JP4739261B2 - MEMS vibrator - Google Patents

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Description

この発明は、振動子、特にＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）振動子の構造に関する。   The present invention relates to a structure of a vibrator, particularly a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) vibrator.

従来から、図９に示すような、基体１０１の主面１０１ａに、互いに対向して設けられた、発振子１０３と電極１０５とを具えたＭＥＭＳ振動子が周知である（例えば、特許文献１）。なお、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示すＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。また、図９（Ｃ）は、図９（Ａ）に示すＸＩＶ−ＸＩＶ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。特許文献１に開示のＭＥＭＳ振動子（以下、従来のＭＥＭＳ振動子とも称する）では、基体１０１は、シリコン基板１０２と、このシリコン基板１０２の主面１０２ａに設けられたＳｉＮ膜１０４を含む。そして、発振子１０３は、基体１０１の主面１０１ａから離間して設けられた発振子振動部１０７、及びこの発振子振動部１０７の両端に設けられていて、発振子振動部１０７を基体１０１に固定する発振子固定部１０９を含んでいる。また、電極１０５は、基体１０１の主面１０１ａに、例えば複数のプラグ１０６に支持されることによって、振動を実質的に起こさせないように固定されている。従来のＭＥＭＳ振動子では、電極１０５に交流電圧を印加するとともに、発振子１０３にバイアス電圧を印加することによって、静電力を利用して発振子振動部１０７を振動させる。そして、発振子振動部１０７が振動することにより、発振子振動部１０７及び電極１０５間の静電容量が変化するため、この静電容量の変化に応じた出力電流を得ることができる。   Conventionally, as shown in FIG. 9, a MEMS vibrator provided with a resonator 103 and an electrode 105 provided on a main surface 101 a of a base 101 so as to face each other is well known (for example, Patent Document 1). . Note that FIG. 9B is an end view of the cut surface along the line XIII-XIII shown in FIG. FIG. 9C is an end view of the cut surface along the line XIV-XIV shown in FIG. In the MEMS vibrator disclosed in Patent Document 1 (hereinafter also referred to as a conventional MEMS vibrator), the base 101 includes a silicon substrate 102 and a SiN film 104 provided on the main surface 102 a of the silicon substrate 102. The oscillator 103 is provided at both ends of the oscillator vibration unit 107 provided at a distance from the main surface 101 a of the base body 101 and at both ends of the oscillator vibration part 107. An oscillator fixing portion 109 to be fixed is included. Further, the electrode 105 is fixed to the main surface 101a of the base body 101 by, for example, a plurality of plugs 106 so that vibration is not substantially caused. In the conventional MEMS vibrator, by applying an AC voltage to the electrode 105 and applying a bias voltage to the oscillator 103, the oscillator vibrator 107 is vibrated using an electrostatic force. Since the vibration between the resonator vibrating portion 107 and the electrode 105 changes due to the vibration of the resonator vibrating portion 107, an output current corresponding to the change in the capacitance can be obtained.

また、従来のＭＥＭＳ振動子では、発振子１０３を挟んで、電極１０５の面対称となる位置に、基体１０１の主面１０１ａに固定された第２の電極を設けても良い（図示せず）。この場合には、電極１０５と発振子振動部１０７の静電容量の変化、及び第２の電極と発振子振動部１０７の静電容量の変化をともに利用して、出力電流を得ることができる。   In the conventional MEMS vibrator, a second electrode fixed to the main surface 101a of the base body 101 may be provided at a position that is symmetrical with respect to the electrode 105 with the oscillator 103 interposed therebetween (not shown). . In this case, an output current can be obtained by using both the change in capacitance between the electrode 105 and the oscillator vibration unit 107 and the change in capacitance between the second electrode and the oscillator vibration unit 107. .

ここで、出力電流ｉは、以下に示す式（１）で表される（例えば、非特許文献１）。   Here, the output current i is expressed by the following formula (1) (for example, Non-Patent Document 1).

i＝Vp(∂C0／∂x) (∂x／∂t)＝−Vp・ε・S(1／x2) (∂x／∂t) （１）
ただし、Ｖｐは発振子１０３に印加するバイアス電圧、Ｃ０は電極１０５及び発振子振動部１０７間の静電容量、εは電極１０５及び発振子振動部１０７間の誘電率、Ｓは電極１０５と発振子振動部１０７との対向面積、また、ｘは電極１０５及び発振子振動部１０７間の離間距離である。そして、式（１）から明らかなように、大きな出力電流ｉを得るためには、Ｖｐを大きくする、Ｓを大きくする、または、ｘを小さくすれば良い。 i = V p (∂C 0 / ∂x) (∂x / ∂t) = - V p · ε · S (1 / x 2) (∂x / ∂t) (1)
Where V p is a bias voltage applied to the oscillator 103, C 0 is a capacitance between the electrode 105 and the oscillator vibrating section 107, ε is a dielectric constant between the electrode 105 and the oscillator vibrating section 107, and S is an electrode 105. And x is a separation distance between the electrode 105 and the resonator vibrating portion 107. As is apparent from the equation (1), in order to obtain a large output current i, V p should be increased, S should be increased, or x should be decreased.

ここで、例えば、非特許文献２では、従来のＭＥＭＳ振動子に対して、発振子１０３に大きなバイアス電圧を印加する、すなわち式（１）におけるＶｐを大きくすることによって、出力電流を増大させる方法が開示されている。
特開２００６−５７３１号公報 Ｆ．Ｄ． Ｂａｎｎｏｎ， ＩＩＩ， Ｊ．Ｒ． Ｃｌａｒｋ， ａｎｄ Ｃ．Ｔ．−Ｃ． Ｎｇｕｙｅｎ， ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ， ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．４，ｐｐ．５１２−５２６，Ａｐｒｉｌ ２０００． “３２ｋＨｚ ＭＥＭＳ−Ｂａｓｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｆｏｒ Ｌｏｗ− Ｐｏｗｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”Ｋｅｎｎｅｔｈ Ｒ． Ｃｉｏｆｆｉ， ａｎｄ Ｗａｎ−Ｔｈａｉ Ｈｓｕ，２００５ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ， ｐｐ．５５１−５５８， ２００５． Here, for example, Non-Patent Document 2, the conventional MEMS transducer, to apply a large bias voltage to the oscillator 103, i.e. by increasing the V p in the formula (1), to increase the output current A method is disclosed.
JP 2006-5731 A F. D. Bannon, III, J.A. R. Clark, and C.C. T.A. -C. Nguyen, IEEE J.M. Solid-State Circuits, vol. 35, no. 4, pp. 512-526, April 2000. “32 kHz MEMS-Based Oscillator for Low-Power Applications” Kenneth R. Cioffi, and Wan-Thai Hsu, 2005 IEEE International Frequency Control Symposium and Exhibition, pp. 551-558, 2005.

しかしながら、従来のＭＥＭＳ振動子では、例えば非特許文献２に開示の方法を用いて出力電流を増大させる場合、発振子１０３に大きなバイアス電圧を印加するために、昇圧回路等のバイアス電圧を上昇させる機器を設ける必要がある。そのため、従来のＭＥＭＳ振動子では、出力電流を増大させるに当たり、コストの増大、または駆動時における消費電力の増大といった問題が生じる。   However, in the conventional MEMS vibrator, for example, when the output current is increased using the method disclosed in Non-Patent Document 2, the bias voltage of the booster circuit or the like is increased in order to apply a large bias voltage to the oscillator 103. It is necessary to install equipment. Therefore, in the conventional MEMS vibrator, when the output current is increased, there arises a problem of an increase in cost or an increase in power consumption during driving.

また、従来のＭＥＭＳ振動子では、上述の式（１）におけるＳを大きくする、すなわち電極１０５と発振子振動部１０７との対向面積を大きくして出力電流を増大させる場合、対向面積の拡大に伴って素子全体が大きくなる。そのため、従来のＭＥＭＳ振動子では、出力電流を増大させるに当たり、素子の縮小化に不利となる。   Further, in the conventional MEMS vibrator, when S in the above formula (1) is increased, that is, when the output current is increased by increasing the facing area between the electrode 105 and the oscillator vibrating portion 107, the facing area is increased. As a result, the entire device becomes larger. For this reason, the conventional MEMS vibrator is disadvantageous in reducing the size of the element when increasing the output current.

また、従来のＭＥＭＳ振動子では、上述の式（１）におけるｘを小さくする、すなわち電極１０５及び発振子振動部１０７間の離間距離を小さくして出力電流を増大させる場合、製造工程において微細加工が必要となる。そのため、従来のＭＥＭＳ振動子では、出力電流を増大させるに当たり、製造が困難となる。   Further, in the conventional MEMS vibrator, when x in the above formula (1) is reduced, that is, when the output current is increased by reducing the separation distance between the electrode 105 and the oscillator vibrating portion 107, fine processing is performed in the manufacturing process. Is required. Therefore, it is difficult to manufacture the conventional MEMS vibrator when increasing the output current.

この発明の目的は、上述の式（１）におけるＶｐ及びＳを大きくすることなく、またｘを小さくすることなく、大きな出力電流を得ることができるＭＥＭＳ振動子を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a MEMS resonator capable of obtaining a large output current without increasing V p and S in the above-described formula (1) and without reducing x.

そこで、上述の目的の達成を図るため、この発明の第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子は、以下の特徴を含む。   In order to achieve the above object, the MEMS vibrator according to the first aspect of the present invention includes the following features.

すなわち、第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子は、発振子と振動型の電極とを具えている。この発振子は、発振子振動部及び発振子固定部を含む。そして、発振子振動部は、基体の主面から離間し、かつこの主面と平行に延在して設けられていて、この主面に平行な面内で振動する。また、発振子固定部は、発振子振動部の端部に設けられていて、発振子振動部を基体に固定している。   That is, the MEMS vibrator according to the first aspect includes an oscillator and a vibration-type electrode. This oscillator includes an oscillator vibrating part and an oscillator fixing part. The oscillator vibrating portion is provided so as to be separated from the main surface of the base body and extend in parallel with the main surface, and vibrates in a plane parallel to the main surface. The oscillator fixing portion is provided at the end of the oscillator vibrating portion, and fixes the oscillator vibrating portion to the base.

また、この振動型の電極は、電極振動部及び電極固定部を具えている。そして、電極振動部は、基体の主面から離間し、かつこの主面と平行に延在して設けられていて、この主面に平行な面内で振動する。また、電極固定部は、電極振動部の端部に設けられていて、電極振動部を基体に固定している。   The vibration type electrode includes an electrode vibrating portion and an electrode fixing portion. The electrode vibrating portion is provided so as to be separated from the main surface of the base body and extend in parallel with the main surface, and vibrates in a plane parallel to the main surface. Moreover, the electrode fixing | fixed part is provided in the edge part of the electrode vibration part, and is fixing the electrode vibration part to a base | substrate.

更に、第１の要旨によれば、発振子と電極とは、互いに離間して配置されている。そして、電極振動部は、発振子振動部の延在方向に対して平行に配置されている。   Further, according to the first aspect, the oscillator and the electrode are arranged apart from each other. The electrode vibrating portion is disposed in parallel to the extending direction of the oscillator vibrating portion.

また、第１の要旨によれば、発振子振動部と電極振動部は、質量、延在方向の長さ（以下、単に長さとも称する）、振動が生じる方向の幅（以下、単に幅とも称する）、主面に垂直な方向の厚み（以下、単に厚みとも称する）、及び基体の主面からの離間距離が等しい。そして、発振子振動部と電極振動部は、互いに面対称に配置されている。   In addition, according to the first aspect, the oscillator vibrating portion and the electrode vibrating portion have a mass, a length in the extending direction (hereinafter also simply referred to as length), and a width in the direction in which vibration occurs (hereinafter simply referred to as width). The thickness in the direction perpendicular to the main surface (hereinafter also simply referred to as thickness) and the distance from the main surface of the substrate are equal. The oscillator vibrating part and the electrode vibrating part are arranged symmetrically with respect to each other.

また、第２の要旨によるＭＥＭＳ振動子は、上述した第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子と下記の点で構成が異なるが、その他の点の構成は共通するので、共通点の説明は省略する。   The MEMS vibrator according to the second aspect differs from the above-described MEMS vibrator according to the first aspect in the following points, but the configuration in other points is the same, and thus description of the common points is omitted.

第２の要旨によれば、発振子振動部と電極振動部は、双方の延在方向の長さは、互いに異なっており、かつ互いに共振した場合の最大振幅の位置を揃えて配置されている。具体的には、電極振動部の延在方向の長さは、発振子振動部の長さの１／√ｎ（ｎは、ｎ＞１の実数）である。更に、電極振動部の質量は、発振子振動部の質量の１／√ｎ（ｎは、ｎ＞１の実数）である。   According to the second aspect, the lengths of the oscillator vibrating portion and the electrode vibrating portion are different from each other in the extending direction, and are arranged with the position of the maximum amplitude when they resonate with each other. . Specifically, the length of the electrode vibrating part in the extending direction is 1 / √n of the length of the oscillator vibrating part (n is a real number where n> 1). Furthermore, the mass of the electrode vibrating portion is 1 / √n of the mass of the oscillator vibrating portion (n is a real number where n> 1).

この発明の第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、電極は、基体の主面から離間し、かつこの主面と平行に延在して設けられた電極振動部と、この電極振動部を基体に固定する電極固定部とを含んでいる。そのため、電極全体が基体に振動不能に固定された従来のＭＥＭＳ振動子とは異なり、第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、電極を構成する電極振動部が、主面に平行な面内で振動可能となる。   In the MEMS vibrator according to the first aspect of the present invention, the electrode is separated from the main surface of the base and extends in parallel with the main surface, and the electrode vibration portion is used as the base. And an electrode fixing part to be fixed. Therefore, unlike the conventional MEMS vibrator in which the entire electrode is fixed to the base so as not to vibrate, in the MEMS vibrator according to the first aspect, the electrode vibrating portion constituting the electrode vibrates in a plane parallel to the main surface. It becomes possible.

そして、電極振動部と発振子振動部は、質量、延在方向の長さ、振動が生じる方向の幅、主面に垂直な方向の厚み、及び基体の主面からの離間距離が等しく、かつ互いに延在方向に平行に、面対称となる位置関係で配置されている。そのため、第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、駆動時、すなわち電極に交流電圧を、また、発振子にバイアス電圧をそれぞれ印加し、電極振動部及び発振子振動部に交番電界を与えたとき、発振子振動部及び電極振動部は、同じ共振周波数で振動する。このとき、発振子振動部及び電極振動部間では、引力と斥力とが交互に生じるため、発振子振動部及び電極振動部は、互いに逆相で振動する。   The electrode vibrating portion and the resonator vibrating portion have the same mass, length in the extending direction, width in the direction in which vibration occurs, thickness in a direction perpendicular to the main surface, and a separation distance from the main surface of the substrate, and They are arranged in parallel with each other and in a positional relationship that is plane-symmetric. Therefore, in the MEMS vibrator according to the first aspect, when driving, that is, when an alternating voltage is applied to the electrode and a bias voltage is applied to the oscillator, and an alternating electric field is applied to the electrode vibrating part and the oscillator vibrating part, The oscillator vibration part and the electrode vibration part vibrate at the same resonance frequency. At this time, since an attractive force and a repulsive force are alternately generated between the oscillator vibrating portion and the electrode vibrating portion, the oscillator vibrating portion and the electrode vibrating portion vibrate in opposite phases.

このように、第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、発振子振動部が振動すると同時に、電極振動部も、発振子振動部と逆相で振動する。そのため、第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、発振子振動部のみが振動する従来のＭＥＭＳ振動子と比して、単位時間当たりの電極振動部及び発振子振動部間の距離の変化量、すなわち上述した式（１）における∂x／∂tが大きくなる。そして、第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、式（１）における∂x／∂tが増大することに起因して、得られる出力電流が大きくなる。従って、第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、従来のＭＥＭＳ振動子とは異なり、上述の式（１）におけるＶｐ及びＳを大きくすることなく、また、ｘを小さくすることなく、大きな出力電流を得ることができる。そのため、第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、従来のＭＥＭＳ振動子で問題となっていたコストの増大、駆動時における消費電力の増大、素子の縮小化における不利、及び製造の困難化が生じない。 As described above, in the MEMS vibrator according to the first aspect, the oscillator vibrating part vibrates, and at the same time, the electrode vibrating part vibrates in a phase opposite to that of the oscillator vibrating part. Therefore, in the MEMS vibrator according to the first aspect, compared with the conventional MEMS vibrator in which only the oscillator vibrating portion vibrates, the amount of change in the distance between the electrode vibrating portion and the oscillator vibrating portion per unit time, that is, In the above equation (1), ∂x / ∂t increases. In the MEMS vibrator according to the first aspect, the output current obtained is increased due to an increase in ∂x / ∂t in the equation (1). Therefore, unlike the conventional MEMS vibrator, the MEMS vibrator according to the first aspect has a large output current without increasing V p and S in the above formula (1) and without reducing x. Can be obtained. Therefore, the MEMS vibrator according to the first aspect does not cause an increase in cost, an increase in power consumption at the time of driving, a disadvantage in downsizing of the element, and a difficulty in manufacturing, which are problems in the conventional MEMS vibrator. .

また、この発明の第２の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子と同様に、電極は、電極振動部と、この電極振動部を基体に固定する電極固定部とを含んでいる。   In the MEMS vibrator according to the second aspect of the present invention, as in the MEMS vibrator according to the first aspect, the electrode includes an electrode vibrating portion and an electrode fixing portion for fixing the electrode vibrating portion to the base. It is out.

そして、この発明の第２の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、電極振動部と発振子振動部は、振動が生じる方向の幅、主面に垂直な方向の厚み、及び基体の主面からの離間距離が等しく、かつ互いに延在方向に平行に、延在方向の一端を揃えて配置されている。また、電極振動部の延在方向の長さは、発振子振動部の長さの１／√ｎ（ｎは、ｎ＞１の実数）である。そのため、第２の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子と同様に、駆動時において、発振子振動部及び電極振動部は、互いに逆相で振動する。   In the MEMS vibrator according to the second aspect of the present invention, the electrode vibrating portion and the resonator vibrating portion have a width in a direction in which vibration occurs, a thickness in a direction perpendicular to the main surface, and a separation distance from the main surface of the substrate. Are equal to each other, and are arranged in parallel with each other in the extending direction with one end in the extending direction aligned. The length of the electrode vibrating portion in the extending direction is 1 / √n of the length of the oscillator vibrating portion (n is a real number where n> 1). Therefore, in the MEMS vibrator according to the second aspect, like the MEMS vibrator according to the first aspect, the oscillator vibrator and the electrode vibrator vibrate in opposite phases during driving.

また、第２の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、発振子振動部と電極振動部との延在方向の長さが異なるため、発振子振動部と電極振動部は、それぞれ異なる共振周波数を有する。すなわち、発振子振動部はｆ０の１次共振周波数を、また、この発振子振動部の長さの１／√ｎの長さに設定された電極振動部はｎｆ０の１次共振周波数を、それぞれ有する。そのため、第２の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、駆動時において、発振子振動部が、電極振動部の振動で励振することによって、この発振子振動部をｎｆ０のｎ次共振周波数で振動させることができる。従って、第２の要旨によるＭＥＭＳ振動子では、第１の要旨によるＭＥＭＳ振動子の効果に加えて、ｎ次共振周波数で発振子振動部を振動させた出力電流を得ることができる。 Further, in the MEMS vibrator according to the second aspect, since the lengths in the extending direction of the oscillator vibrating part and the electrode vibrating part are different, the oscillator vibrating part and the electrode vibrating part have different resonance frequencies. That is, the oscillator vibration part has a primary resonance frequency of f 0 , and the electrode vibration part set to a length 1 / √n of the length of the oscillator vibration part has a primary resonance frequency of nf 0. Respectively. For this reason, in the MEMS vibrator according to the second aspect, at the time of driving, the oscillator vibrating part is excited by the vibration of the electrode vibrating part to vibrate the oscillator vibrating part at the nth-order resonance frequency of nf 0. Can do. Therefore, in the MEMS vibrator according to the second aspect, in addition to the effect of the MEMS vibrator according to the first aspect, it is possible to obtain an output current obtained by vibrating the resonator vibrating portion at the n-th resonance frequency.

以下、図面を参照して、この発明に係るＭＥＭＳ振動子について説明する。なお、各図は、この発明が理解できる程度に、各構成要素の形状、大きさ、及び配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、この発明の構成は、何ら図示の構成例にのみ限定されるものではない。   Hereinafter, a MEMS vibrator according to the present invention will be described with reference to the drawings. Each drawing merely schematically shows the shape, size, and arrangement relationship of each component to the extent that the present invention can be understood. Therefore, the configuration of the present invention is not limited to the illustrated configuration example.

また、以下に説明する実施の形態における、ＭＥＭＳ振動子を構成する各要素の寸法等の具体値などは、単なる一好適例である。従って、ＭＥＭＳ振動子の寸法などは、下記の具体値には限定されず、設計に応じて任意好適な値に設定することができる。   In the embodiment described below, specific values such as dimensions of elements constituting the MEMS vibrator are merely preferred examples. Therefore, the dimensions of the MEMS vibrator and the like are not limited to the following specific values, and can be set to any suitable values depending on the design.

〈第１の実施の形態〉
図１は、この発明のＭＥＭＳ振動子の第１の実施の形態について説明する概略図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すＩ−Ｉ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。また、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示すＩＩ−ＩＩ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。 <First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a first embodiment of a MEMS vibrator according to the present invention. FIG. 1B is an end view of the cut surface taken along the line I-I shown in FIG. Moreover, FIG.1 (C) is the end elevation seen from the arrow direction of the cut surface in the II-II line | wire shown to FIG. 1 (A).

第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子は、基体１１、発振子１３、及び振動型の電極１５を具えている。   The MEMS vibrator according to the first embodiment includes a base 11, an oscillator 13, and a vibrating electrode 15.

基体１１は、シリコン基板１７、及びこのシリコン基板１７の主面１７ａの全面に設けられたＳｉＮ膜１９を含む。なお、主面とは、この第１の実施の形態、後述する各実施の形態、及び各変形例のＭＥＭＳ振動子において、発振子及び電極を具える側の面である。   The base 11 includes a silicon substrate 17 and a SiN film 19 provided on the entire main surface 17 a of the silicon substrate 17. Note that the main surface is a surface on the side including the oscillator and the electrodes in the MEMS vibrators of the first embodiment, each embodiment described later, and each modification.

また、発振子１３は、発振子振動部２１、発振子固定部２３ａ及び２３ｂを含む。これら発振子振動部２１及び発振子固定部２３ａ及び２３ｂは、基体１１の主面１１ａ、すなわちＳｉＮ膜１９の主面１９ａ側に、例えばポリシリコンを材料として形成されている。   The oscillator 13 includes an oscillator vibration unit 21 and oscillator fixing units 23a and 23b. The oscillator vibrating portion 21 and the oscillator fixing portions 23a and 23b are formed on the main surface 11a of the base 11, that is, on the main surface 19a side of the SiN film 19, for example, using polysilicon as a material.

発振子振動部２１は、主面１１ａと平行に延在する棒状体、例えば、好ましくは四角柱状体であって、この発振子振動部２１の延在方向の両端２１ａ及び２１ｂに設けられた発振子固定部２３ａ及び２３ｂと一体的に形成されている。そして、両端２１ａ及び２１ｂに設けられた発振子固定部２３ａ及び２３ｂは、基体１１の主面１１ａと対向する側にプラグ２４ａ及び２４ｂを具えている。これらのプラグ２４ａ及び２４ｂは、シリコン基板１７の主面１７ａに予め形成されている配線２２に機械的及び電気的に接続されている。そして、これらプラグ２４ａ及び２４ｂによって、発振子振動部２１を主面１１ａから離間させて支持するとともに、発振子振動部２１を含む発振子１３を基体１１に固定している。このように、発振子振動部２１を、基体１１の主面１１ａから離間し、かつこの主面１１ａと平行に延在して設けることによって、発振子振動部２１は、主面１１ａに平行な面内で振動することが可能となる。また、発振子固定部２３ａ及び２３ｂの一方には、発振子１３にバイアス電圧を印加するための直流電源２５が接続されている。また、発振子固定部２３ａ及び２３ｂのうち、直流電源２５が接続されているのとは別の他方には、発振子振動部２１の振動を出力電流として取り出すための出力部２６が接続されている。なお、図１では、一例として発振子固定部２３ａに直流電源２５を、また発振子固定部２３ｂに出力部２６を、それぞれ接続した構成例を示している。更に、出力部２６と、この出力部２６が接続された発振子固定部２３ｂとの間には、カップリングコンデンサ２８が設けられている。カップリングコンデンサ２８は、ＭＥＭＳ振動子を駆動させて出力電流を取り出す際に、直流電源２５に由来の直流電流を遮断し、交流電流を選択的に出力部２６に取り出すために設けられている。   The oscillator oscillating portion 21 is a rod-like body extending in parallel with the main surface 11a, for example, preferably a quadrangular columnar body, and is provided at both ends 21a and 21b in the extending direction of the oscillator oscillating portion 21. It is formed integrally with the child fixing parts 23a and 23b. The oscillator fixing portions 23 a and 23 b provided at both ends 21 a and 21 b include plugs 24 a and 24 b on the side facing the main surface 11 a of the base 11. These plugs 24 a and 24 b are mechanically and electrically connected to the wiring 22 formed in advance on the main surface 17 a of the silicon substrate 17. The plugs 24 a and 24 b support the oscillator vibrating portion 21 so as to be separated from the main surface 11 a and fix the oscillator 13 including the oscillator vibrating portion 21 to the base body 11. Thus, by providing the oscillator vibrating portion 21 so as to be separated from the main surface 11a of the base 11 and to extend in parallel with the main surface 11a, the oscillator vibrating portion 21 is parallel to the main surface 11a. It is possible to vibrate in the plane. In addition, a DC power source 25 for applying a bias voltage to the oscillator 13 is connected to one of the oscillator fixing portions 23a and 23b. In addition, an output unit 26 for taking out the vibration of the oscillator vibrating unit 21 as an output current is connected to the other of the oscillator fixing units 23a and 23b other than the DC power supply 25 connected. Yes. In FIG. 1, as an example, a configuration example in which the DC power source 25 is connected to the oscillator fixing unit 23a and the output unit 26 is connected to the oscillator fixing unit 23b is shown. Further, a coupling capacitor 28 is provided between the output unit 26 and the oscillator fixing unit 23b to which the output unit 26 is connected. The coupling capacitor 28 is provided to cut off the direct current derived from the direct current power source 25 and selectively extract the alternating current to the output unit 26 when driving the MEMS vibrator and extracting the output current.

また、電極１５は、発振子１３と離間して配置されている。そして、電極１５は、電極振動部２７及び電極固定部２９ａ及び２９ｂを含む。これら電極振動部２７、電極固定部２９ａ及び２９ｂは、上述した発振子１３と同様に、基体１１の主面１１ａ、すなわちＳｉＮ膜１９の主面１９ａ側に導電性材料、例えば、好ましくはポリシリコンを材料として形成されている。   Further, the electrode 15 is disposed away from the oscillator 13. The electrode 15 includes an electrode vibrating portion 27 and electrode fixing portions 29a and 29b. The electrode vibrating portion 27 and the electrode fixing portions 29a and 29b are formed of a conductive material, for example, preferably polysilicon, on the main surface 11a of the base 11, that is, the main surface 19a side of the SiN film 19, similarly to the oscillator 13 described above. It is formed as a material.

電極振動部２７は、主面１１ａと平行に延在する棒状体、例えば、好ましくは四角柱状体であって、この電極振動部２７の延在方向の両端２７ａ及び２７ｂに設けられた電極固定部２９ａ及び２９ｂと一体的に形成されている。そして、両端２７ａ及び２７ｂに設けられた電極固定部２９ａ及び２９ｂは、基体１１の主面１１ａと対向する側にプラグ３０ａ及び３０ｂを具えている。これらのプラグ３０ａ及び３０ｂは、シリコン基板１７の主面１７ａに予め形成されている配線２２に機械的及び電気的に接続されている。そして、これらプラグ３０ａ及び３０ｂによって、電極振動部２７を主面１１ａから離間させて支持するとともに、電極振動部２７を含む電極１５を基体１１に固定している。このように、電極振動部２７を、基体１１の主面１１ａから離間し、かつこの主面１１ａと平行に延在して設けることによって、電極振動部２７は、主面１１ａに平行な面内で振動することが可能となる。また、電極固定部２９ａ及び２９ｂの一方には、電極１５に交流電圧を印加するための交流電源３１が接続されている。なお、図１では、一例として電極固定部２９ａに交流電源３１を接続した構成例を示している。   The electrode vibrating portion 27 is a rod-like body extending in parallel with the main surface 11a, for example, preferably a square columnar body, and the electrode fixing portions provided at both ends 27a and 27b in the extending direction of the electrode vibrating portion 27 It is formed integrally with 29a and 29b. The electrode fixing portions 29 a and 29 b provided at both ends 27 a and 27 b include plugs 30 a and 30 b on the side facing the main surface 11 a of the base 11. These plugs 30 a and 30 b are mechanically and electrically connected to the wiring 22 formed in advance on the main surface 17 a of the silicon substrate 17. The plugs 30a and 30b support the electrode vibrating portion 27 so as to be separated from the main surface 11a, and fix the electrode 15 including the electrode vibrating portion 27 to the base 11. Thus, by providing the electrode vibrating portion 27 so as to be separated from the main surface 11a of the base 11 and to extend in parallel with the main surface 11a, the electrode vibrating portion 27 is provided in an in-plane parallel to the main surface 11a. It becomes possible to vibrate. An AC power supply 31 for applying an AC voltage to the electrode 15 is connected to one of the electrode fixing portions 29a and 29b. In addition, in FIG. 1, the structural example which connected AC power supply 31 to the electrode fixing | fixed part 29a is shown as an example.

ここで、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子は、駆動時に、発振子振動部２１と電極振動部２７とを、等しい共振周波数で、かつ互いに逆相で振動させる。これによって、単位時間当たりの電極振動部２７及び発振子振動部２１間の離間距離ｘ１の変化量、すなわち式（１）における∂x／∂tが増大し、その結果、大きな出力電流を得ることができる。そこで、発振子振動部２１と電極振動部２７とを、等しい共振周波数で、かつ互いに逆相で振動させるために、発振子振動部２１と電極振動部２７は、延在方向に対して互いに平行に配置され、かつ互いに同一の形状及び質量で形成されている。 Here, the MEMS vibrator according to the first embodiment vibrates the oscillator vibrator 21 and the electrode vibrator 27 at the same resonance frequency and in mutually opposite phases when driven. Thus, the amount of change in the distance x 1 between the electrode oscillation unit 27 and the oscillator oscillating portion 21 per unit time, that is, ∂x / ∂t in expression (1) increases, resulting in obtaining a large output current be able to. Therefore, in order to vibrate the oscillator vibrating part 21 and the electrode vibrating part 27 at the same resonance frequency and in opposite phases, the oscillator vibrating part 21 and the electrode vibrating part 27 are parallel to each other in the extending direction. Are formed in the same shape and mass.

ここで、同一の形状とは、発振子振動部２１と電極振動部２７との、延在方向の長さＬ（以下、単に長さＬとも称する）、振動が生じる方向の幅Ｗ（以下、単に幅Ｗとも称する）、主面１１ａに垂直な方向の厚みｈ（以下、単に厚みｈとも称する）の寸法がそれぞれ等しいことを意味する。   Here, the same shape refers to the length L (hereinafter also simply referred to as the length L) of the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 27 and the width W (hereinafter referred to as the length L) in the direction in which vibration occurs. This means that the dimensions of the thickness h in the direction perpendicular to the main surface 11a (hereinafter also simply referred to as the thickness h) are equal.

なお、図１では、発振子振動部２１の長さＬをＬ１、幅ＷをＷ１、また厚みｈをｈ１で示している。また、電極振動部２７の長さＬをＬ２、幅ＷをＷ２、また厚みｈをｈ２で示している。また、従って、この実施の形態では、Ｌ１＝Ｌ２、Ｗ１＝Ｗ２、ｈ１＝ｈ２である。 In FIG. 1, the length L of the oscillator vibration portion 21 is indicated by L 1 , the width W is indicated by W 1 , and the thickness h is indicated by h 1 . Further, the length L of the electrode vibration unit 27 L 2, shows the width W W 2, also the thickness h with h 2. Therefore, in this embodiment, L 1 = L 2 , W 1 = W 2 , and h 1 = h 2 .

また、発振子振動部２１及び電極振動部２７は、基体１１の主面１１ａからの離間距離が等しい。更に、発振子振動部２１の一端２１ａと電極振動部２７の一端２７ａ、及び発振子振動部２１の他端２１ｂと電極振動部２７の他端２７ｂは、それぞれ延在方向において揃えて配置されている。従って、発振子振動部２１と電極振動部２７との、互いに対向する延在方向に沿った側面は、鏡像関係で対向しており、発振子振動部２１と電極振動部２７は、互いに面対称に配置されている。   Further, the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 27 have the same distance from the main surface 11 a of the base 11. Furthermore, one end 21a of the oscillator vibration part 21 and one end 27a of the electrode vibration part 27, and the other end 21b of the oscillator vibration part 21 and the other end 27b of the electrode vibration part 27 are arranged in the extending direction, respectively. Yes. Therefore, the side surfaces along the extending direction in which the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 27 face each other are opposed in a mirror image relationship, and the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 27 are plane-symmetric with each other. Is arranged.

また、既に説明したように、発振子振動部２１を含む発振子１３及び電極振動部２７を含む電極１５は、同じ導電性材料、すなわち、ここではポリシリコンによって構成されている。そして、詳細は後述するが、これら発振子１３及び電極１５は、製造工程において、一枚のポリシリコン膜をドライエッチングすることにより、同時に形成される。このように、同一のポリシリコンを材料とし、かつ同一の形状で形成されているため、発振子振動部２１と電極振動部２７は、質量が等しい。   Further, as already described, the oscillator 13 including the oscillator vibrating portion 21 and the electrode 15 including the electrode vibrating portion 27 are made of the same conductive material, that is, here, polysilicon. Although details will be described later, the oscillator 13 and the electrode 15 are simultaneously formed by dry etching a single polysilicon film in the manufacturing process. Thus, since the same polysilicon is used as the material and is formed in the same shape, the oscillator vibrating part 21 and the electrode vibrating part 27 have the same mass.

この第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子を駆動させ、出力電流を得る際には、交流電源３１によって電極１５に交流電圧を、また、直流電源２５によって発振子１３にバイアス電圧をそれぞれ印加する。これによって、発振子振動部２１及び電極振動部２７に交番電界が与えられる。このとき、印加された交流電圧によって発振子振動部２１に与えられる力Ｆｓｉｇｎａｌは、次式（２）及び式（３）で定義される（例えば、非特許文献１参照）。   When the MEMS vibrator according to the first embodiment is driven and an output current is obtained, an AC voltage is applied to the electrode 15 by the AC power supply 31, and a bias voltage is applied to the oscillator 13 by the DC power supply 25. . As a result, an alternating electric field is applied to the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 27. At this time, the force Fsignal applied to the oscillator vibration unit 21 by the applied AC voltage is defined by the following expressions (2) and (3) (for example, refer to Non-Patent Document 1).

Fsignal＝Vp・vi(∂C／∂x) （２）
ここで、駆動前、すなわち静止状態では、∂x／∂tについて、次式（３）が成り立つ。 F signal = V p · v i (∂C / ∂x) (2)
Here, before driving, that is, in a stationary state, the following equation (3) is established for ∂x / ∂t.

∂C／∂x＝−ε・S・1／x2 （３）
ただし、ｖｉは、電極１５に印加される交流電圧、Ｖｐは発振子１３に印加されるバイアス電圧、Ｃは電極振動部２７及び発振子振動部２１間の静電容量、εは電極振動部２７及び発振子振動部２１間の誘電率、Ｓは電極振動部２７と発振子振動部２１との対向面積、また、ｘは電極振動部２７及び発振子振動部２１間の離間距離ｘ１である。これら式（２）及び式（３）から明らかなように、発振子振動部２１及び電極振動部２７に交番電界が与えられ、発振子振動部２１及び電極振動部２７間の離間距離ｘ１が変化すると、ｘ１、すなわち式（２）及び（３）のｘの二乗に反比例して、Ｆｓｉｇｎａｌが変化する。そして、印加するｖｉの周波数を、発振子振動部２１の共振周波数と一致させることによって、発振子振動部２１及び電極振動部２７は振動する。ここで、既に説明したように、発振子振動部２１と電極振動部２７は、質量、形状、及び基体１１の主面１１ａからの離間距離が等しく、かつ互いに延在方向に平行に、面対称となる位置関係で配置されている。そのため、発振子振動部２１及び電極振動部２７は、同じ共振周波数で振動する。そして、発振子振動部２１及び電極振動部２７間では、引力と斥力とが交互に生じるため、発振子振動部２１及び電極振動部２７は、互いに逆相で振動する。 ∂C / ∂x ＝ −ε ・ S ・ 1 / x 2 （３）
Where v i is an AC voltage applied to the electrode 15, V p is a bias voltage applied to the oscillator 13, C is a capacitance between the electrode vibrating section 27 and the oscillator vibrating section 21, and ε is an electrode vibration. The dielectric constant between the portion 27 and the resonator vibrating portion 21, S is the facing area between the electrode vibrating portion 27 and the resonator vibrating portion 21, and x is the separation distance x 1 between the electrode vibrating portion 27 and the resonator vibrating portion 21. It is. These formulas (2) and as is clear from equation (3), an alternating electric field applied to an oscillator oscillating portion 21 and the electrode vibration unit 27, the distance x 1 between the resonator vibrating portion 21 and the electrode vibration unit 27 When it changes, F signal changes in inverse proportion to x 1 , that is, the square of x in equations (2) and (3). Then, the frequency of the applied v i, by matching the resonant frequency of the oscillator oscillation unit 21, an oscillator oscillating portion 21 and the electrode vibration unit 27 vibrates. Here, as already described, the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 27 have the same mass, shape, and distance from the main surface 11a of the base body 11, and are parallel to each other in the extending direction. Are arranged in a positional relationship. Therefore, the oscillator vibration part 21 and the electrode vibration part 27 vibrate at the same resonance frequency. Further, since the attractive force and the repulsive force are alternately generated between the oscillator vibrating unit 21 and the electrode vibrating unit 27, the oscillator vibrating unit 21 and the electrode vibrating unit 27 vibrate in opposite phases.

このように、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、発振子振動部２１が振動すると同時に、電極振動部２７も、発振子振動部２１と逆相で振動する。そのため、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、発振子振動部２１のみが振動する従来のＭＥＭＳ振動子と比して、単位時間当たりの電極振動部２７及び発振子振動部２１間の離間距離ｘ１の変化量、すなわち上述した式（１）における∂x／∂tが大きくなる。そして、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、式（１）における∂x／∂tが増大することに起因して、得られる出力電流が大きくなる。従って、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、従来のＭＥＭＳ振動子とは異なり、上述の式（１）におけるＶｐ及びＳを大きくすることなく、また、ｘを小さくすることなく、大きな出力電流を得ることができる。そのため、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、従来のＭＥＭＳ振動子で問題となっていたコストの増大、駆動時における消費電力の増大、素子の縮小化における不利、及び製造の困難化が生じない。 As described above, in the MEMS vibrator according to the first embodiment, the oscillator vibrating unit 21 vibrates, and at the same time, the electrode vibrating unit 27 vibrates in a phase opposite to that of the oscillator vibrating unit 21. Therefore, in the MEMS vibrator according to the first embodiment, the distance between the electrode vibrator 27 and the vibrator vibrator 21 per unit time is smaller than that of the conventional MEMS vibrator in which only the vibrator vibrator 21 vibrates. variation in the distance x 1, i.e. ∂x / ∂t is increased in the above-mentioned equation (1). In the MEMS vibrator according to the first embodiment, the output current obtained is increased due to an increase in ∂x / ∂t in the equation (1). Therefore, unlike the conventional MEMS resonator, the MEMS resonator according to the first embodiment is large without increasing V p and S in the above formula (1), and without decreasing x. An output current can be obtained. Therefore, in the MEMS vibrator according to the first embodiment, there are an increase in cost, an increase in power consumption at the time of driving, a disadvantage in downsizing of the element, and a difficulty in manufacturing, which are problems in the conventional MEMS vibrator. Does not occur.

なお、この第１の実施の形態では、発振子振動部２１の両端２１ａ及び２１ｂがそれぞれ発振子固定部２３ａ及び２３ｂで支持された、いわゆる両持ち梁型の発振子１３について説明した。また、この第１の実施の形態では、電極振動部２７の両端２７ａ及び２７ｂがそれぞれ電極固定部２９ａ及び２９ｂで支持された、いわゆる両持ち梁型の電極１５について説明した。しかし、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子は、いわゆる片持ち梁型であっても良い。すなわち発振子１３は、発振子振動部２１の両端２１ａ及び２１ｂのうちの一方の端部が、発振子固定部２３ａまたは２３ｂによって支持された構成としても良い。また、電極１５は、電極振動部２７の両端２７ａ及び２７ｂのうちの一方の端部が、電極固定部２９ａまたは２９ｂによって支持された構成としても良い。   In the first embodiment, the so-called doubly-supported oscillator 13 in which both ends 21a and 21b of the oscillator vibrating section 21 are supported by the oscillator fixing sections 23a and 23b, respectively, has been described. In the first embodiment, the so-called doubly-supported electrode 15 in which both ends 27a and 27b of the electrode vibrating portion 27 are supported by the electrode fixing portions 29a and 29b has been described. However, the MEMS vibrator according to the first embodiment may be a so-called cantilever type. That is, the oscillator 13 may have a configuration in which one end of the both ends 21a and 21b of the oscillator vibrating portion 21 is supported by the oscillator fixing portion 23a or 23b. Further, the electrode 15 may have a configuration in which one end of the both ends 27a and 27b of the electrode vibrating portion 27 is supported by the electrode fixing portion 29a or 29b.

第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子と従来のＭＥＭＳ振動子との特性を比較するために、ＭＥＭＳ用シミュレータを用いたシミュレーションによる評価を行った。以下、図２を参照して、シミュレーションの結果について説明する。   In order to compare the characteristics of the MEMS vibrator according to the first embodiment and the conventional MEMS vibrator, evaluation was performed by simulation using a MEMS simulator. Hereinafter, the simulation results will be described with reference to FIG.

図２は、図１に示す第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子の発振子及び電極間の離間距離、及び従来のＭＥＭＳ振動子の発振子及び電極間の離間距離の、バイアス電圧に対する依存性を比較する図である。   FIG. 2 shows the dependence of the separation distance between the resonator and the electrode of the MEMS vibrator according to the first embodiment shown in FIG. 1 and the bias voltage on the separation distance between the resonator and the electrode of the conventional MEMS vibrator. It is a figure which compares.

図２において、縦軸は、離間距離をμｍ単位で目盛ってある。また、横軸は、バイアス電圧をＶ単位で目盛ってある。そして、曲線Ｉは、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子について、バイアス電圧を変化させたときの、離間距離の変化を示している。また、曲線ＩＩは、従来のＭＥＭＳ振動子について、バイアス電圧を変化させたときの、離間距離の変化を示している。なお、図２における発振子及び電極間の離間距離とは、各バイアス電圧の印加時において、発振子と電極とが最も接近した時点での離間距離である。ここで、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、発振子振動部２１及び電極振動部２７がともに基体に固定されておらず、振動可能となっている。従って、あるバイアス電圧を印加したときに、発振子振動部２１及び電極振動部２７間の静電容量の変化にともなって、双方が接近する。そして、これらが互いに最も接近した時点での、発振子振動部２１及び電極振動部２７の最大変位点間の距離が、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子における離間距離と定義される。また、従来のＭＥＭＳ振動子では、電極１０５は基体１０１に、振動不能に固定されている。そして、発振子振動部１０７のみが振動可能となっている。従って、あるバイアス電圧を印加したときに、発振子振動部１０７及び電極１０５間の静電容量の変化にともなって、発振子振動部１０７が電極１０５に接近する。そして、発振子振動部１０７が電極１０５に最も接近した時点での、発振子振動部１０７の最大変位点及び電極１０５間の距離が、従来のＭＥＭＳ振動子における離間距離と定義される。   In FIG. 2, the vertical axis indicates the separation distance in units of μm. The horizontal axis is a scale of bias voltage in V units. A curve I indicates a change in the separation distance when the bias voltage is changed in the MEMS vibrator according to the first embodiment. Curve II shows the change in the separation distance when the bias voltage is changed in the conventional MEMS vibrator. Note that the separation distance between the oscillator and the electrode in FIG. 2 is the separation distance when the oscillator and the electrode are closest to each other when each bias voltage is applied. Here, in the MEMS vibrator according to the first embodiment, the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 27 are not fixed to the base body and can vibrate. Therefore, when a certain bias voltage is applied, the two approach each other as the capacitance between the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 27 changes. The distance between the maximum displacement points of the oscillator vibration part 21 and the electrode vibration part 27 at the time when they are closest to each other is defined as the separation distance in the MEMS vibrator according to the first embodiment. In the conventional MEMS vibrator, the electrode 105 is fixed to the base 101 so as not to vibrate. Only the oscillator vibrating portion 107 can vibrate. Accordingly, when a certain bias voltage is applied, the oscillator vibrating portion 107 approaches the electrode 105 as the capacitance between the oscillator vibrating portion 107 and the electrode 105 changes. The maximum displacement point of the oscillator vibration unit 107 and the distance between the electrodes 105 when the oscillator vibration unit 107 comes closest to the electrode 105 are defined as a separation distance in the conventional MEMS vibrator.

ここで、このシミュレーションでは、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子として、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す構成例のＭＥＭＳ振動子を用いた。そして、発振子振動部２１及び電極振動部２７の長さを１００μｍ、幅を１μｍ、厚みを２μｍに設定した。また、発振子振動部２１及び電極振動部２７の初期状態、すなわちバイアス電圧印加前における発振子１３及び電極１５間の離間距離を０．５μｍとした。なお、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、発振子１３中の振動部である発振子振動部２１、及び電極１５中の振動部である電極振動部２７間の離間距離を、離間距離（図１に示すｘ１）とした。 Here, in this simulation, the MEMS vibrator having the configuration example shown in FIGS. 1A to 1C was used as the MEMS vibrator according to the first embodiment. And the length of the oscillator vibration part 21 and the electrode vibration part 27 was set to 100 μm, the width was 1 μm, and the thickness was 2 μm. In addition, the initial state of the oscillator vibration part 21 and the electrode vibration part 27, that is, the separation distance between the oscillator 13 and the electrode 15 before application of the bias voltage was set to 0.5 μm. In the MEMS vibrator according to the first embodiment, the separation distance between the oscillator vibration unit 21 that is the vibration unit in the oscillator 13 and the electrode vibration unit 27 that is the vibration unit in the electrode 15 is set as the separation distance. (X 1 shown in FIG. 1).

また、このシミュレーションでは、従来のＭＥＭＳ振動子として、図９に示す構成例のＭＥＭＳ振動子を用いた。そして、シミュレーションの条件を合わせるために、用いた従来のＭＥＭＳ振動子では、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子における発振子振動部２１と同様の寸法で、発振子振動部１０７の寸法を設定した。また、従来のＭＥＭＳ振動子では、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子における電極振動部２７と同様の寸法で、この電極振動部２７に対応する領域部分である、電極１０５の、発振子振動部１０７に対向する領域部分の寸法を設定した。すなわち、発振子振動部１０７、及び発振子振動部１０７に対向する電極１０５の領域部分の、長さを１００μｍ、幅を１μｍ、厚みを２μｍに設定した。また、発振子振動部１０７の初期状態、すなわちバイアス電圧印加前における発振子１０３、及び電極１０５間の離間距離を０．５μｍとした。なお、従来のＭＥＭＳ振動子では、発振子１０３中の振動部である発振子振動部１０７、及び発振子振動部１０７と対向する電極１０５の領域部分間の離間距離を、離間距離（図９に示すｘ５）とした。ここで、既に説明したように、従来のＭＥＭＳ振動子では、電極１０５は、基体１０１に固定されているため、振動不能である。 In this simulation, the MEMS vibrator having the configuration example shown in FIG. 9 was used as a conventional MEMS vibrator. In order to match the simulation conditions, the conventional MEMS vibrator used has the same dimensions as those of the vibrator vibrator 21 in the MEMS vibrator according to the first embodiment, and the dimensions of the vibrator vibrator 107 are set. did. Further, in the conventional MEMS vibrator, the oscillator vibration of the electrode 105 having the same dimensions as the electrode vibrator 27 in the MEMS vibrator according to the first embodiment and the region corresponding to the electrode vibrator 27 is provided. The dimension of the region portion facing the portion 107 was set. That is, the length of the oscillator vibrating portion 107 and the region of the electrode 105 facing the oscillator vibrating portion 107 were set to 100 μm, the width was 1 μm, and the thickness was 2 μm. Further, the initial state of the oscillator vibration unit 107, that is, the separation distance between the oscillator 103 and the electrode 105 before application of the bias voltage was set to 0.5 μm. In the conventional MEMS vibrator, the separation distance between the region of the oscillator vibrating portion 107 that is the vibrating portion in the resonator 103 and the electrode 105 facing the resonator vibrating portion 107 is set as a separation distance (see FIG. 9). It was x 5) shown. Here, as already described, in the conventional MEMS vibrator, since the electrode 105 is fixed to the base 101, it cannot vibrate.

図２の各曲線を比較すると、曲線ＩＩで示した従来のＭＥＭＳ振動子と比して、曲線Ｉで示した第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子の方が、低いバイアス電圧で離間距離が小さくなることが明らかである。従って、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、単位時間当たりの離間距離の変化量を大きくするのに当たり、印加するバイアス電圧を、従来のＭＥＭＳ振動子よりも低減することができる。ここで、上述した式（１）から明らかなように、単位時間当たりの離間距離の変化量、すなわち∂x／∂tを大きくすることは、大きな出力電流を得るために有効である。従って、このシミュレーションの結果から、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子は、従来のＭＥＭＳ振動子と比して、低いバイアス電圧で、大きな出力電流を得ることができるといえる。   2 is compared with the conventional MEMS vibrator shown by the curve II, the MEMS vibrator according to the first embodiment shown by the curve I has a lower bias voltage and a separation distance. Obviously, it becomes smaller. Therefore, in the MEMS vibrator according to the first embodiment, the bias voltage to be applied can be reduced as compared with the conventional MEMS vibrator in increasing the amount of change in the separation distance per unit time. Here, as is clear from the above-described equation (1), increasing the amount of change in the separation distance per unit time, that is, ∂x / ∂t is effective for obtaining a large output current. Therefore, from the result of this simulation, it can be said that the MEMS vibrator according to the first embodiment can obtain a large output current with a low bias voltage as compared with the conventional MEMS vibrator.

〈第１の変形例〉
図３は、この発明のＭＥＭＳ振動子の第１の変形例について説明する概略図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。また、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示すＩＶ−ＩＶ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。また、図３（Ｄ）は、図３（Ａ）に示すＶ−Ｖ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。 <First Modification>
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a first modification of the MEMS vibrator of the present invention. FIG. 3B is an end view of the cut along the line III-III shown in FIG. Moreover, FIG.3 (C) is the end elevation seen from the arrow direction of the cut surface in the IV-IV line | wire shown to FIG. 3 (A). FIG. 3D is an end view of the cut along the line VV shown in FIG.

第１の変形例では、上述した第１の実施の形態のＭＥＭＳ振動子の構成に加えて、更に、発振子振動部２１を挟んで、電極振動部２７が配置されている側とは反対側に、第２電極３３を具える構成例について説明する。   In the first modification, in addition to the configuration of the MEMS vibrator of the first embodiment described above, the side opposite to the side on which the electrode vibrating part 27 is disposed with the oscillator vibrating part 21 interposed therebetween. Next, a configuration example including the second electrode 33 will be described.

なお、この第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子が第１の実施の形態のＭＥＭＳ振動子と構成上相違するのは、第１の実施の形態のＭＥＭＳ振動子の構成に加えて、第２電極３３を具える点である。その他の構成要素及び作用効果は、第１の実施の形態と同様であるので、共通する構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。   The MEMS vibrator according to the first modification is structurally different from the MEMS vibrator of the first embodiment in addition to the configuration of the MEMS vibrator of the first embodiment, in addition to the second electrode. 33. Since other components and operational effects are the same as those of the first embodiment, common components are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.

第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子は、基体１１、発振子１３、電極１５、及び第２電極３３を具えている。   The MEMS vibrator according to the first modification includes a base 11, an oscillator 13, an electrode 15, and a second electrode 33.

基体１１、発振子１３、及び電極１５は、上述した第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子と同様であるため、説明を省略する。   Since the base 11, the oscillator 13, and the electrode 15 are the same as those of the MEMS vibrator according to the first embodiment described above, description thereof is omitted.

第２電極３３は、基体１１の主面１１ａ上の、発振子振動部２１を挟んで、電極１５が配置されている側とは反対側に設けられている。   The second electrode 33 is provided on the main surface 11 a of the base body 11 on the opposite side to the side where the electrode 15 is disposed, with the oscillator vibration part 21 interposed therebetween.

また、第２電極３３は、発振子１３と離間して配置されている。そして、第２電極３３は、第２電極振動部３５及び第２電極固定部３７ａ及び３７ｂを含む。これら第２電極振動部３５、第２電極固定部３７ａ及び３７ｂは、発振子１３及び電極１５と同様に、基体１１の主面１１ａ、すなわちＳｉＮ膜１９の主面１９ａ側に、例えばポリシリコンを材料として形成されている。   Further, the second electrode 33 is disposed away from the oscillator 13. The second electrode 33 includes a second electrode vibrating portion 35 and second electrode fixing portions 37a and 37b. Like the oscillator 13 and the electrode 15, the second electrode vibrating portion 35 and the second electrode fixing portions 37 a and 37 b are made of, for example, polysilicon on the main surface 11 a of the base 11, that is, on the main surface 19 a side of the SiN film 19. It is formed as a material.

第２電極振動部３５は、電極振動部２７と同様に、主面１１ａと平行に延在する四角柱状体であって、この第２電極振動部３５の延在方向の両端３５ａ及び３５ｂに設けられた第２電極固定部３７ａ及び３７ｂと一体的に形成されている。そして、両端３５ａ及び３５ｂに設けられた第２電極固定部３７ａ及び３７ｂは、基体１１の主面１１ａと対向する側にプラグ３８ａ及び３８ｂを具えている。これらのプラグ３８ａ及び３８ｂは、シリコン基板１７の主面１７ａに予め形成されている配線２２に機械的及び電気的に接続されている。そして、これら３８ａ及び３８ｂによって、第２電極振動部３５を主面１１ａから離間させて支持するとともに、第２電極振動部３５を含む第２電極３３を基体１１に固定している。このように、第２電極振動部３５を、基体１１の主面１１ａから離間し、かつこの主面１１ａと平行に延在して設けることによって、第２電極振動部３５は、主面１１ａに平行な面内で振動することが可能となる。   Similarly to the electrode vibrating portion 27, the second electrode vibrating portion 35 is a quadrangular columnar body extending in parallel with the main surface 11a, and is provided at both ends 35a and 35b in the extending direction of the second electrode vibrating portion 35. The second electrode fixing portions 37a and 37b are integrally formed. The second electrode fixing portions 37 a and 37 b provided at both ends 35 a and 35 b include plugs 38 a and 38 b on the side facing the main surface 11 a of the base 11. These plugs 38 a and 38 b are mechanically and electrically connected to the wiring 22 formed in advance on the main surface 17 a of the silicon substrate 17. The second electrode vibrating portion 35 is supported by being separated from the main surface 11a by these 38a and 38b, and the second electrode 33 including the second electrode vibrating portion 35 is fixed to the base 11. Thus, by providing the second electrode vibrating portion 35 so as to be separated from the main surface 11a of the base 11 and to extend in parallel with the main surface 11a, the second electrode vibrating portion 35 is provided on the main surface 11a. It becomes possible to vibrate in parallel planes.

ここで、第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子は、駆動時に、発振子振動部２１、電極振動部２７、及び第２電極振動部３５を、全て等しい共振周波数で振動させる。また、このとき、発振子振動部２１と電極振動部２７とを、また、発振子振動部２１と第２電極振動部３５とを、それぞれ互いに逆相で振動させる。   Here, the MEMS vibrator according to the first modification causes the oscillator vibrator 21, the electrode vibrator 27, and the second electrode vibrator 35 to vibrate at the same resonance frequency when driven. Further, at this time, the oscillator vibrating unit 21 and the electrode vibrating unit 27 are vibrated in opposite phases to each other, and the oscillator vibrating unit 21 and the second electrode vibrating unit 35 are vibrated in opposite phases.

これによって、単位時間当たりの電極振動部２７及び発振子振動部２１間の距離の変化量と、第２電極振動部３５及び発振子振動部２１間の距離の変化量とをともに増大させる。その結果、第１の変形例のＭＥＭＳ振動子では、電極振動部２７及び発振子振動部２１と、第２電極振動部３５及び発振子振動部２１とのそれぞれにおいて、式（１）における∂x／∂tが増大する。そのため、第１の実施の形態と比して、より大きな出力電流を得ることができる。   As a result, the amount of change in the distance between the electrode vibrating portion 27 and the oscillator vibrating portion 21 per unit time and the amount of change in the distance between the second electrode vibrating portion 35 and the oscillator vibrating portion 21 are both increased. As a result, in the MEMS vibrator of the first modification, in each of the electrode oscillating unit 27 and the oscillator oscillating unit 21, and the second electrode oscillating unit 35 and the oscillator oscillating unit 21, / ∂t increases. Therefore, a larger output current can be obtained as compared with the first embodiment.

そこで、発振子振動部２１、電極振動部２７、及び第２電極振動部３５を、このように振動させるために、発振子振動部２１と第２電極振動部３５は、第１の実施の形態における発振子振動部２１及び電極振動部２７と同様に、延在方向に対して互いに平行に配置され、かつ互いに同一の形状及び質量で形成されている。そして、既に説明したように、発振子振動部２１及び電極振動部２７も、延在方向に対して互いに平行に配置され、かつ互いに同一の形状及び質量で形成されている。従って、当然のことながら、発振子振動部２１、電極振動部２７、及び第２電極振動部３５は、それぞれが、互いに延在方向に対して互いに平行に配置され、かつ互いに同一の形状及び質量で形成されている。そして、第２電極振動部３５と電極振動部２７は、発振子振動部２１を挟んで互いに面対称に配置されている。   Therefore, in order to vibrate the oscillator vibrating unit 21, the electrode vibrating unit 27, and the second electrode vibrating unit 35 in this way, the oscillator vibrating unit 21 and the second electrode vibrating unit 35 are configured in the first embodiment. Similarly to the oscillator vibration part 21 and the electrode vibration part 27 in FIG. 2, they are arranged in parallel to each other in the extending direction and are formed with the same shape and mass. And as already demonstrated, the oscillator vibration part 21 and the electrode vibration part 27 are also arrange | positioned mutually parallel with respect to the extending direction, and are mutually formed by the same shape and mass. Therefore, as a matter of course, the oscillator vibrator 21, the electrode vibrator 27, and the second electrode vibrator 35 are arranged in parallel to each other in the extending direction, and have the same shape and mass. It is formed with. The second electrode vibrating portion 35 and the electrode vibrating portion 27 are arranged symmetrically with respect to each other with the oscillator vibrating portion 21 in between.

ここで、同一の形状とは、発振子振動部２１と第２電極振動部３５との、延在方向の長さＬ、振動が生じる方向の幅Ｗ、主面１１ａに垂直な方向の厚みｈの寸法がそれぞれ等しいことを意味する。   Here, the same shape refers to the length L in the extending direction, the width W in the direction in which vibration occurs, and the thickness h in the direction perpendicular to the main surface 11a of the oscillator vibrating portion 21 and the second electrode vibrating portion 35. Means that the dimensions are equal.

なお、図３では、発振子振動部２１の長さＬをＬ１、幅ＷをＷ１、また厚みｈをｈ１で示している。また、電極振動部２７の長さＬをＬ２、幅ＷをＷ２、また厚みｈをｈ２で示している。また、第２電極振動部３５の長さＬをＬ３、幅ＷをＷ２、また厚みｈをｈ３で示している。また、従って、この実施の形態では、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３、Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３、ｈ１＝ｈ２＝ｈ３である。 In FIG. 3, the length L of the oscillator vibration portion 21 is indicated by L 1 , the width W is indicated by W 1 , and the thickness h is indicated by h 1 . Further, the length L of the electrode vibrating portion 27 is indicated by L 2 , the width W is indicated by W 2 , and the thickness h is indicated by h 2 . Further, the length L of the second electrode vibrating portion 35 is indicated by L 3 , the width W is indicated by W 2 , and the thickness h is indicated by h 3 . Therefore, in this embodiment, L 1 = L 2 = L 3 , W 1 = W 2 = W 3 , and h 1 = h 2 = h 3 .

また、発振子振動部２１及び第２電極振動部３５は、基体１１の主面１１ａからの離間距離が等しい。更に、発振子振動部２１の一端２１ａと第２電極振動部３５の一端３５ａ、及び発振子振動部２１の他端２１ｂと第２電極振動部３５の他端３５ｂは、それぞれ延在方向において揃えて配置されている。従って、発振子振動部２１と第２電極振動部３５との、互いに対向する延在方向に沿った側面は、鏡像関係で対向しており、発振子振動部２１と第２電極振動部３５は、互いに面対称に配置されている。   Further, the oscillator vibrating portion 21 and the second electrode vibrating portion 35 have the same separation distance from the main surface 11 a of the base body 11. Furthermore, one end 21a of the oscillator vibrating portion 21 and one end 35a of the second electrode vibrating portion 35, and the other end 21b of the oscillator vibrating portion 21 and the other end 35b of the second electrode vibrating portion 35 are aligned in the extending direction. Are arranged. Therefore, the side surfaces along the extending direction in which the oscillator vibrating portion 21 and the second electrode vibrating portion 35 face each other are opposed to each other in a mirror image relationship, and the oscillator vibrating portion 21 and the second electrode vibrating portion 35 are Are arranged in plane symmetry with each other.

また、既に説明したように、発振子振動部２１を含む発振子１３及び第２電極振動部３５を含む第２電極３３は、同じ材料、すなわちポリシリコンによって構成されている。そして、詳細は後述するが、これら発振子１３及び第２電極３３は、製造工程において、一枚のポリシリコン膜をドライエッチングすることにより、同時に形成される。このように、同一のポリシリコンを材料とし、かつ同一の形状で形成されているため、発振子振動部２１、電極振動部２７、及び第２電極振動部３５は、それぞれ互いに質量が等しい。   Further, as already described, the oscillator 13 including the oscillator vibrating portion 21 and the second electrode 33 including the second electrode vibrating portion 35 are made of the same material, that is, polysilicon. As will be described in detail later, the oscillator 13 and the second electrode 33 are simultaneously formed by dry etching a single polysilicon film in the manufacturing process. Thus, since the same polysilicon is used as the material and is formed in the same shape, the oscillator vibrating part 21, the electrode vibrating part 27, and the second electrode vibrating part 35 have the same mass.

更に、第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子は、発振子振動部２１及び電極振動部２７間の離間距離ｘ１と、発振子振動部２１及び第２電極振動部３５間の離間距離ｘ２とが等しく設定されている。従って、この実施の形態では、ｘ１＝ｘ２である。 Moreover, MEMS resonator according to the first modification, the distance x 1 between the resonator vibrating portion 21 and the electrode vibration unit 27, a distance x 2 between the resonator vibrating portion 21 and the second electrode vibrating portion 35 Are set equal. Therefore, in this embodiment, x 1 = x 2 .

以上のように、第２電極振動部３５を設けることによって、第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、駆動時に、発振子振動部２１、電極振動部２７、及び第２電極振動部３５が、全て等しい共振周波数で振動する。また、このとき、発振子振動部２１及び電極振動部２７、また、発振子振動部２１及び第２電極振動部３５は、それぞれ互いに逆相で振動する。この結果、第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、発振子振動部２１及び電極振動部２７間における∂x／∂tと、発振子振動部２１及び第２電極振動部３５間における∂x／∂tと、がともに増大する。従って、第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、これら２つの∂x／∂tの変化量を利用して、出力電流を増大させることができる。そのため、第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子は、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子と比して、より大きな出力電流を得ることが可能となる。   As described above, by providing the second electrode vibrating section 35, in the MEMS vibrator according to the first modified example, the oscillator vibrating section 21, the electrode vibrating section 27, and the second electrode vibrating section 35 are, when driven, All vibrate at equal resonance frequencies. Further, at this time, the oscillator vibrating unit 21 and the electrode vibrating unit 27, and the oscillator vibrating unit 21 and the second electrode vibrating unit 35 vibrate in mutually opposite phases. As a result, in the MEMS vibrator according to the first modification, ∂x / ∂t between the oscillator vibration unit 21 and the electrode vibration unit 27 and ∂x / ∂t between the oscillator vibration unit 21 and the second electrode vibration unit 35. ∂t and both increase. Therefore, in the MEMS vibrator according to the first modification, the output current can be increased by using these two variations of ∂x / ∂t. Therefore, the MEMS vibrator according to the first modification can obtain a larger output current as compared with the MEMS vibrator according to the first embodiment.

また、第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、上述した第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子とは異なり、出力部２６が発振子１３に接続されない。そして、第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、電極１５及び第２電極３３のいずれか一方に交流電源３１を、また、他方に出力部２６が接続される。なお、図３（Ａ）の構成例では、一例として、電極１５の電極固定部２９ａに交流電源３１を、また、第２電極３３の第２電極固定部３７ａに出力部２６を、それぞれ接続した構成例を示している。また、直流電源２５は、上述した第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子と同様に、発振子１３に接続されている。なお、図３（Ａ）の構成例では、一例として、発振子１３の発振子固定部２３ａに直流電源２５を接続した構成例を示している。   Further, in the MEMS vibrator according to the first modification, unlike the MEMS vibrator according to the first embodiment described above, the output unit 26 is not connected to the oscillator 13. In the MEMS vibrator according to the first modification, the AC power supply 31 is connected to one of the electrode 15 and the second electrode 33 and the output unit 26 is connected to the other. 3A, as an example, the AC power source 31 is connected to the electrode fixing portion 29a of the electrode 15, and the output portion 26 is connected to the second electrode fixing portion 37a of the second electrode 33. A configuration example is shown. The DC power supply 25 is connected to the oscillator 13 in the same manner as the MEMS vibrator according to the first embodiment described above. In the configuration example of FIG. 3A, as an example, a configuration example in which the DC power supply 25 is connected to the oscillator fixing portion 23a of the oscillator 13 is shown.

このように、第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、出力部２６は、直流電源２５が接続された発振子１３ではなく、電極１５または第２電極３３のいずれかに接続される。そのため、第１の変形例による構造では、ＭＥＭＳ振動子を駆動させて出力電流を取り出す際に、この出力電流には、直流電源２５に由来の直流電流が含まれない。従って、第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子とは異なり、直流電流を遮断するためのカップリングコンデンサを設ける必要がない。従って、第１の変形例のＭＥＭＳ振動子は、上述した第１の実施の形態のＭＥＭＳ振動子と比して、製造のスループット、コスト、及び素子の微細化等の点において更に有利である。   As described above, in the MEMS vibrator according to the first modification, the output unit 26 is connected to either the electrode 15 or the second electrode 33 instead of the oscillator 13 to which the DC power supply 25 is connected. For this reason, in the structure according to the first modification, when the MEMS vibrator is driven and the output current is extracted, the output current does not include the DC current derived from the DC power supply 25. Therefore, unlike the MEMS resonator according to the first embodiment, the MEMS resonator according to the first modification does not need to be provided with a coupling capacitor for interrupting the direct current. Therefore, the MEMS resonator of the first modification is further advantageous in terms of manufacturing throughput, cost, element miniaturization, and the like, compared with the MEMS resonator of the first embodiment described above.

なお、この第１の変形例では、発振子振動部２１の両端２１ａ及び２１ｂがそれぞれ発振子固定部２３ａ及び２３ｂで支持された、いわゆる両持ち梁型の発振子１３について説明した。また、この第１の変形例では、電極振動部２７の両端２７ａ及び２７ｂがそれぞれ電極固定部２９ａ及び２９ｂで支持された、いわゆる両持ち梁型の電極１５について説明した。また、この第１の変形例では、第２電極振動部３５の両端３５ａ及び３５ｂがそれぞれ第２電極固定部３７ａ及び３７ｂで支持された、いわゆる両持ち梁型の第２電極３３について説明した。しかし、第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子は、いわゆる片持ち梁型であっても良い。すなわち発振子１３は、発振子振動部２１の両端２１ａ及び２１ｂのうちの一方の端部が、発振子固定部２３ａまたは２３ｂによって支持された構成としても良い。また、電極１５は、電極振動部２７の両端２７ａ及び２７ｂのうちの一方の端部が、電極固定部２９ａまたは２９ｂによって支持された構成としても良い。また、第２電極３３は、第２電極振動部３５の両端３５ａ及び３５ｂのうちの一方の端部が、第２電極固定部３７ａまたは３７ｂによって支持された構成としても良い。   In the first modification, the so-called doubly-supported oscillator 13 in which both ends 21a and 21b of the oscillator vibrating section 21 are supported by the oscillator fixing sections 23a and 23b, respectively, has been described. In the first modification, the so-called doubly-supported electrode 15 in which both ends 27a and 27b of the electrode vibrating portion 27 are supported by the electrode fixing portions 29a and 29b, respectively, has been described. In the first modification, the so-called doubly-supported second electrode 33 in which both ends 35a and 35b of the second electrode vibrating portion 35 are supported by the second electrode fixing portions 37a and 37b, respectively, has been described. However, the MEMS vibrator according to the first modification may be a so-called cantilever type. That is, the oscillator 13 may have a configuration in which one end of the both ends 21a and 21b of the oscillator vibrating portion 21 is supported by the oscillator fixing portion 23a or 23b. Further, the electrode 15 may have a configuration in which one end of the both ends 27a and 27b of the electrode vibrating portion 27 is supported by the electrode fixing portion 29a or 29b. Further, the second electrode 33 may have a configuration in which one end portion of both ends 35a and 35b of the second electrode vibrating portion 35 is supported by the second electrode fixing portion 37a or 37b.

〈第１の利用形態〉
第１の利用形態では、上述した第１の実施の形態及び第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子の、寸法等の具体値について説明する。なお、以下に述べる寸法等の具体値は、飽くまでも一好適例である。したがって、ＭＥＭＳ振動子の寸法などは、下記の具体値には限定されず、設計に応じて任意好適に設定することができる。 <First usage pattern>
In the first usage mode, specific values such as dimensions of the MEMS vibrator according to the first embodiment and the first modification described above will be described. In addition, the specific values such as dimensions described below are one preferred example until they get tired. Accordingly, the dimensions and the like of the MEMS vibrator are not limited to the following specific values, and can be arbitrarily set appropriately according to the design.

第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子の共振周波数を例えば１ＭＨｚとする場合には、発振子振動部２１の長さＬ１及び電極振動部２７の長さＬ２は、好ましくは、互いに９０μｍとする。また、発振子振動部２１の幅Ｗ１、及び電極振動部２７の幅Ｗ２は、好ましくは、互いに１μｍとする。また、発振子振動部２１の厚みｈ１、及び電極振動部２７の厚みｈ２は、好ましくは、互いに２μｍとする。 If, for example, 1MHz the resonance frequency of the MEMS resonator according to the first embodiment, the length L 2 of the length L 1 and the electrode vibration unit 27 of the resonator vibrating portion 21 is preferably a 90μm from each other To do. Further, the width W 1 of the oscillator vibration part 21 and the width W 2 of the electrode vibration part 27 are preferably 1 μm. Further, the thickness h 1 of the oscillator vibration part 21 and the thickness h 2 of the electrode vibration part 27 are preferably 2 μm.

また、発振子振動部２１及び電極振動部２７間の離間距離ｘ１は、好ましくは、０．５μｍとする。また、印加するバイアス電圧は、好ましくは、１０Ｖとする。また、印加する交流電圧は、好ましくは、１０ｍＶとする。 Further, the distance x 1 between the resonator vibrating portion 21 and the electrode vibration unit 27 is preferably a 0.5 [mu] m. The bias voltage to be applied is preferably 10V. The applied AC voltage is preferably 10 mV.

また、第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子の共振周波数を例えば１ＭＨｚとする場合には、第２電極振動部３５の寸法を、発振子振動部２１及び電極振動部２７の寸法と等しく設定する。そして、発振子振動部２１及び第２電極振動部３５間の離間距離ｘ２を、発振子振動部２１及び電極振動部２７間の離間距離ｘ１と、等しく設定する。 Further, when the resonance frequency of the MEMS vibrator according to the first modification is set to 1 MHz, for example, the dimensions of the second electrode vibrating section 35 are set equal to the dimensions of the oscillator vibrating section 21 and the electrode vibrating section 27. Then, the separation distance x 2 between the oscillator vibrating portion 21 and the second electrode vibrating portion 35 is set equal to the separation distance x 1 between the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 27.

〈第２の実施の形態〉
図４は、この発明のＭＥＭＳ振動子の第２の実施の形態について説明する概略図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すＶＩ−ＶＩ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。また、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。 <Second Embodiment>
FIG. 4 is a schematic view for explaining a second embodiment of the MEMS vibrator of the present invention. FIG. 4B is an end view of the cut along the line VI-VI shown in FIG. Moreover, FIG.4 (C) is the end elevation seen from the arrow direction of the cut surface in the VII-VII line shown to FIG. 4 (A).

第２の実施の形態では、発振子振動部の延在方向の長さと、電極振動部の延在方向の長さとを、互いに異なる寸法に設定することによって、発振子振動部がｎｆ０（ｎは、ｎ＞１の実数）のｎ次共振周波数で振動するＭＥＭＳ振動子の構成例について説明する。 In the second embodiment, by setting the length in the extending direction of the oscillator vibrating portion and the length in the extending direction of the electrode vibrating portion to different dimensions, the oscillator vibrating portion is nf 0 (n Is a configuration example of a MEMS vibrator that vibrates at an n-th order resonance frequency (real number of n> 1).

なお、この第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子が第１の実施の形態のＭＥＭＳ振動子と構成上相違するのは、電極の延在方向の長さが、発振子振動部の延在方向の長さの１／√ｎに設定されている点である。なお、発振子振動部の延在方向の長さをこのような値に設定するのは、ＭＥＭＳ振動子の１次共振周波数が、発振子振動部の長さの２乗に反比例することを利用するためである（非特許文献１参照）。その他の構成要素及び作用効果は、第１の実施の形態と同様であるので、共通する構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。   Note that the MEMS vibrator according to the second embodiment is structurally different from the MEMS vibrator of the first embodiment because the length of the extending direction of the electrode is the extending direction of the oscillator vibrating portion. It is a point set to 1 / √n of the length of. Note that the length in the extending direction of the oscillator vibrating part is set to such a value using the fact that the primary resonance frequency of the MEMS vibrator is inversely proportional to the square of the length of the oscillator vibrating part. (See Non-Patent Document 1). Since other components and operational effects are the same as those of the first embodiment, common components are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.

第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子は、基体１１、発振子１３、及び電極３９を具えている。   The MEMS vibrator according to the second embodiment includes a base 11, an oscillator 13, and an electrode 39.

基体１１及び発振子１３は、上述した第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子と同様であるため、説明を省略する。   Since the base 11 and the oscillator 13 are the same as those of the MEMS vibrator according to the first embodiment described above, description thereof is omitted.

電極３９は、発振子１３と離間して配置されている。そして、電極３９は、電極振動部４１及び電極固定部４３ａ及び４３ｂを含む。これら電極振動部４１、電極固定部４３ａ及び４３ｂは、発振子１３と同様に、基体１１の主面１１ａ、すなわちＳｉＮ膜１９の主面１９ａ側に導電性材料、例えば、好ましくはポリシリコンを材料として形成されている。   The electrode 39 is disposed away from the oscillator 13. The electrode 39 includes an electrode vibrating portion 41 and electrode fixing portions 43a and 43b. The electrode vibrating portion 41 and the electrode fixing portions 43a and 43b are made of a conductive material, for example, preferably polysilicon, on the main surface 11a of the base 11, that is, the main surface 19a side of the SiN film 19, like the oscillator 13. It is formed as.

電極振動部４１は、発振子振動部２１と同様な棒状体、すなわち、ここでは、好ましくは主面１１ａと平行に延在する四角柱状体であって、この電極振動部４１の延在方向の両端４１ａ及び４１ｂに設けられた電極固定部４３ａ及び４３ｂと一体的に形成されている。そして、両端４１ａ及び４１ｂに設けられた電極固定部４３ａ及び４３ｂは、基体１１の主面１１ａと対向する側にプラグ４４ａ及び４４ｂを具えている。これらのプラグ４４ａ及び４４ｂは、シリコン基板１７の主面１７ａに予め形成されている配線２２に機械的及び電気的に接続されている。そして、これらプラグ４４ａ及び４４ｂによって、電極振動部４１を主面１１ａから離間させて支持するとともに、電極振動部４１を含む電極３９を基体１１に固定している。このように、電極振動部４１を、基体１１の主面１１ａから離間し、かつこの主面１１ａと平行に延在して設けることによって、電極振動部４１は、主面１１ａに平行な面内で振動することが可能となる。   The electrode vibrating portion 41 is a rod-like body similar to the oscillator vibrating portion 21, that is, here, preferably a quadrangular columnar body extending in parallel with the main surface 11a, and extending in the extending direction of the electrode vibrating portion 41. It is formed integrally with electrode fixing portions 43a and 43b provided at both ends 41a and 41b. And the electrode fixing | fixed part 43a and 43b provided in both ends 41a and 41b are equipped with the plugs 44a and 44b on the side facing the main surface 11a of the base | substrate 11. FIG. These plugs 44 a and 44 b are mechanically and electrically connected to the wiring 22 formed in advance on the main surface 17 a of the silicon substrate 17. These plugs 44 a and 44 b support the electrode vibrating portion 41 so as to be separated from the main surface 11 a and fix the electrode 39 including the electrode vibrating portion 41 to the base body 11. Thus, by providing the electrode vibrating portion 41 so as to be separated from the main surface 11a of the base 11 and to extend in parallel with the main surface 11a, the electrode vibrating portion 41 is arranged in a plane parallel to the main surface 11a. It becomes possible to vibrate.

ここで、第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、上述した第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子と同様に、駆動時に、発振子振動部２１と電極振動部４１とを、互いに逆相で振動させて、得られる出力電流を大きくする。   Here, in the MEMS vibrator according to the second embodiment, similarly to the MEMS vibrator according to the first embodiment described above, the oscillator vibrating unit 21 and the electrode vibrating unit 41 are reversed in phase when driven. To increase the output current obtained.

更に、第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、駆動時に、発振子振動部２１を、この発振子振動部２１に固有の共振周波数、すなわち１次共振周波数とは異なる共振周波数、すなわちｎ次共振周波数で振動させる。そのために、第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、電極振動部４１を発振子振動部２１とは異なる１次共振周波数で振動させ、この電極振動部４１の振動によって発振子振動部２１を励振させる。このとき、励振することによって、発振子振動部２１が所望のｎ次共振周波数で振動するように、電極振動部４１の１次共振周波数を設定する。なお、この実施の形態では、１次共振周波数がｆ０である発振子振動部２１を、ｎｆ０（ｎは、ｎ＞１の実数）のｎ次共振周波数で振動させる場合について説明する。 Furthermore, in the MEMS vibrator according to the second embodiment, during driving, the resonator vibration unit 21 is made to have a resonance frequency that is unique to the resonator vibration unit 21, that is, a resonance frequency different from the primary resonance frequency, that is, the nth order. Vibrate at resonance frequency. Therefore, in the MEMS vibrator according to the second embodiment, the electrode vibrating part 41 is vibrated at a primary resonance frequency different from that of the oscillator vibrating part 21, and the oscillator vibrating part 21 is caused to vibrate by the vibration of the electrode vibrating part 41. Excited. At this time, the primary resonance frequency of the electrode vibrating portion 41 is set so that the oscillator vibrating portion 21 vibrates at a desired n-order resonance frequency by excitation. In this embodiment, a case will be described in which the resonator vibration unit 21 having a primary resonance frequency of f 0 is vibrated at an n-order resonance frequency of nf 0 (n is a real number where n> 1).

このような目的を達成するために、発振子振動部２１と電極振動部４１は、第１の実施の形態と同様に、延在方向に対して互いに平行に配置されている。そして、発振子振動部２１と電極振動部４１との、振動が生じる方向の幅Ｗ及び主面１１ａに垂直な方向の厚みの寸法ｈが、それぞれ等しく設定されている。   In order to achieve such an object, the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 41 are arranged in parallel to each other in the extending direction, as in the first embodiment. The width W in the direction in which vibration occurs and the thickness dimension h in the direction perpendicular to the main surface 11a are set to be equal to each other between the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 41.

なお、図４では、発振子振動部２１の幅ＷをＷ１、また厚みｈをｈ１で示している。また、電極振動部４１の幅ＷをＷ４、また厚みｈをｈ４で示している。従って、この実施の形態では、Ｗ１＝Ｗ４、ｈ１＝ｈ４である。また、図４では、発振子振動部２１及び電極振動部４１間の離間距離をｘ３で示している。 In FIG. 4, the width W of the oscillator vibrating portion 21 is indicated by W 1 and the thickness h is indicated by h 1 . Further, the width W of the electrode vibrating portion 41 is indicated by W 4 , and the thickness h is indicated by h 4 . Therefore, in this embodiment, W 1 = W 4 and h 1 = h 4 . Further, FIG. 4 shows the distance between the resonator vibrating portion 21 and the electrode oscillation unit 41 in x 3.

ここで、例えば、発振子振動部２１がｆ０の１次共振周波数を有するとする。そして、第２の実施の形態では、発振子振動部２１を、ＭＥＭＳ振動子の駆動時において、ｎｆ０のｎ次共振周波数で振動させる。そのために、ｎｆ０の１次共振周波数を有する電極振動部４１によって、この発振子振動部２１を励振させる。そこで、電極振動部４１の１次共振周波数をｎｆ０とするために、電極振動部４１の長さＬ４を、発振子振動部２１の長さＬ１の１／√ｎ（ｎは、ｎ＞０の実数）に設定する。 Here, for example, oscillator oscillating unit 21 is to have a primary resonance frequency of f 0. In the second embodiment, the oscillator vibrator 21 is vibrated at the n-th resonance frequency of nf 0 when the MEMS vibrator is driven. For this purpose, the oscillator vibrating portion 21 is excited by the electrode vibrating portion 41 having a primary resonance frequency of nf 0 . Therefore, in order to set the primary resonance frequency of the electrode vibrating portion 41 to nf 0 , the length L 4 of the electrode vibrating portion 41 is set to 1 / √n (where n is n) of the length L 1 of the oscillator vibrating portion 21. Real number> 0).

なお、図４では、発振子振動部２１の長さＬをＬ１で示している。また、電極振動部４１の長さＬをＬ４で示している。従って、この実施の形態では、１／√ｎＬ１＝Ｌ４である。 In FIG. 4, the length L of the oscillator vibrating portion 21 is indicated by L 1 . Also shows the length L of the electrode vibration unit 41 in L 4. Therefore, in this embodiment, 1 / √nL 1 = L 4 .

そして、電極振動部４１の振動によって、発振子振動部２１を励振させるために、発振子振動部２１及び電極振動部４１は、基体１１の主面１１ａからの離間距離が等しく設定されている。更に、これら発振子振動部２１と電極振動部４１は、互いに共振した場合の最大振幅の位置を揃えて配置されている。すなわち、発振子振動部２１と電極振動部４１は、発振子振動部２１がｎｆ０（ｎは、ｎ＞０の実数）で共振した場合の最大振幅が現れる部分と、電極振動部４１が１次共振周波数で振動した場合の最大振幅が現れる部分とを揃えて配置されている。なお、図４（Ａ）では、配置の一例を示している。 In order to excite the oscillator vibrator 21 by the vibration of the electrode vibrator 41, the oscillator vibrator 21 and the electrode vibrator 41 are set to have the same distance from the main surface 11 a of the base 11. Furthermore, the oscillator vibrating part 21 and the electrode vibrating part 41 are arranged with the positions of the maximum amplitudes when resonating with each other. In other words, the oscillator oscillating unit 21 and the electrode oscillating unit 41 include a portion where the maximum amplitude appears when the oscillator oscillating unit 21 resonates at nf 0 (n is a real number where n> 0), and the electrode oscillating unit 41 is 1 The portions where the maximum amplitude appears when vibrating at the next resonance frequency are aligned. FIG. 4A shows an example of the arrangement.

また、電極振動部４１の質量は、発振子振動部２１の質量の１／√ｎ（ただし、ｎは、ｎ＞０の実数）である。既に説明したように、発振子振動部２１を含む発振子１３及び電極振動部４１を含む電極３９は、同じ材料、すなわちポリシリコンによって構成されている。そして、詳細は後述するが、これら発振子１３及び電極３９は、製造工程において、一枚のポリシリコン膜をドライエッチングすることにより、同時に形成される。このように、発振子振動部２１及び電極振動部４１は、互いに同一のポリシリコンを材料とし、かつ振動が生じる方向の幅Ｗ１及びＷ４と、主面１１ａに垂直な方向の厚みの寸法ｈ１及びｈ４とがそれぞれ互いに同一である。そして、電極振動部４１の長さＬ４は、発振子振動部２１の長さＬ１の１／√ｎで形成されている。そのため、電極振動部４１の質量は、発振子振動部２１の質量の１／√ｎとなる。 Further, the mass of the electrode vibrating portion 41 is 1 / √n of the mass of the oscillator vibrating portion 21 (where n is a real number where n> 0). As already described, the oscillator 13 including the oscillator vibrating portion 21 and the electrode 39 including the electrode vibrating portion 41 are made of the same material, that is, polysilicon. As will be described in detail later, the oscillator 13 and the electrode 39 are simultaneously formed by dry etching a single polysilicon film in the manufacturing process. As described above, the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 41 are made of the same polysilicon as each other, and have the widths W 1 and W 4 in the direction in which vibration is generated, and the thickness dimension in the direction perpendicular to the main surface 11a. h 1 and h 4 are the same as each other. The length L 4 of the electrode vibrating portion 41 is 1 / √n of the length L 1 of the oscillator vibrating portion 21. Therefore, the mass of the electrode vibrating part 41 is 1 / √n of the mass of the oscillator vibrating part 21.

また、電極固定部４３ａ及び４３ｂの一方には、上述の第１の実施の形態と同様に、電極３９に交流電圧を印加するための交流電源３１が接続されている。なお、図４（Ａ）では、一例として電極固定部４３ａに交流電源３１を接続した構成例を示している。   Also, an AC power supply 31 for applying an AC voltage to the electrode 39 is connected to one of the electrode fixing portions 43a and 43b, as in the first embodiment. FIG. 4A shows a configuration example in which the AC power supply 31 is connected to the electrode fixing portion 43a as an example.

第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、発振子振動部２１と電極振動部４１との延在方向の長Ｌさが異なるため、発振子振動部２１と電極振動部４１は、それぞれ異なる共振周波数を有する。この実施の形態の構成例では、発振子振動部２１はｆ０の１次共振周波数を、また、この発振子振動部２１の長さＬ１の１／√ｎの長さに設定された電極振動部はｎｆ０の１次共振周波数を、それぞれ有する。そのため、第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、駆動時において、発振子振動部２１が、電極振動部４１の振動で励振することによって、この発振子振動部２１をｎｆ０のｎ次共振周波数で振動させることができる。従って、第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子では、第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子の効果に加えて、ｎ次共振周波数で発振子振動部２１を振動させた出力電流を得ることができる。 In the MEMS vibrator according to the second embodiment, since the length L in the extending direction of the oscillator vibrator 21 and the electrode vibrator 41 is different, the oscillator vibrator 21 and the electrode vibrator 41 have different resonances. Has a frequency. In the configuration example of this embodiment, the oscillator vibrating section 21 is an electrode set to have a primary resonance frequency of f 0 and a length 1 / √n of the length L 1 of the oscillator vibrating section 21. The vibrating parts each have a primary resonance frequency of nf 0 . For this reason, in the MEMS vibrator according to the second embodiment, the oscillator vibrator 21 is excited by the vibration of the electrode vibrator 41 at the time of driving, thereby causing the oscillator vibrator 21 to have nf 0th order resonance. Can vibrate at a frequency. Therefore, in the MEMS vibrator according to the second embodiment, in addition to the effect of the MEMS vibrator according to the first embodiment, an output current obtained by vibrating the resonator vibrator 21 at the n-th resonance frequency can be obtained. it can.

なお、この第２の実施の形態では、発振子振動部２１の両端２１ａ及び２１ｂがそれぞれ発振子固定部２３ａ及び２３ｂで支持された、いわゆる両持ち梁型の発振子１３について説明した。また、この第２の実施の形態では、電極振動部４１の両端４１ａ及び４１ｂがそれぞれ電極固定部４３ａ及び４３ｂで支持された、いわゆる両持ち梁型の電極３９について説明した。しかし、第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子は、いわゆる片持ち梁型であっても良い。すなわち発振子１３は、発振子振動部２１の両端２１ａ及び２１ｂのうちの一方の端部が、発振子固定部２３ａまたは２３ｂによって支持された構成としても良い。また、電極３９は、電極振動部４１の両端４１ａ及び４１ｂのうちの一方の端部が、電極固定部４３ａまたは４３ｂによって支持された構成としても良い。   In the second embodiment, the so-called doubly-supported oscillator 13 in which both ends 21a and 21b of the oscillator vibrating section 21 are supported by the oscillator fixing sections 23a and 23b, respectively, has been described. In the second embodiment, the so-called doubly supported electrode 39 in which both ends 41a and 41b of the electrode vibrating portion 41 are supported by the electrode fixing portions 43a and 43b, respectively, has been described. However, the MEMS vibrator according to the second embodiment may be a so-called cantilever type. That is, the oscillator 13 may have a configuration in which one end of the both ends 21a and 21b of the oscillator vibrating portion 21 is supported by the oscillator fixing portion 23a or 23b. Further, the electrode 39 may have a configuration in which one end portion of both ends 41a and 41b of the electrode vibrating portion 41 is supported by the electrode fixing portion 43a or 43b.

〈第２の変形例〉
図５は、この発明のＭＥＭＳ振動子の第２の変形例について説明する概略図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示すＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。また、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示すＩＸ−ＩＸ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。また、図５（Ｄ）は、図５（Ａ）に示すＸ−Ｘ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。 <Second Modification>
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a second modification of the MEMS vibrator of the present invention. FIG. 5B is an end view of the cut along the line VIII-VIII shown in FIG. FIG. 5C is an end view of the cut surface along the line IX-IX shown in FIG. FIG. 5D is an end view of the cut surface along the line XX shown in FIG.

第２の変形例では、上述した第２の実施の形態のＭＥＭＳ振動子の構成に加えて、更に、発振子振動部２１を挟んで、電極振動部４１が配置されている側とは反対側に、第２電極４５を具える構成例について説明する。   In the second modification, in addition to the configuration of the MEMS vibrator of the second embodiment described above, the side opposite to the side on which the electrode vibrating part 41 is disposed with the oscillator vibrating part 21 interposed therebetween. Next, a configuration example including the second electrode 45 will be described.

なお、この第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子が第２の実施の形態のＭＥＭＳ振動子と構成上相違するのは、第２の実施の形態のＭＥＭＳ振動子の構成に加えて、第２電極４５を具える点である。その他の構成要素及び作用効果は、第２の実施の形態と同様であるので、共通する構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。   The MEMS vibrator according to the second modification is structurally different from the MEMS vibrator of the second embodiment in addition to the configuration of the MEMS vibrator of the second embodiment. 45. Since other components and operational effects are the same as those of the second embodiment, common components are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.

第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子は、基体１１、発振子１３、電極３９、及び第２電極４５を具えている。   The MEMS vibrator according to the second modification includes a base 11, an oscillator 13, an electrode 39, and a second electrode 45.

基体１１、発振子１３、及び電極３９は、上述した第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子と同様であるため、説明を省略する。   Since the base 11, the oscillator 13, and the electrode 39 are the same as those of the MEMS vibrator according to the second embodiment described above, description thereof is omitted.

第２電極４５は、基体１１の主面１１ａ上の、発振子振動部２１を挟んで、電極３９が配置されている側とは反対側に設けられている。   The second electrode 45 is provided on the main surface 11a of the base body 11 on the opposite side to the side on which the electrode 39 is disposed, with the oscillator vibrating part 21 interposed therebetween.

また、第２電極４５は、発振子１３と離間して配置されている。そして、第２電極４５は、第２電極振動部４７及び第２電極固定部４９ａ及び４９ｂを含む。これら第２電極振動部４７、第２電極固定部４９ａ及び４９ｂは、発振子１３及び電極３９と同様に、基体１１の主面１１ａ、すなわちＳｉＮ膜１９の主面１９ａ側に、例えばポリシリコンを材料として形成されている。   Further, the second electrode 45 is disposed away from the oscillator 13. The second electrode 45 includes a second electrode vibrating portion 47 and second electrode fixing portions 49a and 49b. The second electrode vibrating portion 47 and the second electrode fixing portions 49a and 49b are made of, for example, polysilicon on the main surface 11a of the base 11, that is, on the main surface 19a side of the SiN film 19, similarly to the oscillator 13 and the electrode 39. It is formed as a material.

第２電極振動部４７は、電極振動部４１と同様に、主面１１ａと平行に延在する四角柱状体であって、この第２電極振動部４７の延在方向の両端４７ａ及び４７ｂに設けられた第２電極固定部４９ａ及び４９ｂと一体的に形成されている。そして、両端４７ａ及び４７ｂに設けられた第２電極固定部４９ａ及び４９ｂは、基体１１の主面１１ａと対向する側にプラグ５０ａ及び５０ｂを具えている。これらのプラグ５０ａ及び５０ｂは、シリコン基板１７の主面１７ａに予め形成されている配線２２に機械的及び電気的に接続されている。そして、これらプラグ５０ａ及び５０ｂによって、第２電極振動部４７を主面１１ａから離間させて支持するとともに、第２電極振動部４７を含む第２電極４５を基体１１に固定している。このように、第２電極振動部４７を、基体１１の主面１１ａから離間し、かつこの主面１１ａと平行に延在して設けることによって、第２電極振動部４７は、主面１１ａに平行な面内で振動することが可能となる。   Similarly to the electrode vibrating portion 41, the second electrode vibrating portion 47 is a quadrangular columnar body extending in parallel with the main surface 11a, and is provided at both ends 47a and 47b in the extending direction of the second electrode vibrating portion 47. The second electrode fixing portions 49a and 49b are integrally formed. The second electrode fixing portions 49 a and 49 b provided at both ends 47 a and 47 b include plugs 50 a and 50 b on the side facing the main surface 11 a of the base 11. These plugs 50 a and 50 b are mechanically and electrically connected to the wiring 22 formed in advance on the main surface 17 a of the silicon substrate 17. The plugs 50 a and 50 b support the second electrode vibrating portion 47 so as to be separated from the main surface 11 a and fix the second electrode 45 including the second electrode vibrating portion 47 to the base 11. As described above, the second electrode vibrating portion 47 is provided on the main surface 11a by being separated from the main surface 11a of the base 11 and extending in parallel with the main surface 11a. It becomes possible to vibrate in parallel planes.

ここで、第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、発振子振動部２１と電極振動部４１とを、また、発振子振動部２１と第２電極振動部４７とを、それぞれ互いに逆相で振動させる。これによって、単位時間当たりの電極振動部４１及び発振子振動部２１間の距離の変化量と、第２電極振動部４７及び発振子振動部２１間の距離の変化量とをともに増大させる。その結果、第１の変形例と同様に、第２の変形例のＭＥＭＳ振動子では、電極振動部４１及び発振子振動部２１と、第２電極振動部４７及び発振子振動部２１とのそれぞれにおいて、式（１）における∂x／∂tが増大する。そのため、第２の実施の形態と比して、より大きな出力電流を得ることができる。   Here, in the MEMS vibrator according to the second modified example, the oscillator vibrating unit 21 and the electrode vibrating unit 41 vibrate, and the oscillator vibrating unit 21 and the second electrode vibrating unit 47 vibrate in mutually opposite phases. Let As a result, the amount of change in the distance between the electrode vibrating portion 41 and the oscillator vibrating portion 21 per unit time and the amount of change in the distance between the second electrode vibrating portion 47 and the oscillator vibrating portion 21 are both increased. As a result, as in the first modification, in the MEMS vibrator of the second modification, each of the electrode vibration unit 41 and the oscillator vibration unit 21, and the second electrode vibration unit 47 and the oscillator vibration unit 21, respectively. In the equation (1), ∂x / ∂t increases. Therefore, a larger output current can be obtained as compared with the second embodiment.

更に、第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、上述の第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子と同様に、駆動時に、発振子振動部２１を、この発振子振動部２１の１次共振周波数とは異なるｎ次共振周波数で振動させる。そのために、第２の変形例では、電極振動部４１及び第２電極振動部４７を、発振子振動部２１とは異なる１次共振周波数で振動させ、この電極振動部４１の振動によって発振子振動部２１を励振させる。このとき、励振することによって、発振子振動部２１が所望のｎ次共振周波数で振動するように、電極振動部４１及び第２電極振動部４７の１次共振周波数を設定する。なお、この変形例では、上述した第２の実施の形態と同様に、１次共振周波数がｆ０である発振子振動部２１を、ｎｆ０（ｎは、ｎ＞１の実数）のｎ次共振周波数で振動させる場合について説明する。 Furthermore, in the MEMS vibrator according to the second modification, the oscillator vibration unit 21 is driven at the primary resonance frequency of the oscillator vibration part 21 during driving, like the MEMS vibrator according to the second embodiment described above. Vibrates at an n-th order resonance frequency different from Therefore, in the second modification, the electrode vibrating portion 41 and the second electrode vibrating portion 47 are vibrated at a primary resonance frequency different from that of the oscillator vibrating portion 21, and the oscillation of the electrode vibrating portion 41 causes the oscillator vibration. The part 21 is excited. At this time, the primary resonance frequencies of the electrode vibrating portion 41 and the second electrode vibrating portion 47 are set so that the oscillator vibrating portion 21 vibrates at a desired n-order resonance frequency by excitation. In this modified example, similarly to the second embodiment described above, the oscillator vibration unit 21 whose primary resonance frequency is f 0 is changed to an n-th order of nf 0 (n is a real number where n> 1). A case of vibrating at a resonance frequency will be described.

このような目的を達成するために、発振子振動部２１と第２電極振動部４７は、延在方向に対して互いに平行に配置されている。そして、発振子振動部２１及び第２電極振動部４７の、振動が生じる方向の幅Ｗと、主面１１ａに垂直な方向の厚みｈとが、それぞれ等しい寸法に設定されている。ここで、既に説明したように、発振子振動部２１及び電極振動部４１も、延在方向に対して互いに平行に配置され、かつ振動が生じる方向の幅Ｗ１及びＷ４と、主面１１ａに垂直な方向の厚みの寸法ｈ１及びｈ４とが、互いに等しく設定されている。従って、当然のことながら、発振子振動部２１、電極振動部４１、及び第２電極振動部４７は、それぞれが、互いに延在方向に対して互いに平行に配置されている。そして、これら発振子振動部２１、電極振動部４１、及び第２電極振動部４７は、振動が生じる方向の幅及び主面１１ａに垂直な方向の厚みの寸法が、互いに等しく設定されている。 In order to achieve such an object, the oscillator vibrating portion 21 and the second electrode vibrating portion 47 are arranged in parallel to each other in the extending direction. The width W in the direction in which vibration is generated and the thickness h in the direction perpendicular to the main surface 11a are set to be equal to each other in the oscillator vibrating portion 21 and the second electrode vibrating portion 47. Here, as already described, the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 41 are also arranged in parallel to each other in the extending direction, and the widths W 1 and W 4 in the direction in which the vibration is generated, and the main surface 11a. The thickness dimensions h 1 and h 4 in the direction perpendicular to are set to be equal to each other. Therefore, as a matter of course, the oscillator vibrating portion 21, the electrode vibrating portion 41, and the second electrode vibrating portion 47 are arranged in parallel to each other in the extending direction. The oscillator vibrating unit 21, the electrode vibrating unit 41, and the second electrode vibrating unit 47 are set to have the same width in the direction in which vibration occurs and the thickness in the direction perpendicular to the main surface 11a.

なお、図５では、発振子振動部２１の幅ＷをＷ１、また厚みｈをｈ１で示している。また、電極振動部４１の幅ＷをＷ４、また厚みｈをｈ４で示している。また、第２電極振動部４７の幅ＷをＷ５、また厚みｈをｈ５で示している。従って、この実施の形態では、Ｗ１＝Ｗ４＝Ｗ５、ｈ１＝ｈ４＝ｈ５である。 In FIG. 5, the width W of the oscillator vibrating portion 21 is indicated by W 1 and the thickness h is indicated by h 1 . Further, the width W of the electrode vibrating portion 41 is indicated by W 4 , and the thickness h is indicated by h 4 . Further, the width W of the second electrode vibrating portion 47 is indicated by W 5 , and the thickness h is indicated by h 5 . Therefore, in this embodiment, W 1 = W 4 = W 5 and h 1 = h 4 = h 5 .

ここで、例えば、発振子振動部２１がｆ０の１次共振周波数を有するとする。そして、第２の変形例では、第２の実施の形態と同様に、発振子振動部２１を、ＭＥＭＳ振動子の駆動時において、ｎｆ０のｎ次共振周波数で振動させる。そのために、ｎｆ０の１次共振周波数を有する電極振動部４１及び第２電極振動部４７によって、この発振子振動部２１を励振させる。そこで、電極振動部４１のみでなく、第２電極振動部４７についても１次共振周波数をｎｆ０とする。そのために、電極振動部４１と同様に、第２電極振動部４７の長さを、発振子振動部２１の長さの１／√ｎ（ｎは、ｎ＞０の実数）に設定する。 Here, for example, oscillator oscillating unit 21 is to have a primary resonance frequency of f 0. In the second modification, as in the second embodiment, the oscillator vibrating unit 21 is vibrated at the n-th resonance frequency of nf 0 when the MEMS vibrator is driven. For this purpose, the oscillator vibrating portion 21 is excited by the electrode vibrating portion 41 and the second electrode vibrating portion 47 having a primary resonance frequency of nf 0 . Therefore, not only the electrode oscillation unit 41, and nf 0 the first resonance frequency for the second electrode oscillation section 47. Therefore, similarly to the electrode vibrating portion 41, the length of the second electrode vibrating portion 47 is set to 1 / √n of the length of the oscillator vibrating portion 21 (n is a real number where n> 0).

なお、図５では、発振子振動部２１の長さＬをＬ１で示している。また、電極振動部４１の長さＬをＬ４で示している。また、第２電極振動部４７の長さＬをＬ５で示している。従って、この実施の形態では、１／√ｎＬ１＝Ｌ４＝Ｌ５である。 In FIG. 5, the length L of the oscillator vibrating portion 21 is indicated by L 1 . Also shows the length L of the electrode vibration unit 41 in L 4. Also it shows the length L of the second electrode vibrating portion 47 at L 5. Therefore, in this embodiment, 1 / √nL 1 = L 4 = L 5 .

そして、電極振動部４１及び第２電極振動部４７の振動によって、発振子振動部２１を励振させるために、発振子振動部２１、電極振動部４１、及び第２電極振動部４７は、基体１１の主面１１ａからの離間距離が等しく設定されている。   Then, in order to excite the oscillator vibrating part 21 by the vibration of the electrode vibrating part 41 and the second electrode vibrating part 47, the oscillator vibrating part 21, the electrode vibrating part 41, and the second electrode vibrating part 47 include the substrate 11 The distance from the main surface 11a is set equal.

また、既に説明したように、発振子振動部２１と電極振動部４１は、互いに共振した場合の最大振幅の位置を揃えて配置されている。すなわち発振子振動部２１と電極振動部４１は、発振子振動部２１がｎｆ０（ｎは、ｎ＞０の実数）で共振した場合の最大振幅が現れる部分と、電極振動部４１が１次共振周波数で振動した場合の最大振幅が現れる部分とを揃えて配置されている。そこで、電極振動部４１とともに発振子振動部２１を励振させるために、発振子振動部２１と第２電極振動部４７は、互いに共振した場合の最大振幅の位置を揃えて配置されている。すなわち発振子振動部２１と第２電極振動部４７は、発振子振動部２１がｎｆ０（ｎは、ｎ＞０の実数）で共振した場合の最大振幅が現れる部分と、第２電極振動部４７が１次共振周波数で振動した場合の最大振幅が現れる部分とを揃えて配置されている。なお、図５（Ａ）では、一例として、発振子振動部２１の延在方向の両端２１ａ及び２１ｂのうちの一端２１ａを、電極振動部４１の延在方向の両端４１ａ及び４１ｂのうちの一端４１ａの近傍に配置し、かつ、発振子振動部２１の一端２１ａとは反対の他端２１ｂを、第２電極振動部４７の延在方向の両端４７ａ及び４７ｂのうちの一端４７ｂの近傍に配置した構成例を示している。 Further, as already described, the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 41 are arranged with the positions of the maximum amplitudes when they resonate with each other. That is, the oscillator oscillating unit 21 and the electrode oscillating unit 41 include a portion where the maximum amplitude appears when the oscillator oscillating unit 21 resonates at nf 0 (n is a real number where n> 0), and the electrode oscillating unit 41 is primary. The portions where the maximum amplitude appears when vibrating at the resonance frequency are aligned. Therefore, in order to excite the oscillator vibrating portion 21 together with the electrode vibrating portion 41, the oscillator vibrating portion 21 and the second electrode vibrating portion 47 are arranged with the position of the maximum amplitude when resonating with each other. That is, the oscillator vibrating unit 21 and the second electrode vibrating unit 47 include a portion where the maximum amplitude appears when the oscillator vibrating unit 21 resonates at nf 0 (n is a real number where n> 0), and the second electrode vibrating unit. 47 is aligned with the portion where the maximum amplitude appears when it vibrates at the primary resonance frequency. In FIG. 5A, as an example, one end 21a of both ends 21a and 21b in the extending direction of the oscillator vibrating portion 21 is one end of both ends 41a and 41b in the extending direction of the electrode vibrating portion 41. 41a, and the other end 21b opposite to the one end 21a of the oscillator vibrating part 21 is arranged near one end 47b of both ends 47a and 47b in the extending direction of the second electrode vibrating part 47. An example of the configuration is shown.

また、第２電極振動部４７の質量は、発振子振動部２１の質量の１／√ｎ（ｎは、ｎ＞０の実数）である。既に説明したように、発振子振動部２１を含む発振子１３及び第２電極振動部４７を含む第２電極４５は、同じ材料、すなわちポリシリコンによって構成されている。そして、詳細は後述するが、これら発振子１３及び第２電極４５は、製造工程において、一枚のポリシリコン膜をドライエッチングすることにより、同時に形成される。このように、発振子振動部２１及び第２電極振動部４７は、互いに同一のポリシリコンを材料とし、かつ振動が生じる方向の幅及び主面１１ａに垂直な方向の厚みの寸法がそれぞれ互いに同一である。そして、第２電極振動部４７の長さＬ５は、発振子振動部２１の長さＬ１の１／√ｎで形成されている。そのため、第２電極振動部４７の質量は、発振子振動部２１の質量の１／√ｎとなる。ここで、既に説明したように、電極振動部４１の質量も、発振子振動部２１の質量の１／√ｎである。従って、当然のことながら、電極振動部４１及び第２電極振動部４７は、互いに等しい質量で形成されている。 Further, the mass of the second electrode vibrating portion 47 is 1 / √n of the mass of the oscillator vibrating portion 21 (n is a real number where n> 0). As already described, the oscillator 13 including the oscillator vibrating portion 21 and the second electrode 45 including the second electrode vibrating portion 47 are made of the same material, that is, polysilicon. As will be described in detail later, the oscillator 13 and the second electrode 45 are simultaneously formed by dry etching a single polysilicon film in the manufacturing process. As described above, the oscillator vibrating portion 21 and the second electrode vibrating portion 47 are made of the same polysilicon, and have the same width in the direction in which vibration occurs and the thickness in the direction perpendicular to the main surface 11a. It is. The length L 5 of the second electrode vibrating portion 47 is 1 / √n of the length L 1 of the oscillator vibrating portion 21. Therefore, the mass of the second electrode vibrating part 47 is 1 / √n of the mass of the oscillator vibrating part 21. Here, as already described, the mass of the electrode vibrating portion 41 is also 1 / √n of the mass of the oscillator vibrating portion 21. Therefore, as a matter of course, the electrode vibrating portion 41 and the second electrode vibrating portion 47 are formed with the same mass.

更に、第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子は、発振子振動部２１及び電極振動部４１間の離間距離ｘ３と、発振子振動部２１及び第２電極振動部４７間の離間距離ｘ４とが等しく設定されている。従って、ｘ３＝ｘ４である。 Moreover, MEMS resonator according to the second modification, the distance x 3 between oscillator oscillating portion 21 and the electrode oscillation unit 41, a distance x 4 between resonator vibrating portion 21 and the second electrode vibrating portion 47 Are set equal. Therefore, x 3 = x 4 .

以上のように、第２電極振動部４７を設けることによって、第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、駆動時に、発振子振動部２１と電極振動部４１とが、また、発振子振動部２１と第２電極振動部４７とが、それぞれ互いに逆相で振動する。このとき、発振子振動部２１は、電極振動部４１及び第２電極振動部４７によって励振するため、１次共振周波数とは異なるｎ次共振周波数で振動する。   As described above, by providing the second electrode vibrating portion 47, in the MEMS vibrator according to the second modified example, the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 41 are also connected to the oscillator vibrating portion 21 during driving. And the second electrode vibrating portion 47 vibrate in mutually opposite phases. At this time, the oscillator vibrating unit 21 is excited by the electrode vibrating unit 41 and the second electrode vibrating unit 47, and thus vibrates at an n-order resonance frequency different from the primary resonance frequency.

この結果、第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、発振子振動部２１及び電極振動部４１間における∂x／∂tと、発振子振動部２１及び第２電極振動部４７間における∂x／∂tと、がともに増大する。従って、第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、これら２つの∂x／∂tの変化量を利用して、出力電流を増大させることができる。そのため、第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子は、発振子振動部２１をｎ次共振周波数で振動させつつ、第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子と比して、より大きな出力電流を得ることが可能となる。   As a result, in the MEMS vibrator according to the second modification, ∂x / ∂t between the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 41 and ∂x / ∂ between the oscillator vibrating portion 21 and the second electrode vibrating portion 47. ∂t and both increase. Therefore, in the MEMS vibrator according to the second modification, it is possible to increase the output current by using these two variations of ∂x / ∂t. Therefore, the MEMS vibrator according to the second modification can obtain a larger output current as compared with the MEMS vibrator according to the second embodiment while vibrating the resonator vibrator 21 at the n-th resonance frequency. Is possible.

また、第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、上述した第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子とは異なり、出力部２６が発振子１３に接続されない。そして、第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、上述した第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子と同様に、電極３９及び第２電極４５のいずれか一方に交流電源３１を、また、他方に出力部２６が接続される。なお、図５（Ａ）の構成例では、一例として、電極３９の電極固定部４３ａに交流電源３１を、また、第２電極４５の第２電極固定部４９ａに出力部２６を、それぞれ接続した構成例を示している。また、直流電源２５は、上述した第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子と同様に、発振子１３に接続されている。なお、図５（Ａ）の構成例では、一例として、発振子１３の発振子固定部２３ａに直流電源２５を接続した構成例を示している。   Also, in the MEMS vibrator according to the second modification, the output unit 26 is not connected to the oscillator 13 unlike the MEMS vibrator according to the second embodiment described above. In the MEMS vibrator according to the second modification, the AC power supply 31 is output to one of the electrode 39 and the second electrode 45 and the other is output, as in the MEMS vibrator according to the first modification described above. The unit 26 is connected. 5A, as an example, the AC power source 31 is connected to the electrode fixing portion 43a of the electrode 39, and the output portion 26 is connected to the second electrode fixing portion 49a of the second electrode 45. A configuration example is shown. The DC power supply 25 is connected to the oscillator 13 in the same manner as the MEMS vibrator according to the second embodiment described above. In the configuration example of FIG. 5A, as an example, a configuration example in which the DC power source 25 is connected to the oscillator fixing portion 23a of the oscillator 13 is shown.

このように、第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、出力部２６は、直流電源２５が接続された発振子１３ではなく、電極３９または第２電極４５のいずれかに接続される。そのため、第２の変形例による構造では、ＭＥＭＳ振動子を駆動させて出力電流を取り出す際に、この出力電流には、直流電源２５に由来の直流電流が含まれない。従って、第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子では、第１の変形例によるＭＥＭＳ振動子と同様に、直流電流を遮断するためのカップリングコンデンサを設ける必要がない。従って、第２の変形例のＭＥＭＳ振動子は、上述した第１の実施の形態のＭＥＭＳ振動子と比して、製造のスループット、コスト、及び素子の微細化等の点において更に有利である。   Thus, in the MEMS vibrator according to the second modification, the output unit 26 is connected to either the electrode 39 or the second electrode 45 instead of the oscillator 13 to which the DC power supply 25 is connected. Therefore, in the structure according to the second modification, when the MEMS vibrator is driven and the output current is extracted, the output current does not include the DC current derived from the DC power supply 25. Accordingly, in the MEMS vibrator according to the second modification, it is not necessary to provide a coupling capacitor for interrupting the direct current, like the MEMS vibrator according to the first modification. Therefore, the MEMS resonator of the second modification example is further advantageous in terms of manufacturing throughput, cost, element miniaturization, and the like as compared with the MEMS resonator of the first embodiment described above.

なお、この第２の変形例では、発振子振動部２１の両端２１ａ及び２１ｂがそれぞれ発振子固定部２３ａ及び２３ｂで支持された、いわゆる両持ち梁型の発振子１３について説明した。また、この第２の変形例では、電極振動部４１の両端４１ａ及び４１ｂがそれぞれ電極固定部４３ａ及び４３ｂで支持された、いわゆる両持ち梁型の電極３９について説明した。また、この第２の変形例では、第２電極振動部４７の両端４７ａ及び４７ｂがそれぞれ第２電極固定部４９ａ及び４９ｂで支持された、いわゆる両持ち梁型の第２電極４５について説明した。しかし、第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子は、いわゆる片持ち梁型であっても良い。すなわち発振子１３は、発振子振動部２１の両端２１ａ及び２１ｂのうちの一方の端部が、発振子固定部２３ａまたは２３ｂによって支持された構成としても良い。また、電極３９は、電極振動部４１の両端４１ａ及び４１ｂのうちの一方の端部が、電極固定部４３ａまたは４３ｂによって支持された構成としても良い。また、第２電極４５は、第２電極振動部４７の両端４７ａ及び４７ｂのうちの一方の端部が、第２電極固定部４９ａまたは４９ｂによって支持された構成としても良い。   In the second modification, the so-called doubly-supported oscillator 13 in which both ends 21a and 21b of the oscillator vibrating section 21 are supported by the oscillator fixing sections 23a and 23b, respectively, has been described. In the second modification, the so-called doubly-supported electrode 39 in which both ends 41a and 41b of the electrode vibrating portion 41 are supported by the electrode fixing portions 43a and 43b has been described. In the second modification, the so-called doubly-supported second electrode 45 in which both ends 47a and 47b of the second electrode vibrating portion 47 are supported by the second electrode fixing portions 49a and 49b has been described. However, the MEMS vibrator according to the second modification may be a so-called cantilever type. That is, the oscillator 13 may have a configuration in which one end of the both ends 21a and 21b of the oscillator vibrating portion 21 is supported by the oscillator fixing portion 23a or 23b. Further, the electrode 39 may have a configuration in which one end portion of both ends 41a and 41b of the electrode vibrating portion 41 is supported by the electrode fixing portion 43a or 43b. Further, the second electrode 45 may have a configuration in which one end of the both ends 47a and 47b of the second electrode vibrating portion 47 is supported by the second electrode fixing portion 49a or 49b.

〈第２の利用形態〉
第２の利用形態では、上述した第２の実施の形態及び第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子の、寸法等の具体値について説明する。なお、以下に述べる寸法等の具体値は、飽くまでも一好適例である。したがって、ＭＥＭＳ振動子の寸法などは、下記の具体値には限定されず、設計に応じて任意好適に設定することができる。 <Second usage pattern>
In the second usage mode, specific values such as dimensions of the MEMS vibrator according to the second embodiment and the second modification will be described. In addition, the specific values such as dimensions described below are one preferred example until they get tired. Accordingly, the dimensions and the like of the MEMS vibrator are not limited to the following specific values, and can be arbitrarily set appropriately according to the design.

第２の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子の発振子振動部２１を、例えば４ＭＨｚの４ｆ０で振動させる場合には、発振子振動部２１の長さＬ１は、好ましくは、９０μｍとする。また、電極振動部４１の長さＬ４は、好ましくは、４５μｍとする。また、発振子振動部２１の幅Ｗ１、及び電極振動部４１の幅Ｗ４は、好ましくは、互いに１μｍとする。また、発振子振動部２１の厚みｈ１、及び電極振動部４１の厚みｈ４は、好ましくは、互いに２μｍとする。 When the resonator vibrator 21 of the MEMS vibrator according to the second embodiment is vibrated at 4 f 0 of 4 MHz, for example, the length L 1 of the oscillator vibrator 21 is preferably 90 μm. The length L 4 of the electrode vibration unit 41, preferably a 45 [mu] m. Further, the width W 1 of the oscillator vibrating portion 21 and the width W 4 of the electrode vibrating portion 41 are preferably set to 1 μm. In addition, the thickness h 1 of the oscillator vibrating portion 21 and the thickness h 4 of the electrode vibrating portion 41 are preferably 2 μm.

また、発振子振動部２１及び電極振動部４１間の離間距離ｘ３は、好ましくは、０．５μｍとする。また、印加するバイアス電圧は、好ましくは、１０Ｖとする。また、印加する交流電圧は、好ましくは、１０ｍＶとする。 Further, distance x 3 between oscillator oscillating portion 21 and the electrode oscillation unit 41 is preferably a 0.5 [mu] m. The bias voltage to be applied is preferably 10V. The applied AC voltage is preferably 10 mV.

また、第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子の発振子振動部２１を、例えば４ＭＨｚの４ｆ０で振動させる場合には、第２電極振動部４７の寸法Ｌ５を、電極振動部４１の寸法Ｌ４と等しく設定する。そして、発振子振動部２１及び第２電極振動部４７間の離間距離ｘ４を、発振子振動部２１及び電極振動部４１間の離間距離ｘ３と、等しく設定する。 Further, when the resonator vibrator 21 of the MEMS vibrator according to the second modification is vibrated at 4 f 0 of 4 MHz, for example, the dimension L 5 of the second electrode vibrator 47 is set to the dimension L of the electrode vibrator 41. Set equal to 4 . Then, the separation distance x 4 between the oscillator vibration part 21 and the second electrode vibration part 47 is set equal to the separation distance x 3 between the oscillator vibration part 21 and the electrode vibration part 41.

〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、上述した第１の実施の形態、第１の変形例、第２の実施の形態、及び第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子の製造方法について説明する。これらのＭＥＭＳ振動子は、全て従来のＭＥＭＳ振動子の製造方法と同様のプロセスによって製造することができる。そこで、第３の実施の形態では、これらのＭＥＭＳ振動子の製造方法の一例として、上述した第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子（図１参照）の製造方法について説明する。この製造方法は、第１工程から第５工程までを含んでいる。以下、第１工程から順に各工程につき説明する。図６（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第３の実施の形態を説明する工程図である。また、図７（Ａ）〜（Ｃ）は、図６（Ｃ）に続く工程図である。これらの各図は、それぞれ、各製造段階で得られた構造体の断面の切り口を示してある。 <Third Embodiment>
In the third embodiment, a MEMS vibrator manufacturing method according to the first embodiment, the first modification, the second embodiment, and the second modification described above will be described. All of these MEMS vibrators can be manufactured by a process similar to a conventional method of manufacturing a MEMS vibrator. Therefore, in the third embodiment, as an example of a method for manufacturing these MEMS vibrators, a method for manufacturing the MEMS vibrator (see FIG. 1) according to the first embodiment described above will be described. This manufacturing method includes the first to fifth steps. Hereinafter, each step will be described in order from the first step. FIGS. 6A to 6C are process diagrams for explaining the third embodiment of the present invention. 7A to 7C are process diagrams following FIG. 6C. Each of these drawings shows a cut surface of a cross section of the structure obtained in each manufacturing stage.

まず、第１工程では、図６（Ａ）に示すような基体１１を用意する。   First, in the first step, a substrate 11 as shown in FIG. 6A is prepared.

基体１１は、シリコン基板１７の主面１７ａの全面に、ＳｉＮ膜１９を形成することによって得ることができる。そこで、この実施の形態では、従来周知のＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、シリコン基板１７の主面１７ａの全面に、ＳｉＮ膜１９を形成する。なお、シリコン基板１７の主面１７ａには、公知の方法により、好ましくは例えばＡｌを材料とする配線２２を予めパターニングして形成しておく。そして、ＳｉＮ膜１９は、配線２２を覆って形成される。ここで、ＳｉＮ膜１９を形成は、好ましくは、例えば１００ｎｍ程度の膜厚で形成するのが良い。   The substrate 11 can be obtained by forming the SiN film 19 on the entire main surface 17 a of the silicon substrate 17. Therefore, in this embodiment, the SiN film 19 is formed on the entire main surface 17a of the silicon substrate 17 by using a conventionally known LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method. Note that a wiring 22 made of, for example, Al is preferably formed on the main surface 17a of the silicon substrate 17 by patterning in advance by a known method. The SiN film 19 is formed so as to cover the wiring 22. Here, the SiN film 19 is preferably formed with a film thickness of about 100 nm, for example.

次に、第２工程では、ＳｉＮ膜１９の主面１９ａにＳｉＯ２膜５１を形成して、図６（Ｂ）に示すような構造体を得る。 Next, in the second step, a SiO 2 film 51 is formed on the main surface 19a of the SiN film 19 to obtain a structure as shown in FIG.

ＳｉＯ２膜５１は、後の工程でこのＳｉＯ２膜５１の主面５１ａに形成される、発振子振動部２１及び電極振動部２７を基体１１の主面１１ａ、すなわちＳｉＮ膜１９の主面１９ａから離間させて配置するために形成する。そして、ＳｉＯ２膜５１は、発振子振動部２１及び電極振動部２７の形成後において除去される。従って、このＳｉＯ２膜５１の膜厚が、この実施の形態によって製造されるＭＥＭＳ振動子の発振子振動部２１及び電極振動部２７と、基体１１の主面１１ａとの離間距離となる。そこで、発振子振動部２１及び電極振動部２７を、振動可能な程度に主面１１ａから離間させるために、好ましくは、２００ｎｍ程度の膜厚でＳｉＯ２膜５１を形成するのが好ましい。また、好ましくは、ＳｉＯ２膜５１は、従来周知のＬＰＣＶＤ法を用いて形成するのが良い。 SiO 2 film 51, after the process in which formed on the main surface 51a of the SiO 2 film 51, the principal surface 19a of the main surface 11a, i.e. SiN film 19 resonator vibrating portion 21 and the electrode vibration unit 27 to the base 11 It is formed so as to be spaced apart from. Then, the SiO 2 film 51 is removed after the formation of the oscillator vibration part 21 and the electrode vibration part 27. Therefore, the film thickness of the SiO 2 film 51 is a separation distance between the oscillator vibration part 21 and the electrode vibration part 27 of the MEMS vibrator manufactured according to this embodiment and the main surface 11 a of the base 11. Therefore, in order to separate the oscillator vibrating portion 21 and the electrode vibrating portion 27 from the main surface 11a to such an extent that they can vibrate, it is preferable to form the SiO 2 film 51 with a thickness of about 200 nm. Preferably, the SiO 2 film 51 is formed using a conventionally known LPCVD method.

次に、第３工程では、ＳｉＯ２膜５１及びＳｉＮ膜１９に開口部５３を開口して、図６（Ｃ）に示すような構造体を得る。 Next, in the third step, an opening 53 is opened in the SiO 2 film 51 and the SiN film 19 to obtain a structure as shown in FIG.

開口部５３は、プラグ２４ａ、２４ｂ、３０ａ、３０ｂの形成予定領域に、従来周知のフォトリソグラフィ技術及びドライエッチングを用いて、ＳｉＯ２膜５１及びＳｉＮ膜１９を連続的に貫通して、開口形成するのが好ましい。ここで、第１の実施の形態において既に説明したように、プラグ２４ａ、２４ｂ、３０ａ、３０ｂは、配線２２と機械的及び電気的に接続して形成される。従って、この第３工程では、配線２２の直上領域を、プラグ２４ａ、２４ｂ、３０ａ、３０ｂの形成予定領域、すなわち開口部５３を開口形成する領域として設定する。そして、開口部５３は、シリコン基板１７の主面１７ａに形成された、配線２２に達する深さで開口される。従って、開口部５３の内側底面では、配線２２が露出している。 The opening 53 is formed by continuously penetrating the SiO 2 film 51 and the SiN film 19 in a region where the plugs 24a, 24b, 30a, and 30b are to be formed by using a well-known photolithography technique and dry etching. It is preferable to do this. Here, as already described in the first embodiment, the plugs 24 a, 24 b, 30 a, 30 b are formed by being mechanically and electrically connected to the wiring 22. Therefore, in this third step, the region immediately above the wiring 22 is set as a region where the plugs 24a, 24b, 30a, 30b are to be formed, that is, the region where the opening 53 is formed. The opening 53 is opened to a depth reaching the wiring 22 formed in the main surface 17 a of the silicon substrate 17. Accordingly, the wiring 22 is exposed on the inner bottom surface of the opening 53.

次に、第４工程では、開口部５３を含むＳｉＯ２膜５１の主面５１ａの全面に、ポリシリコン膜５５を形成して、図７（Ａ）に示すような構造体を得る。なお、図７（Ｂ）は、図８（Ａ）に示すＸＩ−ＸＩ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。また、図７（Ｃ）は、図８（Ａ）に示すＸＩＩ−ＸＩＩ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。 Next, in the fourth step, a polysilicon film 55 is formed on the entire main surface 51 a of the SiO 2 film 51 including the opening 53 to obtain a structure as shown in FIG. FIG. 7B is an end view of the cut surface taken along the line XI-XI shown in FIG. Moreover, FIG.7 (C) is the end elevation seen from the arrow direction of the cut surface in the XII-XII line | wire shown to FIG. 8 (A).

ポリシリコン膜５５は、発振子１３及び電極１５の前駆体として形成される。そして、後の工程において、このポリシリコン膜５５がパターニングされることによって発振子１３及び電極１５が形成される。そのとき、ポリシリコン膜５５の膜厚に応じた膜厚で、発振子１３及び電極１５が形成される。従って、製造するＭＥＭＳ振動子の周波数に応じた膜厚で、ポリシリコン膜５５を形成するのが好ましい。また、好ましくは、ポリシリコン膜５５は、従来周知のＬＰＣＶＤ法を用いて形成するのが良い。   The polysilicon film 55 is formed as a precursor of the oscillator 13 and the electrode 15. In the subsequent process, the polysilicon film 55 is patterned to form the oscillator 13 and the electrode 15. At that time, the oscillator 13 and the electrode 15 are formed with a thickness corresponding to the thickness of the polysilicon film 55. Therefore, it is preferable to form the polysilicon film 55 with a film thickness corresponding to the frequency of the MEMS vibrator to be manufactured. Preferably, the polysilicon film 55 is formed using a conventionally known LPCVD method.

次に、第５工程では、ポリシリコン膜５５を部分的に除去するとともに、残存したポリシリコン膜５５の残部から発振子１３及び電極１５を形成して、図８（Ｂ）及び（Ｃ）に示すような構造体を得る。なお、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示すＸＩ−ＸＩ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。また、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）に示すＸＩＩ−ＸＩＩ線における切り口の、矢印方向から見た端面図である。   Next, in the fifth step, the polysilicon film 55 is partially removed, and the oscillator 13 and the electrode 15 are formed from the remaining part of the remaining polysilicon film 55, as shown in FIGS. 8B and 8C. A structure as shown is obtained. FIG. 8B is an end view of the cut surface taken along the line XI-XI shown in FIG. FIG. 8C is an end view of the cut surface along the line XII-XII shown in FIG.

まず、周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、ポリシリコン膜５５の主面５５ａに、マスク層を形成する（図示せず）。このとき、マスク層の平面的な形状及び配置を、第１の実施の形態で説明した発振子１３及び電極１５の形状及び配置に対応させて形成する。そして、このマスク層をマスクとして用いて、周知のドライエッチングによって、ポリシリコン膜５５を部分的に除去し、パターニングを行う。これによって、マスク層の下側に残存したポリシリコン膜５５の残部から、発振子１３及び電極１５を残存形成する。しかる後、このマスク層を除去することによって、図８（Ｂ）及び（Ｃ）に示すような構造体を得ることができる。また、このとき、開口部５３を埋め込むポリシリコン膜５５の部分は、プラグ２４ａ、２４ｂ、３０ａ、及び３０ｂとなる。   First, a mask layer is formed on the main surface 55a of the polysilicon film 55 using a well-known photolithography technique (not shown). At this time, the planar shape and arrangement of the mask layer are formed so as to correspond to the shapes and arrangement of the oscillator 13 and the electrode 15 described in the first embodiment. Then, using this mask layer as a mask, the polysilicon film 55 is partially removed by well-known dry etching, and patterning is performed. As a result, the oscillator 13 and the electrode 15 are left and formed from the remaining portion of the polysilicon film 55 remaining under the mask layer. Thereafter, by removing this mask layer, a structure as shown in FIGS. 8B and 8C can be obtained. At this time, the portion of the polysilicon film 55 that fills the opening 53 becomes the plugs 24a, 24b, 30a, and 30b.

そして、上述した第５工程の後に、ＨＦ（フッ酸）を含むエッチング溶液を用いて、ＳｉＯ２膜５１を除去して、図１に示す第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子を完成する。なお、この第３の実施の形態によって、上述した第１の変形例、第２の実施の形態、または第２の変形例によるＭＥＭＳ振動子を製造する場合には、第５工程において、各々のＭＥＭＳ振動子の形状及び配置に応じたマスク層を用いて、ポリシリコン膜５５をパターニングすれば良い。 After the fifth step described above, the SiO 2 film 51 is removed using an etching solution containing HF (hydrofluoric acid) to complete the MEMS vibrator according to the first embodiment shown in FIG. In addition, when manufacturing the MEMS vibrator according to the first modification, the second embodiment, or the second modification described above according to the third embodiment, The polysilicon film 55 may be patterned using a mask layer corresponding to the shape and arrangement of the MEMS vibrator.

（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第１の実施の形態を説明する図である。(A)-(C) is a figure explaining 1st Embodiment of this invention. この発明の第１の実施の形態によるＭＥＭＳ振動子、及び従来のＭＥＭＳ振動子の特性を比較する図である。It is a figure which compares the characteristic of the MEMS vibrator by a 1st embodiment of this invention, and the conventional MEMS vibrator. （Ａ）〜（Ｄ）は、この発明の第１の変形例を説明する図である。(A)-(D) is a figure explaining the 1st modification of this invention. （Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第２の実施の形態を説明する図である。(A)-(C) are the figures explaining the 2nd Embodiment of this invention. （Ａ）〜（Ｄ）は、この発明の第２の変形例を説明する図である。(A)-(D) is a figure explaining the 2nd modification of this invention. （Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第３の実施の形態を説明する工程図である。(A)-(C) is process drawing explaining the 3rd Embodiment of this invention. （Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第３の実施の形態を説明する工程図である。(A)-(C) is process drawing explaining the 3rd Embodiment of this invention. この発明の第３の実施の形態を説明する工程図である。It is process drawing explaining 3rd Embodiment of this invention. （Ａ）〜（Ｃ）は、従来のＭＥＭＳ振動子を説明する図である。(A)-(C) is a figure explaining the conventional MEMS vibrator.

符号の説明Explanation of symbols

１１、１０１：基体
１３、１０３：発振子
１５、１０５：電極
１７、１０２：シリコン基板
１９、１０４：ＳｉＮ膜
２１、１０７：発振子振動部
２２：配線
２３ａ、２３ｂ、１０９：発振子固定部
２４ａ、２４ｂ、３０ａ、３０ｂ、３８ａ、３８ｂ、４４ａ、４４ｂ、５０ａ、５０ｂ、１０６：プラグ
２５：直流電源
２６：出力部
２７、４１：電極振動部
２８：カップリングコンデンサ
２９ａ、２９ｂ、４３ａ、４３ｂ：電極固定部
３１：交流電源
３３、４５：第２電極
３５、４７：第２電極振動部
３７ａ、３７ｂ、４９ａ、４９ｂ：第２電極固定部
３９：電極
５１：ＳｉＯ２膜
５３：開口部
５５：ポリシリコン膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 101: Base | substrate 13, 103: Oscillator 15, 105: Electrode 17, 102: Silicon substrate 19, 104: SiN film | membrane 21, 107: Oscillator vibration part 22: Wiring 23a, 23b, 109: Oscillator fixing | fixed part 24a 24b, 30a, 30b, 38a, 38b, 44a, 44b, 50a, 50b, 106: Plug 25: DC power supply 26: Output unit 27, 41: Electrode vibrating unit 28: Coupling capacitors 29a, 29b, 43a, 43b: Electrode fixing part 31: AC power source 33, 45: second electrode 35, 47: second electrode vibrating parts 37a, 37b, 49a, 49b: second electrode fixing part 39: electrode 51: SiO 2 film 53: opening 55: Polysilicon film

Claims (4)

基体の主面から離間し、かつ該主面と平行に延在して設けられていて、該主面に平行な面内で振動する発振子振動部、及び該発振子振動部の端部に設けられていて、該発振子振動部を前記基体に固定する発振子固定部を含む発振子と、
前記主面から離間し、かつ該主面と平行に延在して設けられていて、該主面に平行な面内で振動する電極振動部、及び該電極振動部の端部に設けられていて、該電極振動部を前記基体に固定する電極固定部を含む電極と
を具え、
前記発振子と前記電極とは、互いに離間して配置されており、
前記電極振動部は、前記発振子振動部の延在方向に対して平行に配置されており、
前記発振子振動部と前記電極振動部は、質量、前記延在方向の長さ、前記振動が生じる方向の幅、前記主面に垂直な方向の厚み、及び前記基体の主面からの離間距離が等しく、及び
前記発振子振動部と前記電極振動部は、互いに面対称に配置されている
ことを特徴とするＭＥＭＳ振動子。 An oscillator vibrating portion that is spaced apart from the main surface of the substrate and extends in parallel with the main surface and vibrates in a plane parallel to the main surface, and an end of the oscillator vibrating portion An oscillator including an oscillator fixing portion that is provided and fixes the oscillator vibrating portion to the base;
An electrode vibrating portion that is spaced apart from the main surface and extends in parallel with the main surface and vibrates in a plane parallel to the main surface, and is provided at an end of the electrode vibrating portion. An electrode including an electrode fixing portion for fixing the electrode vibrating portion to the base body,
The oscillator and the electrode are spaced apart from each other,
The electrode vibrating portion is disposed in parallel to the extending direction of the oscillator vibrating portion,
The oscillator vibration part and the electrode vibration part have a mass, a length in the extending direction, a width in a direction in which the vibration is generated, a thickness in a direction perpendicular to the main surface, and a distance from the main surface of the base body And the oscillator vibrator and the electrode vibrator are arranged in plane symmetry with each other. 請求項１に記載のＭＥＭＳ振動子であって、
前記発振子振動部を挟んで、前記電極が配置されている側とは反対側に、前記主面から離間し、かつ該主面と平行に延在して設けられていて、該主面に平行な面内で振動する第２電極振動部、及び該第２電極振動部の端部に設けられていて、該第２電極振動部を前記基体に固定する第２電極固定部を含む第２電極を具え、
前記発振子と前記第２電極とは、互いに離間して配置されており、
前記第２電極振動部は、前記発振子振動部の延在方向に対して平行に配置されており、
前記発振子振動部と前記第２電極振動部は、質量、前記延在方向の長さ、前記振動が生じる方向の幅、前記主面に垂直な方向の厚み、及び前記基体の主面からの離間距離が等しく、及び
前記発振子振動部と前記第２電極振動部は、互いに面対称に配置されており、
前記発振子振動部及び前記電極振動部間の離間距離と、前記発振子振動部及び前記第２電極振動部間の離間距離は等しい
ことを特徴とするＭＥＭＳ振動子。 The MEMS vibrator according to claim 1,
It is provided on the opposite side to the side where the electrode is disposed across the oscillator vibration part, spaced apart from the main surface and extending in parallel with the main surface. A second electrode vibrating portion that vibrates in a parallel plane, and a second electrode fixing portion that is provided at an end of the second electrode vibrating portion and fixes the second electrode vibrating portion to the base. With electrodes,
The oscillator and the second electrode are spaced apart from each other,
The second electrode vibrating portion is disposed in parallel to the extending direction of the oscillator vibrating portion,
The oscillator vibrating portion and the second electrode vibrating portion have a mass, a length in the extending direction, a width in a direction in which the vibration is generated, a thickness in a direction perpendicular to the main surface, and a main surface of the base body. The separation distance is equal, and the oscillator vibrating portion and the second electrode vibrating portion are arranged symmetrically with respect to each other,
The MEMS vibrator according to claim 1, wherein a separation distance between the oscillator vibration part and the electrode vibration part is equal to a separation distance between the oscillator vibration part and the second electrode vibration part. 基体の主面から離間し、かつ該主面と平行に延在して設けられていて、該主面に平行な面内で振動する発振子振動部、及び該発振子振動部の端部に設けられていて、該発振子振動部を前記基体に固定する発振子固定部を含む発振子と、
前記主面から離間し、かつ該主面と平行に延在して設けられていて、該主面に平行な面内で振動する電極振動部、及び該電極振動部の端部に設けられていて、該電極振動部を前記基体に固定する電極固定部を含む電極と
を具え、
前記発振子と前記電極とは、互いに離間して配置されており、
前記電極振動部は、前記発振子振動部の延在方向に対して平行に配置されており、
前記発振子振動部と前記電極振動部は、前記振動が生じる方向の幅、前記主面に垂直な方向の厚み、及び前記基体の主面からの離間距離が等しく、及び
前記発振子振動部と前記電極振動部は、互いに共振した場合の最大振幅の位置を揃えて配置されており、
前記電極振動部の前記延在方向の長さは、前記発振子振動部の該長さの１／√ｎ（ｎは、ｎ＞１の実数）であり、
前記電極振動部の質量は、前記発振子振動部の質量の１／√ｎ（ｎは、ｎ＞１の実数）である
ことを特徴とするＭＥＭＳ振動子。 An oscillator vibrating portion that is spaced apart from the main surface of the substrate and extends in parallel with the main surface and vibrates in a plane parallel to the main surface, and an end of the oscillator vibrating portion An oscillator including an oscillator fixing portion that is provided and fixes the oscillator vibrating portion to the base;
An electrode vibrating portion that is spaced apart from the main surface and extends in parallel with the main surface and vibrates in a plane parallel to the main surface, and is provided at an end of the electrode vibrating portion. An electrode including an electrode fixing portion for fixing the electrode vibrating portion to the base body,
The oscillator and the electrode are spaced apart from each other,
The electrode vibrating portion is disposed in parallel to the extending direction of the oscillator vibrating portion,
The oscillator vibration part and the electrode vibration part have the same width in the direction in which the vibration is generated, the thickness in the direction perpendicular to the main surface, and the distance from the main surface of the base body, and the oscillator vibration unit and The electrode vibrating parts are arranged with the position of the maximum amplitude when resonating with each other,
The length of the electrode vibrating part in the extending direction is 1 / √n of the length of the oscillator vibrating part (n is a real number where n> 1),
The MEMS vibrator is characterized in that the mass of the electrode vibrating section is 1 / √n of the mass of the oscillator vibrating section (n is a real number where n> 1). 請求項３に記載のＭＥＭＳ振動子であって、
前記発振子振動部を挟んで、前記電極が配置されている側とは反対側に、前記主面から離間し、かつ該主面と平行に延在して設けられていて、該主面に平行な面内で振動する第２電極振動部、及び該第２電極振動部の端部に設けられていて、該第２電極振動部を前記基体に固定する第２電極固定部を含む第２電極を具え、
前記発振子と前記第２電極とは、互いに離間して配置されており、
前記第２電極振動部は、前記発振子振動部の延在方向に対して平行に配置されており、
前記発振子振動部と前記第２電極振動部は、前記振動が生じる方向の幅、前記主面に垂直な方向の厚み、及び前記基体の主面からの離間距離が等しく、及び
前記発振子振動部と前記第２電極振動部は、互いに共振した場合の最大振幅の位置を揃えて配置されており、
前記第２電極振動部の前記延在方向の長さは、前記発振子振動部の該長さの１／√ｎ（ｎは、ｎ＞１の実数）であり、
前記第２電極振動部の質量は、前記発振子振動部の質量の１／√ｎ（ｎは、ｎ＞１の実数）であり、
前記発振子振動部及び前記電極振動部間の離間距離と、前記発振子振動部及び前記第２電極振動部間の離間距離は等しい
ことを特徴とするＭＥＭＳ振動子。 The MEMS vibrator according to claim 3,
It is provided on the opposite side to the side where the electrode is disposed across the oscillator vibration part, spaced apart from the main surface and extending in parallel with the main surface. A second electrode vibrating portion that vibrates in a parallel plane, and a second electrode fixing portion that is provided at an end of the second electrode vibrating portion and fixes the second electrode vibrating portion to the base. With electrodes,
The oscillator and the second electrode are spaced apart from each other,
The second electrode vibrating portion is disposed in parallel to the extending direction of the oscillator vibrating portion,
The oscillator vibrating portion and the second electrode vibrating portion have the same width in the direction in which the vibration occurs, the thickness in the direction perpendicular to the main surface, and the distance from the main surface of the base body, and the oscillator vibration And the second electrode vibrating section are arranged with the position of the maximum amplitude when resonating with each other,
The length of the second electrode vibrating part in the extending direction is 1 / √n of the length of the oscillator vibrating part (n is a real number where n> 1),
The mass of the second electrode vibrating part is 1 / √n of the mass of the oscillator vibrating part (n is a real number where n> 1),
The MEMS vibrator according to claim 1, wherein a separation distance between the oscillator vibration part and the electrode vibration part is equal to a separation distance between the oscillator vibration part and the second electrode vibration part.
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