專利名稱:致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及微動開關(guān)、容量可變電容器等壓電驅(qū)動方式的MEMS (Micro-electro-mechanical System,微型機電系統(tǒng))致動器(7夕于二工 一夕)。
背景技術(shù):
靜電驅(qū)動方式、壓電驅(qū)動方式等的MEMS ( Micro-dectro-mechanical System)致動器,因為具有大的可變電容比、高的Q值、本質(zhì)上高的線性 性質(zhì)等,所以在RF (高頻)設(shè)備領(lǐng)域中特別有前途,其對于高頻開關(guān)、容 量可變電容器等的應(yīng)用受到極大地期待。
但是,在該MEMS致動器中,存在被稱為"粘附(7亍,夕、>3>0" 的問題。因為靜電驅(qū)動方式、壓電驅(qū)動方式等的MEMS致動器中的可動 梁彈性常數(shù)比較小,所以在電荷被注入到構(gòu)成MEMS結(jié)構(gòu)體的電介質(zhì)的
一部分中的情況下,會產(chǎn)生因注入電荷引起的靜電力,從而可動梁容易粘 接在固定部上。將該現(xiàn)象稱為粘附。
靜電驅(qū)動方式的MEMS致動器具有靜電驅(qū)動機構(gòu),該靜電驅(qū)動機構(gòu) 由形成在可動梁上的可動電極、固定在基板上的固定電極以及形成在可動 電極或者固定電極表面的電介質(zhì)膜構(gòu)成。并且,通過在可動電極(驅(qū)動電 極)和固定電極之間施加驅(qū)動電壓,兩電極靠靜電力吸引、驅(qū)動。但是, 在驅(qū)動時,因為數(shù)十伏特的驅(qū)動電壓被施加到通常0.1 iam至1 pm左右的 厚度的電介質(zhì)膜上,所以電介質(zhì)膜被暴露在高電場下,從而與驅(qū)動時間相 應(yīng)地,電荷會被注入、捕獲到電介質(zhì)膜界面、內(nèi)部等。
該注入的電荷,因為對靜電驅(qū)動機構(gòu)產(chǎn)生與施加外部電壓時同樣的作用,所以使將可動電極吸附在固定電極上的閾值電壓(吸合電壓)、用于 打開的閾值電壓(釋放電壓)偏移。并且,在顯著的情況下,會產(chǎn)生即使 將驅(qū)動電壓設(shè)置為零,電極間也粘著而不工作的、稱為粘附的現(xiàn)象,從而 成為實際使用方面的問題。
另一方面,在壓電驅(qū)動方式的MEMS致動器中,因為可動梁具有由 用電極挾持著的壓電膜構(gòu)成的驅(qū)動機構(gòu),用比較低的電壓進行驅(qū)動,所以 電荷注入對于壓電膜的影響小。但是,在壓電驅(qū)動方式的MEMS致動器 也具有形成在可動梁上的可動電極、固定在基板上的固定電極以及形成在 可動電極或者固定電極表面的電介質(zhì)膜,并且在兩電極隔著電介質(zhì)膜接觸 時施加大的RF信號的情況下,仍然會在電介質(zhì)膜上發(fā)生電荷的注入、捕 獲,在顯著的情況下,會產(chǎn)生即使將壓電驅(qū)動電壓設(shè)置為0,電極間也粘 著而不工作的、稱為粘附的現(xiàn)象,從而成為實際使用方面的問題。
而且,在專利文獻1中公開了在MEMS致動器中,在可動電極和固 定電極雙方上設(shè)置電介質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)。
專利文獻11特開2006-140271號公報
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是基于上述的問題而提出的,其目的在于提供一種解決驅(qū)動 電壓偏移、電極的粘著等問題,由此經(jīng)時變化小、具有穩(wěn)定的驅(qū)動特性的 壓電驅(qū)動方式的致動器。
根據(jù)本發(fā)明的一種方式,提供一種致動器,具備基板;設(shè)置在上述 基板的主面上的固定電極;設(shè)置在上述固定電極上、由結(jié)晶體構(gòu)成的第1 電介質(zhì)膜;與上述主面相對、在上述基板的上方空出間隙地被保持的可動 梁;設(shè)置在上述可動梁的與上述固定電極相對的面上、在與上述固定電極 之間被施加交流電壓的可動電極;以及設(shè)置在上述可動電極的與上述固定 電極相對的面上、由結(jié)晶體構(gòu)成的第2電介質(zhì)膜。
如果采用本發(fā)明,則提供一種解決驅(qū)動電壓偏移、電極的粘著等問題, 由此經(jīng)時變化小、具有穩(wěn)定的驅(qū)動特性的壓電驅(qū)動方式的致動器。
圖l是例示本發(fā)明的第1實施方式的致動器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖; 圖2是例示本發(fā)明的第1實施方式的致動器的特性的主要部分的放大 示意剖面圖3是例示本發(fā)明的第1實施例的致動器的制造方法的工序順序的剖 面示意圖4是例示比較例子的致動器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖; 圖5是例示比較例子的致動器的特性的主要部分的放大示意剖面圖; 圖6是例示本發(fā)明的第2實施方式的致動器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖; 圖7是例示本發(fā)明的第3實施方式的致動器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖; 圖8是例示本發(fā)明的第4實施方式的致動器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖;以
及
圖9是例示使用了本發(fā)明的實施方式的致動器的電子電路和電子設(shè)備 的示意圖。 符號說明
10、 11、 20、 30、 40、 90:致動器,110:基板,112:主面,120:支 架部,140:固定電極,150:固定電極電介質(zhì)膜(第1電介質(zhì)膜),155、 255:膜厚,160:犧牲層,191、 192、 291、 292:電荷,200:可動梁,202: 可動電才及,210:下部電極,212:下部壓電膜,214:中間電才及,216:上 部壓電膜,218:上部電極,250:可動電極電介質(zhì)膜(第2電介質(zhì)膜), 500:電子電路,600:電子i殳備。
具體實施例方式
以下,參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施方式。 (第l實施方式)
圖l是例示本發(fā)明的第1實施方式的致動器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。 如圖1所表示的,本發(fā)明的第1實施方式的致動器10具備基板110;設(shè)置在基板110的主面112上的固定電極140;設(shè)置在固定電極140上的 固定電極電介質(zhì)膜(第1電介質(zhì)膜)150。
并且,進一步具備與基板110的主面112相對地,與基板1U)空出 間隙地被保持的可動梁200;設(shè)置在可動梁200的與固定電極140相對的 面上的可動電才及202。而且,可動梁200的一部分由"^殳置在基板110上的 支架部12()接合,由此可動梁200與基板110空出間隙地被保持。并且, 致動器10進一步具備設(shè)置在可動電極202的與固定電極140相對的面上的 可動電極電介質(zhì)膜(第2電介質(zhì)膜)250。
并且,在固定電極140和可動電極2()2之間施加交流電壓。該交流電 壓是應(yīng)用致動器10的各種開關(guān)、各種電容器中的RF信號電壓,其實質(zhì)上 是正負對稱的交流電壓。
圖1例示的本實施方式的致動器10,使用雙壓電晶( 乇々7)片 型的壓電驅(qū)動方式的可動梁,作為可動梁200。即,可動梁200具有下部 電極210、下部壓電膜212、中間電極214、上部壓電膜216以及上部電極 218疊層而成的結(jié)構(gòu)。并且,在此情況下,下部電極210成為可動電極202。 但是,本發(fā)明并不限于此,而也能夠利用適宜的圖案設(shè)計,將中間電極214 設(shè)定為可動電極202。此時,能夠?qū)⒃谙虏繅弘娔?12中使用的層用作為 可動電極電介質(zhì)膜。此外,也能夠在下部電極210、中間電極214以及上 部電極218之外i殳置可動電極。進而,也可以將可動梁200設(shè)定為單壓電 晶片型的壓電驅(qū)動方式的可動梁。
而且,對于下部電極210、中間電極214以及上部電極218,能夠使用 鋁(Al),此外,對于下部壓電膜212和上部壓電膜216能夠使用氮化鋁 (A1N)。但是,本發(fā)明并不限于此。
并且,在本實施方式的致動器10中,可動電極電介質(zhì)膜250和固定電 極電介質(zhì)膜150由結(jié)晶體構(gòu)成。
例如,固定電極電介質(zhì)膜150和可動電極電介質(zhì)膜250由實質(zhì)上相同 的材料形成。例如,作為固定電極電介質(zhì)膜150和可動電極電介質(zhì)膜250, 能夠使用作為結(jié)晶體的氮化鋁。由此,能夠?qū)崿F(xiàn)解決驅(qū)動電壓偏移、電極的粘著等問題,由此經(jīng)時變 化小、具有穩(wěn)定的驅(qū)動特性的壓電驅(qū)動方式的致動器。
即,本發(fā)明的發(fā)明人通過理論以及實驗詳細地研究了在MEMS致動 器中,電荷被注入、捕獲到固定電極140的表面的固定電極電介質(zhì)膜150、 可動電極2()2的表面的可動電極電介質(zhì)膜250中,電極間因靜電力而粘著 的現(xiàn)象,其結(jié)果,發(fā)現(xiàn)了當僅在這些電極中的一方的表面上形成電介質(zhì) 膜,在電極間施加大的RF電力的情況下,粘著作用大。并且,發(fā)現(xiàn)了 當這些電極中的雙方的表面被電介質(zhì)膜所覆蓋的情況下,即使是在電極間 施加大的RF電力的情況下,粘著作用小。特別地,發(fā)現(xiàn)了在雙方電極 的電介質(zhì)膜由結(jié)晶體構(gòu)成的情況下,與由非結(jié)晶體構(gòu)成的情況相比,因為 電介質(zhì)膜中的捕獲少,所以粘著作用小。作為由結(jié)晶體構(gòu)成的材料,例如 能夠使用A1N。
并且,進而發(fā)現(xiàn)了在雙方電極的電介質(zhì)膜的介電常數(shù)實質(zhì)上相同時, 粘著現(xiàn)象減輕。
具體地,通過使用相同的材料作為雙方的電介質(zhì)膜,能夠減輕該粘著 現(xiàn)象。本發(fā)明就是基于該研究結(jié)果而提出的。
如后面說明的那樣,通過將雙方的電介質(zhì)膜的膜厚度設(shè)置成實質(zhì)上相 同,能夠進一步抑制粘著現(xiàn)象。
并且,進而,作為雙方電極,通過使用具有實質(zhì)上相同的功函數(shù)的材 料、例如實質(zhì)上相同的材料,進一步能夠使該粘著現(xiàn)象難以發(fā)生。
而且,在專利文獻l中,雖然公開了在可動電極和固定電極這雙方上 設(shè)置有電介質(zhì)膜的結(jié)構(gòu),但是,這些電介質(zhì)膜與粘附現(xiàn)象的關(guān)系,沒有得 到任何考慮。并且,在專利文獻l中,作為這些電介質(zhì)膜的材料,雖然例 示了硅氧化膜、硅氮化膜、氧化鋁,但是,硅氧化膜、硅氮化膜等通常是 非結(jié)晶體。并且,雖然氧化鋁會依成膜方法、成膜溫度等的不同而成為結(jié) 晶體或者非結(jié)晶體的某一方,但在專利文獻l中,有關(guān)對于電介質(zhì)膜使用 的材料的結(jié)晶性并沒有任何考慮。并且,有關(guān)對于電介質(zhì)膜使用的材料的 結(jié)晶性以及雙方的電介質(zhì)膜的材料的特性的一致性沒有記載,從而認為對于這些電介質(zhì)膜可以使用不同的材料。因而,利用在專利文獻l中公開的 技術(shù),不能解決該粘附現(xiàn)象。
而且,本實施方式的致動器IO,能夠作為微動開關(guān)、電容器等使用。 此外,還可以在可動電極202和固定電極140之外進一步設(shè)置各種電極, 從而進一步構(gòu)成利用了該電極的開關(guān)、電容器等。
而且,在本申請說明書中,"致動器",不僅是可動部分,而且還包 括包含可動部分而構(gòu)成的各種開關(guān)、各種電容器等。
圖2是例示本發(fā)明的第1實施方式的致動器的特性的主要部分的放大 示意剖面圖。
而且,有關(guān)本申請說明書和圖2以后的各圖,對于與關(guān)于已有的圖前 面描述過了的要素相同的要素,標注相同的符號并適宜省略詳細的說明。
如圖2所示,在本發(fā)明的第1實施方式的致動器10中,在固定電極 140的表面有固定電極電介質(zhì)膜150,在可動電極202 (壓電驅(qū)動雙壓電晶 片結(jié)構(gòu)的下部電極210)的表面有可動電極電介質(zhì)膜250。即,在兩電極相 互相對的面上,分別設(shè)置有電介質(zhì)膜。并且,對于這些電介質(zhì)膜,使用結(jié) 晶性的材料。由此,當在電極間輸入大電力的RF信號從而發(fā)生了電荷注 入的情況下,因為注入、捕獲到雙方電介質(zhì)膜內(nèi)的量少,所以實質(zhì)上不會 發(fā)生粘附。
進而,對于這些電介質(zhì)膜,如果使用相對介電常數(shù)(比誘電率)實質(zhì)上 相同的材料,則當在固定電極140和可動電極202之間施加RF電壓的情 況下,在雙方電介質(zhì)膜中產(chǎn)生的電場相等(更準確地,以相位偏離180度 的狀態(tài)對稱),雖然靠電場的作用加速從而電荷注入到雙方電介質(zhì)膜內(nèi), 但是,因為該電荷(電荷191、 192、 291、 292)的種類、數(shù)量等大致相同, 所以在電介質(zhì)膜間不會產(chǎn)生靜電力,從而實質(zhì)上不會發(fā)生粘著。 (第1實施例)
本實施方式的第1實施例的致動器,具有圖1所例示的結(jié)構(gòu)。以下, 說明本實施例的致動器的制造方法。
圖3是例示本發(fā)明的第1實施例的致動器的制造方法的工序順序的剖面示意圖。
如圖3 (a)所表示的那樣,首先,在表面絕緣性的基板110上,形成 支架部120和固定電極140以及固定電極140上的固定電極電介質(zhì)膜150。 對于支架部120,使用了用LP-CVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition,低壓化學氣相沉積)法制作的氮化硅膜;此外,對于固定電極 140,使用了用濺鍍法制作的Al膜;對于固定電極電介質(zhì)膜150,使用了 用賊鍍法制作的A1N膜。雖然在這些圖案的加工中使用了光刻法和反應(yīng)性 離子蝕刻(RIE: Reactive Ion Etching),但并不限于此,而能夠使用能 形成圖案的各種方法。而且,固定電極140的膜厚度設(shè)置為500nm,固定 電極電介質(zhì)膜150的厚度也設(shè)置為500nm。
接著,如圖3(b)所示,在基板110的主面112上形成犧牲層160, 在其上以規(guī)定的形狀形成由A1N膜構(gòu)成的可動電極電介質(zhì)膜250。作為犧 牲層160,可以使用能夠?qū)ζ渌哪げ牧线M行選擇蝕刻的無機材料、金屬 材料、有機材料,但在本實施例中使用了多晶硅。而且,根據(jù)需要,在形 成了犧牲層160后,也可以通過CMP (Chemical Mechanical Polish,化 學機械研磨)對其表面進行平坦化。
接著,如圖3(c)所示,形成由下部電極210、下部壓電膜212、中 間電極214、上部壓電膜216、上部電極218組成的壓電驅(qū)動的雙壓電晶片 型的可動梁200。對于下部電極210、中間電極214以及上部電極218,使 用厚度200nm的Al;對于下部壓電膜212以及上部壓電膜216,使用厚度 500nm的AlN,都利用'減鍍法進行制作,利用光刻法以及蝕刻進行圖案形 成。
接著,如圖3 (d)所示,通過使用XeF2作為蝕刻氣體的選擇蝕刻, 除去犧牲層160,得到致動器ll。
在這樣制作而成的本實施例的致動器11中,通過例如將下部電極210 以及上部電極218接地,對中間電極214施加驅(qū)動電壓,能夠使可動梁200 上下彎曲。并且,由于該彎曲的作用,設(shè)置在基板ll()上的固定電極140 與可動電極202 (下部電極210)的距離發(fā)生變化,從而致動器ll作為可變電容器發(fā)揮作用。
在本實施例的致動器ll中,可動梁2()0向下方彎曲,從而固定電極電 介質(zhì)膜150與可動電極電介質(zhì)膜250接觸的接觸電壓是2.30V。并且,在 固定電極電介質(zhì)膜150與可動電極電介質(zhì)膜250接觸的狀態(tài)下,在固定電 極140和可動電極202之間施加100秒鐘的振幅l()V的交流電壓,在除去 交流電壓后掃描壓電驅(qū)動電壓而測量了接觸電壓,是2.32V,實質(zhì)上不存 在接觸電壓從初始值的偏移,從而能夠證實適宜的致動器工作。
在以上的說明中,示出了對于固定電極電介質(zhì)膜150和可動電極電介 質(zhì)膜250使用A1N的例子,但本發(fā)明并不限于此,而能夠通過使用各種結(jié) 晶體的材料來抑制粘著現(xiàn)象。即,對于電介質(zhì)膜,除了A1N外,例如能夠 使用BeO、 MgO、 SrO、 BaO、 CaO、 Al2()3、 Ti()2、 Ta2Os、 Zn()、 Zr()2、 CaF2等結(jié)晶體的材料。
此外,也可以例如對于固定電極電介質(zhì)膜150使用A1N,例如對于可 動電極電介質(zhì)膜250使用A1203,或者,也可以相反。這樣,在本實施方 式的致動器中,對于固定電極電介質(zhì)膜150和可動電極電介質(zhì)膜250只要 使用結(jié)晶體的材料即可,從而也可以對于雙方電介質(zhì)膜使用不同的材料。
并且,在對于固定電極電介質(zhì)膜150使用的材料與對于可動電極電介 質(zhì)膜250使用的材料的相對介電常數(shù)實質(zhì)上相等時,能夠進一步減輕粘著 現(xiàn)象。如果例示對于這些電介質(zhì)膜能夠使用的電介質(zhì)材料和相對介電常數(shù), 則如下。Be(): 7.35, MgO: 9.65, SrO: 13.3, BaO: 34, Ca(): 11.8, A1203: 10.5, Ti02: 110, Ta2()5: 50, ZnO: 8.14, Zr02: 12.5, A1N: 8.5, CaF2: 6.8。并且,即使是不同的材料,也能夠通過使用相對介電常 數(shù)的比在1.5倍以內(nèi)的材料的組合,將粘著現(xiàn)象抑制在實際使用上良好的 范圍內(nèi)。即,優(yōu)選地,可動電極電介質(zhì)膜250的相對介電常數(shù)相對于固定 電極電介質(zhì)膜150的相對介電常數(shù)的比是0.67 1.5。例如,在Al;j03和AlN 的組合的情況下,相對介電常數(shù)的比是0.81或者1.24。
并且,進一步優(yōu)選地,對于這些固定電極電介質(zhì)膜150和可動電極電 介質(zhì)膜250,使用相同的材料。(比較例子)
圖4是例示比較例子的致動器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。 如圖4所示,比較例子的致動器90,未形成圖1、圖3所例示的致動 器l()、 11中的可動電極電介質(zhì)膜250,并將固定電極電介質(zhì)膜150的膜厚 度155設(shè)置成致動器10的2倍,即1000nm。其他的條件與致動器11相同。
比較例子的致動器卯的接觸電壓是2.19V,與第1實施例的致動器n
的接觸電壓大致相同。
并且,在固定電極電介質(zhì)膜150與可動電極2()2接觸的狀態(tài)下,在固 定電極140和可動電極202之間施加IOO秒鐘的振幅IOV的交流電壓,在 除去交流電壓后掃描壓電驅(qū)動電壓而測量了接觸電壓,是1.15V,與初始 值的偏移大。即,可以看出,在比較例子的致動器90中,會產(chǎn)生伴隨著電 荷注入的靜電力,從而在工作的穩(wěn)定性上有問題。
圖5是例示比較例子的致動器的特性的主要部分的放大示意剖面圖。
如圖5所示,在比較例子的致動器90中,考慮因為僅在固定電極140 上設(shè)置有固定電極電介質(zhì)膜150,而可動電極202未由電介質(zhì)膜所覆蓋, 所以當在固定電極140和可動電極202之間輸入大電力的RF信號從而發(fā) 生了電荷注入的情況下,因為與注入到固定電極電介質(zhì)膜150內(nèi)的電荷等 量的反極性的電荷被誘引到可動電極202的表面,從而在固定電極電介質(zhì) 膜150和可動電極202之間產(chǎn)生靜電力,所以工作電壓偏移大。
此外,作為另一比較例子,在對于固定電極電介質(zhì)膜150和可動電極 電介質(zhì)膜250使用了作為非結(jié)晶體的材料的SiN的情況下,會發(fā)生接觸電 壓的變動。
與此相反,如已經(jīng)說明的那樣,在本實施方式的致動器10以及本實施 例的致動器11中,在固定電極140和可動電極202的相互相對的面上分別 設(shè)置有由結(jié)晶體的材料構(gòu)成的電介質(zhì)膜,由此,當在電極間輸入大電力的 RF信號從而發(fā)生了電荷注入的情況下,因為注入到雙方的電介質(zhì)膜內(nèi)的電 荷的種類、數(shù)量等大致相同,所以在電介質(zhì)膜間不會產(chǎn)生靜電力,從而實
ii質(zhì)上不會發(fā)生粘著。
(第2實施方式)
圖6是例示本發(fā)明的第2實施方式的致動器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
如圖6所示,在本發(fā)明的第2實施方式的致動器20中,具有與圖1 所例示的致動器IO相同的結(jié)構(gòu),固定電極電介質(zhì)膜150和可動電極電介質(zhì) 膜250由實質(zhì)上相同的材料形成,固定電極電介質(zhì)膜150的膜厚度155與 可動電極電介質(zhì)膜250的膜厚度255設(shè)置成實質(zhì)上相同。
例如,固定電極電介質(zhì)膜150和可動電極電介質(zhì)膜250都由結(jié)晶體A1N 構(gòu)成,其膜厚度都是5()()nm。
由此,因為注入到固定電極電介質(zhì)膜150和可動電極電介質(zhì)膜250的 表面以及內(nèi)部的電荷的種類、數(shù)量的差異進一步減小,所以在電介質(zhì)膜間 進一步不會產(chǎn)生靜電力,從而能夠進一步使粘著難以發(fā)生。即,利用致動 器2(),能夠提供解決驅(qū)動電壓偏移、電極的粘著等問題,由此經(jīng)時變化小、 具有穩(wěn)定的驅(qū)動特性的壓電驅(qū)動方式的致動器。 (第3實施方式)
圖7是例示本發(fā)明的第3實施方式的致動器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
如圖7所示,在本發(fā)明的第3實施方式的致動器30中,具有與圖l、 圖6所例示的致動器10、 20相同的結(jié)構(gòu),固定電極電介質(zhì)膜15()和可動電 極電介質(zhì)膜250用實質(zhì)上相同的材料、以實質(zhì)上相同的膜厚度形成。即, 固定電極電介質(zhì)膜150和可動電極電介質(zhì)膜250都由結(jié)晶體A1N構(gòu)成,其 膜厚度都是500nm。
并且,進而,固定電極140和可動電極202 (下部電極210)用具有實 質(zhì)上相同的功函^t的材料形成。例如,固定電才及140和可動電才及202由實 質(zhì)上相同的材料、例如鋁形成。
即,通過對于雙方電極使用功函數(shù)實質(zhì)上相同的材料,能夠使從電極 注入到電介質(zhì)膜的電荷的行為實質(zhì)上相同,由此,進而,因為注入到固定 電極電介質(zhì)膜150和可動電極電介質(zhì)膜250的表面以及內(nèi)部的電荷的種類、 數(shù)量等的差異進一步減小,所以在電介質(zhì)膜間進一步不會產(chǎn)生靜電力,從而能夠進一步使粘著難以發(fā)生。即,利用致動器3(),能夠提供解決驅(qū)動電
壓偏移、電極的粘著等問題,由此經(jīng)時變化小、具有穩(wěn)定的驅(qū)動特性的壓 電驅(qū)動方式的致動器。
而且,在本實施方式的致動器30中,是對于固定電極140和可動電極 202 (下部電極210)使用相同的材料的例子,但本發(fā)明并不限于此,通過 對于雙方電極使用功函數(shù)實質(zhì)上相同的材料,能夠抑制粘著的發(fā)生。例如, 能夠?qū)τ诠潭姌O140、可動電極202等使用的導(dǎo)電材料和其功函數(shù)如下。 Al: 4.28eV, Ti: 4.33eV, V: 4.3eV, Cr: 4.5eV, Mn: 4.1eV, Fe: 4.5eV, Co: 5.0eV, Ni: 5.15eV, Cu: 4.65eV, Nb: 4.3eV, Mo: 4.6eV, Ag: 4,26eV, Hf: 3.9eV, Ta: 4.25eV, W: 4.55eV, Ir: 5.27eV, l)t: 5.65eV, Au: 5.1eV。 并且,通過對于雙方電極使用功函數(shù)的差是土0.5eV的材料的組合,能夠 將粘著現(xiàn)象減輕到實際使用上良好的范圍內(nèi)。
并且,進一步優(yōu)選地,對于固定電極140和可動電極202 (下部電極 210),使用相同的材料。 (第4實施方式)
圖8是例示本發(fā)明的第4實施方式的致動器的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。 如圖8所示,在本發(fā)明的第4實施方式的致動器40中,具有與圖l、 圖6、圖7中所例示的致動器10、 20、 30相同的結(jié)構(gòu),固定電極電介質(zhì)膜 150和可動電極電介質(zhì)膜250由氮化鋁構(gòu)成。例如,能夠使用具有取向半 高全寬(半値全幅)小于等于5度的c軸取向的氮化鋁。即,作為這些電介 質(zhì)膜,通過使用電荷捕獲難以發(fā)生的結(jié)晶體A1N,進而,使其高度地取向, 能夠進一步使電荷捕獲減少。而且,此時,對于固定電極140和可動電極 202 (下部電極210)能夠使用鋁。
由此,進而,注入到固定電極電介質(zhì)膜150和可動電極電介質(zhì)膜250 的表面以及內(nèi)部的電荷的種類、數(shù)量等的差異進一步減小,此外電荷的數(shù) 量本身能夠減少,進而不產(chǎn)生,從而能夠進一步使粘著難以發(fā)生。即,利 用致動器4(),能夠提供解決驅(qū)動電壓偏移、電極的粘著等問題,由此經(jīng)時 變化小、具有穩(wěn)定的驅(qū)動特性的壓電驅(qū)動方式的致動器。而且,在上述中,能夠在固定電極140之下設(shè)置基底膜。對于該基底 膜,通過使用例如由鋁/鉭的非結(jié)晶合金或者氮化鋁構(gòu)成的膜,能夠提高設(shè)
置在其上的固定電極140的取向性。具體地,能夠得到取向半高全寬小于 等于5度的c軸取向。此外,設(shè)置在固定電極140上的固定電極電介質(zhì)膜 150的取向性也能夠提高,從而得到取向半高全寬小于等于5度的c軸取 向。
而且,作為用于使對于固定電極電介質(zhì)膜150、可動電極電介質(zhì)膜250 使用的A1N膜高取向的方法,能夠例示使用非結(jié)晶金屬基底的方法。此外, 還能夠使用繼續(xù)利用硅(111 )基板、硅(l()O )基板等單結(jié)晶基板的方位, 在其上進行磊晶生長(工匕。夕年、乂卞》成長)的方法。進而,還有將基底膜設(shè) 定為高取向膜,在其上繼續(xù)取向性而使高取向A1N生長的方法,作為該情 況下的基底膜,能夠使用各種金屬或者絕緣膜等。例如,能夠例示使用Al、 Au等fcc型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的(111 )平面體的方法;使用Mo、 W、 Ta等bcc 型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的(110)平面體的方法;使用Ti、 A1N等六方晶型結(jié)晶結(jié)構(gòu) 的(0001 )平面體的方法等。而且,在這些方法的情況下,A1N膜的取向 性會影響基底材料的結(jié)晶取向性,如果基底材料的厚度加厚則A1N膜的取 向性提高。此外,能夠使用組合了上述各種方法而得到的方法。
利用以上說明的本發(fā)明的實施方式以及實施例的致動器,能夠形成微 動開關(guān)、容量可變電容器等,使用它們能夠制造各種電子電路。
的示意圖。
如圖9所示,能夠制作電路500,該電路500組裝有利用本發(fā)明的實 施方式的致動器制作的容量可變電容器,并內(nèi)置頻率可變的濾波器。此外, 該電路500例如能夠用于移動電話等各種電子設(shè)備600。
以上,參照具體例子說明了本發(fā)明的實施方式。但是,本發(fā)明并不限 于這些具體例子。例如,關(guān)于構(gòu)成致動器的M素的具體的結(jié)構(gòu),只要本 領(lǐng)域技術(shù)人員能夠通過從公知的范圍中進行適宜選擇來同樣地實施本發(fā) 明,并得到同樣的效果,其就包含在本發(fā)明的范圍中。
14此外,在技術(shù)上可能的范圍中組合各具體例子的任意2個或2個以上 的要素而得到的方案,只要包含本發(fā)明的主旨,就包含在本發(fā)明的范圍中。
此外,以作為本發(fā)明的實施方式在上面說明的致動器為基礎(chǔ),本領(lǐng)域 技術(shù)人員進行適宜設(shè)計改變并能夠?qū)嵤┑娜康闹聞悠?,只要包含本發(fā)明 的主旨,就屬于本發(fā)明的范圍。
此外,在本發(fā)明的思想范疇中,如果是本領(lǐng)域技術(shù)人員,則能夠想到 各種變換例子以及修改例子,并且可以理解,對于這些變換例子以及修正 例子而言,也是屬于本發(fā)明的范圍的。
權(quán)利要求
1.一種致動器,其特征在于,具備基板;設(shè)置在上述基板的主面上的固定電極;設(shè)置在上述固定電極上、由結(jié)晶體構(gòu)成的第1電介質(zhì)膜;與上述主面相對、在上述基板的上方空出間隙地被保持的可動梁;設(shè)置在上述可動梁的與上述固定電極相對的面上、在與上述固定電極之間被施加交流電壓的可動電極;以及設(shè)置在上述可動電極的與上述固定電極相對的面上、由結(jié)晶體構(gòu)成的第2電介質(zhì)膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的致動器,其特征在于上述第2電介質(zhì)膜的 介電常數(shù)相對于上述第1電介質(zhì)膜的介電常數(shù)的比是0.67-1.5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的致動器,其特征在于上述第1電介質(zhì)膜和 上述第2電介質(zhì)膜由實質(zhì)上相同的材料構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的致動器,其特征在于上述第1電介質(zhì)膜和 上述第2電介質(zhì)膜由實質(zhì)上相同的材料構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的致動器,其特征在于上述第1電介質(zhì)膜和 上述第2電介質(zhì)膜由氮化鋁構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的致動器,其特征在于上述第1電介質(zhì)膜的 膜厚度與第2電介質(zhì)膜的膜厚度實質(zhì)上相同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的致動器,其特征在于上述可動電極由具有 與構(gòu)成上述固定電極的材料的功函數(shù)的差在土0.5eV范圍的功函數(shù)的材料 構(gòu)成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的致動器,其特征在于上述固定電極和上述 可動電極由實質(zhì)上相同的材料構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明解決驅(qū)動電壓偏移、電極的粘著等問題,由此,提供一種經(jīng)時變化小、具有穩(wěn)定的驅(qū)動特性的壓電驅(qū)動方式的致動器。本發(fā)明提供一種致動器,具備基板;設(shè)置在上述基板的主面上的固定電極;設(shè)置在上述固定電極上、由結(jié)晶體構(gòu)成的第1電介質(zhì)膜;與上述主面相對、在上述基板的上方空出間隙地被保持的可動梁;設(shè)置在上述可動梁的與上述固定電極相對的面上、在與上述固定電極之間被施加交流電壓的可動電極;以及設(shè)置在上述可動電極的與上述固定電極相對的面上、由結(jié)晶體構(gòu)成的第2電介質(zhì)膜。
文檔編號H03H9/13GK101513990SQ200910004248
公開日2009年8月26日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月18日
發(fā)明者川久保隆, 西垣亨彥, 長野利彥 申請人:株式會社東芝