專(zhuān)利名稱(chēng)：致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微動(dòng)開(kāi)關(guān)、容量可變電容器等壓電驅(qū)動(dòng)方式的MEMS (Micro-electro-mechanical System,微型機(jī)電系統(tǒng))致動(dòng)器(7夕于二工 一夕)。
背景技術(shù)：
靜電驅(qū)動(dòng)方式、壓電驅(qū)動(dòng)方式等的MEMS ( Micro-dectro-mechanical System)致動(dòng)器，因?yàn)榫哂写蟮目勺冸娙荼?、高的Q值、本質(zhì)上高的線(xiàn)性 性質(zhì)等，所以在RF (高頻)設(shè)備領(lǐng)域中特別有前途，其對(duì)于高頻開(kāi)關(guān)、容 量可變電容器等的應(yīng)用受到極大地期待。
但是，在該MEMS致動(dòng)器中，存在被稱(chēng)為"粘附(7亍,夕、>3>0" 的問(wèn)題。因?yàn)殪o電驅(qū)動(dòng)方式、壓電驅(qū)動(dòng)方式等的MEMS致動(dòng)器中的可動(dòng) 梁彈性常數(shù)比較小，所以在電荷被注入到構(gòu)成MEMS結(jié)構(gòu)體的電介質(zhì)的
一部分中的情況下，會(huì)產(chǎn)生因注入電荷引起的靜電力，從而可動(dòng)梁容易粘 接在固定部上。將該現(xiàn)象稱(chēng)為粘附。
靜電驅(qū)動(dòng)方式的MEMS致動(dòng)器具有靜電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該靜電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 由形成在可動(dòng)梁上的可動(dòng)電極、固定在基板上的固定電極以及形成在可動(dòng) 電極或者固定電極表面的電介質(zhì)膜構(gòu)成。并且，通過(guò)在可動(dòng)電極(驅(qū)動(dòng)電 極)和固定電極之間施加驅(qū)動(dòng)電壓，兩電極靠靜電力吸引、驅(qū)動(dòng)。但是， 在驅(qū)動(dòng)時(shí)，因?yàn)閿?shù)十伏特的驅(qū)動(dòng)電壓被施加到通常0.1 iam至1 pm左右的 厚度的電介質(zhì)膜上，所以電介質(zhì)膜被暴露在高電場(chǎng)下，從而與驅(qū)動(dòng)時(shí)間相 應(yīng)地，電荷會(huì)被注入、捕獲到電介質(zhì)膜界面、內(nèi)部等。
該注入的電荷，因?yàn)閷?duì)靜電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生與施加外部電壓時(shí)同樣的作用，所以使將可動(dòng)電極吸附在固定電極上的閾值電壓(吸合電壓)、用于 打開(kāi)的閾值電壓(釋放電壓)偏移。并且，在顯著的情況下，會(huì)產(chǎn)生即使 將驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)置為零，電極間也粘著而不工作的、稱(chēng)為粘附的現(xiàn)象，從而 成為實(shí)際使用方面的問(wèn)題。
另一方面，在壓電驅(qū)動(dòng)方式的MEMS致動(dòng)器中，因?yàn)榭蓜?dòng)梁具有由 用電極挾持著的壓電膜構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用比較低的電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所以 電荷注入對(duì)于壓電膜的影響小。但是，在壓電驅(qū)動(dòng)方式的MEMS致動(dòng)器 也具有形成在可動(dòng)梁上的可動(dòng)電極、固定在基板上的固定電極以及形成在 可動(dòng)電極或者固定電極表面的電介質(zhì)膜，并且在兩電極隔著電介質(zhì)膜接觸 時(shí)施加大的RF信號(hào)的情況下，仍然會(huì)在電介質(zhì)膜上發(fā)生電荷的注入、捕 獲，在顯著的情況下，會(huì)產(chǎn)生即使將壓電驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)置為0,電極間也粘 著而不工作的、稱(chēng)為粘附的現(xiàn)象，從而成為實(shí)際使用方面的問(wèn)題。
而且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了在MEMS致動(dòng)器中，在可動(dòng)電極和固 定電極雙方上設(shè)置電介質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)11特開(kāi)2006-140271號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是基于上述的問(wèn)題而提出的，其目的在于提供一種解決驅(qū)動(dòng) 電壓偏移、電極的粘著等問(wèn)題，由此經(jīng)時(shí)變化小、具有穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)特性的 壓電驅(qū)動(dòng)方式的致動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的一種方式，提供一種致動(dòng)器，具備基板；設(shè)置在上述 基板的主面上的固定電極；設(shè)置在上述固定電極上、由結(jié)晶體構(gòu)成的第1 電介質(zhì)膜；與上述主面相對(duì)、在上述基板的上方空出間隙地被保持的可動(dòng) 梁；設(shè)置在上述可動(dòng)梁的與上述固定電極相對(duì)的面上、在與上述固定電極 之間被施加交流電壓的可動(dòng)電極；以及設(shè)置在上述可動(dòng)電極的與上述固定 電極相對(duì)的面上、由結(jié)晶體構(gòu)成的第2電介質(zhì)膜。
如果采用本發(fā)明，則提供一種解決驅(qū)動(dòng)電壓偏移、電極的粘著等問(wèn)題， 由此經(jīng)時(shí)變化小、具有穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)特性的壓電驅(qū)動(dòng)方式的致動(dòng)器。


圖l是例示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖； 圖2是例示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的致動(dòng)器的特性的主要部分的放大 示意剖面圖3是例示本發(fā)明的第1實(shí)施例的致動(dòng)器的制造方法的工序順序的剖 面示意圖4是例示比較例子的致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖； 圖5是例示比較例子的致動(dòng)器的特性的主要部分的放大示意剖面圖； 圖6是例示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖； 圖7是例示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖； 圖8是例示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；以
及
圖9是例示使用了本發(fā)明的實(shí)施方式的致動(dòng)器的電子電路和電子設(shè)備 的示意圖。 符號(hào)說(shuō)明
10、 11、 20、 30、 40、 90:致動(dòng)器，110:基板，112:主面，120:支 架部，140:固定電極，150:固定電極電介質(zhì)膜(第1電介質(zhì)膜)，155、 255:膜厚，160:犧牲層，191、 192、 291、 292:電荷，200:可動(dòng)梁，202: 可動(dòng)電才及，210:下部電極，212:下部壓電膜，214:中間電才及，216:上 部壓電膜，218:上部電極，250:可動(dòng)電極電介質(zhì)膜(第2電介質(zhì)膜)， 500:電子電路，600:電子i殳備。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。 (第l實(shí)施方式)
圖l是例示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。 如圖1所表示的，本發(fā)明的第1實(shí)施方式的致動(dòng)器10具備基板110;設(shè)置在基板110的主面112上的固定電極140;設(shè)置在固定電極140上的 固定電極電介質(zhì)膜(第1電介質(zhì)膜)150。
并且，進(jìn)一步具備與基板110的主面112相對(duì)地，與基板1U)空出 間隙地被保持的可動(dòng)梁200;設(shè)置在可動(dòng)梁200的與固定電極140相對(duì)的 面上的可動(dòng)電才及202。而且，可動(dòng)梁200的一部分由"^殳置在基板110上的 支架部12()接合，由此可動(dòng)梁200與基板110空出間隙地被保持。并且， 致動(dòng)器10進(jìn)一步具備設(shè)置在可動(dòng)電極202的與固定電極140相對(duì)的面上的 可動(dòng)電極電介質(zhì)膜(第2電介質(zhì)膜)250。
并且，在固定電極140和可動(dòng)電極2()2之間施加交流電壓。該交流電 壓是應(yīng)用致動(dòng)器10的各種開(kāi)關(guān)、各種電容器中的RF信號(hào)電壓，其實(shí)質(zhì)上 是正負(fù)對(duì)稱(chēng)的交流電壓。
圖1例示的本實(shí)施方式的致動(dòng)器10，使用雙壓電晶( 乇々7)片 型的壓電驅(qū)動(dòng)方式的可動(dòng)梁，作為可動(dòng)梁200。即，可動(dòng)梁200具有下部 電極210、下部壓電膜212、中間電極214、上部壓電膜216以及上部電極 218疊層而成的結(jié)構(gòu)。并且，在此情況下，下部電極210成為可動(dòng)電極202。 但是，本發(fā)明并不限于此，而也能夠利用適宜的圖案設(shè)計(jì)，將中間電極214 設(shè)定為可動(dòng)電極202。此時(shí)，能夠?qū)⒃谙虏繅弘娔?12中使用的層用作為 可動(dòng)電極電介質(zhì)膜。此外，也能夠在下部電極210、中間電極214以及上 部電極218之外i殳置可動(dòng)電極。進(jìn)而，也可以將可動(dòng)梁200設(shè)定為單壓電 晶片型的壓電驅(qū)動(dòng)方式的可動(dòng)梁。
而且，對(duì)于下部電極210、中間電極214以及上部電極218，能夠使用 鋁(Al)，此外，對(duì)于下部壓電膜212和上部壓電膜216能夠使用氮化鋁 (A1N)。但是，本發(fā)明并不限于此。
并且，在本實(shí)施方式的致動(dòng)器10中，可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250和固定電 極電介質(zhì)膜150由結(jié)晶體構(gòu)成。
例如，固定電極電介質(zhì)膜150和可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250由實(shí)質(zhì)上相同 的材料形成。例如，作為固定電極電介質(zhì)膜150和可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250， 能夠使用作為結(jié)晶體的氮化鋁。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)解決驅(qū)動(dòng)電壓偏移、電極的粘著等問(wèn)題，由此經(jīng)時(shí)變 化小、具有穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)特性的壓電驅(qū)動(dòng)方式的致動(dòng)器。
即，本發(fā)明的發(fā)明人通過(guò)理論以及實(shí)驗(yàn)詳細(xì)地研究了在MEMS致動(dòng) 器中，電荷被注入、捕獲到固定電極140的表面的固定電極電介質(zhì)膜150、 可動(dòng)電極2()2的表面的可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250中，電極間因靜電力而粘著 的現(xiàn)象，其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)僅在這些電極中的一方的表面上形成電介質(zhì) 膜，在電極間施加大的RF電力的情況下，粘著作用大。并且，發(fā)現(xiàn)了 當(dāng)這些電極中的雙方的表面被電介質(zhì)膜所覆蓋的情況下，即使是在電極間 施加大的RF電力的情況下，粘著作用小。特別地，發(fā)現(xiàn)了在雙方電極 的電介質(zhì)膜由結(jié)晶體構(gòu)成的情況下，與由非結(jié)晶體構(gòu)成的情況相比，因?yàn)?電介質(zhì)膜中的捕獲少，所以粘著作用小。作為由結(jié)晶體構(gòu)成的材料，例如 能夠使用A1N。
并且，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了在雙方電極的電介質(zhì)膜的介電常數(shù)實(shí)質(zhì)上相同時(shí)， 粘著現(xiàn)象減輕。
具體地，通過(guò)使用相同的材料作為雙方的電介質(zhì)膜，能夠減輕該粘著 現(xiàn)象。本發(fā)明就是基于該研究結(jié)果而提出的。
如后面說(shuō)明的那樣，通過(guò)將雙方的電介質(zhì)膜的膜厚度設(shè)置成實(shí)質(zhì)上相 同，能夠進(jìn)一步抑制粘著現(xiàn)象。
并且，進(jìn)而，作為雙方電極，通過(guò)使用具有實(shí)質(zhì)上相同的功函數(shù)的材 料、例如實(shí)質(zhì)上相同的材料，進(jìn)一步能夠使該粘著現(xiàn)象難以發(fā)生。
而且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)l中，雖然公開(kāi)了在可動(dòng)電極和固定電極這雙方上 設(shè)置有電介質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)，但是，這些電介質(zhì)膜與粘附現(xiàn)象的關(guān)系，沒(méi)有得 到任何考慮。并且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)l中，作為這些電介質(zhì)膜的材料，雖然例 示了硅氧化膜、硅氮化膜、氧化鋁，但是，硅氧化膜、硅氮化膜等通常是 非結(jié)晶體。并且，雖然氧化鋁會(huì)依成膜方法、成膜溫度等的不同而成為結(jié) 晶體或者非結(jié)晶體的某一方，但在專(zhuān)利文獻(xiàn)l中，有關(guān)對(duì)于電介質(zhì)膜使用 的材料的結(jié)晶性并沒(méi)有任何考慮。并且，有關(guān)對(duì)于電介質(zhì)膜使用的材料的 結(jié)晶性以及雙方的電介質(zhì)膜的材料的特性的一致性沒(méi)有記載，從而認(rèn)為對(duì)于這些電介質(zhì)膜可以使用不同的材料。因而，利用在專(zhuān)利文獻(xiàn)l中公開(kāi)的 技術(shù)，不能解決該粘附現(xiàn)象。
而且，本實(shí)施方式的致動(dòng)器IO，能夠作為微動(dòng)開(kāi)關(guān)、電容器等使用。 此外，還可以在可動(dòng)電極202和固定電極140之外進(jìn)一步設(shè)置各種電極， 從而進(jìn)一步構(gòu)成利用了該電極的開(kāi)關(guān)、電容器等。
而且，在本申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)中，"致動(dòng)器"，不僅是可動(dòng)部分，而且還包 括包含可動(dòng)部分而構(gòu)成的各種開(kāi)關(guān)、各種電容器等。
圖2是例示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的致動(dòng)器的特性的主要部分的放大 示意剖面圖。
而且，有關(guān)本申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)和圖2以后的各圖，對(duì)于與關(guān)于已有的圖前 面描述過(guò)了的要素相同的要素，標(biāo)注相同的符號(hào)并適宜省略詳細(xì)的說(shuō)明。
如圖2所示，在本發(fā)明的第1實(shí)施方式的致動(dòng)器10中，在固定電極 140的表面有固定電極電介質(zhì)膜150，在可動(dòng)電極202 (壓電驅(qū)動(dòng)雙壓電晶 片結(jié)構(gòu)的下部電極210)的表面有可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250。即，在兩電極相 互相對(duì)的面上，分別設(shè)置有電介質(zhì)膜。并且，對(duì)于這些電介質(zhì)膜，使用結(jié) 晶性的材料。由此，當(dāng)在電極間輸入大電力的RF信號(hào)從而發(fā)生了電荷注 入的情況下，因?yàn)樽⑷搿⒉东@到雙方電介質(zhì)膜內(nèi)的量少，所以實(shí)質(zhì)上不會(huì) 發(fā)生粘附。
進(jìn)而，對(duì)于這些電介質(zhì)膜，如果使用相對(duì)介電常數(shù)(比誘電率)實(shí)質(zhì)上 相同的材料，則當(dāng)在固定電極140和可動(dòng)電極202之間施加RF電壓的情 況下，在雙方電介質(zhì)膜中產(chǎn)生的電場(chǎng)相等(更準(zhǔn)確地，以相位偏離180度 的狀態(tài)對(duì)稱(chēng))，雖然靠電場(chǎng)的作用加速?gòu)亩姾勺⑷氲诫p方電介質(zhì)膜內(nèi)， 但是，因?yàn)樵撾姾?電荷191、 192、 291、 292)的種類(lèi)、數(shù)量等大致相同， 所以在電介質(zhì)膜間不會(huì)產(chǎn)生靜電力，從而實(shí)質(zhì)上不會(huì)發(fā)生粘著。 (第1實(shí)施例)
本實(shí)施方式的第1實(shí)施例的致動(dòng)器，具有圖1所例示的結(jié)構(gòu)。以下， 說(shuō)明本實(shí)施例的致動(dòng)器的制造方法。
圖3是例示本發(fā)明的第1實(shí)施例的致動(dòng)器的制造方法的工序順序的剖面示意圖。
如圖3 (a)所表示的那樣，首先，在表面絕緣性的基板110上，形成 支架部120和固定電極140以及固定電極140上的固定電極電介質(zhì)膜150。 對(duì)于支架部120，使用了用LP-CVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition,低壓化學(xué)氣相沉積)法制作的氮化硅膜；此外，對(duì)于固定電極 140,使用了用濺鍍法制作的Al膜；對(duì)于固定電極電介質(zhì)膜150，使用了 用賊鍍法制作的A1N膜。雖然在這些圖案的加工中使用了光刻法和反應(yīng)性 離子蝕刻(RIE: Reactive Ion Etching)，但并不限于此，而能夠使用能 形成圖案的各種方法。而且，固定電極140的膜厚度設(shè)置為500nm，固定 電極電介質(zhì)膜150的厚度也設(shè)置為500nm。
接著，如圖3(b)所示，在基板110的主面112上形成犧牲層160， 在其上以規(guī)定的形狀形成由A1N膜構(gòu)成的可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250。作為犧 牲層160，可以使用能夠?qū)ζ渌哪げ牧线M(jìn)行選擇蝕刻的無(wú)機(jī)材料、金屬 材料、有機(jī)材料，但在本實(shí)施例中使用了多晶硅。而且，根據(jù)需要，在形 成了犧牲層160后，也可以通過(guò)CMP (Chemical Mechanical Polish,化 學(xué)機(jī)械研磨)對(duì)其表面進(jìn)行平坦化。
接著，如圖3(c)所示，形成由下部電極210、下部壓電膜212、中 間電極214、上部壓電膜216、上部電極218組成的壓電驅(qū)動(dòng)的雙壓電晶片 型的可動(dòng)梁200。對(duì)于下部電極210、中間電極214以及上部電極218，使 用厚度200nm的Al;對(duì)于下部壓電膜212以及上部壓電膜216,使用厚度 500nm的AlN，都利用'減鍍法進(jìn)行制作，利用光刻法以及蝕刻進(jìn)行圖案形 成。
接著，如圖3 (d)所示，通過(guò)使用XeF2作為蝕刻氣體的選擇蝕刻， 除去犧牲層160，得到致動(dòng)器ll。
在這樣制作而成的本實(shí)施例的致動(dòng)器11中，通過(guò)例如將下部電極210 以及上部電極218接地，對(duì)中間電極214施加驅(qū)動(dòng)電壓，能夠使可動(dòng)梁200 上下彎曲。并且，由于該彎曲的作用，設(shè)置在基板ll()上的固定電極140 與可動(dòng)電極202 (下部電極210)的距離發(fā)生變化，從而致動(dòng)器ll作為可變電容器發(fā)揮作用。
在本實(shí)施例的致動(dòng)器ll中，可動(dòng)梁2()0向下方彎曲，從而固定電極電 介質(zhì)膜150與可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250接觸的接觸電壓是2.30V。并且，在 固定電極電介質(zhì)膜150與可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250接觸的狀態(tài)下，在固定電 極140和可動(dòng)電極202之間施加100秒鐘的振幅l()V的交流電壓，在除去 交流電壓后掃描壓電驅(qū)動(dòng)電壓而測(cè)量了接觸電壓，是2.32V,實(shí)質(zhì)上不存 在接觸電壓從初始值的偏移，從而能夠證實(shí)適宜的致動(dòng)器工作。
在以上的說(shuō)明中，示出了對(duì)于固定電極電介質(zhì)膜150和可動(dòng)電極電介 質(zhì)膜250使用A1N的例子，但本發(fā)明并不限于此，而能夠通過(guò)使用各種結(jié) 晶體的材料來(lái)抑制粘著現(xiàn)象。即，對(duì)于電介質(zhì)膜，除了A1N外，例如能夠 使用BeO、 MgO、 SrO、 BaO、 CaO、 Al2()3、 Ti()2、 Ta2Os、 Zn()、 Zr()2、 CaF2等結(jié)晶體的材料。
此外，也可以例如對(duì)于固定電極電介質(zhì)膜150使用A1N，例如對(duì)于可 動(dòng)電極電介質(zhì)膜250使用A1203，或者，也可以相反。這樣，在本實(shí)施方 式的致動(dòng)器中，對(duì)于固定電極電介質(zhì)膜150和可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250只要 使用結(jié)晶體的材料即可，從而也可以對(duì)于雙方電介質(zhì)膜使用不同的材料。
并且，在對(duì)于固定電極電介質(zhì)膜150使用的材料與對(duì)于可動(dòng)電極電介 質(zhì)膜250使用的材料的相對(duì)介電常數(shù)實(shí)質(zhì)上相等時(shí)，能夠進(jìn)一步減輕粘著 現(xiàn)象。如果例示對(duì)于這些電介質(zhì)膜能夠使用的電介質(zhì)材料和相對(duì)介電常數(shù)， 則如下。Be(): 7.35， MgO: 9.65， SrO: 13.3， BaO: 34， Ca(): 11.8， A1203: 10.5， Ti02: 110， Ta2()5: 50， ZnO: 8.14， Zr02: 12.5， A1N: 8.5， CaF2: 6.8。并且，即使是不同的材料，也能夠通過(guò)使用相對(duì)介電常 數(shù)的比在1.5倍以?xún)?nèi)的材料的組合，將粘著現(xiàn)象抑制在實(shí)際使用上良好的 范圍內(nèi)。即，優(yōu)選地，可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250的相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)于固定 電極電介質(zhì)膜150的相對(duì)介電常數(shù)的比是0.67 1.5。例如，在Al;j03和AlN 的組合的情況下，相對(duì)介電常數(shù)的比是0.81或者1.24。
并且，進(jìn)一步優(yōu)選地，對(duì)于這些固定電極電介質(zhì)膜150和可動(dòng)電極電 介質(zhì)膜250，使用相同的材料。(比較例子)
圖4是例示比較例子的致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。 如圖4所示，比較例子的致動(dòng)器90，未形成圖1、圖3所例示的致動(dòng) 器l()、 11中的可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250,并將固定電極電介質(zhì)膜150的膜厚 度155設(shè)置成致動(dòng)器10的2倍，即1000nm。其他的條件與致動(dòng)器11相同。
比較例子的致動(dòng)器卯的接觸電壓是2.19V，與第1實(shí)施例的致動(dòng)器n
的接觸電壓大致相同。
并且，在固定電極電介質(zhì)膜150與可動(dòng)電極2()2接觸的狀態(tài)下，在固 定電極140和可動(dòng)電極202之間施加IOO秒鐘的振幅IOV的交流電壓，在 除去交流電壓后掃描壓電驅(qū)動(dòng)電壓而測(cè)量了接觸電壓，是1.15V，與初始 值的偏移大。即，可以看出，在比較例子的致動(dòng)器90中，會(huì)產(chǎn)生伴隨著電 荷注入的靜電力，從而在工作的穩(wěn)定性上有問(wèn)題。
圖5是例示比較例子的致動(dòng)器的特性的主要部分的放大示意剖面圖。
如圖5所示，在比較例子的致動(dòng)器90中，考慮因?yàn)閮H在固定電極140 上設(shè)置有固定電極電介質(zhì)膜150,而可動(dòng)電極202未由電介質(zhì)膜所覆蓋， 所以當(dāng)在固定電極140和可動(dòng)電極202之間輸入大電力的RF信號(hào)從而發(fā) 生了電荷注入的情況下，因?yàn)榕c注入到固定電極電介質(zhì)膜150內(nèi)的電荷等 量的反極性的電荷被誘引到可動(dòng)電極202的表面，從而在固定電極電介質(zhì) 膜150和可動(dòng)電極202之間產(chǎn)生靜電力，所以工作電壓偏移大。
此外，作為另一比較例子，在對(duì)于固定電極電介質(zhì)膜150和可動(dòng)電極 電介質(zhì)膜250使用了作為非結(jié)晶體的材料的SiN的情況下，會(huì)發(fā)生接觸電 壓的變動(dòng)。
與此相反，如已經(jīng)說(shuō)明的那樣，在本實(shí)施方式的致動(dòng)器10以及本實(shí)施 例的致動(dòng)器11中，在固定電極140和可動(dòng)電極202的相互相對(duì)的面上分別 設(shè)置有由結(jié)晶體的材料構(gòu)成的電介質(zhì)膜，由此，當(dāng)在電極間輸入大電力的 RF信號(hào)從而發(fā)生了電荷注入的情況下，因?yàn)樽⑷氲诫p方的電介質(zhì)膜內(nèi)的電 荷的種類(lèi)、數(shù)量等大致相同，所以在電介質(zhì)膜間不會(huì)產(chǎn)生靜電力，從而實(shí)
ii質(zhì)上不會(huì)發(fā)生粘著。
(第2實(shí)施方式)
圖6是例示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
如圖6所示，在本發(fā)明的第2實(shí)施方式的致動(dòng)器20中，具有與圖1 所例示的致動(dòng)器IO相同的結(jié)構(gòu)，固定電極電介質(zhì)膜150和可動(dòng)電極電介質(zhì) 膜250由實(shí)質(zhì)上相同的材料形成，固定電極電介質(zhì)膜150的膜厚度155與 可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250的膜厚度255設(shè)置成實(shí)質(zhì)上相同。
例如，固定電極電介質(zhì)膜150和可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250都由結(jié)晶體A1N 構(gòu)成，其膜厚度都是5()()nm。
由此，因?yàn)樽⑷氲焦潭姌O電介質(zhì)膜150和可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250的 表面以及內(nèi)部的電荷的種類(lèi)、數(shù)量的差異進(jìn)一步減小，所以在電介質(zhì)膜間 進(jìn)一步不會(huì)產(chǎn)生靜電力，從而能夠進(jìn)一步使粘著難以發(fā)生。即，利用致動(dòng) 器2(),能夠提供解決驅(qū)動(dòng)電壓偏移、電極的粘著等問(wèn)題，由此經(jīng)時(shí)變化小、 具有穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)特性的壓電驅(qū)動(dòng)方式的致動(dòng)器。 (第3實(shí)施方式)
圖7是例示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
如圖7所示，在本發(fā)明的第3實(shí)施方式的致動(dòng)器30中，具有與圖l、 圖6所例示的致動(dòng)器10、 20相同的結(jié)構(gòu)，固定電極電介質(zhì)膜15()和可動(dòng)電 極電介質(zhì)膜250用實(shí)質(zhì)上相同的材料、以實(shí)質(zhì)上相同的膜厚度形成。即， 固定電極電介質(zhì)膜150和可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250都由結(jié)晶體A1N構(gòu)成，其 膜厚度都是500nm。
并且，進(jìn)而，固定電極140和可動(dòng)電極202 (下部電極210)用具有實(shí) 質(zhì)上相同的功函^t的材料形成。例如，固定電才及140和可動(dòng)電才及202由實(shí) 質(zhì)上相同的材料、例如鋁形成。
即，通過(guò)對(duì)于雙方電極使用功函數(shù)實(shí)質(zhì)上相同的材料，能夠使從電極 注入到電介質(zhì)膜的電荷的行為實(shí)質(zhì)上相同，由此，進(jìn)而，因?yàn)樽⑷氲焦潭?電極電介質(zhì)膜150和可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250的表面以及內(nèi)部的電荷的種類(lèi)、 數(shù)量等的差異進(jìn)一步減小，所以在電介質(zhì)膜間進(jìn)一步不會(huì)產(chǎn)生靜電力，從而能夠進(jìn)一步使粘著難以發(fā)生。即，利用致動(dòng)器3()，能夠提供解決驅(qū)動(dòng)電
壓偏移、電極的粘著等問(wèn)題，由此經(jīng)時(shí)變化小、具有穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)特性的壓 電驅(qū)動(dòng)方式的致動(dòng)器。
而且，在本實(shí)施方式的致動(dòng)器30中，是對(duì)于固定電極140和可動(dòng)電極 202 (下部電極210)使用相同的材料的例子，但本發(fā)明并不限于此，通過(guò) 對(duì)于雙方電極使用功函數(shù)實(shí)質(zhì)上相同的材料，能夠抑制粘著的發(fā)生。例如， 能夠?qū)τ诠潭姌O140、可動(dòng)電極202等使用的導(dǎo)電材料和其功函數(shù)如下。 Al: 4.28eV， Ti: 4.33eV， V: 4.3eV， Cr: 4.5eV， Mn: 4.1eV， Fe: 4.5eV， Co: 5.0eV， Ni: 5.15eV, Cu: 4.65eV， Nb: 4.3eV， Mo: 4.6eV, Ag: 4，26eV， Hf: 3.9eV， Ta: 4.25eV， W: 4.55eV, Ir: 5.27eV， l)t: 5.65eV, Au: 5.1eV。 并且，通過(guò)對(duì)于雙方電極使用功函數(shù)的差是土0.5eV的材料的組合，能夠 將粘著現(xiàn)象減輕到實(shí)際使用上良好的范圍內(nèi)。
并且，進(jìn)一步優(yōu)選地，對(duì)于固定電極140和可動(dòng)電極202 (下部電極 210),使用相同的材料。 (第4實(shí)施方式)
圖8是例示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。 如圖8所示，在本發(fā)明的第4實(shí)施方式的致動(dòng)器40中，具有與圖l、 圖6、圖7中所例示的致動(dòng)器10、 20、 30相同的結(jié)構(gòu)，固定電極電介質(zhì)膜 150和可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250由氮化鋁構(gòu)成。例如，能夠使用具有取向半 高全寬(半値全幅)小于等于5度的c軸取向的氮化鋁。即，作為這些電介 質(zhì)膜，通過(guò)使用電荷捕獲難以發(fā)生的結(jié)晶體A1N，進(jìn)而，使其高度地取向， 能夠進(jìn)一步使電荷捕獲減少。而且，此時(shí)，對(duì)于固定電極140和可動(dòng)電極 202 (下部電極210)能夠使用鋁。
由此，進(jìn)而，注入到固定電極電介質(zhì)膜150和可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250 的表面以及內(nèi)部的電荷的種類(lèi)、數(shù)量等的差異進(jìn)一步減小，此外電荷的數(shù) 量本身能夠減少，進(jìn)而不產(chǎn)生，從而能夠進(jìn)一步使粘著難以發(fā)生。即，利 用致動(dòng)器4()，能夠提供解決驅(qū)動(dòng)電壓偏移、電極的粘著等問(wèn)題，由此經(jīng)時(shí) 變化小、具有穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)特性的壓電驅(qū)動(dòng)方式的致動(dòng)器。而且，在上述中，能夠在固定電極140之下設(shè)置基底膜。對(duì)于該基底 膜，通過(guò)使用例如由鋁/鉭的非結(jié)晶合金或者氮化鋁構(gòu)成的膜，能夠提高設(shè)
置在其上的固定電極140的取向性。具體地，能夠得到取向半高全寬小于 等于5度的c軸取向。此外，設(shè)置在固定電極140上的固定電極電介質(zhì)膜 150的取向性也能夠提高，從而得到取向半高全寬小于等于5度的c軸取 向。
而且，作為用于使對(duì)于固定電極電介質(zhì)膜150、可動(dòng)電極電介質(zhì)膜250 使用的A1N膜高取向的方法，能夠例示使用非結(jié)晶金屬基底的方法。此外， 還能夠使用繼續(xù)利用硅(111 )基板、硅(l()O )基板等單結(jié)晶基板的方位， 在其上進(jìn)行磊晶生長(zhǎng)(工匕。夕年、乂卞》成長(zhǎng))的方法。進(jìn)而，還有將基底膜設(shè) 定為高取向膜，在其上繼續(xù)取向性而使高取向A1N生長(zhǎng)的方法，作為該情 況下的基底膜，能夠使用各種金屬或者絕緣膜等。例如，能夠例示使用Al、 Au等f(wàn)cc型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的(111 )平面體的方法；使用Mo、 W、 Ta等bcc 型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的(110)平面體的方法；使用Ti、 A1N等六方晶型結(jié)晶結(jié)構(gòu) 的(0001 )平面體的方法等。而且，在這些方法的情況下，A1N膜的取向 性會(huì)影響基底材料的結(jié)晶取向性，如果基底材料的厚度加厚則A1N膜的取 向性提高。此外，能夠使用組合了上述各種方法而得到的方法。
利用以上說(shuō)明的本發(fā)明的實(shí)施方式以及實(shí)施例的致動(dòng)器，能夠形成微 動(dòng)開(kāi)關(guān)、容量可變電容器等，使用它們能夠制造各種電子電路。
的示意圖。
如圖9所示，能夠制作電路500，該電路500組裝有利用本發(fā)明的實(shí) 施方式的致動(dòng)器制作的容量可變電容器，并內(nèi)置頻率可變的濾波器。此外， 該電路500例如能夠用于移動(dòng)電話(huà)等各種電子設(shè)備600。
以上，參照具體例子說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式。但是，本發(fā)明并不限 于這些具體例子。例如，關(guān)于構(gòu)成致動(dòng)器的M素的具體的結(jié)構(gòu)，只要本 領(lǐng)域技術(shù)人員能夠通過(guò)從公知的范圍中進(jìn)行適宜選擇來(lái)同樣地實(shí)施本發(fā) 明，并得到同樣的效果，其就包含在本發(fā)明的范圍中。
14此外，在技術(shù)上可能的范圍中組合各具體例子的任意2個(gè)或2個(gè)以上 的要素而得到的方案，只要包含本發(fā)明的主旨，就包含在本發(fā)明的范圍中。
此外，以作為本發(fā)明的實(shí)施方式在上面說(shuō)明的致動(dòng)器為基礎(chǔ)，本領(lǐng)域 技術(shù)人員進(jìn)行適宜設(shè)計(jì)改變并能夠?qū)嵤┑娜康闹聞?dòng)器，只要包含本發(fā)明 的主旨，就屬于本發(fā)明的范圍。
此外，在本發(fā)明的思想范疇中，如果是本領(lǐng)域技術(shù)人員，則能夠想到 各種變換例子以及修改例子，并且可以理解，對(duì)于這些變換例子以及修正 例子而言，也是屬于本發(fā)明的范圍的。
權(quán)利要求
1.一種致動(dòng)器，其特征在于，具備基板；設(shè)置在上述基板的主面上的固定電極；設(shè)置在上述固定電極上、由結(jié)晶體構(gòu)成的第1電介質(zhì)膜；與上述主面相對(duì)、在上述基板的上方空出間隙地被保持的可動(dòng)梁；設(shè)置在上述可動(dòng)梁的與上述固定電極相對(duì)的面上、在與上述固定電極之間被施加交流電壓的可動(dòng)電極；以及設(shè)置在上述可動(dòng)電極的與上述固定電極相對(duì)的面上、由結(jié)晶體構(gòu)成的第2電介質(zhì)膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的致動(dòng)器，其特征在于上述第2電介質(zhì)膜的 介電常數(shù)相對(duì)于上述第1電介質(zhì)膜的介電常數(shù)的比是0.67-1.5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的致動(dòng)器，其特征在于上述第1電介質(zhì)膜和 上述第2電介質(zhì)膜由實(shí)質(zhì)上相同的材料構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的致動(dòng)器，其特征在于上述第1電介質(zhì)膜和 上述第2電介質(zhì)膜由實(shí)質(zhì)上相同的材料構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的致動(dòng)器，其特征在于上述第1電介質(zhì)膜和 上述第2電介質(zhì)膜由氮化鋁構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的致動(dòng)器，其特征在于上述第1電介質(zhì)膜的 膜厚度與第2電介質(zhì)膜的膜厚度實(shí)質(zhì)上相同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的致動(dòng)器，其特征在于上述可動(dòng)電極由具有 與構(gòu)成上述固定電極的材料的功函數(shù)的差在土0.5eV范圍的功函數(shù)的材料 構(gòu)成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的致動(dòng)器，其特征在于上述固定電極和上述 可動(dòng)電極由實(shí)質(zhì)上相同的材料構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明解決驅(qū)動(dòng)電壓偏移、電極的粘著等問(wèn)題，由此，提供一種經(jīng)時(shí)變化小、具有穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)特性的壓電驅(qū)動(dòng)方式的致動(dòng)器。本發(fā)明提供一種致動(dòng)器，具備基板；設(shè)置在上述基板的主面上的固定電極；設(shè)置在上述固定電極上、由結(jié)晶體構(gòu)成的第1電介質(zhì)膜；與上述主面相對(duì)、在上述基板的上方空出間隙地被保持的可動(dòng)梁；設(shè)置在上述可動(dòng)梁的與上述固定電極相對(duì)的面上、在與上述固定電極之間被施加交流電壓的可動(dòng)電極；以及設(shè)置在上述可動(dòng)電極的與上述固定電極相對(duì)的面上、由結(jié)晶體構(gòu)成的第2電介質(zhì)膜。
文檔編號(hào)H03H9/13GK101513990SQ200910004248
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月18日
發(fā)明者川久保隆, 西垣亨彥, 長(zhǎng)野利彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝