WO2016121214A1 - 静電アクチュエータおよびスイッチ - Google Patents

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WO2016121214A1
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electrode
fixed electrode
fixed
movable
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伸也 盛田
池田　浩一
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ソニー株式会社
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    • B81B3/0013—Structures dimensioned for mechanical prevention of stiction, e.g. spring with increased stiffness

Definitions

  • the present disclosure relates to an electrostatic drive type MEMS (Micro Electro Mechanical System), an electrostatic actuator using electrostatic force (electrostatic attractive force), and a switch using the electrostatic actuator. .
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • electrostatic actuator using electrostatic force (electrostatic attractive force)
  • switch using the electrostatic actuator.
  • An electrostatically driven MEMS switch is a mechanical switch that switches between an on state and an off state by physical contact, and has higher isolation, linearity, and high voltage resistance than a semiconductor switch. Is a feature.
  • this MEMS switch a potential difference is applied between the movable electrode and the fixed electrode, and the contact is brought into contact by driving the actuator by electrostatic attraction. Thereby, a switch can be switched to an ON state.
  • an electrostatic actuator has a problem that a drive voltage is large.
  • the opposing area between the electrodes should be increased or the distance between the electrodes (gap) ) Is effective.
  • the number of electrodes may be increased by arranging the electrodes in parallel.
  • the arrangement area increases, so the device size increases. That is, there is a trade-off relationship between the number of electrodes and the device size.
  • the gap between the electrodes is reduced, the electrodes easily come into contact with each other during the switch operation.
  • electrostatic drive type MEMS actuator electrostatic actuator
  • current leakage and sticking due to electrode contact are suppressed, and the gap between the electrodes is reduced. Is as narrow as possible.
  • Patent Document 1 proposes a method for preventing sticking when protrusions are provided on electrodes and the electrodes come into contact with each other.
  • Patent Document 1 can suppress the occurrence of sticking, it cannot suppress current leakage. In addition, when the current is concentrated, the vicinity of the contact point is melted, and as a result, sticking may be caused. It is desired to realize an element structure that can be driven at a low voltage without increasing the device size.
  • a first electrostatic actuator includes a base portion, a movable electrode that is configured to include a semiconductor, and is supported to be displaceable along the first direction with respect to the base portion.
  • a fixed electrode that is configured to include a semiconductor, is fixed to the base portion, and is opposed to the movable electrode in a state of being separated in the first direction. It is formed on at least a part of the opposing surfaces of the movable electrode and the fixed electrode, and has a high resistance region having a lower impurity concentration than the surrounding region.
  • a first switch according to an embodiment of the present disclosure includes the first electrostatic actuator according to the embodiment of the present disclosure.
  • a high resistance region having an impurity concentration lower than that of the surrounding region is provided on at least a part of the opposing surfaces of the movable electrode and the fixed electrode. Is formed.
  • the movable electrode is displaced along the first direction by the electrostatic force (a driving force is generated).
  • the contact is made through the high resistance region, and the leak current hardly flows through the contact portion.
  • a second electrostatic actuator includes a base portion, a movable electrode configured to include a semiconductor, and supported to be displaceable along the first direction with respect to the base portion. And a fixed electrode that is configured to include a semiconductor, is fixed to the base portion, and is opposed to the movable electrode in a state of being separated in the first direction.
  • the movable electrode includes a first conductivity type semiconductor in at least a part of a surface facing the fixed electrode, and the fixed electrode is formed in a region facing the first conductivity type semiconductor in the surface facing the movable electrode. It includes a conductive semiconductor.
  • a second switch according to an embodiment of the present disclosure includes the second electrostatic actuator according to the embodiment of the present disclosure.
  • the movable electrode includes a semiconductor of the first conductivity type on at least a part of a surface facing the fixed electrode, and the fixed electrode is connected to the movable electrode.
  • a region of the opposing surface facing the first conductivity type semiconductor includes the second conductivity type semiconductor.
  • each of the opposed surfaces of the movable electrode and the fixed electrode has a high resistance having a lower impurity concentration than the surrounding region. A region is formed.
  • the movable electrode includes the first conductivity type semiconductor on at least a part of the surface facing the fixed electrode, and the fixed electrode is the movable electrode.
  • the second conductive type semiconductor is included in a region facing the first conductive type semiconductor in the facing surface.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a detailed configuration example of a movable electrode and a fixed electrode illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 2A. It is a schematic diagram showing operation
  • FIG. 5 is a characteristic diagram for explaining current leakage occurring in the MEMS switch shown in FIG. 4.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram for explaining current leakage occurring in the MEMS switch shown in FIG. 4.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an enlarged contact (proximity) portion in the MEMS switch illustrated in FIG. 1. It is a plane schematic diagram showing the structure of the movable electrode and fixed electrode of a MEMS switch which concern on 2nd Embodiment of this indication.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 7.
  • 10 is a schematic plan view illustrating configurations of a movable electrode and a fixed electrode according to Modification 1.
  • FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 9.
  • 10 is a schematic plan view illustrating a configuration of a movable electrode and a fixed electrode according to Modification 2.
  • First embodiment an example of a MEMS switch in which a high resistance region is provided in a selective region of each facing surface of a movable electrode and a fixed electrode, and a protrusion is provided on the fixed electrode
  • Second embodiment an example of a MEMS switch having semiconductor regions of different conductivity types on opposite surfaces of a movable electrode and a fixed electrode
  • Modification 1 Example of a MEMS switch in which a high resistance region is provided on each facing surface of the movable electrode and the fixed electrode, and each facing surface is non-parallel
  • Modification 2 Example of a MEMS switch in which semiconductor regions of different conductivity types are provided on the opposing surfaces of the movable electrode and the fixed electrode, and the opposing surfaces are non-parallel
  • FIG. 1 schematically illustrates an XY plane configuration of the MEMS switch (MEMS switch 1) according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the MEMS switch 1 is a so-called bulk MEMS type electrostatic drive switch, and includes an electrostatic drive actuator (drive unit 1A) and a contact unit (contact unit 1B).
  • the MEMS switch 1 is provided with a voltage application unit 16 for driving the drive unit 1A (applying a voltage between the movable electrode 12 and the fixed electrode 11).
  • the driving unit 1A includes a fixed electrode 11 and a movable electrode 12, and generates an electrostatic attractive force (driving force) by applying a potential difference between the fixed electrode 11 and the movable electrode 12.
  • the movable electrode 12 is displaced by this electrostatic attraction.
  • the potential difference is returned to zero, the movable electrode 12 returns to the original position by the restoring force of the restoring spring 120 connected to the movable electrode 12. Using these two movements, the on state and the off state are switched to operate as a switch.
  • the movable electrode 12 and the fixed electrode 11 are formed, for example, in a cavity of a base material (base portion) (not shown).
  • the movable electrode 12 and the fixed electrode 11 are held in the base portion in a state of floating from the bottom surface.
  • an SOI (Silicon-on-Insulator) substrate is often used as the base portion.
  • the movable electrode 12 and the fixed electrode 11 can be formed by deep etching the active layer (single crystal Si) of the SOI substrate, for example, by dry etching, and then selectively etching the BOX layer (silicon oxide film). it can.
  • the base portion is composed of, for example, a Si-based semiconductor such as silicon (Si), silicon carbide (SiC), silicon germanium (SiGe), or silicon germanium carbon (SiGeC). May be.
  • Si-based semiconductor such as silicon (Si), silicon carbide (SiC), silicon germanium (SiGe), or silicon germanium carbon (SiGeC). May be.
  • the fixed electrode 11 is fixed with respect to the base portion, and is arranged to face the movable electrode 12 in a state of being separated from the movable electrode 12 in the moving direction (for example, Y direction) of the movable electrode 12.
  • the fixed electrode 11 is formed, for example, in a comb-teeth shape as a whole.
  • the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 are desirably formed thin and long in order to ensure a larger area of the opposing surfaces 11A and 12A.
  • the movable electrode 12 is movable with respect to the base portion, and is held so as to be displaceable along a predetermined direction (for example, the Y direction).
  • the movable electrode 12 is held on the base portion via a fixed member 15 (anchor) and a return spring 120.
  • the return spring 120 extends along, for example, the X direction, and both ends thereof are supported by the fixing member 15.
  • the movable electrode 12 is connected to a part of the return spring 120.
  • Two return springs 120 are provided so as to sandwich the movable electrode 12, for example.
  • the movable electrode 12 has, for example, a shaft portion 121 extending along the Y direction, and a plurality of electrode portions project from the shaft portion 121, forming a comb tooth shape as a whole.
  • the comb tooth shape of the movable electrode 12 is arranged so as to mesh with the comb tooth shape of the fixed electrode 11.
  • a contact portion 1 ⁇ / b> B is provided on the other end side of the
  • the contact portion 1B includes a contact 13 that moves following the movable electrode 12 (shaft portion 121), an input line 14A, and an output line 14B.
  • the contact 13 is disposed so as to face the input line 14A and the output line 14B, and is configured so that the contact state or non-contact state between the input line 14A and the output line 14B is switched by the displacement of the movable electrode 12. ing.
  • FIG. 2A is an enlarged view of a part of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12.
  • 2B is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 2A.
  • the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 are configured to include a semiconductor (for example, silicon) whose electric resistivity can be changed by impurity diffusion.
  • high resistance regions are formed on at least a part of the opposing surfaces (opposing surfaces 11A, 12A) of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12.
  • the high resistance regions 11a1 and 12a1 are formed so as to face each other on both the facing surface 11A of the fixed electrode 11 facing the movable electrode 12 and the facing surface 12A of the movable electrode 12 facing the fixed electrode 11. .
  • the high resistance regions 11a1 and 12a1 have higher electrical resistance (locally higher electrical resistance) than the surrounding regions (regions around the high resistance regions 11a1 and 12a1 of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12). And the impurity concentration is lower than that of the surrounding region.
  • Such high resistance regions 11a1 and 12a1 can be formed by doping impurities while masking part of the opposing surfaces 11A and 12A.
  • the MEMS switch 1 is in the ON state, the opposing surfaces of the movable electrode 12 and the fixed electrode 11 are in contact (or close) in part or all, but the high resistance regions 11a1 and 12a1 It is desirable to form in the local part corresponding to a contact part.
  • the high resistance regions 11a1 and 12a1 are formed in, for example, a local region on the upper side in the YZ section.
  • a protrusion is provided on one or both of the opposing surfaces 11A and 12A of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12.
  • the protrusion 11 a 2 is provided on the facing surface 11 A of the fixed electrode 11.
  • the high resistance region 11a1 is desirably formed in a local region including the protrusion 11a2 (around the protrusion 11a2) in plan view (in the XY plane).
  • the protrusion 11a2 only needs to protrude at least partially in the depth direction (in the Z direction).
  • the protrusion 11a2 has a taper shape in the YZ cross section, and the protruding state is larger in the upper part than in the lower part.
  • Such a shape of the protrusion 11a2 can be formed by controlling the etching conditions during dry etching.
  • the maximum value of the height (projection amount) of the protrusion 11a2 is configured to be smaller than the distance between the fixed electrode 11 and the movable electrode 12, and in the off state, the front surface of the protrusion 11a2 and the opposing surface of the movable electrode 12 It is desirable that 12A is separated.
  • the protrusion 11a2 is formed only on the fixed electrode 11 side, but the protrusion may be formed on both the fixed electrode 11 and the movable electrode 12. Alternatively, it may be formed only on the movable electrode 12 side.
  • the position, area (size) and number of the high resistance regions 11a1 and 12a1 and the protrusions 11a2 are not limited to those illustrated in FIGS. 2A and 2B. Although details will be described later, when the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 are in contact with each other, the leakage current at this contact portion is the number of protrusions 11a2, the areas of the high resistance regions 11a1 and 12a1, and the resistivity of the high resistance regions 11a1 and 12a1 It changes according to contact resistance or operating voltage.
  • the number of the protrusions 11a2 it is desirable to set the number of the protrusions 11a2, the area of the high resistance regions 11a1 and 12a1, the resistivity of the high resistance regions 11a1 and 12a1, and the like so as not to exceed the allowable upper limit of the leakage current. Further, the shapes of the high resistance regions 11a1 and 12a1 and the protrusions 11a2 are not particularly limited.
  • the MEMS switch 1 of the present embodiment when a voltage is applied between the fixed electrode 11 and the movable electrode 12, the movable electrode 12 moves along the Y direction within a predetermined range by an electrostatic force (movable) The electrode 12 approaches or separates from the fixed electrode 11).
  • the contact state and the non-contact state between the contact 13 and the input line 14A and the output line 14B are switched.
  • 3A schematically illustrates the MEMS switch 1 in an off state
  • FIG. 3B schematically illustrates the MEMS switch 1 in an on state. In this manner, the MEMS switch 1 is turned on and off.
  • the high resistance regions 11a1 and 12a1 are formed on at least a part of the opposing surfaces (opposing surfaces 11A and 12A) of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12.
  • the high resistance region 11a1 is formed in a region including the protrusion 11a2 (the high resistance region 11a1 is formed around the protrusion 11a2).
  • the protrusion 11a2 is provided on the facing surface 11A, contact easily occurs at the tip portion of the protrusion 11a2 (FIG. 6). Since the contact portion is limited to the tip of the protrusion 11a2, the possibility of sticking is less than when there is no protrusion 11a2.
  • the periphery of the protrusion 11a2 since the periphery of the protrusion 11a2 has a higher resistance than other portions, a leakage current flowing through the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 can be suppressed.
  • the leakage current can be suppressed not only by a part of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 but also by making the whole high resistance. In this case, the charge time of carriers supplied between the electrodes Increases the switching speed.
  • the contact portion can be limited, and the high resistance regions 11a1 and 12a1 can be formed only in an effective region corresponding to the contact portion. . For this reason, leakage current can be suppressed without sacrificing switching speed.
  • the electrodes even when the electrodes are in contact with each other, current leakage due to the contact can be suppressed. Therefore, the distance between the movable electrode 12 and the fixed electrode 11 can be further reduced, or the number of electrodes can be reduced. It can be increased. That is, the electrode can be miniaturized. Therefore, low voltage driving can be realized without increasing the device size.
  • the high resistance regions 11a1 and 12a1 having an impurity concentration lower than that of the surrounding region are formed on at least a part of the facing surfaces of the movable electrode 12 and the fixed electrode 11. ing.
  • the movable electrode 12 when a voltage is applied between the movable electrode 12 and the fixed electrode 11, the movable electrode 12 is displaced along the Y direction by the electrostatic force (a driving force is generated).
  • the electrostatic force a driving force is generated.
  • the electrodes are in contact with each other, current leakage due to the contact can be suppressed. Therefore, the distance between the movable electrode 12 and the fixed electrode 11 can be further reduced, or the number of electrodes can be increased. (The electrode can be miniaturized). Therefore, low voltage driving can be realized without increasing the device size.
  • the device size can be reduced without increasing the drive voltage. This leads to a reduction in device manufacturing costs.
  • the occurrence of sticking can be suppressed, reliability can be improved. The same effect can be obtained in the electrostatic drive type MEMS resonator.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a part of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 in the MEMS switch according to the second embodiment of the present disclosure.
  • 8 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • the MEMS switch of the present embodiment is a so-called bulk MEMS type electrostatic drive switch as in the first embodiment, and as shown in FIG. 1, a drive unit comprising an electrostatic drive actuator.
  • the basic configuration including 1A and the contact portion 1B is the same as that of the first embodiment.
  • the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 are configured to include a semiconductor (for example, silicon) whose electric resistivity can be changed by impurity diffusion.
  • a protrusion 11a2 is provided on one or both of the opposing surfaces 11A and 12A (here, the opposing surface 11A) of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12.
  • the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 are configured to include semiconductors of different conductivity types.
  • the fixed electrode 11 includes an n-type semiconductor
  • the movable electrode 12 includes a p-type semiconductor.
  • the movable electrode 12 includes a p-type semiconductor in at least a part of the facing surface 12A facing the fixed electrode 11, and the fixed electrode 11 faces the p-type semiconductor in the facing surface 11A facing the movable electrode 12.
  • An n-type semiconductor is included in the region to be processed. For example, as shown in FIG.
  • an n-type region 11b doped with an n-type impurity is formed in a region on the upper side of the fixed electrode 11, and a p-type impurity is doped in a region on the upper side of the movable electrode 12.
  • a p-type region 12b is formed.
  • Such a configuration can be formed, for example, by doping the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 with different impurities using a mask.
  • the n-type region 11b and the p-type region 12b are formed at the contact (or proximity) portion between the electrodes when the MEMS switch 1 is in the ON state, similarly to the high resistance regions 11a1 and 12a1 of the first embodiment. It is desirable.
  • the movable electrode 12 when a voltage is applied between the fixed electrode 11 and the movable electrode 12, the movable electrode 12 is moved in the Y direction within a predetermined range by electrostatic force. Move along.
  • the MEMS switch When the movable electrode 12 is displaced at a predetermined timing, the MEMS switch is switched between an off state and an on state.
  • the electrodes are brought into contact with each other due to the bending of the movable electrode 12, and sticking occurs. As a result, a leakage current is generated and current consumption increases. In addition, reliability decreases due to sticking.
  • the fixed electrode 11 includes an n-type semiconductor
  • the movable electrode 12 includes a p-type semiconductor.
  • the charging time of carriers supplied between the electrodes becomes long, and switching is performed. causess a decrease in speed.
  • the leakage current can be suppressed without sacrificing the switching speed while the resistivity between the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 remains low. Is possible. Note that the direction in which the potential difference is applied may be reversed so that the fixed electrode 11 includes an n-type semiconductor and the movable electrode 12 includes a p-type semiconductor. In this case, the same effect as described above can be obtained.
  • the protrusion 11a2 is formed on the facing surface 11A of one or both of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 (here, the fixed electrode 11), contact easily occurs at the tip portion of the protrusion 11a2. Since the contact portion is limited to the tip of the protrusion 11a2, the possibility of sticking is less than when there is no protrusion 11a2.
  • the movable electrode 12 includes the first conductivity type (for example, p-type) semiconductor in at least a part of the surface 12A facing the fixed electrode 11, and the fixed electrode 11 is the movable electrode 12.
  • the second conductive type (for example, n-type) semiconductor is included in a region of the facing surface 11A facing the first conductive type (for example, p-type) semiconductor.
  • the movable electrode 12 and the fixed electrode 11 are in contact with each other, a pn junction diode is formed at the contact portion, and current leakage can be suppressed.
  • the electrodes are in contact with each other, current leakage due to the contact can be suppressed. Therefore, the distance between the movable electrode 12 and the fixed electrode 11 can be further reduced, or the number of electrodes can be increased. (The electrode can be miniaturized). Therefore, low voltage driving can be realized without increasing the device size.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a part of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 in the MEMS switch according to the modified example (modified example 1) of the first embodiment.
  • 10 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • the configuration in which the protrusion 11a2 is provided has been described as an example.
  • the protrusion 11a2 may not be provided.
  • the opposing surfaces 11A and 12A of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 may be configured to be non-parallel.
  • the movable electrode 12 and the fixed electrode 11 extend in parallel in plan view, the movable electrode 12 and the fixed electrode 11 face each other in a cross section (YZ cross section) orthogonal to the extending direction (X direction).
  • the surfaces 11A and 12A are not parallel to each other.
  • the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 have a reverse taper shape in the YZ section. For this reason, the distance between the opposing surfaces 11A and 12A is wider on the lower side (distance d2) than on the upper side (distance d1).
  • This reverse taper shape allows the contact portion to be limited to only the upper portions of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12.
  • Such a reverse taper shape can be formed by appropriately setting the etching conditions during dry etching.
  • High resistance regions are formed on the opposing surfaces 11A and 12A of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 as in the first embodiment.
  • the high resistance regions 11c and 12c are formed in a continuous region along the extending direction (X direction) of the movable electrode 12 and the fixed electrode 11 on the XY plane.
  • the high resistance regions 11c and 12c are formed, for example, in a local region on the upper side in the YZ section.
  • the high resistance regions 11c and 12c can be formed by impurity doping using a mask similarly to the high resistance regions 11a1 and 12a1 of the first embodiment, and the impurity concentration is relatively low.
  • the opposing surfaces 11A and 12A of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 may be configured to be non-parallel. Also in this modification, an effect equivalent to that of the first embodiment can be obtained. Further, due to the reverse taper shape, when the electrodes are in contact with each other, the contact portion is limited to the upper side of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12, so that the sticking surface 11A, 12A is sticking compared to the parallel case. Is unlikely to occur. Further, since the resistivity around the contact portion is high, it is possible to suppress a leakage current flowing through the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 at the time of contact.
  • Leakage current is also suppressed by increasing the resistance of the entire electrode, but the charging time of carriers supplied between the electrodes for the original switching operation becomes longer, resulting in a decrease in switching speed.
  • this modification only the periphery of the contact portion (only the region on the upper side of the electrode) has a high resistance, so that the leakage current can be suppressed without sacrificing the switching speed.
  • FIG. 11 is an enlarged view of a part of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 in the MEMS switch according to the modification (Modification 2) of the second embodiment.
  • 12 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • the configuration in which the protrusion 11a2 is provided has been described as an example.
  • the protrusion 11a2 may not be provided.
  • the opposing surfaces 11A and 12A of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 may be configured to be non-parallel.
  • the movable electrode 12 and the fixed electrode 11 extend in parallel in plan view, the movable electrode 12 and the fixed electrode 11 face each other in a cross section (YZ cross section) orthogonal to the extending direction (X direction).
  • the surfaces 11A and 12A are not parallel to each other.
  • the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 have a reverse taper shape in the YZ section. For this reason, the distance between the opposing surfaces 11A and 12A is wider on the lower side (distance d2) than on the upper side (distance d1).
  • This reverse taper shape allows the contact portion to be limited to only the upper portions of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12.
  • Such a reverse taper shape can be formed by appropriately setting the etching conditions during dry etching.
  • the fixed electrode 11 includes an n-type semiconductor (n-type region 11b), and the movable electrode 12 is a p-type semiconductor (p A mold region 12b) is included.
  • the n-type region 11b and the p-type region 12b are formed in, for example, a local region on the upper side in the YZ section.
  • the n-type region 11b and the p-type region 12b can be formed by doping different impurities using a mask.
  • the opposing surfaces 11A and 12A of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 may be configured to be non-parallel. Also in this modification, an effect equivalent to that of the second embodiment can be obtained. Further, due to the reverse taper shape, when the electrodes are in contact with each other, the contact portion is limited to the upper side of the fixed electrode 11 and the movable electrode 12, so that the sticking surface 11A, 12A is sticking compared to the parallel case. Is unlikely to occur. In addition, a pn junction diode is formed around the contact portion, and leakage current flowing through the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 can be suppressed.
  • Leakage current is also suppressed by increasing the resistance of the entire electrode, but the charging time of carriers supplied between the electrodes for the original switching operation becomes longer, resulting in a decrease in switching speed.
  • the leakage current can be suppressed without sacrificing the switching speed by using the pn junction.
  • both the facing surface 11A of the fixed electrode 11 and the facing surface 12A of the movable electrode 12 have a reverse taper shape in the YZ cross section is exemplified, but the facing surfaces 11A and 12A Only one of them may have a reverse taper shape. If the opposing surfaces 11A and 12A are not parallel to each other, the contact portion is limited, and thus the above-described effect can be obtained.
  • the MEMS switch using the electrostatic actuator has been described as an example, but the movable electrode and the fixed electrode of the present disclosure can be applied to an acceleration sensor and a gyro sensor. is there.
  • the shape, size, position, number, and the like of the movable electrode, the fixed electrode, the protrusion, and the high resistance region of the present disclosure are not limited to those described above, and various modifications are possible.
  • An appropriate shape or the like may be set according to the specifications of the device.
  • the present disclosure may be configured as follows. (1) A base part; A movable electrode configured to include a semiconductor and supported to be displaceable along the first direction with respect to the base portion; A fixed electrode that is configured to include a semiconductor, is fixed to the base portion, and is opposed to the movable electrode in a state of being separated in the first direction; An electrostatic actuator having a high resistance region formed on at least a part of each of the opposed surfaces of the movable electrode and the fixed electrode and having a lower impurity concentration than the surrounding region.
  • the movable electrode and the fixed electrode extend in parallel in plan view, The electrostatic actuator according to any one of (1) to (4), wherein opposed surfaces of the movable electrode and the fixed electrode are nonparallel in a cross section perpendicular to the extending direction. (6) The electrostatic actuator according to (5), wherein the high resistance region is formed in a continuous region along the extending direction.
  • a base part A movable electrode configured to include a semiconductor and supported to be displaceable along the first direction with respect to the base portion;
  • a fixed electrode that is configured to include a semiconductor, is fixed to the base portion, and is opposed to the movable electrode in a state of being separated in the first direction;
  • the movable electrode includes a first conductivity type semiconductor on at least a part of a surface facing the fixed electrode,
  • the fixed electrode includes a second conductivity type semiconductor in a region facing the first conductivity type semiconductor in a surface facing the movable electrode.
  • the movable electrode and the fixed electrode extend in parallel in plan view,
  • a base part A movable electrode configured to include a semiconductor and supported to be displaceable along the first direction with respect to the base portion;
  • a fixed electrode that is configured to include a semiconductor, is fixed to the base portion, and is opposed to the movable electrode in a state of being separated in the first direction;
  • a switch comprising an electrostatic actuator formed on at least a part of each of the opposed surfaces of the movable electrode and the fixed electrode and having a high resistance region having a lower impurity concentration than the surrounding region.
  • a base part A movable electrode configured to include a semiconductor and supported to be displaceable along the first direction with respect to the base portion;
  • a fixed electrode that is configured to include a semiconductor, is fixed to the base portion, and is opposed to the movable electrode in a state of being separated in the first direction;
  • the movable electrode includes a first conductivity type semiconductor on at least a part of a surface facing the fixed electrode,
  • the switch including an electrostatic actuator, wherein the fixed electrode includes a second conductivity type semiconductor in a region facing the first conductivity type semiconductor in a surface facing the movable electrode.

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Abstract

　静電アクチュエータは、ベース部と、半導体を含んで構成されると共に、ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、半導体を含んで構成されると共に、ベース部に対して固定され、第１の方向において離間した状態で可動電極と対向する固定電極とを備える。可動電極と固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に形成されると共に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域を有するものである。

Description

静電アクチュエータおよびスイッチ
　本開示は、静電駆動型のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System：微小機械電機システム）に関するものであり、静電力（静電引力）を利用した静電アクチュエータ、およびこの静電アクチュエータを用いたスイッチに関する。
　静電駆動型のＭＥＭＳスイッチは、物理的な接触によってオン（ＯＮ）状態およびオフ（ＯＦＦ）状態を切り替えるメカニカルスイッチであり、半導体スイッチよりも、高いアイソレーション、線形性、高耐圧性を持つことが特徴である。このＭＥＭＳスイッチでは、可動電極と固定電極との間に電位差を与え、静電引力によってアクチュエータを駆動させることで接点を接触させる。これにより、スイッチをオン状態に切り替えることができる。
　一般に、静電アクチュエータでは、駆動電圧が大きいことが課題である。電極間（可動電極と固定電極との間）の静電引力(駆動力)を変えることなく駆動電圧を低くするためには、電極同士の対向面積を大きくするか、あるいは電極間の距離（ギャップ）を小さくすることが有効である。電極の対向面積を大きくするためには、電極を並列化して数を増やせばよい。但し、電極数が増すと、配置面積（レイアウト面積）が増えることから、デバイスサイズが大きくなる。つまり、電極数とデバイスサイズとの間にはトレードオフの関係がある。一方、電極間のギャップを小さくした場合には、スイッチ動作時に電極同士が接触し易くなる。これは、静電引力を受けることで電極自体が撓むためである。電極の接触が起こると、電流リークによるエネルギーロス、また接触部分の接着(スティクションあるいはスティッキング)による動作不良が生じる。これらのことは、信頼性低下を招く。また、電極を接触させないためには電極の剛性を高めることが有効であるが、電極を太くすると配置面積が増えることから、この場合にも低電圧駆動とデバイスサイズとのトレードオフが生じる。
　このように、静電駆動型のＭＥＭＳアクチュエータ（静電アクチュエータ）において、デバイスサイズを拡大せずに低電圧駆動を実現するために、電極接触による電流リークやスティッキングを抑制して、電極間のギャップをできるだけ狭くすることが望ましい。
　特許文献１には、電極に突起を設け電極同士が接触した際のスティッキングを防止する手法が提案されている。
特開平６－３４７４７４号公報
　しかしながら、上記特許文献１の手法では、スティッキングの発生を抑制することはできるものの、電流リークを抑制することはできない。また、電流が集中することで接触点付近が溶け、結果としてスティッキングにつながることもある。デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動が可能な素子構造の実現が望まれている。
　したがって、デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動を実現可能な静電アクチュエータ、およびそのような静電アクチュエータを備えたスイッチを提供することが望ましい。
　本開示の一実施の形態の第１の静電アクチュエータは、ベース部と、半導体を含んで構成されると共に、ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、半導体を含んで構成されると共に、ベース部に対して固定され、第１の方向において離間した状態で可動電極と対向する固定電極とを備える。可動電極と固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に形成されると共に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域を有するものである。
　本開示の一実施の形態の第１のスイッチは、上記本開示の一実施の形態の第１の静電アクチュエータを備えたものである。
　本開示の一実施の形態の第１の静電アクチュエータおよびスイッチでは、可動電極と固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域が形成されている。このような構成において、可動電極と固定電極との間に電圧を印加すると、その静電力により可動電極が第１の方向に沿って変位する（駆動力が生じる）。この際、可動電極と固定電極とが接触した場合であっても、高抵抗領域を介した接触となり、該接触部分を通じてリーク電流が流れにくくなる。
　本開示の一実施の形態の第２の静電アクチュエータは、ベース部と、半導体を含んで構成されると共に、ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、半導体を含んで構成されると共に、ベース部に対して固定され、第１の方向において離間した状態で可動電極と対向する固定電極とを備える。可動電極は、固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、固定電極は、可動電極との対向面のうちの第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含むものである。
　本開示の一実施の形態の第２のスイッチは、上記本開示の一実施の形態の第２の静電アクチュエータを備えたものである。
　本開示の一実施の形態の第２の静電アクチュエータおよびスイッチでは、可動電極は、固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、固定電極は、可動電極との対向面のうちの第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含む。このような構成において、可動電極と固定電極との間に電圧を印加すると、その静電力により可動電極が第１の方向に沿って変位する（駆動力が生じる）。この際、可動電極と固定電極とが接触した場合であっても、その接触部分では、第１導電型の半導体と第２導電型の半導体とが接し、例えばＰＮ接合ダイオードが形成される。よって、接触部分を通じてリーク電流が流れにくくなる。
　本開示の一実施の形態の第１の静電アクチュエータおよびスイッチによれば、可動電極と固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域が形成されている。これにより、可動電極と固定電極とが接触した場合にも、その接触部分を通じて発生する電流リークを抑制することができる。このように、電極同士の接触が生じた場合にもその接触による電流リークを抑制できることから、可動電極と固定電極との間の距離をより狭めたり、電極数を増やしたりすることが可能となる（電極の微細化が可能となる）。よって、デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動を実現可能となる。
　本開示の一実施の形態の第２の静電アクチュエータおよびスイッチによれば、可動電極が、固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、固定電極が、可動電極との対向面のうちの第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含む。これにより、可動電極と固定電極とが接触した場合にも、その接触部分を通じて発生する電流リークを抑制することができる。このように、電極同士の接触が生じた場合にもその接触による電流リークを抑制できることから、可動電極と固定電極との間の距離をより狭めたり、電極数を増やしたりすることが可能となる（電極の微細化が可能となる）。よって、デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動を実現可能となる。
　尚、上記内容は本開示の一例である。本開示の効果は、上述したものに限らず、他の異なる効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
本開示の第１の実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの構成を表す平面模式図である。 図１に示した可動電極および固定電極との詳細構成例を表す模式図である。 図２ＡのＩ－Ｉ線における矢視断面図である。 図１に示したＭＥＭＳスイッチの動作（オフ状態）を表す模式図である。 図１に示したＭＥＭＳスイッチの動作（オン状態）を表す模式図である。 比較例に係るＭＥＭＳスイッチの動作（オン状態）を表す模式図である。 図４に示したＭＥＭＳスイッチにおいて発生する電流リークを説明するための特性図である。 図１に示したＭＥＭＳスイッチにおける接触（近接）部分を拡大して表す模式図である。 本開示の第２の実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの可動電極と固定電極との構成を表す平面模式図である。 図７のII－II線における矢視断面図である。 変形例１に係る可動電極と固定電極との構成を表す平面模式図である。 図９のIII－III線における矢視断面図である。 変形例２に係る可動電極と固定電極との構成を表す平面模式図である。 図１１のIV－IV線における矢視断面図である。
　以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．第１の実施の形態（可動電極と固定電極との各対向面の選択的な領域に高抵抗領域を設け、かつ固定電極に突起を設けたＭＥＭＳスイッチの例）
２．第２の実施の形態（可動電極と固定電極との各対向面に互いに異なる導電型の半導体領域を有するＭＥＭＳスイッチの例）
３．変形例１（可動電極と固定電極との各対向面に高抵抗領域を設け、かつ各対向面が非平行となるように構成されたＭＥＭＳスイッチの例）
４．変形例２（可動電極と固定電極との各対向面に互いに異なる導電型の半導体領域を設け、かつ各対向面が非平行となるように構成されたＭＥＭＳスイッチの例）
＜第１の実施の形態＞
［構成］
　図１は、本開示の第１の実施の形態のＭＥＭＳスイッチ（ＭＥＭＳスイッチ１）のＸＹ平面構成を模式的に表したものである。ＭＥＭＳスイッチ１は、いわゆるバルクＭＥＭＳタイプの静電駆動型スイッチであり、静電駆動型のアクチュエータ（駆動部１Ａ）と、接点部（接点部１Ｂ）とを含んで構成されている。ＭＥＭＳスイッチ１には、駆動部１Ａを駆動する（可動電極１２と固定電極１１との間に電圧を印加する）ための電圧印加部１６が設けられている。
　駆動部１Ａは、固定電極１１と可動電極１２とを備え、これらの固定電極１１と可動電極１２との間に電位差を与えることにより静電引力（駆動力）を発生させるものである。この静電引力によって、可動電極１２が変位する。また電位差をゼロに戻すと、可動電極１２に接続されている復帰ばね１２０による復帰力により、可動電極１２がもとの位置に戻る。この２つの動きを利用してオン状態とオフ状態とが切り替えられ、スイッチとして動作するものである。
　バルクＭＥＭＳでは、可動電極１２と固定電極１１とが、例えば図示しない基材（ベース部）のキャビティ内に形成されている。これらの可動電極１２と固定電極１１とは、ベース部内に、底面から浮いた状態で保持されている。ベース部としては、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板が用いられることが多い。可動電極１２および固定電極１１は、そのＳＯＩ基板の活性層(単結晶Ｓｉ)を、例えばドライエッチングにより深堀した後、ＢＯＸ層(シリコン酸化膜)を選択的にエッチングすることにより、形成することができる。
　ベース部は、上記のＳＯＩ基板の他にも、例えば、シリコン（Ｓｉ）、シリコン・カーバイト（ＳｉＣ）、シリコン・ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）またはシリコン・ゲルマニウム・カーボン（ＳｉＧｅＣ）などのＳｉ系半導体から構成されていてもよい。
　固定電極１１は、ベース部に対して固定され、可動電極１２の移動方向（例えばＹ方向）において可動電極１２と離間した状態で、可動電極１２に対向して配置されている。この固定電極１１は、例えば全体として櫛歯形状を成すように形成されている。固定電極１１と可動電極１２とは、対向面１１Ａ，１２Ａの面積をより大きく確保するために、薄く長く形成されることが望ましい。
　可動電極１２は、ベース部に対して可動であり、所定の方向（例えばＹ方向）に沿って変位可能に保持されている。この可動電極１２は、固定部材１５（アンカー）と復帰ばね１２０を介してベース部に保持されている。復帰ばね１２０は、例えばＸ方向に沿って延在すると共に、両端が固定部材１５に支持されている。この復帰ばね１２０の一部に可動電極１２が連結している。復帰ばね１２０は、例えば可動電極１２を挟むように２つ設けられている。可動電極１２は、例えば、Ｙ方向に沿って延在する軸部分１２１を有し、この軸部分１２１から複数の電極部分が張り出し、全体として櫛歯形状を成している。この可動電極１２の櫛歯形状が、固定電極１１の櫛歯形状と噛み合うように配置されている。軸部分１２１の他端側に、接点部１Ｂが設けられている。
　接点部１Ｂは、可動電極１２（軸部分１２１）に追従して動く接点１３と、入力線路１４Ａと、出力線路１４Ｂとを含んで構成されている。接点１３は、例えば、入力線路１４Ａと出力線路１４Ｂとのそれぞれに対向配置され、可動電極１２の変位によって、入力線路１４Ａと出力線路１４Ｂとの接触または非接触の状態が切り替えられるように構成されている。
（固定電極１１，可動電極１２の詳細構成）
　図２Ａは、固定電極１１と可動電極１２との一部を拡大したものである。図２Ｂは、図２ＡのＩ－Ｉ線における矢視断面図である。固定電極１１および可動電極１２は、不純物拡散によって電気抵抗率を変化させることの可能な半導体（例えばシリコンなど）を含んで構成されている。
　本実施の形態では、これらの固定電極１１と可動電極１２との各対向面（対向面１１Ａ，１２Ａ）の少なくとも一部に、高抵抗領域（高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１）が形成されている。ここでは、固定電極１１の可動電極１２との対向面１１Ａと、可動電極１２の固定電極１１との対向面１２Ａとの両方に、互いに対向するように高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１が形成されている。
　高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１は、その周囲の領域（固定電極１１および可動電極１２のうちの高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１の周囲の領域）に比べ、電気抵抗が高い領域（局所的に電気抵抗が高い領域）であり、周囲の領域よりも不純物濃度が低くなるように構成されている。このような高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１は、対向面１１Ａ，１２Ａの一部をマスクしつつ、不純物をドーピングすることで形成することが可能である。ここで、ＭＥＭＳスイッチ１がオン状態の際には、可動電極１２と固定電極１１との各対向面同士が一部または全部において接触（または近接）するが、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１は、上記接触部分に対応する局所的な部分に形成されることが望ましい。また、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１は、図２Ｂに示したように、ＹＺ断面においては、例えば上部側の局所的な領域に形成されている。
　固定電極１１および可動電極１２の対向面１１Ａ，１２Ａの一方または両方には、突起（突起１１ａ２）が設けられている。ここでは、突起１１ａ２は、固定電極１１の対向面１１Ａに設けられている。また、高抵抗領域１１ａ１は、平面視的に（ＸＹ平面において）、突起１１ａ２を含む局所的な領域に（突起１１ａ２の周囲に）形成されることが望ましい。突起１１ａ２は、図２Ｂに示したように、深さ方向（Ｚ方向において）少なくとも一部が突出していればよい。ここでは、突起１１ａ２は、ＹＺ断面においてテーパ形状を有しており、下部よりも上部において出っ張り具合が大きくなっている。このような突起１１ａ２の形状は、ドライエッチングの際のエッチング条件を制御することで形成することができる。突起１１ａ２の高さ（出っ張り量）の最大値は、固定電極１１と可動電極１２との間の距離よりも小さくなるように構成され、オフ状態では、突起１１ａ２の先端と可動電極１２の対向面１２Ａとが離隔していることが望ましい。尚、ここでは、突起１１ａ２が固定電極１１側にのみ形成されているが、突起は、固定電極１１と可動電極１２との両方に形成されていてもよい。あるいは、可動電極１２の側にのみ形成されていても構わない。
　高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１および突起１１ａ２の位置、面積（大きさ）および個数などは、図２Ａおよび図２Ｂに図示したものに限定されない。詳細は後述するが、固定電極１１と可動電極１２とが接触する際、この接触部分におけるリーク電流は、突起１１ａ２の数、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１の面積、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１の抵抗率、接触抵抗あるいは動作電圧などに応じて変化する。許容可能なリーク電流の上限値を超えないように、それらの突起１１ａ２の数、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１の面積、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１の抵抗率などが設定されることが望ましい。また、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１および突起１１ａ２の形状は特に限定されない。
［作用・効果］
　本実施の形態のＭＥＭＳスイッチ１では、固定電極１１と可動電極１２との間に電圧が印加されると、静電力によって可動電極１２が、所定の範囲内においてＹ方向に沿って移動する（可動電極１２が固定電極１１に対して近づいたり離れたりする）。所定のタイミングで可動電極１２が変位することで、接点１３と入力線路１４Ａおよび出力線路１４Ｂとの接触および非接触の状態が切り替えられる。図３Ａは、ＭＥＭＳスイッチ１のオフ状態、図３Ｂは、ＭＥＭＳスイッチ１のオン状態を模式的に表したものである。このようにして、ＭＥＭＳスイッチ１のオン動作およびオフ動作がなされる。
　ところが、固定電極１１と可動電極１２との間に電圧を印加して、可動電極１２が変位すると、電極間隔が狭まることとなる。固定電極１１と可動電極１２とは、対向面１１Ａ，１２Ａの面積を大きく確保するために薄く長く形成される傾向がある。このため、例えば図４に模式的に示したように、静電引力によって応力が加わり、可動電極１２に撓みが生じることがある。この撓みに起因して、設計値よりも電極間隔が狭まり、固定電極１１と可動電極１２とが局所的に接触し、いわゆるスティッキングが生じる（図４中のＸ１）。この結果、図５に示したように、ＭＥＭＳスイッチ１がオフ状態からオン状態に切り替わり、信号線間電流（Ｉ１）が流れると、リーク電流（Ｉｘ）が発生して電流消費が大きくなる。また、スティッキングによって信頼性も低下する。
　これに対し、本実施の形態では、固定電極１１と可動電極１２との各対向面(対向面１１Ａ，１２Ａ)の少なくとも一部に、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１が形成されている。これにより、可動電極１２と固定電極１１とが接触した場合であっても、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１を介した接触となり、該接触部分を通じてリーク電流が流れにくい。
　特に、これらの高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１のうちの一方または両方（ここでは高抵抗領域１１ａ１）が、突起１１ａ２を含む領域に形成される（突起１１ａ２の周囲に高抵抗領域１１ａ１が形成される）ことで、次のような効果がある。即ち、対向面１１Ａに突起１１ａ２が設けられることで、この突起１１ａ２の先端部分において接触が生じ易い（図６）。接触部分が突起１１ａ２の先端に限定されることで、スティッキングの発生する可能性が、突起１１ａ２が無い場合よりも少なくなる。また、突起１１ａ２の周辺は他の部分よりも高抵抗であることから、固定電極１１と可動電極１２とを介して流れるリーク電流を抑制することができる。ここで、固定電極１１と可動電極１２との一部ではなく、全体を高抵抗にすることによってもリーク電流を抑制することができるが、この場合には電極間に供給されるキャリアの充電時間が長くなり、スイッチング速度の低下を引き起こす。これに対し、本実施の形態では、突起１１ａ２が設けられることで、接触部分を限定することができ、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１をその接触部分に対応する有効な領域にのみ形成することができる。このため、スイッチング速度を犠牲にすることなく、リーク電流を抑制できる。
　このように、本実施の形態では、電極同士の接触が生じた場合にもその接触による電流リークを抑制できることから、可動電極１２と固定電極１１との間の距離をより狭めたり、電極数を増やしたりすることが可能となる。つまり、電極の微細化が可能となる。よって、デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動を実現可能となる。
　以上説明したように、本実施の形態では、可動電極１２と固定電極１１との各対向面のうちの少なくとも一部に、周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１が形成されている。このような構成において、可動電極１２と固定電極１１との間に電圧を印加すると、その静電力により可動電極１２がＹ方向に沿って変位する（駆動力が生じる）。この際、可動電極１２と固定電極１１とが接触した場合であっても、高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１を介した接触となり、その接触部分を通じて発生する電流リークを抑制することができる。このように、電極同士の接触が生じた場合にもその接触による電流リークを抑制できることから、可動電極１２と固定電極１１との間の距離をより狭めたり、電極数を増やしたりすることが可能となる（電極の微細化が可能となる）。よって、デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動を実現可能となる。
　あるいは、駆動電圧を大きくすることなく、デバイスサイズを小さくすることも可能である。これは、デバイスの製造コストの低減につながる。また、スティッキングの発生を抑制することができるため、信頼性を向上させることが可能である。なお、静電駆動型のＭＥＭＳ共振器においても同様の効果を得ることができる。
　以下、上記第１の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの他の実施の形態および変形例について説明する。尚、上記第１の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
＜第２の実施の形態＞
　図７は、本開示の第２の実施の形態のＭＥＭＳスイッチにおける固定電極１１と可動電極１２との一部を拡大したものである。図８は、図７のII－II線における矢視断面図である。本実施の形態のＭＥＭＳスイッチは、上記第１の実施の形態と同様、いわゆるバルクＭＥＭＳタイプの静電駆動型スイッチであり、図１に示したように、静電駆動型のアクチュエータからなる駆動部１Ａと、接点部１Ｂとを含む基本的な構成は、上記第１の実施の形態と同様である。
　また、固定電極１１および可動電極１２は、不純物拡散によって電気抵抗率を変化させることの可能な半導体（例えばシリコンなど）を含んで構成されている。加えて、固定電極１１および可動電極１２の対向面１１Ａ，１２Ａの一方または両方（ここでは対向面１１Ａ）には、突起１１ａ２が設けられている。
　但し、本実施の形態では、上記第１の実施の形態と異なり、固定電極１１と可動電極１２とが互いに異なる導電型の半導体を含んで構成されている。例えば、固定電極１１はｎ型半導体を、可動電極１２はｐ型半導体をそれぞれ含んで構成されている。詳細には、可動電極１２は、固定電極１１との対向面１２Ａの少なくとも一部にｐ型半導体を含み、固定電極１１は、可動電極１２との対向面１１Ａのうちの上記ｐ型半導体に対向する領域にｎ型半導体を含む。例えば、図８に示したように、固定電極１１の上部側の領域にｎ型の不純物がドーピングされたｎ型領域１１ｂが形成され、可動電極１２の上部側の領域にｐ型の不純物がドーピングされたｐ型領域１２ｂが形成されている。このような構成は、例えば、固定電極１１と可動電極１２とのそれぞれに対して、マスクを用いて互いに異なる不純物をドーピングすることで形成可能である。ｎ型領域１１ｂとｐ型領域１２ｂとは、上記第１の実施の形態の高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１と同様、ＭＥＭＳスイッチ１がオン状態の際の電極同士の接触（または近接）部分に形成されることが望ましい。
　本実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様、固定電極１１と可動電極１２との間に電圧が印加されると、静電力によって可動電極１２が、所定の範囲内においてＹ方向に沿って移動する。所定のタイミングで可動電極１２が変位することで、ＭＥＭＳスイッチのオフ状態およびオン状態が切り替えられる。ところが、オン状態において、上述したように、可動電極１２の撓みによって電極同士が接触し、スティッキングが生じてしまう。この結果、リーク電流が発生して電流消費が大きくなる。また、スティッキングによって信頼性も低下する。
　これに対し、本実施の形態では、固定電極１１がｎ型半導体を含んで構成され、可動電極１２がｐ型半導体を含んで構成されている。これにより、可動電極１２と固定電極１１とが接触した場合であっても、その接触部分では、ｐ型半導体とｎ型半導体とが接し、ｐｎ接合ダイオードが形成される。これにより、固定電極１１側から可動電極１２側へ電流が流れにくくなる。よって、接触部分を通じてリーク電流が流れにくくなる。ここで、固定電極１１と可動電極１２との全体を高抵抗にすることによってもリーク電流を抑制することができるが、この場合には電極間に供給されるキャリアの充電時間が長くなり、スイッチング速度の低下を引き起こす。本実施の形態では、上記のようにｐｎ接合を利用することから、固定電極１１と可動電極１２との抵抗率は低いまま、即ちスイッチング速度を犠牲にすることなく、リーク電流を抑制することが可能である。尚、電位差を加える方向を逆にして、固定電極１１をｎ型半導体、可動電極１２がｐ型半導体を含んで構成されていてもよい。この場合にも、上記と同等の効果を得ることができる。
　また、固定電極１１および可動電極１２のうちの一方または両方（ここでは固定電極１１）の対向面１１Ａに、突起１１ａ２が形成されることで、この突起１１ａ２の先端部分において接触が生じ易くなる。接触部分が突起１１ａ２の先端に限定されることで、スティッキングの発生する可能性が、突起１１ａ２が無い場合よりも少なくなる。
　以上のように本実施の形態では、可動電極１２は、固定電極１１との対向面１２Ａの少なくとも一部に第１導電型（例えばｐ型）の半導体を含み、固定電極１１は、可動電極１２との対向面１１Ａのうちの第１導電型（例えばｐ型）の半導体に対向する領域に第２導電型（例えばｎ型）の半導体を含む。このような構成において、可動電極１２と固定電極１１との間に電圧を印加すると、その静電力により可動電極１２が第１の方向に沿って変位する（駆動力が生じる）。この際、可動電極１２と固定電極１１とが接触した場合であっても、その接触部分においてｐｎ接合ダイオードが形成され、電流リークを抑制することができる。このように、電極同士の接触が生じた場合にもその接触による電流リークを抑制できることから、可動電極１２と固定電極１１との間の距離をより狭めたり、電極数を増やしたりすることが可能となる（電極の微細化が可能となる）。よって、デバイスサイズを大きくすることなく低電圧駆動を実現可能となる。
＜変形例１＞
　図９は、上記第１の実施の形態の変形例（変形例１）に係るＭＥＭＳスイッチにおける固定電極１１と可動電極１２との一部を拡大したものである。図１０は、図９のIII－III線における矢視断面図である。上記第１の実施の形態では、突起１１ａ２を設けた構成を例に挙げたが、この突起１１ａ２は設けられていなくともよい。例えば、本変形例のように、突起１１ａ２を設けるのではなく、固定電極１１と可動電極１２との各対向面１１Ａ，１２Ａが非平行となるように構成してもよい。
　可動電極１２と固定電極１１とは、平面視的に並行して延在するが、その延在方向（Ｘ方向）に直交する断面（ＹＺ断面）において、可動電極１２と固定電極１１との対向面１１Ａ，１２Ａ同士が非平行となっている。換言すると、固定電極１１と可動電極１２とは、ＹＺ断面において逆テーパ形状を有している。このため、対向面１１Ａ，１２Ａ間の距離は、上部側（距離ｄ１）よりも下部側（距離ｄ２）において広くなっている。この逆テーパ形状によって、接触部分を固定電極１１と可動電極１２との各上部のみに限定することができる。このような逆テーパ形状は、ドライエッチングの際のエッチング条件を適切に設定することにより形成することができる。
　これらの固定電極１１および可動電極１２の対向面１１Ａ，１２Ａには、上記第１の実施の形態と同様、高抵抗領域（高抵抗領域１１ｃ，１２ｃ）が形成されている。但し、本変形例では、高抵抗領域１１ｃ，１２ｃは、ＸＹ平面では、可動電極１２と固定電極１１との延在方向（Ｘ方向）に沿った連続的な領域に形成されている。高抵抗領域１１ｃ，１２ｃは、図１０に示したように、ＹＺ断面においては、例えば上部側の局所的な領域に形成されている。高抵抗領域１１ｃ，１２ｃは、上記第１の実施の形態の高抵抗領域１１ａ１，１２ａ１と同様、マスクを用いた不純物ドーピングにより形成することができ、相対的に不純物濃度が低くなっている。
　本変形例のように、固定電極１１と可動電極１２との対向面１１Ａ，１２Ａ同士が非平行となるように構成されていてもよい。本変形例においても、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、逆テーパ形状により、電極同士が接触する際には、接触部分が固定電極１１および可動電極１２の上部側に限定されることから、対向面１１Ａ，１２Ａが平行である場合に比べてスティッキングが発生しにくい。また、接触部周辺の抵抗率が高い為、接触時に固定電極１１と可動電極１２とを介して流れるリーク電流を抑制することができる。電極全体を高抵抗にする事でもリーク電流は抑制されるが、本来のスイッチ動作の為に電極間に供給されるキャリアの充電時間が長くなり、スイッチング速度の低下を引き起こす。本変形例では、接触部分の周辺のみ（電極の上部側の領域のみ）が高抵抗であるため、スイッチング速度を犠牲にすることなく、リーク電流を抑制することができる。
＜変形例２＞
　図１１は、上記第２実施の形態の変形例（変形例２）に係るＭＥＭＳスイッチにおける固定電極１１と可動電極１２との一部を拡大したものである。図１２は、図１１のIV－IV線における矢視断面図である。上記第２の実施の形態では、突起１１ａ２を設けた構成を例に挙げたが、この突起１１ａ２は設けられていなくともよい。例えば、本変形例のように、突起１１ａ２を設けるのではなく、固定電極１１と可動電極１２との各対向面１１Ａ，１２Ａが非平行となるように構成してもよい。
　可動電極１２と固定電極１１とは、平面視的に並行して延在するが、その延在方向（Ｘ方向）に直交する断面（ＹＺ断面）において、可動電極１２と固定電極１１との対向面１１Ａ，１２Ａ同士が非平行となっている。換言すると、固定電極１１と可動電極１２とは、ＹＺ断面において逆テーパ形状を有している。このため、対向面１１Ａ，１２Ａ間の距離は、上部側（距離ｄ１）よりも下部側（距離ｄ２）において広くなっている。この逆テーパ形状によって、接触部分を固定電極１１と可動電極１２との各上部のみに限定することができる。このような逆テーパ形状は、ドライエッチングの際のエッチング条件を適切に設定することにより形成することができる。
　固定電極１１は、上記第２の実施の形態と同様、ｎ型半導体（ｎ型領域１１ｂ）を含んで構成され、可動電極１２は、上記第２の実施の形態と同様、ｐ型半導体（ｐ型領域１２ｂ）を含んで構成されている。ｎ型領域１１ｂとｐ型領域１２ｂとは、図１２に示したように、ＹＺ断面においては、例えば上部側の局所的な領域に形成されている。ｎ型領域１１ｂとｐ型領域１２ｂとは、上記第２の実施の形態と同様、マスクを用いて互いに異なる不純物をドーピングすることにより形成することができる。
　本変形例のように、固定電極１１と可動電極１２との対向面１１Ａ，１２Ａ同士が非平行となるように構成されていてもよい。本変形例においても、上記第２の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、逆テーパ形状により、電極同士が接触する際には、接触部分が固定電極１１および可動電極１２の上部側に限定されることから、対向面１１Ａ，１２Ａが平行である場合に比べてスティッキングが発生しにくい。また、接触部周辺ではｐｎ接合ダイオードが形成され、固定電極１１と可動電極１２とを介して流れるリーク電流を抑制することができる。電極全体を高抵抗にする事でもリーク電流は抑制されるが、本来のスイッチ動作の為に電極間に供給されるキャリアの充電時間が長くなり、スイッチング速度の低下を引き起こす。本変形例では、ｐｎ接合を利用することで、スイッチング速度を犠牲にすることなく、リーク電流を抑制することができる。
　尚、上記変形例１，２では、固定電極１１の対向面１１Ａと、可動電極１２の対向面１２Ａとの両方が、ＹＺ断面において逆テーパ形状を有する構成を例示したが、対向面１１Ａ，１２Ａのうちのどちらか一方のみが逆テーパ形状を有していてもよい。対向面１１Ａ，１２Ａ同士が非平行であれば、接触部分が限定されることから、上述した効果を得ることができる。
　以上、実施の形態および変形例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、静電アクチュエータを用いたＭＥＭＳスイッチを例に挙げて説明したが、本開示の可動電極と固定電極とは、その他にも加速度センサやジャイロセンサにも適用可能である。
　また、本開示の可動電極、固定電極、突起および高抵抗領域などの形状、大きさ、位置および個数などは、上述したものに限定されず、種々変形が可能である。デバイスの仕様に応じて適切な形状等が設定されればよい。
　また、上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
　尚、本開示は、以下のような構成であってもよい。
（１）
　ベース部と、
　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
　を備え、
　前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に形成されると共に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域を有する
　静電アクチュエータ。
（２）
　前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加した際に生じる静電力によって、前記可動電極と前記固定電極との各対向面同士が一部または全部において接触または近接し、
　前記高抵抗領域は、前記可動電極と前記固定電極との接触または近接する部分に形成されている
　上記（１）に記載の静電アクチュエータ。
（３）
　前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの一方または両方に突起が設けられている
　上記（１）または（２）に記載の静電アクチュエータ。
（４）
　前記高抵抗領域は、平面視的に、前記突起を含む局所的な領域に形成されている
　上記（３）に記載の静電アクチュエータ。
（５）
　前記可動電極と前記固定電極とは、平面視的に並行して延在し、
　その延在方向に直交する断面において、前記可動電極と前記固定電極との各対向面同士が非平行である
　上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
（６）
　前記高抵抗領域は、前記延在方向に沿った連続的な領域に形成されている
　上記（５）に記載の静電アクチュエータ。
（７）
　ベース部と、
　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
　を備え、
　前記可動電極は、前記固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、
　前記固定電極は、前記可動電極との対向面のうちの前記第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含む
　静電アクチュエータ。
（８）
　前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加した際に生じる静電力によって、前記可動電極と前記固定電極との各対向面同士が一部または全部において接触または近接し、
　前記第１導電型および第２導電型の半導体は、前記可動電極と前記固定電極との接触または近接する部分に形成されている
　上記（７）に記載の静電アクチュエータ。
（９）
　前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの一方または両方に突起が設けられている
　上記（７）または（８）に記載の静電アクチュエータ。
（１０）
　前記可動電極と前記固定電極とは、平面視的に並行して延在し、
　その延在方向に直交する断面において、前記可動電極と前記固定電極との各々の対向面同士が非平行である
　上記（７）～（９）のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
（１１）
　ベース部と、
　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
　を備え、
　前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に形成されると共に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域を有する
　静電アクチュエータを備えたスイッチ。
（１２）
　ベース部と、
　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
　を備え、
　前記可動電極は、前記固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、
　前記固定電極は、前記可動電極との対向面のうちの前記第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含む
　静電アクチュエータを備えたスイッチ。
　本出願は、日本国特許庁において２０１５年１月３０日に出願された日本特許出願番号第２０１５－０１６７７３号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (12)

  1. 　ベース部と、
    　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
    　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
    　を備え、
    　前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に形成されると共に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域を有する
    　静電アクチュエータ。
  2. 　前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加した際に生じる静電力によって、前記可動電極と前記固定電極との各対向面同士が一部または全部において接触または近接し、
    　前記高抵抗領域は、前記可動電極と前記固定電極との接触または近接する部分に形成されている
    　請求項１に記載の静電アクチュエータ。
  3. 　前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの一方または両方に突起が設けられている
    　請求項１に記載の静電アクチュエータ。
  4. 　前記高抵抗領域は、平面視的に、前記突起を含む局所的な領域に形成されている
    　請求項３に記載の静電アクチュエータ。
  5. 　前記可動電極と前記固定電極とは、平面視的に並行して延在し、
    　その延在方向に直交する断面において、前記可動電極と前記固定電極との各対向面同士が非平行である
    　請求項１に記載の静電アクチュエータ。
  6. 　前記高抵抗領域は、前記延在方向に沿った連続的な領域に形成されている
    　請求項５に記載の静電アクチュエータ。
  7. 　ベース部と、
    　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
    　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
    　を備え、
    　前記可動電極は、前記固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、
    　前記固定電極は、前記可動電極との対向面のうちの前記第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含む
    　静電アクチュエータ。
  8. 　前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加した際に生じる静電力によって、前記可動電極と前記固定電極との各対向面同士が一部または全部において接触または近接し、
    　前記第１導電型および第２導電型の半導体は、前記可動電極と前記固定電極との接触または近接する部分に形成されている
    　請求項７に記載の静電アクチュエータ。
  9. 　前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの一方または両方に突起が設けられている
    　請求項７に記載の静電アクチュエータ。
  10. 　前記可動電極と前記固定電極とは、平面視的に並行して延在し、
    　その延在方向に直交する断面において、前記可動電極と前記固定電極との各々の対向面同士が非平行である
    　請求項７に記載の静電アクチュエータ。
  11. 　ベース部と、
    　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
    　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
    　を備え、
    　前記可動電極と前記固定電極との各対向面のうちの少なくとも一部に形成されると共に、その周囲の領域よりも不純物濃度の低い高抵抗領域を有する
    　静電アクチュエータを備えたスイッチ。
  12. 　ベース部と、
    　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して第１の方向に沿って変位可能に支持された可動電極と、
    　半導体を含んで構成されると共に、前記ベース部に対して固定され、前記第１の方向において離間した状態で前記可動電極と対向する固定電極と
    　を備え、
    　前記可動電極は、前記固定電極との対向面の少なくとも一部に第１導電型の半導体を含み、
    　前記固定電極は、前記可動電極との対向面のうちの前記第１導電型の半導体に対向する領域に第２導電型の半導体を含む
    　静電アクチュエータを備えたスイッチ。
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