JP2005528010A - 同調可能なｍｅｍｓフィルムバルク音響波マイクロ共振器 - Google Patents
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Abstract
本発明は、懸架されたバルク音響波マイクロ共振器に関するものであって、圧電材料製の梁（１）を具備している。この梁は、支持体（３）に対して連結されているとともに、励起電極（４，５）の間に介装されている。本発明による共振器は、さらに、共振周波数を変更し得るよう、励起された梁を備えて構成された共振器の制限条件を変更するための変更手段を具備している。
Description
本発明は、同調可能なＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System,あるいは、マイクロマシン技術、あるいは、ＭＳＴ）フィルムバルク音響波マイクロ共振器に関するものである。
例えば移動体通信のための送受信システムといったようなシステムにおいては、バンドとしてのアンテナ出力や非通過フィルタ等といったように、いくつものフィルタリングレベルが必要とされる。現在のところ、２つの主要な手法を使用して、ＲＦフィルタが形成されている。
−ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave,表面音響波）素子。このＳＡＷ素子は、優秀な結果をもたらすものの、集積回路内に直接的に組み込むことができない。
−ＲＬＣ回路。このＲＬＣ回路は、組込が可能ではあるけれども、各構成要素の性能のために、特にインダクタンスの性能のために（集積型インダクタンスの品質係数が３０を超えることは困難である）、特性が平凡である。
−ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave,表面音響波）素子。このＳＡＷ素子は、優秀な結果をもたらすものの、集積回路内に直接的に組み込むことができない。
−ＲＬＣ回路。このＲＬＣ回路は、組込が可能ではあるけれども、各構成要素の性能のために、特にインダクタンスの性能のために（集積型インダクタンスの品質係数が３０を超えることは困難である）、特性が平凡である。
研究の第３の方向性は、機械的なフィルムを使用したバルク音響波共振器（Film Bulk Acoustic Resonators,ＦＢＡＲ）の使用を原理とするものである。このような共振器は、集積化し得るとともに、大きな品質係数（１０００よりも大）をもたらすことができる。したがって、このような共振器は、通常的に良好な性能（大きな品質係数）をもたらすことにより、また、製造コストが安価であることにより（集積化が可能なデバイス）、有効なデバイスである。
したがって、音響波共振器は、２つのカテゴリーに分類される。すなわち、表面音響波（ＳＡＷ）共振器と、フィルムバルク音響共振器（ＦＢＡＲ）と、に分類される。
ＳＡＷ共振器の場合には、表面波が、櫛形電極ネットワークを使用して、圧電性材料（石英、ＬｉＮｂＯ３ 、ＬｉＴａＯ３ ）を励起することにより、生成される。この表面波は、第２の組をなす相互噛合電極によって検出される。励起用櫛の幅や間隔や数、および、検出用櫛の幅や間隔や数、によって、発振器の共振周波数すなわちフィルタ通過バンドが制御される。ＳＡＷフィルタは、１００ＭＨｚ〜約２．５ＧＨｚという周波数範囲で使用される。このようなデバイスの表面積は、数ｍｍ２ の程度であり、使用される圧電性材料（石英、ＬｉＮｂＯ３ 、ＬｉＴａＯ３ 、等）は、集積回路上における製造には不適切であるような原理を利用している。このタイプの素子は、高性能であって広く検証されているけれども、特にハイブリッド技術には、適用されていない。
ＦＢＡＲ共振器の場合には、バルク音響波が、２つの電極間において、薄い圧電層（ＡｌＮやＰＺＴやＺｎＯからなる層）を励起することにより、生成される。このような微小機械的共振器においては、フィルタは、通常、このような複数の共振器を互いに結合させることによって、形成される。各共振器の共振周波数は、通常は互いに近接したものとされるものであって、フィルタの中心周波数を固定する。フィルタの通過バンドは、結合特性（配置、絶縁耐性）に依存し、一方、共振器の数は、フィルタの次数をもたらす。このタイプの共振器は、３００ＭＨｚ〜１２．５ＧＨｚという周波数範囲内においてフィルタを形成するために使用することができる。
ＦＢＡＲ共振器は、特殊な文献において、２つのグループに分類することができる。すなわち、ＦＢＡＲ−ＭＥＭＳと称されるものと、ＳＭＲと称されるものと、に分類することができる。ＦＢＡＲ−ＭＥＭＳの場合には、圧電材料共振器が、基板から離間されており、これにより、音響波の消費が防止されている。このような離間は、基板の背面をエッチングすることによって、あるいは、犠牲層を使用することにより共振器を懸架することによって、得られている。ＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator,剛直に取り付けられた共振器）の場合には、圧電材料共振器の直下において、音響波ブラッグ格子が使用される。この音響波ブラッグ格子は、複数の材料層から構成されており、これら複数の材料層をなす各層は、λ／４（ここで、λは、共振器の周波数に対応した波長）という厚さを有しているとともに、各層ごとに大きく異なるヤング率を有している。このような複数層は、音響波を反射する。
このようなタイプのフィルムバルク音響波共振器においては、共振周波数は、圧電性層の厚さに反比例する。例えば、ＡｌＮ共振器の場合には、約１μｍという厚さに対して、１ＧＨｚという周波数が得られる。
ＲＦ応用においては、ほぼ１μｍ（通常は、１〜数μｍ）という厚さの圧電性材料に対応して１ＧＨｚの程度の共振周波数に関して、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚという範囲内での周波数制御でもって、従来より研究がなされてきた。この周波数変動範囲は、共振器のうちの、１０ｎｍ未満という圧電材料層の厚さの制御に対応している（１％未満という分散に対応する）。このような厚さのチェックは、工業的規模では、行うことができない。
さらに、従来技術による素子の中で、同調可能なものは見あたらない。なお、本出願人の知る限りにおいては、本出願に関連性を有する先行技術文献は存在しない。
本発明は、共振器に対して可変的な機械的応力を付与し得るシステムを備えているような、ＦＢＡＲ−ＭＥＭＳタイプの共振器（言い換えれば、懸架されたフィルムバルク音響波共振器）を使用することによって、従来技術における弱点を克服する。
本発明の目的は、懸架されたフィルムバルク音響波マイクロ共振器であって、支持体に対して固定されているとともに、与えられた共振周波数で動作し得るように選択された厚さのものとされた、圧電材料製の梁を具備してなり、この梁が、この梁の厚さ方向において励起電極の間に介装されているような、マイクロ共振器において、さらに、共振周波数を変更し得るよう、励起された梁を備えて構成された共振器の制限条件を変更するための変更手段を具備していることを特徴とするマイクロ共振器である。
第１変形例によれば、共振器の制限条件を変更するための変更手段は、梁に対して機械的応力を印加する手段を備えている。
第１の実施態様においては、梁に対して機械的応力を印加する手段は、梁に対して静電力を印加することによって梁を曲げることができる。梁は、この梁の両端部において、あるいは、この梁の両端部のうちの一方の端部のみにおいて、支持体に対して固定することができる。梁が、この梁に対向しているキャビティの存在によって支持体から分離されている場合には、梁に対して静電力を印加する手段は、梁上に配置された少なくとも１つの電極と、この電極に対向しかつキャビティ内に位置した少なくとも１つの電極と、を備えることができる。静電力を印加するために使用されかつ梁上に配置された電極は、複数の励起電極のうちの一方の励起電極とすることができる。
第２の実施態様においては、梁に対して機械的応力を印加する手段は、バイメタルストリップ効果を生成し得る手段とされる。バイメタルストリップ効果を生成し得る手段は、梁の一方の面上に形成された金属層と加熱部材とからなる少なくとも１つのバイメタルストリップ効果デバイスを備えることができる。その場合、バイメタルストリップ効果を生成し得る手段は、梁の同じ面上に配置することができる。また、バイメタルストリップ効果を生成し得る手段は、少なくとも１つのダブル型バイメタルストリップを形成することができ、このダブル型バイメタルストリップの第１バイメタルストリップ効果デバイスは、梁の一方の面上に配置され、ダブル型バイメタルストリップの第２バイメタルストリップ効果デバイスは、梁の他方の面上に配置され、これら２つのバイメタルストリップ効果デバイスは、互いに対向して配置される。加熱部材は、金属層によって支持されておりかつ電気絶縁層を介することによってこの金属層から絶縁された電気抵抗とすることができる。加熱部材は、また、バイメタルストリップ効果デバイスの金属層から構成することができる。
第３の実施態様においては、梁に対して機械的応力を印加する手段は、圧電手段とすることができる。圧電手段は、梁に対して電界を印加することにより梁がなす面内に圧縮応力や膨張応力や剪断応力を印加し得るよう、梁の少なくとも１つの面上に配置された電極を備えることができる。 圧電手段の電極の中の１つの電極は、励起電極とすることができる。
第２変形例によれば、共振器の制限条件を変更するための変更手段は、梁に対して機械的負荷を印加する手段を備えている。有利には、梁に対して機械的負荷を印加する手段は、支持体に対して固定されているとともに圧電材料製梁に対向配置された少なくとも１つの負荷梁を備え、これにより、静電力を負荷梁に対して印加することによって梁に対して機械的負荷を印加し得るものとされている。負荷梁に対して静電力を印加するための手段は、負荷梁上に配置された第１電極と、励起電極の一方からなる第２電極と、を備えることができる。
第３変形例によれば、共振器の制限条件を変更するための変更手段は、圧電材料製梁の温度を変更する手段を備えている。有利には、圧電材料製梁の温度を変更する手段は、少なくとも１つの電気抵抗を備えている。電気抵抗は、励起電極の中の１つの励起電極に設け得るとともに、電気絶縁体層を介することによってその励起電極から絶縁されることができる。
圧電材料製梁は、励起電極を備えているとともに、誘電体材料層を介して支持体に対して固定することができる。
本発明や本発明の利点や格別の特徴点は、添付図面を参照しつつ、本発明を何ら限定するものではなく単なる例示としての好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことにより、明瞭となるであろう。
以下の説明においては、３つの変形例を例示する。
第１変形例においては、共振器の制限条件は、共振器を形成する梁に対して機械的応力を印加することによって、変更される。機械的応力は、静電力に起因するものとすることができ、これにより、端部の曲げ状況の変更の有無は別として、梁の曲げを引き起こすことができる。機械的応力は、また、熱的バイメタルストリップタイプの効果に起因するものとすることができる。これにより、圧縮効果だけをもたらすことも（ダブル型バイメタルストリップの場合）、また、曲げモーメントと圧縮との組み合わせをもたらすことも（単一のバイメタルストリップの場合）、できる。機械的応力は、また、共振器自体の励起によって導入された圧電的応力に起因するものとすることができる（例えば、長手方向または厚さ方向における共振器の変形）。
第２変形例においては、共振器の制限条件は、共振器に対して可変的負荷を適用することにより、変更される。可変負荷は、付加的な梁上における結合に起因するものとも、また、静電力を使用しての共振器に対しての負荷梁の結合に起因するものとも、することができる。
第３変形例においては、共振器の制限条件は、共振器の温度を変更することによって、変更される。共振器の温度は、共振器を形成している梁に設置された加熱抵抗を制御することによって、変更することができる。
任意の機械的共振器の場合と同じく、制限条件（応力、負荷、温度）の変更は、システム（制限条件の変更）の共振周波数の変化として顕在化する。
本発明において、発振器の共振周波数を制御し得るという可能性は、第１に、圧電材料層の厚さの制御に関する精度を緩和し得ることを意味しており、第２に、各発振器の共振を動的に制御することができて、同調可能なフィルタを形成し得ることを意味している。
図１は、本発明の第１変形例によるマイクロ共振器を示す断面図であり、この場合、梁に対して印加される応力は、静電力に起因している。
圧電材料層（１）は、支持体（３）に形成されたキャビティ（２）の上方に懸架されている。圧電材料層（１）は、両端において作りつけられたタイプの梁とされている。例えば、キャビティ（２）の深さは、０．１μｍ〜数十μｍとすることができ、例えば、１〜２μｍとすることができる。圧電材料製の梁（１）は、第１組をなす電極の間に介装されている。すなわち、上電極（４）と下電極（５）との間に介装されている。この第１組をなす電極は、梁に対して１つまたは複数の共振モードを印加することを意図したものである。これは、選択されたモードの共振周波数とされた交流電源（６）に対して電極（４，５）を接続することによって、得られる。
第２組をなす電極を使用することにより、梁に対して静電力を印加することができる。この第２組をなす電極は、キャビティ（２）の底部に配置された電極（７）と、この電極（７）に対向して位置している下電極（５）と、から構成することができる。ＤＣ電流源（８）からの分極電圧出力が、電極（５，７）間に印加され、これにより、梁の曲がりが誘発される。この曲がりによって、共振器に応力が発生し、この応力が、共振器の共振周波数の変化へと変換される。発生応力が分極電圧の関数であることにより、共振周波数も、また、分極電圧に相関する。
製造に関する技術的理由により、支持梁をなす層（９）を、支持体（３）と共振器との間に、介装することができる。この層（９）は、窒化シリコンまたは酸化シリコンから形成することができる。
静電力の作用によって梁（１）が変形した状況は、破線によって示されている。
図２は、本発明の第１変形例による他のマイクロ共振器を示す断面図であり、この場合にも、梁に対して印加される応力は、静電力に起因している。図１の梁とは異なり、共振器を構成する梁は、片持ち支持された梁とされている。
圧電材料製の梁（９１）は、支持体（９３）内のキャビティまたは凹所（９２）の上方において、片持ち梁として懸架されている。この梁（９１）は、上電極（９４）と下電極（９５）との間に介装されている。これら電極（９４，９５）は、梁に対して１つまたは複数の共振モードを印加するためのものである。これを得るために、電極（９４，９５）は、選択されたモードの共振周波数とされた交流電源（９６）に対して接続されている。
電極（９７）が、キャビティ（９２）の底部に配置されているとともに、誘電体材料層（９９）によってコーティングされている。ＤＣ電圧源（９８）からの分極電圧出力が、電極（９５，９７）間に印加され、これにより、梁の曲がりが誘発される。
図２においては、破線によって、分極電圧が印加されていない場合の梁（９１）が示されており、実線によって、分極電圧が印加されている場合の梁（９１）が示されている。誘電体材料からなる連続的な層または不連続な層（例えば、小さな複数の誘電体パッドからなる層）（９９）が、電極（９５，９７）間の短絡を防止している。印加される分極電圧に応じて、キャビティ（９２）の底部に向けての、梁（９１）の引き付けられ度合いが、変化する。
図３は、本発明の第１変形例によるさらに他のマイクロ共振器を示す断面図であり、この場合、梁に対して印加される応力は、バイメタルストリップによる熱的効果に起因している。
図１の場合と同様に、圧電材料製の梁（１１）は、支持体（１３）に形成されたキャビティ（１２）の上方に懸架されている。キャビティ（１２）の深さは、０．１μｍ〜数十μｍとすることができ、例えば、１〜２μｍとすることができる。圧電材料製の梁（１１）は、上電極（１４）と下電極（１５）との間に介装されている。これら電極（１４，１５）は、梁（１１）に対して１つまたは複数の共振モードを印加することを意図したものである。これを得るために、電極（１４，１５）は、選択されたモードの共振周波数とされた交流電源（１６）に対して接続される。
梁の１つまたは複数の部分に対して、かつ、梁の直上または直下に、熱的バイメタルストリップを、配置することができる。図３に図示した例においては、梁は、圧電材料製梁（１１）の両面に、２つの熱的バイメタルストリップ（１７，１８）を支持している。各熱的バイメタルストリップ（１７，１８）は、小さな熱膨張係数を有した圧電性材料から形成された梁に当接して配置されかつ大きな熱膨張係数を有した層（通常は、金属層）と、電気抵抗から形成された加熱部材と、を備えている。加熱部材は、大きな熱膨張係数を有した層の一部として形成することも、また、薄い誘電体層を介することによって大きな熱膨張係数を有した層から隔離された追加層（あるいは、アドオン層）とすることも、できる。
加熱部材をなす電気抵抗に電流を流すことにより、バイメタルストリップ（大きな熱膨張係数を有した層と、梁と、から構成されている）の温度が上昇する。この温度上昇の作用により、バイメタルストリップをなす２つの材料の熱膨張度合いの差によって、梁に対して、圧縮力と曲げモーメントとが生成される。梁が、図２に示すようにして配置された２つのバイメタルストリップを支持している場合には、梁は、圧縮力のみを受けることとなる。
図４〜図６は、バイメタルストリップに関しての、可能ないくつかの構成を示す平面図である。
図４は、梁を形成している圧電材料層（２１）を示している。この圧電材料層（２１）は、梁に対して交流電圧を印加するために設けられた上電極（２４）を、支持している。バイメタルストリップ（２７）は、梁の上面の一端部上に配置されているとともに、梁上に成膜された金属層（２７１ ）と、電気絶縁層（２７２ ）と、電気抵抗（２７３ ）と、を備えている。
図５は、梁を形成している圧電材料層（３１）を示している。この圧電材料層（３１）は、共振器の励起用の上電極（３４）を支持している。梁（３１）は、梁の上面の両端部のところに、図４に関して上述したタイプのバイメタルストリップ（３７，３７’）を支持している。
図６は、梁を形成している圧電材料層（５１）を示している。この圧電材料層（５１）は、共振器の励起用の上電極を構成する２つの電極部分（５４，５４’）を支持している。梁（５１）の中央部分には、図４に関して上述したタイプのバイメタルストリップ（５７）が配置されている。
図７は、本発明の第１変形例によるマイクロ共振器を示す断面図であり、この場合、梁に対して印加される応力は、圧電効果による共振器の変形に起因している。
図１および図３の場合と同様に、圧電材料からなる梁（６１）は、支持体（６３）に形成されたキャビティ（６２）の上方に懸架されている。キャビティ（６２）の深さは、０．１μｍ〜数十μｍとすることができ、例えば、１〜２μｍとすることができる。圧電材料製の梁（６１）は、上電極（６４）と下電極（６５）との間に介装されている。これら電極（６４，６５）は、梁を励起するために使用される。これを得るために、電極（６４，６５）は、選択されたモードの共振周波数とされた交流電源（６６）に対して接続されている。
梁の一部分または複数の部分において上面および／または下面に、付加的な電極が設けられる。これら電極は、圧電材料製の梁（６１）の中に連続的な電界を生成する。これら電極の配置は、圧電性結晶の配向性や、所望の変形方向、に依存する。図７に図示した例においては、付加的な電極（６７）が、梁の上面に配置されており、さらに、付加的な電極（６８）が、梁の下面に配置されている。電極（６４，６７）は、第１のＤＣ電圧源（６９）に対して接続されている。電極（６５，６８）は、第２の連続的な電圧源（６０）に対して接続されている。それらＤＣ電圧によって生成された局所的変形は、まず最初に、電極（６４，６７）に対して印加され、第２に、電極（６５，６８）に対して印加される。これらは、共振器の共振周波数を変化させるという効果を有している。
図８〜図１０は、付加的な電極に関しての、可能ないくつかの構成を示す平面図である。
図８は、圧電材料からなる梁（６１）の上面を示している。この場合、共振器の励起電極（６４）と、付加的な電極（６７）とが、ＤＣ電源（６９）（図７参照）に対して接続されている。機械的応力は、電極（６４，６７）間のＤＣ電圧によって誘起された電界に起因する。
図９は、圧電材料からなる梁（７１）が、上面上に共振器の励起電極（７４）を支持しているとともに、励起電極（７４）の両サイドに、２つの付加的な電極（７７１，７７２）を支持しているという、変形例を示している。電極（７４，７７１ ）が、第１のＤＣ電源（７９１ ）に対して接続されており、これにより、これら電極（７４，７７１ ）間に電界を誘起している。電極（７４，７７２ ）が、第２のＤＣ電源（７９２ ）に対して接続されており、これにより、これら電極（７４，７７２ ）間に電界を誘起している。両ＤＣ電源によって誘起された両電界は、圧電性材料からなる梁（７１）に機械的応力を誘起する。
図１０は、圧電材料からなる梁（８１）が、上面上に、共振器の励起電極をなす２つの電極部分（８４１，８４２）を支持しているという、変形例を示している。各電極部分（８４１，８４２）は、ＤＣ電源（８９）に対して接続されており、これにより、これら電極部分（８４１，８４２）間の離間領域内に電界を誘起している。
図１１Ａおよび図１１Ｂは、本発明の第２変形例によるマイクロ共振器を示す断面図である。この変形例においては、共振器に対して可変負荷が適用されている。
圧電材料からなる梁（１２１）は、支持体（１２３）に形成されたキャビティ（１２２）の上方に懸架されている。キャビティ（１２２）の深さは、１〜２μｍとすることができる。圧電材料製の梁（１２１）は、上電極（１２４）と下電極（１２５）との間に介装されている。これら電極（１２４，１２５）は、梁を励起するために使用される。これを得るために、電極（１２４，１２５）は、選択されたモードの共振周波数とされた交流電源（１２６）に対して接続されている。
梁（１２１）と電極（１２４，１２５）とからなるアセンブリは、部材（１２７，１２９，１２０，１３０）を介して、支持体（１２３）に対して固定されている。部材（１２７）は、支持体（１２３）に対して固定された電極であって、キャビティ（１２２）の上方を跨っている。電極（１２７）は、誘電体材料層（１２９）によってコーティングされている。部材（１２０，１３０）は、スペーサであって、電圧源（１２８）が電極（１２５，１２７）間にＤＣ電圧を印加していないときには、部材（１２５，１２１，１２４）からなる組と、部材（１２７，１２９）とからなる組と、の間の隔離を維持している。これにより、負荷梁が形成されている。この状況は、図１１Ａに示されている。
図１１Ｂは、電圧源（１２８）が、電極（１２５，１２７）間に分極電圧を印加しており、これにより、負荷梁の一部を、部材（１２５，１２１，１２４）からなる組に対して引き寄せている。接触面のサイズは、分極電圧に応じて、可変とされている。接触面は、共振器に対して印加する負荷を変化させることができる。このため、共振器の共振周波数を変化させることができる。
図１２Ａおよび図１２Ｂは、本発明の第２変形例による他のマイクロ共振器を示すそれぞれ断面図および平面図である。
圧電材料からなる梁（１４１）は、支持体（１４３）に形成されたキャビティ（１４２）の上方に懸架されている。キャビティ（１４２）の深さは、１〜２μｍとすることができる。圧電材料製の梁（１４１）は、上電極（１４４）と下電極（１４５）との間に介装されている。これら電極（１４４，１４５）は、梁を励起するために使用される。これを得るために、電極（１４４，１４５）は、選択されたモードの共振周波数とされた交流電源（１４６）に対して接続されている。
ただ１つの負荷梁を備えているような図１１Ａおよび図１１Ｂに示すマイクロ共振器とは異なり、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すマイクロ共振器とは異なり、複数の負荷梁を備えている。複数の負荷梁（１４９）は、梁（１４１）の上方または下方に配置される。それら負荷梁（１４９）は、それぞれ対応する電極（１４７）によって起動される。図示の例においては、複数の負荷梁は、支持体（１４３）によって支持された連続的なまたは不連続な誘電体層であって、梁（１４１）の上方に配置されている。起動電極（１４７）は、負荷梁（１４９）の表面上に成膜された金属層である。ＤＣ電圧源（１４８）が、上電極（１４４）と複数の起動電極（１４７）との間にわたって、それぞれ対応する各スイッチ（１５０）を介して、接続されている。
図１２Ａは、梁（１４１）に対して全く機械的応力が印加されていない状況で、マイクロ共振器を示している。共振周波数の変更は、各負荷梁をゲート（１４１）に対して接触させるという互いに個別的な各ステップによって、行われる。すなわち、図１３は、２つの負荷梁（１４９）が、これら負荷梁に対応するスイッチ（１５０）を閉塞したことに基づいて、梁（１４１）に対して引き寄せられた状況を示している。
上記においては、負荷梁を変位させるために使用される対向電極は、圧電材料製梁の上電極とされている。しかしながら、上電極とは異なる対向電極を使用することもできる。その状況は、図１４に示されている。図１４は、本発明の第２変形例によるさらに他のマイクロ共振器を示す平面図である。
図１４は、圧電材料製の梁（１６１）を示しており、この梁（１６１）は、長手方向軸に沿って、励起用の上電極（１６４）を支持している。梁（１６１）は、さらに、対向電極（１６０）を支持している。対向電極（１６０）は、励起電極（１６４）の両サイドに配置された２つの導電性ストリップとして形成されている。複数の負荷梁は、上述したように、梁（１６１）の上方に配置されており、梁（１６１）を横断している。これら負荷梁は、起動電極（１６７）によって被覆されている。各起動電極（１６７）は、対向電極（１６０）をなす導電性ストリップに対向した部分において、広幅とされている。ＤＣ電圧源（１６８）が、対向電極（１６０）と複数の起動電極（１６７）との間にわたって、それぞれ対応する各スイッチ（１７０）を介して、接続されている。
図１５Ａおよび図１５Ｂは、本発明の第３変形例によるマイクロ共振器を示すそれぞれ断面図および平面図である。この第３変形例においては、マイクロ共振器の温度を変更することができる。
圧電材料からなる梁（４１）は、支持体（４３）に形成されたキャビティ（４２）の上方に懸架されている。キャビティ（４２）の深さは、１〜２μｍとすることができる。圧電材料製の梁（４１）は、上電極（４４）と下電極（４５）との間に介装されている。これら電極（４４，４５）は、梁を励起するために使用される。これを得るために、電極（４４，４５）は、選択されたモードの共振周波数とされた交流電圧源（４６）に対して接続されている。
励起電極（４４）は、電気絶縁機能を果たす誘電体材料層（４９）と糸状加熱抵抗（４７）とからなるシーケンスを支持している。抵抗（４７）に電流を流すことによって誘起された温度上昇は、共振器の特性を変更することができ、共振周波数を変更することができる。
上記マイクロ共振器の他の変形例においては、梁が、キャビティの存在によって支持体から分離される。他のアプローチは、支持体の背面全体をエッチングすることによって、梁を解放することである。
図１において支持梁を形成する層（９）は、また、本発明によるマイクロ共振器の他の変形例においても存在することができる。
次に、本発明によるマイクロ共振器の製造方法について説明する。この実施態様は、図１６Ａ〜図１６Ｈに図示されている。
図１６Ａは、シリコン基板（１００）を示しており、このシリコン基板（１００）の表面上には、２μｍ厚さの酸化シリコン層（１０３）が、既に成膜されている。
１．５μｍ深さのキャビティ（１０２）を、酸化シリコン層（１０３）内に形成する。この状況は、図１６Ｂに示されている。
０．８μｍ厚さの金属成膜体を、図１６Ｃに示すように、キャビティ（１０２）の底部に形成する。これにより、共振器を変形させて歪ませるための電極（１０７）が形成される。
その後、キャビティの残部に、犠牲層（１１０）を成膜することにより、キャビティ（１０３）の上面まで、キャビティを充填する。この様子は、図１６Ｄに示されている。
０．２μｍ厚さの金属成膜体を、成膜し、これにより、共振器の励起用の下電極（１０５）を形成する。この様子は、図１６Ｅに示されている。
次に、圧電性材料製の共振器梁（１０１）を、下電極（１０５）上に成膜する。この様子は、図１６Ｆに示されている。
その後、０．２μｍ厚さの金属成膜体を、圧電材料製梁（１０１）上において成膜し、これにより、共振器の励起用の上電極（１０４）を形成する。この様子は、図１６Ｇに示されている。
次なるステップは、犠牲層（１１０）を除去することである。これにより、共振器が解放され、図１６Ｈに示すような構造が得られる。
したがって、本発明によれば、集積回路の製造に適合した製造プロセスを使用して、集積化された同調可能なＲＦ共振器およびフィルタを製造することができる。本発明によれば、より『好適な』フィルタを製造することができる。それは、圧電材料製梁の厚さを高精度で制御する必要なく機械的応力を制御することによって、各発振器の共振周波数を、製造後に調節し得るからである。本発明によれば、同調可能なフィルタを製造することができる。
１ 圧電材料製梁
２ キャビティ
３ 支持体
４ 励起電極
５ 励起電極
７ 電極
１１ 圧電材料製梁
１３ 支持体
１４ 励起電極
１５ 励起電極
１７ 第１バイメタルストリップ効果デバイス
１８ 第２バイメタルストリップ効果デバイス
２７１ 金属層
２７２ 電気絶縁層
２７３ 加熱部材
４７ 電気抵抗
４９ 電気絶縁体層
６１ 圧電材料製梁
６３ 支持体
６４ 励起電極
６５ 励起電極
６７ 電極
６８ 電極
９１ 圧電材料製梁
９３ 支持体
９４ 励起電極
９５ 励起電極
１０１ 圧電材料製梁
１０３ 支持体
１０４ 励起電極
１０５ 励起電極
１２１ 圧電材料製梁
１２３ 支持体
１２４ 励起電極
１２５ 励起電極
１２９ 負荷梁
１４１ 圧電材料製梁
１４３ 支持体
１４９ 負荷梁
１６１ 圧電材料製梁
２ キャビティ
３ 支持体
４ 励起電極
５ 励起電極
７ 電極
１１ 圧電材料製梁
１３ 支持体
１４ 励起電極
１５ 励起電極
１７ 第１バイメタルストリップ効果デバイス
１８ 第２バイメタルストリップ効果デバイス
２７１ 金属層
２７２ 電気絶縁層
２７３ 加熱部材
４７ 電気抵抗
４９ 電気絶縁体層
６１ 圧電材料製梁
６３ 支持体
６４ 励起電極
６５ 励起電極
６７ 電極
６８ 電極
９１ 圧電材料製梁
９３ 支持体
９４ 励起電極
９５ 励起電極
１０１ 圧電材料製梁
１０３ 支持体
１０４ 励起電極
１０５ 励起電極
１２１ 圧電材料製梁
１２３ 支持体
１２４ 励起電極
１２５ 励起電極
１２９ 負荷梁
１４１ 圧電材料製梁
１４３ 支持体
１４９ 負荷梁
１６１ 圧電材料製梁
Claims (23)
- 懸架されたフィルムバルク音響波マイクロ共振器であって、
支持体（３，１３，６３，９３，１０３，１２３）に対して固定されているとともに、与えられた共振周波数で動作し得るように選択された厚さのものとされた、圧電材料製の梁（１，１１，６１，９１，１０１，１２１）と；
この梁の厚さ方向においてこの梁を挟み込んでいる励起電極（４，５；１４，１５；６４，６５；９４，９５；１０４，１０５；１２４，１２５）と；
を具備してなり、
さらに、前記共振周波数を変更し得るよう、励起された前記梁を備えて構成された前記共振器の制限条件を変更するための変更手段を具備していることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項１記載のマイクロ共振器において、
前記共振器の制限条件を変更するための前記変更手段が、前記梁に対して機械的応力を印加する手段を備えていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項２記載のマイクロ共振器において、
前記梁に対して機械的応力を印加する前記手段が、前記梁に対して静電力を印加することによって前記梁を曲げることができることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項３記載のマイクロ共振器において、
前記梁（１）が、この梁（１）の両端部において、前記支持体（３）に対して固定されていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項３記載のマイクロ共振器において、
前記梁（９１）が、この梁（９１）の両端部のうちの一方の端部のみにおいて、前記支持体（９３）に対して固定されていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項３〜５のいずれか１項に記載のマイクロ共振器において、
前記梁（１）が、この梁（１）に対向しているキャビティ（２）の存在によって前記支持体（３）から分離されている場合には、
前記梁に対して静電力を印加する前記手段が、前記梁上に配置された少なくとも１つの電極（５）と、この電極（５）に対向しかつ前記キャビティ（２）内に位置した少なくとも１つの電極（７）と、を備えていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項６記載のマイクロ共振器において、
静電力を印加するために使用されかつ前記梁上に配置された前記電極が、前記複数の励起電極のうちの一方の励起電極とされていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項２記載のマイクロ共振器において、
前記梁に対して機械的応力を印加する前記手段が、バイメタルストリップ効果を生成し得る手段（１７，１８）とされていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項８記載のマイクロ共振器において、
バイメタルストリップ効果を生成し得る前記手段が、前記梁の一方の面上に形成された金属層（２７１ ）と加熱部材（２７３ ）とからなる少なくとも１つのバイメタルストリップ効果デバイスを備えていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項９記載のマイクロ共振器において、
バイメタルストリップ効果を生成し得る前記手段が、前記梁の一方の面上に配置されていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項９記載のマイクロ共振器において、
バイメタルストリップ効果を生成し得る前記手段が、少なくとも１つのダブル型バイメタルストリップを形成し、
このダブル型バイメタルストリップの第１バイメタルストリップ効果デバイス（１７）が、前記梁の一方の面上に配置され、
前記ダブル型バイメタルストリップの第２バイメタルストリップ効果デバイス（１８）が、前記梁の他方の面上に配置され、
これら２つのバイメタルストリップ効果デバイスが、互いに対向して配置されていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項９記載のマイクロ共振器において、
前記加熱部材が、前記金属層（２７１ ）によって支持されておりかつ電気絶縁層（２７２ ）を介することによってこの金属層（２７１ ）から絶縁された電気抵抗（２７３ ）とされていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項９記載のマイクロ共振器において、
前記加熱部材が、前記バイメタルストリップ効果デバイスの前記金属層から構成されていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項２記載のマイクロ共振器において、
前記梁に対して機械的応力を印加する前記手段が、圧電手段とされていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項１４記載のマイクロ共振器において、
前記圧電手段が、前記梁に対して電界を印加することにより前記梁がなす面内に圧縮応力や膨張応力や剪断応力を印加し得るよう、前記梁の少なくとも１つの面上に配置された電極（６４，６７，６５，６８）を備えていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項１５記載のマイクロ共振器において、
前記圧電手段の前記電極の中の１つの電極が、励起電極とされていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項１記載のマイクロ共振器において、
前記共振器の制限条件を変更するための前記変更手段が、前記梁に対して機械的負荷を印加する手段を備えていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項１７記載のマイクロ共振器において、
前記梁（１２１，１４１，１６１）に対して機械的負荷を印加する前記手段が、前記支持体（１２３，１４３）に対して固定されているとともに前記圧電材料製梁（１２１，１４１，１６１）に対向配置された少なくとも１つの負荷梁（１２９，１４９）を備え、これにより、静電力を前記負荷梁に対して印加することによって前記梁に対して機械的負荷を印加し得るものとされていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項１８記載のマイクロ共振器において、
前記負荷梁に対して前記静電力を印加するための手段が、前記負荷梁上に配置された第１電極（１２７，１４７）と、前記励起電極（１２５，１４５）の一方からなる第２電極と、を備えていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項１記載のマイクロ共振器において、
前記共振器の制限条件を変更するための前記変更手段が、前記圧電材料製梁の温度を変更する手段を備えていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項２０記載のマイクロ共振器において、
前記圧電材料製梁（４１）の温度を変更する前記手段が、少なくとも１つの電気抵抗（４７）を備えていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項２１記載のマイクロ共振器において、
前記電気抵抗（４７）が、前記励起電極の中の１つの励起電極（４４）に設けられるとともに、電気絶縁体層（４９）を介することによってその励起電極から絶縁されていることを特徴とするマイクロ共振器。 - 請求項１〜２２のいずれか１項に記載のマイクロ共振器において、
前記圧電材料製梁（１）が、励起電極（４，５）を備えているとともに、誘電体材料層（９）を介して前記支持体（３）に対して固定されていることを特徴とするマイクロ共振器。
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