JP4645227B2 - Vibrator structure and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は振動子構造体及びその製造方法に係り、特に、MEMS(Micro Electro Mechanical System)と呼ばれる半導体製造技術を用いて作製された微小な機能素子として構成する場合に好適な振動子の構造に関する。 The present invention relates to a vibrator structure and a method for manufacturing the vibrator structure, and more particularly to a vibrator structure suitable for a structure as a minute functional element manufactured using a semiconductor manufacturing technique called MEMS (Micro Electro Mechanical System). .
一般に、共振子などの振動子デバイスは、その振動特性に応じて、基準信号を発生する発振器や所望帯域の電気信号を排除するためのフィルタ(例えば、バンドパスフィルタやローパスフィルタなど)等において利用されている。 In general, a resonator device such as a resonator is used in an oscillator that generates a reference signal or a filter for eliminating an electric signal in a desired band (for example, a band-pass filter or a low-pass filter) according to its vibration characteristics. Has been.
近年、これまで主に使用されてきた水晶や誘電体を使用した振動子・共振子とは異なる新たな種類の振動子が種々提案されるようになってきており、その一つとしてMEMS振動子がある。MEMSは、Micro Electro Mechanical Systemの略称であり、その包含する概念範囲には種々の解釈があって、マイクロマシン、MST(Micro System Technology)と呼ばれる場合もあるが、通常、「半導体製造技術を用いて作製された微小な機能素子」を意味するものとされる。 In recent years, various new types of vibrators different from vibrators / resonators using crystals and dielectrics that have been mainly used so far have been proposed, one of which is a MEMS vibrator. There is. MEMS is an abbreviation for Micro Electro Mechanical System, and there are various interpretations in the concept range encompassed by it. There are cases where it is called a micromachine or MST (Micro System Technology). The term “fabricated micro functional element” is meant.
MEMS振動子は微細加工されたシリコンにより構成される。その製法としては、SOI(Semiconductor On Insulator)基板の表層半導体領域(表層シリコン)をエッチング等で加工することによって形成する方法、シリコン基板上に酸化膜や多結晶シリコンなどの表面構造体(薄膜)を形成し、この表面構造体をエッチング加工することによって形成する方法などが一般的である。このようにして形成されたMEMS振動子は、MEMSアクチュエータと同様の電気機械的な原理、例えば、静電駆動、電磁駆動、熱駆動などによって駆動される。 The MEMS vibrator is made of finely processed silicon. As its manufacturing method, a surface layer semiconductor region (surface layer silicon) of an SOI (Semiconductor On Insulator) substrate is formed by etching or the like, and a surface structure (thin film) such as an oxide film or polycrystalline silicon on the silicon substrate. In general, the surface structure is formed by etching the surface structure. The MEMS vibrator formed in this way is driven by the same electromechanical principle as that of the MEMS actuator, for example, electrostatic driving, electromagnetic driving, thermal driving and the like.
従来のMEMS振動子の代表例としては、基板面方向に振動する櫛型(Comb型)振動子と、基板厚さ方向に振動するビーム型(梁型)振動子とがあり、いずれも技術文献等によって広く知られている。ビーム型振動子としては、基板上に下部電極を形成し、この下部電極の上方に間隔を有して配置され、下部電極を跨ぐように両端が固定された帯状の上部電極を有するもの(Clamped-Clamped Beam)が以下の特許文献1などに開示されている。また、図9及び図10に示すように、基板1上に固定電極2と、これに対向する可動電極3を設け、可動電極3のうち固定電極2と対向する被動部3aが幅狭の左右2組合計4本の支持梁部3bで支持されてなるもの(Flee-Flee Beam)が以下の非特許文献1などに開示されている。支持梁部3bは配線4上に絶縁材料で構成された支持固定部5に固定され、これによって、可動電極3が上下に弾性振動可能な状態で支持された構造となっている。
Representative examples of conventional MEMS vibrators include a comb-type vibrator that vibrates in the substrate surface direction and a beam-type (beam-type) vibrator that vibrates in the substrate thickness direction, both of which are technical documents. Etc. are widely known. As a beam type vibrator, a lower electrode is formed on a substrate, a band-shaped upper electrode is arranged above the lower electrode with a gap and fixed at both ends so as to straddle the lower electrode (Clamped -Clamped Beam) is disclosed in
上記のビーム型振動子の駆動方法としては、上記のように可動状態で支持された可動電極と、この可動電極に対向配置された固定電極との間に電位差を与えることにより電界を形成し、これによって発生する静電吸引力によって駆動する静電駆動方式が多い。すなわち、可動電極と固定電極の間に駆動信号(交流電圧)を与えることによって生ずる静電吸引力の変化によって可動電極を振動させるようにしている。この場合、可動電極の材質、形状・寸法、支持構造などによって所定の固有振動数(共振周波数)が決定される。この共振周波数fは、概略、
f=(1/2π)・(k/m)0.5 … (1)
によって決定される。ここで、kは可動電極の振動部分のばね定数、mは振動部分の質量である。
f = (1 / 2π) · (k / m) 0.5 (1)
Determined by. Here, k is the spring constant of the vibrating part of the movable electrode, and m is the mass of the vibrating part.
ところが、近年、電子回路及びこれを利用したシステム、例えば、無線通信分野の回路やシステムにおいては、複数の周波数を並列に、或いは、同時に使用するニーズが増えつつある。顕著な例としては、複数周波数に対応した携帯電話の出現がある。このような機器に対応するには、例えば、基準信号となるクロック信号を複数の周波数で生成できるように構成することが望まれる。 However, in recent years, in electronic circuits and systems using the same, for example, circuits and systems in the field of wireless communication, there is an increasing need to use a plurality of frequencies in parallel or simultaneously. A prominent example is the appearance of mobile phones that support multiple frequencies. In order to cope with such a device, for example, it is desirable to configure so that a clock signal serving as a reference signal can be generated at a plurality of frequencies.
しかしながら、前述のビーム型振動子では、上記(1)式によって共振周波数が決定されるため、共振周波数は振動子構造体一つにつき一つだけとなり、上記の複数の周波数に対応することができないという問題点がある。上記の構造で複数の周波数に対応させるには、複数のビーム型振動子を基板上に形成する必要があるため、装置の小型化に反するとともに、部品点数の増加などによる製造コストの上昇を招く場合がある。また、所定の構造寸法で一旦形成してしまった振動子では、その共振周波数を変更することができないので、種々の用途に柔軟に対応することができず、周波数を変更するには振動子構造の設計を最初からやり直す必要がある。 However, in the above-described beam type vibrator, since the resonance frequency is determined by the above equation (1), there is only one resonance frequency for each vibrator structure, and it is not possible to deal with the above-described plurality of frequencies. There is a problem. In order to cope with a plurality of frequencies with the above structure, it is necessary to form a plurality of beam-type vibrators on the substrate, which is contrary to downsizing of the apparatus and causes an increase in manufacturing cost due to an increase in the number of parts. There is a case. In addition, since the resonance frequency cannot be changed in a vibrator once formed with a predetermined structural dimension, it cannot be flexibly adapted to various applications. It is necessary to redo the design from the beginning.
そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、ビーム型振動子において共振周波数の変更や調整を可能とすることにより、振動子の種々の用途への柔軟な対応が可能な振動子構造体を実現することにある。 Therefore, the present invention solves the above-described problems, and the problem is that the resonance frequency can be changed or adjusted in the beam type vibrator, so that the vibrator can be flexibly adapted to various uses. Is to realize a simple vibrator structure.
斯かる実情に鑑み、本発明の振動子構造体は、基板と、該基板上に形成された固定電極と、該固定電極と間隙を介して対向し、前記固定電極に対向する部分の周囲の複数箇所で前記基板上の支持固定部に固定されてなる可動電極とを有する振動子構造体において、前記固定電極と前記支持固定部との間に前記可動電極に対向する補助電極を備え、電位制御により前記補助電極と前記可動電極との間に生ずる静電力を変化可能に制御する補助制御手段を設けたことを特徴とする。 In view of such circumstances, the vibrator structure according to the present invention includes a substrate, a fixed electrode formed on the substrate, and the fixed electrode opposed to the fixed electrode through a gap , around a portion facing the fixed electrode. In the vibrator structure having a movable electrode fixed to the support fixing portion on the substrate at a plurality of locations, an auxiliary electrode facing the movable electrode is provided between the fixed electrode and the support fixing portion. Auxiliary control means is provided for controlling the electrostatic force generated between the auxiliary electrode and the movable electrode so as to be variable.
この発明によれば、補助制御手段によって補助電極と可動電極の電位関係を制御して両者間に生ずる静電力を変化させることにより、可動電極に対する束縛状態を変化させることができるため、可動電極の構造寸法を変えなくても、その振動特性を変更することができる。したがって、例えば、振動子構造体の固有振動数(共振周波数)を変更したり、調整したりすることが可能になる。 According to the present invention, the restraint state of the movable electrode can be changed by controlling the potential relation between the auxiliary electrode and the movable electrode by the auxiliary control means, and changing the electrostatic force generated between the two. The vibration characteristics can be changed without changing the structural dimensions. Therefore, for example, the natural frequency (resonance frequency) of the vibrator structure can be changed or adjusted.
本発明において、複数の前記補助電極が前記固定電極の周囲にそれぞれ形成されていることが好ましい。可動電極は固定電極の周囲の複数箇所でそれぞれ基板上の支持固定部に固定されているので、固定電極の周囲の支持固定部との間にそれぞれ補助電極を設けることで、可動電極と固定電極の対向領域の周囲の複数箇所でそれぞれ可動電極を束縛することができるため、固定電極の周囲において対称的に束縛力を加えることができることから、補助電極による束縛状態における可動電極の振動を安定させることが可能になる。 In the present invention, it is preferable that the plurality of auxiliary electrodes are respectively formed around the fixed electrode. Since the movable electrode is fixed to the support fixing portion on the substrate at a plurality of locations around the fixed electrode, the auxiliary electrode is provided between the support fixing portion around the fixed electrode, so that the movable electrode and the fixed electrode are provided. Since the movable electrode can be constrained at a plurality of locations around the opposite area of the electrode, a binding force can be applied symmetrically around the fixed electrode, so that the vibration of the movable electrode in a constrained state by the auxiliary electrode can be stabilized. It becomes possible.
本発明において、前記可動電極には、前記補助電極に対向する位置に隣接部分よりも拡幅した補助被動部が設けられていることが好ましい。これによれば、補助被動部が隣接部分よりも拡幅した態様で設けられていることにより、補助電極と補助被動部の対向面積を大きくすることができるので、補助電極による可動電極の束縛を確実かつ容易に行うことが可能になる。 In the present invention, the movable electrode is preferably provided with an auxiliary driven portion that is wider than an adjacent portion at a position facing the auxiliary electrode. According to this, since the auxiliary driven portion is provided in a manner that is wider than the adjacent portion, the opposing area between the auxiliary electrode and the auxiliary driven portion can be increased, so that the movable electrode is reliably restrained by the auxiliary electrode. And it becomes possible to carry out easily.
具体的には、前記可動電極は、前記固定電極に対向する位置に設けられた主被動部と、該主被動部と前記支持固定部との間に設けられ、前記主被動部よりも細幅に形成された支持梁部と、該支持梁部の途中において前記補助電極に対向する位置に設けられ、前記支持梁部よりも広幅に形成された補助被動部とを有することが好ましい。これによれば、主被動部が支持梁部よりも広幅に形成されていることにより、主被動部と固定電極の対向面積を十分に確保できるため、確実かつ容易に駆動することが可能になる。また、振動に伴う可動電極の弾性変形部位を支持梁部に集中することができるため、支持梁部の形状寸法により振動特性を設計しやすくなる。 Specifically, the movable electrode is provided between a main driven portion provided at a position facing the fixed electrode, and between the main driven portion and the support fixing portion, and is narrower than the main driven portion. It is preferable to have a supporting beam portion formed on the support beam portion, and an auxiliary driven portion provided at a position facing the auxiliary electrode in the middle of the supporting beam portion and formed wider than the support beam portion. According to this, since the main driven part is formed wider than the support beam part, a sufficient area can be secured between the main driven part and the fixed electrode, so that it can be driven reliably and easily. . In addition, since the elastically deformed portion of the movable electrode that accompanies vibration can be concentrated on the support beam portion, it is easy to design the vibration characteristics depending on the shape and size of the support beam portion.
本発明において、前記補助制御手段は、前記補助電極の電位を、前記可動電極の電位若しくは該電位により近い第1電位と、前記可動電極の電位に対して前記第1電位との電位差の大きい第2電位との間で切り替えるスイッチを含むことが好ましい。これによれば、補助制御手段のスイッチが補助電極の電位を第1電位に切り替えると、可動電極と補助電極の間の電位差は0若しくは小さくなるので、可動電極の束縛はなくなるか、或いは、弱くなる。一方、補助制御手段のスイッチが補助電極の電位を第2電位に切り替えると、可動電極と補助電極の間の電位差が大きくなるので、可動電極に対する束縛は強くなる。したがって、スイッチによって可動電極の束縛状態の強弱を切り替えることができるため、可動電極の振動特性を確実かつ容易に変えることができる。 In the present invention, the auxiliary control means sets the potential of the auxiliary electrode to a potential of the movable electrode or a first potential closer to the potential and a potential difference between the first potential and the potential of the movable electrode being large. It is preferable to include a switch that switches between two potentials. According to this, when the switch of the auxiliary control means switches the potential of the auxiliary electrode to the first potential, the potential difference between the movable electrode and the auxiliary electrode is 0 or small, so that the movable electrode is not constrained or weakened. Become. On the other hand, when the switch of the auxiliary control means switches the potential of the auxiliary electrode to the second potential, the potential difference between the movable electrode and the auxiliary electrode is increased, so that the constraint on the movable electrode becomes stronger. Therefore, since the strength of the movable electrode can be switched by the switch, the vibration characteristics of the movable electrode can be changed reliably and easily.
本発明において、静電力を受けていない状態で、前記可動電極における前記補助電極と対向する部分が前記可動電極における前記固定電極と対向する部分よりも前記基板側に配置されていることが好ましい。これによれば、可動電極と補助電極の距離を低減することができるため、補助電極の静電力による可動電極の束縛を確実かつ容易に実現できる。また、補助電極による束縛状態における可動電極の変形量を低減できるので、振動状態の再現性や可動電極の耐久性を高めることができる。 In the present invention, it is preferable that a portion of the movable electrode facing the auxiliary electrode is disposed closer to the substrate than a portion of the movable electrode facing the fixed electrode in a state where no electrostatic force is received. According to this, since the distance between the movable electrode and the auxiliary electrode can be reduced, it is possible to reliably and easily realize the binding of the movable electrode by the electrostatic force of the auxiliary electrode. In addition, since the deformation amount of the movable electrode in the constrained state by the auxiliary electrode can be reduced, the reproducibility of the vibration state and the durability of the movable electrode can be improved.
本発明において、前記可動電極における前記補助電極に対向する部分の前記基板側への移動可能範囲が前記可動電極における前記固定電極に対向する部分の前記基板側への移動可能範囲よりも小さいことが好ましい。これによれば、可動電極を補助電極に向かう移動限界まで最大限に変形させても、固定電極に向かう移動限界には達しないように構成できるので、補助電極による可動電極の束縛力を大きくしても可動電極を振動させることが可能になる。したがって、可動電極を束縛した状態において、可動電極の振動状態をより安定させることができる。 In the present invention, the movable range of the portion facing the auxiliary electrode in the movable electrode to the substrate side is smaller than the movable range of the portion facing the fixed electrode in the movable electrode to the substrate side. preferable. According to this, even if the movable electrode is maximally deformed to the limit of movement toward the auxiliary electrode, it can be configured so as not to reach the limit of movement toward the fixed electrode, so that the binding force of the movable electrode by the auxiliary electrode is increased. However, the movable electrode can be vibrated. Therefore, in a state where the movable electrode is constrained, the vibration state of the movable electrode can be further stabilized.
本発明において、前記補助電極と前記可動電極との間には絶縁膜が介在していることが好ましい。これによれば、補助電極と可動電極との間に絶縁膜が介在していることにより、補助電極と可動電極の間に過剰な静電吸引力が発生したり外部応力が加わったりすることで両者が近接若しくは接触して静電破壊が発生するといったことを防止できる。また、補助電極と可動電極とが絶縁膜を挟んだ状態で固定されるように構成することにより、可動電極の束縛状態を安定化させることも可能である。 In the present invention, an insulating film is preferably interposed between the auxiliary electrode and the movable electrode. According to this, since an insulating film is interposed between the auxiliary electrode and the movable electrode, excessive electrostatic attraction force is generated between the auxiliary electrode and the movable electrode, or external stress is applied. It is possible to prevent electrostatic breakdown from occurring due to proximity or contact between the two. In addition, it is possible to stabilize the bound state of the movable electrode by configuring the auxiliary electrode and the movable electrode so as to be fixed with the insulating film interposed therebetween.
本発明において、前記補助被動部と前記補助電極の少なくとも一方の対向面上には他方に向けて突出する凸部が設けられることが好ましい。これによれば、補助被動部と補助電極が直接若しくは間接的(すなわち絶縁膜を介して)当接した場合に、凸部を介して安定した接触状態を得られ、安定かつ再現性の良い振動子の動作を実現する事が可能となる。ここで、上記凸部は、補助被動部と補助電極の少なくとも一方に形成されていればよく、また、補助電極上に絶縁膜が形成されている場合には、当該絶縁膜上に形成されていても構わない。 In this invention, it is preferable that the convex part which protrudes toward the other is provided on the at least one opposing surface of the said auxiliary | assistant driven part and the said auxiliary electrode. According to this, when the auxiliary driven part and the auxiliary electrode are in direct or indirect contact (that is, through the insulating film), a stable contact state can be obtained through the convex part, and vibration is stable and reproducible. It is possible to realize the operation of the child. Here, the convex portion only needs to be formed on at least one of the auxiliary driven portion and the auxiliary electrode, and when an insulating film is formed on the auxiliary electrode, the convex portion is formed on the insulating film. It doesn't matter.
本発明において、前記補助電極は前記基板の表層部に形成された不純物領域であり、前記絶縁膜は、前記基板の表面上に形成されていることが好ましい。補助電極を基板の表層部に形成された不純物領域とすることで、補助電極を基板そのものに構成することが可能になるため、基板の表面上に形成された絶縁膜を補助電極と可動電極との間に介在させることができる。したがって、基板上に補助電極を形成した場合に比べて、振動子構造の厚さを低減できるとともに、補助電極を覆うための専用の絶縁膜の形成工程を省くことが可能になる。 In the present invention, it is preferable that the auxiliary electrode is an impurity region formed in a surface layer portion of the substrate, and the insulating film is formed on a surface of the substrate. By making the auxiliary electrode an impurity region formed in the surface layer portion of the substrate, the auxiliary electrode can be configured on the substrate itself. Therefore, the insulating film formed on the surface of the substrate is formed of the auxiliary electrode and the movable electrode. Can be interposed. Therefore, the thickness of the vibrator structure can be reduced as compared with the case where the auxiliary electrode is formed on the substrate, and the step of forming a dedicated insulating film for covering the auxiliary electrode can be omitted.
本発明の振動子構造体の製造方法は、基板と、該基板上に形成された固定電極と、該固定電極と間隙を介して対向し、固定電極に対向する部分の周囲の複数箇所で基板上の支持固定部に固定されてなる可動電極とを有する振動子構造体の製造方法において、前記基板若しくは前記基板上に前記固定電極及びこれとは別の補助電極を形成する工程と、前記補助電極及び前記固定電極の上方に間隔を介して対向し、前記補助電極及び前記固定電極に対向する部分の周囲の複数箇所で前記基板上に支持固定される可動電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。 The method for manufacturing a vibrator structure according to the present invention includes a substrate, a fixed electrode formed on the substrate, and the fixed electrode opposed to the fixed electrode through a gap at a plurality of locations around a portion facing the fixed electrode. In the manufacturing method of the vibrator structure having a movable electrode fixed to the upper support fixing portion, the step of forming the fixed electrode and another auxiliary electrode on the substrate or the substrate, and the auxiliary Forming a movable electrode that is opposed to the electrode and the fixed electrode with a gap and is supported and fixed on the substrate at a plurality of locations around the portion facing the auxiliary electrode and the fixed electrode. It is characterized by that.
本発明において、前記補助電極と前記可動電極との間に配置されるべき絶縁層を形成する工程をさらに有することが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the method further includes a step of forming an insulating layer to be disposed between the auxiliary electrode and the movable electrode.
本発明において、前記補助電極は、前記基板の表層部に形成された不純物領域であることが好ましい。 In the present invention, the auxiliary electrode is preferably an impurity region formed in a surface layer portion of the substrate.
本発明において、前記可動電極を形成する工程は、前記基板上に犠牲層を形成する段階と、前記犠牲層上に前記可動電極を形成する段階と、前記犠牲層を除去して前記間隙を形成する段階とを有することが好ましい。この場合に、前記犠牲層を形成する段階では、前記補助電極上の層厚が前記固定電極上の層厚よりも小さく形成されることが好ましい。 In the present invention, the step of forming the movable electrode includes a step of forming a sacrificial layer on the substrate, a step of forming the movable electrode on the sacrificial layer, and removing the sacrificial layer to form the gap. Preferably comprising the steps of: In this case, in the step of forming the sacrificial layer, the layer thickness on the auxiliary electrode is preferably smaller than the layer thickness on the fixed electrode.
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図1は本実施形態の振動子構造体を示す概略斜視図、図2(a)は同実施形態の振動子構造体を図1に示すA−A線を含む仮想垂直面で切断してなる仮想断面を示す縦断面図である。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing the vibrator structure of the present embodiment, and FIG. 2A is a cross-section of the vibrator structure of the same embodiment taken along a virtual vertical plane including line AA shown in FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows a virtual cross section.
振動子構造体100は、単結晶シリコン基板等で構成される基板101と、この表面上に設けられた構造とによって構成される。基板101の表層部には不純物領域等で構成される補助電極101Aが設けられ、また、基板101の表面上には、酸化シリコン等で構成された絶縁層102と、窒化シリコン等で構成された絶縁層103とが積層されている。絶縁層103上には、ドーピングにより十分に抵抗率を下げた多結晶シリコンからなる導電体で構成された固定電極110及び配線114が形成されている。ここで、固定電極110の図示左右両側に配線114の一部が配設されている。
The
配線114上には絶縁層115を介して多結晶シリコンや金属等の導電体で可動電極120が形成されている。可動電極120は全体として図示左右方向に伸びるように構成され、左右方向の両端の被固定部125が絶縁層115および絶縁層115を貫通して接続される配線114によって構成される支持固定部に固定されている。また、図1では配線114は左右の被固定部125に対して、その信号経路(入力信号の導入経路)が対称に構成され、その結果、複数(左右)の被固定部125に対する配線長が相互に同一になっている。これによって、複数の入力経路間において入力信号の位相差が生じにくくなり、振動への影響を最小とすることができる。
On the
可動電極120は、図示左右方向の中央部に形成された主被動部121と、この主被動部121の図示左右両側に内端が接続された内側支持梁部122と、内側支持梁部122の外端がその内端に接続された補助被動部123と、補助被動部123の外端に接続された外側支持梁部124と、この外側支持梁部124の外端が接続された被固定部125とを備えている。
The
ここで、主被動部121は内側支持梁部122及び外側支持梁部124よりも広幅に形成され、図示例では矩形の平面形状を有している。この主被動部121は、下方に配置された固定電極110とほぼ平面的に重なる形状を有し、固定電極110と対向する位置に配置されている。すなわち、主被動部121は固定電極110の直上位置に配置されている。
Here, the main driven
また、内側支持梁部122及び外側支持梁部124はそれぞれ図示左右方向に延長された形状を有し、図示例では帯状若しくは棒状に構成されている。これらの内側支持梁部122及び外側支持梁部124は主被動部121を図示左右両側から支持するための支持梁部を構成する。図示例の場合、支持梁部は左右それぞれ2本ずつ、合計4本が設けられている。
Each of the inner
補助被動部123は、内側支持梁部122と外側支持梁部124の間に接続され、これらの支持梁部よりも広幅に形成され、図示例では矩形の平面形状を有している。図示例の場合、2本ずつ設けられた内側支持梁部122及び外側支持梁部124に共通の補助被動部123が接続される構造となっている。補助被動部123は補助電極101Aと平面的にほぼ重なる形状を有し、補助電極101Aと対向する位置に配置されている。すなわち、補助被動部123は補助電極101Aの直上位置に配置されている。
The auxiliary driven
上記の可動電極120は、被固定部115を除く部分が基板101上において下層の構造に対して間隙を介して配置されている。すなわち、可動電極120の主被動部121、内側支持梁部122、補助被動部123及び外側支持梁部124は、基板101上の絶縁層103、固定電極110及び配線114に対して上方に離間した状態に設けられている。したがって、可動電極120は、その弾性変形によって上記各部121〜124が基板101の面に対して垂直方向に物理的な変位が可能な状態となっている。
In the
本実施形態では、固定電極110と配線114との間に周期的な変動電圧を印加することにより、固定電極110と可動電極120の主被動部121との間に静電引力が発生するとともに、この静電引力が周期的に変動するため、可動電極120を振動させることができる。この場合、公知のように、配線114に交流電圧を印加して、直流的に接地された固定電極110との間に周期的な電圧変動を発生させてもよく、或いは、固定電極110と配線114との間にDCバイアスを印加した状態で交流電圧を供給するようにしてもよい。例えば、固定電極110と配線114との間に所定のDCバイアス電圧を設定して、配線114に入力信号(交流電圧)Vinを供給するように構成することができる。
In the present embodiment, an electrostatic attractive force is generated between the fixed
上記のようにして入力信号Vinに応じて可動電極120が振動したとき、固定電極110からは出力信号Ioutを取り出すことができる。例えば、上記振動によって主被動部121と固定電極110の間の静電容量が周期的に変動するので、この静電容量の変動に応じて固定電極110に電流Ioutが生ずる。なお、この電流Ioutを固定電極110に接続された外部回路で電圧に変換してなる出力信号を得る事もできる。
When the
一般的には、ビーム型振動子の等価回路定数、すなわち、等価抵抗Rx、等価インダクタンスLx、等価キャパシタンスCxは以下のようになる。
Rx=(k′・m′)0.5/(Q・η2) … (2)
Lx=m′/η2 … (3)
Cx=η2/k′ … (4)
ここで、上記k′は振動子の有効ばね定数、m′は振動子の有効質量、Qは振動子のQ値、ηは機械電気変換係数で、δC/δxを可動電極と固定電極間の容量変位とし、Vsを可動電極と固定電極間の電位差とすれば、η=Vs・(δC/δx)で表される。(セングバエ・リー、クラーク・ティー・シー・ノイエン、「メカニカル共振子の位相ノイズにおける自動レベル制御の影響」IEEE インターナショナル・フレクエンシー・コントロール・シンポジウム 2003-Influence of Automatic level Control on Mechanical resonator oscillator phase noise, Seungbae Lee and Clark T.C.Nguyen, 2003 IEEE International Frequency Control Symposium-参照)
In general, the equivalent circuit constants of the beam type vibrator, that is, the equivalent resistance Rx, the equivalent inductance Lx, and the equivalent capacitance Cx are as follows.
Rx = (k ′ · m ′) 0.5 / (Q · η 2 ) (2)
Lx = m ′ / η 2 (3)
Cx = η 2 / k ′ (4)
Here, k ′ is an effective spring constant of the vibrator, m ′ is an effective mass of the vibrator, Q is a Q value of the vibrator, η is a mechanical / electrical conversion coefficient, and δC / δx is set between the movable electrode and the fixed electrode. If the capacitance displacement is taken and Vs is the potential difference between the movable electrode and the fixed electrode, η = Vs · (δC / δx). (Sengbae Lee, Clark Tee Neuen, "Influence of automatic level control on phase noise of mechanical resonators" IEEE International Frequency Control Symposium 2003-Influence of Automatic level Control on Mechanical resonator oscillator phase noise, Seungbae Lee and Clark TCNguyen, 2003 IEEE International Frequency Control Symposium-)
したがって、上記回路定数を有する本実施形態の振動子構造体を回路内に組み込むことによって、種々の発振回路、フィルタ回路などを構成することができる。なお、一般に、等価インダクタンスが大きいほど、また、等価抵抗が小さいほど、振動子は高いQ値を示す。 Therefore, various oscillation circuits, filter circuits, and the like can be configured by incorporating the vibrator structure of the present embodiment having the above circuit constants into the circuit. In general, the greater the equivalent inductance and the smaller the equivalent resistance, the higher the Q value of the vibrator.
本実施形態では、補助電極101Aの電位を切り替えるための補助制御手段が設けられる。この補助制御手段は、可動電極120の電位と実質的に同じ第1電位(図示例の場合には+Vp)と、可動電極120の電位とは異なる第2電位(図示例の場合にはVq、例えばVq=−Vp)との間で補助電極101Aの電位を切り替えるスイッチSWを含む切り替え手段である。なお、一般的には、上記第1電位は可動電極120の電位に近い電位であり、上記第2電位は可動電極120の電位に対して第1電位よりも十分に大きい電位差が生ずる電位であればよい。なお、図示例の場合には、固定電極110の基準電位が例えば接地電位(DC0v)であれば、固定電極110と可動電極120との間にVpのDCバイアスが設定されていることになる。
In the present embodiment, auxiliary control means for switching the potential of the
また、配線114の電位は入力信号Vinによって変動するが、上記第1電位は基本的に配線114の中心電位(バイアス電位)を基準として設定されていればよい。ただし、入力信号Vinによって変動する配線114の実際の電位を基準として第1電位を設定することがより好ましい。例えば、第1電位を配線114の変動電位と一致させることで、補助電極と可動電極との間に常に静電力が生じないように構成することができる。
Further, although the potential of the
このスイッチSWは、MOSFETなどの半導体スイッチで構成され、基板101内に形成される。このときの基板101は半導体基板であり、特に上記の単結晶シリコン基板であることが好ましい。ただし、上記スイッチSWは半導体スイッチに限らず、機械式スイッチであってもよく、また、基板とは別に設けられたディスクリートなスイッチング素子であってもよい。例えば、スイッチSWを基板101上に別途形成されたマイクロマシン構造によって構成される微小な機械式スイッチ、すなわちMEMSスイッチとすることができる。
The switch SW is constituted by a semiconductor switch such as a MOSFET and is formed in the
また、これらスイッチSWを含む補助制御手段へ接続される補助電極101Aは、可動電極の補助被動部123から見て入力インピーダンスが振動子の共振周波数において十分大きく設定する。もし、補助電極101Aの入力インピーダンスが小さい場合、配線114から入力された信号の一部が補助被動部123より漏洩しやすくなり、振動子としての性能が劣化してしまう。これを防ぐために、補助電極101AやスイッチSWへの配線を不要な寄生容量をもたないレイアウトとする他、特定の周波数のみ入力インピーダンスの高くなる整合回路を配線内に挿入する事が好ましい。
Further, the
図3は、上記補助電極101Aと補助被動部123の位置関係を示す部分縦断面図である。図3(a)は、補助電極101Aと補助被動部123との間に静電力が働いていない状態を示す。この状態では、可動電極120は本来の形状を維持し、補助被動部123は基板101上の絶縁層103から離間している。補助電極101Aと補助被動部123との間に電圧が印加され、両者間に静電引力が働くと、図3(b)に示すように、補助被動部123は補助電極101Aに引き寄せられ、可動電極120が部分的に変形する。ただし、図3(b)に示す状態では上記静電引力がそれほど強くないため、補助被動部123は絶縁層103と接触しておらず、絶縁層103との間に図3(a)の場合よりは狭い所定の間隔を有している。この場合には、上記の静電引力と、可動電極120の弾性力とが釣り合う位置(高さ)に補助被動部123が配置される。このとき、補助被動部123は静電引力を受けているため、可動電極120は補助被動部123において束縛を受けることになり、この状態で入力信号に基づいて固定電極110と主被動部121との間に生ずる静電力の変動によって主被動部121が振動すると、図3(a)のように束縛がないときの振動状態とは異なる振動状態になる。
FIG. 3 is a partial longitudinal sectional view showing the positional relationship between the
ここで、補助電極110と可動電極120の電位差を大きくすることによって補助被動部123の受ける静電引力による可動電極120の変形量も大きくなり、逆に上記電位差を小さくすることによって静電引力も小さくなるので、可動電極120の変形量は減少する。したがって、補助制御手段による可動電極120の変形範囲が弾性限界以下であれば、好ましくは比例限界よりも小さければ、可動電極120はほぼ元の形状に復帰するので、基本的には繰り返し切り替えを行っても再現性のある振動状態を得ることができる。なお、繰り返し可能回数(すなわち耐久性)をある程度確保するためには、可動電極120の変形量が上記比例限界よりも大幅に小さくなるように構成することが望ましい。
Here, by increasing the potential difference between the
一般に、ビーム型振動子では上記(1)式によって共振周波数fが定まるが、その周波数を決定する振動体のばね定数k及び振動体の質量mは、図3(a)の束縛のない状態と図3(b)の束縛のある状態では異なる。すなわち、可動電極120の補助被動部123の束縛によって、実質的に支持梁部の長さが短縮された場合と同様にばね定数kは増大するとともに質量mが減少する。したがって、共振周波数fは補助電極101Aによる可動電極120の束縛により高くなる。
In general, in the beam type vibrator, the resonance frequency f is determined by the above equation (1), but the spring constant k of the vibrating body and the mass m of the vibrating body that determine the frequency are as shown in FIG. It is different in the state with the constraint in FIG. That is, the spring constant k increases and the mass m decreases due to the restraint of the auxiliary driven
また、図3(c)に示すように、補助電極101Aと補助被動部123の間に十分な静電引力を発生させると、可動電極120を大きく変形させ、補助被動部123を絶縁層103に当接させることができる。この場合には、静電引力が可動電極120の弾性力を超えるため、固定電極110と主被動部121の間に生ずる静電力によって主被動部121が振動しても、補助被動部123の安定性を高めることができる。
Further, as shown in FIG. 3C, when a sufficient electrostatic attraction is generated between the
すなわち、補助被動部123の位置が不安定であると、主被動部121に与えられた振動エネルギーが補助被動部123を介して周囲へ放散されやすくなるとともに、主被動部121の振動状態に影響を与えるので、本来の振動モード以外の振動モードが発生しやすくなり、その結果、振動子構造体の素子としての特性の悪化(損失の増大、Q値の低下)などを招く。しかし、上記のように補助被動部123が基板上の絶縁層103に当接することにより、補助被動部123の位置安定性が増大するので、素子特性の悪化を抑制することができる。
That is, if the position of the auxiliary driven
特に、補助被動部123に加わる静電引力が主被動部121の振動によって生ずる補助被動部123へ及ぼされる弾性変形力よりも常に大きくなるように設定されていれば、補助被動部123は常に絶縁層103に接触したままとなるため、補助被動部123を介した振動エネルギーの漏出や補助被動部123による振動モードへの影響をなくすことができ、これにより主被動部121の振動特性のさらなる安定性を確保することができる。
In particular, if the electrostatic attractive force applied to the auxiliary driven
また、図2(a)に2点鎖線で示すように、補助被動部123の下面に凸部123xを設ける事により、当接時の姿勢や接触状態を安定化することが出来る。この結果、補助被動部123が基板に当接した時の振動状態が安定し、且つ再現性の高い素子特性を得る事が可能となる。凸部は複数のディンプルで形成してもよく、または角を面取りした単一の長棒上の突起で形成しても良い。要は当接時に安定した接触状態が再現性良く実現できる形態であれば良い。また、補助電極101A側に凸部101xを設けてもよい。この場合、凸部101xは補助電極101A上に直接設けてもよく、また、絶縁層102上に設けてもよい。
Further, as shown by a two-dot chain line in FIG. 2A, by providing the
図2(b)は、上記実施形態をさらに改善した他の実施形態の構造を示す縦断面図である。この実施形態では、可動電極120の形状を変え、補助被動部123の基板101上の高さを主被動部121の基板101上の高さよりも低くしている。これにより、補助被動部123と補助電極101A上の絶縁層103の間隔G2は、主被動部121と固定電極110の間隔G1よりも小さくなっている。これらの間隔G1,G2は、可動電極120の主被動部121と補助被動部123がそれぞれ基板101側へ移動することのできる範囲を示すものである。一般的には、間隔G1は間隔G2の1.5倍以上であることが好ましく、2倍以上であることが望ましい。両間隔の差は大きいほどよいが、この差を大きくすると振動子構造体の厚さが増大するため、製造上の観点からは間隔G1が間隔G2の5倍以下であることが好ましく、典型的には約3倍程度とすることが最も望ましい。
FIG. 2B is a longitudinal sectional view showing the structure of another embodiment obtained by further improving the above embodiment. In this embodiment, the shape of the
このように構成すると、上記のように静電引力により補助被動部123を束縛したときでも、主被動部121と固定電極110との間隔を確保することができ、主被動部121を確実に振動させることが可能になると同時に、主被動部121と固定電極110とが接触して電気的に短絡し、電極表面の損傷などの不具合が発生する虞をなくすことができる。特に、図4に示すように、補助被動部123が絶縁層103に接触するように可動電極120を大きく変形させたときでも、主被動部121と固定電極110とが接触せず、主被動部121の振動が可能となるように構成できる。
With this configuration, even when the auxiliary driven
また、上記のように構成することによって補助制御手段で制御される可動電極120の変形量を抑制することができるため、補助制御手段による制御時における振動状態の再現性を向上させることができ、さらに、切り替えの繰り返し可能回数を増大させることが可能になる。
Moreover, since the deformation amount of the
図5は、さらに異なる実施形態の振動子構造体の構造を示す概略斜視図である。この振動子構造体200では、固定電極210、可動電極220、補助電極201A、配線214、絶縁層215、主被動部221、内側支持梁部222、補助被動部223、外側支持梁部224、被固定部225といった基本構造は上記各実施形態と同一である。
FIG. 5 is a schematic perspective view showing the structure of a vibrator structure according to another embodiment. In this
ただし、この実施形態では、主被動部221に対して3つの支持梁部が接続している点で上記実施形態とは異なる。また、これらの3つの支持梁部は、主被動部221を中心とする周回方向に均一に分散配置されている。すなわち、主被動部221の周囲に3つの支持梁部が120度間隔で配置されている。各支持梁部には、上記実施形態と同様に、主被動部221側から順次に外側へ向けて、内側支持梁部222、補助被動部223及び外側支持梁部224が接続され、全体として各支持梁部が半径方向外側へ直線状に伸びるように形成されている。
However, this embodiment differs from the above embodiment in that three support beam portions are connected to the main driven
本実施形態では、主被動部221の周りに3つの支持梁部が均等に配置されているので、主被動部221の安定性を高めることができ、振動モードに関しても、本来の垂直方向の振動成分以外の振動成分の発生を抑制することができる。ここで、図示例では3つの支持梁部を設けているが、3つに限定されるものではなく、3以上の任意の数の支持梁部を設けることができる。
In the present embodiment, since the three support beam portions are evenly arranged around the main driven
なお、主被動部の左右両側にそれぞれ支持梁部が伸びるように構成されていた、先に説明した各実施形態と、本実施形態は、いずれも主被動部の周囲の複数個所にそれぞれ支持梁部が構成されている点では同じであり、上記各実施形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、この例では、3つの被固定部225に対する配線214の配線長が等しくないが、3つの被固定部225に対する配線長を同一にするように配線214のパターンに工夫を施すことで、上記の位相差の影響を低減することができる。
Note that each of the embodiments described above, which is configured so that the support beam portions extend on both the left and right sides of the main driven portion, and the present embodiment, each support beam at a plurality of locations around the main driven portion. It is the same in that the portion is configured, and the same operational effects as those of the above embodiments can be obtained. In this example, the wiring lengths of the
図6は、さらに別の実施形態を示す概略斜視図である。この実施形態の振動子構造体300は、基本的に図1に示す実施形態とほぼ同様に構成され、固定電極310、可動電極320、配線314、絶縁層315などを備えているが、各支持梁部において、2つの補助被動部323,325が直列に設けられている点で上記とは異なる。すなわち、各支持梁部には、主被動部321から順次に外側へ向けて、内側支持梁部322、内側補助被動部323、中間支持梁部324、外側補助被動部325、外側支持梁部326が接続され、外側支持梁部326が被固定部327に接続されている。
FIG. 6 is a schematic perspective view showing still another embodiment. The
また、上記のように各支持梁部の途中に2つの補助被動部、すなわち、内側補助被動部323及び外側補助被動部325が設けられていることにより、これらに対応して、半径方向に異なる位置に2つの補助電極、すなわち内側補助電極301A及び外側補助電極301Bが設けられている。ここで、図6に示す例では、配線314の形状が左右の被固定部327に対して対称な形状を有し、左右の被固定部327に対する配線長を同一にして供給される入力信号に位相差が生じないように配慮されている。
Further, as described above, the two auxiliary driven portions, that is, the inner auxiliary driven
さらに、本実施形態の場合、補助制御手段を、内側補助電極301Aの電位と、外側補助電極301Bの電位とを別々に切り替えることができるように構成する。すなわち、可動電極320のうち、内側補助被動部323と外側補助被動部325をそれぞれ独立に切り替えることができるようにしている。これによって、可動電極320の振動状態の切り替え態様のバリエーションを増大させることができる。
Furthermore, in the case of the present embodiment, the auxiliary control means is configured so that the potential of the inner
上記のように構成された本実施形態では、内側補助電極301Aと可動電極320の電位差を大きくすることにより内側補助被動部323を束縛した場合と、外側補助電極301Bと可動電極320の電位差を大きくすることにより外側補助被動部325を束縛した場合とで、可動電極320の実効的なばね定数k及び質量mを異ならせることができるので、内側補助被動部323及び外側補助被動部325のいずれをも束縛しない状態、内側補助被動部323のみを束縛する状態、外側補助被動部325のみを束縛する状態の合計3つの振動状態を相互に切り替えることができる。したがって、共振周波数の選択の幅を広げることができる。
In the present embodiment configured as described above, the potential difference between the inner
なお、この実施形態において、内側補助被動部323及び外側補助被動部325の双方を束縛することも可能であり、この場合には、基本的に内側補助被動部323のみを束縛した状態に近い振動状態が得られることになるが、厳密には、外側補助被動部325の束縛によって内側補助被動部323の束縛状態がさらに高められることになるため、上記の3つの振動状態以外のさらに別の振動状態を得ることができる。
In this embodiment, it is also possible to bind both the inner auxiliary driven
上記のように支持方向に沿って複数組の補助電極及び補助被動部を直列に設けた場合には、補助制御手段に複数のスイッチを設け、各組が相互に異なる電位に接続されるように構成する。この場合、スイッチによる分岐が上記組の数だけ設けられていればよい。また、この場合の複数の電位は、単一の電源電圧を分圧することによって構成してもよい。 When a plurality of sets of auxiliary electrodes and auxiliary driven portions are provided in series along the support direction as described above, a plurality of switches are provided in the auxiliary control means so that each set is connected to a different potential. Constitute. In this case, it suffices that the number of branches by the switches is the same as the number of sets. In addition, the plurality of potentials in this case may be configured by dividing a single power supply voltage.
図7及び図8は、本実施形態の振動子構造体100の製造方法を示す概略工程図である。なお、以下の製造方法は、図2(b)及び図4に示す振動子構造体について説明するものであるが、他の実施形態についてもほぼ同様の手順によって容易に製造することができる。
7 and 8 are schematic process diagrams showing a method for manufacturing the
本実施形態では、最初に図7(a)に示す基板101を用意する。この基板101は半導体基板であることが好ましく、特に、単結晶シリコン基板であることが望ましい。
In this embodiment, first, a
次に、図7(b)に示すように、基板101の表層部に熱拡散法、イオン注入法などによって不純物拡散領域を形成し、導電性を有する補助電極101Aとする。例えば、基板101としてp−型シリコン基板を用いる場合には、PやAsなどをドーピングすることによってn+型の拡散領域を形成する。また、前記説明の様に補助電極へ負電圧を印加する場合は、基板101にn-wellを形成後、Bなどをドーピングする事によってP+型の拡散領域を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, an impurity diffusion region is formed in the surface layer portion of the
次に、図7(c)に示すように、基板101の表面上に、スパッタリング法や熱酸化法などによって酸化シリコン(SiO2)などで構成される絶縁層102を形成する。この絶縁層102は基板表面に自然に形成される自然酸化膜で構成してもよい。
Next, as shown in FIG. 7C, an insulating
さらに、図7(d)に示すように、上記絶縁層102上にスパッタリング法やCVD法などにより窒化シリコン(Si3N4)などで構成される絶縁層103を形成する。この絶縁層103は、後述する犠牲層のエッチングを行う際のエッチングストップ層としても機能するものである。
Further, as shown in FIG. 7D, an insulating
次に、図7(e)に示すように、絶縁層103上にCVD法などにより多結晶シリコン層を形成し、これをフォトリソグラフィ法やエッチング法などによってパターニングすることにより、固定電極110及び配線114を形成する。
Next, as shown in FIG. 7E, a polycrystalline silicon layer is formed on the insulating
次に、図8(a)に示すように、窒化シリコンで構成された上記絶縁層103と、多結晶シリコンで構成された上記固定電極110及び配線114の表面に熱酸化法によって酸化シリコン層112を形成する。この酸化シリコン層112は、絶縁層103、固定電極110及び配線114自体が酸化雰囲気中で加熱されることによって形成されるもので、図中で強調して描くように、窒化シリコンが多結晶シリコンよりも酸化されにくいことにより、絶縁層103上の部分は薄く、固定電極110及び配線114上の部分は厚く形成される。
Next, as shown in FIG. 8A, a
さらに、図8(b)に示すように、上記酸化シリコン層112上に酸化シリコンをCVD法などによって成膜し、酸化シリコン層113を形成する。酸化シリコン層112と113は、後述する可動電極120と基板101との間に間隙を形成するための犠牲層を構成するものである。この酸化シリコン層113の成膜処理は、犠牲層の厚さを十分に確保するとともに、当該厚さを設計値どおりに制御するために実施される。
Further, as shown in FIG. 8B, a
また、犠牲層となる酸化シリコン層112及び113は、少なくとも後述する可動電極120の形成領域を含む領域に存在するようにパターニングされる。このとき、可動電極120の形成領域にのみ限定して存在するようにパターニングされることが望ましい。このパターニング時には、配線114上に形成された酸化シリコン層112及び113の部分にコンタクトホール112a,113aが形成される。
Further, the
次に、図8(c)に示すように、酸化シリコン層113上にCVD法などにより多結晶シリコンなどの導電体を成膜し、これをパターニングすることによって、可動電極120を形成する。このとき、上記コンタクトホール112a,113aの内部にも成膜材料が充填され、これによって、可動電極120と配線114とが導電接続された状態となる。この工程が終了すると、基板101上には振動子構造体100を構成する全ての構造要素が形成される。
Next, as shown in FIG. 8C, a
次に、図8(d)に示すように、基板101上をアクリル樹脂等の保護膜116で被覆し、この保護膜116における上記可動電極120の可動部分にほぼ対応する領域に開口部116aを形成する。保護膜116をスクリーン印刷などによって予め開口部116aを備えたものとして形成することも可能である。
Next, as shown in FIG. 8D, the
そして、フッ化水素酸系のエッチング液を用いてウエットエッチングを施すことにより、開口部116aに対応する部分において上記犠牲層(酸化シリコン層112,113)が除去される。このとき、ウエットエッチングは絶縁層103にて停止する。これによって、可動電極120における主被動部121、内側支持梁部122、補助被動部123及び外側支持梁部124と、絶縁層103との間に上記間隔G1及びG2が確保される。すなわち、上記酸化シリコン層112が薄く形成されていた領域では小さな間隔G2が得られ、上記酸化シリコン層112が厚く形成されていた領域では大きな間隔G1が得られる。
Then, the sacrificial layer (
なお、上記酸化シリコン層112,113のうち、可動電極120の被固定部125の下層に存在する部分(アンカー部分)は上記ウエットエッチングで除去されずに残され、可動電極120を基板101上に固定するための支持固定部115となる。
Of the
以上説明した実施形態によれば、単一の振動子構造体によって複数の周波数を実現することが可能になるので、複数の周波数を使用する回路や機器において、回路の小型化や簡素化、或いは、部品数の削減による低コスト化を図ることができる。 According to the embodiment described above, a plurality of frequencies can be realized by a single vibrator structure. Therefore, in a circuit or device using a plurality of frequencies, the circuit can be downsized or simplified, or The cost can be reduced by reducing the number of parts.
尚、本発明の振動子構造体は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記各実施形態では、補助制御手段によって振動子構造体の周波数を切り替える技術について説明したが、本発明はこのような技術に限られず、補助制御手段による電位制御によって、振動子構造体の振動状態を変更したり、調整したりすることのできる全ての技術を包含する。例えば、振動子構造体の周波数調整のみを目的として本発明を適用しても構わない。 It should be noted that the vibrator structure of the present invention is not limited to the illustrated examples described above, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in each of the above embodiments, the technology for switching the frequency of the vibrator structure by the auxiliary control unit has been described. However, the present invention is not limited to such a technology, and the potential of the vibrator structure can be controlled by the potential control by the auxiliary control unit. Includes all technologies that can change or adjust the vibration state. For example, the present invention may be applied only for the purpose of adjusting the frequency of the vibrator structure.
また、上記各実施形態では補助制御手段としてスイッチを含む構成について説明しているが、本発明では、補助電極と可動電極との間の静電力を変化させることができればよいから、スイッチを含むものではなく、或いは、単に電位を切り替える機能だけを有するものではなく、補助電極と可動電極との間の電位差を連続的に変化させたり、任意の電位差に設定したりすることができる電位制御手段が設けられていても構わない。 Moreover, although each said embodiment demonstrated the structure containing a switch as an auxiliary | assistant control means, in this invention, since the electrostatic force between an auxiliary electrode and a movable electrode should just be changed, what includes a switch Or a potential control means capable of continuously changing the potential difference between the auxiliary electrode and the movable electrode or setting it to an arbitrary potential difference. It may be provided.
100…振動子構造体、101…基板、101A…補助電極、102,103…絶縁層、110…固定電極、114…配線、115…絶縁層、120…可動電極、121…主被動部、122…内側支持梁部、123…補助被動部、124…外側支持梁部、125…被固定部
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記固定電極と前記支持固定部との間に前記可動電極に対向する補助電極を形成し、電位制御により前記補助電極と前記可動電極との間に生ずる静電力を変化可能に構成する補助制御手段を設けた振動子構造体であって、
前記可動電極には、前記補助電極に対向する位置に隣接部分よりも拡幅した補助被動部が設けられていることを特徴とする振動子構造体。 A substrate, a fixed electrode formed on the substrate, and a fixed electrode that is opposed to the fixed electrode via a gap, and is fixed to a supporting and fixing portion on the substrate at a plurality of locations around a portion facing the fixed electrode. A movable electrode,
Auxiliary control means for forming an auxiliary electrode facing the movable electrode between the fixed electrode and the support fixing portion, and configured to change an electrostatic force generated between the auxiliary electrode and the movable electrode by potential control. A vibrator structure provided with
The vibrator structure according to claim 1, wherein the movable electrode is provided with an auxiliary driven portion that is wider than an adjacent portion at a position facing the auxiliary electrode.
前記基板若しくは前記基板上に前記固定電極及びこれとは別の補助電極を形成する工程と、
前記補助電極及び前記固定電極の上方に間隔を介して対向し、前記補助電極及び前記固定電極に対向する部分の周囲の複数箇所で前記基板上に支持固定される可動電極を形成する工程と、
を有し、
前記補助電極と前記可動電極との間に配置されるべき絶縁層を形成する工程をさらに有することを特徴とする振動子構造体の製造方法。 A substrate, a fixed electrode formed on the substrate, and a fixed electrode that is opposed to the fixed electrode via a gap, and is fixed to a supporting and fixing portion on the substrate at a plurality of locations around a portion facing the fixed electrode. In a method of manufacturing a vibrator structure having a movable electrode,
Forming the fixed electrode and an auxiliary electrode different from the fixed electrode on the substrate or the substrate;
Forming a movable electrode which is opposed to the auxiliary electrode and the fixed electrode via a gap and is supported and fixed on the substrate at a plurality of locations around a portion facing the auxiliary electrode and the fixed electrode;
I have a,
The method for manufacturing a vibrator structure further comprising a step of forming an insulating layer to be disposed between the auxiliary electrode and the movable electrode.
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|---|---|---|---|
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