可变电容元件、可变电容设备和驱动可变电容元件的方法技术

本发明专利技术涉及可变电容元件、可变电容设备和驱动可变电容元件的方法。可变电容元件包括第一固定电极和第二固定电极，其相互绝缘；可动电极，其设置成面对所述第一固定电极和所述第二固定电极；电介质层，其设置在所述可动电极与所述第一固定电极以及所述第二固定电极之间；第一接线部分，其用于根据所述可动电极的电位将第一驱动电压施加到所述第一固定电极；和第二接线部分，其用于根据所述可动电极的电位将第二驱动电压施加到所述第二固定电极，所述第二驱动电压具有与所述第一驱动电压的极性不同的极性。

【技术实现步骤摘要】

在此所讨论的实施例涉及可变电容元件，更具体的涉及通过使用微机电系统(MEMS)技术制造的可变电容元件。
技术介绍
可变电容元件是例如变频振荡器、调谐放大器、移相器、和阻抗匹配电路之类的电路中所用的组件。近年来，便携设备中安装了越来越多的可变电容元件。与目前主要用作可变电容元件的变容二极管相比，使用MEMS技术所制造的可变电容元件可以实现高Q值而能量损失小。因此，期望发展使用MEMS技术所制造的可变电容元件，并使其投入实际应用。在下文中，使用MEMS技术所制造的可变电容元件被简单称作“可变电容元件”。通常，可变电容元件构造成使得通过调整两个相对的电极之间的距离来改变电容。图IA和IB是示出了通常的可变电容元件10的结构的示例的横截面视图。参考图IA的可变电容元件10，在基底11上设置了固定电极12、可动电极13、用于覆盖固定电极12的电介质层14、用于支撑可动电极13的一对支撑层15a和15b等。在可动电极13和电介质层14之间设置空隙。可以将驱动电压V施加到固定电极12。可动电极13通过支撑层15a和15b接地。在固定电极12和可动电极13之间没有施加电位差的情况下，可动电极13与固定电极12分开(参见图1A)。在此情况下，如果将驱动电压V施加到固定电极12，以在固定电极12和可动电极13之间施加电位差，则在两者之间所产生的静电引力吸引可动电极13更靠近固定电极12，使得两者之间的距离缩短。如果电位差等于或大于预定值，则可动电极13通过电介质层14与固定电极12接触(参见图1B)。图2是示出了可变电容元件10中驱动电压V和电容C之间的关系(即，C-V特性)的示例的视图。参考图2，当施加正驱动电压V并且正驱动电压V的值增大时，电容C开始表现出与最小电容CS相比几乎没有变化，但是当驱动电压V的值等于或接近VIl时电容C快速增力口，然后电容C表现出与最大电容CL相比几乎没有变化。之后，当驱动电压V的值从当前状态减小时，电容C在一段时间内表现出与最大电容CL相比几乎没有变化，但是当驱动电压V的值等于或接近VOl时电容C快速降低，然后，电容C表现出与最小电容CS相比几乎没有变化。同样的，当施加负驱动电压V并且负驱动电压V的值减小时，电容C在一段时间内表现出与最小电容CS相比几乎没有变化，但是当驱动电压V的值等于或接近VI2时电容C迅速增加，然后，电容C表现出与最大电容CL相比几乎没有变化。之后，当驱动电压V的值从当前状态增大时，电容C在一段时间内表现出与最大电容CL相比几乎没有变化，但是当驱动电压的值接近或等于V02时电容C迅速降低，然后，电容C表现出与最小电容CS相比几乎没有变化。只要电容C表现出与最大电容CL或最小电容CS相比几乎没有变化，则电容C被认为是在最小电容CS或最大电容CL的值保持恒定。在可动电极13距固定电极12最远的情况(S卩，图IA的情况)下，电容C变成最小值(最小电容CS)。在可动电极13通过电介质层14与固定电极12接触的情况(S卩，图IB的情况)下，电容C变成最大值(最大电容CL)。同时，在电容C增大的情况和电容C降低的情况之间，电容C相对于驱动电压V的变化路径不同。简单来说，电压VIl不等于电压V01。相同的情况同样可应用于电压VI2和电压V02。电容C对驱动电压V的变化显示出所谓的滞后是众所周知的。在使用数字可变电容元件10的情况下，控制驱动电压V，使得可变电容元件10的 电容C取最小电容CS或最大电容CL。参考图2，例如，如果电容C设置为最小电容CS，则驱动电压V设置为电压VOFF ( = O)。如果电容C设置为最大电容CL，则驱动电压V设置为电压VONl或电压V0N2。在改变电容C的情况下，连续应用具有相同极性的驱动电压V引起正电荷或负电荷聚积在电介质层14中。电荷以此方式聚积是众所周知的。图3A和3B是示出了当电荷聚积在可变电容元件10中时驱动电压V和电容C之间的关系(即，C-V特性)的示例的视图。当电荷在电介质层14中聚积时，由于电荷而产生的静电力影响可动电极13的运动。因此，可变电容元件10的C-V特性显示出与在电介质层14中没有聚积电荷的情况下不同的特性。例如，图3A示出了正电荷聚积在电介质层14中状态。在此情况下，与没有电荷聚积的情况相比，C-V特性向正驱动电压V偏移。在上述情况下，即使施加能将电容C内在指定为最小电容CS或最大电容CL的驱动电压V，在某些情况下电容C的值也不会改变成最小电容CS或最大电容CL。在列举的图3A和3B的示例中，即使将驱动电压V设置成电压VOFF ( = O)，电容C的值有时也不会改变成预期的最小电容CS。因此，不可能以稳定的方式操作可变电容元件10，这是一个问题。为了防止电压特性由于绝缘膜中的电荷而变化，提出了改进绝缘膜的形状以控制其中的电荷量的设备(日本早期公开专利申请No. 2003-136496)。但是，很难使用半导体制造方法来形成具有日本早期公开专利申请No. 2003-136496中所公开的形状的绝缘膜。为了处理这个问题，提出了被称作双极驱动的驱动方法，其中以预定的时间间隔将待施加的驱动电压V的极性从一个极性转换成另一极性，以抑制C-V特性的偏移。还提出了镜像控制设备，其中待施加到电极的驱动电压是交流电压，以抑制镜像偏移的发生(日本早期公开专利申请No. 2008-052270)。图4是示出了在以双极性方式驱动可变电容元件10的情况下驱动电压V和电容C的时间序列变化的示例的视图。参考图4，在双极性驱动中，当施加驱动电压V以保持电容C处于最大电容CL时，以在相对短的时间间隔交替施加正电压VONl和负电压V0N2的方式施加驱动电压V。在长时间施加具有一个极性的驱动电压V的情况下，或者，在施加具有一个极性的驱动电压V的时间段和施加具有另一极性的驱动电压V的时间段之间存在很大差异的情况下，电荷更有可能聚积在绝缘层14中。因此，双极性驱动对于抑制C-V特性的偏移是有效的。但是，如图4所示，在双极性驱动的情况下，在将驱动电压V的极性从一个极性转换成另一极性时，电容C变得小于最大电容CL。简单来说，由于电容C的容量变化，双极性驱动存在缺点。为此，只在电容变化不影响设备工作时将驱动电压V的极性从一个极性转换成另一极性。这限制了以双极性方式驱动可变电容元件10的情况。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上面所指出的问题，因此，本专利技术的实施例的目的是提供可变电容元件，其中抑制了 C-V特性的偏移，而不需要将驱动电压从一个极性改变成另一极性，或者不需要对将驱动电压从一个极性改变成另一极性的时间(即，极性改变的时间间隔)加以限制。根据本专利技术的一个方面(实施例)，可变电容元件包括第一固定电极和第二固定电极，其相互绝缘；可动电极，其设置成面对所述第一固定电极和所述第二固定电极；电介质层，其设置在所述可动电极与所述第一固定电极以及所述第二固定电极之间；第一接线部分，其用于根据所述可动电极的电位将第一驱动电压施加到所述第一固定电极；和第二接线部分，其用于根据所述可动电极的电位将第二驱动电压施加到所述第二固定电极，所述第二驱动电压具有与所述第一驱动电压的极性不同的极性。附图说明图IA和IB是示出了通常的可变电容元件的结构的示例的横截面视图；图2是示出了驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：岛内岳明，今井雅彦，胜木隆史，上田知史，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：