JP2004221853A - マイクロメカニカルフィルタ及び携帯型情報端末 - Google Patents
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Abstract
【課題】マイクロメカニカルフィルタの寸法を小さくすることなく高周波化を達成し、電気機械変換効率の低下を回避し、終端抵抗が大きくなるという問題を解決する。
【解決手段】入力用共振子７１と、この入力用共振子７１を高次の共振モードで振動させるように、入力用共振子７１に近接して配置された入力用駆動電極（５１，５２，９１）と、入力用共振子７１に接続された結合子１０と、この結合子１０に接続され、入力用共振子７１の振動により励振される出力用共振子７２と、この出力用共振子７２の振動を静電容量の変化により検知するための検出用電極（５３，５４，９２）とを備え、入力用共振子７１の特定の高次のモードのみを利用して、特定の周波数のマイクロ波信号を通過させる。
【選択図】 図１
【解決手段】入力用共振子７１と、この入力用共振子７１を高次の共振モードで振動させるように、入力用共振子７１に近接して配置された入力用駆動電極（５１，５２，９１）と、入力用共振子７１に接続された結合子１０と、この結合子１０に接続され、入力用共振子７１の振動により励振される出力用共振子７２と、この出力用共振子７２の振動を静電容量の変化により検知するための検出用電極（５３，５４，９２）とを備え、入力用共振子７１の特定の高次のモードのみを利用して、特定の周波数のマイクロ波信号を通過させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯域で動作可能なマイクロメカニカルフィルタ及びこのマイクロメカニカルフィルタを用いた携帯型情報端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の無線通信技術はめざましい発展を遂げ、情報の高速伝送を目的とした開発が進められている。ＰＨＳシステムや第３世代携帯通信、無線ＬＡＮ等の導入により、無線通信技術で用いられる周波数領域は２ＧＨｚ前後のマイクロ波帯域が利用され、加入者数、端末数等も飛躍的に増大している。搬送波の周波数は更に高周波化が進められ、無線ＬＡＮシステムの５ＧＨｚ帯での商用化も開始された。
【０００３】
この様なマイクロ波帯域の無線通信技術を利用した高周波通信機器においては小型化、軽量化が要求されている。特に、高周波通信機器を携帯型情報端末に利用する場合は、マイクロ波帯域の高周波（ＲＦ）信号を処理するＲＦフロントエンド部が、空洞共振器やＬＣ回路の通過帯域特性を用いてフィルタリングしていたため、装置の小型化、薄型化に限界があった。特にＬＣ回路に用いるコイル（インダクタ）の小型化は困難である。更に、コイル（インダクタ）には抵抗損失があるため、俊敏なフィルタ特性を得ることが出来ない欠点がある。
【０００４】
一方、近年、半導体微細加工技術を用いて微細な機械構造を電子回路と一体化して作製するマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）技術が脚光を浴びている。ＭＥＭＳ技術の応用は多岐にわたるが、その１つに微小なメカニカルフィルタ（以下では「マイクロメカニカルフィルタ」という。）がある。この様なマイクロメカニカルフィルタは小型で集積化が可能であることから通信分野への応用が期待されている。
【０００５】
この様なＭＥＭＳ技術を用いたマイクロメカニカルフィルタの一例として図１１に示すような多結晶シリコンを用いたマイクロメカニカルフィルタが報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。図１１では、Ｓｉ３Ｎ４層とＳｉＯ２層よりなる絶縁層が形成されたＳｉ基板（図示せず）に、不純物を添加した多結晶シリコン（以下において、「ドープド・ポリシリコン」という。）からなる固定電極１０１ａと１０１ｂを両側の支点とし、ドープド・ポリシリコンからなる共振子１０２ａと１０２ｂが両持ち梁状に形成されている。又、両持ち梁共振子１０２ａの下には微小な距離ｄを隔てて入力用電極１０４ａが、両持ち梁共振子１０２ｂの下には出力用電極１０４ｂが形成されている。更に両持ち梁共振子１０２ａと１０２ｂとの間は結合子１０３により機械的に結合されている。図１１に示すマイクロメカニカルフィルタにおいては、導電性の両持ち梁共振子１０２ａと１０２ｂを固定電極１０１ｂを介して電圧Ｖｐでバイアスし、入力用電極１０４ａに交流信号ｖ１を入力すると、両持ち梁共振子１０２ａとの間にｚ方向の静電気力が生じる。交流信号ｖ１の周波数が両持ち梁共振子１０２ａの共振周波数に一致すると両持ち梁共振子１０２ａは大きくｚ方向にたわみ振動し、その振動は結合子１０３を介して両持ち梁共振子１０２ｂに伝えられる。両持ち梁共振子１０２ｂが両持ち梁共振子１０２ａと同一構造であれば、その共振周波数も同一であるため、結合子１０３により伝えられた振動により両持ち梁共振子１０２ｂも共振する。その結果、両持ち梁共振子１０２ｂと出力用電極１０４ｂ間の静電容量が変化し、交流電流ｉ２が流れることになる。結果として、入力交流電圧ｖ１の周波数が両持ち梁共振子１０２ａ、１０２ｂの共振周波数に近いときにのみ出力交流電流ｉ２が得られることになる。したがってこの素子を共振子の共振周波数ｆ０を中心周波数とするバンドパスフィルタとみなすことが出来る。このフィルタの帯域は主に両持ち梁共振子１０２ａ、１０２ｂの寸法によって決り、良好なフィルタ特性を得るためには入力端を適切な値の抵抗Ｒ１、出力端を適切な値のＲ２によって終端する必要がある。
【０００６】
【非特許文献１】
クラークＴ．Ｃ．グェン（Ｃｌａｒｋ Ｔ．Ｃ． Ｎｇｕｙｅｎ）：米国電子電気学会（ＩＥＥＥ）トランザクション・オン・マイクロウェーブ・セオリー・アンド・テクニックス（ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ），第４７巻、第８号，１９９９年８月，ｐ．１４８６
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１に示したような従来のマイクロメカニカルフィルタは以下に述べるような大きな問題を有している。マイクロメカニカルフィルタを３００ＭＨｚ以上のマイクロ波帯域で使用するためには、共振子の共振周波数ｆ０を高く、即ち、共振子の寸法を小さくする必要がある。両持ち梁共振子の長さをｌ、厚さをｈ、幅をｗとすると、両持ち梁共振子の共振周波数ｆ０は以下の式（１）で与えられる。即ち、
ｆ０ ∝ ｈ／ｌ２ ・・・・・（１）
であるが、両持ち梁共振子がたわみ振動を行うためには、
ｈ ＜ ｌ ・・・・・（２）
ｗ ＜ ｌ ・・・・・（３）
である必要がある。
【０００８】
一方、図１１に示すマイクロメカニカルフィルタの入力側では、電圧→力の変換の静電変換トランスデューサー、出力側では、振動速度→電流の変換の静電変換トランスデューサーが構成されている。したがって、図１１に示す終端抵抗Ｒ１とＲ２の値は、両持ち梁共振子と入出力電極間に形成される静電変換トランスデューサーの電気機械変換効率ηｅの二乗に反比例する。即ち、
Ｒ１，Ｒ２ ∝ １／ηｅ ２ ・・・・・（４）
である。電極幅ｗｅの静電変換トランスデュサーの静電容量を
Ｃ０ ≒ ｗ・ｗｅ／ｄ ・・・・・（５）
として、静電変換トランスデューサーの電気機械変換効率ηｅは、
ηｅ ＝ Ｖｐ・Ｃ０／ｄ ・・・・・（６）
で与えられる。以上のことから共振周波数ｆ０を上げるために共振子の長さｌを小さくすると、それに応じて共振子の幅ｗを小さくせねばならず、又、電極の幅ｗｅはｌより小さいので、静電容量Ｃ０が小さくなることがわかる。結果として、電気機械変換効率ηｅが小さくなり、ηｅの二乗に反比例する終端抵抗Ｒ１，Ｒ２の値は非常に大きくなることがわかる。しかしながらマイクロメカニカルフィルタに接続する素子とのインピーダンス整合の条件から許される終端抵抗Ｒ１，Ｒ２の値は典型的には５０Ω〜２ｋΩ程度であり、このことがマイクロメカニカルフィルタの高周波化を阻んでおり、従来報告されているマイクロメカニカルフィルタの通過周波数は高々１００ＭＨｚ〜２００ＭＨｚであり、３００ＭＨｚ以上のマイクロ波帯域での動作は困難である。
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、小型で、マイクロ波帯域での高周波特性に優れた、マイクロメカニカルフィルタ及び携帯型情報端末を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、（イ）入力用共振子と、（ロ）この入力用共振子を高次の共振モードで振動させるように、入力用共振子に近接して配置された入力用駆動電極と、（ハ）入力用共振子に接続された結合子と、（ニ）この結合子に接続され、入力用共振子の振動により励振される出力用共振子と、（ホ）この出力用共振子の振動を静電容量の変化により検知するための検出用電極とを備え、入力用共振子の特定の高次のモードのみを利用して、特定の周波数のマイクロ波信号を通過させるマイクロメカニカルフィルタであることを要旨とする。周知のように「マイクロ波」とは、狭義には３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚの電磁波を意味するが、本発明は３００ＭＨｚ〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波、特に１ＧＨｚ〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波の領域で好適である。「入力用共振子の高次のモード」とは、図２（ａ）に示す入力用共振子の両端にのみノード（節）が存在する１次の共振モードよりも高次のモードの意である。即ち、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、入力用共振子の内部に１以上の節が存在する振動モードが「入力用共振子の高次のモード」である。
【００１１】
高次の振動モード（高次のモード）を利用する方法では、例えば３次の共振モードを利用した場合、入力信号の１次と２次の共振モードの周波数付近の周波数成分も通過する問題を考慮する必要がある。このため、特定の高次のモードのみを利用して、他の振動モードを抑制するには、具体的には以下のようにすれば良い。即ち、
入力用駆動電極を、入力用共振子を特定の高次の共振モードのみで振動させるように、高次の共振モードの節点を基準として配置し、出力用共振子を入力用共振子と同一構造とし、入力用共振子及び入力用駆動電極と同一位置関係で出力用共振子に対して検出用電極を配置すれば、特定の高次のモードのみを励振出来る。即ち、静電気力の分布を共振モードの節点を基準として設計し、入力用駆動電極の寸法と位置及びバイアス電圧を制御することにより、利用する高次共振モードよりも低次の共振モードの発生を抑圧することが出来る。
【００１２】
或いは、出力用共振子を入力用共振子とは異なる構造とし、入力用共振子が振動する第１の高次の共振モードとは異なる次数の第２の高次の共振モードで振動し、且つ第１及び第２の高次の共振モードの共振周波数が一致するように検出用電極を配置しても、特定の高次のモードの周波数のみを通過させることが可能である。即ち、マイクロメカニカルフィルタを構成する出力用共振子と入力用共振子の形状を互いに異なるようにし、異なる次数の共振モードでの共振周波数を一致させることにより、素子全体としては両者の共振が一致する通過周波数でのみ信号を通過させることが出来る。
【００１３】
この様にして利用する共振周波数よりも低い共振の影響を無くすことが出来るので、マイクロメカニカルフィルタの寸法を小さくすることなく、３００ＭＨｚ〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波領域への高周波化が達成出来る。しかも、この様なマイクロ波領域において、静電容量の低下による電気機械変換効率ηｅの低下や終端抵抗が大きくなるという問題も発生しない。
【００１４】
入力用共振子及び出力用共振子は、それぞれ両持ち梁構造のたわみ振動をしても良く、互いに半径の異なる円板形状で、それぞれ半径方向に拡がり振動をするようにしても良い。
【００１５】
本発明の第２の特徴は、（イ）アンテナと、（ロ）入力用共振子、出力用共振子及び入力用共振子と出力用共振子とを接続する結合子を有し、入力用共振子及び出力用共振子の特定の高次のモードのみを利用して、アンテナから供給されるマイクロ波信号を通過させるマイクロメカニカルフィルタと、（ハ）局部発振器と、（ニ）マイクロメカニカルフィルタを通過した信号と局部発振器の信号とを混合するミキサとを備える携帯型情報端末であることを要旨とする。ここで、「入力用共振子及び出力用共振子の高次のモード」とは、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、入力用共振子及び出力用共振子の内部に１以上の節が存在する振動モードである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１７】
又、以下に示す第１〜第３の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることが出来る。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは、図１に示すように、入力用共振子７１と、この入力用共振子７１を高次の共振モードで振動させるように、入力用共振子７１に近接して配置された入力用駆動電極（５１，５２，９１）と、入力用共振子７１に接続された結合子１０と、この結合子１０に接続され、入力用共振子７１の振動により励振される出力用共振子７２と、この出力用共振子７２の振動を静電容量の変化により検知するための検出用電極（５３，５４，９２）とを備え、入力用共振子７１の特定の高次のモードのみを利用して、特定の周波数のマイクロ波信号を通過させるマイクロメカニカルフィルタである。入力用共振子７１及び出力用共振子７２は、図１に示すように、両端をそれぞれ固定したドープド・ポリシリコンからなる両持ち梁構造をしている。
【００１９】
図１では図示を省略しているが、このマイクロメカニカルフィルタは、図４（ｄ）に示すように、Ｓｉ基板３１と、Ｓｉ基板３１の上部に配置された第１絶縁膜３２と、第１絶縁膜３２の上に配置された第２絶縁膜３３が配置された構造を基体としている。即ち、入力用共振子７１と出力用共振子７２のそれぞれの両端を固定し両持ち梁構造を実現する接続電極４１，４２が、図４（ｄ）に示す第１絶縁膜３２と第２絶縁膜３３とからなる複合膜上に配置されている。第１絶縁膜３２と第２絶縁膜３３とからなる複合膜により、この上に配置された接続電極４１，４２が、Ｓｉ基板３１と絶縁される。例えば、第１絶縁膜３２としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、第２絶縁膜３３としてシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を用いることが可能である。
【００２０】
接続電極４１，４２は、導電性材料であれば、種々の材料が採用可能である。入力用共振子７１及び出力用共振子７２と同様にドープド・ポリシリコンを採用するのが、製造工程が容易になるので好ましい。接続電極４１，４２の電気抵抗を下げ、電気機械変換効率ηｅを向上するためには、金属が好ましく、製造工程を考慮すれば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属が、接続電極４１，４２として好ましい。或いは、接続電極４１，４２として、高融点金属のシリサイド（ＷＳｉ２，ＴｉＳｉ２，ＭｏＳｉ２）等が採用可能である。
【００２１】
図１に示すように、入力用共振子７１の上下には微小な距離ｄを隔てて、入力用駆動電極として、入力用下部電極５１，５２と入力用上部電極９１が形成されている。更に入力用共振子７１と対をなす出力用共振子７２に対しては、検出用電極として、出力用下部電極５３，５４と出力用上部電極９２が図１に示すのように形成されている。又、入力用共振子７１及び出力用共振子７２との間は、梁状の結合子１０により機械的に結合されている。
【００２２】
入力用下部電極５１，５２、入力用上部電極９１、出力用下部電極５３，５４及び出力用上部電極９２は、導電性材料であれば、種々の材料が採用可能であり、ドープド・ポリシリコン、高融点金属、高融点金属のシリサイド等が採用可能である。製造工程を考慮すると、入力用下部電極５１，５２及び出力用下部電極５３，５４は、接続電極４１，４２と同一材料であるのが便利である。
【００２３】
図１に示すマイクロメカニカルフィルタにおいては、導電性の入力用共振子７１と出力用共振子７２を接続電極４２を介して電圧Ｖｐでバイアスし、入力用上部電極９１に交流信号ｖ１を入力すると、入力用共振子７１との間にｚ方向の静電気力が生じる。交流信号ｖ１の周波数が入力用共振子７１の共振周波数に一致すると入力用共振子７１は大きくｚ方向にたわみ振動し、その振動は結合子１０を介して出力用共振子７２に伝えられる。出力用共振子７２が入力用共振子７１と同一構造であるので、その共振周波数も同一であるため、結合子１０により伝えられた振動により出力用共振子７２も共振する。その結果、出力用共振子７２と出力用上部電極９２間の静電容量が変化し、交流電流ｉ２が流れることになる。結果として、入力交流電圧ｖ１の周波数が入力用共振子７１、出力用共振子７２の共振周波数に近いときにのみ出力交流電流ｉ２が得られることになる。したがって入力用共振子７１と出力用共振子７２の共通の周波数ｆ０を通過周波数とするバンドパスフィルタとみなすことが出来る。
【００２４】
第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは、図２（ｃ）及び図３に示した３次の振動モードの節の位置に、入力用下部電極５１，５２と入力用上部電極９１との境界部が存在するように、電極配置が設計されている。同様に、３次の振動モードの節の位置に、出力用下部電極５３，５４と出力用上部電極９２との境界部が存在するように、電極配置が設計されている。この様な電極配置にしておけば、後述の説明から明らかなように、１次と２次の共振を防止し、３次の共振のみを利用するマイクロメカニカルフィルタを実現出来、高周波化が達成される。
【００２５】
図２は１次から３次までの共振時の振動モードを示している。図２（ｂ）に示す２次の共振は図２（ａ）に示す１次共振の１．７倍、図２（ｃ）に示す３次共振は図２（ａ）に示す１次共振の２．３倍の周波数である。特に、第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは、３次共振のみを利用出来るように、入力用下部電極５１，５２と入力用上部電極９１との境界部、及び出力用下部電極５３，５４と出力用上部電極９２との境界部の位置が設計されており、入力信号の１次と２次の共振周波付近の周波数成分は通過しない。
【００２６】
図３は入力用共振子７１及び出力用共振子７２の３次の振動モードの振動を説明するための図である。図３では、括弧内に出力用共振子７２に対応する符号を付しているが、入力用共振子７１と出力用共振子７２とで動作は基本的に同じである。説明を簡単にするために入力用共振子７１（出力用共振子７２）は０電位とし、入力用下部電極５１，５２（出力用下部電極５３，５４）は直流電圧Ｖｂバイアスされ、入力用上部電極９１（出力用上部電極９２）はＶａでバイアスされて入力電圧ｖ１が印加されているものとする。又、入力用共振子７１（出力用共振子７２）と入力用上部電極９１（出力用上部電極９２）のギャップをｄａ、入力用共振子７１（出力用共振子７２）と入力用下部電極５１，５２（出力用下部電極５３，５４）のギャップをｄｂとする。このときの入力用共振子７１（出力用共振子７２）の長さ方向の座標をｘとし、ｘ方向に単位長さ当たりＱ（ｘ）ｅｘｐ（ｊωｔ）の分布力が加わっているとすると、入力用共振子７１及び出力用共振子７２のｚ方向の変位をξ（ｘ）として、ξ（ｘ）は振動論における周知の関係より、両持ち梁構造のたわみ振動の強制振動解として次式で与えられる。
【００２７】
【数１】
ξ（ｘ）＝ΣＡｍ・Ξｍ（ｘ）・ｅｘｐ（ｊωｔ）／（ωｍ ２−ω２） ・・・・・（７）
ここでωｍとΞｍ（ｘ）はそれぞれｍ次（ｍ＝１，２，３，・・・・・）の共振における角振動数と規準固有関数である。Ｅを入力用共振子７１（出力用共振子７２）のヤング率、Ｉを入力用共振子７１（出力用共振子７２）の断面２次モーメント（＝ｗｈ３／１２）、ρを入力用共振子７１（出力用共振子７２）の密度、Ａを入力用共振子７１（出力用共振子７２）の断面積（＝ｗｈ）とすると、入力用共振子７１（出力用共振子７２）のｍ次の共振角振動数ωｍは、式（８）で与えられる：
ωｍ＝（αｍ／ｌ）２（ＥＩ／ρＡ）１／２ ・・・・・（８）
式（８）における定数αｍは、以下の式（９）の解として与えられる：
ｃｏｓαｍ・ｃｏｓｈαｍ＝１ ・・・・・（９）
Ｘ＝ｘ／ｌとすると、入力用共振子７１（出力用共振子７２）のｍ次の規準固有関数Ξｍ（ｘ）は、以下の式（１０）で与えられる：
【数２】
Ξｍ（ｘ）＝｛（ｓｉｎαｍ−ｓｉｎｈαｍ）（ｃｏｓαｍＸ−ｃｏｓｈαｍＸ）−（ｃｏｓαｍ−ｃｏｓｈαｍ）（ｓｉｎαｍＸ−ｓｉｎｈαｍＸ）｝／（ｓｉｎαｍ−ｓｉｎｈαｍ） ・・・・・（１０）
式（７）のＡｍは、分布力Ｑ（ｘ）を規準固有関数Ξｍ（ｘ）でフーリエ展開表示した場合の係数で、次式（１１）で与えられる。
【００２８】
Ａｍ＝∫Ｑ（ｘ）Ξｍ（ｘ）ｄｘ／Ｍ ・・・・・（１１）
式（１１）で、Ｍは入力用共振子７１（出力用共振子７２）の質量である。電極５１，５２，９１（５３，５４，９２）の配置を図３のようにした場合、分布力Ｑ（ｘ）は入力用共振子７１（出力用共振子７２）の変位ξが小さければ、次式（１２ａ）及び（１２ｂ）で与えられる。
【００２９】
【数３】
ここでε０は真空の誘電率である。
【００３０】
式（１０），（１２ａ）及び（１２ｂ）を式（１１）に代入し計算すると、フーリエ展開表示の係数Ａｍは、
【数４】
Ａｍ＝（ε０・ｗ・ｖ１／ρＡ）［（Ｖａ／ｄａ ２）∫ＩＩΞｍ（ｘ）ｄｘ−（Ｖｂ／ｄｂ ２）∫Ｉ ＋ＩＩＩΞｍ（ｘ）ｄｘ］ ・・・・・（１３）
となる。ここでＩは０＜ｘ＜ｘ１，ＩＩはｘ１＜ｘ＜１−ｘ１，ＩＩＩは１−ｘ１＜ｘ＜ｌでの積分を示す。ｍ＝２のとき、規準固有関数Ξｍ（ｘ）はｘ＝１／２に関し反対称であるから、式（１３）のすべての積分は０となる。即ち、フーリエ展開表示の係数Ａ２＝０である。
【００３１】
一方、ｍ＝１のとき、
【数５】
Ａ１＝（ε０・ｗ・ｖ１／ρＡ）［（Ｖａ／ｄａ ２）∫ＩＩΞ１（ｘ）ｄｘ−（Ｖｂ／ｄｂ ２）∫Ｉ ＋ＩＩＩΞ１（ｘ）ｄｘ］ ・・・・・（１４）
に、式（１０）を代入して、ｘ１／ｌ＝０．３５６に選ぶと、
【数６】
Ａ１＝（ε０・ｗ・ｖ１／ρＡ）［０．４００（Ｖａ／ｄａ ２）−０．４３１１（Ｖｂ／ｄｂ ２）］ ・・・・・（１５）
となる。ｘ１／ｌ＝０．３５６は、図２（ｃ）に示す３次の振動モードにおいて変位ξ（ｘ）が０になる、いわゆる節の位置である。ｘ１／ｌ＝０．３５６に選ぶことにより、効率よく３次共振を起こすことが出来る。
【００３２】
この様に、特に電極５１，５２，９１（５３，５４，９２）の配置を示す座標ｘ１をｘ１／ｌ＝０．３５６に選んだ場合でおけば、フーリエ展開表示の係数Ａ１を０に出来る条件が存在する。例えば、入力用共振子７１（出力用共振子７２）と入力用下部電極５１，５２（出力用下部電極５３，５４）のギャップｄｂと、入力用共振子７１（出力用共振子７２）と入力用上部電極９１（出力用上部電極９２）のギャップｄａを同じにしたときは、式（１５）から、Ｖａ／Ｖｂ＝０．９２７のときにＡ１が０になる。ｄａ＝ｄｂ条件は、後述するマイクロメカニカルフィルタ製造工程が容易になるので、好都合である。
【００３３】
又、Ｖａ＝Ｖｂ即ち、直流電源の数を減らすために入力用下部電極５１，５２（出力用下部電極５３，５４）と入力用上部電極９１（出力用上部電極９２）に対するバイアス電圧を同じにしたときにはｄａ／ｄｂ＝１．０４のときにＡ１が０になる。
【００３４】
以上のように、ある条件下で、フーリエ展開表示の係数Ａ１とＡ２を０に出来るということは、入力信号ｖ１に１次共振の角振動数ω１と２次共振の角振動数ω２の成分が含まれていても共振が生じないことを意味している。したがって、図２（ｃ）及び図３に示した３次の振動モードの節の位置（ｘ１／ｌ＝０．３５６）に、入力用下部電極５１，５２（出力用下部電極５３，５４）と入力用上部電極９１（出力用上部電極９２）との境界部が存在するように、電極配置を設計しておけば、バイアス電圧の調整により１次と２次の共振が生ぜず、３次の共振のみを利用するマイクロメカニカルフィルタを実現することが出来る。
【００３５】
実際上は、ギャップを一定にしたときのＶａ／Ｖｂ≒１であり、又、バイアス電圧を一定にしたときのｄａ／ｄｂ≒１であるから、バイアス電圧をＶｐ＝Ｖａ＝Ｖｂ、ギャップをｄ＝ｄａ＝ｄｂとしても良い。図１の構造例はこの場合である。
【００３６】
本発明の第１の実施の形態によれば低次の共振が生じないため、高次振動を利用することが出来、マイクロメカニカルフィルタの寸法を、現在の微細加工技術の限界よりも、小さくすることなく高周波化が達成出来る。例えば、１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域の、若しくは更に高周波のマイクロ波帯域における動作を実現出来る。更に、１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域において、静電容量の低下による電気機械変換効率ηｅの低下が生ぜず、終端抵抗Ｒ１，Ｒ２が大きくなるという問題を回避出来る。なお、第１の実施の形態は３次共振を用いるマイクロメカニカルフィルタの例であるが、同様の方法により他の高次共振を用いるマイクロメカニカルフィルタを実現することが可能である。例えば、５次の振動モードであれば、５次の振動モードの節の位置に３つの入力用下部電極（出力用下部電極）と２つの入力用上部電極（出力用上部電極）との境界部が存在するように設計すれば良い。
【００３７】
図１のＡ−Ａ’方向に沿った工程断面図である図４を用いて、第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタ製造方法を説明する。
【００３８】
（イ） まずＳｉ基板３１上に第１絶縁膜３２を形成し、更に、第１絶縁膜３２の上に、第２絶縁膜３３を形成する。例えば、第１絶縁膜３２としては、Ｓｉ基板３１を熱酸化した熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）、第２絶縁膜３３としてはＣＶＤ法で堆積した窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を用いることが可能である。次にＣＶＤ法によりノンドープ（不純物を添加しない）の多結晶シリコン膜（ノンドープ・ポリシリコン膜）を堆積し、この多結晶シリコン膜にリン（３１Ｐ＋）等の不純物イオンをイオン注入し、更にアニールして、導電性のドープド・ポリシリコン膜を形成する。この後、フォトリソグラフィ工程と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて、ドープド・ポリシリコン膜をパターニングし、図４（ａ）に示すように接続電極４１，４２、入力用下部電極５１，５２を形成する。したがって、図２（ｃ）及び図３に示した３次の振動モードの節の位置（ｘ１／ｌ＝０．３５６）に、入力用下部電極５１，５２の内側に位置するそれぞれの端部が存在するようにパターニングされる。図４（ａ）は、図１のＡ−Ａ’方向に沿った工程断面図であるため、図示を省略しているが、第２絶縁膜３３上の他の部分には、同様に、出力用下部電極５３，５４が形成されることは勿論である。したがって、図２（ｃ）及び図３に示した３次の振動モードの節の位置（ｘ１／ｌ＝０．３５６）に、出力用下部電極５３，５４の内側に位置するそれぞれの端部が存在するようにパターニングされる。なお、ドープド・ポリシリコン膜の代わりに、真空蒸着法、スパッタリング法、或いはＣＶＤ法等でＷ、Ｔｉ、Ｍｏ等の高融点金属を堆積し、この高融点金属をパターニングして、接続電極４１，４２、入力用下部電極５１，５２及び出力用下部電極５３，５４を形成しても良いことは勿論である。
【００３９】
（ロ） 次に、接続電極４１，４２、入力用下部電極５１，５２及び出力用下部電極５３，５４の上部に第１犠牲膜３４を堆積する。第１犠牲膜３４として、例えば、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）３４を形成すれば良い。そして、フォトリソグラフィ工程とＲＩＥ法を用いて、図４（ｂ）に示すようにパターニングし、接続電極４１，４２の一部露出させる。次にＣＶＤ法によりノンドープ・ポリシリコン膜を形成、次いで導電性を与えるために、３１Ｐ＋等の不純物イオンをイオン注入した後、図１の鳥瞰図及び図４（ｂ）の断面図に示すように、ＲＩＥによりパターニングして、入力用共振子７１及び出力用共振子７２と結合子１０を形成する。ノンドープ・ポリシリコン膜を形成後に不純物イオンをイオン注入して導電性にするのではなく、ＣＶＤ時にフォスフィン（ＰＨ３）やアルシン（ＡｓＨ３）等のドーパントガスを用いて、不純物元素を気相中からドープする方法で、ドープド・ポリシリコン膜を直接堆積しても良い。
【００４０】
（ハ） 次に、第２犠牲膜３５として、ＣＶＤ法によりＳｉＯ２層を堆積する。次にＣＶＤ法によりドープド・ポリシリコン膜を形成、次いで導電性を与えるために不純物イオンをイオン注入した後、パターニングして、図４（ｃ）に示すように、入力用上部電極９１を形成する。即ち、３次の振動モードの節の位置（ｘ１／ｌ＝０．３５６）に、入力用下部電極５１，５２と入力用上部電極９１との境界部が存在するように、電極配置をパターニングする。図４（ｃ）は、図１のＡ−Ａ’方向に沿った工程断面図であるため、図示を省略しているが、他の部分に位置する出力用共振子７２の上には、同様に出力用上部電極９２が形成されることは勿論である。したがって、３次の振動モードの節の位置（ｘ１／ｌ＝０．３５６）に、出力用下部電極５３，５４と出力用上部電極９２との境界部が存在するように、電極配置をパターニングする。ノンドープ・ポリシリコン膜を形成後に不純物イオンをイオン注入して導電性にするのではなく、不純物元素を気相中からドープする方法で、ドープド・ポリシリコン膜を直接堆積しても良い。又、ドープド・ポリシリコン膜の代わりに、真空蒸着法、スパッタリング法、或いはＣＶＤ法等で、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、若しくはＷ、Ｔｉ、Ｍｏ等の高融点金属等を用いても良いことは勿論である。
【００４１】
（ニ） 次に、フッ酸（ＨＦ）水溶液により第１犠牲膜３４及び第２犠牲膜３５としてのＳｉＯ２膜を、図４（ｄ）に示すようにエッチング除去すれば、第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタが完成する。
【００４２】
以上のように、第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは極めて簡単な製造工程で製造可能である。
【００４３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは、図５に示すように、入力用共振子７１と、この入力用共振子７１を高次の共振モードで振動させるように、入力用共振子７１に近接して配置された入力用駆動電極（５１，５２，９１）と、入力用共振子７１に接続された結合子１０と、この結合子１０に接続され、入力用共振子７１の振動により励振される出力用共振子７３と、この出力用共振子７３の振動を静電容量の変化により検知するための検出用電極（５５，９３）とを備え、入力用共振子７１の特定の高次のモードのみを利用して、特定の周波数のマイクロ波信号を通過させるマイクロメカニカルフィルタである。図１と重複する内容は説明を省略するが、第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいては、入力用共振子７１と出力用共振子７３の構造及び寸法は互いに同一ではない。即ち、入力用共振子７１は最高次の３次共振モードを含む多モードの共振、出力用共振子７３は最高次の２次共振モードを含む多モードの共振をするものである。このため入力用共振子７１よりも出力用共振子７３の長さが短くなっており、入力用共振子７１の３次共振周波数ｆ１３と出力用共振子７３の２次共振周波数ｆ２２は目的とするマイクロメカニカルフィルタの通過周波数ｆ０に一致するように設定されている。
【００４４】
第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいては、図２に示す各々の共振における振動モードに対応して効率よく共振を起こせるように、入力用共振子７１に対し、入力用駆動電極として２つの入力用下部電極５１，５２と１つの入力用上部電極９１が配置されている。一方、出力用共振子７３に対しては、検出用電極として１つの出力用下部電極５５と１つの出力用上部電極９３が配置されている。第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタで説明したように、２次共振モードは１次共振モードの１．７倍、３次共振モードは１次共振モードの２．３倍の共振周波数であり、２次、３次の共振モードの共振周波数が整数倍に増大するものではない。このため、図６（ａ）に示す入力用共振子７１における１次共振モードの共振周波数ｆ１１，２次共振モードの共振周波数ｆ１２と、図６（ｂ）に示す出力用共振子７３における１次共振モードの共振周波数ｆ２１は一致することがない。
【００４５】
しかしながら、第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタでは、図６（ａ）に示す入力用共振子７１の３次モードの共振周波数ｆ１３と図６（ｂ）に示す出力用共振子７３の２次モードの共振周波数ｆ２２とが共振周波数が一致するように設計されている。入力信号ｖ１に入力用共振子７１の１次と２次の共振周波数成分が含まれており、入力用共振子７１が多モードで共振したとしても、出力用共振子７３は入力用共振子７１の１次共振モードの共振周波数ｆ１１，２次共振モードの共振周波数ｆ１２とでは共振しないため、結局、素子全体としては両者の共振が一致する通過周波数ｆ０＝ｆ１３＝ｆ２２でのみ信号が通過することになる。
【００４６】
第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいては、第１の実施の形態と異なり、共振子と電極のギャップ長やバイアス電圧を設定し、静電気力の分布を制御することにより単一振動モードで励振するのではなく、多モードで振動する入力用共振子７１と出力用共振子７３の構造（形状）及び寸法を変えて、両者の低次共振周波数をずらすことにより目的以外の低次の共振の影響を無くしている。この様に多モードで振動する共振子を用いても、第１の実施の形態と単一振動モードで励振する振動子を用いたマイクロメカニカルフィルタと同様な、１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域における動作を実現出来る。
【００４７】
第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの製造方法の説明は、第１の実施の形態と重複するため省略する。
【００４８】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは、図７に示すように、両端をそれぞれ固定したドープド・ポリシリコンからなる円板状の入力用共振子７４及び出力用共振子７５と、入力用共振子７４と出力用共振子７５とを接続する結合子１０を備えている。入力用共振子７４と出力用共振子７５は図７（ａ）中、ｘ−ｙ平面内において広がり振動を行う。ここで、「広がり振動」とは、入力用共振子７４をなす円の半径ｒ１及び出力用共振子７５をなす円の半径ｒ２が変化するような２次元の伸縮振動である。
【００４９】
第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは、図７（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板３１と、Ｓｉ基板３１の上部に配置された第１絶縁膜３２と、第１絶縁膜３２の上に配置された第２絶縁膜３３が配置された構造を基体としている。即ち、入力用共振子７４と出力用共振子７５のそれぞれの中央部を固定し円板状構造を実現する接続電極４５が、図８（ｄ）に示す第１絶縁膜３２と第２絶縁膜３３とからなる複合膜上に配置されている。第１絶縁膜３２と第２絶縁膜３３とからなる複合膜により、この上に配置された接続電極４５が、Ｓｉ基板３１と絶縁される。例えば、第１絶縁膜３２としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、第２絶縁膜３３としてシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を用いることが可能である。
【００５０】
接続電極４５は、導電性材料であれば、種々の材料が採用可能である。入力用共振子７４及び出力用共振子７５と同様にドープド・ポリシリコンを採用するのが、製造工程が容易になるので好ましい。接続電極４５の電気抵抗を下げ、電気機械変換効率ηｅを向上するためには、金属が好ましく、製造工程を考慮すれば、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ等の高融点金属が、接続電極４５として好ましい。或いは、接続電極４５として、高融点金属のシリサイド（ＷＳｉ２，ＴｉＳｉ２，ＭｏＳｉ２）等が採用可能である。
【００５１】
図７（ａ）に示すように、入力用共振子７４の左右には微小な距離ｄを隔てて、入力用駆動電極６１，６２が形成されている。入力用駆動電極６１，６２と第２絶縁膜３３との間には図７（ｂ）に示すように、入力用下地電極５６，５７が形成されている。更に入力用共振子７４と対をなす出力用共振子７５に対しては、出力用検出電極６３，６４が図７（ａ）に示すように形成されている。図示を省略しているが、出力用検出電極６３，６４と第２絶縁膜３３との間には、図７（ｂ）に示すと同様に、出力用下地電極が形成されている。又、入力用共振子７４及び出力用共振子７５との間は、梁状の結合子１０により機械的に結合されている。
【００５２】
入力用駆動電極６１，６２、及び出力用検出電極６３，６４は、導電性材料であれば、種々の材料が採用可能であり、ドープド・ポリシリコン、高融点金属、高融点金属のシリサイド等が採用可能である。製造工程を考慮すると、入力用駆動電極６１，６２及び出力用検出電極６３，６４は、入力用共振子７４及び出力用共振子７５と同一材料であるのが便利である。入力用下地電極５６，５７と接続電極４５とは、同一材料であるのが製造工程を考慮すれば便利である。
【００５３】
第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいては共振周波数を高くしやすい円板上の入力用共振子７４と出力用共振子７５を使用している。広がり振動の共振モードでは第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタのように、静電気力の分布を制御して、低次の共振モードの発生を無くすことは出来ない。このため第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタと同様に第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいては入力用共振子７４と出力用共振子７５の寸法、即ち、円の半径ｒを変えてある。入力用共振子７４は２次共振モードを、出力用共振子７５は３次共振モードを利用しようとするものである。
【００５４】
このため入力用共振子７４よりも出力用共振子７５の半径が長くなっており、入力用共振子７４の２次共振周波数と出力用共振子７５の３次共振周波数は通過周波数ｆ０に一致するように設定されている。
【００５５】
第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいても通過周波数ｆ０より低い周波数では共振周波数は一致することがなく、入力用共振子７４の２次共振周波数と出力用共振子７５の３次共振周波数で初めて両者の共振が一致する。このため、結合子１０の伸縮振動（ｘ方向に棒の長さが変化するような振動）を介し、第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタと同様に、素子全体としては両者の共振が一致する共振周波数ｆ０でのみ信号が通過することになる。第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいては第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタと同様に共振子の形状を変えて両者の低次共振周波数をずらすことにより低次の共振の影響を無くすことが出来、第１の実施の形態と同様に、１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域における動作を実現出来る。
【００５６】
図７（ａ）のＡ−Ａ’方向に沿った工程断面図である図８を用いて、第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタ製造方法を説明する。
【００５７】
（イ） まずＳｉ基板３１上に第１絶縁膜３２を形成し、更に、第１絶縁膜３２の上に、第２絶縁膜３３を形成する。例えば、第１絶縁膜３２としては、Ｓｉ基板３１を熱酸化した熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）、第２絶縁膜３３としてはＣＶＤ法で堆積したＳｉ３Ｎ４膜を用いることが可能である。次にＣＶＤ法によりノンドープ・ポリシリコン膜を堆積し、この多結晶シリコン膜に３１Ｐ＋等の不純物イオンを注入 し、更にアニールして、導電性のドープド・ポリシリコン膜を形成する。この後、フォトリソグラフィ工程とＲＩＥ法を用いて、ドープド・ポリシリコン膜をパターニングし、図８（ａ）に示すように接続電極４５、入力用下地電極５６，５７を形成する。図８（ａ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ’方向に沿った工程断面図であるため、図示を省略しているが、第２絶縁膜３３上の他の部分には、同様に、出力用下地電極が形成されることは勿論である。なお、ドープド・ポリシリコン膜の代わりに、真空蒸着法、スパッタリング法、或いはＣＶＤ法等でＷ、Ｔｉ、Ｍｏ等の高融点金属を堆積し、この高融点金属をパターニングして、接続電極４５、入力用下地電極５６，５７及び出力用下地電極電極等を形成しても良いことは勿論である。
【００５８】
（ロ） 次に、接続電極４５、入力用下地電極５６，５７及び出力用下地電極（図示省略）の上部に犠牲膜３６を堆積する。犠牲膜３６として、例えば、ＣＶＤ法によりＳｉＯ２膜３６を形成すれば良い。そして、フォトリソグラフィ工程とＲＩＥ法を用いて、図８（ｂ）に示すようにパターニングし、接続電極４５の一部、及び入力用下地電極５６，５７の一部を露出させる。
【００５９】
（ハ） 次にＣＶＤ法によりノンドープ・ポリシリコン膜を形成、次いで導電性を与えるために、不純物イオンを注入した後、図７（ａ）の平面図及び図８（ｃ）の工程断面図に示すように、ＲＩＥによりパターニングして、入力用共振子７４、出力用共振子７５、結合子１０、入力用駆動電極６１，６２、及び出力用検出電極６３，６４を形成する。ノンドープ・ポリシリコン膜を形成後に不純物イオンを注入して導電性にするのではなく、ＣＶＤ時にＰＨ３やＡｓＨ３等のドーパントガスを用いて、不純物元素を気相中からドープする方法で、ドープド・ポリシリコン膜を直接堆積しても良い。
【００６０】
（ニ） 次に、ＨＦ水溶液により犠牲膜３６を、図８（ｄ）に示すようにエッチング除去すれば、第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタが完成する。
【００６１】
以上のように、第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは極めて簡単な製造工程で製造可能である。
【００６２】
（携帯型情報端末）
図９には、第１〜第３の実施の形態で説明したマイクロメカニカルフィルタを、高周波（ＲＦ）フィルタ１１及び中間周波数（ＩＦ）フィルタ１２として備える携帯型情報端末の受信回路を示す。
【００６３】
図９に示す携帯型情報端末の受信回路は、ＲＦフロントエンド部として、第１〜第３の実施の形態で説明したマイクロメカニカルフィルタを用いたＲＦフィルタ１１、ＲＦフィルタ１１に接続されたミキサ１８、ミキサ１８に接続された局部発振器１９を備える。ミキサ１８は、ＲＦフィルタ１１の出力するＲＦ信号と局部発振器１９の出力するＲＦ信号とを混合し、例えば２００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの中間周波数（ＩＦ）の信号を生成する。ＲＦフィルタ１１にはアンテナスイッチ１７を介して、第１アンテナ１５及び第２アンテナ１６が接続されている。図９において、２本の、第１アンテナ１５及び第２アンテナ１６が接続されているがこれは例示であり、アンテナの本数は２本に限定されない。ミキサ１８で混合された第１アンテナ１５及び第２アンテナ１６が受信したＲＦ信号と局部発振器１９の出力するＲＦ信号とは、第１〜第３の実施の形態で説明したマイクロメカニカルフィルタを用いたＩＦフィルタ１２に伝達される。
【００６４】
ＩＦフィルタ１２には、増幅器２０が接続され、増幅器２０には、Ｉ／Ｑ復調回路を備えるレシーバＬＳＩチップ３が接続されている。レシーバＬＳＩチップ３には、共振器２８を備えたＩＱ発信器２７が接続されている。ＩＦフィルタ１２により、第１アンテナ１５及び第２アンテナ１６が受信したＲＦ信号と局部発振器１９の出力するＲＦ信号との差の周波数が抽出され、増幅器２０により、差の周波数であるＩＦ信号が増幅され、安定化される。このＩＦ信号は、レシーバＬＳＩチップ３により直交位相復調され、互いに９０°位相がずれたＩ信号及びＱ信号が生成される。レシーバＬＳＩチップ３が備えるミキサ２１及びミキサ２２において、更に低周波、例えば１０ＭＨｚ以下のベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号がそれぞれ生成される。ベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、それぞれ、増幅器２３，２４で増幅された後、ベースバンドフィルタ１３，１４に入力される。ベースバンドフィルタ１３，１４を介したベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、更に、Ａ−Ｄ変換器２５，２６でディジタル信号に変換され、図示を省略したディジタルベースバンドプロセッサ（ＤＢＢＰ）に入力される。即ち、ベースバンドフィルタ１３及びベースバンドフィルタ１４を介してそれぞれ抽出されたベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、Ａ−Ｄ変換器２５及びＡ−Ｄ変換器２６により、ディジタルのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号となり、ディジタルベースバンドプロセッサ（ＤＢＢＰ）により信号処理される。
【００６５】
図１０は、携帯型情報端末の送信回路２を示す。送信回路２のベースバンド処理部にはディジタルベースバンドプロセッサ（ＤＢＢＰ）からのディジタルのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号をアナログ信号に変換するＤ−Ａ変換器６５，６６がそれぞれ備えられている。ディジタルのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、Ｄ−Ａ変換器６５及びＤ−Ａ変換器６６により、アナログのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号となり、ベースバンドフィルタ６１及びベースバンドフィルタ６２を介して、変調器ＬＳＩチップ５の増幅器８８，８９に入力される。
【００６６】
変調器ＬＳＩチップ５は、増幅器８８，８９と、増幅器８８，８９に接続されたミキサ８５，８６を備える。変調器ＬＳＩチップ５は、更に、発振器６０及び移相器８７を備える。ミキサ８５及びミキサ８６には、発振器６０からの搬送波のＲＦ周波数が、移相器８７により互いに９０°位相がずらされて供給される。増幅器８８，８９の出力は、ミキサ８５，８６において発振器６０からの搬送波のＲＦ周波数と混合され、変調される。変調器ＬＳＩチップ５は、更に、加算器８４及び加算器８４の出力に接続された増幅器８３を備える。ミキサ８５及びミキサ８６の出力は、加算器８４に入力され、加算器８４の出力は増幅器８３に入力される。増幅器８３の出力は、送信回路２のＲＦフロントエンド部を構成するＭＭＩＣ４に供給される。ＭＭＩＣ４には多段接続されたマイクロ波用パワートランジスタ８１，８２を備え、ＲＦ増幅後、アンテナスイッチ１７を介して、第１アンテナ１５及び第２アンテナ１６に供給される。
【００６７】
図９及び図１０に示す携帯型情報端末においては、空洞共振器やインダクタを用いたＬＣ回路の代わりに、小型のマイクロメカニカルフィルタを、ＲＦフィルタ１１及びＩＦフィルタ１２として用いているので、小型薄型、且つ低消費電力の１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域で使用可能な携帯型情報端末が実現出来る。勿論、図９のベースバンドフィルタ１３，１４、或いは図１０のベースバンドフィルタ６１，６２等の、低周波領域におけるフィルタ等にも適用可能であるが、本発明のマイクロメカニカルフィルタの高周波特性を鑑みれば、３００ＭＨｚ以上、特に１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域におけるフィルタに用いるのが好適である。
【００６８】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６９】
例えば共振子の振動次数はここで示した２次及び３次に限定されない。又、使用する振動もここで示した両持ち梁のたわみ振動や円板の広がり振動に限定されない。例えば円板のたわみ振動などを利用しても良い。
【００７０】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、小型で、３００ＭＨｚ以上、特に１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域における高周波特性に優れたマイクロメカニカルフィルタ及び携帯型情報端末を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの構造図である。
【図２】高次の共振を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の効果を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの製造方法を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの構造図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの動作を説明するための各振動モードを示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの構造図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの製造方法を示す図である。
【図９】第１〜第３の実施の形態で説明したマイクロメカニカルフィルタを、高周波（ＲＦ）フィルタ及び中間周波数（ＩＦ）フィルタとして備える携帯型情報端末の受信回路を示す模式図である。
【図１０】図９に対応する携帯型情報端末の送信回路を示す模式図である。
【図１１】従来のマイクロメカニカルフィルタの構造図である。
【符号の説明】
２…送信回路
３…レシーバＬＳＩチップ
４…ＭＭＩＣ
５…変調器ＬＳＩチップ
１０…結合子
１１…ＲＦフィルタ
１２…ＩＦフィルタ
１３，１４…ベースバンドフィルタ
１５…第１アンテナ
１６…第２アンテナ
１７…アンテナスイッチ
１９…局部発振器
２０…増幅器
２１，２２…ミキサ
２５，２６…Ａ−Ｄ変換器
２７…ＩＱ発信器
２８…共振器
３１…Ｓｉ基板
３２…第１絶縁膜
３３…第２絶縁膜
３４…第１犠牲膜
３５…第２犠牲膜
３６…犠牲膜
４１，４２，４５…接続電極
５１，５２…入力用下部電極
５３，５４，５５…出力用下部電極
５６，５７…入力用下地電極
６０…発振器
６１，６２…入力用駆動電極
６３，６４…出力用検出電極
６５，６６…Ｄ−Ａ変換器
７１，７４…入力用共振子
７２，７３，７５…出力用共振子
８１，８２…マイクロ波用パワートランジスタ
８３…増幅器
８４…加算器
８５，８６…ミキサ
８７…移相器
８８，８９…増幅器
９１…入力用上部電極
９２，９３…出力用上部電極
１０１ａ…固定電極
１０１ｂ…固定電極
１０２ａ，１０２ｂ…共振子
１０３…結合子
１０４ａ…入力用電極
１０４ｂ…出力用電極
Ｒ１，Ｒ２…終端抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯域で動作可能なマイクロメカニカルフィルタ及びこのマイクロメカニカルフィルタを用いた携帯型情報端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の無線通信技術はめざましい発展を遂げ、情報の高速伝送を目的とした開発が進められている。ＰＨＳシステムや第３世代携帯通信、無線ＬＡＮ等の導入により、無線通信技術で用いられる周波数領域は２ＧＨｚ前後のマイクロ波帯域が利用され、加入者数、端末数等も飛躍的に増大している。搬送波の周波数は更に高周波化が進められ、無線ＬＡＮシステムの５ＧＨｚ帯での商用化も開始された。
【０００３】
この様なマイクロ波帯域の無線通信技術を利用した高周波通信機器においては小型化、軽量化が要求されている。特に、高周波通信機器を携帯型情報端末に利用する場合は、マイクロ波帯域の高周波（ＲＦ）信号を処理するＲＦフロントエンド部が、空洞共振器やＬＣ回路の通過帯域特性を用いてフィルタリングしていたため、装置の小型化、薄型化に限界があった。特にＬＣ回路に用いるコイル（インダクタ）の小型化は困難である。更に、コイル（インダクタ）には抵抗損失があるため、俊敏なフィルタ特性を得ることが出来ない欠点がある。
【０００４】
一方、近年、半導体微細加工技術を用いて微細な機械構造を電子回路と一体化して作製するマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）技術が脚光を浴びている。ＭＥＭＳ技術の応用は多岐にわたるが、その１つに微小なメカニカルフィルタ（以下では「マイクロメカニカルフィルタ」という。）がある。この様なマイクロメカニカルフィルタは小型で集積化が可能であることから通信分野への応用が期待されている。
【０００５】
この様なＭＥＭＳ技術を用いたマイクロメカニカルフィルタの一例として図１１に示すような多結晶シリコンを用いたマイクロメカニカルフィルタが報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。図１１では、Ｓｉ３Ｎ４層とＳｉＯ２層よりなる絶縁層が形成されたＳｉ基板（図示せず）に、不純物を添加した多結晶シリコン（以下において、「ドープド・ポリシリコン」という。）からなる固定電極１０１ａと１０１ｂを両側の支点とし、ドープド・ポリシリコンからなる共振子１０２ａと１０２ｂが両持ち梁状に形成されている。又、両持ち梁共振子１０２ａの下には微小な距離ｄを隔てて入力用電極１０４ａが、両持ち梁共振子１０２ｂの下には出力用電極１０４ｂが形成されている。更に両持ち梁共振子１０２ａと１０２ｂとの間は結合子１０３により機械的に結合されている。図１１に示すマイクロメカニカルフィルタにおいては、導電性の両持ち梁共振子１０２ａと１０２ｂを固定電極１０１ｂを介して電圧Ｖｐでバイアスし、入力用電極１０４ａに交流信号ｖ１を入力すると、両持ち梁共振子１０２ａとの間にｚ方向の静電気力が生じる。交流信号ｖ１の周波数が両持ち梁共振子１０２ａの共振周波数に一致すると両持ち梁共振子１０２ａは大きくｚ方向にたわみ振動し、その振動は結合子１０３を介して両持ち梁共振子１０２ｂに伝えられる。両持ち梁共振子１０２ｂが両持ち梁共振子１０２ａと同一構造であれば、その共振周波数も同一であるため、結合子１０３により伝えられた振動により両持ち梁共振子１０２ｂも共振する。その結果、両持ち梁共振子１０２ｂと出力用電極１０４ｂ間の静電容量が変化し、交流電流ｉ２が流れることになる。結果として、入力交流電圧ｖ１の周波数が両持ち梁共振子１０２ａ、１０２ｂの共振周波数に近いときにのみ出力交流電流ｉ２が得られることになる。したがってこの素子を共振子の共振周波数ｆ０を中心周波数とするバンドパスフィルタとみなすことが出来る。このフィルタの帯域は主に両持ち梁共振子１０２ａ、１０２ｂの寸法によって決り、良好なフィルタ特性を得るためには入力端を適切な値の抵抗Ｒ１、出力端を適切な値のＲ２によって終端する必要がある。
【０００６】
【非特許文献１】
クラークＴ．Ｃ．グェン（Ｃｌａｒｋ Ｔ．Ｃ． Ｎｇｕｙｅｎ）：米国電子電気学会（ＩＥＥＥ）トランザクション・オン・マイクロウェーブ・セオリー・アンド・テクニックス（ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ），第４７巻、第８号，１９９９年８月，ｐ．１４８６
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１に示したような従来のマイクロメカニカルフィルタは以下に述べるような大きな問題を有している。マイクロメカニカルフィルタを３００ＭＨｚ以上のマイクロ波帯域で使用するためには、共振子の共振周波数ｆ０を高く、即ち、共振子の寸法を小さくする必要がある。両持ち梁共振子の長さをｌ、厚さをｈ、幅をｗとすると、両持ち梁共振子の共振周波数ｆ０は以下の式（１）で与えられる。即ち、
ｆ０ ∝ ｈ／ｌ２ ・・・・・（１）
であるが、両持ち梁共振子がたわみ振動を行うためには、
ｈ ＜ ｌ ・・・・・（２）
ｗ ＜ ｌ ・・・・・（３）
である必要がある。
【０００８】
一方、図１１に示すマイクロメカニカルフィルタの入力側では、電圧→力の変換の静電変換トランスデューサー、出力側では、振動速度→電流の変換の静電変換トランスデューサーが構成されている。したがって、図１１に示す終端抵抗Ｒ１とＲ２の値は、両持ち梁共振子と入出力電極間に形成される静電変換トランスデューサーの電気機械変換効率ηｅの二乗に反比例する。即ち、
Ｒ１，Ｒ２ ∝ １／ηｅ ２ ・・・・・（４）
である。電極幅ｗｅの静電変換トランスデュサーの静電容量を
Ｃ０ ≒ ｗ・ｗｅ／ｄ ・・・・・（５）
として、静電変換トランスデューサーの電気機械変換効率ηｅは、
ηｅ ＝ Ｖｐ・Ｃ０／ｄ ・・・・・（６）
で与えられる。以上のことから共振周波数ｆ０を上げるために共振子の長さｌを小さくすると、それに応じて共振子の幅ｗを小さくせねばならず、又、電極の幅ｗｅはｌより小さいので、静電容量Ｃ０が小さくなることがわかる。結果として、電気機械変換効率ηｅが小さくなり、ηｅの二乗に反比例する終端抵抗Ｒ１，Ｒ２の値は非常に大きくなることがわかる。しかしながらマイクロメカニカルフィルタに接続する素子とのインピーダンス整合の条件から許される終端抵抗Ｒ１，Ｒ２の値は典型的には５０Ω〜２ｋΩ程度であり、このことがマイクロメカニカルフィルタの高周波化を阻んでおり、従来報告されているマイクロメカニカルフィルタの通過周波数は高々１００ＭＨｚ〜２００ＭＨｚであり、３００ＭＨｚ以上のマイクロ波帯域での動作は困難である。
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、小型で、マイクロ波帯域での高周波特性に優れた、マイクロメカニカルフィルタ及び携帯型情報端末を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、（イ）入力用共振子と、（ロ）この入力用共振子を高次の共振モードで振動させるように、入力用共振子に近接して配置された入力用駆動電極と、（ハ）入力用共振子に接続された結合子と、（ニ）この結合子に接続され、入力用共振子の振動により励振される出力用共振子と、（ホ）この出力用共振子の振動を静電容量の変化により検知するための検出用電極とを備え、入力用共振子の特定の高次のモードのみを利用して、特定の周波数のマイクロ波信号を通過させるマイクロメカニカルフィルタであることを要旨とする。周知のように「マイクロ波」とは、狭義には３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚの電磁波を意味するが、本発明は３００ＭＨｚ〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波、特に１ＧＨｚ〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波の領域で好適である。「入力用共振子の高次のモード」とは、図２（ａ）に示す入力用共振子の両端にのみノード（節）が存在する１次の共振モードよりも高次のモードの意である。即ち、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、入力用共振子の内部に１以上の節が存在する振動モードが「入力用共振子の高次のモード」である。
【００１１】
高次の振動モード（高次のモード）を利用する方法では、例えば３次の共振モードを利用した場合、入力信号の１次と２次の共振モードの周波数付近の周波数成分も通過する問題を考慮する必要がある。このため、特定の高次のモードのみを利用して、他の振動モードを抑制するには、具体的には以下のようにすれば良い。即ち、
入力用駆動電極を、入力用共振子を特定の高次の共振モードのみで振動させるように、高次の共振モードの節点を基準として配置し、出力用共振子を入力用共振子と同一構造とし、入力用共振子及び入力用駆動電極と同一位置関係で出力用共振子に対して検出用電極を配置すれば、特定の高次のモードのみを励振出来る。即ち、静電気力の分布を共振モードの節点を基準として設計し、入力用駆動電極の寸法と位置及びバイアス電圧を制御することにより、利用する高次共振モードよりも低次の共振モードの発生を抑圧することが出来る。
【００１２】
或いは、出力用共振子を入力用共振子とは異なる構造とし、入力用共振子が振動する第１の高次の共振モードとは異なる次数の第２の高次の共振モードで振動し、且つ第１及び第２の高次の共振モードの共振周波数が一致するように検出用電極を配置しても、特定の高次のモードの周波数のみを通過させることが可能である。即ち、マイクロメカニカルフィルタを構成する出力用共振子と入力用共振子の形状を互いに異なるようにし、異なる次数の共振モードでの共振周波数を一致させることにより、素子全体としては両者の共振が一致する通過周波数でのみ信号を通過させることが出来る。
【００１３】
この様にして利用する共振周波数よりも低い共振の影響を無くすことが出来るので、マイクロメカニカルフィルタの寸法を小さくすることなく、３００ＭＨｚ〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波領域への高周波化が達成出来る。しかも、この様なマイクロ波領域において、静電容量の低下による電気機械変換効率ηｅの低下や終端抵抗が大きくなるという問題も発生しない。
【００１４】
入力用共振子及び出力用共振子は、それぞれ両持ち梁構造のたわみ振動をしても良く、互いに半径の異なる円板形状で、それぞれ半径方向に拡がり振動をするようにしても良い。
【００１５】
本発明の第２の特徴は、（イ）アンテナと、（ロ）入力用共振子、出力用共振子及び入力用共振子と出力用共振子とを接続する結合子を有し、入力用共振子及び出力用共振子の特定の高次のモードのみを利用して、アンテナから供給されるマイクロ波信号を通過させるマイクロメカニカルフィルタと、（ハ）局部発振器と、（ニ）マイクロメカニカルフィルタを通過した信号と局部発振器の信号とを混合するミキサとを備える携帯型情報端末であることを要旨とする。ここで、「入力用共振子及び出力用共振子の高次のモード」とは、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、入力用共振子及び出力用共振子の内部に１以上の節が存在する振動モードである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１７】
又、以下に示す第１〜第３の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることが出来る。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは、図１に示すように、入力用共振子７１と、この入力用共振子７１を高次の共振モードで振動させるように、入力用共振子７１に近接して配置された入力用駆動電極（５１，５２，９１）と、入力用共振子７１に接続された結合子１０と、この結合子１０に接続され、入力用共振子７１の振動により励振される出力用共振子７２と、この出力用共振子７２の振動を静電容量の変化により検知するための検出用電極（５３，５４，９２）とを備え、入力用共振子７１の特定の高次のモードのみを利用して、特定の周波数のマイクロ波信号を通過させるマイクロメカニカルフィルタである。入力用共振子７１及び出力用共振子７２は、図１に示すように、両端をそれぞれ固定したドープド・ポリシリコンからなる両持ち梁構造をしている。
【００１９】
図１では図示を省略しているが、このマイクロメカニカルフィルタは、図４（ｄ）に示すように、Ｓｉ基板３１と、Ｓｉ基板３１の上部に配置された第１絶縁膜３２と、第１絶縁膜３２の上に配置された第２絶縁膜３３が配置された構造を基体としている。即ち、入力用共振子７１と出力用共振子７２のそれぞれの両端を固定し両持ち梁構造を実現する接続電極４１，４２が、図４（ｄ）に示す第１絶縁膜３２と第２絶縁膜３３とからなる複合膜上に配置されている。第１絶縁膜３２と第２絶縁膜３３とからなる複合膜により、この上に配置された接続電極４１，４２が、Ｓｉ基板３１と絶縁される。例えば、第１絶縁膜３２としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、第２絶縁膜３３としてシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を用いることが可能である。
【００２０】
接続電極４１，４２は、導電性材料であれば、種々の材料が採用可能である。入力用共振子７１及び出力用共振子７２と同様にドープド・ポリシリコンを採用するのが、製造工程が容易になるので好ましい。接続電極４１，４２の電気抵抗を下げ、電気機械変換効率ηｅを向上するためには、金属が好ましく、製造工程を考慮すれば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属が、接続電極４１，４２として好ましい。或いは、接続電極４１，４２として、高融点金属のシリサイド（ＷＳｉ２，ＴｉＳｉ２，ＭｏＳｉ２）等が採用可能である。
【００２１】
図１に示すように、入力用共振子７１の上下には微小な距離ｄを隔てて、入力用駆動電極として、入力用下部電極５１，５２と入力用上部電極９１が形成されている。更に入力用共振子７１と対をなす出力用共振子７２に対しては、検出用電極として、出力用下部電極５３，５４と出力用上部電極９２が図１に示すのように形成されている。又、入力用共振子７１及び出力用共振子７２との間は、梁状の結合子１０により機械的に結合されている。
【００２２】
入力用下部電極５１，５２、入力用上部電極９１、出力用下部電極５３，５４及び出力用上部電極９２は、導電性材料であれば、種々の材料が採用可能であり、ドープド・ポリシリコン、高融点金属、高融点金属のシリサイド等が採用可能である。製造工程を考慮すると、入力用下部電極５１，５２及び出力用下部電極５３，５４は、接続電極４１，４２と同一材料であるのが便利である。
【００２３】
図１に示すマイクロメカニカルフィルタにおいては、導電性の入力用共振子７１と出力用共振子７２を接続電極４２を介して電圧Ｖｐでバイアスし、入力用上部電極９１に交流信号ｖ１を入力すると、入力用共振子７１との間にｚ方向の静電気力が生じる。交流信号ｖ１の周波数が入力用共振子７１の共振周波数に一致すると入力用共振子７１は大きくｚ方向にたわみ振動し、その振動は結合子１０を介して出力用共振子７２に伝えられる。出力用共振子７２が入力用共振子７１と同一構造であるので、その共振周波数も同一であるため、結合子１０により伝えられた振動により出力用共振子７２も共振する。その結果、出力用共振子７２と出力用上部電極９２間の静電容量が変化し、交流電流ｉ２が流れることになる。結果として、入力交流電圧ｖ１の周波数が入力用共振子７１、出力用共振子７２の共振周波数に近いときにのみ出力交流電流ｉ２が得られることになる。したがって入力用共振子７１と出力用共振子７２の共通の周波数ｆ０を通過周波数とするバンドパスフィルタとみなすことが出来る。
【００２４】
第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは、図２（ｃ）及び図３に示した３次の振動モードの節の位置に、入力用下部電極５１，５２と入力用上部電極９１との境界部が存在するように、電極配置が設計されている。同様に、３次の振動モードの節の位置に、出力用下部電極５３，５４と出力用上部電極９２との境界部が存在するように、電極配置が設計されている。この様な電極配置にしておけば、後述の説明から明らかなように、１次と２次の共振を防止し、３次の共振のみを利用するマイクロメカニカルフィルタを実現出来、高周波化が達成される。
【００２５】
図２は１次から３次までの共振時の振動モードを示している。図２（ｂ）に示す２次の共振は図２（ａ）に示す１次共振の１．７倍、図２（ｃ）に示す３次共振は図２（ａ）に示す１次共振の２．３倍の周波数である。特に、第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは、３次共振のみを利用出来るように、入力用下部電極５１，５２と入力用上部電極９１との境界部、及び出力用下部電極５３，５４と出力用上部電極９２との境界部の位置が設計されており、入力信号の１次と２次の共振周波付近の周波数成分は通過しない。
【００２６】
図３は入力用共振子７１及び出力用共振子７２の３次の振動モードの振動を説明するための図である。図３では、括弧内に出力用共振子７２に対応する符号を付しているが、入力用共振子７１と出力用共振子７２とで動作は基本的に同じである。説明を簡単にするために入力用共振子７１（出力用共振子７２）は０電位とし、入力用下部電極５１，５２（出力用下部電極５３，５４）は直流電圧Ｖｂバイアスされ、入力用上部電極９１（出力用上部電極９２）はＶａでバイアスされて入力電圧ｖ１が印加されているものとする。又、入力用共振子７１（出力用共振子７２）と入力用上部電極９１（出力用上部電極９２）のギャップをｄａ、入力用共振子７１（出力用共振子７２）と入力用下部電極５１，５２（出力用下部電極５３，５４）のギャップをｄｂとする。このときの入力用共振子７１（出力用共振子７２）の長さ方向の座標をｘとし、ｘ方向に単位長さ当たりＱ（ｘ）ｅｘｐ（ｊωｔ）の分布力が加わっているとすると、入力用共振子７１及び出力用共振子７２のｚ方向の変位をξ（ｘ）として、ξ（ｘ）は振動論における周知の関係より、両持ち梁構造のたわみ振動の強制振動解として次式で与えられる。
【００２７】
【数１】
ξ（ｘ）＝ΣＡｍ・Ξｍ（ｘ）・ｅｘｐ（ｊωｔ）／（ωｍ ２−ω２） ・・・・・（７）
ここでωｍとΞｍ（ｘ）はそれぞれｍ次（ｍ＝１，２，３，・・・・・）の共振における角振動数と規準固有関数である。Ｅを入力用共振子７１（出力用共振子７２）のヤング率、Ｉを入力用共振子７１（出力用共振子７２）の断面２次モーメント（＝ｗｈ３／１２）、ρを入力用共振子７１（出力用共振子７２）の密度、Ａを入力用共振子７１（出力用共振子７２）の断面積（＝ｗｈ）とすると、入力用共振子７１（出力用共振子７２）のｍ次の共振角振動数ωｍは、式（８）で与えられる：
ωｍ＝（αｍ／ｌ）２（ＥＩ／ρＡ）１／２ ・・・・・（８）
式（８）における定数αｍは、以下の式（９）の解として与えられる：
ｃｏｓαｍ・ｃｏｓｈαｍ＝１ ・・・・・（９）
Ｘ＝ｘ／ｌとすると、入力用共振子７１（出力用共振子７２）のｍ次の規準固有関数Ξｍ（ｘ）は、以下の式（１０）で与えられる：
【数２】
Ξｍ（ｘ）＝｛（ｓｉｎαｍ−ｓｉｎｈαｍ）（ｃｏｓαｍＸ−ｃｏｓｈαｍＸ）−（ｃｏｓαｍ−ｃｏｓｈαｍ）（ｓｉｎαｍＸ−ｓｉｎｈαｍＸ）｝／（ｓｉｎαｍ−ｓｉｎｈαｍ） ・・・・・（１０）
式（７）のＡｍは、分布力Ｑ（ｘ）を規準固有関数Ξｍ（ｘ）でフーリエ展開表示した場合の係数で、次式（１１）で与えられる。
【００２８】
Ａｍ＝∫Ｑ（ｘ）Ξｍ（ｘ）ｄｘ／Ｍ ・・・・・（１１）
式（１１）で、Ｍは入力用共振子７１（出力用共振子７２）の質量である。電極５１，５２，９１（５３，５４，９２）の配置を図３のようにした場合、分布力Ｑ（ｘ）は入力用共振子７１（出力用共振子７２）の変位ξが小さければ、次式（１２ａ）及び（１２ｂ）で与えられる。
【００２９】
【数３】
【００３０】
式（１０），（１２ａ）及び（１２ｂ）を式（１１）に代入し計算すると、フーリエ展開表示の係数Ａｍは、
【数４】
Ａｍ＝（ε０・ｗ・ｖ１／ρＡ）［（Ｖａ／ｄａ ２）∫ＩＩΞｍ（ｘ）ｄｘ−（Ｖｂ／ｄｂ ２）∫Ｉ ＋ＩＩＩΞｍ（ｘ）ｄｘ］ ・・・・・（１３）
となる。ここでＩは０＜ｘ＜ｘ１，ＩＩはｘ１＜ｘ＜１−ｘ１，ＩＩＩは１−ｘ１＜ｘ＜ｌでの積分を示す。ｍ＝２のとき、規準固有関数Ξｍ（ｘ）はｘ＝１／２に関し反対称であるから、式（１３）のすべての積分は０となる。即ち、フーリエ展開表示の係数Ａ２＝０である。
【００３１】
一方、ｍ＝１のとき、
【数５】
Ａ１＝（ε０・ｗ・ｖ１／ρＡ）［（Ｖａ／ｄａ ２）∫ＩＩΞ１（ｘ）ｄｘ−（Ｖｂ／ｄｂ ２）∫Ｉ ＋ＩＩＩΞ１（ｘ）ｄｘ］ ・・・・・（１４）
に、式（１０）を代入して、ｘ１／ｌ＝０．３５６に選ぶと、
【数６】
Ａ１＝（ε０・ｗ・ｖ１／ρＡ）［０．４００（Ｖａ／ｄａ ２）−０．４３１１（Ｖｂ／ｄｂ ２）］ ・・・・・（１５）
となる。ｘ１／ｌ＝０．３５６は、図２（ｃ）に示す３次の振動モードにおいて変位ξ（ｘ）が０になる、いわゆる節の位置である。ｘ１／ｌ＝０．３５６に選ぶことにより、効率よく３次共振を起こすことが出来る。
【００３２】
この様に、特に電極５１，５２，９１（５３，５４，９２）の配置を示す座標ｘ１をｘ１／ｌ＝０．３５６に選んだ場合でおけば、フーリエ展開表示の係数Ａ１を０に出来る条件が存在する。例えば、入力用共振子７１（出力用共振子７２）と入力用下部電極５１，５２（出力用下部電極５３，５４）のギャップｄｂと、入力用共振子７１（出力用共振子７２）と入力用上部電極９１（出力用上部電極９２）のギャップｄａを同じにしたときは、式（１５）から、Ｖａ／Ｖｂ＝０．９２７のときにＡ１が０になる。ｄａ＝ｄｂ条件は、後述するマイクロメカニカルフィルタ製造工程が容易になるので、好都合である。
【００３３】
又、Ｖａ＝Ｖｂ即ち、直流電源の数を減らすために入力用下部電極５１，５２（出力用下部電極５３，５４）と入力用上部電極９１（出力用上部電極９２）に対するバイアス電圧を同じにしたときにはｄａ／ｄｂ＝１．０４のときにＡ１が０になる。
【００３４】
以上のように、ある条件下で、フーリエ展開表示の係数Ａ１とＡ２を０に出来るということは、入力信号ｖ１に１次共振の角振動数ω１と２次共振の角振動数ω２の成分が含まれていても共振が生じないことを意味している。したがって、図２（ｃ）及び図３に示した３次の振動モードの節の位置（ｘ１／ｌ＝０．３５６）に、入力用下部電極５１，５２（出力用下部電極５３，５４）と入力用上部電極９１（出力用上部電極９２）との境界部が存在するように、電極配置を設計しておけば、バイアス電圧の調整により１次と２次の共振が生ぜず、３次の共振のみを利用するマイクロメカニカルフィルタを実現することが出来る。
【００３５】
実際上は、ギャップを一定にしたときのＶａ／Ｖｂ≒１であり、又、バイアス電圧を一定にしたときのｄａ／ｄｂ≒１であるから、バイアス電圧をＶｐ＝Ｖａ＝Ｖｂ、ギャップをｄ＝ｄａ＝ｄｂとしても良い。図１の構造例はこの場合である。
【００３６】
本発明の第１の実施の形態によれば低次の共振が生じないため、高次振動を利用することが出来、マイクロメカニカルフィルタの寸法を、現在の微細加工技術の限界よりも、小さくすることなく高周波化が達成出来る。例えば、１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域の、若しくは更に高周波のマイクロ波帯域における動作を実現出来る。更に、１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域において、静電容量の低下による電気機械変換効率ηｅの低下が生ぜず、終端抵抗Ｒ１，Ｒ２が大きくなるという問題を回避出来る。なお、第１の実施の形態は３次共振を用いるマイクロメカニカルフィルタの例であるが、同様の方法により他の高次共振を用いるマイクロメカニカルフィルタを実現することが可能である。例えば、５次の振動モードであれば、５次の振動モードの節の位置に３つの入力用下部電極（出力用下部電極）と２つの入力用上部電極（出力用上部電極）との境界部が存在するように設計すれば良い。
【００３７】
図１のＡ−Ａ’方向に沿った工程断面図である図４を用いて、第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタ製造方法を説明する。
【００３８】
（イ） まずＳｉ基板３１上に第１絶縁膜３２を形成し、更に、第１絶縁膜３２の上に、第２絶縁膜３３を形成する。例えば、第１絶縁膜３２としては、Ｓｉ基板３１を熱酸化した熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）、第２絶縁膜３３としてはＣＶＤ法で堆積した窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を用いることが可能である。次にＣＶＤ法によりノンドープ（不純物を添加しない）の多結晶シリコン膜（ノンドープ・ポリシリコン膜）を堆積し、この多結晶シリコン膜にリン（３１Ｐ＋）等の不純物イオンをイオン注入し、更にアニールして、導電性のドープド・ポリシリコン膜を形成する。この後、フォトリソグラフィ工程と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて、ドープド・ポリシリコン膜をパターニングし、図４（ａ）に示すように接続電極４１，４２、入力用下部電極５１，５２を形成する。したがって、図２（ｃ）及び図３に示した３次の振動モードの節の位置（ｘ１／ｌ＝０．３５６）に、入力用下部電極５１，５２の内側に位置するそれぞれの端部が存在するようにパターニングされる。図４（ａ）は、図１のＡ−Ａ’方向に沿った工程断面図であるため、図示を省略しているが、第２絶縁膜３３上の他の部分には、同様に、出力用下部電極５３，５４が形成されることは勿論である。したがって、図２（ｃ）及び図３に示した３次の振動モードの節の位置（ｘ１／ｌ＝０．３５６）に、出力用下部電極５３，５４の内側に位置するそれぞれの端部が存在するようにパターニングされる。なお、ドープド・ポリシリコン膜の代わりに、真空蒸着法、スパッタリング法、或いはＣＶＤ法等でＷ、Ｔｉ、Ｍｏ等の高融点金属を堆積し、この高融点金属をパターニングして、接続電極４１，４２、入力用下部電極５１，５２及び出力用下部電極５３，５４を形成しても良いことは勿論である。
【００３９】
（ロ） 次に、接続電極４１，４２、入力用下部電極５１，５２及び出力用下部電極５３，５４の上部に第１犠牲膜３４を堆積する。第１犠牲膜３４として、例えば、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）３４を形成すれば良い。そして、フォトリソグラフィ工程とＲＩＥ法を用いて、図４（ｂ）に示すようにパターニングし、接続電極４１，４２の一部露出させる。次にＣＶＤ法によりノンドープ・ポリシリコン膜を形成、次いで導電性を与えるために、３１Ｐ＋等の不純物イオンをイオン注入した後、図１の鳥瞰図及び図４（ｂ）の断面図に示すように、ＲＩＥによりパターニングして、入力用共振子７１及び出力用共振子７２と結合子１０を形成する。ノンドープ・ポリシリコン膜を形成後に不純物イオンをイオン注入して導電性にするのではなく、ＣＶＤ時にフォスフィン（ＰＨ３）やアルシン（ＡｓＨ３）等のドーパントガスを用いて、不純物元素を気相中からドープする方法で、ドープド・ポリシリコン膜を直接堆積しても良い。
【００４０】
（ハ） 次に、第２犠牲膜３５として、ＣＶＤ法によりＳｉＯ２層を堆積する。次にＣＶＤ法によりドープド・ポリシリコン膜を形成、次いで導電性を与えるために不純物イオンをイオン注入した後、パターニングして、図４（ｃ）に示すように、入力用上部電極９１を形成する。即ち、３次の振動モードの節の位置（ｘ１／ｌ＝０．３５６）に、入力用下部電極５１，５２と入力用上部電極９１との境界部が存在するように、電極配置をパターニングする。図４（ｃ）は、図１のＡ−Ａ’方向に沿った工程断面図であるため、図示を省略しているが、他の部分に位置する出力用共振子７２の上には、同様に出力用上部電極９２が形成されることは勿論である。したがって、３次の振動モードの節の位置（ｘ１／ｌ＝０．３５６）に、出力用下部電極５３，５４と出力用上部電極９２との境界部が存在するように、電極配置をパターニングする。ノンドープ・ポリシリコン膜を形成後に不純物イオンをイオン注入して導電性にするのではなく、不純物元素を気相中からドープする方法で、ドープド・ポリシリコン膜を直接堆積しても良い。又、ドープド・ポリシリコン膜の代わりに、真空蒸着法、スパッタリング法、或いはＣＶＤ法等で、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、若しくはＷ、Ｔｉ、Ｍｏ等の高融点金属等を用いても良いことは勿論である。
【００４１】
（ニ） 次に、フッ酸（ＨＦ）水溶液により第１犠牲膜３４及び第２犠牲膜３５としてのＳｉＯ２膜を、図４（ｄ）に示すようにエッチング除去すれば、第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタが完成する。
【００４２】
以上のように、第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは極めて簡単な製造工程で製造可能である。
【００４３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは、図５に示すように、入力用共振子７１と、この入力用共振子７１を高次の共振モードで振動させるように、入力用共振子７１に近接して配置された入力用駆動電極（５１，５２，９１）と、入力用共振子７１に接続された結合子１０と、この結合子１０に接続され、入力用共振子７１の振動により励振される出力用共振子７３と、この出力用共振子７３の振動を静電容量の変化により検知するための検出用電極（５５，９３）とを備え、入力用共振子７１の特定の高次のモードのみを利用して、特定の周波数のマイクロ波信号を通過させるマイクロメカニカルフィルタである。図１と重複する内容は説明を省略するが、第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいては、入力用共振子７１と出力用共振子７３の構造及び寸法は互いに同一ではない。即ち、入力用共振子７１は最高次の３次共振モードを含む多モードの共振、出力用共振子７３は最高次の２次共振モードを含む多モードの共振をするものである。このため入力用共振子７１よりも出力用共振子７３の長さが短くなっており、入力用共振子７１の３次共振周波数ｆ１３と出力用共振子７３の２次共振周波数ｆ２２は目的とするマイクロメカニカルフィルタの通過周波数ｆ０に一致するように設定されている。
【００４４】
第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいては、図２に示す各々の共振における振動モードに対応して効率よく共振を起こせるように、入力用共振子７１に対し、入力用駆動電極として２つの入力用下部電極５１，５２と１つの入力用上部電極９１が配置されている。一方、出力用共振子７３に対しては、検出用電極として１つの出力用下部電極５５と１つの出力用上部電極９３が配置されている。第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタで説明したように、２次共振モードは１次共振モードの１．７倍、３次共振モードは１次共振モードの２．３倍の共振周波数であり、２次、３次の共振モードの共振周波数が整数倍に増大するものではない。このため、図６（ａ）に示す入力用共振子７１における１次共振モードの共振周波数ｆ１１，２次共振モードの共振周波数ｆ１２と、図６（ｂ）に示す出力用共振子７３における１次共振モードの共振周波数ｆ２１は一致することがない。
【００４５】
しかしながら、第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタでは、図６（ａ）に示す入力用共振子７１の３次モードの共振周波数ｆ１３と図６（ｂ）に示す出力用共振子７３の２次モードの共振周波数ｆ２２とが共振周波数が一致するように設計されている。入力信号ｖ１に入力用共振子７１の１次と２次の共振周波数成分が含まれており、入力用共振子７１が多モードで共振したとしても、出力用共振子７３は入力用共振子７１の１次共振モードの共振周波数ｆ１１，２次共振モードの共振周波数ｆ１２とでは共振しないため、結局、素子全体としては両者の共振が一致する通過周波数ｆ０＝ｆ１３＝ｆ２２でのみ信号が通過することになる。
【００４６】
第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいては、第１の実施の形態と異なり、共振子と電極のギャップ長やバイアス電圧を設定し、静電気力の分布を制御することにより単一振動モードで励振するのではなく、多モードで振動する入力用共振子７１と出力用共振子７３の構造（形状）及び寸法を変えて、両者の低次共振周波数をずらすことにより目的以外の低次の共振の影響を無くしている。この様に多モードで振動する共振子を用いても、第１の実施の形態と単一振動モードで励振する振動子を用いたマイクロメカニカルフィルタと同様な、１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域における動作を実現出来る。
【００４７】
第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの製造方法の説明は、第１の実施の形態と重複するため省略する。
【００４８】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは、図７に示すように、両端をそれぞれ固定したドープド・ポリシリコンからなる円板状の入力用共振子７４及び出力用共振子７５と、入力用共振子７４と出力用共振子７５とを接続する結合子１０を備えている。入力用共振子７４と出力用共振子７５は図７（ａ）中、ｘ−ｙ平面内において広がり振動を行う。ここで、「広がり振動」とは、入力用共振子７４をなす円の半径ｒ１及び出力用共振子７５をなす円の半径ｒ２が変化するような２次元の伸縮振動である。
【００４９】
第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは、図７（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板３１と、Ｓｉ基板３１の上部に配置された第１絶縁膜３２と、第１絶縁膜３２の上に配置された第２絶縁膜３３が配置された構造を基体としている。即ち、入力用共振子７４と出力用共振子７５のそれぞれの中央部を固定し円板状構造を実現する接続電極４５が、図８（ｄ）に示す第１絶縁膜３２と第２絶縁膜３３とからなる複合膜上に配置されている。第１絶縁膜３２と第２絶縁膜３３とからなる複合膜により、この上に配置された接続電極４５が、Ｓｉ基板３１と絶縁される。例えば、第１絶縁膜３２としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、第２絶縁膜３３としてシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を用いることが可能である。
【００５０】
接続電極４５は、導電性材料であれば、種々の材料が採用可能である。入力用共振子７４及び出力用共振子７５と同様にドープド・ポリシリコンを採用するのが、製造工程が容易になるので好ましい。接続電極４５の電気抵抗を下げ、電気機械変換効率ηｅを向上するためには、金属が好ましく、製造工程を考慮すれば、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ等の高融点金属が、接続電極４５として好ましい。或いは、接続電極４５として、高融点金属のシリサイド（ＷＳｉ２，ＴｉＳｉ２，ＭｏＳｉ２）等が採用可能である。
【００５１】
図７（ａ）に示すように、入力用共振子７４の左右には微小な距離ｄを隔てて、入力用駆動電極６１，６２が形成されている。入力用駆動電極６１，６２と第２絶縁膜３３との間には図７（ｂ）に示すように、入力用下地電極５６，５７が形成されている。更に入力用共振子７４と対をなす出力用共振子７５に対しては、出力用検出電極６３，６４が図７（ａ）に示すように形成されている。図示を省略しているが、出力用検出電極６３，６４と第２絶縁膜３３との間には、図７（ｂ）に示すと同様に、出力用下地電極が形成されている。又、入力用共振子７４及び出力用共振子７５との間は、梁状の結合子１０により機械的に結合されている。
【００５２】
入力用駆動電極６１，６２、及び出力用検出電極６３，６４は、導電性材料であれば、種々の材料が採用可能であり、ドープド・ポリシリコン、高融点金属、高融点金属のシリサイド等が採用可能である。製造工程を考慮すると、入力用駆動電極６１，６２及び出力用検出電極６３，６４は、入力用共振子７４及び出力用共振子７５と同一材料であるのが便利である。入力用下地電極５６，５７と接続電極４５とは、同一材料であるのが製造工程を考慮すれば便利である。
【００５３】
第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいては共振周波数を高くしやすい円板上の入力用共振子７４と出力用共振子７５を使用している。広がり振動の共振モードでは第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタのように、静電気力の分布を制御して、低次の共振モードの発生を無くすことは出来ない。このため第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタと同様に第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいては入力用共振子７４と出力用共振子７５の寸法、即ち、円の半径ｒを変えてある。入力用共振子７４は２次共振モードを、出力用共振子７５は３次共振モードを利用しようとするものである。
【００５４】
このため入力用共振子７４よりも出力用共振子７５の半径が長くなっており、入力用共振子７４の２次共振周波数と出力用共振子７５の３次共振周波数は通過周波数ｆ０に一致するように設定されている。
【００５５】
第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいても通過周波数ｆ０より低い周波数では共振周波数は一致することがなく、入力用共振子７４の２次共振周波数と出力用共振子７５の３次共振周波数で初めて両者の共振が一致する。このため、結合子１０の伸縮振動（ｘ方向に棒の長さが変化するような振動）を介し、第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタと同様に、素子全体としては両者の共振が一致する共振周波数ｆ０でのみ信号が通過することになる。第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタにおいては第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタと同様に共振子の形状を変えて両者の低次共振周波数をずらすことにより低次の共振の影響を無くすことが出来、第１の実施の形態と同様に、１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域における動作を実現出来る。
【００５６】
図７（ａ）のＡ−Ａ’方向に沿った工程断面図である図８を用いて、第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタ製造方法を説明する。
【００５７】
（イ） まずＳｉ基板３１上に第１絶縁膜３２を形成し、更に、第１絶縁膜３２の上に、第２絶縁膜３３を形成する。例えば、第１絶縁膜３２としては、Ｓｉ基板３１を熱酸化した熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）、第２絶縁膜３３としてはＣＶＤ法で堆積したＳｉ３Ｎ４膜を用いることが可能である。次にＣＶＤ法によりノンドープ・ポリシリコン膜を堆積し、この多結晶シリコン膜に３１Ｐ＋等の不純物イオンを注入 し、更にアニールして、導電性のドープド・ポリシリコン膜を形成する。この後、フォトリソグラフィ工程とＲＩＥ法を用いて、ドープド・ポリシリコン膜をパターニングし、図８（ａ）に示すように接続電極４５、入力用下地電極５６，５７を形成する。図８（ａ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ’方向に沿った工程断面図であるため、図示を省略しているが、第２絶縁膜３３上の他の部分には、同様に、出力用下地電極が形成されることは勿論である。なお、ドープド・ポリシリコン膜の代わりに、真空蒸着法、スパッタリング法、或いはＣＶＤ法等でＷ、Ｔｉ、Ｍｏ等の高融点金属を堆積し、この高融点金属をパターニングして、接続電極４５、入力用下地電極５６，５７及び出力用下地電極電極等を形成しても良いことは勿論である。
【００５８】
（ロ） 次に、接続電極４５、入力用下地電極５６，５７及び出力用下地電極（図示省略）の上部に犠牲膜３６を堆積する。犠牲膜３６として、例えば、ＣＶＤ法によりＳｉＯ２膜３６を形成すれば良い。そして、フォトリソグラフィ工程とＲＩＥ法を用いて、図８（ｂ）に示すようにパターニングし、接続電極４５の一部、及び入力用下地電極５６，５７の一部を露出させる。
【００５９】
（ハ） 次にＣＶＤ法によりノンドープ・ポリシリコン膜を形成、次いで導電性を与えるために、不純物イオンを注入した後、図７（ａ）の平面図及び図８（ｃ）の工程断面図に示すように、ＲＩＥによりパターニングして、入力用共振子７４、出力用共振子７５、結合子１０、入力用駆動電極６１，６２、及び出力用検出電極６３，６４を形成する。ノンドープ・ポリシリコン膜を形成後に不純物イオンを注入して導電性にするのではなく、ＣＶＤ時にＰＨ３やＡｓＨ３等のドーパントガスを用いて、不純物元素を気相中からドープする方法で、ドープド・ポリシリコン膜を直接堆積しても良い。
【００６０】
（ニ） 次に、ＨＦ水溶液により犠牲膜３６を、図８（ｄ）に示すようにエッチング除去すれば、第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタが完成する。
【００６１】
以上のように、第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタは極めて簡単な製造工程で製造可能である。
【００６２】
（携帯型情報端末）
図９には、第１〜第３の実施の形態で説明したマイクロメカニカルフィルタを、高周波（ＲＦ）フィルタ１１及び中間周波数（ＩＦ）フィルタ１２として備える携帯型情報端末の受信回路を示す。
【００６３】
図９に示す携帯型情報端末の受信回路は、ＲＦフロントエンド部として、第１〜第３の実施の形態で説明したマイクロメカニカルフィルタを用いたＲＦフィルタ１１、ＲＦフィルタ１１に接続されたミキサ１８、ミキサ１８に接続された局部発振器１９を備える。ミキサ１８は、ＲＦフィルタ１１の出力するＲＦ信号と局部発振器１９の出力するＲＦ信号とを混合し、例えば２００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの中間周波数（ＩＦ）の信号を生成する。ＲＦフィルタ１１にはアンテナスイッチ１７を介して、第１アンテナ１５及び第２アンテナ１６が接続されている。図９において、２本の、第１アンテナ１５及び第２アンテナ１６が接続されているがこれは例示であり、アンテナの本数は２本に限定されない。ミキサ１８で混合された第１アンテナ１５及び第２アンテナ１６が受信したＲＦ信号と局部発振器１９の出力するＲＦ信号とは、第１〜第３の実施の形態で説明したマイクロメカニカルフィルタを用いたＩＦフィルタ１２に伝達される。
【００６４】
ＩＦフィルタ１２には、増幅器２０が接続され、増幅器２０には、Ｉ／Ｑ復調回路を備えるレシーバＬＳＩチップ３が接続されている。レシーバＬＳＩチップ３には、共振器２８を備えたＩＱ発信器２７が接続されている。ＩＦフィルタ１２により、第１アンテナ１５及び第２アンテナ１６が受信したＲＦ信号と局部発振器１９の出力するＲＦ信号との差の周波数が抽出され、増幅器２０により、差の周波数であるＩＦ信号が増幅され、安定化される。このＩＦ信号は、レシーバＬＳＩチップ３により直交位相復調され、互いに９０°位相がずれたＩ信号及びＱ信号が生成される。レシーバＬＳＩチップ３が備えるミキサ２１及びミキサ２２において、更に低周波、例えば１０ＭＨｚ以下のベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号がそれぞれ生成される。ベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、それぞれ、増幅器２３，２４で増幅された後、ベースバンドフィルタ１３，１４に入力される。ベースバンドフィルタ１３，１４を介したベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、更に、Ａ−Ｄ変換器２５，２６でディジタル信号に変換され、図示を省略したディジタルベースバンドプロセッサ（ＤＢＢＰ）に入力される。即ち、ベースバンドフィルタ１３及びベースバンドフィルタ１４を介してそれぞれ抽出されたベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、Ａ−Ｄ変換器２５及びＡ−Ｄ変換器２６により、ディジタルのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号となり、ディジタルベースバンドプロセッサ（ＤＢＢＰ）により信号処理される。
【００６５】
図１０は、携帯型情報端末の送信回路２を示す。送信回路２のベースバンド処理部にはディジタルベースバンドプロセッサ（ＤＢＢＰ）からのディジタルのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号をアナログ信号に変換するＤ−Ａ変換器６５，６６がそれぞれ備えられている。ディジタルのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号は、Ｄ−Ａ変換器６５及びＤ−Ａ変換器６６により、アナログのベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号となり、ベースバンドフィルタ６１及びベースバンドフィルタ６２を介して、変調器ＬＳＩチップ５の増幅器８８，８９に入力される。
【００６６】
変調器ＬＳＩチップ５は、増幅器８８，８９と、増幅器８８，８９に接続されたミキサ８５，８６を備える。変調器ＬＳＩチップ５は、更に、発振器６０及び移相器８７を備える。ミキサ８５及びミキサ８６には、発振器６０からの搬送波のＲＦ周波数が、移相器８７により互いに９０°位相がずらされて供給される。増幅器８８，８９の出力は、ミキサ８５，８６において発振器６０からの搬送波のＲＦ周波数と混合され、変調される。変調器ＬＳＩチップ５は、更に、加算器８４及び加算器８４の出力に接続された増幅器８３を備える。ミキサ８５及びミキサ８６の出力は、加算器８４に入力され、加算器８４の出力は増幅器８３に入力される。増幅器８３の出力は、送信回路２のＲＦフロントエンド部を構成するＭＭＩＣ４に供給される。ＭＭＩＣ４には多段接続されたマイクロ波用パワートランジスタ８１，８２を備え、ＲＦ増幅後、アンテナスイッチ１７を介して、第１アンテナ１５及び第２アンテナ１６に供給される。
【００６７】
図９及び図１０に示す携帯型情報端末においては、空洞共振器やインダクタを用いたＬＣ回路の代わりに、小型のマイクロメカニカルフィルタを、ＲＦフィルタ１１及びＩＦフィルタ１２として用いているので、小型薄型、且つ低消費電力の１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域で使用可能な携帯型情報端末が実現出来る。勿論、図９のベースバンドフィルタ１３，１４、或いは図１０のベースバンドフィルタ６１，６２等の、低周波領域におけるフィルタ等にも適用可能であるが、本発明のマイクロメカニカルフィルタの高周波特性を鑑みれば、３００ＭＨｚ以上、特に１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域におけるフィルタに用いるのが好適である。
【００６８】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６９】
例えば共振子の振動次数はここで示した２次及び３次に限定されない。又、使用する振動もここで示した両持ち梁のたわみ振動や円板の広がり振動に限定されない。例えば円板のたわみ振動などを利用しても良い。
【００７０】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、小型で、３００ＭＨｚ以上、特に１〜５ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域における高周波特性に優れたマイクロメカニカルフィルタ及び携帯型情報端末を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの構造図である。
【図２】高次の共振を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の効果を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの製造方法を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの構造図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの動作を説明するための各振動モードを示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの構造図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るマイクロメカニカルフィルタの製造方法を示す図である。
【図９】第１〜第３の実施の形態で説明したマイクロメカニカルフィルタを、高周波（ＲＦ）フィルタ及び中間周波数（ＩＦ）フィルタとして備える携帯型情報端末の受信回路を示す模式図である。
【図１０】図９に対応する携帯型情報端末の送信回路を示す模式図である。
【図１１】従来のマイクロメカニカルフィルタの構造図である。
【符号の説明】
２…送信回路
３…レシーバＬＳＩチップ
４…ＭＭＩＣ
５…変調器ＬＳＩチップ
１０…結合子
１１…ＲＦフィルタ
１２…ＩＦフィルタ
１３，１４…ベースバンドフィルタ
１５…第１アンテナ
１６…第２アンテナ
１７…アンテナスイッチ
１９…局部発振器
２０…増幅器
２１，２２…ミキサ
２５，２６…Ａ−Ｄ変換器
２７…ＩＱ発信器
２８…共振器
３１…Ｓｉ基板
３２…第１絶縁膜
３３…第２絶縁膜
３４…第１犠牲膜
３５…第２犠牲膜
３６…犠牲膜
４１，４２，４５…接続電極
５１，５２…入力用下部電極
５３，５４，５５…出力用下部電極
５６，５７…入力用下地電極
６０…発振器
６１，６２…入力用駆動電極
６３，６４…出力用検出電極
６５，６６…Ｄ−Ａ変換器
７１，７４…入力用共振子
７２，７３，７５…出力用共振子
８１，８２…マイクロ波用パワートランジスタ
８３…増幅器
８４…加算器
８５，８６…ミキサ
８７…移相器
８８，８９…増幅器
９１…入力用上部電極
９２，９３…出力用上部電極
１０１ａ…固定電極
１０１ｂ…固定電極
１０２ａ，１０２ｂ…共振子
１０３…結合子
１０４ａ…入力用電極
１０４ｂ…出力用電極
Ｒ１，Ｒ２…終端抵抗
Claims (6)
- 入力用共振子と、
該入力用共振子を高次の共振モードで振動させるように、前記入力用共振子に近接して配置された入力用駆動電極と、
前記入力用共振子に接続された結合子と、
該結合子に接続され、前記入力用共振子の振動により励振される出力用共振子と、
該出力用共振子の振動を静電容量の変化により検知するための検出用電極
とを備え、前記入力用共振子の特定の高次のモードのみを利用して、特定の周波数のマイクロ波信号を通過させることを特徴とするマイクロメカニカルフィルタ。 - 前記入力用駆動電極は、前記入力用共振子を特定の高次の共振モードのみで振動させるように、前記高次の共振モードの節点を基準として配置され、
前記出力用共振子は、前記入力用共振子と同一構造であり、
前記入力用共振子及び前記入力用駆動電極と同一位置関係で前記出力用共振子に対して前記検出用電極が配置されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロメカニカルフィルタ。 - 前記出力用共振子は、前記入力用共振子とは異なる構造であり、前記入力用共振子が振動する第１の高次の共振モードとは異なる次数の第２の高次の共振モードで振動し、且つ前記第１及び第２の高次の共振モードの共振周波数が一致するように、前記検出用電極の位置関係が配置されてなることを特徴とする請求項１記載のマイクロメカニカルフィルタ。
- 前記入力用共振子及び前記出力用共振子は、それぞれ両持ち梁構造のたわみ振動をすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロメカニカルフィルタ。
- 前記入力用共振子及び前記出力用共振子は、互いに半径の異なる円板形状であり、それぞれ半径方向に拡がり振動をすることを特徴とする請求項３記載のマイクロメカニカルフィルタ。
- アンテナと、
入力用共振子、出力用共振子及び前記入力用共振子と前記出力用共振子とを接続する結合子を有し、前記入力用共振子及び前記出力用共振子の特定の高次のモードのみを利用して、前記アンテナから供給されるマイクロ波信号を通過させるマイクロメカニカルフィルタと、
局部発振器と、
前記マイクロメカニカルフィルタを通過した信号と前記局部発振器の信号とを混合するミキサ
とを備えることを特徴とする携帯型情報端末。
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