專利名稱：機電信號選擇裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包括機電濾波器的機電信號選擇裝置(electromechanicalsignal selection device)，且更具體而言，涉及一種用作諧振器的微振子，一種用于激勵所述微振子的機構、或一種機電信號選擇裝置，其中使用了具有依據結構變化可變的物理特性的材料作為微振子，從而可以調節(jié)信號選擇裝置特性。
背景技術：
隨著比如無線終端的信息通信設備的普遍發(fā)展。用于通信的頻率已經顯著地從用于蜂窩電話等的幾兆赫茲提高到用于無線局域網(LAN)等的幾千兆赫茲而成為寬帶。在目前的情況下，獨立使用了支持各種通信系統(tǒng)的終端。然而，期望在未來實現一種自身支持各種通信系統(tǒng)的無線終端。
另外，隨著無線終端的微型化的發(fā)展，期望小型化在終端外殼中內置的無源部件，比如信號選擇裝置。特別是經常在無線通信中使用的利用LC等中的電諧振的信號選擇裝置難于微型化，因為諧振器的尺寸取決于電長度(electric length)。由于該問題，近年來，已經研究了新的信號選擇的原理。
其中，已經積極研究和開發(fā)了可以通過MEMS(微機電系統(tǒng))技術制造的RF-MEMS信號選擇裝置。RF-MEMS信號選擇裝置是利用微振子的機械振蕩的機電信號選擇裝置。在RF-MEMS選擇裝置中，因為高頻信號的電振蕩被變?yōu)槲⒄褡拥臋C械振動，且從其提取輸出信號而再次作為電振蕩，所以存在的優(yōu)點在于諧振器的尺寸不取決于電長度，從而可以微型化信號選擇裝置。另外，RF-MEMS信號選擇裝置可以以與RF-IC非常相容的工藝來制造。因此可以在RF-IC中制造信號選擇裝置。RF-MEMS信號選擇裝置被期望是對于無線設備作出巨大貢獻的一種技術。
例如，在非專利文件1中公開了一種利用GHz頻帶微振子的機電信號選擇裝置。根據該非專利文件1，碟狀微振子排列在硅襯底上以實現使用微振子的機械諧振現象的機電諧振器，該機電諧振器具有1.14GHz的中心頻率。將描述信號選擇的機制。通過從信號輸入端口輸入到驅動電極的高頻信號，在驅動電極和微振子之間施加的靜電力，從而以高頻信號的頻率激勵微振子。當輸入具有等于微振子的機械自諧振頻率的頻率的信號時，微振子被如此大的激勵，從而靜電容量依據微振子和感測電極之間的距離的改變而改變。然后，由于施加到微振子的電壓，微振子的機械振蕩由感測電極提取為電振蕩，且從感測電極輸出到信號輸出端口。即，可以僅選擇性地輸出具有由微振子的自諧振頻率設定的頻率的信號。
目前，存在在機電信號選擇裝置中使得可用頻率更高且使得Q值(品質因數)更高的嘗試。為了在可應用的頻率中獲得高頻率，需要使得微振子的自諧振頻率更高。為此，可以考慮一種減小微振子的尺寸的方法或使用微振子的諧波模式的方法。
隨著微振子從微米量級精細到納米量級，其振蕩變得非常微弱，且接近量子振動或熱振動的噪聲水平。因此需要獲得超靈敏的振蕩感測方法，通過該方法可以感測靠近量子極限的振蕩。
非專利文件1J.Wang等，IEEE RFIC Symp.，8-10 June，pp.325-338，2003。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的問題然而，目前，在使得微振子的自諧振頻率更高時，減小了微振子的振蕩幅度。因此，存在的問題在于在微振子和感測電極之間產生的靜電容量的非常微弱的改變難于感測作為電信號輸出。為了更靈敏地感測微振子的非常微弱的振蕩，需要減小微振子和感測電極之間的距離或增加施加到微振子的電壓VP。
例如，在非專利文件1中公開的機電信號選擇裝置中，具有20μm的半徑和2μm厚度的碟狀微振子通過采用高寬高比的蝕刻形成，其中深度為3μm，而微振子和感測電極之間的距離為100nm。當未來在微振子和感測電極之間必須設定更小的距離時，預計制造方法將達到其臨界極限。另一方面，施加到微振子的電壓范圍從12.9V到30.54V。在目前的環(huán)境下，要施加到無線終端的電壓是高的。
為了使得機電信號選擇裝置的可用頻率更高，需要提供一種進行信號選擇的方法，盡管難于實現具有無靈敏振蕩感測機構的結構。
考慮到前述的情況開發(fā)了本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種機電信號選擇裝置和利用該機電信號選擇裝置的電設備，所述機電信號選擇裝置可以選擇性地僅輸出預定頻率的信號，而不提供任何靈敏振蕩感測機構。
解決所述問題的手段為了獲得即使在沒有提供任何靈敏振蕩感測結構的情況下也可以進行信號選擇的機電信號選擇裝置，根據本發(fā)明，當微振子以其自諧振頻率振蕩時產生的微振子的結構改變導致的物理性質的改變被用作信號選擇的機構。
為了解決上述的問題，根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置的特征在于包括微振子，其可以由輸入信號激勵；和柱，用于保持微振子；其中微振子可以產生由于激勵引起的物理性質的變化從而改變選擇的信號。
采用該結構，用作諧振器的微振子可以通過外力來激勵。當依據結構變化其物理性質改變的材料被用作微振子時，可以進行信號選擇。于是，可以獲得具有信號選擇功能的機電信號選擇裝置，其沒有在相關技術中難于實現的任何靈敏振蕩感測機構。
這里，不具體限制微振子的尺寸。假定微振子是一種通過MEMS技術形成的微米量級或納米量級的振蕩器。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中微振子由其物理性質依據結構改變而改變的材料制成。
采用該配置，可以通過改變電導率或壓電特性來獲得期望的信號特性，而不提供任何靈敏的信號感測機構。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中物理性質是一種導電特性。
采用該配置，導電特性直接依據振蕩來改變。由此，感測變得容易。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中微振子由放置在柱上的電極來保持。
采用該配置，由振蕩導致的變形可以給予微振子，所述微振子由其物理特性依據結構變化而改變的材料形成。由此，可以獲得期望的物理性質的變化。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中電極和微振子之間的接合的表面設置為離柱一距離。
采用該配置，由振蕩導致的變形可以給予微振子整體。由此，可以獲得期望的物理性質的變化。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中柱的剛度低于微振子的剛度。
采用該配置，由振蕩導致的變形可以給予微振子整體。由此，可以獲得期望的物理性質的變化。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中微振子由包括產生物理性質改變的材料層和導體層的至少兩層的多層結構形成。
采用該配置，流入導體層的高頻信號可以主要用于激勵微振子，且流入相變材料層的高頻信號可以依據包括導電特性的物理性質的變化而進行信號選擇。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中導體層形成為線性的，產生物理性質變化的材料層圍繞線性的導體層形成。
采用該配置，由于在微振子的外側上的大自由表面而產生相變的容易性，流入位于中心部分的導體層的高頻信號主要可用于激勵微振子，且流入相變材料層的高頻信號可以用于依據包括導電特性的物理性質的變化而進行信號選擇。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中產生物理性質變化的材料層形成于信號的電場集中的一側。
采用該配置，相變材料層形成于高頻信號的電場集中的一側。因此，可以提高利用相變材料層的導電特性的變化的信號選擇的效果。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中產生物理性質變化的材料層形成于導體層的襯底側下方。
采用該配置，相變材料層形成于高頻信號的電場集中的襯底的接地側。因此，可以提高利用相變材料層的導電特性的變化的信號選擇的效果。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中導體層的半徑的一半不大于高頻信號的趨膚深度。
采用該配置，激勵微振子的高頻信號可以流入物理性質變化發(fā)生的材料，盡管該材料處于絕緣體狀態(tài)。因為存在一種所謂的趨膚效應，其中更高頻的信號更接近表面流動，導體層可以形成為其至少一半的半徑不大于高頻信號的表面深度的形狀，從而提高了信號功率衰減因子。于是，當微振子振蕩時信號被允許通過，從而包括相變材料層的微振子作為整體處于低阻狀態(tài)。在該情形，微振子可以形成為至少其半徑不小于高頻信號的趨膚深度的形狀，從而減小信號功率衰減因子。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中微振子由鈣鈦礦型過渡金屬氧化物制成。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中鈣鈦礦型過渡金屬氧化物是表現出金屬-絕緣體轉變的PrNiO3。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中微振子由壓阻效應材料制成。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中微振子由Si、La1-xSrxMnO3和BaTiO3的至少一種制成。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中微振子由超導體制成。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中超導體是Al、Pb、La2-xSrxCuO4、(BEDTTTF)2I3的一種。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中微振子由碳基材料制成。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中輸入信號通過設置于微振子中的電極提供。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中輸入信號通過鄰近微振子設置的驅動電極提供。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中施加到驅動電極的外力是靜電力。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中提供用于將外磁場施加到微振子的機構，從而依據洛倫茲力來激勵微振子。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括機電信號選擇裝置，其中用于施加外磁場的機構設置于驅動電極或信號輸入電極中，從而在期望的方向上激勵微振子的振蕩，所述電極鄰近微振子設置。
采用該配置，用于施加外磁場的機構設置于驅動電極中，所述驅動電極鄰近微振子設置。由于驅動電極或用于施加外磁場的機構的設置，可以在期望的方向上施加激勵微振子的振蕩的外力。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中物理性質的變化由壓電效應導致。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中設計微振子以當微振子被激勵以產生結構變化時利用壓電效應產生信號。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中微振子由陶瓷制成。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置包括這樣的機電信號選擇裝置，其中微振子由PZT制成。
采用這些配置，可以通過濺射等方法容易地形成微振子。于是，制造是容易的。
本發(fā)明的效果如上所述，根據本發(fā)明，當微振子以自諧振頻率振蕩時產生的微振子的結構變化導致的物理性質的變化被用作信號選擇的機制。因此，可以選擇性地僅輸出具有預定頻率的信號。
因為不需提供任何靈敏的振蕩感測機構，所以生產了可以以簡單的結構和低成本制造的具有高頻信號選擇功能的機電信號選擇裝置。
將外力給予微振子以由此激勵其中的振蕩的機構也不是必要的。另外，該結構變得簡單。因此，機電信號選擇裝置可以以低成本制造。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置不僅可以應用于無線通信的電路，而且可以應用于各種應用的電路。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置也可以被用作諧振器。因此，機電信號選擇裝置可以被用于振蕩器(oscillator)中；以及被用于比如混頻器或放大器的電路的模塊中。


(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例1的機電信號選擇裝置的配置的透視圖；且(b)是顯示圖1(a)中的機電信號選擇裝置的改型的透視圖。
顯示根據本發(fā)明的實施例1、實施例2和實施例3的機電信號選擇裝置中的微振子的結構變形的圖其中，(a)是顯示微振子的靜止狀態(tài)的圖；且(b)是顯示微振子的振蕩狀態(tài)的圖。
顯示根據本發(fā)明的實施例1的機電信號選擇裝置的微振子的電子能帶結構的圖其中，(a)是顯示微振子的靜止狀態(tài)的圖；且(b)是顯示微振子的振蕩狀態(tài)的圖。
顯示根據本發(fā)明的實施例1、實施例2和實施例3的機電信號選擇裝置的信號選擇裝置環(huán)特性(ring characteristic)的曲線圖其中(a)是顯示帶阻信號選擇裝置特性的曲線圖；且(c)是顯示帶阻信號選擇裝置特性的曲線圖。
逐步說明根據本發(fā)明的實施例1的圖1中的機電信號選擇裝置的制造工藝的剖面圖。
(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例1的機電信號選擇裝置的改型的透視圖；且(b)是顯示圖6(a)中的機電信號選擇裝置的改型的透視圖。
逐步說明根據本發(fā)明的實施例1的圖6中的機電信號選擇裝置的制造工藝的剖面圖。
逐步說明根據本發(fā)明的實施例1的圖6中的機電信號選擇裝置的制造工藝的剖面圖。
(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例2的機電信號選擇裝置的配置的透視圖；且(b)是顯示圖9(a)中的機電信號選擇裝置的改型的透視圖。
顯示根據本發(fā)明的實施例1的機電信號選擇裝置的微振子的電子能帶結構的圖其中，(a)是顯示微振子的靜止狀態(tài)的圖；且(b)是顯示微振子的振蕩狀態(tài)的圖。
(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例3的機電信號選擇裝置的配置的透視圖；且(b)是顯示圖11(a)中的機電信號選擇裝置的改型的透視圖。
(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例4的機電信號選擇裝置的配置的透視圖；且(b)是顯示根據本發(fā)明的實施例4的改進的機電信號選擇裝置的配置的透視圖。
(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例5的機電信號選擇裝置的配置的透視圖。
(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例6的微振子結構的透視圖；且(b)是顯示根據本發(fā)明的實施例6的改型的微振子結構的透視圖。
顯示本發(fā)明的實施例7的信號選擇特性的曲線圖其中(a)是顯示微振子101的材料相對于變形表現出導電特性的線性或非線性變化的情形的曲線圖；且(b)是顯示微振子101的材料相對于變形表現出導電特性的開/關(ON/OFF)型變化的情形的曲線圖。
參考標號說明100、200、300、400、500、600、700、800、2000、2001、2002機電信號選擇裝置101、1011、1012微振子102驅動電極103柱104分隔體105絕緣層106襯底107晶格108光致抗蝕劑109信號輸入電極201電極202相變材料203導體具體實施方式
現將參考附圖在以下詳細描述本發(fā)明的各自的實施例。
實施例1圖1(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例1的機電信號選擇裝置的配置的透視圖，其中PrNiO3被用作微振子101。在圖1(a)所示的機電信號選擇裝置100中，在柱103之間橋接的微振子101設置于襯底106上，襯底106具有在一表面上的絕緣層105且接地。用于信號輸入的的信號輸入端口IN和用于信號輸出的信號輸出端口OUT連接到微振子101。形成有一種機制，其中當高頻信號被輸入到該信號輸入端口IN時，在微振子101和襯底106之間產生電勢差，從而以與高頻信號相同的頻率將靜電力施加到微振子101。
接下來，將對于通過該機電信號選擇裝置100中的微振子的信號選擇機制進行描述。來自信號輸入端口IN的信號輸入傳播到微振子101，從而以高頻信號的頻率激勵微振子。僅當輸入相應于微振子101的自諧振頻率的信號時，微振子101才以高幅度被激勵，從而產生微振子101的結構變形。微振子101的振動可以被使用直到自諧振頻率的諧振模式。微振子101的振動方向根據所激勵的振蕩模式而改變。微振子101的振動方向由V代表。在該結構中，振動方向V是多方向的，如圖1所示。
隨著微振子在尺寸上更超微且在振動幅度上更小，更難于根據相關技術的機電信號選擇裝置振動感測方法來提取信號，在所述方法中振動幅度的變化是以電的方式被感測的。因此，在根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置100中，一種嶄新的系統(tǒng)被引入如下。即，當微振子101以其自諧振頻率振動時，物理性質由于微振子101的結構變化而改變。于是，選擇了信號。在本實施例1中，機電信號選擇裝置100被設計從而隨著物理性質的變化發(fā)生導電性能的變化。
圖2是顯示根據本發(fā)明的實施例1的機電信號選擇裝置中的微振子的結構變形的圖。在微振子101不振動的情形，如圖2(a)所示，微振子101的結構處于直線靜止狀態(tài)，且晶體結構也處于晶格107以晶格常數(a，b)規(guī)則排列的未變形的狀態(tài)。另一方面，在微振子101以自諧振頻率被激勵的狀態(tài)中，如圖2(b)所示，微振子101的結構處于彎曲振動狀態(tài)，且晶體結構處于晶格不規(guī)則排列的變形狀態(tài)。在該情形，晶格常數具有局部改變的值(a’，b’)，從而所述值變得不規(guī)則，在一個位置為b’而在另一位置為b”。
在根據本發(fā)明的機電信號裝置100中，由微振子101的結構變化導致的微振子101的導電特性的變化被用于信號選擇的機制。為此，其電子能帶結構根據結構變化而改變的材料被用作微振子101。圖3是顯示形成根據本發(fā)明的實施例1的機電信號選擇裝置的微振子的材料電子能帶結構的圖。圖3(a)顯示微振子101未振蕩的靜止狀態(tài)的微振子101的電子能帶。在微振子101的晶體結構中未發(fā)生變形的情形，微振子101的導電特性是絕緣的。在該電子能帶結構中，在價帶和導帶之間具有大的能隙EG。對導電作貢獻的費米能級EF位于能隙EG中。于是，電子能帶結構用作其中電子不能遷移的絕緣體。另一方面，圖3(b)顯示處于振動狀態(tài)的微振子101的電子能帶結構，在該狀態(tài)中微振子101以其自諧振頻率被激勵。在微振子101的晶體結構中發(fā)生變形的狀態(tài)，微振子101的電子能帶結構由于該變形而變?yōu)榻饘俳Y構，且導電特性變?yōu)閷щ姷?。原本位于價帶和導帶之間的能隙EG消失，從而導帶的電子能帶范圍覆蓋對導電作貢獻的費米能級EF。于是，電子能帶結構改變?yōu)槠渲须娮涌梢员粚ǖ慕饘傩噪娮幽軒ЫY構。
當具有不等于微振子101的自諧振頻率的頻率的信號被從信號輸入端口IN輸入時，微振子101處于微振子101不振動的靜止狀態(tài)。于是，微振子101具有用作絕緣體的電子能帶結構，且其導電特性是絕緣的。在該情形，信號不能流入微振子101。于是，信號沒有被輸出到信號輸出端口OUT。另一方面，當具有等于微振子101的自諧振頻率的頻率的信號被從信號輸入端口IN輸入時，微振子101成為微振子101被激勵的振動狀態(tài)。于是，其導電特性成為金屬的。在該情形，信號可以流入微振子101。于是，信號被輸出到信號輸出端口OUT。即，僅當具有等于微振子101的自諧振頻率的頻率的信號被從信號輸入端口IN輸入時，具有同一頻率的信號可以選擇性地通過到信號輸出端口OUT。
圖4(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例1的機電信號選擇裝置的信號選擇特性的曲線圖。機電信號選擇裝置可以具有中心頻率為fc的帶通信號選擇裝置特性。中心頻率fc和Q值取決于微振子101的設計，且由微振子101的自諧振頻率和Q值決定。
在該實施例中，上述的PrNiO3被用作微振子101的材料且具有依據結構變化的電子能帶結構變化。PrNiO3是陶瓷，其中由于晶體結構的變形而發(fā)生金屬-絕緣體轉變，從而在同一材料中產生導電特性的顯著改變。鈣鈦礦型過渡金屬氧化物PrNiO3是一種其中可以見到絕緣體到金屬轉變的材料。當Pr由具有小離子半徑的離子取代以增加變形時，帶隙可以增加。當通過外力在這樣的材料中機械地激勵晶體變形時，發(fā)生由于電子能帶結構的變化引起的導電特性的變化。
這里，已經描述了微振子101的結構變化和其導電特性之間的關系的例子。然而，當微振子101不振動，即微振子101處于靜止狀態(tài)時，導電特性不限于絕緣的。如果導電特性處于高阻抗狀態(tài)，比如半導體狀態(tài)、高電阻金屬態(tài)等，其也會工作良好。在微振子101被激勵的振動狀態(tài)，導電特性不限于金屬的。如果導電特性處于低阻抗狀態(tài)，比如低電阻半導體狀態(tài)等，其也會工作良好。
在本實施例中，雙支撐梁被用作微振子101。然而，也可以使用其中碟101C設置于中心的微振子101，如圖1(b)的改型中所示。
圖1(b)是顯示圖1(a)的機電信號選擇裝置的改型的透視圖。在機電信號選擇裝置100中，微振子被形成為雙支撐梁。然而，在圖1(b)所示的機電信號裝置200中，碟101C設置于作為微振子101的微振子的中心，從而可以改善靈敏度。另外，微振子101的形狀可以被適當地改變?yōu)閼冶邸⒎桨宓?。在圖1(b)中的機電信號選擇裝置200中，與圖1(a)所示的機電信號選擇裝置100中的那些相似的組成部分被相應地命名和指示，且將省略其描述。
在根據本發(fā)明的實施例1的機電信號選擇裝置中，一種在其結構變化和其導電特性之間具有負相關性的材料，即在靜止狀態(tài)顯示比如金屬、低電阻半導體等低阻抗、并在振動狀態(tài)顯示比如絕緣體、半導體、高電阻金屬等的高阻抗的材料可以被用作微振子101。于是，機電信號選擇裝置可以具有中心頻率為fc的帶阻信號選擇裝置特性，如圖4(b)所示。
可以在信號輸出端口OUT側提供用于放大輸出信號的功率放大器等。
當使用機械組合的多個微振子時，可以控制信號選擇特性的Q值或信號通過帶寬。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置可以并聯或串聯連接以形成多級信號選擇裝置配置。
這里，將對于制造機電信號選擇裝置100的方法進行描述。圖5中所示的機電信號裝置200的制造工藝相似于機電信號選擇裝置100，除了掩模圖案的形狀以外。
圖5(a)-(c)是沿顯示根據本發(fā)明的實施例1的機電信號選擇裝置的圖1(a)中的線A-B所取的剖面圖。圖5(a)-(c)逐步說明機電信號選擇裝置的制造工藝。首先，如圖5(a)所示，以熱氧化方法、濺射方法等，在由Si制成的襯底106上形成SiO2、Si3N4等的絕緣層105。接下來，以濺射方法、CVD(化學氣相沉積)方法等，形成用作柱103的SiO2、Si3N4等的絕緣材料。另外，以濺射方法、CVD方法等在其上沉積用作微振子101的材料(這里為PrNiO3)。如圖5(b)所示，在用作微振子101的材料上形成光致抗蝕劑108，并通過電子束蝕刻，光刻等來構圖。通過干法蝕刻來成形微振子101的圖案。最后，通過灰化去除光致抗蝕劑108，且采用用作微振子101的材料，通過選擇性濕法蝕刻來去除還具有犧牲層功能的微振子101下的絕緣材料。于是，產生了如圖5(c)所示的微振子101的懸浮結構。HF等被用作蝕刻劑。另外，在選擇性濕法蝕刻之后，進行CO2超臨界干燥以避免懸浮結構與襯底接觸。
雖然在本實施例中PrNiO3被用作微振子101，微振子101不限于PrNiO3。例如，可以應用半導體，比如Si(多晶硅、單晶硅、摻雜的硅(P型或N型)、Ga、GaAs、GaAsP、InGaAs、GaN、AlGaN、SiC等。該襯底也不限于Si。可以應用化合物半導體，比如GaAs、GaAsP、InGaAs、GaN、AlGaN等。
當為半導體賦予晶體變形時，其電子能帶結構可以被改變，從而可以改變導電特性。例如，當采用比如硼、磷等的雜質來摻雜Si時，可以調整電阻率或楊氏模量。另外，當調整化合物半導體的組份比且調整摻雜劑時，可以調整期望的帶隙和導電特性的變化。SiC具有一種特性，即當為SiC賦予晶體變形時，與不具有變形的SiC相比，漂移速度被增加以提高導電率。當SiO2形成圍繞具有用作一維系統(tǒng)的電子能帶結構的Si納米線，且對其施加巨大的應力時，晶體變形發(fā)生，從而電子能帶結構傾向于被大大改變。2GPa的應力可以減小150meV的帶隙。
在比如碳納米管等的碳基材料中，結構上的差異引起導電特性的改變。在碳納米管中，依據纏繞石墨片(graphene sheet)的方式(手性)，導電特性是金屬的或半導體的。在半導體碳納米管中，可以見到具有非常小的能隙(2或3meV)或中等能隙(0.2-0.3eV)的電子能帶結構。當將各種材料注入碳納米管以形成豆莢結構時，可以控制碳納米管的電子能帶結構。被注入材料的示例包括比如鈰(Cs)等的原子和比如富勒烯C60的分子、包含富勒烯的雜環(huán)原子、有機材料等。在包含含有富勒烯的釓金屬Gd@C82的單層碳納米管中，帶隙在沒有Gd@C82的部分中為0.42eV，而在有Gd@C82的部分中帶隙被局部縮減到0.17eV。比如碳納米管的碳基材料是其電子能帶結構依據其結構顯著改變的材料。當在這樣的材料中通過外力機械地激勵晶體變形時，由于電子能帶結構的變化而發(fā)生導電特性的變化。
比如Si的半導體、比如La1-xSrxMnO3和BaTiO3的金屬薄膜電阻器或陶瓷具有一種特性(壓阻效應)，其中電阻依據變形的幅度而變化。鈣鈦礦型錳酸鹽La1-xSrxMnO3在室溫下在X＝0.25顯示出比較高的壓阻效應。當用150MPa將變形賦予鈣鈦礦型錳酸鹽La1-xSrxMnO3時，電阻率變化了7％。這是其中將20wt％的La1-xSrxMnO3分散入氧化鎬(ZrO3)以使得結構具有高強度的情形。當改變了分散量時，可以控制壓阻效應或強度，從而可以改變電阻率的變化或結構的諧振頻率和幅度(變形幅度)。層壓并調整具有不同組成部分的材料也是有效的，從而可以獲得期望的電阻率的變化和期望的諧振頻率。
在比如半導體BaTiO3的陶瓷中，存在大的壓阻效應。當將2.5×10-4的壓縮變形機械地賦予其中單個極化區(qū)形成于鐵電物質中的具有10-20μm直徑的棒狀裝置時，存在5V下的約300Ω·cm到3kΩ·cm和0.01V下的從約3kΩ·cm到3MΩ·cm的大的電阻變化。因為出現了一個或更多數位(digit)的電阻變化，所以可以在信號選擇裝置中獲得關鍵的大的開/關比。這種材料可以以簡單和容易的工藝來形成，比如溶膠凝膠工藝。
另外，比如Al、Pb、La2-xSrxCuO4、(BEDTTTF)2I3等的超導體也是有效的。在比如Al等的超導體金屬中，導電特性由于晶格的變形而轉變?yōu)榫哂辛汶娮璧某瑢w。為了獲得超導體，需要從兩個電子形成庫珀(Cooper)對。這由晶格變形所引起。當位于晶格點的正離子由晶體變形而聚集時，正極性在局部加強從而吸引負電子。于是，可以獲得其中形成了庫珀對的電子結構。在比如La2-xSrxCuO4等的銅氧化物高溫超導體中，可以見到包括從絕緣體到超導體的轉變的復雜相圖。當將變形機械地賦予晶體結構時，可以控制導電特性。
具有注入的量子點等的復合物材料也是有效的。當將晶體變形賦予具有注入的量子點等的復合材料時，量子點的電子能帶結構被改變，從而可以改變導電特性。對于其中在GaAs中注入InGaAs量子點的復合物材料，當通過外力彎曲由MEMS技術制造的雙支撐梁以激勵晶體變形時，出現由于量子點的變形引起的電子能帶結構的變化。
另外，將在以下描述的材料也是可以應用的，因為它們顯示了由于晶體變形引起的導電特性的變化。
同樣可以應用的是比如(DMe-DCNQI)2Cu的有機材料、比如碳納米管的碳基材料、具有層疊的多種材料的超晶格材料、比如Al、Au和Cu的金屬、比如SiO2和Si3N4的絕緣材料、比如Ni的磁性材料、比如PZT等的介電材料。
雖然在前述的實施例1中未界定微振子101的振動方向，但是可以設置驅動電極102從而在期望的方向激勵振動的外力可以被施加到微振子。圖6是顯示根據本發(fā)明的實施例1的圖1中的機電信號選擇裝置的改型的透視圖。在圖6(a)中所示的機電信號選擇裝置300中，在柱103之間橋接的微振子101和設置于間隙物104上的驅動電極102被設置在襯底106上，襯底106具有在其表面上形成的絕緣層105。用于信號輸入的信號輸入端口IN和用于信號輸出的信號輸出端口OUT被連接到微振子101以形成如下的機制。即當輸入高頻信號時，在微振子101和驅動電極102之間產生電勢差，從而以與高頻信號相同的頻率將靜電力施加到微振子101。微振子101的振動方向由V代表。圖6(a)顯示了微振子101的振動方向相對于襯底是水平的情形。然而，振動方向可以被設置為包括豎直方向的各種方向。驅動電極可以被設置來在期望的方向中將激勵力施加到微振子。
圖6(b)是顯示圖6(a)中的機電信號選擇裝置的改型的透視圖。在機電信號選擇裝置300中，微振子101被形成為雙支撐梁。然而，在圖6(b)所示的機電信號裝置400中，例如使用了碟。以這樣的方式，懸臂、方板等各種其他形狀可以被形成為微振子101。在圖6(b)中的機電信號選擇裝置400中，與圖6(a)所示的機電信號選擇裝置300中的那些相似的組成部分被相應地命名和指示，且將省略其描述。
這里，將對于制造機電信號選擇裝置300的方法進行描述。順便提及，圖6(b)中所示的機電信號裝置400的制造工藝相同于機電信號選擇裝置300，除了掩模圖案的形狀以外。圖7(a)-(c)和圖8(a)-(b)是沿顯示根據本發(fā)明實施例1的變型的機電信號選擇裝置的圖6(a)中的線C-D所取的剖面圖。圖7(a)-(c)和圖8(a)-(b)逐步說明機電信號選擇裝置的制造工藝。首先，如圖7(a)所示，以熱氧化方法、濺射方法等，在由Si等制成的襯底106上形成SiO2、Si3N4等的絕緣層105。相似地，這里不僅Si而且比如GaAs的化合物半導體可以被用作襯底106。接下來，以濺射方法、CVD(化學氣相沉積)方法等，形成用作柱103和間隙物104的SiO2、Si3N4等的絕緣材料。另外，以CVD方法等在其上沉積用作驅動電極102的Si?？梢該诫s比如Si、GaAs等半導體材料以形成為P型或N型以減小電阻。P型Si可以用硼摻雜而N型Si可以用磷摻雜。摻雜具有減小振蕩器的阻力的效果，即減小阻抗的效果或控制楊氏模量的效果。
接下來，如圖7(b)所示，在用作驅動電極102的摻雜硅上形成通過電子束蝕刻，光刻等構圖的光致抗蝕劑108。通過采用該圖案作為掩模的干法蝕刻來形成驅動電極102。
接下來，形成微振子101。如圖7(c)所示，通過灰化去除光致抗蝕劑108，且然后以濺射方法、CVD方法等沉積用作微振子101的材料。接下來，在用作微振子101的材料上形成由電子束蝕刻、光刻等構圖的光致抗蝕劑。如圖8(a)所示，通過干法蝕刻形成微振子101。最后，通過灰化去除光致抗蝕劑108，且然后采用用作微振子101的材料通過選擇性濕法蝕刻來去除還具有犧牲層功能的微振子101下的絕緣材料。于是，產生了如圖8(b)所示的微振子101的懸浮結構。HF等被用作蝕刻劑。另外，在選擇性濕法蝕刻之后，進行CO2超臨界干燥以避免懸浮結構與襯底接觸。
微振子101的材料與前述實施例1的材料相似。當驅動電極102由半導體材料組成時，可以在構圖之前或之后摻雜預先以與微振子101相同的工藝形成的驅動電極102，從而可以選擇性地僅減小驅動電極102的電阻。于是，可以減少掩模的數量，且可以簡化所述工藝。
另外，微振子101可以被摻雜或改性以形成容易產生結構變化的結構。例如，作為改性處理，存在一種處理方法，其中通過采用具有大離子半徑的材料的離子注入來形成晶體變形。
對于驅動電極102的材料，可以通過濺射、氣相沉積等沉積比如鋁、金、銅等的金屬材料，從而形成驅動電極102。
而且在該情形，當保證了襯底106對于高頻信號的損耗沒有影響時，絕緣層105不需要形成。
以該方式，根據機電信號選擇裝置100、200、300或400，可以選擇性地僅輸出預定頻率的信號，而不提供任何難于在相關技術中實現的靈敏的振動感測機構。另外，因為不需要提供靈敏的振動感測機構，可以提供一種機電信號選擇裝置，其可以以簡單的結構和低成本制造且具有高頻信號選擇功能。另外，根據機電信號選擇裝置100或200，不需要提供用于將外力施加到微振子的機構以由此在其中激勵振動。因此可以以更簡單的結構和更低的成本制造機電信號選擇裝置。
根據實施例1的機電信號選擇裝置被應用于濾波器裝置、取樣裝置或開關裝置。
應傳播高頻信號的微振子可以形成以具有微米量級的尺寸，以減小插入損耗。
微振子的諧振模式的諧振可以被用于獲得GHz頻段的諧振頻率。
根據本發(fā)明的多個機電信號選擇裝置可以并聯連接以減小插入損耗。
另外，根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置不僅可以應用于無線通信終端，而且可以應用于各種應用的電子設備。
另外，根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置不僅可以應用于無線通信終端，而且可以應用于各種應用的電子電路。
另外，根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置還可以被用于其它應用，比如諧振器等，且可以被用于電路的模塊中，所述電路比如振蕩器、混頻器、放大器等。
實施例2圖9(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例2的機電信號選擇裝置的配置的透視圖。在圖9(a)所示的機電信號選擇裝置500中，在表面上具有絕緣層105的襯底上提供在柱103之間橋接的微振子101。提供了用于向微振子101施加外磁場H的機構。信號輸入的信號輸入端口IN和信號輸出的信號輸出端口OUT連接到微振子101。施加外磁場H的機構可以是產生磁場的機構，比如磁性物質或線圈。
微振子101由根據實施例1的機電信號選擇裝置100或200中的靜電力來激勵。然而，根據實施例2的機電信號選擇裝置500使用了不同的激勵方法來通過洛侖茲(Lorentz)力激勵微振子101。
將對激勵信號選擇裝置500中的微振子的方法進行描述。預先將外磁場施加到微振子101，從而將洛侖茲力在微振子101期望振動的方向施加到微振子101。微振子101的振動方向由V指示。在該情形，外磁場方向的矢量方向H是襯底的垂直方向。當將高頻信號從信號輸入端口IN輸入且由于該高頻信號而AC電流流入微振子101時，由于AC電流和外磁場H，洛侖茲力施加到微振子101。洛侖茲力的方向依據AC電流的方向交替反向，且其頻率等于高頻信號的頻率。以該方式，由于該高頻信號，洛侖茲力被施加到微振子101，從而激勵微振子101。
接下來，將對該機電信號選擇裝置300中的微振子的信號選擇機制進行描述。來自信號輸入端口IN的信號輸入傳播到微振子101，且以高頻信號的頻率激勵微振子101。僅當具有等于微振子101的自諧振頻率的頻率的信號被輸入時，微振子101以大振幅被激勵，從而產生微振子101的結構變形。微振子101的振動可以被使用直到其自諧振頻率的諧振模式。微振子101的振動方向依據激勵的振動模式而變化。
因為微振子101變得更小從而振動幅度變得更小，所以更加難于在以電方式感測振動幅度的變化的相關技術的機電信號選擇裝置的振動感測方法中提取信號。在根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置300中，因此，一個新的系統(tǒng)被引入如下。即，當微振子101以其自諧振頻率振動時，微振子101的物理性質由于微振子101的結構變化而改變，從而可以選擇信號。該實施例2顯示了其中導電特性的變化被用作物理性質的變化的情形。
圖2是顯示根據本發(fā)明的實施例2的機電信號選擇裝置的微振子的結構變形的視圖。當微振子101不振動時，如圖2(a)所示，微振子101的結構處于直線靜止狀態(tài)，且晶體結構也處于晶格107以晶格常數(a，b)規(guī)則排列的未變形的狀態(tài)。另一方面，在微振子101以自諧振頻率激勵的狀態(tài)中，如圖2(b)所示，微振子101的結構處于彎曲振動狀態(tài)，且晶體結構處于晶格不規(guī)則排列的變形狀態(tài)。在該情形，晶格常數具有局部改變的值(a’，b’)，從而所述值變得不規(guī)則，在一個位置為b’而在另一位置為b”。
在根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置500中，由微振子101的結構變化導致的微振子101的導電特性的變化被用于信號選擇的機制。為此，其電子能帶結構根據結構變化而改變的材料被用作微振子101。在實施例2中，AC電流必須流動以激勵微振子101。因此，在微振子101沒有振動的靜止狀態(tài)必須提供某種程度的導電性。圖10是顯示根據本發(fā)明的實施例2的機電信號選擇裝置的微振子的電子能帶結構的圖。圖10(a)顯示微振子101未振蕩的靜止狀態(tài)的微振子101的電子能帶。在微振子101的晶體結構中未發(fā)生變形的情形，微振子101的導電特性是半導體或高電阻金屬。當微振子101是半導體時，微振子101具有一種電子能帶晶格，其中，在價帶和導帶之間具有能隙EG。對導電作貢獻的費米能級EF位于能隙EG中。能隙EG小于微振子101是絕緣體的情形的能隙EG。因此，電子能帶結構用作其中載流子(電子或正空穴)可以遷移的半導體。
另一方面，當微振子101是相對高電阻的金屬時，微振子101具有金屬能帶結構，其中在價帶和導帶之間沒有能隙EG。然而，覆蓋對導電作貢獻的費米能級EF的導帶的電子能帶的數量比較小。因此，可以導電的電子的數量比正常電阻金屬的小。因此，微振子101具有高電阻的金屬電子梁結構。另一方面，圖10(b)顯示處于振動狀態(tài)的微振子101的振蕩狀態(tài)的電子能帶結構，在該狀態(tài)中微振子101以其自諧振頻率被激勵。在微振子101以其自諧振頻率被激勵的振動狀態(tài)下，在微振子101的晶體結構中發(fā)生變形的狀態(tài)，微振子101的電子能帶結構由于該變形而變?yōu)榻饘俳Y構，從而導電特性變?yōu)榻饘俚摹Ｎ挥趦r帶和導帶之間的能隙EG沒有了，從而導帶的許多電子能帶范圍覆蓋對導電作貢獻的費米能級EF。于是，電子能帶結構變?yōu)榻饘匐娮幽軒ЫY構。
當具有不等于微振子101的自諧振頻率的頻率的信號被從信號輸入端口IN輸入時，微振子101處于微振子101不振動的靜止狀態(tài)。于是，微振子101的導電特性是半導體或高電阻金屬。在該情形，信號不能充分地流入高阻抗微振子101。于是，信號沒有被輸出到信號輸出端口OUT。另一方面，當具有等于微振子101的自諧振頻率的頻率的信號被從信號輸入端口IN輸入時，使微振子101進入微振子101被激勵的振動狀態(tài)。于是，其導電特性成為金屬的。在該情形，信號可以流入微振子101。于是，信號被輸出到信號輸出端口OUT。即，僅當具有等于微振子101的自諧振頻率的頻率的信號被從信號輸入端口IN輸入時，具有同一頻率的信號才可以選擇性地通過到信號輸出端口OUT。
圖4(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例2的機電信號選擇裝置的信號選擇特性的曲線圖。機電信號選擇裝置可以具有中心頻率為fc的帶通信號選擇裝置特性。中心頻率fc和Q值取決于微振子101的設計，且由微振子101的自諧振頻率和Q值決定。
在該情形，微振子101和其導電特性的關系已經通過例舉而被顯示。然而，當微振子101被激勵的振動狀態(tài)的時候，導電特性可以為低阻抗狀態(tài)，比如低電阻半導體狀態(tài)等。
對于其電子能帶結構可以依據結構變化而變化的材料，與實施例1中相同的材料可以被用作微振子101。
圖9(b)是顯示圖9(a)中的機電信號選擇裝置的改型的透視圖。在機電信號選擇裝置500中，雙支撐梁被用作微振子101。然而，在圖9(b)所示的機電信號裝置600中，例如使用了碟。以相同的方式，懸臂、方板等各種形狀可以被形成為微振子101。在圖9(b)中的機電信號選擇裝置600中，與圖9(a)所示的機電信號選擇裝置500中的那些相似的組成部分被相應地命名和指示，且將省略其描述。
在根據本發(fā)明的實施例2的機電信號選擇裝置中，一種在其結構變化和其導電特性之間具有負相關性的材料，即在靜止狀態(tài)顯示比如金屬、低電阻半導體等低阻抗、并在振動狀態(tài)顯示比如半導體、高電阻金屬等的高阻抗的材料可以被用作微振子101。于是，機電信號選擇裝置可以具有中心頻率為fc的帶阻信號選擇裝置特性，如圖4(b)所示。
可以在信號輸出端口OUT側提供用于放大輸出信號的功率放大器等。
當機械地組合多個微振子時，可以控制信號選擇特性的Q值或信號通過帶寬。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置可以并聯或串聯連接以形成多級信號選擇裝置配置。
實施例2顯示了微振子的振動方向相對于襯底是水平的情形。然而，振動方向可以被設置為包括豎直方向的各種方向。可以設置施加外磁場H的機構，或可以控制施加磁場H的方向來在期望的方向將激勵力施加到微振子。
每個微機電信號選擇裝置500、600可以以與根據本發(fā)明的實施例1的機電信號選擇裝置100、200的制造方法相似的制造方法來制造。
以這樣的方式，根據機電信號選擇裝置500、600，可以選擇性地僅輸出預定頻率的信號，而不提供任何難于在相關技術中實現的靈敏的振動感測機構。另外，因為不需要提供靈敏的振動感測裝置，可以提供一種機電信號選擇裝置，其可以以簡單的結構和低成本制造且具有高頻信號選擇功能。另外，不需要提供用于將外力施加到微振子的機構以由此在其中激勵振動。因此可以以更簡單的結構和更低的成本制造機電信號選擇裝置。
實施例3圖11(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例3的機電信號選擇裝置的配置的透視圖。在圖11(a)所示的機電信號選擇裝置700中，在表面中形成有絕緣層105的襯底上提供在柱103之間橋接且由PZT制成的微振子101和提供在間隙體104上的信號輸入電極109。信號輸入的信號輸入端口IN和信號輸出的信號輸出端口OUT連接到微振子101。形成有一種機制，其中當從信號輸入端口IN輸入高頻信號時，在信號輸入電極109和微振子101之間發(fā)生電勢差，從而以與高頻信號相同的頻率來將靜電力施加到微振子101。微振子101的振動方向由V指示。圖11(a)顯示了微振子101的振動方向相對于襯底是水平的情形。然而，包括豎直方向的各種方向可以被設定為振動方向。可以設置信號輸入電極109來在期望的方向將外力施加到微振子。
接下來，將描述該機電信號選擇裝置700中的微振子的信號選擇的機制。這里顯示了縱向剖面圖，其顯示了使用PZT作為微振子的機電信號選擇裝置的配置。來自信號輸入端口IN的信號輸入傳播到信號輸入電極109且依據高頻信號的頻率激勵微振子101。僅當具有等于微振子101的自諧振頻率的頻率的信號被輸入時，微振子101才以大振幅被激勵，從而產生微振子101的結構變形。微振子101的振動可以被使用直到其自諧振頻率的諧振模式。微振子101的振動方向依據激勵的振動模式而變化。
因為微振子101變得更小從而振動幅度變得更小，所以更加難于在以電方式感測振動幅度的變化的相關技術的機電信號選擇裝置的振動感測方法中提取信號。在根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置700中，因此，一個新的系統(tǒng)被引入如下。即，當微振子101以其自諧振頻率振動時，微振子101的物理性質由于微振子101的結構變化而改變，從而可以選擇信號。該實施例3顯示了其中導電特性的變化被用作物理性質的變化的情形。
對于根據本發(fā)明的實施例3的機電信號選擇裝置的微振子的結構變形，同樣發(fā)生了如圖2所示的現象。當微振子101不振動時，如圖2(a)所示，微振子101的結構處于直線靜止狀態(tài)，且晶體結構也處于晶格107以晶格常數(a，b)規(guī)則排列的未變形的狀態(tài)。另一方面，在微振子101以自自諧振頻率激勵的狀態(tài)中，如圖2(b)所示，微振子101的結構處于彎曲振動狀態(tài)，且晶體結構處于晶格不規(guī)則排列的變形狀態(tài)。在該情形，晶格常數具有局部改變的值(a’，b’)，從而所述值變得不規(guī)則，在一個位置為b’而在另一位置為b”。
在根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置700中，由微振子101的結構變化導致的壓電效應被用于信號選擇的機制。為此，壓電材料被用作微振子101。當具有不等于微振子101的自諧振頻率的頻率的信號被從信號輸入端口IN輸入時，微振子101處于微振子101不振動的靜止狀態(tài)。另一方面，當具有等于微振子101的自諧振頻率的頻率的信號被從信號輸入端口IN輸入時，微振子101成為微振子101被激勵的振動狀態(tài)。于是，由于微振子101的變形而產生壓電效應。在該情形，由于該壓電效應而產生AC電壓，該AC電壓具有等于微振子101的自諧振頻率的頻率，從而信號被輸出到信號輸出端口OUT。即，僅當具有等于微振子101的自諧振頻率的頻率的信號被從信號輸入端口IN輸入時，具有同一頻率的信號才可以選擇性地通過到信號輸出端口OUT。
根據本發(fā)明的實施例3的機電信號選擇裝置也可以具有中心頻率為fc的帶通信號選擇裝置特性，如圖4(a)中的信號選擇特性所示。同樣，中心頻率fc和Q值取決于微振子101的設計，且由微振子101的自諧振頻率和Q值決定。
不僅比如PZT的壓電材料，而且介電材料、比如碳納米管的碳基材料、比如SiO2和Si3N4的絕緣材料、比如La1-xSrxMnO3和PrNiO3的陶瓷、比如(DMe-DCNQI)2Cu的有機材料、具有注入的量子點等的復合材料、比如具有層疊的多種材料的超晶格材料的由于晶體變形而顯示壓電效應的材料可以被用作微振子101的壓電材料。
圖11(b)是顯示圖11(a)中的機電信號選擇裝置的改型的透視圖。在機電信號選擇裝置700中，雙支撐梁被用作微振子101。然而，在圖11(b)所示的機電信號裝置800中，例如使用了碟。以相同的方式，懸臂、方板等各種其他形狀可以被形成為微振子101。在圖11(b)中的機電信號選擇裝置800中，與圖11(a)所示的機電信號選擇裝置700中的那些相似的組成部分被相應地命名和指示，且將省略其描述。
可以在信號輸出端口OUT側提供用于放大輸出信號的功率放大器等。
當機械地組合多個微振子時，可以控制信號選擇特性的Q值或信號通過帶寬。
根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置可以并聯或串聯連接以形成多級信號選擇裝置配置。
每個微機電信號選擇裝置700、800可以以與根據本發(fā)明的實施例1的機電信號選擇裝置100、200的制造方法相似的制造方法來制造。
以這樣的方式，根據機電信號選擇裝置700、800，可以選擇性地僅輸出預定頻率的信號，而不提供任何難于在相關技術中實現的靈敏的振動感測機構。另外，因為不需要提供靈敏的振動感測裝置，可以提供一種機電信號選擇裝置，其可以以簡單的結構和低成本制造且具有高頻信號選擇功能。
實施例4圖12(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例4的機電信號選擇裝置的配置的透視圖。在圖12(a)所示的機電信號選擇裝置2000中，提供在形成于柱103上的電極201之間橋接的微振子101。信號輸入的信號輸入端口IN和信號輸出的信號輸出端口OUT連接到微振子101。形成有一種機制，其中當從信號輸入端口IN輸入高頻信號時，在微振子101和接地襯底106之間發(fā)生電勢差，從而以與高頻信號相同的頻率來將靜電力施加到微振子101。
微振子101不具有固定在柱103上的任何部分。因此，微振子101是懸空的且整體均可移動，從而可以給予微振子101的整體包括結構變形的物理性質的變化和由振動導致的導電特性的變化。
該結構可以僅通過對于實施例1所示的制造工藝增加沉積和構圖電極201的材料的步驟來制造。電極201的材料是包含金屬材料和摻雜硅的導電材料，所述金屬材料包括Al或Au。
圖12(b)是顯示根據本發(fā)明的實施例4的機電信號選擇裝置的改型的透視圖。在圖12(b)所示的機電信號選擇裝置2001中，提供在柱103之間橋接(bridged)的微振子101。每個柱103的結構具有薄柱形狀，其中減小了與微振子101鄰接的固定部分的面積。
因為微振子101柔性地(flexibly)固定到柱103上，微振子101整體均可移動，可以給予微振子101的整體包括結構變形的物理性質的變化和由振動導致的導電特性的變化。
該結構可以如下形成。即，通過各向同性濕法蝕刻或干法蝕刻來蝕刻由比如SiO2或Si3N4的絕緣材料形成的柱103，同時最優(yōu)化了蝕刻時間。
實施例5圖13是顯示根據本發(fā)明的實施例5的機電信號選擇裝置的配置的透視圖。在圖13所示的機電信號選擇裝置2002中，在柱103之間橋接的振動部分由電極201和微振子101構成。在空氣中浮置的可位移部分的一部分是微振子101，其由其中由于振動而導電特性發(fā)生變化的材料形成。
在該結構中，可以在整個微振子101上提供均勻或變化的變形。通過在振動部分的一部分中形成的微振子101的導電特性的變化來進行信號選擇。
該結構通過改變圖12(a)的制造工藝中的電極201和微振子101的掩模圖案來制造。
實施例6圖14(a)是顯示根據本發(fā)明的實施例6的機電信號選擇裝置的配置的主要部分放大的透視圖。在圖14(a)所示的微振子1011具有層疊的結構，其中依據結構變化而顯示物理性質變化的相變材料層202形成于線性導體層203的表面上。
在導體203中流動的高頻信號用于激勵微振子1011，且在相變材料層202中流動的高頻信號用于依據包括導電特性的物理性質的變化而選擇信號。
輸入到微振子1011的高頻信號具有所謂趨膚效應的特性。即，隨著信號的頻率越高，信號越接近表面流動。導體層203可以形成為其中其半徑的至少一半不大于高頻信號的趨膚深度的形狀，從而增加信號功率衰減因數。因此，當微振子1011振動時允許信號通過，從而包括相變材料層202的微振子1011作為整體處于低電阻狀態(tài)。在該情形，微振子101可以形成為其中至少其半徑不小于高頻信號的趨膚深度的形狀，從而減小信號功率衰減因數。
圖14(b)是顯示根據本發(fā)明的實施例6的機電信號選擇裝置的改型的配置的的透視圖。在圖14(b)所示的微振子1012具有層疊的結構，其中表現出由結構變化導致的物理性質變化的相變材料層202形成于襯底側上導體層203下。
在導體層203中流動的高頻信號用于激勵微振子1011，且在相變材料層202中流動的高頻信號用于依據包括導電特性的物理性質的變化而選擇信號。
當相變材料層202形成于高頻信號的電場E所集中的襯底接地側上時，可以提高利用相變材料層202的導電特性變化的信號選擇的效果。
相變材料層202可以相對于導體層203期望地形成于高頻信號的電場E所集中的該側上。
輸入到微振子1012的高頻信號具有所謂趨膚效應的特性。即，隨著信號的頻率越高，信號越接近表面流動。導體層203可以形成為其中其半徑的至少一半不大于高頻信號的表面深度的形狀，從而增加信號功率衰減因數。因此，當微振子1012振動時允許信號通過，從而包括相變材料層202的微振子1012作為整體處于低電阻狀態(tài)。在該情形，微振子101可以形成為其中至少其半徑不小于高頻信號的趨膚深度的形狀，從而減小信號功率衰減因數。
微振子1011的層疊結構可以形成為具有至少兩層的多層層疊結構。
根據該實施例6的機電信號選擇裝置和微振子的結構可以應用于根據實施例1、2和3的機電信號選擇裝置100、200、300、400、500、600、700和800。
實施例7圖15是顯示根據本發(fā)明的實施例7的信號選擇特性的曲線圖。圖15(a)顯示微振子101的材料表現出相對于變形的導電特性的線性或非線性變化的情形。假設當不振動的微振子101處于高電阻狀態(tài)時，隔離度不低于-30dB，且機械諧振的微振子的電阻不高于1Ω。在該情形，可以獲得-0.1dB或更小的插入損耗。當壓阻效應材料等被用作微振子101的材料時表現出了這樣的特性。
圖15(b)顯示微振子101的材料表現出相對于變形的導電特性的開/關型變化的情形。假設當不振動的微振子101是絕緣體時，隔離度高，且機械諧振的微振子被帶到低電阻金屬狀態(tài)。在該情形，可以獲得約0dB的插入損耗。當包含鈣鈦礦型過渡金屬氧化物的金屬絕緣體轉變材料等被用作微振子101的材料時顯示了這樣的特性。
工業(yè)實用性在根據本發(fā)明的機電信號選擇裝置中，通過由當微振子以其自諧振頻率振動時產生的微振子的結構變化導致的物理性質的變化，可以實現信號選擇。本發(fā)明被用作具有高頻信號選擇功能的機電信號選擇裝置，其可以以簡單的結構和低成本來制造，本發(fā)明也可以用于使用該機電信號選擇裝置的電設備。
權利要求
1.一種機電信號選擇裝置，包括微振子，其可以由輸入信號激勵；和柱，用于保持所述微振子；其中所述微振子能夠由于激勵產生物理性質的變化，從而改變選定的信號。
2.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中所述微振子包括其物理性質依據結構改變而改變的材料。
3.根據權利要求1或2所述的機電信號選擇裝置，其中所述物理性質是導電特性。
4.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中所述微振子由放置在所述柱上的電極來保持。
5.根據權利要求4所述的機電信號選擇裝置，其中所述電極和微振子之間的接合的表面設置為離所述柱一距離。
6.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中所述柱包括其剛度低于所述微振子的剛度的結構。
7.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中所述微振子包括至少兩層的多層結構，所述至少兩層包括產生物理性質改變的材料層和導體層。
8.根據權利要求7所述的機電信號選擇裝置，其中所述導體形成為線性的，且其中產生物理性質變化的所述材料層圍繞所述線性的導體層形成。
9.根據權利要求7所述的機電信號選擇裝置，其中產生物理性質變化的所述材料層形成于信號的電場集中的一側。
10.根據權利要求9所述的機電信號選擇裝置，其中產生物理性質變化的所述材料層形成于所述導體層的襯底側下方。
11.根據權利要求7所述的機電信號選擇裝置，其中所述導體的半徑的一半不大于高頻信號的趨膚深度。
12.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中所述微振子包括鈣鈦礦型過渡金屬氧化物。
13.根據權利要求12所述的機電信號選擇裝置，其中所述鈣鈦礦型過渡金屬氧化物是表現出金屬-絕緣體轉變的PrNiO3。
14.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中所述微振子包括壓阻效應材料。
15.根據權利要求14所述的機電信號選擇裝置，其中所述微振子包括Si、La1-xSrxMnO3和BaTiO3的至少一種。
16.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中所述微振子包括超導體。
17.根據權利要求16所述的機電信號選擇裝置，其中所述超導體是Al、Pb、La2-xSrxCuO4和(BEDTTTF)2I3的一種。
18.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中所述微振子包括碳基材料。
19.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中所述輸入信號通過設置于所述微振子中的電極提供。
20.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中所述輸入信號通過鄰近所述微振子設置的驅動電極提供。
21.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中施加到所述驅動電極的外力是靜電力。
22.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中提供用于將外磁場施加到所述微振子的機構，從而依據洛倫茲力來激勵所述微振子。
23.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中在鄰近所述微振子設置的驅動電極或信號輸入電極中設置用于施加外磁場的機構，從而在期望的方向上激勵所述微振子的振蕩。
24.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中所述物理性質的變化由壓電效應導致。
25.根據權利要求24所述的機電信號選擇裝置，其中設計所述微振子以當所述微振子被激勵而產生結構變化時利用壓電效應產生信號。
26.根據權利要求1所述的機電信號選擇裝置，其中所述微振子包括陶瓷。
27.根據權利要求26所述的機電信號選擇裝置，其中所述微振子包括PZT。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機電信號選擇裝置和使用該機電信號選擇裝置的電設備，其可以被微型化和高度集成，且可以選擇性地僅輸出預定頻率的信號而不提供任何靈敏振蕩感測機構。提供了用作諧振器的微振子。微振子可以被外力激勵來激勵微振子的振蕩。其物理性質依據結構變化而改變的材料被用作微振子。于是，獲得了靈敏的機電信號選擇裝置。
文檔編號B81B3/00GK1930777SQ20058000819
公開日2007年3月14日 申請日期2005年6月13日 優(yōu)先權日2004年6月14日
發(fā)明者內藤康幸 申請人:松下電器產業(yè)株式會社