專(zhuān)利名稱(chēng)：用于峰值電場(chǎng)抑制的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括至少一個(gè)高靜電電位電極的裝置，它(例如) 具有基本上尖銳的邊緣。尤其是，該高電位電極適于暴露于高電位， 或者有意或無(wú)意地暴露于產(chǎn)生高電位的高靜電場(chǎng)。本發(fā)明還涉及該裝 置在(例如)鐵電器件中的使用，例如，在諸如移相器、濾波器、匹配 電路、天線、可控天線、功率分配器或類(lèi)似器件中的使用。
背景技術(shù)：
對(duì)于一般高壓裝置而言，電極的設(shè)計(jì)是極其重要的。如果它們沒(méi) 有被正確設(shè)計(jì)或或正確放置的話，存在很大的風(fēng)險(xiǎn)使電極周?chē)目諝?發(fā)出弧光、放電以及例如承栽電極的周?chē)牧匣蛞r底材料中的介質(zhì)擊 穿。如果介質(zhì)材料承載著電極，則介質(zhì)擊穿可能發(fā)生在襯底材料中。作為周?chē)牧系目諝?例如)可支持約3-5V^im。對(duì)于所謂的平面電極， 情況尤其糟糕，這是由于平面電極上的高壓在接近邊緣處會(huì)引起高峰 值電場(chǎng)。如果電極位于帶不同的或非常相異的介電常數(shù)的兩個(gè)材料之 間的交界處，該峰值電場(chǎng)一般會(huì)更高。已經(jīng)提出了不同的解決方案來(lái)解決上面提到的問(wèn)題。根據(jù)一種方 法，高壓電極被封裝入硅樹(shù)脂中，以不存在直接鄰近電極邊緣的空氣。 然而，如果電極設(shè)于介質(zhì)襯底或介電層上，硅樹(shù)脂封裝就會(huì)使襯底上 的絕緣強(qiáng)度增加，但是它不對(duì)襯底內(nèi)部產(chǎn)生影響。另一方法是，將器 件浸入絕緣液(isolation fluid)中，但是這種解決方案都存在與在硅樹(shù)脂 中進(jìn)行封裝時(shí)相同的不利情況。根據(jù)第三種方法，在電極之間使用較大的絕緣距離。這當(dāng)然會(huì)減 小電場(chǎng)，并且這會(huì)導(dǎo)致電流的較大的爬電距離。然而，在許多場(chǎng)合， 希望有較大的電場(chǎng)以(例如)提供較好性能的裝置，而在任何情況下這都會(huì)不可避免地導(dǎo)致電極附近的強(qiáng)場(chǎng)。還提出了另一解決方案，根據(jù)該解決方案所有組成部分，尤其是 電極都盡可能地制成圓形，就是將它們修圓，并盡量避免尖銳邊緣。原則上講，這是^^吸引人的解決方案，因?yàn)殡妶?chǎng);故減小了。然而，在 很多場(chǎng)合，制作圓電極很難且4艮昂貴。此外，在電極設(shè)于介電層上的 情況下，當(dāng)介電層或襯底的介電常數(shù)非常高時(shí)，如果要使修圓對(duì)峰值 電場(chǎng)產(chǎn)生有益效果的話，就必須將圓電極插入介電層襯底一半(在允許 借助例如受控的外加電壓來(lái)對(duì)介電常數(shù)進(jìn)行控制的鐵電器件中，介電 常數(shù)通常在100-3000的范圍內(nèi)，盡管它還可以更高，例如高達(dá)20000)。發(fā)明內(nèi)容因此，人們需要一種本文開(kāi)頭提到的裝置，通過(guò)該裝置可以減少 或消除高電位或高壓電極周?chē)l(fā)出弧光、放電和介質(zhì)擊穿(如果適用的 話)的危險(xiǎn)。尤其是，需要這樣的裝置，通過(guò)它能夠抑制或減少產(chǎn)生于 高電位電極周?chē)妶?chǎng)的奇點(diǎn)。尤其是，需要這樣的高壓裝置，通過(guò)該 高壓裝置能夠減少?lài)@尖銳邊緣電極的或與尖銳邊緣電極相關(guān)的峰 值電場(chǎng)，對(duì)于上面討論的圓電才及沒(méi)有插入到介質(zhì)材料某個(gè)程度的情況 也是如此。還需要這樣的裝置，其中能夠避免高峰值電場(chǎng)、放電等， 尤其是對(duì)于帶有平面電極和平面襯底和/或電可控層的平面實(shí)現(xiàn)方式。 更具體地說(shuō)，需要本文開(kāi)頭提及的裝置，通過(guò)該裝置能夠抑制或減少 峰值電場(chǎng)等，并且在電極設(shè)于介質(zhì)襯底材料(其中村底材料能夠電可控) 上時(shí)能夠防止介質(zhì)擊穿。尤其是，需要本文開(kāi)頭提及的裝置，可通過(guò) 施加靜電場(chǎng)而電控制該裝置，例如通過(guò)改變鐵電材料的介電常數(shù)，通 過(guò)該裝置可以在很大程度上減少或消除上述的不利情況。尤其需要這 樣的高壓裝置，在該高壓裝置中即使施加較高的靜電場(chǎng)(有意的，但也 可為無(wú)意的暴露)，也可減少峰ii電場(chǎng)和電場(chǎng)奇點(diǎn)等。尤其是，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供這樣一種的裝置，通過(guò)該裝 置就可以建立起在鐵電器件中盡可能高的靜電場(chǎng)，而不必面臨由于鐵電材料中的介質(zhì)擊穿而引起的其它器件中的可靠性問(wèn)題。尤其是，它 的目的在于防止峰值電場(chǎng)(不管高壓是有意施加的還是非有意施加 的)，即提供一般由高靜電場(chǎng)產(chǎn)生的問(wèn)題的解決方案。特別是，其目 的在于提供一種這樣的裝置，其中電極設(shè)于帶相異介電常數(shù)的兩個(gè)材 料之間的交界處，通過(guò)該裝置能夠在很大程度上減少峰值電場(chǎng)。尤其 是需要這樣的裝置，通過(guò)該裝置，在電極設(shè)于介質(zhì)襯底上的情況下， 當(dāng)裝置或電極暴露于高靜電場(chǎng)下時(shí)，能夠影響并減少所產(chǎn)生的電場(chǎng)， 對(duì)于襯底內(nèi)部所產(chǎn)生的電場(chǎng)也同樣如此，以保護(hù)襯底，或鐵電層。還 需要這樣的裝置，它支持大電場(chǎng)的施加以提供較好的性能。此外還需 要容易制作和可靠的裝置。尤其是，目的在于能夠制作支持強(qiáng)場(chǎng)、抗 老化、可靠且尤其是電可控或可調(diào)的部件，諸如可控天線、移相器、 濾波器、匹配兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的阻抗、功率分配器等。因此，本文開(kāi)頭提及的裝置設(shè)有至少一個(gè)低電位電極部件，或至 少 一個(gè)這樣的電極部件，它帶有 一種與所述至少 一個(gè)高電位電極相關(guān) 的或相對(duì)于參考電位或背景(例如地)電位的電位(按絕對(duì)值(+/-)),以能夠平衡電位，所述低電位或平衡電極(balancing electrode)部件設(shè)置成離 開(kāi)所述至少一個(gè)高電位電極某一距離，或至少部分圍繞著所述至少一 個(gè)高電位電極，且至少一個(gè)電阻配置將各所述高電位電極與各相鄰的 低電位或平衡電位電極相連接，從而所述電阻配置具有低導(dǎo)電率，卻 不是絕緣的，以能夠在所述高電位電極(一個(gè)或多個(gè))或所述低電位或 平衡電位電極(一個(gè)或多個(gè))之間提供基本線性的電壓降，從而抑制接 近高電位電極的(可能為尖銳的)邊緣處的峰值電場(chǎng)或電場(chǎng)奇點(diǎn)。在一個(gè)特別有利的實(shí)現(xiàn)方式中，高電位電極(一個(gè)或多個(gè))設(shè)置在 帶不同介電常數(shù)的介電層上，允許裝置的電控制或調(diào)節(jié)。根椐本發(fā)明， 尤其是，在鐵電層即帶有可變及因此而可調(diào)或可控的介電常數(shù)的介電 層上，設(shè)有高電位電極(一個(gè)或多個(gè))、低(或平衡)電位電極(一個(gè)或多 個(gè))和電阻膜配置。在這種實(shí)施例中，所述裝置尤其包含或連接到一個(gè) 電控部件，該電控部件包括適于將電場(chǎng)加到鐵電層以控制或調(diào)節(jié)介電常數(shù)的電壓產(chǎn)生部件或施加部件。在一個(gè)實(shí)施例中，至少高電位電極(一個(gè)或多個(gè))是平面電極，意 指它們?cè)O(shè)于至少部分平面的表面上，其中至少一個(gè)電極尺寸和其它兩 個(gè)或一個(gè)相比很薄。如果高電位電極設(shè)于鐵電材料上，即帶不同介電常數(shù)的介質(zhì)材料上，則這種鐵電材料可以包括陶瓷材料，例如BST材料或具有類(lèi)似性質(zhì)的材料。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，接地電極設(shè)于鐵電層 的一側(cè)，該側(cè)與高和低(平衡)電位電極的設(shè)置側(cè)相對(duì)。如果低電位或 平衡電位電極不是接地電極，那么它尤其至少是帶有與高電位電極(一 個(gè)或多個(gè))的電位相當(dāng)不同的電位的電極。該裝置可以包括一個(gè)、兩個(gè) 或多個(gè)高電位電極。如果存在至少兩個(gè)高電位電極，那么它們可以具 有相同電位或不同電位，可以是很小程度的電位區(qū)別或很大程度的電 位區(qū)別，或是位于其間的任意狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，電阻配置可以包括高電阻率膜(high resistivity film)。 該電阻配置(尤其是高電阻率膜，但實(shí)際上與何種電阻配置無(wú)關(guān))可 對(duì)于不同的應(yīng)用有不同的(表面)電阻，但是范圍在1-10.000兆歐姆/平 方內(nèi)的值對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合而言是足夠的。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中， 該電阻配置具有約50-150 (尤其是約100)兆歐姆/平方的電阻率。尤其是，選擇用于電阻配置的材料的電阻率受到在使用的最大電 壓處涉及裝置的最大功率消耗和/或最大允許發(fā)熱所要求的向下的限 制，和/或?qū)τ谝恍┪⒉☉?yīng)用而言的微波傳送能力所要求的向上的限 制，尤其是高壓處快速反應(yīng)時(shí)間所要求的向上的限制。應(yīng)當(dāng)明白，如 果不受到以上討論的向下的/向上的限制，則可以任選電阻率。在一些特殊實(shí)現(xiàn)方式中，電阻配置可以由SrTi03和LaMn03膜構(gòu)成。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述裝置可以包括薄膜配置，即用薄膜工藝 形成的配置。在其它的實(shí)現(xiàn)方式中，可以包括例如采用"厚膜"或三 維配置的裝置，其中作為實(shí)際上二維薄膜的替代，也可以在電極周?chē)?和電極之間使用具有較高、但導(dǎo)電率有限的三維充填物。電阻配置，尤其是薄膜應(yīng)用場(chǎng)合中的電阻膜可以包括鎳鉻合金(NiCr)、 Cr、 Ta,氧氮化鉭，或氮化鉭或類(lèi)似性質(zhì)的材料，以及例如包括(例如)Cr和一氧化硅的混合物或Cr-SiO材料的介質(zhì)基體中金屬微粒的材料。這些材料尤其適用于薄膜工藝(thin film technology),否則最好使用SrTi03和/或LaMnCb或具有類(lèi)似性質(zhì)的其它材料。對(duì)于厚膜實(shí)現(xiàn)方式，該電阻配置可特別地具有約5-10pm的厚度，電極可以具有約10pm的厚度，并設(shè)置在厚度約為0.5-10mm范圍內(nèi)的介電層上。須知，電阻配置還可以厚于10|im，例如厚達(dá)50pm或以上。不管是厚膜配置還是薄膜配置，它都可以是平面配置(具有很高 電阻率的電阻配置)。根據(jù)一些實(shí)施例，該電阻配置設(shè)置成基本上圍繞著高電位電極 (或需要平衡的多個(gè)電極)。在其它實(shí)施例中，電阻配置設(shè)于高電位電 極(一個(gè)或多個(gè))和〗氐電位或平衡電位電極(一個(gè)或多個(gè))之間，或可相應(yīng) 地設(shè)置成既圍繞著又位于高和低/平衡電位電極之間。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，高電位及低電位或平衡電位電極可位于(例 如)電可調(diào)的介質(zhì)材料的兩個(gè)相對(duì)側(cè)，即兩層/多層結(jié)構(gòu)也是可能的。 尤其是，該電阻配置設(shè)于兩個(gè)相對(duì)側(cè)上，分別位于各高電位電極和各 相鄰的低電位或平衡電位電極(一個(gè)或多個(gè))裝置之間。在 一 些可選實(shí)施例中，該電阻配置包括預(yù)設(shè)漏電流(deliberate leakage current),該預(yù)設(shè)漏電流纟皮允許流入電可控或可調(diào)的介電層或非 可控配置中的任何其它襯底中，或任何其它襯底中(如果可控的話)。 或者，設(shè)置有硅樹(shù)脂或絕緣液，以或多或少地覆蓋電阻配置。至少在一定程度上，電阻配置可直接或間接地連接低電位或平衡 和高電位電極。電阻配置還可直接接觸電極，或者是低電位電極/平衡 電位電極，或者是高電位電極。為進(jìn)一步改善所述裝置，另外還可將高電位電極(一個(gè)或多個(gè))封 裝到硅樹(shù)脂中或浸到絕緣液中，與傳統(tǒng)技術(shù)一樣。所述裝置可以具有 延伸部，它尤其是平面的和/或它是圓形、卵形的、正方形的、矩形的或、橢圓形的、梯形的或不規(guī)則形狀等，換言之，可以具有取決于應(yīng) 用場(chǎng)合的任何適當(dāng)形狀。高電位和/或低(平衡)電位電極可以是印刷的或?yàn)R射/鍍覆的(sputtered/plated)且在介電層中被蝕刻的，或者一些其它 適當(dāng)?shù)囊r底層，它獨(dú)立地起襯底作用，或作為提供可控意義上的活性 層(active layer)。在一些特殊實(shí)現(xiàn)方式中，至少兩個(gè)高電位電極設(shè)置成 相互離開(kāi)一定距離，約為0.1-10mm,或例如數(shù)ium，例如3-30pm或 更小，例如在薄膜鐵電器件和集成電路中，當(dāng)然還可以使用其它距離， 這取決于施加的電壓或電極暴露處的電壓。應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明的概念涵蓋了如下情況，在(高電位和/或低電 位和/或平衡)電極設(shè)于(例如鐵電的)襯底上時(shí)，以及它們或它們中一些 不是設(shè)于襯底上時(shí)，在低電位或平衡電位電極處會(huì)產(chǎn)生高電位(峰值電 場(chǎng))，例如由于高電位電極而產(chǎn)生，并且通過(guò)本發(fā)明可以抑制這種峰值 電場(chǎng)。還需要清楚，此概念還適用于(例如)帶有或不帶有尖銳邊緣的 高電位電極，這些電極例如還可以加工成橢圓形，或具有基本圓形的 截面或任何其它的形狀，其中存在高電位或會(huì)在其它地方產(chǎn)生高電 位，例如在低電位或平衡電位電極附近。該電阻配置，例如膜層可以(例如)包括SrTi03+LaMn03，基于例 如RuRu02、 PbRu207 4 BiRu〇7或聚合電阻材料(polymetic resistor material),基于BaPb03、 TaN、 NiCr、 CrSi、 TaSi、 TiW、釕或AgPt 的金屬陶瓷。作為制作方法可以使用(例如)濺射、鍍覆、絲網(wǎng)印刷。襯底，例 如介電質(zhì)(dielectricum),可以是鐵電陶瓷材料，A1302， A1N， LTCC(低 溫共燒陶瓷)，有機(jī)電路板等。所述裝置尤其可用于基于鐵電的移相器、濾波器、匹配電路、可 控天線、功率分配器或類(lèi)似器件。


以下參考附圖以非限制方式進(jìn)一步介紹本發(fā)明，其中圖1A是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的 一 實(shí)現(xiàn)方式的裝置的剖視圖； 圖1B是圖1A中的裝置的示意性俯視圖；圖2是根據(jù)另一實(shí)施例的裝置的剖視圖，其中高電位電極設(shè)于鐵 電層上；圖3說(shuō)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平的裝置的模擬等位線，它對(duì)應(yīng)于圖2 但在頂部沒(méi)有電阻膜和接地電極；圖4是類(lèi)似于圖3的模擬等位線圖，它說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明概念的一 個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，例如對(duì)應(yīng)于圖2的裝置；圖5A是根據(jù)本發(fā)明概念的、具有并非一定圍繞著平面電極的三 維填充物的通用實(shí)現(xiàn)方式的示意圖；圖5B是圖5A裝置的三維透視圖；圖6表示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的裝置，其中具有不同電位的兩個(gè)高電 位電極設(shè)于介電層上；圖7是帶兩個(gè)高電位電極的圓形裝置的實(shí)施例的俯視圖，兩個(gè)高 電位電極都具有相同電位；圖8是具有部分由低電位裝置圍繞的兩個(gè)高電位電極的裝置的示意圖；圖9是橢圓形裝置的俯視圖，其中有帶兩種不同電位的兩個(gè)高電 位電極；圖10是設(shè)有一個(gè)高電位電極的裝置的俯-現(xiàn)圖，該高電位電極由 四個(gè)低電位電極圍繞；圖11A是具有設(shè)于介電層兩側(cè)的高壓電極的多層裝置的俯視圖 (圖11A中只示出了上側(cè))；以及圖IIB是圖IIA的裝置的剖視圖。
具體實(shí)施方式
圖1A用裝置IO說(shuō)明本發(fā)明概念的基本實(shí)現(xiàn)方式，在裝置10中， 具有電位V！的圓盤(pán)狀的高電位電極1A在此例中由環(huán)狀的低電位電極2A圍繞，這里的低電位電極2A具有電位V(h，它可以是例如零V或 基本接地。在高電位電極1A和低電位電極2A之間設(shè)有電阻配置3A。 高電位電極和低電位電極之間的間隔應(yīng)該至少能夠(諸如)防止空氣 (約3-5kV/mm)中的介質(zhì)擊穿，假設(shè)電場(chǎng)由于電阻配置而"平均地發(fā)出 (evened out)"。如果另加珪封裝，該距離可以減少例如約2-5倍，其它 材料因此就成了限制因素。在其它實(shí)施例中，4氐電位電極還可以只-沒(méi)于高電位電極的一側(cè)， 或設(shè)于兩側(cè)或三側(cè)等，這將在下文做進(jìn)一步介紹，具體取決于應(yīng)用和層，因?yàn)樗鼘?duì)于本發(fā)明概念的功能而言實(shí)際上是不必要的，本發(fā)明的 概念只是基于存在(例如)具有基本尖銳的邊緣的一個(gè)或多個(gè)高壓或高 電位電極，而存在產(chǎn)生于邊緣處的強(qiáng)靜電峰值電場(chǎng)的危險(xiǎn)或產(chǎn)生于電 極周?chē)膱?chǎng)奇點(diǎn)的情況。說(shuō)到電場(chǎng)奇點(diǎn)的發(fā)生，需要注意的是，問(wèn)題 可能會(huì)在圍繞區(qū)域及任何其它相鄰材料或襯底層中。舉例來(lái)說(shuō)，高壓 可以是mm間隙上的kV電壓，但是也可能是更高的電壓以及更低的 電壓，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，它可以低至20伏或幾伏，^f旦只是在pm寬 的間隙上。然而，在有意地施加電場(chǎng)或電位的情況下，例如為了使得 裝置可控，理想的做法通常是能夠使用盡可能大的場(chǎng)強(qiáng)以實(shí)現(xiàn)較好性 能和較好的可控性。圖1B是圖1A中的裝置的俯視圖。圖2表示根據(jù)本發(fā)明概念的裝置20的實(shí)施例，其中介質(zhì)材料4B 上設(shè)有一高壓電極(或更一般地稱(chēng)為高壓區(qū)域1B)，其中可包括一個(gè) 或多個(gè)電極，介質(zhì)材料4B是具有可控介電常數(shù)的介質(zhì)材料，即該材 料可借助外加靜電場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)介電常數(shù)。4艮據(jù)本發(fā)明，高電阻率配置或 連接3B!， 3B2設(shè)于不同電極之間，此處為高壓電極1B和低電位電極 2B!、 2B2之間，2B!、 2B2具有相同或不同的電位，重要的是具有低電 位，例如基本上接地，或具有用以平4纖高電位電極1B的電位。在圖2的實(shí)施例中，采用了所謂平面工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)連接不同高壓電 極的構(gòu)思。平面鐵電層4B例如包括陶瓷，其上印刷或?yàn)R射/鍍覆并蝕刻了導(dǎo)通區(qū)域(電極)和電阻區(qū)域(電阻配置)。高壓或高電位電極1B具有以接地層5B為基準(zhǔn)的高電位，接地層5B位于鐵電層4B的對(duì)側(cè)或 背側(cè)。為了抑制圍繞著高壓電極或高壓區(qū)域1B的電極邊緣的電場(chǎng)集 中，兩個(gè)可接地的低電位電極2B!， 2B2設(shè)在位于鐵電層4B頂部的高 電位電極1B的兩側(cè)或多側(cè)。高電阻率配置3B^ 3B2(例如包括高電 阻率膜)將高電位電極1B連接到低電位電極或4妻地電極2B^ 2B2。 通過(guò)這種方式提供了電流的穩(wěn)定傳輸，這可以確保從高電位電極IB 到低電位電極2B!， 2B2的線性電壓降。如此，就可避免接近高電位電 極1B處的電場(chǎng)集中，否則就會(huì)導(dǎo)致這種結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，該 電阻配置包括介電層表面上的高電阻率膜。在其它實(shí)施例中，該電阻配置可包括預(yù)設(shè)漏電流，該漏電流設(shè)于 襯底或鐵電層自身，或可任選地設(shè)于阻性硅樹(shù)脂或圍繞著電極的電阻 液(resistive fluid )中。在一個(gè)實(shí)施例中，鐵電層的厚度可約為lmm，而電極的厚度可為 約10|im。然而應(yīng)當(dāng)清楚，給出這些圖只是出于示范性目的。此實(shí)施 例表示基于平面工藝的實(shí)現(xiàn)，4旦并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)薄膜工藝。還應(yīng)當(dāng)明白， 本發(fā)明的概念還適用于其它平面工藝、基于薄膜工藝的實(shí)現(xiàn)方式等， 也可適用于非平面工藝。然而，在此具體實(shí)施例中，100兆歐姆/平方量級(jí)的電阻率是合適 的。這也只是示范性的值，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，還可以使用低得多的電阻 率，例如低至小于或只有幾兆歐姆/平方，以及使用高達(dá)一個(gè)或多個(gè)吉 歐姆/平方的電阻率。 一般而言，所用的電阻配置中的電阻率的下限可 以根據(jù)如下要求而設(shè)定最大直流功耗要求和/或涉及裝置的最大發(fā)熱穿透。上限可以例如取決于快速反應(yīng)時(shí)間(fast reaction time)的要求而 設(shè)定，使其能夠處理高壓處的快速變化。可采用不同的材料。作為示例可以有混合了 LaMn03的SrTi03， 例如0.5SrTiO3， 0.5LaMnO3，絲網(wǎng)印刷成約lOprn的厚度并在高溫例如約1200。C下燒結(jié)。薄膜工藝還可用于電阻膜。 一例適合材料可以是Ni， Cr，例如鎳 鉻合金(80。/。Ni, 20%Cr)。除了 Ni-Cr薄膜電阻材料之外，Cr、 Ta、氧氮化鉭、氮化^:和其 它材料也可用于薄膜電阻配置的制作。能夠用于薄膜電阻器的其它可能的可選材料是介質(zhì)基體中金屬 微粒的固溶體，例如Cr和一氧化硅的混合物。圖3表示只描述了背側(cè)接地(backside ground)特征的、現(xiàn)有技術(shù)的 裝置10o的模擬等電位線。可以看出，電位線集中于接近電極邊緣處， 這對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)集中(field concentration)。在此圖中，相鄰等位線之間存 在10%的電位差。圖4是類(lèi)似于圖3的、根據(jù)本發(fā)明概念的裝置IO'的圖，其中低 電位電極或接地電極設(shè)于高電位電極的任一側(cè)，并且在其與高電位電 極之間如上所述地設(shè)有電阻配置。(為了清晰起見(jiàn)，在此圖中沒(méi)有示出， 但是本文所介紹的任一裝置均可構(gòu)成裝置10'。)此圖中，電位線間的 距離沿著襯底表面恒定。本發(fā)明的重大優(yōu)點(diǎn)在于還能抑制襯底內(nèi)部(如 果作這樣的設(shè)置)的奇點(diǎn)或峰值電場(chǎng)。這對(duì)于村底長(zhǎng)期的高壓可靠性是 很關(guān)鍵的。極其有利的是，通過(guò)本發(fā)明概念的實(shí)現(xiàn)，圍繞著例如尖銳的邊緣 電極，尤其是平面電極的峰值電場(chǎng)可得到抑制，并且(如果作相應(yīng)的 設(shè)置)在襯底內(nèi)部和襯底上的峰值電場(chǎng)也可被抑制，尤其是在可電控 的襯底上。這會(huì)對(duì)這類(lèi)裝置的性能和可靠性有實(shí)質(zhì)影響。在不同實(shí)施例中，其中 一種或多種已知技術(shù)也可與本發(fā)明概念結(jié) 合，以(例如)增加襯底上的絕緣強(qiáng)度。應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明的概念能夠以不同的方式改變，關(guān)鍵在于提供 到電阻性低電位(按絕對(duì)值)電極或也到高平衡(例如符號(hào)相反的)電位 電極的連接，這些電極提供來(lái)自高電位(按絕對(duì)值)電極邊緣的穩(wěn)定電 流，使電壓線性地降低。以下，參考附圖簡(jiǎn)要介紹一些示例。圖5A示意說(shuō)明了 一般情況，其中設(shè)有兩個(gè)三維的高電位電極d，c2,它們分別具有可以不同也可以相同的第一高電位v41、 v42。電阻配置2C圍繞著三維或高電位電極設(shè)于三維盒子內(nèi)。此處假設(shè)大地為 低電位。圖5B是圖5A裝置的示意性透視圖。圖6表示另一例實(shí)現(xiàn)方式，其中兩個(gè)高電位電極ID" 1D2設(shè)于 任意的介電層4D上。根據(jù)本發(fā)明的概念，低電位電極2D!， 2D2設(shè)于 高電位電極各自的外側(cè)，且電阻配置3d3、 3D2、 3D3設(shè)于所有電極之 間。此處假設(shè)，高電位電極1D!， 1D2具有不同的電位V51， V52，而 低電位電極基本上接地或具有相同電位Vq5。然而，高壓電極能夠具 有不同或甚至很不相同的電位(在絕對(duì)值上)或只是略微區(qū)別，并且低 電位電極也可以具有不同電位?；蛘?，附加的電極可以包括(例如)與 高電位電極符號(hào)相反的平衡電極。圖7示意表示一例帶兩個(gè)高電位電極IEp正2的圓形裝置，具有 相同的電位Ven,且設(shè)在具有相同電位V06的低電位電極2E,， 2E2， 2E3之間，電位V06可以是接近地的。這些電極還由高電阻率配置3E 所圍繞。應(yīng)當(dāng)明白，此處還可以是有更多高電位電極，只有一個(gè)高 電位電極，帶不同電位的多個(gè)高電位電極等情況，并且低電位電極可 以包括平衡電極。圖8很示意地表示帶兩個(gè)高電位電極1Fp 1F2的另一實(shí)現(xiàn)方式， 電極1F,， 1F2具有不同的電位V71， V 2并由高電阻率配置3F圍繞。 此例中設(shè)有低電位電極配置2F,它圍繞著第二高電位電極2F2的兩個(gè) 外側(cè)和高電位電極1F,的一個(gè)外側(cè)，并假設(shè)是半矩形外緣的形狀。應(yīng) 當(dāng)明白，此例中，除了只有一個(gè)高電位電極的情況以外，還可以有更 多的高電位電極，它們可具有不同的電位或相同的電位等。圖9表示帶兩個(gè)高電位電才及1G!， IG2的橢圓體實(shí)現(xiàn)方式，電極 1Gp IG2具有不同電位V81, V82，并由高電阻率配置3G圍繞。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)高電位電極"叚定或多或少對(duì)稱(chēng)的狀態(tài))中的 一個(gè)在此處稱(chēng)為平衡電極，使得電位的平均值接近地電位。假設(shè)電阻配置3G要比電極大的多。那么該電阻配置的外緣將不用設(shè)圍繞電極地自動(dòng)處 于接近于零電位的電位。因此，其中一個(gè)"高"電位電極是另一個(gè)的平 衡電極，反之亦然。當(dāng)然它也可以由一個(gè)低電位電極(未示出)圍繞。圖10很示意地描述了另 一實(shí)現(xiàn)方式，其中高電位電極1H在四側(cè) 由低電位(或平衡)電極2H1， 2H2, 2H3, 2H4圍繞，所有低電位電極 都處于電位Vq9。此處假設(shè)高電位電極具有電位V9。電阻配置3H此 處圍繞著所有電極?；蛘撸部蓛H在低電位電極2H1至2H4和高電位 電極IH之間設(shè)電阻配置3H。最后，圖IIA是一個(gè)實(shí)施例的俯視圖，其中處于高壓V皿處的高 電位電極1K,設(shè)于鐵電材料的頂部，即可調(diào)的介質(zhì)材料4K上(圖IIB)， 在介質(zhì)材料4K的相反側(cè)設(shè)有另 一高電位電極IK2(在V旭處)(圖IIB)。 高電位電極1K,1K2分別由由低電阻率配置3K!， 3K2圍繞，并且外 面由低電位電極圍繞。在設(shè)置第一高電位電極l&的一側(cè)設(shè)有電阻配 置3K^而在設(shè)置第二高電位電極1K2的相反側(cè)，設(shè)有電阻配置3Kz。 在此具體實(shí)施例中，假設(shè)鐵電層4K或一般村底層可以被微波穿透。 在此實(shí)施例中，高壓電極1K,和后側(cè)電極1K2應(yīng)該具有受限的導(dǎo)電率 和厚度，以允許微波通過(guò)。這在基于鐵電體調(diào)節(jié)的配置中是很有用的。 因此，假設(shè)用于高電位電極的電極材料是低微波吸收電極材料。它與 電阻膜相類(lèi)似，但是其電阻率要低一個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)然可使用任何這種 材料。須知，本發(fā)明的概念并不限于已明示的實(shí)施例，相反它能夠以多 種方式改變。例如可以具有相互接近的很不同的高電位電極，例如在 鄰近-10000V電位的電極處的(例如)10000V的甚高電位電極。在這種 實(shí)施例中，它們都由低電位電極、或帶接近于零電位的電極圍繞。因 此，文中高電位電極還指設(shè)于很低(負(fù))電位處的電極，并且本發(fā)明的 概念適用于帶很不同電位的電極，其中設(shè)有低電位電極，以使得(例如)能夠部分或完全圍繞包括一個(gè)或多個(gè)這類(lèi)電極的電極配置，或者(可 選地或另設(shè)地)在所有相應(yīng)電極之間，并且原則上也可采用若干變型 圍繞，部分圍繞，或圍繞著相應(yīng)電極的一側(cè)。應(yīng)當(dāng)明白，電阻配置和 低電位電極能夠相對(duì)于高電位電極以多種不同方式設(shè)置，高電位電極 是上述意義的高電位電極，或在兩個(gè)電極或部件之間存在很大電位差 時(shí)，低電位電極(一個(gè)或多個(gè))和電阻配置可以設(shè)置成圍繞或設(shè)于其間，或只是位于其間等。然而，如果存在一個(gè)高電位電極(例如在約8000V 處或在約-8000V處)的話，就相應(yīng)地在例如約-8000V或+8000V處設(shè) 置平衡電位電極，如果是對(duì)稱(chēng)的話，這意味著低電位電極將由平衡電 位電極替代，即沒(méi)有必要使用"低"電位電極。還應(yīng)明白，通常有許 多不同的材料可用于電阻配置、電極、可控層或村底層，這里只提到 了很少幾種，這是由于對(duì)于了解本文的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然會(huì) 知道其它可用的材料。還應(yīng)明白，本發(fā)明的裝置也可應(yīng)用于其中電場(chǎng) 奇點(diǎn)或峰值電場(chǎng)可能導(dǎo)致不良后果的各種各樣的部件中。
權(quán)利要求
1.一種裝置(10；20；30；40；50；60；70；80；90)，包括具有就絕對(duì)值而言的高電位的至少一個(gè)高電位電極(1A；1B；1C1，1C2；1D1，1D2；1E1，1E1；1F1，1F2；1G1；1H；1K1，1K2)，它適于被有意地設(shè)于高電位或無(wú)意地暴露于高靜電場(chǎng)或高電位中，其特征在于，它包括至少一個(gè)低電位電極部件(2A；2B1，2B2；2C；2D1，2D2；2E1，2E2，2E3；2F；2H1-2H4；2K1，2K2)或平衡電位電極部件(1G)，所述低電位電極部件或平衡電位電極部件設(shè)置成離開(kāi)所述至少一個(gè)高電位電極某一距離或設(shè)置在其附近，且至少部分地圍繞著所述至少一個(gè)高電位電極，它還包括至少一個(gè)電阻配置(3A；3B1，3B2；3C；3D1，3D2，3D3；3E；3F；3G；3H；3K1，3K2)，基本上將所述高電位電極中的各電極與各相鄰的低電位或平衡電位電極部件(2A；2B1，2B2；2C；2D1，2D2；2E1，2E2，2E3；2F；2H1-2H4；2K1，2K2；1G2)連接起來(lái)，所述電阻配置(3A；3B1；3B2；3C；3D1，3D2，3D3；3E；3F；3G；3H；3K1；3K2)具有低導(dǎo)電率但并非絕緣，以能夠在所述高電位電極(1A；1B；1C1，1C2；1D1，1D2；1E1，1E2；1F1，1F2；1G1；1H；1K1，1K2)和所述低電位或平衡電位電極(2A；2B1，2B2；2C；2D1，2D2；2E1，2E2，2E3；2F；2H1-2H4；2K1，2K2；1G2)之間實(shí)現(xiàn)基本上線性的電位變化，以抑制產(chǎn)生于所述高電位電極、低電位或平衡電位電極(1A；1B；1C1，1C2；1D1，1D2；1E1，1E2；1F1，1F2；1G1；1H；1K1，1K2；2A；2B1，2B2；2C；2D1，2D2；2E1，2E2，2E3；2F；2H1-2H4；2K1，2K2；1G2)中任意一個(gè)附近的峰值電場(chǎng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述高電位電極 (1A; IB; Id, 1C2; ID!， 1D2; 1E^ 1E2; IF!, 1F2; 1G；1H; IK!， 1K》設(shè)于介電層(4B; 4D; 4K)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述介電層(4B; 4D; 4K)具有可變的介電常數(shù)，例如包括鐵電層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的裝置，其特征在于，所述高電 位電極(1A; 1B; ld， 1C2; 1D，1D2; IE" 1E2; IF" 1F2; 1G； 1H; IK" 1K2)、所述低電位電極(2A;2B2; 2C; 2D!， 2D2; 2E!， 2E2， 2E3; 2F; 2H廣2H4; 2K!， 2K2)或所述平衡電位電極(1G2)以及電 阻膜配置(3A; 3B!， 3B2; 3C; 3D,， 3D2， 3D3; 3E; 3F; 3G; 3H; 3&， 3K2)設(shè)于具有可控介電常數(shù)的鐵電層(4B; 4D; 4K)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2、 3或4的裝置，其特征在于，它包含或連接 到電控部件，所述電控部件包括適于將電場(chǎng)加到所述鐵電層(4B; 4D; 4K)以控制所述介電常數(shù)的電壓產(chǎn)生或施加部件。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，它包 括具有高電位電極、低電位或平衡電位電極(2A; 2B1; 2B2; 2C; 2D!， 2D2; 2E!， 2E2， 2E3; 2F; 2H廣2H4; 2K!， 2K2; 1G2)的平面結(jié)構(gòu)，且 最好為平面襯底層(4B; 4D; 4K)，例如介電層或鐵電層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2-6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 鐵電材料包括陶瓷材料，諸如BST材料或具有類(lèi)似性質(zhì)的材料。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，它包 括兩個(gè)或多個(gè)高電位電極(ld; 1C2; ID" 1D2; 1E!， 1E2; IF,, 1F2; IK!， 1K2)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述至少兩個(gè)高 電位電極具有至少兩個(gè)不同的電位(V!, V2)。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述電阻配置(3A; 3B!， 3B2; 3C; 3D,, 3D2， 3D3; 3E; 3F; 3G; 3H; 3K,， 3K》包括高電阻率膜，或所述電阻配置(3A; 3B，3B2; 3C; 3D!， 3D2, 3D3; 3E; 3F; 3G; 3H; 3K1; 3K2)包括允許流入所述電可調(diào)介 電層(4B; 4D; 4K)或流入圍繞石圭樹(shù)脂材料或絕緣液的漏電流。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中^^一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 電阻配置(3A; 3B!， 3B2; 3C; 3D!, 3D2， 3D3; 3E; 3F; 3G; 3H; 3K!， 3K2)具有1-10.000兆歐姆/平方量級(jí)的表面電阻。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所迷的裝置，其特征在于，所述電阻配置 (3A; 3B，3B2; 3C; 3D!， 3D2, 3D3; 3E; 3F; 3G; 3H; 3K，3K。 具有約50-150、尤其為約100兆歐姆/平方的電阻率或表面電阻。
13. 至少根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述電阻 配置(3A; 3Bp 3B2; 3C; 3D!， 3D2, 3D3; 3E; 3F; 3G; 3H; 3!Q， 3K2)例如膜層，包括諸如絲網(wǎng)印刷的SrTi03和LaMn03或類(lèi)似的電阻性的厚膜。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，它 包括薄膜。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所迷的裝置，其特征在于，所述電阻性的 薄膜包括鎳鉻合金(NiCr) 、 Cr或Ta。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1-13所述的裝置，其特征在于，它包括厚膜 配置，或三維配置。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所迷的裝置，其特征在于，所述電阻配置(3A; 3B!， 3B2; 3C; 3D!, 3D2， 3D3; 3E; 3F; 3G; 3H; 3K!， 3K2) 具有約5-10|iim的厚度，并且所述電極具有約10pm的厚度，且設(shè)于厚 度約0.5-10pm的介電層上。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，它 是平面的，或包括平面電極和平面介電層或平面襯底層(4B; 4D; 4K)。
19. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所迷 電阻配置(3A; 3B!， 3B2; 3C; 3D,， 3D2， 3D3; 3E; 3F; 3G; 3H; 3K" 3K2)設(shè)成圍繞著所述高電位電極(1A; 1B; 1C" 1C2; ID" 1D2; 1E!， 1E2; IF!， 1F2; 1G；1H; IK!， 1K2)。
20. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 電阻配置設(shè)于所述高電位電極和所述低電位或平4耔電位電極之間。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1-20中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，高 電位(1K!， 1K2)和低電位或平衡電位電極(2K!， 2K。在電可調(diào)介電層 (4K)的兩對(duì)側(cè)均設(shè)有。
22. 至少根據(jù)權(quán)利要求2或3的裝置，其特征在于，接地電極(5B) 設(shè)在介電或鐵電層(4B)的一側(cè)，該側(cè)與所述高電位電極(1B)和低電位 或平衡電位電極(2B!， 2B》的設(shè)置側(cè)相對(duì)。
23. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，它具 有圓形的、卯形的、方形的、矩形的或橢圓的平面或三維延伸部。
24. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 高電位和/或低電位和/或平衡電位電極(lA; 1B; ld， 1C2; 1D!， 1D2; IE" 1E2; IF" 1F2; IG!; 1H; IK" 1K。還另外封裝在硅中或浸入絕緣液中。
25. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 高電位和/或低電位或平〗衧電位電招j皮印刷或?yàn)R射/鍍覆和蝕刻在介電例如鐵電襯底(4B; 4D; 4K)上。
26. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng).所述的裝置，其特征在于，至少 一個(gè)高電位電極(1A; 1B; ld， 1C2; 1D!， 1D2; 1E!， 1E2; 1F!， 1F2; 1G；1H; 1K!， 1&)設(shè)置成離開(kāi)任何其它電極約0.1-lOmm的距離， 這對(duì)于厚膜處理而言是典型的；或離開(kāi)數(shù)例如3-30pm或近似的距 離，這對(duì)于包括半導(dǎo)體村底上的處理在內(nèi)的薄膜處理而言是典型的。
27. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 高電位電極和/或所述低電位電極和/或所述平衡電位電極具有尖銳的邊緣。
28. 根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90)在基于鐵電的移相器、濾波器、匹配電路、可控 天線、功率分配器或類(lèi)似器件上的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置(10)，該裝置包括具有絕對(duì)值意義上的高電位(V₁)的至少一個(gè)高電位電極(1A)，例如它包括基本上尖銳的邊緣并可能暴露于高靜電場(chǎng)或高電位。它包括至少一個(gè)低電位電極部件(2A₁，2A₂)或平衡電極部件，所述低或平衡電位電極部件設(shè)置成離開(kāi)所述至少一個(gè)高電位電極(1A)某一距離。并且至少一個(gè)電阻配置(3A₁，3A₂)連接所述高電位電極(1A)中的每一高電位電極與各相鄰的低電平或平衡電位電極部件(2A₁，2A₂)。所述電阻配置(3A₁，3A₂)具有低傳導(dǎo)性但是并不絕緣，使得在所述高電位電極(1A)和所述低或平衡電位電極(2A₁，2A₂)之間能夠提供基本線性的電壓降，以抑制產(chǎn)生于任一電極(1A)附近的峰值電場(chǎng)。
文檔編號(hào)H01P3/00GK101223671SQ200580051072
公開(kāi)日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者O·塔格曼 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司