示す如く、両共振ビーム(52)(53)の配列方向に、各共振ビーム(52)(53)の中央部と両端部に互いに逆向きの静電気力Ｐ１、Ｐ２を作用させて、図中に点線で示す様に両共振ビーム(52)(53)に３次の共振モードを発生させる。
ここで、共振ビーム(52)(53)(54)の中央部に作用させる静電気力Ｐ１は、共振ビーム(52)(53)(54)の両端部に作用させる静電気力Ｐ２よりも小さく設定されている。
図３に示す第１実施例においては、２本の共振ビーム(52)(53)を基板上に基板と平行に配列し、これらの共振ビーム(52)(53)を上面及び下面の中央位置にて連結ビーム(41)(41)により互いに連結して、横型２連結の共振子(５)が構成されている。
該共振子(５)においては、図４に示す如く、両共振ビーム(52)(53)の配列方向に、各共振ビーム(52)(53)の中央部と両端部に互いに逆向きの静電気力Ｐ１、Ｐ２を作用させて、図中に点線で示す様に両共振ビーム(52)(53)に３次の共振モードを発生させる。
ここで、共振ビーム(52)(53)(54)の中央部に作用させる静電気力Ｐ１は、共振ビーム(52)(53)(54)の両端部に作用させる静電気力Ｐ２よりも小さく設定されている。
コンピュータシミュレーションにおいては、図５に示す様に、共振ビームに生じる３次共振モードの振動の２つの節の間隔を単位長さとして、５μｍの単位長さを有する第１の共振ビームと、該共振ビームの単位長さを徐々に変化させた第２の共振ビームの組み合わせにおいて、連結型マイクロメカニカル共振器のＱ値の変化を調べた。
その結果、図示の如く、２つの共振器要素のサイズが同じ連結型マイクロメカニカル共振器のＱ値は、単独型マイクロメカニカル共振器のＱ値(図中の「１個の場合」)よりも大きなものとなった。
その結果、図示の如く、２つの共振器要素のサイズが同じ連結型マイクロメカニカル共振器のＱ値は、単独型マイクロメカニカル共振器のＱ値(図中の「１個の場合」)よりも大きなものとなった。
更に、２つの共振器要素のサイズが異なる連結型マイクロメカニカル共振器のＱ値は、２つの共振器要素のサイズが同じ連結型マイクロメカニカル共振器のＱ値に対し、第２の共振ビームの単位長さが５μｍ〜５.１μｍの範囲では、より大きな値となり、更に第２の共振ビームの単位長さが５.０６μｍにて最大値となった。
従って、２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、１.０２未満であることが好ましく、更に、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約１.０１２であることが最も好ましいということが出来る。
従って、２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、１.０２未満であることが好ましく、更に、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約１.０１２であることが最も好ましいということが出来る。
第２実施例
図６に示す第２実施例においては、３本の共振ビーム(52)(53)(54)を基板上に基板と平行に配列し、これらの共振ビーム(52)(53)(54)を上面及び下面の中央位置にて連結ビーム(41)(41)により互いに連結して、横型３連結の共振子(５)が構成されている。
該共振子(５)においては、図７に示す如く、３本の共振ビーム(52)(53)(54)の配列方向に、各共振ビーム(52)(53)(54)の中央部と両端部に互いに逆向きの静電気力Ｐ１、Ｐ２を作用させて、図中に点線で示す様に３本の共振ビーム(52)(53)(54)に３次の共振モードを発生させる。
ここで、共振ビーム(52)(53)(54)の中央部に作用させる静電気力Ｐ１は、共振ビーム(52)(53)(54)の両端部に作用させる静電気力Ｐ２よりも小さく設定されている。
図６に示す第２実施例においては、３本の共振ビーム(52)(53)(54)を基板上に基板と平行に配列し、これらの共振ビーム(52)(53)(54)を上面及び下面の中央位置にて連結ビーム(41)(41)により互いに連結して、横型３連結の共振子(５)が構成されている。
該共振子(５)においては、図７に示す如く、３本の共振ビーム(52)(53)(54)の配列方向に、各共振ビーム(52)(53)(54)の中央部と両端部に互いに逆向きの静電気力Ｐ１、Ｐ２を作用させて、図中に点線で示す様に３本の共振ビーム(52)(53)(54)に３次の共振モードを発生させる。
ここで、共振ビーム(52)(53)(54)の中央部に作用させる静電気力Ｐ１は、共振ビーム(52)(53)(54)の両端部に作用させる静電気力Ｐ２よりも小さく設定されている。
コンピュータシミュレーションにおいては、図８に示す様に、５μｍの単位長さを有する第１の共振ビームＡと、該共振ビームの単位長さを徐々に変化させた第２の共振ビームＢと、各共振ビームＢに対して同じだけ単位長さを変化させた第３の共振ビームＣとの組み合わせを有する連結型マイクロメカニカル共振器のＱ値の変化を調べた。
その結果、図示の如く、３つの共振器要素のサイズが同じ連結型マイクロメカニカル共振器のＱ値は、単独型マイクロメカニカル共振器のＱ値(図中の「１個の場合」)よりも大きなものとなった。
その結果、図示の如く、３つの共振器要素のサイズが同じ連結型マイクロメカニカル共振器のＱ値は、単独型マイクロメカニカル共振器のＱ値(図中の「１個の場合」)よりも大きなものとなった。
更に、３つの共振器要素のサイズが異なる連結型マイクロメカニカル共振器のＱ値は、３つの共振器要素のサイズが同じ連結型マイクロメカニカル共振器のＱ値に対し、第２の共振ビームの単位長さが５μｍ〜５.１μｍの範囲であって、且つ第３の共振ビームの単位長さが５μｍ〜５.２μｍの範囲では、より大きな値となり、更に第２の共振ビームの単位長さが５.０９μｍ、第３の共振ビームの単位長さが５.１８μｍで最大値となった。
従って、隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、１〜１.０２の範囲が好ましく、更に、隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約１.０１８であることが最も好ましいということが出来る。
従って、隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、１〜１.０２の範囲が好ましく、更に、隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約１.０１８であることが最も好ましいということが出来る。
第３実施例
図９に示す第３実施例においては、３本の共振ビーム(52)(53)(54)を基板上に基板と垂直に配列し、各共振ビームの長さ方向の中央位置にて連結ビーム(41)(41)により互いに連結して、縦型３連結の共振子(５)が構成されている。
該共振子(５)においては、図１０に示す如く、３本の共振ビーム(52)(53)(54)の配列方向と直交する向きに、各共振ビーム(52)(53)(54)の中央部と両端部に互いに逆向きの静電気力Ｐ１、Ｐ２を作用させて、図中に点線で示す様に３本の共振ビーム(52)(53)(54)に３次の共振モードを発生させる。
ここで、共振ビーム(52)(53)(54)の中央部に作用させる静電気力Ｐ１は、共振ビーム(52)(53)(54)の両端部に作用させる静電気力Ｐ２よりも小さく設定されている。
図９に示す第３実施例においては、３本の共振ビーム(52)(53)(54)を基板上に基板と垂直に配列し、各共振ビームの長さ方向の中央位置にて連結ビーム(41)(41)により互いに連結して、縦型３連結の共振子(５)が構成されている。
該共振子(５)においては、図１０に示す如く、３本の共振ビーム(52)(53)(54)の配列方向と直交する向きに、各共振ビーム(52)(53)(54)の中央部と両端部に互いに逆向きの静電気力Ｐ１、Ｐ２を作用させて、図中に点線で示す様に３本の共振ビーム(52)(53)(54)に３次の共振モードを発生させる。
ここで、共振ビーム(52)(53)(54)の中央部に作用させる静電気力Ｐ１は、共振ビーム(52)(53)(54)の両端部に作用させる静電気力Ｐ２よりも小さく設定されている。
コンピュータシミュレーションにおいては、図１１に示す様に、５μｍの単位長さを有する第１の共振ビームＡと、該共振ビームの単位長さを徐々に変化させた第２の共振ビームＢと、各共振ビームＢに対して同じだけ単位長さを変化させた第３の共振ビームＣとの組み合わせを有する連結型マイクロメカニカル共振器のＱ値の変化を調べた。
その結果、３つの共振器要素のサイズが異なる連結型マイクロメカニカル共振器のＱ値は、３つの共振器要素のサイズが同じ連結型マイクロメカニカル共振器のＱ値に対し、第２の共振ビームの単位長さが５μｍ〜５.１２μｍの範囲であって、且つ第３の共振ビームの単位長さが５μｍ〜５.２４μｍの範囲では、より大きな値となり、更に第２の共振ビームの単位長さが５.０９μｍ、第３の共振ビームの単位長さが５.１８μｍで最大値となった。
従って、隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、１〜１.０２４の範囲が好ましく、更に、隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約１.０１８であることが最も好ましいということが出来る。
従って、隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、１〜１.０２４の範囲が好ましく、更に、隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約１.０１８であることが最も好ましいということが出来る。
第４実施例
図１２(ａ)(ｂ)はそれぞれ、縦型２連結の共振子と縦型３連結の共振子において、各共振ビームの中央部に作用させる静電気力Ｐ１と各共振ビームの両端部に作用させる静電気力Ｐ２を均等とした場合のＱ値の変化を表わしている。
図１２(ａ)に示す如く縦型２連結の共振子においては、隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、１〜１.０２４の範囲が好ましく、更に、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約１.０２４であることが最も好ましいということが出来る。
又、図１２(ｂ)に示す如く縦型３連結の共振子においては、隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、１〜１.０２４の範囲が好ましく、更に、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約１.０１８であることが最も好ましいということが出来る。
図１２(ａ)(ｂ)はそれぞれ、縦型２連結の共振子と縦型３連結の共振子において、各共振ビームの中央部に作用させる静電気力Ｐ１と各共振ビームの両端部に作用させる静電気力Ｐ２を均等とした場合のＱ値の変化を表わしている。
図１２(ａ)に示す如く縦型２連結の共振子においては、隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、１〜１.０２４の範囲が好ましく、更に、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約１.０２４であることが最も好ましいということが出来る。
又、図１２(ｂ)に示す如く縦型３連結の共振子においては、隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、１〜１.０２４の範囲が好ましく、更に、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比が約１.０１８であることが最も好ましいということが出来る。
図１２に示す結果から、本発明の連結型マイクロメカニカル共振器においては、各共振ビームの中央部に作用させる静電気力Ｐ１よりも各共振ビームの両端部に作用させる静電気力Ｐ２を大きく設定した場合に限らず、これらの静電気力Ｐ１、Ｐ２を均等とした場合にも同様の効果を得ることが出来ると言える。
第５実施例
図１３〜図１５は、縦型３連結の共振子を有するマイクロメカニカル共振器において、共振子を１次共振モードで振動させる実施例を示している。図１６(ａ)(ｂ)はそれぞれ、縦型２連結の共振子と縦型３連結の共振子において、静電気力を各共振ビームの中央部に作用させ、共振子を１次共振モードで振動させた場合のＱ値の変化を表わしている。
図１３は各共振ビームの寸法形状を表わしている。図１４は、実験番号毎に、タイプＡの共振ビーム(52)、タイプＢの共振ビーム(53)及びタイプＣの共振ビーム(54)について、各ビームの単位長さＬを表わしている。又、図１５は、縦型３連結の共振子における連結ビーム(41)の形状寸法と、外力の位置及び大きさを表わしている。
尚、縦型２連結の共振子では、タイプＡの共振ビーム(52)とタイプＢの共振ビーム(53)のみを用いた。
図１３〜図１５は、縦型３連結の共振子を有するマイクロメカニカル共振器において、共振子を１次共振モードで振動させる実施例を示している。図１６(ａ)(ｂ)はそれぞれ、縦型２連結の共振子と縦型３連結の共振子において、静電気力を各共振ビームの中央部に作用させ、共振子を１次共振モードで振動させた場合のＱ値の変化を表わしている。
図１３は各共振ビームの寸法形状を表わしている。図１４は、実験番号毎に、タイプＡの共振ビーム(52)、タイプＢの共振ビーム(53)及びタイプＣの共振ビーム(54)について、各ビームの単位長さＬを表わしている。又、図１５は、縦型３連結の共振子における連結ビーム(41)の形状寸法と、外力の位置及び大きさを表わしている。
尚、縦型２連結の共振子では、タイプＡの共振ビーム(52)とタイプＢの共振ビーム(53)のみを用いた。
縦型２連結の共振子では、図１６(ａ)の如く、Ｑ値は、タイプＢの共振ビーム(53)の単位長さＬが５μｍ〜６.８μｍの範囲で増大し、約６.２μｍでＱ値が最大となっている。又、縦型３連結の共振子では、図１６(ｂ)の如く、Ｑ値は、タイプＣの共振ビーム(53)の単位長さＬが５μｍ〜６.６μｍの範囲で増大し、約５.８μｍでＱ値が最大となっている。
従って、本発明に係る連結型のマイクロメカニカル共振器においては、３次以上の高次の共振モードで各共振ビームを振動させる構成に限らず、１次の共振モードで各共振ビームを振動させる構成であっても同様の効果を得ることが出来ると言える。
従って、本発明に係る連結型のマイクロメカニカル共振器においては、３次以上の高次の共振モードで各共振ビームを振動させる構成に限らず、１次の共振モードで各共振ビームを振動させる構成であっても同様の効果を得ることが出来ると言える。
図１７〜図２３は、本発明に係る連結型マイクロメカニカル共振器を構成すべき高次モード発生のための１つの共振器要素の具体的な構成例を示している。尚、以下の説明において共振子、各種電極及び電源は、複数の共振器要素に共通の構成であって、各共振器要素の共振ビームは、共振ビーム(52)で代表している。
第１構成例
図１７及び図１８に示す共振器要素においては、シリコン或いはガラスからなる基板(９)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(５)が配備されると共に、該共振子(５)の両側には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる一対の駆動電極(１)(２)が配備されている。
第１構成例
図１７及び図１８に示す共振器要素においては、シリコン或いはガラスからなる基板(９)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(５)が配備されると共に、該共振子(５)の両側には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる一対の駆動電極(１)(２)が配備されている。
共振子(５)は、長さが例えば１０〜２０μｍの角柱状の共振ビーム(52)と、該共振ビーム(52)の両端部に互いに平行に突設された一対の支持ビーム(51)(51)とを具えて、全体がＨ字状に形成されている。共振ビーム(52)には、その長手方向の７カ所にくびれ部が等間隔に凹設されている。各支持ビーム(51)の両端部は、それぞれシリコン、アルミニウム等の導電材料からなるアンカー(３)によって、基板(９)の表面に固定されており、これによって、共振子(５)は、基板(９)の表面から僅かに浮上した位置に保持されている。
又、共振子(５)の両支持ビーム(51)(51)の外側には、それぞれ支持ビーム(51)の中央部に対向して、一対のバイアス電極(４)(４)が配備されており、支持ビーム(51)とバイアス電極(４)の間には所定(例えば０.１〜０.５μｍ)のギャップが形成されている。
又、共振子(５)の両支持ビーム(51)(51)の外側には、それぞれ支持ビーム(51)の中央部に対向して、一対のバイアス電極(４)(４)が配備されており、支持ビーム(51)とバイアス電極(４)の間には所定(例えば０.１〜０.５μｍ)のギャップが形成されている。
一対の駆動電極(１)(２)はそれぞれ、基部(11)(21)と、該基部(11)(21)から共振ビーム(52)へ向けて等間隔に突設された３つの電極突出部(10)(20)とを具えて、全体が櫛歯状を呈している。
一方の駆動電極(１)の３つの電極突出部(10)(10)(10)と他方の駆動電極(２)の３つの電極突出部(20)(20)(20)はそれぞれ、基板(９)の表面と平行な面内で、共振ビーム(52)の非くびれ部と交互に対向して、共振ビーム(52)の非くびれ部との間に所定(例えば０.１〜０.５μｍ)のギャップ部Ｇを形成している。
一方の駆動電極(１)の３つの電極突出部(10)(10)(10)と他方の駆動電極(２)の３つの電極突出部(20)(20)(20)はそれぞれ、基板(９)の表面と平行な面内で、共振ビーム(52)の非くびれ部と交互に対向して、共振ビーム(52)の非くびれ部との間に所定(例えば０.１〜０.５μｍ)のギャップ部Ｇを形成している。
図１８に示す如く、一対の駆動電極(１)(２)には高周波電源(６)が接続され、１つのアンカー(３)には主電圧電源(７)が接続されている。又、一対のバイアス電極(４)(４)にはバイアス電圧電源(８)が接続されている。
斯くして、図１７及び図１８に示す共振器要素は、高周波電源(６)から２つの駆動電極(１)(２)に高周波信号が入力されて、１つのアンカー(３)から高周波信号Ｉｏが出力される１ポート型の共振器要素を構成している。
斯くして、図１７及び図１８に示す共振器要素は、高周波電源(６)から２つの駆動電極(１)(２)に高周波信号が入力されて、１つのアンカー(３)から高周波信号Ｉｏが出力される１ポート型の共振器要素を構成している。
上記の共振器要素において、アンカー(３)を介して共振子(５)に直流電圧Ｖｐを印加した状態で、両駆動電極(１)(２)に高周波信号を入力すると、電極突出部(10)(20)と支持ビーム(51)の非くびれ部との間に静電気力が発生し、この静電気力によって、共振子(５)の共振ビーム(52)は、その両端部を支持部(50)(50)として、基板(９)の表面と平行な面内で振動することになる。
電極突出部(10)(20)と共振ビーム(52)の非くびれ部との間に発生させるべき静電気力は、上述の如く、共振ビーム(52)の中央部近傍のギャップ部で最も小さく且つ両端部近傍のギャップ部で最も大きくなる様に設定される。
電極突出部(10)(20)と共振ビーム(52)の非くびれ部との間に発生させるべき静電気力は、上述の如く、共振ビーム(52)の中央部近傍のギャップ部で最も小さく且つ両端部近傍のギャップ部で最も大きくなる様に設定される。
共振子(５)の共振ビーム(52)は、くびれ部が振動の節、非くびれ部が振動の腹となって振動し、この振動に伴って、共振ビーム(52)と両駆動電極(１)(２)との間に形成される静電容量が変化し、該静電容量の変化が他の１つのアンカー(３)から高周波信号Ｉｏとして出力される。
ここで、バイアス電極(４)(４)にバイアス電圧を印加することにより、共振子(５)の支持ビーム(51)(51)とバイアス電極(４)(４)との間に静電気力が発生し、これによって共振子(５)の共振ビーム(52)は、長手方向の引っ張り力を受けることになる。
従って、バイアス電圧電源(８)のバイアス電圧を調整することにより、共振ビーム(52)の共振周波数を変化させることが出来る。
従って、バイアス電圧電源(８)のバイアス電圧を調整することにより、共振ビーム(52)の共振周波数を変化させることが出来る。
第２構成例
図１９に示す共振器要素においては、シリコン或いはガラスからなる基板(９)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(５)が配備されると共に、該共振子(５)の両側には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる入力電極(22)と出力電極(12)が配備されている。
図１９に示す共振器要素においては、シリコン或いはガラスからなる基板(９)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(５)が配備されると共に、該共振子(５)の両側には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる入力電極(22)と出力電極(12)が配備されている。
共振子(５)は、第１構成例と同じ構造を有し、共振子(５)の両支持ビーム(51)(51)の外側には、それぞれ支持ビーム(51)の中央部に対向して、一対のバイアス電極(４)(４)が配備されており、支持ビーム(51)とバイアス電極(４)の間には所定(例えば０.１〜０.５μｍ)のギャップが形成されている。
入力電極(22)及び出力電極(12)はそれぞれ、基部(23)(13)と、該基部(23)(13)から共振ビーム(52)へ向けて等間隔に突設された３つの電極突出部(24)(14)とを具えて、全体が櫛歯状を呈している。
入力電極(22)の３つの電極突出部(24)(24)(24)と出力電極(12)の３つの電極突出部(14)(14)(14)はそれぞれ、基板(９)の表面と平行な面内で、共振ビーム(52)の非くびれ部と交互に対向して、共振ビーム(52)の非くびれ部との間に所定(例えば０.１〜０.５μｍ)のギャップ部Ｇを形成している。
入力電極(22)の３つの電極突出部(24)(24)(24)と出力電極(12)の３つの電極突出部(14)(14)(14)はそれぞれ、基板(９)の表面と平行な面内で、共振ビーム(52)の非くびれ部と交互に対向して、共振ビーム(52)の非くびれ部との間に所定(例えば０.１〜０.５μｍ)のギャップ部Ｇを形成している。
入力電極(22)には高周波電源(６)が接続され、１つのアンカー(３)には主電圧電源(７)が接続されている。又、一対のバイアス電極(４)(４)にはバイアス電圧電源(８)が接続されている。
斯くして、図１９に示す共振器要素は、高周波電源(６)から入力電極(22)に高周波信号が入力されて、出力電極(12)から高周波信号Ｉｏが出力される２ポート型の共振器を構成している。
斯くして、図１９に示す共振器要素は、高周波電源(６)から入力電極(22)に高周波信号が入力されて、出力電極(12)から高周波信号Ｉｏが出力される２ポート型の共振器を構成している。
上記の共振器要素において、アンカー(３)を介して共振子(５)に直流電圧Ｖｐを印加した状態で、入力電極(22)に高周波信号を入力すると、電極突出部(24)と支持ビーム(51)の非くびれ部との間に静電気力が発生し、この静電気力によって、共振子(５)の共振ビーム(52)は、その両端部を支持部(50)(50)として、基板(９)の表面と平行な面内で振動することになる。
電極突出部(10)と共振ビーム(52)の非くびれ部との間に発生させるべき静電気力は、上述の如く、共振ビーム(52)の中央部近傍のギャップ部で最も小さく且つ両端部近傍のギャップ部で最も大きくなる様に設定される。
電極突出部(10)と共振ビーム(52)の非くびれ部との間に発生させるべき静電気力は、上述の如く、共振ビーム(52)の中央部近傍のギャップ部で最も小さく且つ両端部近傍のギャップ部で最も大きくなる様に設定される。
共振子(５)の共振ビーム(52)は、くびれ部が振動の節、非くびれ部が振動の腹となって振動し、この振動に伴って、共振ビーム(52)と出力電極(12)との間に形成される静電容量が変化し、該静電容量の変化が出力電極(12)から高周波信号Ｉｏとして出力される。
ここで、バイアス電極(４)(４)にバイアス電圧を印加することにより、共振子(５)の支持ビーム(51)(51)とバイアス電極(４)(４)との間に静電気力が発生し、これによって共振子(５)の共振ビーム(52)は、長手方向の引っ張り力を受けることになる。
従って、バイアス電圧電源(８)のバイアス電圧を調整することにより、共振ビーム(52)の共振周波数を変化させることが出来る。
従って、バイアス電圧電源(８)のバイアス電圧を調整することにより、共振ビーム(52)の共振周波数を変化させることが出来る。
第３構成例
図２０に示す共振器要素においては、シリコン或いはガラスからなる基板(９)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(５)が配備されると共に、該共振子(５)の両側には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる一対の駆動電極(15)(25)が配備されている。
図２０に示す共振器要素においては、シリコン或いはガラスからなる基板(９)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(５)が配備されると共に、該共振子(５)の両側には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる一対の駆動電極(15)(25)が配備されている。
共振子(５)は、第１構成例と同じ構造を有し、共振子(５)の両支持ビーム(51)(51)の外側には、それぞれ支持ビーム(51)の中央部に対向して、一対のバイアス電極(４)(４)が配備されており、支持ビーム(51)とバイアス電極(４)の間には所定(例えば０.１〜０.５μｍ)のギャップが形成されている。
一方の駆動電極(15)は、共振ビーム(52)の下方、即ち共振ビーム(52)と基板(９)の間へ向けて等間隔に突出する３つの電極突出部(16)(16)(16)を具え、他方の駆動電極(25)は、共振ビーム(52)の上方へ向けて等間隔に突出する３つの電極突出部(26)(26)(26)を具えている。
一方の駆動電極(15)の３つの電極突出部(16)(16)(16)と他方の駆動電極(25)の３つの電極突出部(26)(26)(26)はそれぞれ、基板(９)の表面と垂直な面内で、共振ビーム(52)の非くびれ部と交互に対向して、共振ビーム(52)の非くびれ部との間に所定(例えば０.１〜０.５μｍ)のギャップ部を形成している。
一方の駆動電極(15)の３つの電極突出部(16)(16)(16)と他方の駆動電極(25)の３つの電極突出部(26)(26)(26)はそれぞれ、基板(９)の表面と垂直な面内で、共振ビーム(52)の非くびれ部と交互に対向して、共振ビーム(52)の非くびれ部との間に所定(例えば０.１〜０.５μｍ)のギャップ部を形成している。
一対の駆動電極(15)(25)には高周波電源(６)が接続され、１つのアンカー(３)には主電圧電源(７)が接続されている。又、一対のバイアス電極(４)(４)にはバイアス電圧電源(８)が接続されている。
斯くして、図２０に示す共振器要素は、高周波電源(６)から２つの駆動電極(15)(25)に高周波信号が入力されて、１つのアンカー(３)から高周波信号Ｉｏが出力される１ポート型の共振器要素を構成している。
斯くして、図２０に示す共振器要素は、高周波電源(６)から２つの駆動電極(15)(25)に高周波信号が入力されて、１つのアンカー(３)から高周波信号Ｉｏが出力される１ポート型の共振器要素を構成している。
上記の共振器要素において、アンカー(３)を介して共振子(５)に直流電圧Ｖｐを印加した状態で、両駆動電極(15)(25)に高周波信号を入力すると、電極突出部(16)(26)と支持ビーム(51)の非くびれ部との間に静電気力が発生し、この静電気力によって、共振子(５)の共振ビーム(52)は、その両端部を支持部(50)(50)として、基板(９)の表面と垂直な面内で振動することになる。
電極突出部(16)(26)と共振ビーム(52)の非くびれ部との間に発生させるべき静電気力は、上述の如く、共振ビーム(52)の中央部近傍のギャップ部で最も小さく且つ両端部近傍のギャップ部で最も大きくなる様に設定される。
電極突出部(16)(26)と共振ビーム(52)の非くびれ部との間に発生させるべき静電気力は、上述の如く、共振ビーム(52)の中央部近傍のギャップ部で最も小さく且つ両端部近傍のギャップ部で最も大きくなる様に設定される。
共振子(５)の共振ビーム(52)は、図２１に示す様に、くびれ部が振動の節、非くびれ部が振動の腹となって振動し、この振動に伴って、共振ビーム(52)と両駆動電極(１)(２)との間に形成される静電容量が変化し、該静電容量の変化が他の１つのアンカー(３)から高周波信号Ｉｏとして出力される。
ここで、バイアス電極(４)(４)にバイアス電圧を印加することにより、共振子(５)の支持ビーム(51)(51)とバイアス電極(４)(４)との間に静電気力が発生し、これによって共振子(５)の共振ビーム(52)は、長手方向の引っ張り力を受けることになる。
従って、バイアス電圧電源(８)のバイアス電圧を調整することにより、共振ビーム(52)の共振周波数を変化させることが出来る。
従って、バイアス電圧電源(８)のバイアス電圧を調整することにより、共振ビーム(52)の共振周波数を変化させることが出来る。
第４構成例
図２２に示す共振器要素においては、シリコン或いはガラスからなる基板(９)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(５)が配備されると共に、該共振子(５)の両側には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる入力電極(27)と出力電極(17)が配備されている。
図２２に示す共振器要素においては、シリコン或いはガラスからなる基板(９)上に、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる共振子(５)が配備されると共に、該共振子(５)の両側には、シリコン、アルミニウム等の導電材料からなる入力電極(27)と出力電極(17)が配備されている。
共振子(５)は、第１構成例と同じ構造を有し、共振子(５)の両支持ビーム(51)(51)の外側には、それぞれ支持ビーム(51)の中央部に対向して、一対のバイアス電極(４)(４)が配備されており、支持ビーム(51)とバイアス電極(４)の間には所定(例えば０.１〜０.５μｍ)のギャップが形成されている。
入力電極(27)及び出力電極(17)はそれぞれ、共振ビーム(52)の下方、即ち共振ビーム(52)と基板(９)の間へ向けて等間隔に突出する３つの電極突出部(28)(18)を具え、これらの電極突出部(28)(18)はそれぞれ、基板(９)の表面と垂直な面内で、共振ビーム(52)の非くびれ部と交互に対向して、共振ビーム(52)の非くびれ部との間に所定(例えば０.１〜０.５μｍ)のギャップ部を形成している。
入力電極(27)には高周波電源(６)が接続され、１つのアンカー(３)には主電圧電源(７)が接続されている。又、一対のバイアス電極(４)(４)にはバイアス電圧電源(８)が接続されている。
斯くして、図２２に示す共振器要素は、高周波電源(６)から入力電極(27)に高周波信号が入力されて、出力電極(17)から高周波信号Ｉｏが出力される２ポート型の共振器要素を構成している。
斯くして、図２２に示す共振器要素は、高周波電源(６)から入力電極(27)に高周波信号が入力されて、出力電極(17)から高周波信号Ｉｏが出力される２ポート型の共振器要素を構成している。
上記の共振器要素において、アンカー(３)を介して共振子(５)に直流電圧Ｖｐを印加した状態で、入力電極(27)に高周波信号を入力すると、電極突出部(28)と支持ビーム(51)の非くびれ部との間に静電気力が発生し、この静電気力によって、共振子(５)の共振ビーム(52)は、その両端部を支持部(50)(50)として、基板(９)の表面と垂直な面内で振動することになる。
電極突出部(28)と共振ビーム(52)の非くびれ部との間に発生させるべき静電気力は、上述の如く、共振ビーム(52)の中央部近傍のギャップ部で最も小さく且つ両端部近傍のギャップ部で最も大きくなる様に設定される。
電極突出部(28)と共振ビーム(52)の非くびれ部との間に発生させるべき静電気力は、上述の如く、共振ビーム(52)の中央部近傍のギャップ部で最も小さく且つ両端部近傍のギャップ部で最も大きくなる様に設定される。
共振子(５)の共振ビーム(52)は、図２３に示す様に、くびれ部が振動の節、非くびれ部が振動の腹となって振動し、この振動に伴って、共振ビーム(52)と出力電極(17)との間に形成される静電容量が変化し、該静電容量の変化が出力電極(17)から高周波信号Ｉｏとして出力される。
ここで、バイアス電極(４)(４)にバイアス電圧を印加することにより、共振子(５)の支持ビーム(51)(51)とバイアス電極(４)(４)との間に静電気力が発生し、これによって共振子(５)の共振ビーム(52)は、長手方向の引っ張り力を受けることになる。
従って、バイアス電圧電源(８)のバイアス電圧を調整することにより、共振ビーム(52)の共振周波数を変化させることが出来る。
従って、バイアス電圧電源(８)のバイアス電圧を調整することにより、共振ビーム(52)の共振周波数を変化させることが出来る。
本発明に係るマイクロメカニカル共振器は、上述の各種構成を有する複数の共振器要素を基板上に横型若しくは縦型に配列し、これらを連結ビームにより互いに連結することによって構成される。尚、図１に示す本発明のマイクロメカニカル共振器は、横型３連結のマイクロメカニカル共振器であるが、外力の方向は基板に対して垂直方向となっている。
この様な連結型マイクロメカニカル共振器によれば、複数の単独型マイクロメカニカル共振器を単に電気的に接続した構成よりもＱ値が増大し、共振器全体の損失を低減させることが出来る。
この様な連結型マイクロメカニカル共振器によれば、複数の単独型マイクロメカニカル共振器を単に電気的に接続した構成よりもＱ値が増大し、共振器全体の損失を低減させることが出来る。
又、共振子(５)に高次モードの振動を意図的に発生させることが出来るので、共振子(５)を作製容易な寸法に維持したまま、従来よりも高い発振周波数を得ることが出来る。又、バイアス電圧電源(８)の電圧調整により、共振子(５)の形状寸法を変更することなく、共振周波数の変更を行なうことが出来る。
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、共振子(５)の材料として、ヤング率の高い材料、例えばダイアモンド等を用いることによって、更に高い発振周波数を実現することも可能である。又、上記の構成例では電極の形状は何れも櫛歯状を呈しているが、複数の電極突出部(電極片)を互いに導電線路で接続した構成を採用することも可能である。
(１) 電極
(16) 電極突出部
(２) 電極
(26) 電極突出部
(３) アンカー
(４) バイアス電極
(５) 共振子
(51) 支持ビーム
(52) 共振ビーム
(53) 共振ビーム
(54) 共振ビーム
(41) 連結ビーム
(６) 高周波電源
(７) 主電圧電源
(８) バイアス電圧電源
(９) 基板
(16) 電極突出部
(２) 電極
(26) 電極突出部
(３) アンカー
(４) バイアス電極
(５) 共振子
(51) 支持ビーム
(52) 共振ビーム
(53) 共振ビーム
(54) 共振ビーム
(41) 連結ビーム
(６) 高周波電源
(７) 主電圧電源
(８) バイアス電圧電源
(９) 基板
Claims (9)
- 基板(９)上に両端部が支持された共振子(５)と、該共振子(５)に対向して配置された２つの電極(１)(２)とを具え、一方の電極(１)と共振子(５)とが互いに対向して、１或いは複数のギャップ部が形成されると共に、他方の電極(２)と共振子(５)とが互いに対向して、１或いは複数のギャップ部が形成され、高周波信号の入力により何れか一方若しくは両方の電極(１)(２)と共振子(５)との間に交番静電気力を発生させて共振子(５)に振動を与え、何れか一方若しくは両方の電極(１)(２)と共振子(５)との間の静電容量の変化を高周波信号として出力するマイクロメカニカル共振器において、
前記共振子(５)は、基板(９)上に、互いに並列の位置関係に配置された複数本の共振ビームを具え、各共振ビームの両端部が基板上に支持されると共に、隣接する共振ビームどうしが、それぞれの振動の腹の位置若しくはその近傍位置にて互いに連結されていることを特徴とするマイクロメカニカル共振器。 - 前記共振子(５)を構成する複数本の共振ビームは、それぞれの共振周波数が互いに異なっている請求項１に記載のマイクロメカニカル共振器。
- 前記共振子(５)を構成する複数本の共振ビームは、それぞれの長さが互いに異なっている請求項２に記載のマイクロメカニカル共振器。
- 互いに隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、１.２未満である請求項３に記載のマイクロメカニカル共振器。
- 互いに隣接する２本の共振ビームの内、短い方の共振ビームの長さに対する長い方の共振ビームの長さの比は、約１.０１〜約１.０２の範囲である請求項３に記載のマイクロメカニカル共振器。
- 前記共振子(５)と両電極(１)(２)との間には、３つ以上のギャップ部が形成されて、該共振子(５)は３次以上の高次共振モードで振動し、該共振子(５)を構成する複数本の共振ビームは、高次共振モードにおける振動の腹の位置若しくはその近傍位置で互いに連結されている請求項１乃至請求項５の何れかに記載のマイクロメカニカル共振器。
- 互いに隣接する２本の共振ビームは、該共振ビームの弾性係数と同等若しくはそれ以上の弾性係数を有する連結ビーム(41)によって互いに連結されている請求項１乃至請求項６の何れかに記載のマイクロメカニカル共振器。
- 前記共振子(５)を構成する複数本の共振ビームには、これらの共振ビームが配列されている面に対して垂直な方向に静電気力を作用させる請求項１乃至請求項７項の何れかに記載のマイクロメカニカル共振器。
- 前記共振子(５)を構成する複数本の共振ビームには、これらの共振ビームが配列されている面に対して平行な方向に静電気力を作用させる請求項１乃至請求項７項の何れかに記載のマイクロメカニカル共振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006282074A JP2008103777A (ja) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | マイクロメカニカル共振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006282074A JP2008103777A (ja) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | マイクロメカニカル共振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008103777A true JP2008103777A (ja) | 2008-05-01 |
Family
ID=39437802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006282074A Pending JP2008103777A (ja) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | マイクロメカニカル共振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008103777A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010011134A (ja) * | 2008-06-27 | 2010-01-14 | Seiko Instruments Inc | 共振周波数可変ｍｅｍｓ振動子 |
| JP2010141889A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Commissariat A L'energie Atomique & Aux Energies Alternatives | 結合共振器のアレイ、バンドパスフィルタおよび発振器 |
| KR101117279B1 (ko) * | 2010-04-12 | 2012-03-20 | 연세대학교 산학협력단 | 나노공진기 |
| CN110024285A (zh) * | 2016-12-15 | 2019-07-16 | 株式会社村田制作所 | 具有抑制的寄生模式的mems谐振器 |
| JP2021513243A (ja) * | 2018-02-08 | 2021-05-20 | キョーセラ ティキティン オーユーＫｙｏｃｅｒａ Ｔｉｋｉｔｉｎ Ｏｙ | 結合ｍｅｍｓ共振器 |
| US12132467B2 (en) | 2018-02-08 | 2024-10-29 | Kyocera Technologies Oy | MEMS resonator array arrangement |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62271513A (ja) * | 1986-05-20 | 1987-11-25 | Fujitsu Ltd | 振動子 |
| JP2004221853A (ja) * | 2003-01-14 | 2004-08-05 | Toshiba Corp | マイクロメカニカルフィルタ及び携帯型情報端末 |
| JP2004312784A (ja) * | 2004-07-20 | 2004-11-04 | Toshiba Corp | 振動子フィルタ及びその製造方法 |
| JP2004328076A (ja) * | 2003-04-21 | 2004-11-18 | Sony Corp | Ｍｅｍｓ型共振器及びその製造方法、並びにフィルタ |
| JP2005079604A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Sony Corp | 信号伝達装置 |
| JP2005094568A (ja) * | 2003-09-19 | 2005-04-07 | Sony Corp | マイクロ電気機械システムの共振器およびその駆動方法および周波数フィルタ |
| JP2005184496A (ja) * | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Seiko Epson Corp | 振動子及びマイクロレゾネータ |
| JP2005318217A (ja) * | 2004-04-28 | 2005-11-10 | Sony Corp | フィルタ装置及び送受信機 |
| JP2005536031A (ja) * | 2002-08-14 | 2005-11-24 | インテル・コーポレーション | 電熱作動を使用する座屈梁双安定マイクロ電子機械スイッチ |
| JP2006033450A (ja) * | 2004-07-16 | 2006-02-02 | Sharp Corp | マイクロ共振装置、マイクロフィルタ装置、マイクロ発振器および無線通信機器 |
| WO2006031666A1 (en) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Honeywell International Inc. | Radio having a mems preselect filter |
| WO2006083482A2 (en) * | 2005-01-07 | 2006-08-10 | Trustees Of Boston University | Nanomechanical oscillator |
-
2006
- 2006-10-17 JP JP2006282074A patent/JP2008103777A/ja active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62271513A (ja) * | 1986-05-20 | 1987-11-25 | Fujitsu Ltd | 振動子 |
| JP2005536031A (ja) * | 2002-08-14 | 2005-11-24 | インテル・コーポレーション | 電熱作動を使用する座屈梁双安定マイクロ電子機械スイッチ |
| JP2004221853A (ja) * | 2003-01-14 | 2004-08-05 | Toshiba Corp | マイクロメカニカルフィルタ及び携帯型情報端末 |
| JP2004328076A (ja) * | 2003-04-21 | 2004-11-18 | Sony Corp | Ｍｅｍｓ型共振器及びその製造方法、並びにフィルタ |
| JP2005079604A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Sony Corp | 信号伝達装置 |
| JP2005094568A (ja) * | 2003-09-19 | 2005-04-07 | Sony Corp | マイクロ電気機械システムの共振器およびその駆動方法および周波数フィルタ |
| JP2005184496A (ja) * | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Seiko Epson Corp | 振動子及びマイクロレゾネータ |
| JP2005318217A (ja) * | 2004-04-28 | 2005-11-10 | Sony Corp | フィルタ装置及び送受信機 |
| JP2006033450A (ja) * | 2004-07-16 | 2006-02-02 | Sharp Corp | マイクロ共振装置、マイクロフィルタ装置、マイクロ発振器および無線通信機器 |
| JP2004312784A (ja) * | 2004-07-20 | 2004-11-04 | Toshiba Corp | 振動子フィルタ及びその製造方法 |
| WO2006031666A1 (en) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Honeywell International Inc. | Radio having a mems preselect filter |
| WO2006083482A2 (en) * | 2005-01-07 | 2006-08-10 | Trustees Of Boston University | Nanomechanical oscillator |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010011134A (ja) * | 2008-06-27 | 2010-01-14 | Seiko Instruments Inc | 共振周波数可変ｍｅｍｓ振動子 |
| JP2010141889A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Commissariat A L'energie Atomique & Aux Energies Alternatives | 結合共振器のアレイ、バンドパスフィルタおよび発振器 |
| KR101117279B1 (ko) * | 2010-04-12 | 2012-03-20 | 연세대학교 산학협력단 | 나노공진기 |
| CN110024285A (zh) * | 2016-12-15 | 2019-07-16 | 株式会社村田制作所 | 具有抑制的寄生模式的mems谐振器 |
| JP2020501454A (ja) * | 2016-12-15 | 2020-01-16 | 株式会社村田製作所 | 抑制されたスプリアスモードを伴うｍｅｍｓ共振子 |
| CN110024285B (zh) * | 2016-12-15 | 2023-04-18 | 株式会社村田制作所 | 具有抑制的寄生模式的mems谐振器 |
| JP2021513243A (ja) * | 2018-02-08 | 2021-05-20 | キョーセラ ティキティン オーユーＫｙｏｃｅｒａ Ｔｉｋｉｔｉｎ Ｏｙ | 結合ｍｅｍｓ共振器 |
| US11736087B2 (en) | 2018-02-08 | 2023-08-22 | Kyocera Tikitin Oy | Coupled MEMS resonator |
| JP7374910B2 (ja) | 2018-02-08 | 2023-11-07 | キョーセラ ティキティン オーユー | 結合ｍｅｍｓ共振器 |
| JP2023182831A (ja) * | 2018-02-08 | 2023-12-26 | キョーセラ ティキティン オーユー | 結合ｍｅｍｓ共振器 |
| US12132467B2 (en) | 2018-02-08 | 2024-10-29 | Kyocera Technologies Oy | MEMS resonator array arrangement |
| JP7629070B2 (ja) | 2018-02-08 | 2025-02-12 | キョーセラ テクノロジーズ オーユー | 結合ｍｅｍｓ共振器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4087790B2 (ja) | 極超短波ｍｅｍ共振器のための中心質量の減少したマイクロブリッジ構造 | |
| US10033305B2 (en) | Energy harvesting device and method for forming the same | |
| US7990233B2 (en) | MEMS resonator including main and sub movable beams, and exciting electrodes excited by alternating-current signal | |
| JP5143267B2 (ja) | マイクロ電気機械的共振器構造及びその設計方法、作動方法、及び使用方法 | |
| US6710680B2 (en) | Reduced size, low loss MEMS torsional hinges and MEMS resonators employing such hinges | |
| US8872603B2 (en) | Resonator and resonator array | |
| CN101223692B (zh) | 共振器及使用其的滤波器 | |
| JP4977431B2 (ja) | マイクロメカニカル共振器 | |
| JP2008103777A (ja) | マイクロメカニカル共振器 | |
| JP7453147B2 (ja) | Ｍｅｍｓ共振器の構成 | |
| JP2008259100A (ja) | マイクロメカニカル共振器 | |
| CN102762954A (zh) | 改进的微机械共振器 | |
| JP4965962B2 (ja) | マイクロメカニカル共振器 | |
| JP2008263493A (ja) | マイクロメカニカル共振器 | |
| JP4760384B2 (ja) | Ｍｅｍｓ振動子 | |
| JP5081586B2 (ja) | マイクロメカニカル共振器 | |
| JP2012029052A (ja) | 電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法およびこれを用いたｍｅｍｓデバイス | |
| CN101312338B (zh) | 谐振器、振荡器和通信装置 | |
| JP2008066801A (ja) | 静電振動子 | |
| JP2010540266A (ja) | 向上した検出レベルを有するナノスケールまたはマイクロスケールの振動電気機械部材 | |
| Dong et al. | Anchor loss variation in MEMS Wine-Glass mode disk resonators due to fluctuating fabrication process | |
| JP4930769B2 (ja) | 発振器 | |
| JP2009118331A (ja) | 電気機械フィルタ | |
| JP5039959B2 (ja) | 発振器 | |
| JP2008263542A (ja) | マイクロメカニカル共振器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090909 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111115 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111206 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120202 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120424 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Effective date: 20120615 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 |