專利名稱：電子及光學(xué)裝置及形成這些裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有可變或可切換特性的電子和光學(xué)(或光子學(xué))裝置以及形成這些裝置的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及形成導(dǎo)電率和折射率會(huì)變化的導(dǎo)電材料和介電材料層來(lái)形成各種電子和光學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
薄膜(在某些情況是厚膜)對(duì)構(gòu)成很多不同電子及光學(xué)裝置都十分有用。電容器(以及其它裝置，例如移相器)是通過(guò)沉積介電材料及導(dǎo)電材料層所構(gòu)成的，導(dǎo)電層構(gòu)成電容器的電極。在光學(xué)裝置中，毗鄰折射率較低的材料膜沉積折射率較高的材料膜以形成波導(dǎo)、濾波器、透鏡及其它裝置。有很多材料都適合用來(lái)成形介電材料以及具有高折射率的材料。
同樣地，在電子、RF及光學(xué)的領(lǐng)域中，電氣活性材料的使用愈來(lái)愈普遍。電氣活性材料是其特定參數(shù)能通過(guò)施加通過(guò)材料的電場(chǎng)來(lái)改變的那些材料。這些參數(shù)可能是光學(xué)方面，例如材料的折射率(光電(E-O)材料)，或是電氣方面，例如介電常數(shù)(鐵(或順)電材料)。這兩類參數(shù)是相關(guān)的，一些材料例如同時(shí)是鐵電也是光電材料。
在施加DC或緩慢變化的電場(chǎng)下材料的電容率(介電常教-DK)會(huì)改變的介電類材料，如果材料是設(shè)計(jì)在材料的居里溫度(或居里點(diǎn))以下操作，通常稱其為“鐵電”(f-e)，如果該材料是設(shè)計(jì)在它的居里點(diǎn)以上操作，通常稱為“順電”(p-e)。為簡(jiǎn)化故，在本文中將它們都稱為鐵電(f-e)，但須了解，它適用于f-e或p-e材料。特別有興趣的微波裝置的應(yīng)用是在材料的順電范圍，即材料是在它的居里溫度以上操作。在順電區(qū)，材料電容的變化與施加的偏壓實(shí)質(zhì)上是線性的。式為BaxSr1-xTiO3(BST)的鈦酸鋇鍶是被透徹研究的材料，在此方面的應(yīng)用極具潛力。在這里用BST來(lái)指式為BaxSr1-xTiO3的材料，其中x等于0、等于1，或大于0且小于1。SrTiO3(x等于0)的居里溫度非常低，且此材料在低溫下在順電范圍內(nèi)。就x等于1的BaTiO3而言，居里溫度非常高。通常需要中間的居里溫度。因此，就大部分的應(yīng)用而言，Ba∶Sr的摩爾比在10∶90到90∶10之間，特別是在30∶70到70∶30之間，更特別是在60∶40到40∶60之間。這樣，Ba∶Sr的選擇，以及居里溫度的選擇，是按照裝置預(yù)期的操作溫度來(lái)選擇的。為使裝置能在包括室溫的范圍內(nèi)操作，Ba∶Sr的摩爾比在60∶40到40∶60之間較佳?；旌涎趸铮鏧大于0小于1的BST，比單陽(yáng)離子的氧化物(例如x等于0或1)更難沉積。此困難的主要原因在于成分的控制。燃燒化學(xué)蒸氣沉積CCVD)法，如美國(guó)專利5,652,021中的描述(其中的教導(dǎo)并入本文參考)，允許使用單一的前體溶液，其包含所有陽(yáng)離子的前體。雖然保持其它沉積參數(shù)(例如溫度、壓力、氣體流率等)對(duì)成分的控制十分重要(即使是在CCVD法中)，但使用單一的溶液對(duì)組成的控制有很大的幫助。在混合的BST中，B/S的比在空間中的變化宜不超過(guò)大約5％，在沉積層期間，以不超過(guò)大約1％較佳。
這些電氣活性材料在電氣、射頻(RF)或微波方面的應(yīng)用包括這些通常的分類如取代變?nèi)荻O體、電容器、可調(diào)電容器、可調(diào)濾波器、移相器、多工器(包括雙工器)、電壓控制的振蕩器、用于功率放大器(PA)的可變匹配網(wǎng)路、低雜訊放大器(LNA)、電熱效應(yīng)，包括電源系統(tǒng)、以及一般的阻抗匹配網(wǎng)路。
鐵電材料的可調(diào)特性可用于設(shè)計(jì)移動(dòng)通信系統(tǒng)中的組件、子系統(tǒng)及/或系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)1)從300MHZ到大約30GHz的新能力以及改善的電氣(RF或微波)性能，2)縮小體積；3)降低功率消耗；4)減輕重量、或上述4項(xiàng)的任何組合，由特定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求而定。
有很多陶瓷材料可用來(lái)做為鐵電薄膜或厚膜。薄膜傾向用于比使用厚膜更小的裝置。薄膜通常沉積至厚度為10微米，而厚膜通常超過(guò)10微米。
無(wú)線手機(jī)的特點(diǎn)是需要在低電壓下操作，典型上＜40 VDC，理想是＜3.0 VDC。預(yù)期未來(lái)的設(shè)計(jì)可使此電壓進(jìn)一步降低。因此任何鐵電的可調(diào)裝置都必須設(shè)計(jì)成能從小的DC調(diào)整電壓產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)。能得到適當(dāng)幾何結(jié)構(gòu)的方法之一是設(shè)計(jì)由鐵電材料的薄膜構(gòu)成的可變電容器。小的DC調(diào)整電壓也能降低RF與E-O裝置的功率消耗(以及熱散失)。
可調(diào)電容器容許鐵電材料局限于很小的部件，也允許使用小的幾何結(jié)構(gòu)，該小的幾何結(jié)構(gòu)是從小電壓產(chǎn)生調(diào)整所需量值的電場(chǎng)。為設(shè)計(jì)頻率范圍＞800MHz(蜂窩頻帶)內(nèi)的可調(diào)濾波器及多工器，需要值很小的電容器，這樣，如果為了調(diào)諧的目的以分路諧振結(jié)構(gòu)而使用可變電容器，rf信號(hào)不會(huì)被降低。
如前所述，對(duì)這些材料施加偏亞后，折射率變化的光電現(xiàn)象與這些材料電容改變相關(guān)。這類材料在光子學(xué)方面的應(yīng)用包括相位調(diào)制器及主動(dòng)波導(dǎo)，其功能包括開關(guān)，分光、衰減補(bǔ)償及這些功能的組合。
鈦酸鋇鍶(BST，barium strontium titanate)對(duì)上述應(yīng)用而言是非常有用的材料。在本文中所使用的BST也指摻雜材料，其中加入一些額外的元素，如鉛，以取代晶格中的鋇或鍶(通常低于15％，更通常低于10％，但也可高達(dá)50％)?；蛘撸T如鎢、鋁、鎂、鈣及其它元素也可用來(lái)取代某些晶格中的鈦來(lái)以修改BST的特性。這些摻雜劑可以改善BST的Q因數(shù)。如同鋇與鍶是+2價(jià)，典型上的原子價(jià)也是+2價(jià)。然而，也可以使用+3、+3及/或+1/+5價(jià)結(jié)臺(tái)的摻雜離子。在晶格結(jié)構(gòu)中有空洞的BST中除了使用原子價(jià)為+2的陽(yáng)離子之外也可以使用它們本身。銫及鉍就是此類摻雜劑。BST是被確認(rèn)的鐵電材料，且BaTiO3是已知的E-O材料，其用途如上所述。BST可被絕大部分的金屬元素?fù)诫s。
為消除會(huì)在光學(xué)及電氣裝置造成損失的晶粒邊界，取向的鐵電材料比復(fù)晶的鐵電材料更佳。迄今，最常用來(lái)外延BST沉積的基底材料是氧化鎂及氧化鑭鋁，這些材料的晶格結(jié)構(gòu)與BST匹配。氧化鎂及氧化鑭鋁都有一重大缺點(diǎn)，那就是至今仍只能做到很小的晶片尺寸。此外，這些小的晶片的制造成本極高。它們顯示出的結(jié)晶性及表面粗糙度都不佳。
較大的晶片暗含了很大優(yōu)點(diǎn)。目前，半導(dǎo)體工業(yè)朝向12平方英寸(30平方厘米)的晶片尺寸前進(jìn)，以便能降低制造成本。在微電子裝置制造方面，所能使用的陶瓷材料較大尺寸同樣也能節(jié)省大量成本。
目前，藍(lán)寶石晶片可做到100毫米，某些供應(yīng)商計(jì)劃在不久的將來(lái)引入150毫米的晶片。這比目前可用的氧化鎂及氧化鑭鋁的晶片尺寸大很多。
已確認(rèn)藍(lán)寶石(單晶氧化鋁)要優(yōu)于氧化鎂及氧化鑭鋁，因?yàn)樗哂兄圃斐杀镜?、晶片尺寸大、絕佳的結(jié)晶性及最小的表面粗糙度等優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)，藍(lán)寶石與BST的晶格結(jié)構(gòu)不是很明顯的匹配。且事實(shí)上，嘗試至今，在藍(lán)寶石上沉積外延的BST仍沒(méi)有成功。
就某些應(yīng)用而言，可使用差于外延質(zhì)量的BST及其它材料。2001年7月13日提出的共同待審的PCT申請(qǐng)PCT/US01/22131，名稱為“晶粒邊界減少的結(jié)晶性薄膜REDUCED GRAINSOUNDARY CRYSTALLINE THIN FILMS”，其中描述可用于形成本發(fā)明一些裝置的減少晶粒邊界(RGB)的薄膜的形成方法。對(duì)于需要高度外延的膜的應(yīng)用而言，也可參考2001年8月2日提出的共同待批的PCT申請(qǐng)PCT/US01/24587，名稱為“電子和光學(xué)材料(ELECTRONIC AND OPTICALMATBRIALS)”，其中所揭示了用于形成本發(fā)明裝置的外延薄膜的制造方法。須注意，本發(fā)明裝置中的某些薄膜以復(fù)晶或甚至非晶形式仍能操作。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及使用薄膜技術(shù)成形光學(xué)及電子裝置。本發(fā)明的第一方面是在鐵電材料上成形薄的導(dǎo)電層。當(dāng)一電壓施加于這些導(dǎo)電層間時(shí)，材料的相對(duì)介電常數(shù)(在光電應(yīng)用中是折射率)會(huì)改變。這導(dǎo)致附接于或毗鄰該可變材料的兩個(gè)主要端間的電容或電磁波的傳送也改變。目前的技術(shù)是經(jīng)由裝置(諸如電容器、移相器、濾波器或共振器)的主導(dǎo)體施加偏壓。使用裝置導(dǎo)體施加偏壓而不增加額外的導(dǎo)體，原因是傳統(tǒng)的額外導(dǎo)體會(huì)影響裝置的性能。為降低所需的偏壓，導(dǎo)體必須非?？拷?。由于成像及蝕刻的制造系統(tǒng)的尺寸公差，這產(chǎn)生了限制。此外，射頻(RF)或光電(E-O)裝置的設(shè)計(jì)能力的自由度受主導(dǎo)體必須保持非?？拷氖`。由于電場(chǎng)增強(qiáng)(例如轉(zhuǎn)角、銳角)和有提早故障的潛在問(wèn)題，其它的設(shè)計(jì)上的問(wèn)題排除某些圖樣。使用本發(fā)明的薄膜允許薄膜偏壓電極分別成形在薄膜微電材料的頂部及底部。該偏壓電壓的小的間隔允許小電壓產(chǎn)生高電場(chǎng)，從而在某特定偏壓下可致使介電常數(shù)有較大的變化。
本發(fā)明的另一重要方面是可使偏壓電極與RF及微波信號(hào)有標(biāo)稱的交互作用。在本專利申請(qǐng)中將這些偏壓電極稱為非-RF偏壓電極。較佳的是，非-RF偏壓電極材料應(yīng)不與這些波相互作用。為達(dá)此目的，材料的電阻要夠高，特別是對(duì)于高頻信號(hào)的電阻。當(dāng)該電阻足夠高時(shí)，與沒(méi)有偏壓電極的結(jié)構(gòu)相比，偏壓電極所帶來(lái)的損失極少甚至檢測(cè)不到。發(fā)明的這一方面允許結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師將RF信號(hào)的較厚的主導(dǎo)體分開，并提供用于低的偏壓。一或兩個(gè)偏壓電極與RF可以是標(biāo)稱的RF相互作用。目前，需要高于40伏、有時(shí)甚至高于200伏的偏壓電壓。濾波器、移相器、共振器及其它設(shè)計(jì)與RF及微波的交互作用很強(qiáng)，需要厚的高導(dǎo)電導(dǎo)體。頻率越低，需要裝置導(dǎo)體越厚。本發(fā)明的損失極低的偏壓電極被介電可變的材料薄膜隔開。偏壓電壓是DC或低頻的AC電壓，這些電壓致使所需要的介電常數(shù)改變。對(duì)于本發(fā)明的電極，通過(guò)供應(yīng)低于40伏甚至低于3伏的偏壓，可使電容改變，因此可做到直接的晶片控制，且在產(chǎn)品或裝置中不再需要多電壓。這對(duì)便攜式電子裝置及安全上的原因特別重要。此外，主電極的設(shè)計(jì)及裝置的性能可按照應(yīng)用的要求最佳化，而不需受主電極之間隔必須盡量縮小的限制。為降低與RF或微波信號(hào)間的交互作用，薄偏壓電極的材料需具有高電阻特性。它們的DC電阻在10歐姆/平方到10兆歐姆/平方之間較佳，在100歐姆/平方到1兆歐姆/平方之間更佳。此外，還需要這些材料在RF或微波信號(hào)的高頻時(shí)對(duì)誘導(dǎo)的較高平行電阻有反應(yīng)。為降低電容器結(jié)構(gòu)的損失，需要增加電極的并聯(lián)電阻，從而將更多的RF或微波信號(hào)移人介電層，因?yàn)榻殡妼訉?duì)信號(hào)呈現(xiàn)的阻抗低于偏壓電極的電阻。更進(jìn)一步希望電極材料在高頻時(shí)的并聯(lián)電阻增加，與電阻相同的一般金屬導(dǎo)體相比，要超過(guò)一般金屬導(dǎo)體的25％、100％、甚至200％。
還需要這些材料能有非?？焖俚姆磻?yīng)時(shí)間以便用于高速裝置。DC電阻愈低，偏壓電壓影響可變介電質(zhì)愈快，致使反應(yīng)時(shí)間越快。此外，任何電阻較高的材料的長(zhǎng)度越短，反應(yīng)時(shí)間越快。使用這些方面做為設(shè)計(jì)參數(shù)，得到了下述的本發(fā)明的新結(jié)構(gòu)。
不同材料的非常薄的薄膜可達(dá)此目的。混合導(dǎo)體的材料，亦即電子與離子型，或更可能是離子或半導(dǎo)電型，有助于較高頻時(shí)電阻的進(jìn)一步調(diào)整，同時(shí)也允許在低頻或?qū)C電壓有足夠的導(dǎo)電率，以使鐵電材料偏壓，同時(shí)將對(duì)裝置性能的影響減至最小。導(dǎo)體具有不同量的載子與遷移率(mobility)。載子可以是電子、空穴或兩者的混合物。本申請(qǐng)的優(yōu)點(diǎn)是降低遷移率、特別是在所希望的使用頻率的遷移率?？昭ㄓ休^大比例的導(dǎo)體也有利于RF/DC間的差異。
偏壓電極對(duì)系統(tǒng)的益處(可使用較高電壓，能設(shè)計(jì)最優(yōu)的有功能的裝置，包括導(dǎo)體分離)足以補(bǔ)償它所造成的任何損失。偏壓電極的材料可以在可變介電材料之前先生長(zhǎng)成基底層(可能是外延的)，或者，偏壓電極材料可以生長(zhǎng)在介電材料的上面，或者沉積在其上形成系統(tǒng)。為進(jìn)一步減小損失，材料可設(shè)計(jì)成不連續(xù)，因此，它不是整片而是各種不同圖樣的細(xì)線條。為進(jìn)一步降低與在電極間傳播的波的交互作用，偏壓電極可以形成條紋，與主電極(系統(tǒng)線條)呈對(duì)角、平行或垂直。頂部及底部的偏壓條片可以直接橫過(guò)薄膜，或交替。偏壓條交替可使漏電最少，且能更好地使介電變化與某些裝置一致，但這也會(huì)使所需的偏壓電壓稍稍增加。高導(dǎo)電性的主電極裝置線條可以在介電材料膜的一表面上，偏壓電壓施加于與一個(gè)偏壓電極電氣相連的主電極和該薄膜可變介電材料的另一側(cè)偏壓電極之間。或者，一條裝置線條可以接觸并用來(lái)施加電位給一個(gè)偏壓電極，另一條裝置線條可接觸并用來(lái)施加電位給該另一個(gè)偏壓電極，從而施加橫過(guò)可變介電質(zhì)的凈電位。使用高導(dǎo)電性的裝置線條施加電位給較短且電阻較高的偏壓電極將可加快可變介電質(zhì)改變的速率，使裝置速度加快。非-RF偏壓電極也可以只沉積在一個(gè)表面上，且形成指交叉的電極。
為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明之偏壓電極的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)考慮降低已知技術(shù)的可調(diào)電容器所需調(diào)整電壓的已有方法，其中，通常需要將電極間的間隙縮小到非常小的值，以使小電壓能產(chǎn)生大電場(chǎng)。不過(guò)，此種提供低電壓調(diào)整的方法會(huì)引發(fā)RF信號(hào)中的失真。例如，以可調(diào)電容器為基礎(chǔ)的系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題是互調(diào)失真?；フ{(diào)失真的現(xiàn)象發(fā)生在RF信號(hào)的振幅夠高時(shí)，此時(shí)，RF電壓本身會(huì)影響可調(diào)電容器本身的值。這種引發(fā)的非線性會(huì)致使RF信號(hào)失真。
在本發(fā)明中，針對(duì)互調(diào)失真的現(xiàn)象，加大RF電極間的間隙，以降低鐵電材料中RF-感應(yīng)場(chǎng)的強(qiáng)度，并保持材料的介電常數(shù)幾乎不隨RF的場(chǎng)強(qiáng)度改變。不過(guò)，通過(guò)將高電阻材料突出物伸入RF電極間以保持低的DC調(diào)整電壓。這些突出物優(yōu)先與RF電極本身電氣連接。由于鐵電材料對(duì)RF信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗路徑，高電阻的突出物不會(huì)致使整體結(jié)構(gòu)的RF阻抗有重大改變。然而，如果除RF信號(hào)外，DC偏壓施加到RF電極上，鐵電材料會(huì)對(duì)DC信號(hào)呈現(xiàn)高阻抗路徑，理想情況是迫使突出物充電到DC電壓。如果突出物間的間隔很小，此DC電壓將在鐵電材料中產(chǎn)生高強(qiáng)度的電場(chǎng)，藉以施加低的DC電壓就能進(jìn)行調(diào)整。由于本文所教導(dǎo)的可變電容器的值與RF信號(hào)的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，同時(shí)對(duì)小的DC電壓值敏感，因此，互調(diào)失真的問(wèn)題可大幅減少。
在本發(fā)明的另一方面，在兩層折射率低的材料中間沉積一層光電或折射率高的材料，形成波導(dǎo)或光學(xué)濾波器。當(dāng)折射率高的材料也是光電材料時(shí)，波導(dǎo)是可操縱的且光學(xué)濾波器是可調(diào)的。在可操縱/可控制的波導(dǎo)的應(yīng)用中，使用本發(fā)明的薄膜允許使用導(dǎo)電氧化物做為偏壓電極，藉此可不需要包覆緩沖層且提高波導(dǎo)的效率。使用TCOs與光電材料可以構(gòu)成高折射率與低折射率材料的疊層，它可調(diào)整以允許調(diào)制、開關(guān)、激勵(lì)、極化或傳送特定波長(zhǎng)的光。按此方式，可以調(diào)整偏壓電壓以控制光的若干方面。
在光子的情況中，電極可以是與光實(shí)際上強(qiáng)耦合(如果厚的話)的材料。例如，如果需要薄到有足夠的導(dǎo)電率來(lái)進(jìn)行偏壓但太薄導(dǎo)致無(wú)法與光交互作用，可以使用金屬或摻雜金屬。在很多情況中也可以使用半導(dǎo)體，因?yàn)檫@些材料中的一些在可見光范圍內(nèi)不透明但在紅外線(IR)波長(zhǎng)下透明。硅是這類材料中的一例，可在下文描述的光學(xué)疊層型濾波器中作為介電質(zhì)。也可以使用其它材料，例如半導(dǎo)體、空穴導(dǎo)體、離子性導(dǎo)體或混合的導(dǎo)體。使用這些材料的目的是使整體的設(shè)計(jì)不受限于透明的導(dǎo)電氧化物(TCO3)，從而使整個(gè)疊層中的材料更相容或更容易制造。疊層(堆疊)中的晶粒邊界少或沒(méi)有晶粒邊界較佳。此外，這些材料更容易后處理或在沉積的過(guò)程中較容易管理。
折射率變化較大的材料(例如，折射率低的材料是不摻雜的硅石)具有額外的優(yōu)點(diǎn)。毗鄰可變介電質(zhì)的材料可以是內(nèi)反射或透射層。偏壓電壓可以是這樣，在某些位置，毗鄰的材料使光從內(nèi)反射變成透射(由于材料折射率的變化)，從而打開了讓光子通過(guò)波導(dǎo)裝置的閘門。
如前所述，在這些材料中特別有用的材料是BST。在本文中，外延BST沉積在藍(lán)寶石的C-面上。雖然該C-面的晶格匹配并不明顯，但本發(fā)明的一個(gè)方面是在c-面上外延沉積BST，經(jīng)證實(shí)這已成功。C-面藍(lán)寶石保留了上述相對(duì)于鎂氧化物及鑭鋁氧化物的優(yōu)點(diǎn)。
雖然BST具有較佳的可變介電值，但也可使用其它可變介電材料及光電材料，包括PLZT(鈦酸鉛鑭鋯)、LiN6O、ZnO和PZT(鉛/鋯/鈦的氧化物)以及其它經(jīng)證實(shí)在偏壓下介電質(zhì)會(huì)改變的任何材料。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，實(shí)際上用作裝置活性材料的材料并非限制因素。一般言之，最適用于本發(fā)明的材料是具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料。按照本發(fā)明的較佳的鈣鈦礦具有立方結(jié)構(gòu)。一般言之，用于本發(fā)明的鈣鈦礦的配方為A+xB+(6-x)O3，其中A與B是陽(yáng)離子或陽(yáng)離子的混合物且1≤x≤3。
如前所述，透明的導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜可在RF或光子應(yīng)用中作為導(dǎo)電層。TCOs可以經(jīng)由燃燒化學(xué)氣相沉積(CCVD)法形成，其中，沉積的材料是摻雜了元素的氧化鋅，該摻雜元素選自鎵、鋁、錫、銦、硼、氟、及它們的混合物。這些元素增強(qiáng)了氧化鋅薄膜的電氣特性。較佳的CCVD前體溶液包括溶解在乙醇基溶劑體系中的氧化鋅前體以及摻雜劑前體，該溶劑體系包含大約1到大約10％(體積)的二甲基甲酰胺。這些TCO薄膜已用于其它裝置，如太陽(yáng)電池中的導(dǎo)電層。


圖1顯示由本發(fā)明的薄膜形成的電氣可調(diào)整的電容器的橫剖面圖。
圖2顯示由本發(fā)明的薄膜形成的可操縱波導(dǎo)。
圖3顯示由本發(fā)明的薄膜形成的可調(diào)光學(xué)濾波器的頂視圖。
圖4是圖3的可調(diào)光學(xué)濾波器取4-4線的橫剖面圖。
圖5顯示本發(fā)明的鐵電薄膜根據(jù)施加的電場(chǎng)改變的相對(duì)介電常數(shù)的關(guān)系圖。
圖6顯示圖1的電氣可調(diào)整電容器另一實(shí)施例的橫剖面圖。
圖7-12顯示了按照本發(fā)明的形成電子和光學(xué)裝置的方法在基體上成形介電質(zhì)及電極結(jié)構(gòu)的步驟。
圖13顯示圖7-12之介電質(zhì)與電極結(jié)構(gòu)的另一形式。
圖14是光透射通過(guò)GZO膜和基體以及透射通過(guò)無(wú)GZO膜的基體的曲線圖。
圖15是已知技術(shù)的介電質(zhì)與電極結(jié)構(gòu)的等角視圖。
圖16是介電質(zhì)與電極結(jié)構(gòu)的等角視圖，其顯示本發(fā)明的低損失的薄電極。
圖17是本發(fā)明的介電質(zhì)與電極結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例的等角視圖。
發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明圖1顯示電氣可調(diào)電容器10的橫剖面圖。在支托基體11上沉積了第一偏壓電極12。鐵電層14沉積在電極12的頂部。第二偏壓電極16沉積在鐵電層14的頂部。作為裝置的RF電容器端、濾波器或條紋線條的高導(dǎo)電線條如17及18所示。須了解，圖1是觀念性的部分剖面圖，線條17及18可以是手指的形式(50條或更多)，藉以構(gòu)成指叉形的電容器(在裝置中應(yīng)當(dāng)成電容器使用)的末端。此線條的特定方面隨應(yīng)用而變，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可使用的形狀很多。
偏壓電極12及16極薄，大約在200納米到0.1納米之間，在50納米到0.4納米較佳，5納米到0.5納米更佳。這些電極的薄的特性允許向電層14偏壓且與終端17與18間的RF或微波信號(hào)間的干擾保持最小或不發(fā)生干優(yōu)。這是由于薄膜的厚度遠(yuǎn)薄于RF或微波信號(hào)的電磁集膚深度(skin depth)，或者，構(gòu)成電極的材料在DC或低頻時(shí)導(dǎo)電，但在高頻時(shí)是介電質(zhì)或?qū)獠ㄩL(zhǎng)是透明的。此外，這些層的導(dǎo)電性可以較低，只要它們的導(dǎo)電性足以產(chǎn)生通過(guò)鐵電層14的所需電場(chǎng)。為達(dá)此目的，該層需要至少足以能偏壓的導(dǎo)電性(足夠的厚度)。導(dǎo)電層12及16可以是導(dǎo)電氧化物，如氧化錫、氧化鋅、氧化錫銦，或任何半導(dǎo)電或?qū)щ姷慕饘?、或具有包括空穴或電子的電荷載子的材料。
介電層14的厚度范圍在0.1到10微米之間，0.2到3微米較佳，0.3到1.5微米更佳。適合做為此層的鐵電材料包括氧化鋅、鈦酸鋇鍶(BST)、鉛/鑭/鋯/鈦的氧化鈦(PLZT)和以及鈮酸鋰。
基體11可以是具有表面晶體結(jié)構(gòu)的材料，它提供要成長(zhǎng)在其頂部的材料層所需的晶格匹配或近似晶格匹配?；w不必是單晶，這提供了實(shí)質(zhì)的益處。其上可生長(zhǎng)結(jié)晶性強(qiáng)、晶粒邊界減少(reduced grain boundary)的介電層的任何具有大晶粒或定向晶粒的基體對(duì)于裝置的電氣及/或光學(xué)特性有極大的益處。減少晶粒邊界層在本文中意指從層底部延伸到頂部的至少柱狀(即界限明確)的晶粒，也稱為TypeII結(jié)構(gòu)。較佳情況是晶粒是等軸的(equiaxed)或Type III結(jié)構(gòu)，其具有至少1∶1的寬高比。寬高比愈高愈佳。5∶1的寬高比較佳。10∶1、20∶1的寬高比甚至高至包括外延晶體的寬高比更佳。實(shí)際上，被沉積的材料的生長(zhǎng)與每一個(gè)基體晶粒間有某些或多重的外延關(guān)系、視晶粒的方向及晶粒表面的晶格而定。例如，如果晶體大，可以使用鎂、鋁的多晶基體或其它所需RF基體。同樣地，也可以使用諸如鎳、銀及金等導(dǎo)電金屬。關(guān)鍵是增加結(jié)晶性。有結(jié)構(gòu)的金屬，特別是立方結(jié)構(gòu)的金屬，如鎳、銀及金，可作為薄膜外延生長(zhǎng)的基體?？捎糜谕庋由L(zhǎng)的基體的單晶材料包括氧化鎂(MgO)、藍(lán)寶石(單晶氧化鋁)及鋁酸鑭。同樣，基體也可被覆能在其上生長(zhǎng)電極材料及鐵電材料的任何材料的高度結(jié)晶晶體、雙軸到單晶層。某些例子是在硅晶片上經(jīng)由離子束輔助沉積(IBAD)生長(zhǎng)氧化錫或二氧化鈰以及諸如YSZ或氧化鎂等材料的外延層，使用IBAD可對(duì)各種基體(包括玻璃)的單晶層產(chǎn)生牢固的組織結(jié)構(gòu)。作為外延沉積的替換方案，如果介電及/或?qū)щ妼邮褂梅峭庋硬牧?，則基體11可以是任何材料，它為導(dǎo)電及介電薄膜提供支托層，沒(méi)有特定的組織結(jié)構(gòu)或晶格。最初的沉積基體可以是結(jié)構(gòu)10的永久部分，或可以在薄膜12、14及16，終端17及18以及任何其它上方的支承層(未顯示)形成或連接之后去除(使用本領(lǐng)域已知的技術(shù)如選擇性蝕刻或脫層技術(shù))。此外，如果基于某些理由最初用來(lái)沉積的基體不是較佳的支承基體11(例如具有特定組織結(jié)構(gòu)的金屬會(huì)干擾電氣信號(hào))，必須將原來(lái)的基體去除，沉積的層可以粘附或?qū)訅旱阶罱K基體上。另一種可選擇的沉積方法包括以不同的方法形成導(dǎo)電層12，它包括將鐵電層14直接沉積在基體11上(這對(duì)于外延生長(zhǎng)是需要的)。在上層成形之后，去除基體11，再在鐵電層14上沉積層12。在形成可變層后再沉積層12，層12不需要鐵電層14的高度結(jié)晶或減少晶粒邊界的生長(zhǎng)。
圖6說(shuō)明圖1之裝置的另一實(shí)施例60。在本實(shí)施例中，支承基體61上沉積有第一偏壓電極62，在電極62的頂部沉積了鐵電層64。在鐵電層64的頂部沉積了第二偏壓電極66。作為裝置的RF電容器終端、濾波器或條紋線的高導(dǎo)電線條如67及68所示。在本實(shí)施例中，高導(dǎo)電線條67及68分別電氣連接到電極67及62上。
如前實(shí)施例所示，偏壓電極62及66是極薄的薄膜，厚度大約200納米到0.1納米。這些電極的薄的性質(zhì)允許鐵電層64偏壓，且終端67與68間的RF或微波信號(hào)的干擾最小或沒(méi)有。此外，這些層的導(dǎo)電率可較低，只要它們足夠地導(dǎo)電能產(chǎn)生通過(guò)鐵電材料層14的所需電場(chǎng)。為達(dá)此自的，層不需要至少足以偏壓的導(dǎo)電性(足夠的厚度)。導(dǎo)電層62及66可以是導(dǎo)電氧化物，如氧化錫、氧化鋅、氧化銦錫，或任何半導(dǎo)電或?qū)щ娊饘倩蚓哂邪昭ɑ螂娮拥碾姾奢d子的材料。
在這些裝置以及太陽(yáng)能電池中，氧化鋅是用于導(dǎo)電薄膜的有前景的導(dǎo)電氧化物。本文發(fā)現(xiàn)，經(jīng)由摻雜諸如鎵、鋁、錫、銦、硼、氟及它們的混合物，氧化鋅薄膜的導(dǎo)電率可以大幅提高。目前較佳的摻雜劑是鎵。
按照本發(fā)明沉積的厚度為0.5微米的薄層宜具有大約25歐姆/平方或更低的薄層電阻，更佳的為約20歐姆/平方或更低，最佳的為約15歐姆/平方或更低。0.5微米的薄層具有至少80％的透光率較佳，至少85％更佳。這些特性對(duì)光子應(yīng)用都很重要。一般言之，RF方面的應(yīng)用需要較薄的層與較高的電阻。
氧化鋅可以在開放的大氣中以CCVD有效地沉積，如美國(guó)專利申請(qǐng)09/198,954中所述，該文中的教導(dǎo)并入本文參考。通過(guò)在CCVD前體溶液中加入鎵、鋁、錫、銦、硼、氟及它們的混合物，可適當(dāng)?shù)負(fù)诫s氧化鋅。摻雜劑前體提供的水平使得在沉積的薄膜中鋅與摻雜元素的摩爾比在大約99∶1到大約90∶10之間。通常，前體化合物在溶劑中的總濃度在大約0.01到大約5％(重量)。
也發(fā)現(xiàn)，乙醇是包括含鋅之化學(xué)前體及合摻雜元素之化學(xué)前體的前體溶液的絕佳溶劑。乙醇的沸點(diǎn)較低，為升高沸點(diǎn)，宜添加大約1到10％(體積)(相對(duì)于乙醇)的二甲基甲酰胺，以2-5％(體積)為較佳。此外，二甲基甲酰胺是強(qiáng)溶劑，它有助于化學(xué)前體的溶解。任何能共同溶解含鋅及含前體的化學(xué)物質(zhì)的任何溶劑系統(tǒng)均適用于本發(fā)明。
圖15顯示了現(xiàn)有技術(shù)的電容器1500。關(guān)于圖15-17，應(yīng)當(dāng)理解，這些電容器可具有極大量的電極線(通常是以指叉狀排列)，為使圖面簡(jiǎn)潔，這些電容器的主電極以簡(jiǎn)單的形式表示。兩條導(dǎo)電指狀電極1502及1503用以載荷RF信號(hào)以及用來(lái)改變鐵電層1506的介電常數(shù)的DC偏壓。鐵電層1506顯示在基體1508的頂部。
現(xiàn)請(qǐng)參閱圖16，圖中顯示了本發(fā)明的另一電容器1600。除了較厚的RF指狀電極1602及1604之外，還提供較薄的偏壓電極1610及1612。這些電極1610與1612間的間隔距離遠(yuǎn)比主電極1602與1604靠近。因此，能提供較高的DC電場(chǎng)通過(guò)鐵電層1606。在給定的DC偏壓電壓下，此較高的DC電場(chǎng)可使介電常數(shù)產(chǎn)生較大的改變。由于這些偏壓電極非常薄，因此，它們對(duì)RF信號(hào)的影響非常小甚至沒(méi)有影響。偏壓電極1610電氣連接到主電極1602，同時(shí)，偏壓電極1612電氣連接到主電極1604。這允許RF信號(hào)及DC偏壓電壓施加于主電極1602及1604。如現(xiàn)有技術(shù)的電容器，鐵電層顯示在基體1608的頂部。
圖17顯示了另一電容器結(jié)構(gòu)1700。電容器1700與電容器1600相似，只是大部分的偏壓電極1710及1712與主電極1702及1704平行排列。按此方式，除了實(shí)現(xiàn)電極靠近能得到較大DC偏壓電場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)之外，電極1710與1712的平行特性也便得與主電極1702與1704間的RF信號(hào)的交互作用較小。鐵電層1706在基體1708的頂部。
圖2說(shuō)明了光學(xué)可操縱波導(dǎo)20，其結(jié)構(gòu)與圖1的電容器類似?；w22是由表面折射率較低的材料制成，作為包覆介質(zhì)。波導(dǎo)層24生長(zhǎng)在基體22的頂部，由折射率較高的材料制成。接著，在波導(dǎo)層24的頂部沉積折射率較低的導(dǎo)電材料，并制作圖樣以形成偏壓電極26(與指叉電容器的手指形電極類似)。在電極26頂部和之間也沉積同樣折射率較低的非導(dǎo)電包覆材料。通過(guò)將波導(dǎo)夾在折射率較低的材料層之間，從例如波導(dǎo)左側(cè)進(jìn)入的光就無(wú)法從波導(dǎo)的頂部及底部逃離，而是只能朝波導(dǎo)的下游前進(jìn)，并從右側(cè)離開。當(dāng)在電極間施加偏壓電壓(毗鄰的指電極的極性相反)，電極附近的波導(dǎo)材料的折射率改變，從而使通過(guò)波導(dǎo)的光的行進(jìn)方向改變(進(jìn)入或離開圖2的頁(yè)面)。按此方式，通過(guò)控制施加在電極上的偏壓電壓，可以“操縱”通過(guò)波導(dǎo)的光，使其行進(jìn)到排列在波導(dǎo)一端的端口。
較佳的波導(dǎo)材料是鈮酸鋰。一些其它適用的波導(dǎo)材料包括鉛/鑭/鋯鈦氧化物(PLZT)、BT、摻雜的氧化鋅、摻雜的磷化銦(InP)、摻雜的砷化鎵(GdAs)、以及E-O聚合物材料。在氧化鎂單晶上以CCVD法外延沉積PLZT的方法例如描述于美國(guó)專利5,997,956中，該專利中的教導(dǎo)列入本文參考。一般言之，波導(dǎo)層的厚度范圍在大約0.2到大約10微米，通常在大約1微米的范圍。偏壓電極的厚度通常從2000納米到0.1納米，較佳的在50納米到0.5納米(但某些應(yīng)用中也許需要這些范圍的較厚端)。
可以與波導(dǎo)材料及上述高折射率的鐵電材料一起外延生長(zhǎng)的適合的低折射率導(dǎo)電氣化物包括氧化錫、氧化鋅、氧化錫銦。一般言之，導(dǎo)電氧化物的折射率在比活性波導(dǎo)材料低大約0.001至0.5的范圍內(nèi)。另者，電極材料可以非常薄，以便使與光的交互作用最小化。在此情況下，電極的折射率是微不足道的因素。適用材料的范圍很寬，包括LSC、LSM、RuO，鉑、鎳、摻雜的LaCrO及YBCO。
可以使用已知的干蝕或濕蝕技術(shù)對(duì)這些導(dǎo)電層制作圖樣以在波導(dǎo)中形成偏壓電極，或者，仍保持連續(xù)層的較佳結(jié)構(gòu)。波導(dǎo)電極可以用折射率比活性波導(dǎo)材料低的材料制成，這允許波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)具有外延的導(dǎo)電層與活性波導(dǎo)材料直接接觸(如圖2所示)。這與使用金屬電極并需要在電極與活性波導(dǎo)層間插入一層低折射率緩沖層的現(xiàn)有技術(shù)的裝置相反。在電極與活性波導(dǎo)材料的直接接觸下，設(shè)定的偏壓電壓可在E-O材料層中形成較高的電場(chǎng)，因此獲得改進(jìn)的折射率偏壓。電極可以在E-O層的兩側(cè)，與圖1的結(jié)構(gòu)類似。因此，對(duì)圖1的所有討論都適合E-O層，其中關(guān)于圖2，22可以是絕緣的、導(dǎo)電的或半導(dǎo)電的基體，其折射率比層24低，因此，22是一有效的包覆面，它使層24成為波導(dǎo)。透明的包覆層可以是絕緣、半導(dǎo)電或?qū)щ姡蚴前@類材料的層。通過(guò)使偏壓電壓的傳送靠近層24，所需的偏壓電壓可降低。
圖3及4顯示使用本發(fā)明的薄膜形成的可調(diào)光學(xué)濾波器30。通過(guò)將材料沉積在相互的頂部，交替地形成光電材料層42與透明導(dǎo)電氧化物(TCO)材料層44及45交替。遮住第一角32同時(shí)沉積其它TCO層44，然后遮住相對(duì)的角34并同時(shí)沉積其它TCO層45，經(jīng)由孔道36及38提供路徑，而毗鄰的TCO層間不短路。TCO層的相對(duì)角32、34被交替地遮住以避免在角落處沉積TCO，如果沉積大量的層，角落傾向變得材料不足且下陷。為加以補(bǔ)救，在沉積了TCO層后，遮住除了先前被遮住的角以外的整個(gè)表面。接著只在角處沉積高折射率的材料，直到角落所不足的材料被補(bǔ)足。接著除去掩模，并繼續(xù)沉積高折射率的材料直到高折射率的光電材料層42的厚度達(dá)到所需的厚度。電壓源46供應(yīng)偏壓電壓給TCO層。當(dāng)光從濾波器的頂部進(jìn)入，光在高及低折射率的層間傳送時(shí)，發(fā)生光的反射與折射。對(duì)于允許通過(guò)濾波器的光波長(zhǎng)，折射與反射的波發(fā)生建設(shè)性的干涉。通過(guò)調(diào)節(jié)施加于TCO層的電壓光電材料的折射率改變，從而將濾波器調(diào)整到不同的波長(zhǎng)。
可外延生長(zhǎng)的高折射率鐵電材料包括鉛/鋯/鈦氧化物(PZT，它除了鐵電特性外還顯現(xiàn)壓電特性)及鈦酸鋇鍶(BST)。當(dāng)該材料也顯現(xiàn)壓電特性時(shí)，施加的電壓也改變了光電層42的厚度。此厚度的改變也影響反射與折射波干涉的方式，從而改變?cè)试S通過(guò)濾波器的光的波長(zhǎng)(以及頻率)。為此目的，沒(méi)有E-O行為或E-O行為微不足道的壓電材料也可用來(lái)成形可調(diào)濾波器。
E-O及壓電材料的可調(diào)層可以只是堆疊中的一部分。最靠近濾波器邊緣的層可改變而濾波器的其余層仍維持恒定(不改變)。也可通過(guò)分開控制電極來(lái)得到波長(zhǎng)(如圖4)與濾波器帶寬都可調(diào)整的濾波器。經(jīng)由遞增地調(diào)整跨于每一介電層上的偏壓可得到帶通濾波器的寬度效果。分別控制每一E-O層的另一優(yōu)點(diǎn)是能夠補(bǔ)償制造過(guò)程中偏離理想的一些厚度改變。通過(guò)施加偏壓電壓給一層或多層活性層，可以補(bǔ)償這些差異以增加產(chǎn)品的產(chǎn)量及耐受性。
本發(fā)明的導(dǎo)波材料層及選用折射率的材料層需要外延生長(zhǎng)，在這種情況下，每一層都是外延生長(zhǎng)的，并作為在其上生長(zhǎng)的層的晶格匹配。最初的基質(zhì)可用作在其上生長(zhǎng)濾波器的載體，然后用現(xiàn)有技術(shù)將其去除。在光學(xué)濾波器中，選擇折射率低于折射率較高的鐵電材料的材料(通常為約1.4到大約2.0)。導(dǎo)電氧化物層與折射率較高的鐵電材料層的厚度都是要被濾波的光波長(zhǎng)的1/4(λ/4)。雖然TCO是導(dǎo)電層的較佳材料，但須了解，如果所需的層足夠薄到對(duì)要被濾波的波長(zhǎng)透明，可用在厚度較厚時(shí)不透明的材料作為導(dǎo)電層，其余的低折射率堆疊可以由不導(dǎo)電的透明材料構(gòu)成。已知CCVD能成形非常薄的連續(xù)涂層，它適合成形這些超薄層(大約1-40納米)?；蛘?，在厚度均勻的E-o或壓電的外延或減少晶粒邊界層的一或兩側(cè)都可生長(zhǎng)薄電極。接著，此被覆層可以粘附于從每一層除去了原來(lái)基體的類似層。接著，偏壓每一層以得到所要的濾波器。
如前所述，對(duì)本發(fā)明的鐵電及光電薄膜而言，BST是特別有用的材料。用CCVD在氧化鎂單晶上沉積外延BST描述于PCT申請(qǐng)WO 00/42621，其中教導(dǎo)的內(nèi)容并入本文參考。如本文所述，外延BST可用CCVD在C-面的藍(lán)寶石上生長(zhǎng)。
外延BST沉積的較佳方法是燃燒化學(xué)氣相沉積(CCVD)，該方法描述于美國(guó)專利5,652,021，該專利教導(dǎo)的內(nèi)容并入本文參考。不過(guò)，其它的沉積技術(shù)，如常用的化學(xué)氣相沉積(CVD)、溶膠一凝膠及物理氣相沉積(PVD)技術(shù)也可以用來(lái)沉積厚度到2000納米的外延薄膜。改進(jìn)的沉積技術(shù)預(yù)期可使最大厚度超越此厚度。BST膜的理論最小厚度是單層分子，因此，最小厚度是由分子的大小決定。至于實(shí)用，為確保連續(xù)的層，沉積層的厚度通常至少約5納米。目前，絕大部分外延BST的沉積厚度為約25-1000納米。
當(dāng)以CCVD法在C-面藍(lán)寶石上沉積BST時(shí)，至少在局部區(qū)域上的沉積是外延性的。晶格實(shí)質(zhì)上是1，1，1。
以CCVD沉積鋇、鍶及鈦所使用的一些化學(xué)前體有鋇 2-乙基己酸鋇、硝酸鋇、乙酰丙酮酸鋇水合物、二(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸(eptanedionato))鋇水合物鍶 硝酸鍶、2-乙基己酸鍶、二(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)鍶水合物鈦 異-丙醇鈦(IV)、乙酰丙酮酸鈦(IV)，(2-異-丙醇)二(乙酰丙酮酸)鈦、n-丁醇鈦(IV)、2-乙基六氧化鈦(IV)(titanium(IV)2-ethylhexoxide)、二(乙酰丙酮酸)鈦(IV)氧化物前體化學(xué)品(即含Ba的前體、含Sr的前體及含Ti的前體，所有都混合在適當(dāng)?shù)娜軇?例如甲苯、丙烷、或甲苯/丙烷的混合物)中成為溶液)的混合物的化學(xué)計(jì)量決定其所產(chǎn)生的BST的化學(xué)計(jì)量。所產(chǎn)生的外延層的化學(xué)計(jì)量并不一定與前體溶液的化學(xué)計(jì)量完全對(duì)應(yīng)；不過(guò)，為在外延層中沉積所需化學(xué)計(jì)量的層的所需的前體溶液的化學(xué)計(jì)量可以由經(jīng)驗(yàn)及預(yù)測(cè)決定。由于CCVD是燃燒法，它依靠前體化學(xué)物質(zhì)的燃燒，因此，在處理過(guò)程中可利用BST化合物中的氧成分。如果使用其它的氣相沉積法就必須供應(yīng)氧氣。
BST的特性可用適當(dāng)?shù)膿诫s劑來(lái)改變。特別有興趣的是能取代晶格結(jié)構(gòu)中鋇、鍶、鈦的元素。較佳的元素包括鉛、銫、鉭、鈣、鎢及錳。其它可使用的元素包括鋰、鈉、鉀、銣、鎂、鈧、鐿、鋯、鉿、釩、鈮、鉻、鉬、锝、鐵、釕、鈷、銠、銥、鎳、鈀、銅、銀、鋅、鎘、汞、鋁、鎵、銦、鉈、鍺、錫、銻、鉍及碘。
以大小不同的離子取代少量離子來(lái)稍稍改變晶格結(jié)構(gòu)及/或電荷，BST膜的鐵電效果通過(guò)雜質(zhì)的取代而改變。這類離子取代大約0.1-5％的鋇離子。Cs+比鋇離子稍大，是可以用來(lái)取代鋇的一種離子。由于鋇是+2價(jià)而Cs是+1價(jià)，因此，Cs+可以和相等摩爾比的電荷平衡離子使用，Ba+3是較佳的電荷平衡離子。
圖7-12說(shuō)明按照本發(fā)明另一方面的形成介電質(zhì)與電極結(jié)構(gòu)的方法。首先在基體70(如藍(lán)寶石)上沉積介電材料層72(如BST)。接著，在介電層72中需保留之部分的頂部形成光致抗蝕劑80。接著，使用適合蝕刻介電材料的蝕刻劑去除沒(méi)有被光致抗蝕劑80遮蓋的介電材料。然后，在結(jié)構(gòu)的頂部沉積導(dǎo)電材料層1000(例如銅)(圖10)。須注意，在沉積導(dǎo)電材料1000前不需要去除光致抗蝕劑80。接著，去除導(dǎo)電層的頂部使光致抗蝕劑層80的頂部光滑或外露，藉以形成分立的電極1000(如圖11所示)。圖12說(shuō)明去除光致抗蝕劑80的選用步驟。須了解，如果光致抗蝕劑80不過(guò)分影響裝置的操作則可保留。事實(shí)上，光致抗蝕劑80可以增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。此方法的主要優(yōu)點(diǎn)是減少了制造裝置的步驟。需要單次的掩模步驟，將電極材料蝕刻到掩模(光致抗蝕劑80)水平，除去不需要的導(dǎo)電材料。
圖13說(shuō)明用于光學(xué)及RF應(yīng)用之電極與介電結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施方案。在本裝置中，部分介電材料72延伸到電極1000之下，如點(diǎn)130D所示。通過(guò)將電極1000延伸到介電質(zhì)邊緣的頂部，電極間施加的電場(chǎng)有更多透入介電質(zhì)，因此能使鐵電/光電材料的介電常數(shù)/折射率產(chǎn)生更大的改變。電極的厚度通常1-5微米，電極間的間隙(露出于電極1000間之介電材料72的部分)的寬度通常0.5-25微米，但其它尺寸也能產(chǎn)生操作裝置。圖11、12及13的結(jié)構(gòu)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)裝置的另一優(yōu)點(diǎn)包括電極與裝置粘附。在現(xiàn)有技術(shù)裝置中，通常介電層完全覆蓋基體，且電極是附著在介電材料的頂部。當(dāng)在某些介電質(zhì)(例如BST)的頂部沉積某些導(dǎo)體(例如銅)時(shí)會(huì)發(fā)生粘著的問(wèn)題。經(jīng)由制作介電質(zhì)的圖樣，電極材料主要直接沉積在基體上，因此，電極與介電層間的粘著問(wèn)題可以減少到最低程度。部分重疊也免除了周圍的對(duì)齊，導(dǎo)體與可變電容材料間不會(huì)留下低-k的間隙。電極間的間隙愈緊密，所需的偏壓電壓也愈小。
以CCVD沉積元素所使用的前體列表(不應(yīng)視為限制)，包括銀硝酸銀，三氟乙酸銀，乙酸銀，環(huán)己烷丁酸銀；2-乙基己酸銀鋁硝酸鋁九水合物，乙酰丙酮酸鋁；三乙鋁，仲-丁醇鋁；異-丙醇鋁；二(2-乙基己酸)單氫氧化鋁金氯三乙膦金(I)，氯三苯膦金(I)硼三甲基硼酸，三甲氧基環(huán)硼氧烷(boroxine)鋇2-乙基己酸鋇，硝酸鋇，乙酰丙酮酸鋇水合物，二(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)鋇水合物鉍硝酸鉍(III)五水合物，2-乙基己酸鉍(III)鎘硝酸鎘四水合物，2-乙基己酸鎘鈽2-乙基己酸柿鉻硝酸鉻(III)九水合物；2-乙基己酸鉻(III)，硫酸鉻(III)水合物，六羰基鉻，乙酰丙酮酸鉻(III)銅2-乙基己酸銅(II)，硝酸銅(II)三水合物，乙酰丙酮酸銅(II)水合物鈷環(huán)烷酸鈷，八羰基二鈷，硝酸鈷(II)六水合物鐵硝酸鐵(III)九水合物，乙酰丙酮酸鐵(III)銦硝酸銦(III)水合物，乙酰丙酮酸銦(III)銥六氯銥酸(IV)二氫水合物；乙酰丙酮酸銥(III)；十二羰基四銥鉀乙醇鉀，叔丁醇鉀，2，2，6，6-四甲基庚-3，5-二酮酸鉀鑭2-乙基己酸鑭(III)，硝酸鑭(III)六水合物，乙酰丙酮酸鑭(III)水合物，異-丙醇鑭(III)；三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)鑭(III)鋰2，2，6，6-四甲基庚-3，5-二酮酸鋰，乙醇鋰、叔丁醇鋰鎂環(huán)烷酸鎂，2-乙基己酸鎂，二(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)鎂二水合物，乙酰丙酮酸鎂，硝酸鎂六水合物鉬鉬酸銨四水合物，六羰基化鉬，二氧化鉬(IV)二(乙酰丙酮酸)鈉2，2，6，6-四甲基庚烷-3，5-二酮酸鈉，乙醇鈉，叔丁醇鈉鈮乙氧基錫(V)，四(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)鈮(IV)，2-乙基己酸鈮(IV)
鎳硝酸鎳(II)六水合物，乙酰丙酮酸鎳(II)，2-乙基己酸鎳(II)，環(huán)烷酸鎳(II)，羰基化鎳磷三乙基磷酸鹽，三乙基亞磷酸鹽，三苯基亞磷酸鹽鉛2-乙基己酸鉛(II)，環(huán)烷酸鉛，二(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)鉛(II)，硝酸鉛(II)鈀亞硝酸二氨絡(luò)鈀(diamminepalladium)(II)，乙酰丙酮酸鈀(II)；六氯鈀酸(IV)銨鉑乙酰丙酮酸鉑(II)，六氟乙酰丙酮酸鉑(II)，二苯基(1，5-環(huán)辛二烯)鉑(II)，亞硝酸二氨絡(luò)鉑(II)，硝酸四氨絡(luò)鉑(II)釕乙酰丙酮酸釕(III)硅四乙氧基硅烷，四甲基硅烷，焦硅酸，硅酸，錫氯化錫(II)二水合物、2-乙基己酸錫(II)，四-n-丁基錫，四甲基錫鍶硝酸鍶，2-乙基己酸鍶，二(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)鍶水合物鈦異丙醇鈦(IV)，乙酰丙酮酸鈦，(二-異-丙醇)二(乙酰丙酮酸)鈦，正丁醇鈦(IV)；2-乙基己醇鈦(IV)，二(乙酰丙酮酸)鈦(IV)氧化物鎢六羰基鎢，氟化鎢(VI)，鎢酸釔2-乙基己酸釕(III)，硝酸釕(III)六水合物，異-丙醇釕(IV)，萘甲酸釕(III)鐿硝酸鏡(III)五水臺(tái)物鋅2-乙基己酸鋅，硝酸鋅六水合物，乙酸鋅鋯2-乙基己酸鋯(IV)，正丁醇鋯，六氟乙酰丙酮酸鋯(IV)，乙酰丙酮酸鋯(IV)，正丙醇鋯(IV)，二亞硝酸鋯氧化物。
實(shí)施例1在藍(lán)寶石上沉積BST在本例中，使用CCVD法在C-面藍(lán)寶石上沉積厚度250納米的Ba0.6Sr0.4TiO3涂層。Ba0.6Sr0.4TiO3前體的溶液含有0.0143％(重量)的Sr(形式為2-乙基己酸鍶)，0.0615％(重量)的鋇(形式為2-乙基己酸鋇)、0.0355％(重量)的(二-異-丙醇)二(乙酰丙酮酸)鈦、12.6049％(重量)的甲苯、0.0118％(重量)的異-丙醇、1.5333％(重量)的1-丁醇、以及85.7412％(重量)的丙烷。溶液的流速固定在2.0毫升/分鐘，嘴處氧氣在80psi下的流速為4000毫升/分鐘。在靠近基體前表面所量測(cè)到的氣體溫度在900到1100℃間變化。BST沉積以1，1，1的晶格結(jié)構(gòu)取向附生。
實(shí)施例2在藍(lán)寶石上沉積BST及裝置結(jié)構(gòu)在本例中，使用CCVD法在C-面藍(lán)寶石上沉積厚度377納米的Ba0.6Sr0.4TiO3涂層。Ba0.6Sr0.4TiO3前體的溶液含有0.0143％(重量)的鍶(形式為2-乙基己酸鍶)、0.0615％(重量)的鋇(形式為2-乙基己酸鋇)、0.0355％(重量)的(二-異-丙醇)二(乙酰丙酮酸)鈦、12.6049％(重量)的甲苯、0.0118％(重量)的異-丙醇、1.5333％(重量)的1-丁醇、以及85.7412％(重量)的丙烷。溶液的流速固定在3.0毫升/分鐘，嘴處氧氣在80psi下的流速為4000毫升/分鐘。在靠近基體前表面所量測(cè)到的氣體溫度為1200℃。沉積以1，1，1的晶格結(jié)構(gòu)取向附生。
在形成BST層后，使用常規(guī)涂布方法在BST上形成鉻的結(jié)合層及金的導(dǎo)電層。接著對(duì)鉻及金制作圖樣以形成兩個(gè)50支指狀交叉電容器的電極(與圖2中層22(藍(lán)寶石)24(BST)及26(電極)的結(jié)構(gòu)類似)。在電極間施加1MHz、50mV的信號(hào)，同時(shí)在兩電極間施加DC偏壓電壓，以測(cè)試電容器的可調(diào)電容。
圖5顯示電容器介電常數(shù)隨施加電場(chǎng)改變的曲線圖(須汪意，很有可能有兩條曲線，原因是由于BST內(nèi)的磁滯)。從圖中可看出，當(dāng)施加0-2伏/微米的電場(chǎng)時(shí)，介電常數(shù)從1300到1500內(nèi)變化(大約改變13％)。由于電容正比于介電常數(shù)，因此，電容的改變也大約為13％。
在另一獨(dú)立的測(cè)試中檢查材料的損失特性，將17.4GHz的信號(hào)施加于以該材料成形的共面的波導(dǎo)移相結(jié)構(gòu)。偏壓電壓為OVDC時(shí)的相位為468.1°。偏壓電壓為300VDC時(shí)測(cè)到的相位為427.3°。最差的通過(guò)移相器的損失情況為0.696dB。因此，所量測(cè)的裝置效率(K)為(468.1°-427.3°)/0.696分貝＝58.6°/dB。材料的K是材料效率的精確量度，因?yàn)樗枋隽瞬牧翔F電性質(zhì)所引起的相移量除以信號(hào)損失。當(dāng)然，須了解，至少部分的損失是來(lái)自制作成圖樣的導(dǎo)體與接點(diǎn)電阻之有限的導(dǎo)電率。它存在于所有裝置中。
實(shí)施例3在本例中，使用CCVD法在多晶礬土上沉積Ba0.6Sr0.4TiO3涂層。多晶礬土是較便宜的基體材料，但以現(xiàn)有技術(shù)在礬土上沉積BST所得到的性能不佳。經(jīng)由使用CCVD，可以形成高品質(zhì)的層。Ba0.6Sr0.4TiO3前體的溶液中含有0.0143％(重量)的總(形式為2-乙基己酸鍶)、0.0615％(重量)的鋇(形式為2-乙基己酸鋇)、0.0355％(重量)的(二-異-丙醇)二(乙酰丙酮酸)鈦、12.6049％(重量)的甲苯、0.0118％(重量)的異丙酵、1.5333％(重量)的1-丁醇、以及85.7412％(重量)的丙烷。溶液的流速固定在5.0毫升/分鐘、嘴處氧氣在30psi下的流速為4020毫升/分鐘。在靠近基路前表面所測(cè)到的氣體溫度為1150℃。
實(shí)施例4在本例中，使用CCVD法在藍(lán)寶石上沉積氧化錫銦(ITO)涂層。ITO前體的溶液中含有27.2克0.1％(重量)的銦(其形態(tài)為0.1克乙酰丙酮酸銦溶解于27.2克甲苯)，3.85克0.065％(重量)的錫(其形態(tài)為0.1克的四甲基錫溶解于100克甲苯)，32.9克甲苯及25克丙烷。溶液的流率固定在3.0毫升/分鐘，嘴處氧氣在80psi下的流率為4.41升/分鐘的氧氣。在靠近基體前表面所量測(cè)到的氣體溫度為1000-1020℃。連續(xù)沉積10分鐘。退火后，ITO薄膜具有的電阻系數(shù)為48歐姆/平方(Ω/□)，光通過(guò)有ITO膜和基材的穿透率為穿透沒(méi)有ITO膜的基體的80％。
實(shí)施例5在本例中，使用CCVD法在硼硅酸鹽玻璃上沉積摻雜鎵的氧化鋅(GZO)。GZO前體的溶液中含有11.42克硝酸鋅(5.0％(重量)的鋅)，3.76克的Ga-acac(0.5％(重量)的鎵)，412毫升乙醇，13.5毫升二甲基甲酰胺(DMF)及9毫升乙酸。溶液的流率固定在3.5毫升/分鐘，嘴處氧氣的流率為0.5升/分鐘。在靠近基體前表面所量測(cè)到的氣體溫度為318℃。連續(xù)沉積26分鐘。退火后，GZO薄膜的厚度為500納米，電阻系數(shù)為12歐姆/平方。圖14顯示光通過(guò)有GZO薄膜的基體及沒(méi)有GZO薄膜的基體的透光率。從圖中可看出，與單獨(dú)基體相比，波長(zhǎng)在400到1200納米的光穿透復(fù)合物的穿透率是90％或更高。
實(shí)施例6使用CCVD法在硼硅酸鹽玻璃上沉積摻雜鎵的薄膜，其沉積條件如下前體溶液2.31克2-乙基己酸鋅以及0.88克的乙酰丙酮酸鎵，溶解于400毫升20∶80(體積∶體積)甲苯/異丙醇溶液中。沉積期間，基體溫度為300℃，火焰溫度1300℃，移動(dòng)速率254厘米/分鐘，噴嘴溫度230℃，嘴處氧氣流速為5slm。沉積層的厚度為0.5微米。薄膜在600℃的氮?dú)鈿夥罩型嘶?小時(shí)。測(cè)到的面電阻為27歐姆/平方。
實(shí)施例7使用CCVD法在硼硅酸鹽玻璃上沉積摻雜鎵的薄膜。其沉積條件如下前體溶液1.07克硝酸鋅以及0.44克乙酰丙酮酸鎵，溶解于200毫升97∶3(體積∶體積)的乙醇/n，n-二甲基甲酰胺溶液中?；w溫度為300℃。火焰溫度1200℃，移動(dòng)速率381厘米/分鐘，噴嘴溫度140℃，嘴處氧氣流率為1slm。沉積層的厚度為540納米(0.54微米)。面電阻在12與13歐姆/平方之間。
視應(yīng)用而定，局部外延或減少晶粒邊界的高k介電質(zhì)沉積的厚度從大約0.1納米到10,000納米。對(duì)于多數(shù)應(yīng)用，更佳的是在100到10,000納米之間，在200與3000納米之間，大多數(shù)情況在300到1500納米之間更佳。
雖然是以某些特定的較佳實(shí)施例描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)了解，可做各種修改且不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍。例如外延或減少邊界的沉積可以成形在某些聚合物上、特別是表面的結(jié)晶性與所要沉積的材料的晶格匹配的那些材料。
權(quán)利要求
1.一種用于耦合或修改信號(hào)的可變電子裝置，所述裝置包括可變介電材料部分；以及至少一個(gè)偏壓電極，用以施加電場(chǎng)給所述可變介電材料部分來(lái)改變可變介電材料部分的介電常數(shù)；其中所述偏壓電極薄得足以呈現(xiàn)出對(duì)于信號(hào)的阻抗高于所述可變介電材料部分，且導(dǎo)電性足以施加電場(chǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的可變裝置，其中所述偏壓電極的厚度在5納米到0.5納米之間。
3.如權(quán)利要求1所述的可變裝置，其中所述偏壓電極的DC電阻系數(shù)在10歐姆/平方到10M歐姆/平方之間。
4.如權(quán)利要求1所述的可變裝置，其中所述偏壓電極的DC電阻系數(shù)在100歐姆/平方到1M歐姆/平方之間。
5.如權(quán)利要求1所述的可變裝置，其中形成所述偏壓電極的材料是混合導(dǎo)體。
6.如權(quán)利要求1所述的可變裝置，其中形成所述偏壓電極的材料是以離子導(dǎo)體為主。
7.如權(quán)利要求1所述的可變裝置，其中形成所述偏壓電極的材料是半導(dǎo)體。
8.如權(quán)利要求1所述的可變裝置，其中形成所述偏壓電極的材料是導(dǎo)電氧化物。
9.如權(quán)利要求1所述的可變裝置，其中形成所述偏壓電極的材料具有減少的晶粒邊界或是外延的。
10.一種用于耦合或修改信號(hào)的可變電子裝置，該裝置包括可變介電材料部分以及至少一個(gè)偏壓電極，用以施加電場(chǎng)給該可變介電材料部分來(lái)改變可變介電材料部分的介電常數(shù)；其中該偏壓電極對(duì)信號(hào)的電阻至少比金屬電極的DC電阻高25％，但具有的DC電阻大約等于金屬電極的DC電阻。
11.如權(quán)利要求10所述的可變裝置，其中該偏壓電極對(duì)信號(hào)的電阻比金屬電極的DC電阻至少高100％。
12.如權(quán)利要求10所述的可變裝置，其中該偏壓電極對(duì)信號(hào)的電阻比金屬電極的DC電阻至少高200％。
13.一種用于修改行進(jìn)通過(guò)該波導(dǎo)的光學(xué)信號(hào)的可變光學(xué)波導(dǎo)，該波導(dǎo)包括光電材料部分；以及在該光電材料部分1微米以內(nèi)的至少一個(gè)偏壓電極，用以對(duì)該光電材料施加電場(chǎng)以改變光電材料的折射翠；其中所述偏壓電極的折射率比所述光電材料部分的折射率低且導(dǎo)電性足以施加電場(chǎng)。
14.如權(quán)利要求13所述的可變光學(xué)波導(dǎo)，其中所述至少一個(gè)偏壓電極毗鄰所述光電材料部分。
15.如權(quán)利要求13所述的可變光學(xué)波導(dǎo)，其中所述偏壓電極的厚度介于2000納米到0.1納米之間。
16.如權(quán)利要求13所述的可變光學(xué)波導(dǎo)，其中該偏壓電極的厚度介于50納米到0.5納米之間。
17.如權(quán)利要求13所述的可變光學(xué)波導(dǎo)，它還包括支承所述光電材料部分的基體，其中所述至少一個(gè)偏壓電極至少部分在所述光電材料部分與所述基體之間。
18.如權(quán)利要求13所述的可變光學(xué)波導(dǎo)，其中所述偏壓電極是無(wú)機(jī)物。
19.如權(quán)利要求13所述的可變光學(xué)波導(dǎo)，其中所述薄膜偏壓電極是氧化物。
20.一種可調(diào)光學(xué)濾波器，它可被轉(zhuǎn)變成允許特定波長(zhǎng)的光經(jīng)由它透過(guò)，所述濾波器包括至少一層光電材料；以及毗鄰該光電材料的相對(duì)側(cè)的、用于施加電場(chǎng)通過(guò)該光電材料以改變光電材料的折射率的至少兩層導(dǎo)電材料；其中所述導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性足以施加電場(chǎng)，且是透明或薄得足以允許特定波長(zhǎng)的光透過(guò)。
21.如權(quán)利要求20所述的可調(diào)濾波器，其中該偏壓電極的厚度介于50納米到0.3納米之間。
22.如權(quán)利要求20所述的可調(diào)濾波器，其中該偏壓電極的厚度介于10納米到0.1納米之間。
23.一種形成電子或光學(xué)裝置的方法，該裝置包括基體、介電層及電極層，該方法包括下列步驟在基體的頂部沉積介電材料；在介電材料的頂上沉積光致抗蝕劑層，光致抗蝕劑層覆蓋第一部分的介電層但不覆蓋第二部分的介電層；將第二部分的介電層蝕去；在光致抗蝕劑及基體的頂上沉積導(dǎo)電材料，第一部分的導(dǎo)電材料在光致抗蝕劑的頂上，而第二部分與基體直接接觸；以及去除第一部分的導(dǎo)電材料；其中，保留第二部分的導(dǎo)電材料構(gòu)成電極層。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，去除第一部分的導(dǎo)電材料的步驟是通過(guò)蝕刻光致抗蝕劑進(jìn)行的。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，除去第一部分的導(dǎo)電材料的步驟是通過(guò)拋光第一部分進(jìn)行的。
26.一種用于耦合或修改信號(hào)的可變電子裝置，該裝置包括可變介電材料部分用于使電氣信號(hào)路由通過(guò)可變介電質(zhì)部分的主電極部分以及用于施加電場(chǎng)給該可變介電材料部分以改變可變介電材料部分的介電常數(shù)的至少一個(gè)偏壓電極。
27.如權(quán)利要求26所述的可變電子裝置，其中所述偏壓電極呈現(xiàn)出對(duì)于信號(hào)的阻抗高于所述可變介電材料。
28.如權(quán)利要求26所述的可變電子裝置，其中所述偏壓電極毗鄰所述主電極部。
29.如權(quán)利要求26所述的可變電子裝置，其中所述主電極部在信號(hào)頻率下至少有一個(gè)維度的尺寸至少有集膚深度。
30.如權(quán)利要求26所述的可變電子裝置，其中所述偏壓電極的厚度在200納米到0.3納米之間。
31.如權(quán)利要求26所述的可變電子裝置，其中所述偏壓電極的厚度在50納米到0.1納米之間。
32.如權(quán)利要求26所述的可變電子裝置，其中所述主電極部包括第一及第二主電極；所述至少一個(gè)偏壓電極包括第一及第二偏壓電極；所述第一主電極與所述第一偏壓電極電氣連接；及所述第二主電極與所述第二偏壓電極電氣連接。
33.如權(quán)利要求26所述的可變電子裝置，其中所述至少一個(gè)偏壓電極包括第一和第二偏壓電極；以及所述第一及第二偏壓電極位于所述可變介電材料的相對(duì)的表面上。
34.如權(quán)利要求26所述的可變電子裝置，其中所述至少一個(gè)偏壓電極包括第一及第二偏壓電極；以及所述第一及第二偏壓電極位于所述可變介電材料的同一表面上。
35.如權(quán)利要求26所述的可變電子裝置，其中所述主電極部與所述至少一個(gè)偏壓電極至少間隔50微米。
36.如權(quán)利要求26所述的可變電子裝置，其中所述主電極部與所述至少一個(gè)偏壓電極至少間隔10微米。
37.一種在基體上形成層的局部外延的或減少晶粒邊界的高k介電質(zhì)材料，所述高k介電層直接形成在所述基體上。
38.如權(quán)利要求37所述的材料，其中所述層的厚度介于大約100到大約10000納米之間。
39.如權(quán)利要求37所述的材料，其中所述層的厚度介于大約200到大約3000納米之間。
40.如權(quán)利要求37所述的材料，其中所述層的厚度介于大約300到大約1500納米之間。
41.如權(quán)利要求37所述的材料，其中所述高k介電質(zhì)是鈣鈦礦。
42.如權(quán)利要求37所述的材料，其中所述高k介電質(zhì)是鈦酸鋇鍶。
43.如權(quán)利要求37所述的材料，它還包括與該高k介電質(zhì)相連或在其附近的導(dǎo)電線條。
44.如權(quán)利要求37所述的材料，其中該高k介電質(zhì)摻雜了一種或多種離子，這些離子改變它的可變介電特性。
45.如權(quán)利要求44所述的材料，其中所述摻雜的離子選自鉛、銫、鉭、鈣、鎢、錳、鋰、鈉、鉀、銣、鎂、鈧、鏡、鋯、鉿、釩、鈮、鉻、鉬、锝、鐵、釕、鈷、銠、銥、鎳、鈀、銅、銀、鋅、鎘、汞、鋁、鎵、銦、鉈、鍺、錫、銻、鉍、碘及這些元素的混合物。
46.如權(quán)利要求37所述的材料，其中所述基體是多晶陶瓷。
47.如權(quán)利要求37所述的材料，其中所述基體是聚合物。
48.一種可調(diào)或可變的裝置，包括具有一表面的基體；在部分基體表面上的可變材料；以及作為偏壓電極的電極，該電極與可變介電材料及基體的表面直接接觸。
49.如權(quán)利要求48所述的可調(diào)或可變的裝置，其中電極具有一厚度；毗鄰的電極間隔一間隙，該間隙具有一寬度，以及電極的厚度至少是間隙寬度的50％。
50.如權(quán)利要求49所述的可調(diào)或可愛的裝置，其中電極的厚度至少是間隙寬度的100％。
51.如權(quán)利要求49所述的可調(diào)或可變的裝置，其中電極的厚度至少是間隙寬度的200％。
52.如權(quán)利要求49所述的可調(diào)或可變的裝置，其中可變介電材料具有與基體部分表面接觸的第一表面以及在第一表面對(duì)面的第二表面；以及電極大部分與基體表面接觸。
53.如權(quán)利要求52所述的可調(diào)或可變的裝置，其中電極與可變介電材料的第二表面重疊25微米。
54.如權(quán)利要求52所述的可調(diào)或可變的裝置，其中電極與可變介電材料的第二表面重疊5微米。
55.如權(quán)利要求52所述的可調(diào)或可變的裝置，其中電極與可變介電材料的第二表面重疊1微米。
56.一種摻雜有摻雜劑的氧化鋅薄膜，所述摻雜劑選自鎵、鋁、錫、銦、硼和氟及這些元素的混合物。
57.如權(quán)利要求56所述的薄膜，其中鋅與摻雜劑金屬的摩爾比在大約99∶1至大約90∶10之間。
58.如權(quán)利要求56所述的薄膜，它是沉積在玻璃基體上的。
59.如權(quán)利要求56所述的薄膜，它是沉積在硼硅酸鹽玻璃基體上的。
60.如權(quán)利要求56所述的薄膜，其中所述摻雜劑是鎵。
61.如權(quán)利要求56所述的薄膜，其厚度為0.5微米時(shí)的面電阻大約為25歐姆/平方或更小。
62.如權(quán)利要求56所述的薄膜，其厚度為0.5微米時(shí)的面電阻大約為20歐姆/平方或更小。
63.如權(quán)利要求56所述的薄膜，其厚度為0.5微米時(shí)的面電阻大約為15歐姆/平方或更小。
64.一種前體溶液，它包括含鋅的前體以及摻雜劑前體，該摻雜劑含有選自鎵、鋁、錫、銦的元素及這些元素的混合物，其改進(jìn)是所述前體的溶劑包括乙醇。
65.如權(quán)利要求64所述的前體溶液，其中所述溶劑還包括二甲基甲酰胺，其水平在大約1到大約10體積％之間。
66.如權(quán)利要求64所述的前體溶液，其中所述摻雜劑的前體包括鎵的前體。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有可變或可切換特性的電子及光學(xué)裝置及形成這些裝置的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及形成導(dǎo)電率及折射率會(huì)變化的導(dǎo)電材料與介電材料層以構(gòu)成各種電子及光學(xué)裝置。可調(diào)節(jié)材料的層通過(guò)將外延的或晶粒邊界減少的鈦酸鋇鍶沉積在藍(lán)寶石C－面上來(lái)形成。
文檔編號(hào)H01L21/316GK1636158SQ01817354
公開日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2001年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月25日
發(fā)明者A·T·杭特, M·G·艾倫, D·奇士林, R·E·史瓦瑟, 蔣永東, F·A·葛蘭登, J·維格曼, 趙志勇, M·S·文森, J·E·麥肯汰爾, S·弗蘭根, T·波利, J·S·肯尼 申請(qǐng)人:微涂技術(shù)股份有限公司