[發(fā)明專利]可變電容器、匹配電路元件和移動(dòng)終端設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910007666.9
• 申請(qǐng)日: 2009-02-20
• 公開（公告）號(hào): CN101515503A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 島內(nèi)岳明;今井雅彥;宓曉宇;上田知史
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 富士通株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01G5/16
• 分類號(hào): H01G5/16
• 代理公司: 北京東方億思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 趙 飛;南 霆

有關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

此申請(qǐng)基于2008年2月20日提交的在先日本專利申請(qǐng)No.2008- 038808并要求享受其優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過引用而結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可變電容元件(可變電容器)，更具體而言，涉及用微電 子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)制造的可變電容器、使用可變電容器的匹配電 路元件和使用可變電容器或者匹配電路元件的移動(dòng)終端設(shè)備。

背景技術(shù)

可變電容器是在諸如變頻振蕩器、調(diào)諧放大器、移相器和阻抗匹配電 路的電路中重要的元件。近年來(lái)，安裝了可變電容器的移動(dòng)終端設(shè)備的數(shù) 量已經(jīng)增大。在移動(dòng)終端設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，隨著安裝元件等的數(shù)量增大， 為了高性能，對(duì)所用元件的小型化的需求也增大。響應(yīng)于此需求，使用 MEMS技術(shù)致力于可變電容器的小型化。通過MEMS技術(shù)生產(chǎn)的可變電 容器的優(yōu)點(diǎn)在于Q值可以因損耗小而較當(dāng)前主要使用的可變二極管增大， 并且已經(jīng)促進(jìn)了可變電容器的開發(fā)。

在例如日本早期公開專利申請(qǐng)2007-273932中描述了通過MEMS技術(shù) 生產(chǎn)的可變電容器，其中可變電容器通過改變相對(duì)的兩個(gè)電極之間的距離 而改變其電容。

圖28和圖29是現(xiàn)有典型的可變電容器F1的橫截面視圖。可變電容 器F1包括襯底101、固定電極102、可動(dòng)電極104、電介質(zhì)層105和一對(duì) 支架106。固定電極102設(shè)置在襯底101的上表面(圖28中上側(cè)的表面) 上。可動(dòng)電極104設(shè)置在固定電極102的上方以與該對(duì)支架106橋接。可 動(dòng)電極104具有面向固定電極102的部分。電介質(zhì)層105設(shè)置在固定電極 的上表面上。電介質(zhì)層105設(shè)置在固定電極102的上表面上以為了防止由 于固定電極102與可動(dòng)電極104接觸而造成的短路。襯底101由硅材料制 成，并且固定電極102和可動(dòng)電極104分別由預(yù)定的金屬材料制成。

在可變電容器F1中，施加在固定電極102和可動(dòng)電極104之間的電 壓在這兩個(gè)電極之間產(chǎn)生靜電吸引。由于靜電吸引，可動(dòng)電極104朝著固 定電極102吸引，以改變電極102和104之間的距離。這種距離的改變改 變了電極102和104之間的電容。因而，通過改變施加在固定電極102和 可動(dòng)電極104之間的電壓，可以改變電容。

因?yàn)殡娊橘|(zhì)層105的厚度極其薄，可變電容器F1的電容具有其與距 離d大致成反比這樣的特性。然而，該特性在不能忽視由于可動(dòng)電極104 和固定電極102之間的距離d造成對(duì)電介質(zhì)層的電容值影響的區(qū)域(例 如，可動(dòng)電極104位于固定電極102附近的區(qū)域)中不同。

因而，在固定電極102從可動(dòng)電極104分開的狀態(tài)(參見圖28，電極 之間的距離d最大的狀態(tài))下可變電容器F1的電容最小。相反，在固定 電極102經(jīng)由電介質(zhì)層105而與可動(dòng)電極104接觸的狀態(tài)(參見圖29，電 極之間的距離d最小的狀態(tài))下電容最大。

圖30示出了可變電容器F1的電容根據(jù)施加到可變電容器F1的驅(qū)動(dòng) 電壓的變化，所述驅(qū)動(dòng)電壓施加在固定電極102和可動(dòng)電極104之間。橫 軸表示驅(qū)動(dòng)電壓，縱軸表示電容。隨著驅(qū)動(dòng)電壓的增大，電容急劇地增 大，然后到達(dá)恒定值(最大電容)(見點(diǎn)P1)。另一方面，隨著驅(qū)動(dòng)電壓 減小，電容急劇減小，然后到達(dá)恒定值(最小電容)(見點(diǎn)P2)。

圖30中的電容的特性變化，使得其如上所述與電極之間的距離d成 反比。點(diǎn)P1是固定電極102經(jīng)由電介質(zhì)層105接觸可動(dòng)電極104的點(diǎn)。點(diǎn) P2是固定電極102和可動(dòng)電極104之間的靜電吸引消失的點(diǎn)。假定點(diǎn)P1 處的驅(qū)動(dòng)電壓是Von，點(diǎn)P2處驅(qū)動(dòng)電壓是Voff，則可變電容器F1可以用 作在驅(qū)動(dòng)電壓Voff和在驅(qū)動(dòng)電壓Von之間切換電容的電容開關(guān)。

然而，當(dāng)可變電容F1實(shí)際上用作電容開關(guān)時(shí)，可動(dòng)電極104的驅(qū)動(dòng) 電壓(直流電壓)應(yīng)該僅僅施加到可動(dòng)電極104，而不施加到連接到可變 電容器F1的其它電路。因而，必須設(shè)置用于阻斷可動(dòng)電極104的驅(qū)動(dòng)電 壓的電路(以下，該電路將稱為“DC阻塞(block)”)。

圖31示出了用作與用于不平衡交流信號(hào)的信號(hào)線并聯(lián)連接的電容開 關(guān)的可變電容器的等效電路圖。