專利名稱：高頻元件、電源供給元件及通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以靜電驅(qū)動(dòng)型的振子作為構(gòu)成元件的高頻信號(hào)元件，以及具有用于對(duì)該高頻信號(hào)元件供給直流偏置電壓的直流電壓供給部件的高頻元件。
此外，本發(fā)明涉及用于對(duì)上述高頻信號(hào)元件供給直流偏置電壓的電源供給元件。
此外，本發(fā)明涉及使用由上述高頻元件構(gòu)成的濾波器的通信裝置。
背景技術(shù)：
在以靜電驅(qū)動(dòng)型的振子作為構(gòu)成元件的高頻信號(hào)元件中，對(duì)該振子施加直流偏置電壓。在對(duì)這樣的靜電驅(qū)動(dòng)型的振子供給直流偏置電壓的情況下，例如使用單純的線路進(jìn)行供電時(shí)，伴隨直流供電電路的不穩(wěn)定而變動(dòng)的電壓或者由于某種原因而發(fā)生的高電壓可能被施加到驅(qū)動(dòng)振子的電極(所謂的振子的驅(qū)動(dòng)部分或下部電極)。在這樣的情況下，引起振子的振動(dòng)振幅的變動(dòng)，并招致高頻信號(hào)元件大信號(hào)處理特性的變動(dòng)。在電壓變動(dòng)顯著的情況下，振子由于發(fā)生異常振動(dòng)等原因而成為不能恢復(fù)的狀態(tài)，該異常振動(dòng)由振子的驅(qū)動(dòng)部分和下部電極固定的驅(qū)動(dòng)部分和下部電極間的放電引起。
例如，提出了使用MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))元件構(gòu)成的高頻濾波器，在這樣的高頻濾波器中，引起直流偏置電壓的變動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生振子的阻抗的時(shí)間變動(dòng)，難以得到良好的濾波特性。在將MEMS元件組裝在數(shù)字電路中而構(gòu)成半導(dǎo)體集成電路的情況下，數(shù)字信號(hào)處理部分的驅(qū)動(dòng)電路和MEMS元件的電源被共用，由于沒有特別地提高其穩(wěn)定性，所以擔(dān)心由電源的電壓變動(dòng)引起的MEMS元件的特性變動(dòng)。利用MEMS元件的高頻濾波器由以密歇根大學(xué)為首的研究機(jī)構(gòu)提出(參照非專利文獻(xiàn)1)。
C.T.-Nguyen，Micromechanical components for miniaturizedlow-power communications(invited plenary)，proceedings，1999 IEEE MTT-SInternational Microwave Symposium RF MEMS Workshop，June，18，1999，pp.48-77.

發(fā)明內(nèi)容
在處理高頻區(qū)域的微弱信號(hào)時(shí)，例如在進(jìn)行高頻(RF)信號(hào)的濾波時(shí)，對(duì)振子施加的直流偏置電壓的變動(dòng)通過使振子的阻抗變動(dòng)從而引起濾波后的信號(hào)強(qiáng)度的變動(dòng)。從而，直流(DC)偏置供電電路的穩(wěn)定是為了得到良好的濾波特性的最重要的課題。
本發(fā)明提供一種提高了對(duì)靜電驅(qū)動(dòng)型的振子施加的直流偏置電壓的穩(wěn)定性的供給部件的高頻元件。
此外，提供一種能夠?qū)ι鲜稣褡庸┙o穩(wěn)定的直流偏置電壓的電源供給元件。
此外，本發(fā)明提供一種使用由上述高頻元件構(gòu)成的濾波器實(shí)現(xiàn)高可靠化的通信裝置。
本發(fā)明的高頻元件具有高頻信號(hào)元件，該高頻信號(hào)元件包含通過施加直流偏置電壓而動(dòng)作的靜電驅(qū)動(dòng)型的振子，在供給直流偏置電壓的焊盤和振子之間附加具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路。
本發(fā)明的電源供給元件用于驅(qū)動(dòng)高頻信號(hào)元件，該高頻信號(hào)元件包含通過施加直流偏置電壓而動(dòng)作的靜電驅(qū)動(dòng)型的振子，其中該電源供給元件附加了具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路。
本發(fā)明的通信裝置具有進(jìn)行發(fā)送信號(hào)和/或接收信號(hào)的頻帶限制的濾波器，作為濾波器采用如下結(jié)構(gòu)的濾波器，即具有通過施加直流偏置電壓而動(dòng)作的靜電驅(qū)動(dòng)型振子，在供給直流偏置電壓的焊盤和振子之間附加具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路。
根據(jù)本發(fā)明的高頻元件，在供給直流偏置電壓的焊盤和振子之間附加具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路，通過對(duì)靜電驅(qū)動(dòng)型的振子供給穩(wěn)定的直流偏置電壓從而能夠抑制輸出的高頻信號(hào)的時(shí)間波動(dòng)。此外，能夠防止突發(fā)地施加的高電壓脈沖(沖擊電壓)引起的振子的破壞。
根據(jù)本發(fā)明的電壓供給元件，由于附加了具有增加直流電壓的穩(wěn)定性的功能的電路，所以在通過該電源供給元件對(duì)靜電驅(qū)動(dòng)型的振子施加直流偏置電壓時(shí)，不用變動(dòng)直流偏置電壓而能夠抑制振子的阻抗的變動(dòng)并得到穩(wěn)定的信號(hào)強(qiáng)度的高頻信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的通信裝置，在構(gòu)成濾波器的靜電驅(qū)動(dòng)型振子和供給直流偏置電壓的焊盤之間附加具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路，通過對(duì)靜電驅(qū)動(dòng)型振子供給穩(wěn)定的直流偏置電壓，從而能夠抑制輸出的高頻信號(hào)和/或中頻信號(hào)的時(shí)間變動(dòng)，而且能夠防止突發(fā)地施加的高電壓脈沖(沖擊電壓)引起的振子的破壞，并且能夠提供可靠性高的通信裝置。


圖1A、圖1B是表示本發(fā)明的高頻元件的第一基本結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖2是表示本發(fā)明的高頻元件的第二基本結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖3是表示本發(fā)明的高頻元件的第三基本結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖4是由一個(gè)MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子形成濾波器的情況下的實(shí)施方式的概略圖。
圖5是由一個(gè)MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子形成濾波器的情況下的其它實(shí)施方式的概略圖。
圖6是由并聯(lián)的多個(gè)MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子形成濾波器的情況下的實(shí)施方式的概略圖。
圖7是由并聯(lián)的多個(gè)MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子形成濾波器的情況下的其它實(shí)施方式的概略圖。
圖8A、圖8B是應(yīng)用于本發(fā)明的構(gòu)成復(fù)合振子型濾波器的多個(gè)振子的平面圖以及剖面圖。
圖9是應(yīng)用于本發(fā)明的構(gòu)成復(fù)合振子型濾波器的并聯(lián)的多個(gè)振子的平面圖。
圖10是表示本發(fā)明的高頻元件的第一實(shí)施方式的平面圖。
圖11是表示本發(fā)明的高頻元件的第一實(shí)施方式的剖面圖。
圖12A～圖12B是表示本發(fā)明的高頻元件的制造方法的一個(gè)實(shí)施方式的制造工序圖(之一)。
圖13A～圖13B是表示本發(fā)明的高頻元件的制造方法的一個(gè)實(shí)施方式的制造工序圖(之二)。
圖14A～圖14B是表示本發(fā)明的高頻元件的制造方法的一個(gè)實(shí)施方式的制造工序圖(之三)。
圖15是表示本發(fā)明的高頻元件的制造方法的一個(gè)實(shí)施方式的制造工序圖(之四)。
圖16是表示將本發(fā)明的高頻元件應(yīng)用于一級(jí)結(jié)構(gòu)的梯形濾波器的第二實(shí)施方式的等效電路圖。
圖17是表示圖16的一級(jí)結(jié)構(gòu)的梯形濾波器的透過特性值的頻率依賴性的濾波特性圖。
圖18是將圖16的等效電路中的旁路振子組的中心頻率設(shè)為92MHz時(shí)的圖17的主要部分的放大圖。
圖19是將圖16的等效電路中的旁路振子組的中心頻率設(shè)為95MHz時(shí)的圖17的主要部分的放大圖。
圖20是將圖16的等效電路中的旁路振子組的中心頻率設(shè)為96MHz時(shí)的圖17的主要部分的放大圖。
圖21是表示將本發(fā)明的高頻元件應(yīng)用于二級(jí)結(jié)構(gòu)的梯形濾波器的第三實(shí)施方式的等效電路圖。
圖22是表示圖21的二級(jí)結(jié)構(gòu)的梯形濾波器的透過特性值的頻率依賴性的濾波特性圖。
圖23是表示將本發(fā)明的高頻元件應(yīng)用于高頻諧振器的第四實(shí)施方式的等效電路圖。
圖24是表示圖23的高頻諧振器的透過特性值的頻率依賴性的特性圖。
圖25是表示本發(fā)明的通信裝置的一個(gè)實(shí)施方式的電路圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方式的高頻元件具有高頻信號(hào)元件，該高頻信號(hào)元件包含通過施加直流偏置電壓而動(dòng)作的靜電驅(qū)動(dòng)型的振子，在供給直流偏置電壓的焊盤和振子之間附加具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路而構(gòu)成。
作為高頻信號(hào)元件，結(jié)構(gòu)可以是作為電路元件具有振子組，該振子組使高頻信號(hào)并行通過多個(gè)靜電驅(qū)動(dòng)型的振子并進(jìn)行信號(hào)處理。
作為具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路，可以由被串聯(lián)插入直流供電線的電阻以及被插入該直流供電線和接地之間的電容構(gòu)成。
此外，作為具有使所述直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路，可以設(shè)置在形成了高頻信號(hào)元件的相同的襯底上。
作為高頻信號(hào)元件，結(jié)構(gòu)可以是具有從輸入的高頻信號(hào)中挑選所希望的頻帶的信號(hào)的功能。
作為高頻信號(hào)元件，結(jié)構(gòu)可以是具有發(fā)生高頻信號(hào)的基準(zhǔn)信號(hào)的功能。
本發(fā)明的電源供給元件用于驅(qū)動(dòng)高頻信號(hào)元件，該高頻信號(hào)元件包含通過施加直流偏置電壓而動(dòng)作的靜電驅(qū)動(dòng)型的振子，其中，該電源供給元件附加有具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路。
本發(fā)明的種通信裝置具有進(jìn)行發(fā)送信號(hào)和/或接收信號(hào)的頻帶限制的濾波器，其中，作為濾波器采用如下結(jié)構(gòu)的濾波器，即具有通過施加直流偏置電壓而動(dòng)作的靜電驅(qū)動(dòng)型振子，在供給直流偏置電壓的焊盤和振子之間附加具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路。
作為上述濾波器，結(jié)構(gòu)可以是作為電路元件具有振子組，該振子組使高頻信號(hào)或中頻信號(hào)并行通過多個(gè)靜電驅(qū)動(dòng)型振子并進(jìn)行信號(hào)處理。
作為具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路，可以由被串聯(lián)插入直流供電線的電阻以及被插入供電線和接地之間的電容構(gòu)成。
作為具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路，可以設(shè)置在形成了濾波器的相同的襯底上。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的高頻元件，在供給直流偏置電壓的焊盤和振子之間附加具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路，通過對(duì)靜電驅(qū)動(dòng)型的振子供給穩(wěn)定的直流偏置電壓從而能夠抑制輸出的高頻信號(hào)的時(shí)間波動(dòng)。此外，能夠防止突發(fā)地施加的高電壓脈沖(沖擊電壓)引起的振子的破壞。
本發(fā)明的實(shí)施方式的高頻元件可以對(duì)高頻信號(hào)元件使用靜電驅(qū)動(dòng)型的振子而作為高頻濾波器，例如梯形濾波器被構(gòu)成。而且，通過對(duì)成為高頻信號(hào)選擇元件的振子的驅(qū)動(dòng)部分或下部電極施加穩(wěn)定的直流偏置電壓，從而能夠抑制被濾波的高頻信號(hào)的時(shí)間變動(dòng)。此外，可以使沖擊電壓引起的對(duì)振子的不可恢復(fù)的損害成為最小限度。
本發(fā)明的實(shí)施方式的高頻元件可以對(duì)高頻信號(hào)元件使用靜電驅(qū)動(dòng)型的元件而作為基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器被構(gòu)成。而且，通過對(duì)成為高頻信號(hào)發(fā)生元件的振子的驅(qū)動(dòng)部分或下部電極施加穩(wěn)定的直流偏置電壓，從而能夠抑制發(fā)生信號(hào)強(qiáng)度、中心頻率的時(shí)間變動(dòng)。此外，可以使來自外部的沖擊電壓引起的對(duì)振子的不可恢復(fù)的損害成為最小限度。
本發(fā)明的實(shí)施方式的高頻元件可以對(duì)高頻信號(hào)元件使用靜電驅(qū)動(dòng)型的振子并將該多個(gè)振子機(jī)械地結(jié)合，作為復(fù)合振子型濾波器而被構(gòu)成。而且，通過對(duì)構(gòu)成復(fù)合振子型濾波器的振子的驅(qū)動(dòng)部分或下部電極施加穩(wěn)定的直流偏置電壓，從而能夠抑制被濾波的高頻信號(hào)的時(shí)間變動(dòng)。此外，可以使沖擊電壓引起的對(duì)振子的不可恢復(fù)的損害成為最小限度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的電源供給元件，由于附加了具有增加直流電壓的穩(wěn)定性的功能的電路，所以在通過該電源供給元件對(duì)靜電驅(qū)動(dòng)型的振子施加直流偏置電壓時(shí)，不用變動(dòng)直流偏置電壓而能夠抑制振子的阻抗變動(dòng)并得到穩(wěn)定的信號(hào)強(qiáng)度的高頻信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的通信裝置，由于在構(gòu)成濾波器的靜電驅(qū)動(dòng)型振子和供給直流偏置電壓的焊盤之間附加具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路，通過對(duì)靜電驅(qū)動(dòng)型元件供給穩(wěn)定的直流偏置電壓，從而能夠抑制輸出的高頻信號(hào)和/或中頻信號(hào)的時(shí)間變動(dòng)，此外，能夠防止突發(fā)地施加的高電壓脈沖(沖擊電壓)引起的振子的破壞，并且能夠提供可靠性高的通信裝置。
以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。
首先，圖1表示本發(fā)明的高頻元件的第一基本結(jié)構(gòu)(概念)。如圖1A以及圖1B所示，該高頻元件1具有高頻信號(hào)元件，包含靜電驅(qū)動(dòng)型的振子2；以及直流電源3，是用于對(duì)該振子2供給直流偏置電壓的直流電壓供給部件。在襯底4的表面上，將下部電極、即輸入電極5和輸出電極6互相隔開需要間隔來配置，并配置以橋狀跨越這些輸入輸出電極5、6的振動(dòng)部分、所謂的梁(beam)型的振動(dòng)電極(以下，稱作梁)7從而構(gòu)成振子2。在襯底4的背面形成有接地面8。直流電源3連接在梁7和接地面8之間。進(jìn)而，在直流電源3和梁7之間的供電線9中串聯(lián)地插入電阻Ra，并在供電線9和接地面8之間插入電容(旁路電容)Ca，由這些電阻Ra和電容Ca形成用于使直流偏置電壓穩(wěn)定的直流電壓穩(wěn)定電路10。
在該高頻元件1的振子2中，通過輸入端子Tin對(duì)輸入電極5輸入高頻信號(hào)時(shí)，梁7由于在從直流電源3供給直流偏置電壓的梁7和輸入電極5之間產(chǎn)生的靜電力而共振，從輸出電極6通過輸出端子Tout輸出所希望頻率的高頻信號(hào)。而且，由于對(duì)振子2通過直流電壓穩(wěn)定電路10供給穩(wěn)定的直流偏置電壓，所以能夠抑制輸出的高頻信號(hào)的時(shí)間變動(dòng)。此外，能夠防止突發(fā)地施加的高電壓脈沖(沖擊電壓)引起的振子2的破壞。
圖2表示本發(fā)明的高頻元件的第二基本結(jié)構(gòu)(概念)。該高頻元件11如下構(gòu)成，具有包含與圖1同樣結(jié)構(gòu)的振子2的高頻信號(hào)元件，將直流電源3連接在輸入電極5和接地面8之間，在直流電源3和輸入電極5之間的供電線9中串聯(lián)地插入電阻Ra，在該供電線9和接地面8之間插入電容Ca，通過電阻Ra和電容Ca形成直流電壓穩(wěn)定電路10。梁7為電懸浮狀態(tài)。
在該高頻元件11的振子2中，直流偏置電壓和高頻信號(hào)以疊加的方式被輸入到輸入電極5。該高頻元件11的振子2的動(dòng)作以及效果基本上與圖1的高頻元件1同樣。
圖3表示本發(fā)明的高頻元件的第三基本結(jié)構(gòu)(概念)。該高頻元件12具有高頻信號(hào)元件，包含靜電驅(qū)動(dòng)型的振子13；以及直流電源3，是用于對(duì)振子13供給直流偏置電壓的直流電壓供給部件。在襯底14的表面上配置下部電極15，并配置以橋狀跨越該下部電極15的梁16而構(gòu)成振子13。襯底14的背面形成有接地面17。直流電源3連接在梁16和接地面17之間。而且，在直流電源3和梁16之間的供電線9中串聯(lián)地插入電阻Ra，在該供電線9和接地面17之間插入電容(旁路電容)Ca，由這些電阻Ra和電容Ca形成用于使直流偏置電壓穩(wěn)定的直流電壓穩(wěn)定電路10。
在該高頻元件12的振子13中，梁16為輸入電極，下部電極15為輸出電極。直流偏置電壓和高頻信號(hào)以疊加的方式被輸入到梁16時(shí)，梁16由于在梁16和下部電極(輸出電極)15之間產(chǎn)生的靜電力而共振，從下部電極15輸出所希望頻率的高頻信號(hào)。而且，由于對(duì)振子13通過直流電壓穩(wěn)定電路10供給穩(wěn)定的直流偏置電壓，所以能夠抑制輸出的高頻信號(hào)的時(shí)間變動(dòng)。此外，能夠防止突發(fā)地施加的高電壓脈沖(沖擊電壓)引起的振子13的破壞。
圖4～圖7表示本發(fā)明的高頻元件的實(shí)施方式的概略。
作為高頻信號(hào)元件，可以由MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子構(gòu)成的濾波器形成。此時(shí)，例如在由一個(gè)MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子21制造濾波器的情況下，使由上述電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定的RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10，如圖4所示，可以連接在對(duì)濾波器的直流電源輸入焊盤(pad)、即連接在直流電源的直流電源輸入焊盤22和一個(gè)振子21的梁7之間。
此外，同樣在由一個(gè)MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子21制造濾波器的情況下，使由上述電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定的RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10，如圖5所示，可以連接在對(duì)濾波器的直流電源輸入焊盤、即連接在直流電源3的直流電源輸入焊盤22和一個(gè)振子21的輸入電極5之間。
此外，例如在由梁7并聯(lián)而成的多個(gè)MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子23制造濾波器的情況下，使由上述電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定的RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10，如圖6所示，可以連接在對(duì)濾波器的直流電源輸入焊盤、即連接在直流電源3的直流電源輸入焊盤22和多個(gè)振子23、即該并聯(lián)的梁7之間。
此外，同樣在由振動(dòng)電極并聯(lián)而成的多個(gè)MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子23制造濾波器的情況下，使由上述電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定的RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10，如圖7所示，可以連接在對(duì)濾波器的直流電源輸入焊盤、即連接在直流電源3的直流電源輸入焊盤22和多個(gè)振子23、即該輸入電極5之間。
上述使直流電壓穩(wěn)定的RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10可以形成在與濾波器相同的襯底上。
雖然未圖示，但上述RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10也有時(shí)被形成為圖4～7中的對(duì)濾波器的直流電源輸入焊盤22和用于驅(qū)動(dòng)濾波器的MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子的直流電源3之間的線路的一部分。
在上述濾波器中，也可以將MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子置換為圖3的結(jié)構(gòu)而構(gòu)成。
本實(shí)施方式的高頻信號(hào)元件可以由MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器形成。此時(shí)，例如在由一個(gè)MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子制造標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的情況下，使由上述電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定的RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10，如圖4所示，同樣(其中將濾波器置換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器)可以連接在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的直流電源輸入焊盤、即連接在直流電源3的直流電源輸入焊盤22和一個(gè)振子21的梁7之間。
此外，同樣在由一個(gè)MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子制造標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的情況下，使由上述電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定的RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10，如圖5所示，同樣(其中將濾波器置換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器)可以連接在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的直流電源輸入焊盤、即連接在直流電源3的直流電源輸入焊盤22和一個(gè)振子21的輸入電極7之間。
此外，例如在由梁7并聯(lián)而成的多個(gè)MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子23制造標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的情況下，使由上述電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定的RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10，如圖6所示，同樣(其中將濾波器置換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器)可以連接在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的直流電源輸入焊盤、即連接在直流電源3的直流電源輸入焊盤22和多個(gè)振子23、即該并聯(lián)的梁7之間。
此外，同樣在由振動(dòng)電極并聯(lián)而成的多個(gè)MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子23制造標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的情況下，使由上述電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定的RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10，如圖7所示，同樣(其中將濾波器置換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器)可以連接在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的直流電源輸入焊盤、即連接在直流電源3的直流電源輸入焊盤22和多個(gè)振子23、即該輸入電極5之間。
上述使直流電壓穩(wěn)定的RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10可以形成在與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器相同的襯底上。
雖然未圖示，但上述RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10也有時(shí)被形成為對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的直流電源輸入焊盤22和用于驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子的直流電源3之間的線路的一部分。
本實(shí)施方式的高頻信號(hào)元件可以由MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子構(gòu)成的、以機(jī)械結(jié)合方式構(gòu)成的復(fù)合振子型濾波器形成。圖8表示構(gòu)成該復(fù)合振子型濾波器的復(fù)合振子的概略結(jié)構(gòu)。該復(fù)合振子24的結(jié)構(gòu)為，兩個(gè)梁7(7A、7B)被并行配置，兩個(gè)梁7A、7B的一部分由連接部分25機(jī)械連接，在一個(gè)梁7A的下方配置由下部電極26構(gòu)成的輸入電極26A，在另一個(gè)梁7B的下方配置由下部電極26構(gòu)成的輸入電極26B。連接部分25的位置選擇振動(dòng)的節(jié)(不動(dòng)點(diǎn))。在該情況下，直流偏置電壓被施加到梁7(7A、7B)。
可以并聯(lián)多個(gè)這樣的復(fù)合振子24，對(duì)高頻信號(hào)并行地進(jìn)行濾波。例如圖9所示，復(fù)合振子27的結(jié)構(gòu)為，對(duì)由一部分的多個(gè)并聯(lián)的梁7A構(gòu)成的梁組71配置由下部電極構(gòu)成的輸入電極26A，并對(duì)由另一部分的多個(gè)并聯(lián)的梁7B構(gòu)成的梁組72配置由一個(gè)下部電極構(gòu)成的輸出電極26B，使其與該梁組71并聯(lián)，兩個(gè)梁組71以及72之間由連接部分25連接。
此時(shí)，例如在由一個(gè)復(fù)合元件24(參照?qǐng)D8)制造復(fù)合振子型濾波器的情況下，使由上述電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定的RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10，如圖4所示，同樣(其中將濾波器置換為復(fù)合振子型濾波器)可以連接在對(duì)復(fù)合振子型濾波器的直流電源輸入焊盤、即連接在直流電源3的直流電源輸入焊盤22和一個(gè)復(fù)合振子24的梁7(7A、7B)之間。
此外，例如在由多個(gè)并聯(lián)的復(fù)合元件24(參照?qǐng)D9)制造復(fù)合振子型濾波器的情況下，使由上述電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定的RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10，如圖4所示，同樣(其中將濾波器置換為復(fù)合振子型濾波器)可以連接在對(duì)復(fù)合振子型濾波器的直流電源輸入焊盤、即連接在直流電源3的直流電源輸入焊盤22和多個(gè)并聯(lián)的復(fù)合振子27、即該并聯(lián)的梁71、72之間。
進(jìn)而，雖然未圖示，但上述RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10也有時(shí)被形成為對(duì)復(fù)合振子型濾波器的直流電源輸入焊盤22和用于驅(qū)動(dòng)復(fù)合振子型濾波器的復(fù)合振子24或27的直流電源3之間的線路的一部分。
而且，上述使直流電壓穩(wěn)定的RC電路(直流電壓穩(wěn)定電路)10可以形成在與復(fù)合振子型濾波器相同的襯底上。
另外，在復(fù)合振子24或復(fù)合振子27中，如圖5所示，可以將直流電壓穩(wěn)定電路10連接在振子的輸入電極26A和直流電源輸入焊盤22之間。
高頻信號(hào)元件用于供給直流偏置電壓的直流電壓供給部件、例如RC電路可以形成在同一襯底上(同一管芯內(nèi))。高頻信號(hào)元件和用于供給直流偏置電壓的直流電壓供給部件形成在互相不同的襯底上，有時(shí)也可以將兩者連接形成。
接著，圖10(平面圖)以及圖11(示意剖面圖)表示本發(fā)明的高頻元件的第一實(shí)施方式。本例是將MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型元件應(yīng)用于通過機(jī)械結(jié)合形成的復(fù)合振子型濾波器的情況。
本實(shí)施方式的復(fù)合振子型濾波器101在共用的襯底102上設(shè)有多個(gè)復(fù)合振子103、104；電阻R1、R2，用于防止復(fù)合振子103、104的梁106、107間的高頻(RF)信號(hào)的泄漏；直流電壓穩(wěn)定電路(所謂的RC電路)10，包括電阻Ra，以及將一對(duì)梳齒狀電極108以及109隔開所需間隔而形成的電容Ca；以及直流電源供給用的電極焊盤、所謂的直流電源輸入焊盤22。
襯底102例如使用在半導(dǎo)體襯底的表面具有絕緣膜的襯底、絕緣性襯底等襯底，在本例中使用在半導(dǎo)體襯底121的表面上具有絕緣膜122的襯底。在該襯底102的表面上形成下部電極、即輸入電極112和輸出電極113，并聯(lián)配置以橋狀跨越輸入電極112的多個(gè)振動(dòng)部分即雙柱梁結(jié)構(gòu)的梁107?？缭捷斎腚姌O106的多個(gè)梁112經(jīng)由梁106的支承部分(固定器(anchor)部分)114與互相形成在襯底102上的布線部分117共用連接。而且，跨越輸入電極113的多個(gè)梁107也同樣經(jīng)由梁113的支承部分(固定器部分)114與互相形成在襯底102上的布線部分118共用連接。在襯底102的表面上形成成為屏蔽電極(接地)面的導(dǎo)電層119，該導(dǎo)電層119包圍復(fù)合振子103、104、電阻R1、R2、直流電壓穩(wěn)定電路10、直流電源輸入焊盤22。在襯底102的背面經(jīng)由絕緣膜123形成接地面、即被施加接地電位的接地電極120。
用于防止RF信號(hào)的泄漏的電阻R1、R2各自一端經(jīng)由布線部分128與兩個(gè)梁組106、107的布線部分117、118連接，電阻R1、R2的另一端與布線部分125共用連接。另一方面，構(gòu)成直流電壓穩(wěn)定電路10的電阻Ra的一端連接到布線部分125，電阻Ra的另一端經(jīng)由布線部分129連接到構(gòu)成電容Ca的一個(gè)梳齒狀電極108。這一個(gè)梳齒狀電極108連接到直流電源輸入焊盤22。構(gòu)成電容Ca的另一個(gè)梳齒狀電極109連接到在電路板102的表面上形成的屏蔽用的導(dǎo)電層119，同時(shí)通過例如設(shè)置在襯底102上的通孔或者襯底側(cè)面，本例中通過通孔126與襯底背面的接地電極120連接。
根據(jù)上述本實(shí)施方式的復(fù)合振子型濾波器101，由于通過由電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定電路10對(duì)振子103、104的梁106、107施加直流偏置電壓，所以能夠抑制被濾波的高頻信號(hào)的時(shí)間變動(dòng)。此外，可以使沖擊電壓引起的對(duì)振子的不可恢復(fù)的損害成為最小限度。
本發(fā)明也可以應(yīng)用于將高頻濾波器等MEMS元件組裝在其它的半導(dǎo)體電路，例如數(shù)字電路中而構(gòu)成半導(dǎo)體集成電路，使用共用的電源供給部件進(jìn)行對(duì)MEMS元件和數(shù)字電路的電壓供給的情況。
接著，使用圖12～圖15說明本發(fā)明的高頻元件的制造方法的實(shí)施方式。另外，圖12～圖15的制造工序是具有MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子和由電阻Ra以及電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定電路10的高頻元件的例子，但也可以應(yīng)用于上述復(fù)合振子型濾波器101的制造。本例的制造工序與通常的MOS制造工藝中使用的工序同等。
首先，如圖12A所示，準(zhǔn)備襯底103，在本例中，在高電阻硅(Si)晶片131上以需要的膜厚例如200nm左右的膜厚形成絕緣膜，例如由氧化硅薄膜(HDP膜High Density Plasma氧化膜)和作為防止蝕刻膜的氮化硅薄膜(上面?zhèn)?所構(gòu)成的復(fù)合絕緣膜132。接著，在該復(fù)合絕緣膜132上以需要的膜厚例如380nm左右的膜厚形成具有導(dǎo)電性的摻磷多晶硅薄膜(PDASPhosphorus doped amorphous silicon)133。
接著，在摻磷多晶硅薄膜133上形成作為復(fù)合振子的下部電極的輸入電極以及輸出電極、連接復(fù)合振子的雙柱梁結(jié)構(gòu)的梁的支承部分的布線部分(相當(dāng)于固定臺(tái))、具有與電阻對(duì)應(yīng)的圖形的抗蝕劑掩模(未圖示)。然后，如圖12B所示，經(jīng)由該抗蝕劑掩模對(duì)摻磷多晶硅薄膜133通過選擇蝕刻，例如干式蝕刻法來進(jìn)行選擇蝕刻，形成輸入電極136以及輸出電極137、布線部分138(138A、138B)、電阻Ra。
接著，如圖13A所示，在襯底130上形成成為犧牲層的例如氧化硅薄膜(HDP)139，以將輸入輸出電極136、137、布線部分138(138A、138B)以及電阻Ra的相互之間嵌入。然后，使氧化硅薄膜139平坦化。例如通過化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)進(jìn)行平坦化，使輸入輸出電極136、137、布線部分138(138A、138B)以及電阻Ra的表面露出。
接著，如圖13B所示，在平坦化后的表面上形成輸入輸出電極136、137以及成為與在后面形成的梁的間隔對(duì)應(yīng)的膜厚、在本例中為50nm左右的膜厚的犧牲層的例如氧化硅薄膜(低壓TEOS)140。
接著，如圖14A所示，根據(jù)需要而在成為犧牲層的氧化硅薄膜(低壓TEOS)140上例如形成了20nm左右的膜厚的摻磷多晶硅薄膜(PDAS膜)141之后，與多晶硅薄膜141一同，在氧化硅薄膜(低壓TEOS)140上通過選擇蝕刻例如干式蝕刻形成用于將梁和布線部分138A、138B之間連接的通孔142(142A、142B)。
接著，如圖14B所示，包含通孔142A、142B內(nèi)，在表面上形成所希望的膜厚的摻磷多晶硅薄膜(PDAS膜)，構(gòu)圖(patterning)為梁形狀，例如通過干式蝕刻法進(jìn)行構(gòu)圖，形成多晶硅薄膜構(gòu)成的梁、即梁145及其支承部分146A、146B。進(jìn)而，例如通過干式蝕刻法進(jìn)行構(gòu)圖，在布線部分138A和電阻Ra之間，在與電阻Ra連接的布線部分以及電容Ca的部分形成開口142C、142D。此時(shí)，梁145的支承部分146A以及146B被機(jī)械地電連接到布線部分142A、142B。
接著，如圖15所示，形成成為連接布線、電容、直流電源輸入焊盤的薄膜、例如Al-Si膜，使用抗蝕劑掩模以及氟化氫溶液(DHFDiluted HF)進(jìn)行構(gòu)圖，形成AL-Si膜構(gòu)成的電容Ca、連接布線148以及直流電源輸入焊盤150。即，布線部分142A和電阻Ra之間的連接布線148a、構(gòu)成電容Ca的成對(duì)的梳齒狀電極、與一個(gè)梳齒狀電極連接的電極焊盤150以及一個(gè)梳齒狀電極和電阻Ra之間的連接布線148b。
同時(shí)，通過該氟化氫溶液(DHF)除去成為犧牲層的氧化硅薄膜(HDP)140，在梁145和輸入輸出電極136、137之間形成空間151。由此，得到目的為在同一襯底130上形成MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子152和直流電壓穩(wěn)定電路10以及直流電源輸入焊盤150而構(gòu)成的高頻元件153(參照?qǐng)D15)。
接著，說明抑制在處理高頻區(qū)域的微弱的信號(hào)時(shí)的、在信號(hào)路徑以外的電路迂回的信號(hào)的泄漏并實(shí)現(xiàn)了高頻信號(hào)的信噪比的提高和上述直流偏置電壓的穩(wěn)定性的提高的本發(fā)明的高頻元件的其它實(shí)施方式。
作為抑制信號(hào)的泄漏的高頻元件，具有對(duì)高頻信號(hào)線路的一部分施加直流偏置電壓而動(dòng)作的高頻信號(hào)元件，使高頻信號(hào)線路的阻抗和供給直流偏置電壓的直流供電線的阻抗之間為阻抗不匹配。
此外，作為抑制信號(hào)的泄漏的高頻元件，具有對(duì)高頻信號(hào)線路的一部分施加直流偏置電壓而動(dòng)作的高頻信號(hào)元件，以及用于驅(qū)動(dòng)高頻信號(hào)元件的直流電壓供給部件，使與高頻信號(hào)線路連接的其它布線的阻抗與高頻信號(hào)線路的阻抗不匹配。
作為抑制信號(hào)的泄漏的高頻元件的具體例子，在對(duì)一個(gè)或多個(gè)高頻塊(例如并聯(lián)振子)提供直流偏置電壓的情況下，對(duì)高頻電路塊適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行分割，將其之間以與從構(gòu)成高頻電路塊內(nèi)的RF信號(hào)線的一部分的直流供電部分來看的RF信號(hào)線的阻抗不同的阻抗連接。使用這樣的連接方法形成直流供電線時(shí)，可以將在高頻電路塊內(nèi)從被混合施加了直流偏置電壓和高頻信號(hào)的信號(hào)線路通過直流供電電路向塊外的泄漏抑制為最小限度。最佳的連接方法為通過低通濾波器連接直流供電線，但即使僅是電阻的差異也能夠得到充分的效果。特別在使用MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))靜電驅(qū)動(dòng)型(梁型)振子組來構(gòu)成高頻元件的情況下，MEMS振子的直流下的阻抗非常大，直流供電線中僅流過非常微小的直流電流，因此即使在振子組和直流供電線之間插入非常大的電阻、例如數(shù)MΩ的電阻，也不引起電阻產(chǎn)生的壓降，從而能夠?qū)崿F(xiàn)有效的阻抗不匹配。
本實(shí)施方式還可以對(duì)通過這樣的阻抗不匹配而能夠抑制泄漏的高頻元件進(jìn)行對(duì)振子的直流偏置電壓的穩(wěn)定供給。
圖16是將本發(fā)明的高頻元件應(yīng)用于一級(jí)結(jié)構(gòu)的梯形濾波器的第二實(shí)施方式的等效電路。
本實(shí)施方式的梯形濾波器31由微帶(micro strip)線路構(gòu)成高頻信號(hào)線路32，在該信號(hào)線路33的輸入端子Tin以及Tout之間串聯(lián)連接由并聯(lián)的多個(gè)振子(振子組)構(gòu)成的振子35。在該串聯(lián)振子35的輸出端和接地線路34之間同樣連接由并聯(lián)的多個(gè)振子(振子組)構(gòu)成的旁路振子36。該振子35以及旁路振子36被構(gòu)成為通過直流偏置電壓的供給而動(dòng)作。因此，設(shè)置直流電壓供給部件，例如具有直流電源電路37和直流供電線38的直流供電電路，從直流電源電路37通過直流供電電路即直流供電線38與成為竄聯(lián)振子35以及旁路振子36的后述信號(hào)線路33的一部分的驅(qū)動(dòng)部分連接。作為直流電源電路37，例如可以采用從交流變換為恒壓/直流后進(jìn)行供給的電路結(jié)構(gòu)或從直流變換為進(jìn)行了電壓變換后的恒壓/直流后進(jìn)行供給的電路結(jié)構(gòu)。
而且，構(gòu)成為在從該串聯(lián)振子35以及旁路振子36中的信號(hào)線路33的直流供電端子側(cè)來看的阻抗和直流供電線38的阻抗之間存在阻抗的不匹配。即，串聯(lián)振子35以及旁路振子36中的信號(hào)線路33和直流供電線38之間連接用于形成阻抗不匹配的元件。作為該元件，在本例中，使用電阻元件R1、R2。在本例中，在串聯(lián)振子35的梁和直流供電線38之間連接電阻元件R1，在旁路振子36的梁和直流供電線38之間連接電阻元件R2。進(jìn)而，在該直流供電線38和與直流電源電路37連接的直流電源輸入焊盤22之間連接由電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定電路10。在該情況下，省略電阻Ra，兼用電阻R1、R2由電阻R1、R2和電容Ca形成直流電壓穩(wěn)定電路10也可以。
作為串聯(lián)振子35以及旁路振子36，由MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子形成。該MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子采用與所述圖1以及圖2同樣的結(jié)構(gòu)，即除了電路系統(tǒng)的振子本身的結(jié)構(gòu)。
圖16中的串聯(lián)振子35通過并聯(lián)多個(gè)，例如40個(gè)該單獨(dú)的MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型元件2而構(gòu)成。旁路振子36通過并聯(lián)多個(gè)，例如160個(gè)該單獨(dú)的MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型元件2而構(gòu)成。串聯(lián)振子35的合成阻抗Zs例如由串聯(lián)電阻Rx＝5kΩ、接地電容C0＝1×10-13F構(gòu)成。連接在構(gòu)成信號(hào)線的一部分的梁和直流供電線38之間的上述電阻元件R1、R2例如使用多晶硅膜構(gòu)成的細(xì)線形成，其電阻值例如可以設(shè)為R1、R2＝1MΩ。圖16所示的信號(hào)線路33的特性阻抗被設(shè)計(jì)為與旁路振子36的合成阻抗Zp相同。
第二實(shí)施方式的一級(jí)梯形高頻濾波器31通過將由串聯(lián)振子35以及旁路振子36構(gòu)成的高頻電路塊、直流電源電路37、包含直流電壓穩(wěn)定電路10以及直流供電線38的直流供電塊形成在同一半導(dǎo)體芯片上而形成。
圖17～圖20表示由圖16的等效電路所表示的一級(jí)結(jié)構(gòu)的梯形高頻濾波器31的濾波特性。即，表示使用アドバンテツク公司制網(wǎng)絡(luò)測(cè)定器3767G對(duì)梯形高頻濾波器31進(jìn)行了測(cè)定后的透過特性值S21(S參數(shù))的頻率依賴性，該梯形高頻濾波器31使用通過硅半導(dǎo)體工藝制造的MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子組構(gòu)成。使用共用電源對(duì)串聯(lián)振子(振子組)35以及旁路振子(振子組)36施加了直流-15V。串聯(lián)振子(振子組)35的共振頻率設(shè)定為98MHz，旁路振子(振子組)36的中心頻率設(shè)定為比串聯(lián)振子的頻率低2MHz、3MHz、6MHz的96MHz、95MHz、92MHz來進(jìn)行設(shè)定。
圖17是表示旁路頻率依賴性的濾波特性(圖18～圖20所示的各旁路頻率重疊了不同的曲線)。圖18、圖19、圖20表示分別將旁路振子36的中心頻率設(shè)為96MHz、95MHz、92MHz時(shí)的圖17的對(duì)應(yīng)于主要部分A的放大頻率特性。從圖17可知，在任何的旁路頻率的情況下，也呈現(xiàn)沒有幻影(噪聲)的大致相同的曲線，特別在諧振、反諧振的峰部分為相同的曲線，示出沒有噪聲的如預(yù)想的頻率特性。旁路振子36的效果僅能不明確地觀測(cè)是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)檢測(cè)器的輸入阻抗為50Ω。
根據(jù)第二實(shí)施方式的一級(jí)結(jié)構(gòu)的梯形濾波器31，通過在由MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子形成的串聯(lián)振子35以及旁路振子36的構(gòu)成信號(hào)線路33的一部分的梁和直流供電線38之間連接使得阻抗不匹配的電阻元件R1、R2，從而能夠抑制通過直流供電線38的高頻信號(hào)的迂回，并提高被濾波的高頻信號(hào)的信噪比。此外，由于不需要多個(gè)獨(dú)立電源，所以能夠降低電源的成本。
此外，由于通過直流電壓穩(wěn)定電路10對(duì)串聯(lián)振子35和旁路振子36施加直流偏置電壓，所以能夠抑制被濾波的高頻信號(hào)的時(shí)間變動(dòng)。此外，可以使沖擊電壓對(duì)串聯(lián)振子35、旁路振子36的損害為最小限度。
圖21是將本發(fā)明的高頻元件應(yīng)用于二級(jí)結(jié)構(gòu)的梯形濾波器的第三實(shí)施方式的等效電路。
第三實(shí)施方式的梯形濾波器61與上述同樣，在由微帶線路構(gòu)成的高頻信號(hào)線路32上連接兩級(jí)由分別由并聯(lián)的多個(gè)振子(振子組)構(gòu)成的串聯(lián)振子651、652和分別由并聯(lián)的多個(gè)振子(振子組)構(gòu)成的旁路振子661、662構(gòu)成的梯形濾波器。即，設(shè)置第一級(jí)的梯形濾波器，該第一級(jí)的梯形濾波器在該信號(hào)線路33的輸入端子Tin以及輸出端子Tout之間連接串聯(lián)振子651，在串聯(lián)振子651的輸出側(cè)和接地線路34之間連接了旁路振子661，在其后級(jí)同樣設(shè)置第二級(jí)的梯形濾波器，該第二級(jí)的梯形濾波器在信號(hào)線路33上連接串聯(lián)振子652，在串聯(lián)振子652的輸出側(cè)和接地線路34之間連接旁路振子662。
各串聯(lián)振子651、652以及旁路振子661、662被構(gòu)成為通過直流偏置電壓的供給而動(dòng)作。因此，與上述同樣設(shè)置直流電壓供給部件，例如具有直流電源電路37和直流供電線38的直流供電電路，從直流電源電路37通過直流供電電路即直流供電線38連接到串聯(lián)振子651、652以及旁路振子661、662的成為信號(hào)線路33的一部分的梁。
然后，構(gòu)成為在該串聯(lián)振子651、652以及旁路振子661、662中的信號(hào)線路33的阻抗和直流供電線38的阻抗之間存在阻抗的不匹配。即，在串聯(lián)振子651、652以及旁路振子661、662中的信號(hào)線路33和直流供電線38之間連接用于形成阻抗不匹配的元件，例如電阻元件R3～R6。進(jìn)而，在該直流供電線38和與直流電源電路37連接的直流電源輸入焊盤22之間連接由電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定電路10。在該情況下，也可以省略電阻Ra。
串聯(lián)振子651、652以及旁路振子661、662與上述同樣由MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子2構(gòu)成。而且，在第一級(jí)的串聯(lián)振子651的梁和直流供電線38之間連接電阻元件R3，在旁路振子661的梁和直流供電線38之間連接電阻元件R4。此外，在第二級(jí)的串聯(lián)振子652的梁和直流供電線38之間連接電阻元件R5，在旁路振子662的梁和直流供電線38之間連接電阻元件R6。
圖21中的串聯(lián)振子651、652通過并聯(lián)多個(gè)例如40個(gè)單獨(dú)的MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子2而構(gòu)成。旁路振子661、662通過并聯(lián)多個(gè)例如160個(gè)單獨(dú)的MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子2而構(gòu)成。串聯(lián)振子651、652的合成阻抗Zs例如由串聯(lián)電阻Rx＝5kΩ、接地電容C0＝1×10-13F構(gòu)成。旁路振子661、662的合成阻抗Zp例如由串聯(lián)電阻Rx＝1kΩ、接地電容C0＝8×10-13F構(gòu)成。電阻元件R3、R4、R5、R6例如使用多晶硅膜構(gòu)成的細(xì)線形成，其電阻值例如可以設(shè)為R3、R4、R5、R6＝1MΩ。圖21所示的信號(hào)線路33的特性阻抗被設(shè)計(jì)為與旁路振子661、662的合成阻抗Zp相同。
第三實(shí)施方式的高頻濾波器61通過將由串聯(lián)振子651、652以及旁路振子661、662構(gòu)成的高頻電路塊、直流電源電路37、包含直流電壓穩(wěn)定電路10以及直流供電線38的直流供電塊形成在同一半導(dǎo)體芯片上而形成。
圖22表示由圖21的等效電路所表示的二級(jí)結(jié)構(gòu)的梯形高頻濾波器61的濾波特性。即，表示使用アドバンテツク公司制網(wǎng)絡(luò)測(cè)定器3767G對(duì)梯形高頻濾波器61進(jìn)行了測(cè)定后的透過特性值S21(S參數(shù))的頻率依賴性，該梯形高頻濾波器61使用通過硅半導(dǎo)體工藝制造的MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子組構(gòu)成。使用共用電源對(duì)串聯(lián)振子(振子組)651、652以及旁路振子(振子組)施加直流-15V。串聯(lián)振子(振子組)651、652的共振頻率設(shè)定為98MHz，旁路振子(振子組)661、662的中心頻率設(shè)定為比串聯(lián)振子的頻率低4MHz的94MHz來進(jìn)行設(shè)定。從該圖22的特性曲線可知，示出沒有噪聲的如預(yù)想的頻率特性。旁路振子36的效果僅能不明確地觀測(cè)是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)檢測(cè)器的輸入阻抗為50Ω。
根據(jù)第三實(shí)施方式的二級(jí)結(jié)構(gòu)的梯形高頻濾波器61，通過在由MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子形成的串聯(lián)振子651、652以及旁路振子661、662的構(gòu)成信號(hào)線路33的一部分的梁和直流供電線38之間連接使得阻抗不匹配的電阻元件R3、R4、R5、R6，從而能夠抑制通過直流供電線38的高頻信號(hào)的迂回，并提高被濾波的高頻信號(hào)的信噪比。此外，由于不需要多個(gè)獨(dú)立電源，所以能夠降低電源的成本。
此外，由于通過直流電壓穩(wěn)定電路10對(duì)串聯(lián)振子651、652和旁路振子661、662施加直流偏置電壓，所以能夠抑制被濾波的高頻信號(hào)的時(shí)間變動(dòng)。此外，可以使沖擊電壓對(duì)串聯(lián)振子651、652和旁路振子661、662的損害為最小限度。
圖23是將本發(fā)明的高頻元件應(yīng)用于高頻諧振器的第四實(shí)施方式的等效電路。第四實(shí)施方式的高頻諧振器71如下構(gòu)成，即在由微帶線路構(gòu)成的高頻信號(hào)線路72的信號(hào)線路73的輸入輸出端子Tin以及Tout之間連接由并聯(lián)的多個(gè)振子(振子組)構(gòu)成的振子75，在來自用于使該振子75動(dòng)作的直流電源電路77的直流供電線78和振子75的成為信號(hào)線路的一部分的梁之間，連接有效地使阻抗不匹配的元件——本例中為低通濾波器79——而構(gòu)成。進(jìn)而，在該直流供電線78和與直流電源電路77的直流電源輸入焊盤22之間連接由電阻Ra和電容Ca構(gòu)成的直流電壓穩(wěn)定電路10。作為振子75與上述同樣由圖1以及圖2的MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子2構(gòu)成。
圖23中的振子75與上述同樣，通過并聯(lián)多個(gè)例如50個(gè)單獨(dú)的MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子2而構(gòu)成。振子75的合成阻抗Zs例如由串聯(lián)電阻Rx＝5kΩ、接地電容C0＝1×10-13F構(gòu)成。高頻信號(hào)線路72的信號(hào)線路73的特性阻抗被設(shè)計(jì)為與振子75的阻抗Zs相同。C1表示直流供電線78的寄生電容，或者構(gòu)成低通濾波電路的一部分的電容。
圖24表示由圖23的等效電路表示的高頻諧振器71的諧振特性。即，表示使用アドバンテツク公司制網(wǎng)絡(luò)測(cè)定器3767G對(duì)高頻濾波器71進(jìn)行了測(cè)定后的透過特性值S21(S參數(shù))的頻率依賴性，該高頻濾波器71使用通過硅半導(dǎo)體工藝制造的MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子組構(gòu)成。使用組裝了低通濾波器79的直流電源電路77對(duì)振子組施加直流-20V。成為信號(hào)線路73的一部分的振子75的梁和直流電源電路77側(cè)的低通濾波器79通過引線接合法由Au細(xì)線連接。從圖24可知，能夠觀測(cè)到?jīng)]有噪聲的在98MHz附近具有峰的諧振曲線。
另外，在圖23的例子中，作為用于有效地使阻抗不匹配的元件，使用了低通濾波器79，但此外，也可以使用RC電路、電阻元件等。
根據(jù)第四實(shí)施方式的高頻諧振器71，通過在由MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子形成的振子75的成為信號(hào)線路73的一部分的梁和直流供電線78之間連接低通濾波器79，能夠抑制通過直流供電線78的高頻信號(hào)的不需要反射，并提高諧振頻率的高頻信號(hào)的信噪比。
此外，由于通過直流電壓穩(wěn)定電路10對(duì)振子75施加直流偏置電壓，所以可以抑制諧振的高頻信號(hào)所時(shí)間變動(dòng)。此外，能夠使沖擊電壓對(duì)振子75的損害為最小限度。
在上例中，將本發(fā)明應(yīng)用于將多個(gè)MEMS靜電驅(qū)動(dòng)型振子通過電連接而構(gòu)成的梯形濾波器和諧振器，但此外也可以應(yīng)用于將多個(gè)MEMS梁型振子通過機(jī)械結(jié)合而構(gòu)成的復(fù)合靜電驅(qū)動(dòng)振子型濾波器(參照?qǐng)D8、圖9)。在該情況下，將對(duì)構(gòu)成復(fù)合振子型濾波器的振子或振子組的直流偏置電壓以與高頻信號(hào)線路的阻抗不匹配的狀態(tài)進(jìn)行供給。由此，與上述同樣，能夠提高被濾波的高頻信號(hào)的信噪比。此外，由于不需要多個(gè)獨(dú)立電源，所以能夠降低電源的成本。
本發(fā)明的第五實(shí)施方式可以構(gòu)成為并聯(lián)設(shè)置多個(gè)復(fù)合振子，將高頻信號(hào)并行地進(jìn)行濾波。而且，以與高頻信號(hào)線的阻抗不匹配的狀態(tài)對(duì)構(gòu)成該復(fù)合振子型濾波器的振子或振子組的直流偏置電壓，進(jìn)而通過直流電壓穩(wěn)定電路10對(duì)振子供給直流偏置電壓等，與上述同樣構(gòu)成。
在該第五實(shí)施方式的高頻諧振器中也起到與上述同樣的作用效果。
在構(gòu)成由上述梯形濾波器、復(fù)合振子型濾波器等復(fù)合振子構(gòu)成的濾波器的情況下，通過與進(jìn)行處理的高頻信號(hào)的波長(zhǎng)相比，充分地縮短相鄰的振子(并聯(lián)的多個(gè)振子所構(gòu)成的振子(振子組))間的布線長(zhǎng)度、多級(jí)濾波器間的布線長(zhǎng)度，從而能夠抑制高頻信號(hào)的延遲引起的信號(hào)失真。
在上述例子中，將本發(fā)明應(yīng)用于高頻濾波器、高頻諧振器，但此外，也可以應(yīng)用于使用靜電驅(qū)動(dòng)型MEMS元件的高頻開關(guān)、分頻器等無源元件、MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))等。
上述本發(fā)明的高頻元件可以通過將構(gòu)成它們的高頻電路塊和用于使該高頻電路塊動(dòng)作的電源電路塊形成在同一晶片芯片、即一個(gè)半導(dǎo)體芯片上而構(gòu)成。此外，本發(fā)明的高頻元件可以通過具有例如形成高頻電路塊的半導(dǎo)體芯片和形成上述電源電路塊的半導(dǎo)體芯片，并將兩個(gè)芯片由導(dǎo)線連接而構(gòu)成。
此外，用于使阻抗不匹配的部件可以被插入直流電源電路側(cè)，或者也可以被插入高頻信號(hào)元件側(cè)。
上述各實(shí)施方式的靜電驅(qū)動(dòng)型振子構(gòu)成的濾波器可以用作高頻(RF)濾波器、中頻(IF)濾波器等。
本發(fā)明能夠提供具有上述實(shí)施方式的濾波器的通信裝置、即例如攜帶電話機(jī)、無線LAN設(shè)備、無線收發(fā)機(jī)、電視調(diào)諧器、收音機(jī)調(diào)諧器等利用電磁波進(jìn)行通信的通信裝置。
接著，參照?qǐng)D25說明應(yīng)用上述本發(fā)明的實(shí)施方式的濾波器的通信裝置的結(jié)構(gòu)例子。
首先，說明發(fā)送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，將I信道的發(fā)送數(shù)據(jù)和Q信道的發(fā)送數(shù)據(jù)分別提供給數(shù)字/模擬變換器(DAC)201I以及201Q并變換為模擬信號(hào)。變換后的各信道的信號(hào)提供給帶通濾波器202I以及202Q，除去發(fā)送信號(hào)的頻帶以外的信號(hào)分量，將帶通濾波器202I以及202Q提供給調(diào)制器210。
在調(diào)制器210中，按每個(gè)信道經(jīng)由緩沖放大器211I以及210Q對(duì)混頻器212I以及212Q進(jìn)行提供，將對(duì)應(yīng)于從發(fā)送用的PLL(phase-locked loop，鎖相環(huán))電路203提供的發(fā)送頻率的頻率信號(hào)進(jìn)行混頻并調(diào)制，將兩混合信號(hào)由加法器214相加后作為一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)送信號(hào)。在該情況下，對(duì)混頻器212I提供的頻率信號(hào)由移相器213將信號(hào)相位偏移90°，I信道的信號(hào)和Q信道的信號(hào)被正交調(diào)制。
加法器214的輸出經(jīng)由緩沖放大器215被提供給功率放大器204，放大成為規(guī)定的發(fā)送功率。由功率放大器204放大后的信號(hào)經(jīng)由發(fā)送接收切換器205和高頻濾波器206提供給天線207，并從天線207無線發(fā)送。高頻濾波器206是處于由該通信裝置發(fā)送以及接收的頻帶以外的信號(hào)分量的帶通濾波器。
作為接收系統(tǒng)的功能，將由天線207接收的信號(hào)經(jīng)由高頻濾波器206以及發(fā)送接收切換器205提供給高頻部分220。在高頻部分220，將接收信號(hào)由低噪聲放大器(LNA)221放大之后提供給帶通濾波器222，除去接收頻帶以外的信號(hào)分量，將被除去了的信號(hào)經(jīng)由緩沖放大器223提供給混頻器224。然后，將從信道選擇用PLL電路251提供的頻率信號(hào)進(jìn)行混頻，將固定的發(fā)送頻帶的信號(hào)作為中頻信號(hào)，將該中頻信號(hào)經(jīng)由緩沖放大器225提供給中頻電路230。
在中頻電路230中，將被提供的中頻信號(hào)經(jīng)由緩沖放大器231提供給帶通濾波器232，除去中頻信號(hào)的頻帶以外的信號(hào)分量，將進(jìn)行了除去的信號(hào)提供給自動(dòng)增益調(diào)整電路(AGC電路)233，成為大致一定增益的信號(hào)。由自動(dòng)增益調(diào)整電路233進(jìn)行了增益調(diào)整的中頻信號(hào)經(jīng)由緩沖放大器234提供給解調(diào)器240。
在解調(diào)器240中，將被提供的中頻信號(hào)經(jīng)由緩沖放大器241提供給混頻器242I以及242Q，將從中頻用PLL電路252提供的頻率信號(hào)混頻，并對(duì)接收到的I信道的信號(hào)分量和Q信道的信號(hào)分量解調(diào)。在該情況下，對(duì)I信號(hào)用的混頻器242I提供由移相器243將信號(hào)相位偏移了90°的頻率信號(hào)，將被正交調(diào)制的I信道的信號(hào)分量和Q信道的信號(hào)分量。
被解調(diào)了的I信道和Q信道的信號(hào)分別經(jīng)由緩沖放大器244I以及244Q提供給帶通濾波器253I以及253Q，除去I信道以及Q信道的信號(hào)以外的信號(hào)分量，將進(jìn)行了除去的信號(hào)提供給模擬/數(shù)字變換器(ADC)254I以及254Q，進(jìn)行采樣并進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)化，得到I信道的接收數(shù)據(jù)以及Q信道的接收數(shù)據(jù)。
在到此說明的結(jié)構(gòu)中，作為各帶通濾波器202I、202Q、206、222、232、253I、253Q的一部分或全部，能夠應(yīng)用上述實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的濾波器進(jìn)行頻帶限制。
根據(jù)本實(shí)施方式的通信裝置，由于能夠?qū)?gòu)成濾波器的靜電驅(qū)動(dòng)型振子提供穩(wěn)定的直流偏置電壓，所以能夠抑制輸出的高頻信號(hào)和/或中頻信號(hào)的時(shí)間變動(dòng)，而且能夠防止突發(fā)地施加的高電壓脈沖(沖擊電壓)引起的振子的破壞，并且能夠提供可靠性高的通信裝置。
在圖25的例子中，將各濾波器構(gòu)成為帶通濾波器，但也可以構(gòu)成為僅使規(guī)定頻率以下的頻帶通過的低通濾波器或僅使規(guī)定頻率以上的頻帶通過的高通濾波器，并對(duì)這些濾波器應(yīng)用上述各實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的濾波器。此外，在圖25的例子中，采用了進(jìn)行無線發(fā)送以及無線接收的通信裝置，但可以應(yīng)用于經(jīng)由有線的傳輸路徑進(jìn)行發(fā)送以及接收的通信裝置所具有的濾波器，也可以將上述實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的濾波器應(yīng)用于僅進(jìn)行發(fā)送處理的通信裝置或僅進(jìn)行接收處理的通信裝置具有的濾波器。
權(quán)利要求
1.一種高頻元件，其特征在于，具有高頻信號(hào)元件，該高頻信號(hào)元件包含通過施加直流偏置電壓而動(dòng)作的靜電驅(qū)動(dòng)型的振子，在供給所述直流偏置電壓的焊盤和所述振子之間，附加了具有使所述直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路。
2.如權(quán)利要求1所述的高頻元件，其特征在于，所述高頻信號(hào)元件作為電路元件具有振子組，該振子組使高頻信號(hào)并行通過多個(gè)靜電驅(qū)動(dòng)型的振子而進(jìn)行信號(hào)處理。
3.如權(quán)利要求1所述的高頻元件，其特征在于，具有使所述直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路由被串聯(lián)插入到直流供電線的電阻以及被插入供電線和接地之間的電容構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的高頻元件，其特征在于，具有使所述直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路被設(shè)置在形成了所述高頻信號(hào)元件的相同的襯底上。
5.如權(quán)利要求1所述的高頻元件，其特征在于，所述高頻信號(hào)元件具有從輸入的高頻信號(hào)中挑選所希望的頻帶的信號(hào)的功能。
6.如權(quán)利要求1所述的高頻元件，其特征在于，所述高頻信號(hào)元件具有發(fā)生高頻信號(hào)的基準(zhǔn)信號(hào)的功能。
7.一種電源供給元件，用于驅(qū)動(dòng)高頻信號(hào)元件，該高頻信號(hào)元件包含通過施加直流偏置電壓而動(dòng)作的靜電驅(qū)動(dòng)型的振子，其特征在于，該電源供給元件附加了具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路。
8.一種通信裝置，具有進(jìn)行發(fā)送信號(hào)和/或接收信號(hào)的頻帶限制的濾波器，其特征在于，作為所述濾波器采用如下結(jié)構(gòu)的濾波器，即具有通過施加直流偏置電壓而動(dòng)作的靜電驅(qū)動(dòng)型振子，在供給所述直流偏置電壓的焊盤和所述振子之間附加具有使所述直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路。
9.如權(quán)利要求8所述的通信裝置，其特征在于，所述濾波器作為電路元件具有振子組，該振子組使高頻信號(hào)或中頻信號(hào)并行通過多個(gè)靜電驅(qū)動(dòng)型的振子而進(jìn)行信號(hào)處理。
10.如權(quán)利要求8所述的通信裝置，其特征在于，具有使所述直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路由被串聯(lián)插入到直流供電線的電阻以及被插入到供電線和接地之間的電容構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求8所述的通信裝置，其特征在于，具有使所述直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路被設(shè)置在形成了所述濾波器的相同的襯底上。
全文摘要
本發(fā)明提供實(shí)現(xiàn)了對(duì)靜電驅(qū)動(dòng)型振子施加的直流偏置電壓的穩(wěn)定化的高頻元件、能夠供給穩(wěn)定的直流偏置電壓的電源供給元件。而且本發(fā)明提供具有上述高頻元件構(gòu)成的濾波器的通信裝置。本發(fā)明的高頻元件具有高頻信號(hào)元件，該高頻信號(hào)元件包含通過施加直流偏置電壓而動(dòng)作的靜電驅(qū)動(dòng)型的振子，在供給直流偏置電壓的焊盤和振子之間附加具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路。電源供給元件是用于驅(qū)動(dòng)高頻振動(dòng)元件的電源供給元件，通過附加具有使直流偏置電壓穩(wěn)定的功能的電路而構(gòu)成。本發(fā)明的通信裝置使用上述高頻元件構(gòu)成的濾波器作為濾波器。
文檔編號(hào)H03H9/46GK1993887SQ20058002664
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月18日
發(fā)明者田中均洋, 御手洗俊, 多田正裕, 難波田康治 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社