机电元件(electromechanical device)具有无线、光、加速度传感器、 生物等多个应用领域，特别是作为无线终端用，能够适用于开关、滤波器 等元件。随着无线终端等信息通信设备普及的推进，希望用一个无线终端 实现对应于各种通信方式的小型终端。在这种多方式对应终端中，由于内 置在终端壳体内的开关等无源部件数会增加，因此希望无源部件的小型 化。
在其中，有望实现通过微小机电元件(MEMS：Micro Electro Mechanical Systems)技术制造的高频微小电气设备(RF-MEMS)开关。 RF-MEMS开关是移动微小可动电极、机械切换信号的传输路径的开关。 其优点在于插入损耗极低、隔离度(isolation)高、线性等高频信号特性 突出。另外，由于能够使用与半导体具有良好的亲和性能的过程制造，因 此期待能够使开关内置在高频集成电路(RF-IC)中，对无线部的小型化 产生极大贡献。
以往的RF-MEMS开关构成为将隔膜状(membrane)或棒状的可动体 双悬臂梁或单悬臂梁的结构，是通过这些接触或隔开电极来切换信号传输 路径的机械开关。作为可动体的驱动力源，很多都使用静电力，另外也发 表过使用电磁力。
说明相对于信号传输路径串联插入的串联(series)型RF-MEMS开关。 在传达高频信号的信号线路的延长线上形成成为可动电极的长度为数百 μm左右的微型隔膜。可动电极的头部在OFF状态时成为断开(OPEN) 状态。在该可动电极的正下方设置驱动电极并施加直流电压时，在驱动电 极侧基于静电力吸引可动电极，通过弯曲接触输出信号的信号电极。可动 电极与信号电极之间的信号线路间呈短路状态，高频信号通过可动电极流 向信号电极，呈ON状态。在驱动电极上不施加直流电位时无法使可动电 极与信号电极接触，高频信号被截止，呈OFF状态。
专利文献1：美国专利申请公开第2004/031670A1号公报
但是，向机电元件输入高电力的信号时，在可动电极与驱动电极之间 产生基于信号的电位差，存在可动电极由静电力无意地被自动驱动的现象 (自我启动)。由于自我启动，会产生基于误操作或强驱动力的结构破坏、 接触了的电极间很难断开的问题，成为降低机电元件的可靠性的原因。
作为本课题的解决方法，公知有专利文献1。是一种通过使与机电元 件并列具备的固体元件呈ON状态，使得电力流向接地端，从而不会使高 电力输入到机电元件的结构。在本结构中，必需固体元件，因此存在由元 件数的增多而导致的大型化、高成本化。

本发明是为了解决所述以往的课题而做出，目的是致力于在机电元件 中输入高电力时的高可靠性化、小型化和低成本化。
因此，在本发明中，是一种形成在基板上的机电元件，其特征在于， 具备第1电极、隔着间隙形成的第2电极与第3电极，通过在所述第1电 极与所述第3电极之间施加引力，能使所述第1电极与所述第2电极接触， 在高频信号输入端口侧具备通过使所述第1电极与所述第3电极经由绝缘 层对置而形成的静电电容。
根据本结构，通过形成在机电元件的信号输入侧的静电电容，成为向 可动电极与驱动电极传播高频信号的结构。能够避免因高电力而在可动电 极与驱动电极间产生高电位差，且能够避免自我启动。实现能适用于高电 力的可靠性高的机电元件。另外，能够使驱动电极的电容变大，并增大静 电力。实现低电压驱动、高速应答的机电元件。
另外，本发明的机电元件包括所述绝缘层为绝缘膜的结构。
根据本结构，能够在制造上很容易实现结构稳定的机电元件。
另外，本发明的机电元件包括所述绝缘层为间隙的结构。
根据本结构，能够减少制造工序且实现低成本化。
另外，本发明的机电元件是一种高频信号向所述第1电极与所述第3 电极分流传播的机电元件。
根据本结构，能够避免因高电力而在可动电极与驱动电极间产生高电 位差，且能够避免自我启动。
另外，本发明的机电元件具有：包括相互一体化的第1部分、第2部 分及第3部分的第1电极；包括与所述第1部分对置的第1对置部分的第 2电极；和包括通过间隙、绝缘层与所述第2部分对置的第2对置部分以 及与所述第3部分对置的第3对置部分的第3电极，所述第3电极包括接 受以所述第1电极的直流电位为基准的第1驱动电压的输入端，所述第1 驱动电压为第1电压时，设定间隙为第1规定距离，另一方面，所述第1 驱动电压为第2电压时，设定间隙为第2规定距离，所述第1驱动电压为 所述第1电压时，所述第1部分与所述第1对置部分分离，并且实质与所 述第1对置部分电截止，另一方面，所述第1驱动电压为所述第2电压时， 所述第1部分接触到所述第1对置部分，并且实质与所述第1对置部分电 导通，输入到所述第1电极的高频信号大致从所述第2电极输出，所述第 3部分与所述第3对置部分构成规定大小的第1电容。
另外，本发明的电气设备具有上述机电元件。
对于本发明的机电元件及使用该机电元件的电气设备而言，通过第1 电容，能够降低在第1电极与第3电极间产生的基于电力的电位差。因此， 即使高电力的高频信号输入到机电元件上，第1电极与第3电极间也不会 产生基于高频信号的电位差，能够避免由于静电力使得第1电极自动驱动 的现象(自我启动)。这样，相对于任何高频信号，都能够确实切换ON 状态与OFF状态，能够提供实现高可靠性的机电元件及使用该机电元件的 电气设备。
附图说明
图1A是表示本发明的第1实施方式的机电元件的结构的平面图。
图1B是图1A的部分扩大示意图。
图2A是表示图1A的A1-A2剖面的剖面图。
图2B是表示图1A的B1-B2剖面的剖面图。
图3A是表示本发明的第1实施方式的机电元件的OFF状态的结构的 等价电路图。
图3B是表示本发明的第1实施方式的机电元件的ON状态的结构的 等价电路图。
图4A是表示本发明的第1实施方式的机电元件的OFF状态的结构的 等价电路图。
图4B是表示图4A的S参数的频率特性的曲线图。
图5A是表示本发明的第1实施方式的机电元件的ON状态的结构的 等价电路图。
图5B是表示图5A的S参数的频率特性的曲线图。
图中：100-机电元件；101-可动电极；101A-可动电极固定部；101B -可动电极弯曲部；101C-可动电极可动部；101C1、101D1-可动电极 驱动部；101C2、101D2-可动电极开闭部；102、107、109-绝缘层；103 -驱动电极；103A-驱动电极固定部；103B-驱动电极驱动部；104-接 点部；105-信号电极；105A-信号电极开闭部；110-基板；111A、111B -固定叉指电极；112A、112B-支撑部；120-部分区域；121、122、123 -电极间隙(gap)；130、131-驱动电压供给部；RFIN-输入端子；RFOUT -输出端子；VdIN、VuINA、VuINB-驱动端子。

以下，参照附图说明有关本发明的实施方式的几个示例。另外，在附 图中，对于实质上表示相同的结构、操作、效果的要素，附加相同标记。 另外，以下的叙述中的数字全部是为了具体说明本发明的例示，本发明不 仅限于例示的数字。
(第1实施方式)
图1A是表示第1实施方式的机电元件100的结构的平面图，图1B 是扩大图1A的部分区域120的示意图，图2A是表示图1A的A1-A2剖 面的剖面图，图2B是表示图1A的B1-B2剖面的剖面图。
从图1A至图2B中，机电元件100包括：基板110，绝缘层107，绝 缘层109，信号电极105，接点部104，可动电极101，驱动电极103，绝 缘层102，固定叉指电极111A、111B，支撑部112A、112B。基板110是 代表性的由半导体构成的半导体基板。绝缘层109形成在基板110上，构 成层间绝缘层。
可动电极101以可动电极弯曲部101B为中心弯曲而成，在其中一侧 包括可动电极固定部101A，在另一侧包括可动电极可动部101C。即，可 动电极固定部101A与可动电极可动部101C以可动电极弯曲部101B为中 心而弯曲。可动电极固定部101A通过绝缘层107、驱动电极103、绝缘层 109固定在基板110上，可动电极可动部101C架设在半空中。即，可动 电极101能够变形，具有使可动电极可动部101C成为自由体的单悬臂梁 结构。可动电极可动部101C包括可动电极驱动部101C1和可动电极开闭 部101C2。即，可动电极101包括相互一体化的可动电极固定部101A、 可动电极弯曲部101B、可动电极驱动部101C1、可动电极开闭部101C2。 可动电极弯曲部101B位于可动电极固定部101A与可动电极驱动部101C1 之间，可动电极驱动部101C1位于可动电极弯曲部101B与可动电极开闭 部101C2之间。
在通过电极间隙122和接点部104与可动电极开闭部101C2对置的位 置上，信号电极105包括信号电极开闭部105A。接点部104形成在信号 电极开闭部105A上，信号电极105形成在绝缘层109上。设置接点部104 是为了降低可动电极101与信号电极105之间的接触电阻。信号电极105 和接点部104构成综合信号电极。信号电极开闭部10SA和接点部104构 成综合信号电极开闭部。综合信号电极开闭部也称作开闭部对置部分。
在通过绝缘层107与可动电极固定部101A对置的位置上，驱动电极 103包括驱动电极固定部103A，在通过电极间隙123和绝缘层102与可动 电极驱动部101C1对置的位置上，驱动电极103包括驱动电极驱动部 103B。驱动电极固定部103A也称作固定部对置部分，驱动电极驱动部 103B也称作驱动部对置部分。绝缘层102形成在驱动电极驱动部103B上， 驱动电极103形成作绝缘层109上。而且，绝缘层107形成在驱动电极固 定部103A上，可动电极固定部101A形成在绝缘层107上。绝缘层107 能由绝缘膜或空隙间隙构成。绝缘膜，特别是固体绝缘膜时，在制造上能 够很容易实现结构稳定的机电元件100。空隙间隙时，需要一部分使用绝 缘膜或其它材料在基板110上固定可动电极固定部101A，整体而言能够 实现减少制造工序且低成本化。这样，可动电极固定部101A与驱动电极 固定部103A通过绝缘层107在邻近的位置上相互平面对置。
固定叉指电极111a、111B配置在与可动电极驱动部101C1大致同一 个平面上且包围可动电极驱动部101C1的周围的位置上，分别形成在支撑 部112A、112B上。各支撑部112A、112B由绝缘体构成，形成在绝缘层 109或驱动电极驱动部103B上。如图1B所示，各固定叉指电极111A、 111B和可动电极驱动部101C1的侧面形成凹凸状，各固定叉指电极111A、 111B与可动电极驱动部101C1通过电极间隙121对置为一方的凹部啮合 到另一方的凸部。
下面，说明机电元件100的开关的电结构和操作。
图3A是表示第1实施方式的机电元件100的OFF状态的等价电路图， 图3B是表示ON状态的等价电路图。
在图1A和图2A中，输入端子RFIN表示对机电元件100输入高频信 号的端子，连接到可动电极固定部101A上。输出端子RFOUT表示从机 电元件100输出高频信号的端子，连接到信号电极105上。
驱动端子VdIN表示对驱动电极103施加以可动电极101的直流电位 为基准的驱动电压Vd的端子，连接到驱动电极驱动部103B上。驱动端 子VuINA和VuINB表示分别对固定叉指电极111A和111B施加以可动电 极101的直流电位为基准的驱动电压Vu的端子，分别连接到固定叉指电 极111A和111B上。输入端子RFIN连接到可动电极固定部101A上。驱 动端子VdIN除了连接到驱动电极驱动部103B之外，只要是驱动电极103， 可以连接到该电极的任一部位上。可动电极101和信号电极105的直流电 位，在代表性的示例中大致保持在接地电位上。此时，驱动电压Vd和Vu 表示以接地电位为基准的电位。
驱动电压供给部130通过驱动端子VdIN向驱动电极103提供驱动电 压Vd。驱动电压供给部131通过驱动端子VuINA和VuINB向固定叉指 电极111A和111B分别提供驱动电压Vu。驱动电压供给部130和131能 在期望的期间分别继续提供驱动电压Vd和Vu，能在其它期望的期间停止。 继续提供和停止驱动电压的时间，在代表性的示例中，分别在驱动电压供 给部130和131相互同步执行。
首先，说明机电元件100呈OFF状态的情况。此时，在可动电极101 与驱动电极103之间不施加驱动电压Vd。可动电极101在不变的初始位 置上，呈不与信号电极105接触的状态。在可动电极101与信号电极105 之间不形成信号导通线路。在可动电极101与信号电极105之间通过电极 间隙形成的静电电容Cc变为较小值，传播高频信号时，呈交流阻抗高的 状态。因此，大大衰减高频信号的电力，呈不能从可动电极101向信号电 极105传播高频信号的状态。
这样，驱动电极驱动部103B与可动电极驱动部101C1相互只相隔电 极间隙123的距离与绝缘层102的厚度之和。因此，可动电极开闭部101C2 与综合信号电极开闭部相互只相隔电极间隙122的距离，实质上电截止可 动电极101与信号电极105。
在可动电极固定部101A与驱动电极固定部103A之间，通过绝缘层 107形成固定部电容Cf。由于可动电极固定部101A与驱动电极固定部 103A在邻近的位置上通过绝缘层107使相互的平面对置，因此固定部电 容Cf的电容值大，阻抗足够低。在可动电极驱动部101C1与驱动电极驱 动部103B之间形成驱动电容Cd。机电元件100呈OFF状态时，由于电 极间隙123和绝缘层102介于可动电极驱动部101C1与驱动电极驱动部 103B之间，因此电极间呈分离的状态，呈驱动部电容Cd小且阻抗高的状 态。在可动电极开闭部101C2与综合信号电极开闭部之间成成开闭部电容 Cc。机电元件100呈OFF状态时，由于电极间隙122介于可动电极开闭 部101C2与综合信号电极开闭部之间，因此电极间呈分离的状态，呈开闭 部电容Cc小且阻抗高的状态。在可动电极固定部101A与可动电极驱动部 101C1之间形成可动电极电阻Rm。
在代表性的示例中，电极间隙123的距离与电极间隙122的距离大致 相等。因此，与可动电极开闭部101C2和综合信号电极开闭部之间的距离 相比，可动电极驱动部101C1与驱动电极驱动部103B之间的距离只变长 若干绝缘层102的厚度。另一方面，为了增加开关的驱动力，在代表性的 示例中，与可动电极驱动部101C1和驱动电极驱动部103B对置的部分面 积相比，设定相当宽的可动电极开闭部101C2与综合信号电极开闭部对置 的部分的面积。因此，驱动部电容Cd也变得比开闭部电容Cc大。
而且，由于可动电极固定部101A不通过开关工作，因此固定部电容 Cf不需要表示可动电极101通过开关工作的间隙的电极间隙123和122。 因此，与可动电极驱动部101C1和驱动电极驱动部103B之间的距离和可 动电极开闭部101C2与综合信号电极开闭部之间的距离相比，可动电极 101A与驱动电极固定部103A之间的距离变得相当短。另外，与可动电极 开闭部101C2和综合信号电极开闭部对置的部分的面积相比，可动电极固 定部101A与驱动电极固定部103A对置的部分的面积相当大，且与可动 电极驱动部101C1和驱动电极驱动部103B对置的部分的面积相比，可动 电极固定部101A与驱动电极固定部103A对置的部分的面积大致为相同 以上。所以，与驱动部电容Cd和开闭部电容Cc相比，固定部电容Cf变 得相当大。
输入到输入端子RFIN的输入高频信号S10，在可动电极固定部101A 中，分流为主流高频信号S11和支流高频信号S12。从可动电极固定部101A 经过可动电极电阻Rm向可动电极驱动部101C1传播主流高频信号S11。 从可动电极固定部101A经过固定部电容Cf、驱动电极固定部103A向驱 动电极驱动部103B传播支流高频信号S12。呈固定部电容Cf的阻抗足够 低、驱动部电容Cd的阻抗高的状态。向可动电极驱动部101C1衰减后传 播向驱动电极103分流的支流高频信号S12。
此时，与可动电极101中的主流高频信号S11相比，驱动电极103中 的支流高频信号S12在频率和相位上大致相等，在振幅上略小。因此，由 主流高频信号S11在可动电极101上产生的电位变化与由支流高频信号 S12在驱动电极103上产生的电位变化连动，其结果，能够充分降低基于 两电极间产生的电力的电位差。固定部电容Cf中的电力衰减量越小，就 会越减少电位差。因此，即使向机电元件100输入高电力的高频信号，在 可动电极101与驱动电极103之间也不会产生基于高频信号的电位差，能 够避免由于静电力使得可动电极101自动驱动的现象(自我启动)。另外， 由于即使某种程度变大驱动部电容Cd也能避免自我启动，因此能够增大 相当于驱动电压的静电力。这样，能够实现低电压驱动/高速应答的机电元 件100。
下面，说明机电元件100呈ON状态的情况。此时，驱动电压供给部 103在可动电极101与驱动电极103之间施加驱动电压Vd。基于静电力 Fs吸引可动电极101与驱动电极103，使可动电极101与驱动电极103、 信号电极105接触。即，可动电极驱动部101C1如可动电极驱动部101D1 一样接触到绝缘层102上，可动电极驱动部101D1与驱动电极驱动部103B 之间的距离与绝缘层102的厚度大致一致。其结果，可动电极开闭部101C2 如可动电极开闭部101D2一样接触到接点部104上(参照图2A、图2B)。 换个角度来看，可动电极驱动部101C1具有可弯曲性，在施加驱动电压 Vd时，通过弯曲可动电极驱动部101C1，可动电极开闭部101C2从初始 位置位移接触到接点部104上。
可动电极101与信号电极105之间为基于金属接触的电阻结合型时， 形成在可动电极开闭部101D2与接点部104之间的开闭部电阻Rc变为比 接点部104的效果低的值。这样，形成高频信号的导通线路，从可动电极 101向信号电极105传播高频信号。因此，输入到可动电极101的高频信 号通过信号电极105大致传播到输出端子RFOUT上。
机电元件100呈ON状态时，固定部电容Cf和可动电极电阻Rm的 各值大致等于OFF状态时的值。由于驱动部电容Cd通过绝缘层102形成 在可动电极驱动部101D1与驱动电极驱动部103B之间，因此电极间距离 变得比OFF状态时的距离短。其结果变为驱动部电容Cd的电容值变大、 阻抗变低的状态。由于可动电极开闭部101D2接触在接点部104上，因此 置换开闭部电容Cc为低值的开闭部电阻Rc。
输入到输入端子RFIN的高频信号S10在可动电极固定部101A中， 分流为主流高频信号S11和支流高频信号S12。从可动电极固定部101A 经过可动电极电阻Rm向可动电极驱动部101D1传播主流高频信号S11。 从可动电极固定部101A经过固定部电容Cf、驱动电极固定部103A向驱 动电极驱动部103B传播支流高频信号S12。由于驱动部电容Cd的阻抗呈 低的状态，因此，向驱动电极103分流的支流高频信号S12没有被衰减很 多，且传播到可动电极驱动部101D1。在可动电极驱动部101D1中，合并 主流高频信号S11和支流高频信号S12，通过开闭部电阻Rc传播到输入 端子RFOUT。
从ON状态切换到OFF状态时，使可动电极101与驱动电极103的直 流电位为同电位，排除静电力Fs。其结果，由可动电极驱动部101C1的 可弯曲性具有的弹簧力，可动电极开闭部101C2回复到原来的初始位置。
如图2B所示，除弹簧力之外，在可动电极101与固定叉指电极111A、 111B之间通过驱动电压供给部131施加驱动电压Vu，也可以为在斜上方 分别施加静电力FsA、FsB的结构。根据该结构，产生向可动电极101上 方的电极间的分离力。如图1B所示，可动电极101与固定叉指电极111 之间构成为叉指型电极，通过扩大重叠面积增加静电电容，成为产生更大 的静电力的结构。如上所述，由弹簧力与静电力能够确实地从ON状态切 换到OFF状态，能得到低电压驱动/高速应答，能得到避免可动电极101 与驱动电极103之间的吸付现象(静摩擦)的效果。如上所述进行信号的 传播线路的开闭。
图4A和图4B是表示实施方式1的机电元件100的OFF状态的图， 其中图4A是机电元件100的等价电路，图4B是表示机电元件100的S 参数的频率特性的曲线图。
作为OFF状态的等价电路上的各元件常数的一个例子，设Cc＝4fF(毫 微微法拉)，Cd＝0.1pF，Cf＝10pF，可动电极电阻Rm＝5Ω。频率为 f＝400MHz～2GHz，插入损耗S参数S21的绝对值表示40dB以上的高隔离 度，能够实现很大衰减输入的高频信号的电力的OFF状态。
图5A和图5B是表示实施方式1的机电元件100的ON状态的图，其 中图5A是机电元件100的等价电路，图5B是表示机电元件100的S参 数的频率特性的曲线图。
作为ON状态的等价电路上的各元件常数的一个例子，设Rc＝1Ω， Cd＝3pF，Cf＝10μF，可动电极电阻Rm＝5Ω。频率为f＝400MHz～2GHz， 插入损耗S参数S21的绝对值表示0.5dB的低插入损耗，能够实现以低损 耗传播输入的高频信号的电力的ON状态。若设定可动电极电阻Rm为更 低的值时，能更多地降低插入损耗。
另外，本实施方式也能适用于相对传输线路并联在电气设备开关的等 价电路上高频信号结合的可动电极101与信号电极105的接触部，并向接 地端连接该前端的结构的开关(分流型开关)。在分流型开关中，可动电 极101的位置与连续型开关的ON、OFF状态时的位置相反。在OFF时， 呈可动电极101与信号电极105接触的状态。高频信号传播到接地端，不 会传播到输出端口。在ON时，呈可动电极101与信号电极不接触的状态， 高频信号从输入端口向输出端口在信号电极5上传播。
另外，本实施方式至少在可动电极101或信号电极105的表面上形成 绝缘膜，能适用于通过介于绝缘膜的静电电容结合交流信号的传播线路的 电容结合型开关。
另外，本实施方式能够使可动电极构成为双悬臂梁型。
(总结)
以上，根据本发明的机电元件以及使用该机电元件的电气设备，通过 固定部电容Cf，能够降低基于在可动电极101与驱动电极103之间产生的 电力的电位差。因此，即使在将高电力的高频信号输入到机电元件100的 情况下，在可动电极101与驱动电极103之间也不会产生基于高频信号的 电位差，能够避免由于静电力使得可动电极101自动驱动的现象(自我启 动)。因此，对于任何高频信号都能够确实切换ON状态与OFF状态，能 够提供实现高可靠性的机电元件及使用该机电元件的电气设备。
本发明的机电元件适用于实现高可靠性的机电元件及使用该机电元 件的电气设备。
以上的关于实施方式的说明，都是具体化本发明的一个例子，本发明 不仅限于这些示例，能够向使用本发明的技术且该领域技术人员能很容易 构成的各种示例展开。
(产业上的利用可能性)
本发明能够利用于机电元件及使用该机电元件的电气设备。