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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-29
(45)【発行日】2024-03-08
(54)【発明の名称】MEMS素子及び電気回路
(51)【国際特許分類】
   B81B 3/00 20060101AFI20240301BHJP
   H01H 59/00 20060101ALI20240301BHJP
【FI】
B81B3/00
H01H59/00
【請求項の数】 12
(21)【出願番号】P 2021008399
(22)【出願日】2021-01-22
(65)【公開番号】P2022112567
(43)【公開日】2022-08-03
【審査請求日】2023-02-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(74)【代理人】
【識別番号】110004026
【氏名又は名称】弁理士法人iX
(72)【発明者】
【氏名】山崎 宏明
(72)【発明者】
【氏名】王 萍
【審査官】堀内 亮吾
(56)【参考文献】
【文献】特開2020-035828(JP,A)
【文献】特開平05-259404(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B81B 3/00
H01H 59/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1部材と、
素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記第1部材に固定された第1固定電極と、
前記第1固定電極と対向する第1可動電極と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第1導電部材と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第2導電部材と、
を含み、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に第1電気信号が印加される前の第1状態において、前記第1可動電極は前記第1導電部材及び前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持され、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加される第3状態において、前記第1可動電極と前記第1固定電極との間に流れる電流により前記第1導電部材が破断して、前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加された後の第2状態において、前記第1導電部材は前記第1可動電極から分離され、前記第1可動電極は前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持される、MEMS素子。
【請求項2】
前記第1可動電極は、前記第1導電部材と接続された第1接続部と、前記第2導電部材と接続された第2接続部と、を含み、
前記第1接続部から前記第2接続部への方向は、前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向と交差する第2方向に沿い、
前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と交差する第3方向に沿う前記第1可動電極の幅は、前記第1可動電極の少なくとも一部において、前記第1接続部から前記第2接続部への向きにおいて増大する、請求項1記載のMEMS素子。
【請求項3】
前記第1可動電極は、前記第1導電部材と接続された第1接続部と、前記第2導電部材と接続された第2接続部と、を含み、
前記第1接続部から前記第2接続部への方向は、前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向と交差する第2方向に沿い、
前記第1固定電極は、第1固定端部と、第2固定端部と、を含み、前記第2固定端部の前記第2方向における位置は、前記第1固定端部の前記第2方向における位置と、前記第2接続部の前記第2方向における位置と、の間にあり、
前記第1固定端部と前記第1接続部との間の前記第2方向に沿う第1距離は、前記第2固定端部と前記第2接続部との間の前記第2方向に沿う第2距離よりも短い、請求項1記載のMEMS素子。
【請求項4】
前記素子部は、前記第1部材に固定された第1支持部及び第2支持部をさらに含み、
前記第1状態において、前記第1導電部材の一端部は前記第1可動電極と接続され、前記第1導電部材の他端部は前記第1支持部に接続され、前記第1導電部材は前記第1支持部により前記第1部材から離されて支持され、
前記第1状態において、前記第2導電部材の一端部は前記第1可動電極と接続され、前記第2導電部材の他端部は前記第2支持部に接続され、前記第2導電部材は前記第2支持部により前記第1部材から離されて支持される、請求項1~3のいずれか1つに記載のMEMS素子。
【請求項5】
第1部材と、
素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記第1部材に固定された第1固定電極と、
前記第1固定電極と対向する第1可動電極と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第1導電部材と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第2導電部材と、
を含み、
前記第1可動電極は、前記第1導電部材と接続された第1接続部と、前記第2導電部材と接続された第2接続部と、を含み、
前記第1接続部から前記第2接続部への方向は、前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向と交差する第2方向に沿い、
前記第1固定電極は、第1固定端部と、第2固定端部と、を含み、前記第2固定端部の前記第2方向における位置は、前記第1固定端部の前記第2方向における位置と、前記第2接続部の前記第2方向における位置と、の間にあり、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に第1電気信号が印加される前の第1状態において、前記第1可動電極は前記第1導電部材及び前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持され、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加される第3状態において、前記第1可動電極と前記第1固定電極との間に流れる電流により前記第1導電部材が破断して、前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加された後の第2状態において、前記第1導電部材は前記第1可動電極から分離され、前記第1可動電極は前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持される、MEMS素子。
【請求項6】
前記第1固定端部と前記第1接続部との間の前記第2方向に沿う第1距離は、前記第2固定端部と前記第2接続部との間の前記第2方向に沿う第2距離よりも短い、請求項5記載のMEMS素子。
【請求項7】
第1部材と、
素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記第1部材に固定された第1固定電極と、
前記第1固定電極と対向する第1可動電極と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第1導電部材と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第2導電部材と、
を含み、
前記第1可動電極は、前記第1導電部材と接続された第1接続部と、前記第2導電部材と接続された第2接続部と、を含み、
前記第1接続部から前記第2接続部への方向は、前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向と交差する第2方向に沿い、
前記第1固定電極は、第1固定端部と、第2固定端部と、を含み、前記第2固定端部の前記第2方向における位置は、前記第1固定端部の前記第2方向における位置と、前記第2接続部の前記第2方向における位置と、の間にあり、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に第1電気信号が印加される前の第1状態において、前記第1可動電極は前記第1導電部材及び前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持され、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加される第3状態において、前記第1可動電極と前記第1固定電極との間に流れる電流により前記第1導電部材が破断して、前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加された後の第2状態において、前記第1導電部材及び前記第2導電部材は前記第1可動電極から分離される、MEMS素子。
【請求項8】
第1部材と、
素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記第1部材に固定された第1固定電極と、
前記第1固定電極と対向する第1可動電極と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第1導電部材と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第2導電部材と、
を含み、
前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向と交差する第2方向において、前記第1導電部材と前記第2導電部材との間にあり、
前記第1可動電極は、前記第1導電部材と接続された第1接続部と、前記第2導電部材と接続された第2接続部と、を含み、
前記第2方向に沿う前記第1可動電極の幅は、前記第1可動電極の少なくとも一部において、前記第1接続部から前記第2接続部への向きにおいて増大し、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に第1電気信号が印加される前の第1状態において、前記第1可動電極は前記第1導電部材及び前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持され、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加される第3状態において、前記第1可動電極と前記第1固定電極との間に流れる電流により前記第1導電部材及び前記第2導電部材が破断して、前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加された後の第2状態において、前記第1導電部材は前記第1可動電極から分離され、前記第1可動電極は前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持される、MEMS素子。
【請求項9】
前記第1導電部材の剛性は、前記第2導電部材の剛性よりも低い、請求項1~のいずれか1つに記載のMEMS素子。
【請求項10】
前記第1導電部材の少なくとも一部の第1幅は、前記第2導電部材の少なくとも一部の第2幅よりも細い、請求項1~のいずれか1つに記載のMEMS素子。
【請求項11】
第1部材と、
素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記第1部材に固定された第1固定電極と、
前記第1固定電極と対向する第1可動電極と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第1導電部材と、
前記第1導電部材を支持する第1支持部と、
前記第1可動電極を支持し前記第1可動電極と電気的に接続された第2支持部と、
を含み、
前記第2支持部と前記第1固定電極との間に第1電気信号が印加される前の第1状態において、前記第1可動電極は前記第1導電部材及び前記第2支持部により前記第1固定電極から離されて支持され、
前記第2支持部と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加される第3状態において、前記第2支持部と前記第1固定電極との間に流れる電流により前記第1導電部材が破断して、前記第2支持部と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加された後の第2状態において、前記第1導電部材は前記第1可動電極から分離され、前記第1可動電極は前記第2支持部により前記第1固定電極から離されて支持される、MEMS素子。
【請求項12】
請求項1~1のいずれか1つに記載のMEMS素子と、
前記MEMS素子と電気的に接続された電気素子と、
を備えた電気回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、MEMS素子及び電気回路に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、スイッチなどにMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子が用いられる。MEMS素子において、安定した動作が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開昭59-121730号公報
【非特許文献】
【0004】
【文献】W. Lee et al., “Ka-band VCO with parasitic capacitance cancelling technique” ELECTRONICS LETTERS 5th January 2017 Vol. 53 No. 1 pp. 38-40.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
実施形態は、安定した動作が可能なMEMS素子及び電気回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態によれば、MEMS素子は、第1部材及び素子部を含む。前記素子部は、前記第1部材に固定された第1固定電極と、前記第1固定電極と対向する第1可動電極と、前記第1可動電極と電気的に接続された第1導電部材と、前記第1可動電極と電気的に接続された第2導電部材と、を含む。前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に第1電気信号が印加される前の第1状態において、前記第1可動電極は、前記第1導電部材及び前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持される。前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加された後の第2状態において、前記第1導電部材は前記第1可動電極から分離され、前記第1可動電極は前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1図1(a)及び図1(b)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式図である。
図2図2(a)~図2(c)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的断面図である。
図3図3は、第1実施形態に係るMEMS素子の一部を例示する模式的平面図である。
図4図4は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的平面図である。
図5図5は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的平面図である。
図6図6(a)~図6(c)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的平面図である。
図7図7は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的平面図である。
図8図8(a)及び図8(b)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式図である。
図9図9(a)及び図9(b)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式図である。
図10図10(a)~図10(c)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的断面図である。
図11図11は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的断面図である。
図12図12は、第2実施形態に係るMEMS素子を例示する模式図である。
図13図13は、実施形態に係るMEMS素子に用いられる制御回路を例示する模式図である。
図14図14は、実施形態に係るMEMS素子に用いられる制御回路を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0009】
(第1実施形態)
図1(a)及び図1(b)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式図である。
図1(a)は、図1(b)の矢印AR1からみた平面図である。図1(b)は、図1(a)のA1-A2線断面図である。
【0010】
図1(b)に示すように、実施形態に係るMEMS素子110は、第1部材41及び素子部51を含む。第1部材41は、例えば基体である。この例では、第1部材41は、基板41s及び絶縁層41iを含む。基板41sは、例えば、シリコン基板である。基板41sは、トランジスタなどの制御素子を含んでも良い。基板41sの上に絶縁層41iが設けられる。例えば、絶縁層41iの上に素子部51が設けられる。実施形態において、第1部材41は、配線など(図示しない)を含んでも良い。配線は、例えば、素子部51と基板41sとを電気的に接続する。配線は、コンタクトビアを含んでも良い。
【0011】
図1(a)及び図1(b)に示すように、素子部51は、第1固定電極11、第1可動電極20E、第1導電部材21及び第2導電部材22を含む。第1固定電極11は、第1部材41に固定される。例えば、第1固定電極11は、絶縁層41iの上に設けられる。
【0012】
第1可動電極20Eは、第1固定電極11と対向する。第1導電部材21は、第1可動電極20Eと電気的に接続される。第2導電部材22は、第1可動電極20Eと電気的に接続される。
【0013】
後述するように、例えば、第2導電部材22と第1固定電極11との間に第1電気信号Sg1(図1(b)参照)が印加されることが可能である。第1電気信号Sg1が印加される前の状態を第1状態(例えば初期状態)とする。図1(a)及び図1(b)は、第1状態を例示している。
【0014】
図1(b)に示すように、第1状態において、第1可動電極20Eは、第1導電部材21及び第2導電部材22により第1固定電極11から離されて支持される。例えば、第1状態において、第1固定電極11と第1可動電極20Eとの間に第1間隙g1がある。
【0015】
第1固定電極11から第1可動電極20Eへの第1方向をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向及びX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。
【0016】
例えば、第1導電部材21から第2導電部材22への方向は、第2方向に沿う。第2方向は、第1方向(Z軸方向)と交差する。第2方向は、例えば、X軸方向である。第1可動電極20Eは、第2方向において、第1導電部材21と第2導電部材22との間にある。
【0017】
第1可動電極20Eは、第1接続部21C及び第2接続部22Cを含む。第1接続部21Cは、第1導電部材21と接続される。第2接続部22Cは、第2導電部材22と接続される。第1接続部21Cから第2接続部22Cへの方向は、第2方向(例えばX軸方向)に沿う。
【0018】
例えば、素子部51は、第1支持部21S及び第2支持部22Sを含む。第1支持部21S及び第2支持部22Sは、第1部材41に固定される。第1支持部21S及び第2支持部22Sは、例えば、導電性である。
【0019】
第1状態において、第1導電部材21の一端部は第1可動電極20Eと接続され、第1導電部材21の他端部は第1支持部21Sに接続される。第1導電部材21は第1支持部21Sにより第1部材41から離されて支持される。
【0020】
第1状態において、第2導電部材22の一端部は第1可動電極20Eと接続され、第2導電部材22の他端部は第2支持部22Sに接続される。第2導電部材22は第2支持部22Sにより第1部材41から離されて支持される。
【0021】
例えば、第1固定電極11と第1可動電極20Eとの間の電位差に応じて、第1固定電極11と第1可動電極20Eとの間の距離(Z軸方向の長さ)が可変である。第1可動電極20Eは、第1固定電極11を基準にして変位可能である。
【0022】
図1(b)に示すように、第1端子T1及び第2端子T2が設けられても良い。第1端子T1は、第1導電部材21と電気的に接続される。第2端子T2は、第2導電部材22と電気的に接続される。例えば、第1状態において、第1端子T1と第2端子T2との間に電流が流れることが可能である。このとき、MEMS素子110は、導通状態(例えばオン状態)である。後述するように、第1導電部材21は、破断されることが可能である。この場合、第1端子T1と第2端子T2との間に電流が流れない。このとき、MEMS素子110は、非導通状態(例えばオフ状態)である。
【0023】
オン状態において、例えば、第1導電部材21及び第1可動電極20Eを含む第1電流経路21cp(図1(a)参照)に電流が流れることが可能である。オン状態において、例えば、第2導電部材22及び第1可動電極20Eを含む第2電流経路22cp(図1(a)参照)に電流が流れることが可能である。
【0024】
MEMS素子110は、ノーマリオンのスイッチ素子として機能することが可能である。
【0025】
素子部51は、第1容量素子31を含んでも良い(図1(b)参照)。第1容量素子31は、例えば、第1導電部材21と電気的に接続される。この例では、第1容量素子31は、第1端子T1と電気的に接続される。素子部51のオン状態またはオフ状態を制御することで、第1容量素子31への電気的な接続が制御できる。
【0026】
図1(b)に示すように、例えば、制御部70が設けられても良い。制御部70は、例えば、第1制御端子Tc1及び第2端子T2と電気的に接続される。第1制御端子Tc1は、第1固定電極11と電気的に接続される。制御部70により、第2導電部材22と第1固定電極11との間に第1電気信号Sg1が印加されることが可能である。第1電気信号Sg1は、電圧信号及び電流信号の少なくともいずれかを含む。
【0027】
例えば、第2導電部材22の電位(例えば、第2端子T2の電位)が固定され、第1固定電極11の電位が、制御部70により、制御可能である。実施形態において、第1固定電極11の電位が実質的に固定され、第2導電部材22の電位が、制御部70により、制御可能でも良い。以下では、1つの例として、第2導電部材22の電位(例えば、第2端子T2の電位)が固定される場合について説明する。この場合、第1固定電極11の電位が制御部70により制御される。第2導電部材22と第1固定電極11との間の電位差の極性は、任意である。
【0028】
上記のように、第2導電部材22と第1固定電極11との間に電圧が印加されて、第1固定電極11と第1可動電極20Eとの間の距離が短くなる。このとき、実施形態においては、第1導電部材21の側における距離が、第2導電部材22の側における距離よりも短くなる。このような非対称性は、例えば、導電部材の特性の非対称性、第1固定電極11の位置の非対称性、及び、第1可動電極20Eの非対称性の少なくともいずれかにより得られる。
【0029】
1つの例において、第1導電部材21の剛性は、第2導電部材22の剛性よりも低い。例えば、第1導電部材21は、第2導電部材22よりも変形し易い。後述するように、このような剛性の差は、導電部材の材料及び形状の少なくともいずれかにより得られる。
【0030】
1つの例において、第1固定電極11は、第1導電部材21の側に近づけて設けられる。第1固定電極11の位置が非対称である。例えば、既に説明したように、第1可動電極20Eは、第1導電部材21と接続された第1接続部21Cと、第2導電部材22と接続された第2接続部22Cと、を含む。第1接続部21Cから第2接続部22Cへの方向は、第2方向(例えばX軸方向)に沿う。図1(a)に示すように、第1固定電極11は、第1固定端部11aと、第2固定端部11bと、を含む。第2固定端部11bの第2方向(X軸方向)における位置は、第1固定端部11aの第2方向における位置と、第2接続部22Cの第2方向における位置と、の間にある。第1固定端部11aと第1接続部21Cとの間の第2方向に沿う第1距離d1は、第2固定端部11bと第2接続部22Cとの間の第2方向に沿う第2距離d2よりも短い。第1固定電極11において、このような位置の非対称性が設けられても良い。
【0031】
後述するように、第1可動電極20Eの幅W20(図1(a)参照)がX軸方向に変化することで、第1可動電極20Eに非対称性が設けられても良い。
【0032】
例えば、このような非対称性により、第1固定電極11と第1可動電極20Eとの間の距離が非対称となることが可能である。
【0033】
以下、MEMS素子110におけるは、オン状態からオフ状態への移行の例について説明する。オン状態は、例えば、第1状態である。オフ状態は、例えば、第2状態である。
【0034】
図2(a)~図2(c)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的断面図である。
これらの図は、第2導電部材22と第1固定電極11との間に第1電気信号Sg1が印加されたときの、素子部51の変化を例示している。既に説明したように、第1電気信号Sg1は、制御部70により供給される。
【0035】
図2(a)に示す第1状態ST1は、第2導電部材22及び第1固定電極11の間に第1電気信号Sg1が印加される前の状態である。例えば、第2導電部材22及び第1固定電極11は、例えばフローティング状態FLTである。このとき、第1可動電極20Eは、第1固定電極11から離れている。このような第1状態ST1において、第1端子T1及び第2端子T2との間には、電流が流れることが可能である。第1状態ST1において、素子部51は、導通状態(オン状態)である。第1状態ST1において、第2導電部材22及び第1固定電極11の間の電位差が、プルイン電圧未満でも良い。プルイン電圧は、例えば、第1可動電極20Eの少なくとも一部または第1導電部材21の少なくとも一部が第1固定電極11に接するときの電圧である。
【0036】
図2(b)に示すように、例えば、第2端子T2(第2導電部材22)がグランド電位V0に設定され、第1固定電極11に第1電気信号Sg1(第1動作電圧Vact1)が印加される。第1電気信号Sg1が印加される状態を第3状態ST3とする。第3状態ST3は、動作状態である。第3状態ST3において、第1可動電極20Eは、第1固定電極11に近づく。例えば、上記のような非対称性が設けられることで、第1可動電極20Eが傾斜し易くなる。例えば、第1導電部材21の側の第1可動電極20Eの端部20Epが、第2導電部材22の側の第1可動電極20Eの端部20Eqと比べて、第1固定電極11に近づく。例えば、第1導電部材21の端部21pが第1固定電極11に接しても良い。これにより、第1可動電極20Eと第1固定電極11との間に電流i2が流れる。端部20Ep及び端部21pにおいて、温度が局部的に上昇し易くなる。温度の上昇は、例えば、ジュール熱による。
【0037】
端部20Ep及び端部21pの温度が局部的に上昇すると、第1導電部材21は、第1可動電極20Eから分離される。例えば、第1導電部材21が破断する。図2(b)に示すように、第1導電部材21に破断部21Bが生じる。破断部21Bにおいて、第1導電部材21が分断される。
【0038】
図2(c)に示す第2状態ST2は、第2導電部材22と第1固定電極11との間に第1電気信号Sg1が印加された後の状態である。例えば、第2状態ST2において、第1固定電極11は、例えばフローティング状態FLTである。第2状態ST2において、第1可動電極20Eは、第1固定電極11から離れる。これは、例えば、第2導電部材22の復元力による。第2状態ST2において、第1可動電極20Eは第2導電部材22により第1固定電極11から離されて支持される。第2状態ST2において、第1固定電極11と第1可動電極20Eとの間に第1間隙g1がある。第2状態ST2において、第2導電部材22は、第1可動電極20Eと接続されている。
【0039】
第2状態ST2において、第1導電部材21の破断は、第1電気信号Sg1の印加が終わった後も継続する。第2状態ST2において、第1端子T1及び第2端子T2との間には、電流が流れない。第2状態ST2において、素子部51は、非導通状態(オフ状態)である。例えば、第2状態ST2において、第2導電部材22は、例えばフローティング状態FLTである。または、第2状態ST2において、第2導電部材22の電位は、第2導電部材22に接続された回路の電位でも良い。
【0040】
このように、実施形態においては、第2状態ST2において、第1導電部材21は第1可動電極20Eから分離され、第1可動電極20Eは第2導電部材22により第1固定電極11から離されて支持される。第1端子T1と第2端子T2との間に流れる電流を安定して遮断することができる。MEMS素子110の素子部51は、例えば、OTP(One Time Programmable)素子として機能できる。
【0041】
第2導電部材22を破断させる参考例が考えられる。例えば、第1参考例において、第2導電部材22の破断後において、第1端子T1と接続された第1導電部材21は、第1可動電極20Eと接続されたままである。第1参考例において、第1電気信号Sg1の印加が終了した後において、第1導電部材21の端部21pが第1固定電極11に接触し続ける。例えば、第1固定電極11への第1電気信号Sg1の印加を制御するトランジスタなどが第1固定電極11と接続される場合、第1電気信号Sg1の印加が終了した後も、トランジスタの寄生容量が残る。トランジスタの寄生容量は、第1端子T1の容量に影響を与える。第1参考例においては、このような不要な容量が、素子部51に残存する。残存した容量は、スイッチとして機能する素子部51のオフ状態の電気的特性を不安定にし易い。残存した容量は、例えば、素子部51が組み込まれた回路の信号が高周波である場合に、素子部51の特性を不安定にする。
【0042】
実施形態においては、第2状態ST2において、第1導電部材21が破断状態である。このため、第1端子T1は、第1固定電極11及びトランジスタの寄生容量から分断される。これにより、オフ状態における素子部51の電気的特性が安定である。高周波をスイッチングする場合でも安定したオフ特性を維持できる。実施形態によれば、安定した動作が可能なMEMS素子を提供できる。
【0043】
実施形態において、例えば、図1(a)に示すように、Z軸方向において、第1導電部材21の一部は、第1固定電極11と重なっても良い。例えば、Z軸方向において、第1導電部材21の一部が第1固定電極11と重なっていると、第1可動電極20Eが第1固定電極11に近づいたときに、第1導電部材21のその一部が第1固定電極11と接し易くなる。例えば、電流が、第1導電部材21のその一部と、第1固定電極11と、の間に局所的に流れる。第1導電部材21のその一部に電流が集中することで、第1導電部材21がより安定して破断される。例えば、第1導電部材21の機械的剛性は、第1可動電極20Eの機械的剛性よりも低い。これにより、第1可動電極20Eの端部20Ep、または、第1導電部材21の端部21pが第1固定電極11と接し易くなる。
【0044】
図1(a)に示すように、例えば、第1導電部材21の幅(第1幅W1)は、第1可動電極20Eの幅W20よりも小さい。幅W20は、第1可動電極20EのY軸方向に沿う長さである。これにより、第1導電部材21は、第1可動電極20Eよりも変形し易くなる。
【0045】
図1(a)に示すように、この例では、第1導電部材21の少なくとも一部の幅(第1幅W1)は、第2導電部材22の少なくとも一部の幅(第2幅W2)よりも小さい。第1導電部材21は、第2導電部材22よりも変形し易くなる。
【0046】
第1幅W1は、第1導電部材21の延在方向と交差する第1交差方向Dp1(図1(a)参照)に沿う、第1導電部材21の上記の少なくとも一部の長さである。第2導電部材22の第2幅W2は、第2導電部材22の延在方向と交差する第2交差方向Dp2(図1(a)参照)に沿う、第2導電部材22の少なくとも一部の長さである。第1導電部材21及び第2導電部材22は、ばね部材である。例えば、第1幅W1は、第2幅W2の0.5倍以下であることが好ましい。これにより、第1導電部材21を破断させ、第2導電部材22を破断させないことが安定になる。
【0047】
図1(a)に示すように、第2導電部材22は、第2導電部材22及び第1可動電極20Eを含む第2電流経路22cpに沿う第2長さL22を有する。この例では、第2長さL22は、第2導電部材22のX軸方向に沿う長さである。
【0048】
図1(a)に示すように、この例では、第1導電部材21は、ミアンダ構造を有する。以下、第1導電部材21の長さの例について説明する。
【0049】
図3は、第1実施形態に係るMEMS素子の一部を例示する模式的平面図である。
図3は、第1導電部材21を例示している。第1導電部材21は、第1導電部材21及び第1可動電極20Eを含む第1電流経路21cpに沿う第1長さL21を有する。第1長さL21は、長さL21a~L21gの和に対応する。
【0050】
例えば、第2長さL22(図1(a)参照)は、第1長さL21よりも短い。このような場合、第1導電部材21の剛性は、第2導電部材22の剛性よりも低くなる。これにより、第1導電部材21の特性は、第2導電部材22の特性と非対称になる。
【0051】
図4は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的平面図である。
図4に示すように、実施形態に係るMEMS素子110aにおいては、第1支持部21Sと第1可動電極20Eとの間のX軸方向(第2方向)に沿う距離dx1は、第1可動電極20Eと第2支持部22Sとの間のX軸方向に沿う距離dx2よりも長い。第1導電部材21の剛性は、第2導電部材22の剛性よりも低くなる。
【0052】
図5は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的平面図である。
図5に示すように、実施形態に係るMEMS素子110bにおいては、第1導電部材21の第1厚さt1は、第2導電部材22の第2厚さt2よりも薄い。第1厚さt1は、第1状態ST1における第1方向(Z軸方向)に沿う、第1導電部材21の長さである。第2厚さt2は、第1状態ST1における第1方向に沿う、第2導電部材22の長さである。このような厚さの差により、第1導電部材21の特性は、第2導電部材22の特性と非対称になる。
【0053】
図6(a)~図6(c)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的平面図である。
図6(a)に示すように、実施形態に係るMEMS素子111においては、複数の第2導電部材22が設けられる。1つの第2導電部材22に穴が設けられていると見なされても良い。
【0054】
図6(b)及び図6(c)に示すように、実施形態に係るMEMS素子112及び113においては、第2導電部材22は、枝分かれした複数の部分を含む。複数の部分は、第1可動電極20EのY軸方向の端部に接続されても良い。安定した支持が得られる。1つの第2導電部材22に穴が設けられていると見なされても良い。複数の部分の数は、3以上でも良い。
【0055】
例えば、既に説明したように、上記のMEMS素子110、110a、110b、111~113において、第1固定電極11は、X軸方向において非対称な位置に設けられても良い。例えば、図1(a)に関して説明したように、第1固定端部11aと第1接続部21Cとの間の第2方向(X軸方向)に沿う第1距離d1は、第2固定端部11bと第2接続部22Cとの間の第2方向に沿う第2距離d2よりも短い。これにより、安定した動作が可能である。1つの例において、第1距離d1は、第2距離d2の0.001倍以上0.5倍以下である。第1距離d1は、第2距離d2の0.01倍以上でも良い。実施形態において、第1固定電極11が第1支持部21Sと第2支持部22Sとの間の非対称な位置に設けられる場合、第1距離d1は、第2距離d2よりも長くても良い。
【0056】
第1固定電極11がX軸方向において非対称な位置に設けられる場合において、第1電気信号Sg1が印加される前の第1状態ST1において、第1可動電極20Eは、第1導電部材21及び第2導電部材22により第1固定電極11から離されて支持される。第1固定電極11がX軸方向において非対称な位置に設けられる場合において、第1電気信号Sg1が印加された後の第2状態ST2において、第1導電部材21は第1可動電極20Eから分離され易い。この場合も、第1可動電極20Eは第2導電部材22により第1固定電極11から離されて支持される。
【0057】
例えば、第1固定電極11がX軸方向において非対称な位置に設けられる場合において、第1電気信号Sg1が印加された後の第2状態ST2において、第1導電部材21及び第2導電部材22は第1可動電極20Eから分離されても良い。例えば、動作状態(第3状態ST3)において、第1電気信号Sg1が長時間印加される場合などにおいて、第1導電部材21及び第2導電部材22の両方が破断しても良い。この場合も、第1端子T1は、第1固定電極11及びトランジスタの寄生容量から分断される。これにより、オフ状態における素子部51の電気的特性が安定である。高周波信号が印加される場合でも安定したオフ特性を維持できる。実施形態によれば、安定した動作が可能なMEMS素子を提供できる。
【0058】
図7は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的平面図である。
図7に示すように、実施形態に係るMEMS素子114においては、第1可動電極20Eの幅W20が変化する。既に説明したように、第1可動電極20Eは、第1導電部材21と接続された第1接続部21Cと、第2導電部材22と接続された第2接続部22Cと、を含む。第1接続部21Cから第2接続部22Cへの方向は、第1固定電極11から第1可動電極20Eへの第1方向(Z軸方向)と交差する第2方向(例えば、X軸方向)に沿う。第1方向及び第2方向を含む平面と交差する方向を第3方向とする。第3方向は、例えばY軸方向である。第3方向に沿う第1可動電極20Eの幅W20は、第1可動電極20Eの少なくとも一部において、第1接続部21Cから第2接続部22Cへの向きにおいて増大する。
【0059】
このような構成により、例えば、第3状態ST3において、第1導電部材21の側の第1可動電極20Eの端部20Epが、第2導電部材22の側の第1可動電極20Eの端部20Eqと比べて、第1固定電極11に近づく(図2(b)参照)。例えば、第1導電部材21の端部21pが第1固定電極11に接しても良い。第3状態ST3において、端部20Eqは、第1固定電極11から離れる。安定して第1導電部材21を破断できる。例えば、第2状態ST2において、第1可動電極20Eは、第1導電部材21により第1固定電極11から離されて安定して支持される。
【0060】
図7に示すように、MEMS素子114において、第1可動電極20Eの前記少なくとも一部は、第2方向(例えばX軸方向)に対して傾斜する側部20Esを含んでも良い。このような側部20Esが設けられることで、幅W20は、第1接続部21Cから第2接続部22Cへの向きにおいて連続的に増大する。例えば、第1状態ST1において第1導電部材21と接続される領域の少なくとも一部に、上記の側部20Esが設けられる。このような構成により、第1接続部21C(または第1導電部材21の端部21p)の温度を効果的に局所的に上昇させることができる。第1導電部材21を安定して破断できる。安定した動作が可能なMEMS素子が提供できる。
【0061】
図8(a)及び図8(b)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式図である。
図8(a)は、図8(b)の矢印AR1からみた平面図である。図8(b)は、断面図である。
【0062】
図8(a)及び図8(b)に示すように、実施形態に係るMEMS素子115も、第1部材41及び素子部51を含む、MEMS素子115においては、素子部51は、第1部材41に固定された第1固定電極11と、第1固定電極11と対向する第1可動電極20Eと、第1可動電極20Eと電気的に接続された第1導電部材21と、第1導電部材21を支持する第1支持部21Sと、第1可動電極20Eを支持し第1可動電極20Eと電気的に接続された第2支持部22Sと、を含む。MEMS素子115においては、第2導電部材22は省略される。
【0063】
MEMS素子115においても、MEMS素子110と同様の動作が可能である。例えば、第2支持部22Sと第1固定電極11との間に第1電気信号Sg1が印加される前の第1状態ST1において、第1可動電極20Eは、第1導電部材21及び第2支持部22Sにより第1固定電極11から離されて支持される。第2支持部22Sと第1固定電極11との間に第1電気信号Sg1が印加された後の第2状態ST2において、第1導電部材21は第1可動電極20Eから分離され、第1可動電極20Eは第2支持部22Sにより第1固定電極11から離されて支持される。MEMS素子115においても、安定した動作が可能なMEMS素子を提供できる。
【0064】
図9(a)及び図9(b)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式図である。
図9(a)は、図9(b)の矢印AR1からみた平面図である。図9(b)は、図9(a)のA1-A2線断面図である。
【0065】
図9(a)及び図9(b)に示すように、実施形態に係るMEMS素子116において、素子部51は、第3支持部23Sを含む。素子部51は、第4支持部24Sをさらに含んでも良い。この例では、素子部51は、第2固定電極12をさらに含む。MEMS素子116におけるこれ以外の構成は、MEMS素子110と同様で良い。
【0066】
第3支持部23Sは、第1部材41に固定される。第1可動電極20Eは、第1状態ST1において第1導電部材21と接続された第1電極領域20Eaと、第1状態ST1において第2導電部材22と接続された第2電極領域20Ebと、第1中間領域20Ecと、を含む。第2方向(X軸方向)における第1中間領域20Ecの位置は、第2方向における第1電極領域20Eaの位置と、第2方向における第2電極領域20Ebの位置と、の間にある。第1電極領域20Eaは、例えば、第1固定電極11と対向する。第2電極領域20Ebは、例えば、第2固定電極12と対向する。
【0067】
第1中間領域20Ecは第3支持部23Sにより第1部材41から離されて支持される。例えば、第1導電部材21の破断が安定して得られる。
【0068】
第4支持部24Sは、第1部材41に固定される。第3方向(第1方向及び第2方向を含む平面と交差する方向であり、例えばY軸方)において、第1中間領域20Ecの少なくとも一部は、第3支持部23Sと第4支持部24Sとの間にある。第1中間領域20Ecは第4支持部24Sにより第1部材41から離されて支持される。
【0069】
第2固定電極12は、第1部材41に固定される。既に説明したように、第1可動電極20Eは、第1電極領域20Ea及び第2電極領域20Ebを含む。第1電極領域20Eaと第1導電部材21との間の距離は、第2電極領域20Ebと第1導電部材21との間の距離よりも短い。第2電極領域20Ebと第2導電部材22との間の距離は、第1電極領域20Eaと第2導電部材22との間の距離よりも短い。第1可動電極20Eは第1導電部材21及び第2導電部材22により第2固定電極12から離されて支持される。
【0070】
例えば、MEMS素子116において、第2固定電極12と電気的に接続された第2制御端子Tc2が設けられても良い。制御部70は、第2制御端子Tc2を介して第2固定電極12と電気的に接続されることが可能である。この例では、制御部70は、第2端子T2を介して第2導電部材22と電気的に接続される。例えば、制御部70により、第2導電部材22と第2固定電極12との間に第2電気信号Sg2が印加されることが可能である。
【0071】
第1電気信号Sg1及び第2電気信号Sg2により、オン状態及びオフ状態がより安定して得られても良い。
【0072】
図10(a)~図10(c)は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的断面図である。
図10(a)に示す第1状態ST1は、第2導電部材22及び第1固定電極11の間に第1電気信号Sg1が印加される前の状態である。例えば、第2導電部材22、第1固定電極11及び第2固定電極12は、例えばフローティング状態FLTである。第1状態ST1において、第2導電部材22及び第1固定電極11の間の電位差、及び、第2導電部材22及び第2固定電極12の間の電位差、が、プルイン電圧未満でも良い。
【0073】
図10(b)に示すように、第3状態ST3において、例えば、第2端子T2(第2導電部材22)がグランド電位V0に設定され、第1固定電極11に第1電気信号Sg1(第1動作電圧Vact1)が印加される。この例では、第2固定電極12は、グランド電位V0に設定される。例えば、第1導電部材21の側の第1可動電極20Eの端部20Epが、第2導電部材22の側の第1可動電極20Eの端部20Eqと比べて、第1固定電極11に近づく。例えば、端部20Ep、及び、第1導電部材21の端部21pが第1固定電極11に接する。第1導電部材21は、第1可動電極20Eから分離され、破断する。
【0074】
図10(c)に示すように、第2導電部材22と第1固定電極11との間に第1電気信号Sg1が印加された後の第2状態ST2において、例えば、復元力により、第1可動電極20Eは、第1固定電極11から離れる。
【0075】
上記の第3状態ST3において、端部20Ep及び端部21pの少なくともいずれかが第1固定電極11に接した後に、端部20Epが第1固定電極11に接した状態が継続する場合がある。例えば、端部20Epと第1固定電極11との間に化合物(例えば酸化物)などが形成される等の場合に、このような状態が生じる可能性がある。このとき、例えば、第2固定電極12の電位を制御することで、端部20Epが第1固定電極11から離れやすくなる場合がある。これにより、オフ状態がより安定して得られる。
【0076】
第1実施形態において、第1導電部材21及び第2導電部材22のそれぞれの電気抵抗は、例えば、10Ω以下であることが好ましい。電気抵抗が低いことで、高周波数を含む信号を低い損失で効率的に伝送できる。
【0077】
第1実施形態において、例えば、第1導電部材21及び第2導電部材22の少なくともいずれかは、Al、Cu、Au、Ti、Pd、Pt及びWよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。低い抵抗が得られ、素子部51において、良好な伝送性が得られる。
【0078】
図11は、第1実施形態に係るMEMS素子を例示する模式的断面図である。
図11は、第1実施形態に係るMEMS素子125を例示している。図11は、第1状態ST1を例示している。図11に示すように、MEMS素子125は、第1部材41及び素子部51に加え、第2部材42をさらに含む。第1部材41と第2部材42との間に、第1固定電極11及び第1可動電極20Eがある。第1状態ST1において、第1固定電極11と第1可動電極20Eとの間に第1間隙g1がある。第1状態ST1において、第1可動電極20Eと第2部材42との間に第2間隙g2がある。MEMS素子125において、素子部51の構成は、既に説明した構成を有して良い。
【0079】
第2部材42は、例えば、キャップである。第1間隙g1及び第2間隙g2があることで、第1可動電極20Eは、Z軸方向に沿って変位できる。第1間隙g1及び第2間隙g2は、例えば、減圧状態(1気圧未満)でも良い。第1間隙g1に、例えば、不活性ガスが導入されても良い。
【0080】
例えば、第1部材41は、制御回路部41tを含んでも良い。制御回路部41tは、例えば、トランジスタなどのスイッチング素子を含む。制御回路部41tにより、第1固定電極11への第1電気信号Sg1の印加が制御されても良い。
【0081】
(第2実施形態)
図12は、第2実施形態に係るMEMS素子を例示する模式図である。
図12に示すように、実施形態に係るMEMS素子130は、複数の素子部51を含む。複数の素子部51は、例えば、並列に接続される。複数の素子部51のそれぞれに、制御信号Vppが互いに独立して印加可能である。
【0082】
例えば、複数の素子部51の1つに含まれる第1導電部材21は、複数の素子部51の別の1つに含まれる第1導電部材21と独立して破断可能である。
【0083】
この例では、複数の第1容量素子31が設けられる。複数の第1容量素子31の1つは、複数の素子部51の1つに直列に接続される。MEMS素子130は、複数の素子部51及び複数の第1容量素子31を含む容量素子アレイである。複数の素子部51のいくつかがオフ状態にされることが可能である。複数の素子部51のいくつかがオフ状態にされることで、MEMS素子130の電気容量が変更できる。
【0084】
(第3実施形態)
第3実施形態は、電気回路に係る。上記の図12は、実施形態に係る電気回路210の構成を例示している。図12に示すように、電気回路210は、実施形態に係るMEMS素子(例えばMEMS素子130)と、電気素子55と、を含む。電気素子55は、MEMS素子130と電気的に接続される。電気素子55は、抵抗、容量素子、インダクタ素子、ダイオード及びトランジスタよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。電気素子55に含まれる容量素子は、センサを含んでも良い。例えば、電気素子55は、センサ素子を含んでも良い。例えば、電気素子55は、容量型センサ素子を含んでも良い。
【0085】
電気回路210において、MEMS素子(例えばMEMS素子130)は、複数の素子部51を含んでも良い。複数の素子部51の少なくとも1つに含まれる第1導電部材21が破断されることにより、電気回路210の特性が制御可能である。
【0086】
例えば、MEMS素子130が第1容量素子31を含む場合、複数の素子部51の少なくとも1つに含まれる第1導電部材21が破断されることにより、MEMS素子130の電気容量が制御できる。その結果、電気回路210の特性が制御可能である。
【0087】
例えば、電気回路210は、電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)に用いられても良い。例えば、電気回路210は、アンテナなどの高周波回路の、インピーダンスマッチング回路に用いられても良い。例えば、電気回路210は、パッシブ型のRFタグに用いられても良い。例えば、電気回路210の電気容量またはインダクタを調整することで、電気回路210の特性を適切に調整できる。例えば、特性が安定した電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)が得られる。例えば、アンテナなどの高周波回路の、インピーダンスマッチング回路において、安定した特性が得られる。例えば、特性が安定した、パッシブ型のRFタグなどが得られる。
【0088】
図13及び図14は、実施形態に係るMEMS素子に用いられる制御回路を例示する模式図である。
図13に示すように、制御回路310は、昇圧回路321、論理回路322、及び、スイッチングマトリクス323を含む。昇圧回路321には、電源電圧Vccが供給される昇圧回路321は、スイッチングマトリクス323に高電圧Vhを出力する。論理回路322からスイッチングマトリクス323に供給された信号322aに応じて、スイッチングマトリクス323は、複数の制御信号Vppを出力する。複数の制御信号Vppの1つが、複数の素子部51の1つに供給される。
【0089】
図14に示すように、制御回路311は、制御電源324、論理回路322、及び、スイッチングマトリクス323を含む。制御電源324は、例えば、制御電圧源または制御電流源である。制御電源324は、スイッチングマトリクス323に高電圧Vh及び大電流Ihを出力する。論理回路322からスイッチングマトリクス323に供給された信号322aに応じて、スイッチングマトリクス323は、複数の制御信号Vppを出力する。複数の制御信号Vppの1つが、複数の素子部51の1つに供給される。スイッチングマトリクス323は、複数の制御電流Ippを出力しても良い。複数の制御電流Ippの1つが、複数の素子部51の1つに供給される。
【0090】
例えば、制御回路310及び311の少なくとも一部は、例えば、制御部70に含まれる。
【0091】
実施形態は、以下の構成(例えば、技術案)を含んでも良い。
(構成1)
第1部材と、
素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記第1部材に固定された第1固定電極と、
前記第1固定電極と対向する第1可動電極と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第1導電部材と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第2導電部材と、
を含み、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に第1電気信号が印加される前の第1状態において、前記第1可動電極は前記第1導電部材及び前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持され、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加された後の第2状態において、前記第1導電部材は前記第1可動電極から分離され、前記第1可動電極は前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持される、MEMS素子。
【0092】
(構成2)
前記第1可動電極は、前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向と交差する第2方向において、前記第1導電部材と前記第2導電部材との間にある、構成1記載のMEMS素子。
【0093】
(構成3)
前記第1可動電極は、前記第1導電部材と接続された第1接続部と、前記第2導電部材と接続された第2接続部と、を含み、
前記第1接続部から前記第2接続部への方向は、前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向と交差する第2方向に沿い、
前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と交差する第3方向に沿う前記第1可動電極の幅は、前記第1可動電極の少なくとも一部において、前記第1接続部から前記第2接続部への向きにおいて増大する、構成1記載のMEMS素子。
【0094】
(構成4)
前記第1可動電極は、前記第1導電部材と接続された第1接続部と、前記第2導電部材と接続された第2接続部と、を含み、
前記第1接続部から前記第2接続部への方向は、前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向と交差する第2方向に沿い、
前記第1固定電極は、第1固定端部と、第2固定端部と、を含み、前記第2固定端部の前記第2方向における位置は、前記第1固定端部の前記第2方向における位置と、前記第2接続部の前記第2方向における位置と、の間にあり、
前記第1固定端部と前記第1接続部との間の前記第2方向に沿う第1距離は、前記第2固定端部と前記第2接続部との間の前記第2方向に沿う第2距離よりも短い、構成1記載のMEMS素子。
【0095】
(構成5)
前記素子部は、前記第1部材に固定された第1支持部及び第2支持部をさらに含み、
前記第1状態において、前記第1導電部材の一端部は前記第1可動電極と接続され、前記第1導電部材の他端部は前記第1支持部に接続され、前記第1導電部材は前記第1支持部により前記第1部材から離されて支持され、
前記第1状態において、前記第2導電部材の一端部は前記第1可動電極と接続され、前記第2導電部材の他端部は前記第2支持部に接続され、前記第2導電部材は前記第2支持部により前記第1部材から離されて支持される、構成1~4のいずれか1つに記載のMEMS素子。
【0096】
(構成6)
前記素子部は、前記第1部材に固定された第3支持部をさらに含み、
前記第1可動電極は、
前記第1状態において前記第1導電部材と接続された第1電極領域と、
前記第1状態において前記第2導電部材と接続された第2電極領域と、
前記第1中間領域と、
を含み、
前記第2方向における前記第1中間領域の位置は、前記第2方向における前記第1電極領域の位置と、前記第2方向における前記第2電極領域の位置と、の間にあり、
前記第1中間領域は前記第3支持部により前記第1部材から離され支持される、構成5記載のMEMS素子。
【0097】
(構成7)
前記素子部は、前記第1部材に固定された第4支持部をさらに含みえ、
前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と交差する第3方向において、前記第1中間領域の少なくとも一部は、前記第3支持部と前記第4支持部との間にあり、
前記第1中間領域は前記第4支持部により前記第1部材から離されて支持される、構成6記載のMEMS素子。
【0098】
(構成8)
前記素子部は、前記第1部材に固定された第2固定電極をさらに含み、
前記第1可動電極は、第1電極領域及び第2電極領域を含み、
前記第1電極領域と前記第1導電部材との間の距離は、前記第2電極領域と前記第1導電部材との間の距離よりも短く、
前記第1電極領域は、前記第1固定電極と対向し、
前記第2電極領域は、前記第2固定電極と対向し、
前記第1可動電極は前記第1導電部材及び前記第2導電部材により前記第2固定電極から離されて支持される、構成1~7のいずれか1つに記載のMEMS素子。
【0099】
(構成9)
第1部材と、
素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記第1部材に固定された第1固定電極と、
前記第1固定電極と対向する第1可動電極と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第1導電部材と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第2導電部材と、
を含み、
前記第1可動電極は、前記第1導電部材と接続された第1接続部と、前記第2導電部材と接続された第2接続部と、を含み、
前記第1接続部から前記第2接続部への方向は、前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向と交差する第2方向に沿い、
前記第1固定電極は、第1固定端部と、第2固定端部と、を含み、前記第2固定端部の前記第2方向における位置は、前記第1固定端部の前記第2方向における位置と、前記第2接続部の前記第2方向における位置と、の間にある、MEMS素子。
【0100】
(構成10)
前記第1固定端部と前記第1接続部との間の前記第2方向に沿う第1距離は、前記第2固定端部と前記第2接続部との間の前記第2方向に沿う第2距離よりも短い、構成9記載のMEMS素子。
【0101】
(構成11)
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に第1電気信号が印加される前の第1状態において、前記第1可動電極は前記第1導電部材及び前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持され、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加された後の第2状態において、前記第1導電部材は前記第1可動電極から分離され、前記第1可動電極は前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持される、構成9または10に記載のMEMS素子。
【0102】
(構成12)
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に第1電気信号が印加される前の第1状態において、前記第1可動電極は前記第1導電部材及び前記第2導電部材により前記第1固定電極から離されて支持され、
前記第2導電部材と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加された後の第2状態において、前記第1導電部材及び前記第2導電部材は前記第1可動電極から分離される、構成9または10に記載のMEMS素子。
【0103】
(構成13)
第1部材と、
素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記第1部材に固定された第1固定電極と、
前記第1固定電極と対向する第1可動電極と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第1導電部材と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第2導電部材と、
を含み、
前記第1固定電極から前記第1可動電極への第1方向と交差する第2方向において、前記第1導電部材と前記第2導電部材との間にあり、
前記第1可動電極は、前記第1導電部材と接続された第1接続部と、前記第2導電部材と接続された第2接続部と、を含み、
前記第2方向に沿う前記第1可動電極の幅は、前記第1可動電極の少なくとも一部において、前記第1接続部から前記第2接続部への向きにおいて増大する、MEMS素子。
【0104】
(構成14)
前記第1可動電極の前記少なくとも一部は、前記第2方向に対して傾斜する側部を含む、構成13記載のMEMS素子。
【0105】
(構成15)
前記第1導電部材の剛性は、前記第2導電部材の剛性よりも低い、構成1~14のいずれか1つに記載のMEMS素子。
【0106】
(構成16)
前記第1導電部材の少なくとも一部の第1幅は、前記第2導電部材の少なくとも一部の第2幅よりも細い、構成1~15のいずれか1つに記載のMEMS素子。
【0107】
(構成17)
前記第1幅は、前記第2幅の0.5倍以下である、構成16記載のMEMS素子。
【0108】
(構成18)
前記第1導電部材の第1厚さは、前記第2導電部材の第2厚さよりも薄い、構成1~17のいずれか1つに記載のMEMS素子。
【0109】
(構成19)
第1部材と、
素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記第1部材に固定された第1固定電極と、
前記第1固定電極と対向する第1可動電極と、
前記第1可動電極と電気的に接続された第1導電部材と、
前記第1導電部材を支持する第1支持部と、
前記第1可動電極を支持し前記第1可動電極と電気的に接続された第2支持部と、
を含み、
前記第2支持部と前記第1固定電極との間に第1電気信号が印加される前の第1状態において、前記第1可動電極は前記第1導電部材及び前記第2支持部により前記第1固定電極から離されて支持され、
前記第2支持部と前記第1固定電極との間に前記第1電気信号が印加された後の第2状態において、前記第1導電部材は前記第1可動電極から分離され、前記第1可動電極は前記第2支持部により前記第1固定電極から離されて支持される、MEMS素子。
【0110】
(構成20)
構成1~19のいずれか1つに記載のMEMS素子と、
前記MEMS素子と電気的に接続された電気素子と、
を備えた電気回路。
【0111】
実施形態によれば、安定した動作が可能なMEMS素子及び電気回路が提供できる。
【0112】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、MEMS素子及び電気回路に含まれる第1部材、素子部、固定電極、可動電極、第1導電部材及び第2導電部材などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【0113】
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【0114】
その他、本発明の実施の形態として上述したMEMS素子及び電気回路を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのMEMS素子及び電気回路も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【0115】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【0116】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0117】
11、12…第1、第2固定電極、 11a、11b…第1、第2固定端部、 20E…第1可動電極、 20Ea、20Eb…第1、第2電極領域、 20Ec…第1中間領域、 20Ep、20Eq…端部、 20Es…側部、 21、22…第1、第2導電部材、 21B…破断部、 21C、22C…第1、第2接続部、 21S~24S…第1~第4支持部、 21cp、22cp…第1、第2電流経路、 21p…端部、 31…第1容量素子、 41、42…第1、第2部材、 41i…絶縁層、 41s…基板、 41t…制御回路部、 51…素子部、 55…電気素子、 70…制御部、 110、110a、110b、111~116、125、130…MEMS素子、 210…電気回路、 310、311…制御回路、 321…昇圧回路、 322…論理回路、 322a…信号、 323…スイッチングマトリクス、 324…制御電源、 AR1…矢印、 Dp1、Dp2…第1、第2交差方向、 FLT…フローティング状態、 Ih…大電流、 Ipp…制御電流、 L21、L22…第1、長さ、 L21a~L21g…長さ、 ST1~ST3…第1~第3状態、 Sg1、Sg2…第1、第2電気信号、 T1、T2…第1、第2端子、 Tc1、Tc2…第1、第2制御端子、 V0…グランド電位、 Vact1…第1動作電圧、 Vcc…電源電圧、 Vh…高電圧、 Vpp…制御信号、 W1、W2…幅、 W20…幅、 d1、d2…第1、第2距離、 dx1、dx2…距離、 g1、g2…第1、第2間隙、 i2…電流、 t1、t2…第1、第2厚さ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14