專利名稱：電容裝置及與其相關(guān)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由至少一個平行板電容器組成的電容裝置，該平行板電 容器包括第一電極部件、介電層以及第二電極部件，它們基本上平行設(shè) 置在所述介電層的兩側(cè)，并且彼此部分重疊，由此等效電容取決于所述
第一和第二電極部件的重疊區(qū)域(overlapping area)的大小，并且其 中給出失準(misalignment)極限，該失準極限定義相應(yīng)的第一和第二 電極部件之間失準的最大可容許程度。本發(fā)明還涉及這種電容裝置的制 造方法。
背景技術(shù)：
眾所周知的事實是由于制造過程期間的可容許的失準非常難以甚 至不可能制造正好具有期望電容的電容器，特別是在平行板電容器裝置 的情況下，其中第 一電極部件與第二電極部件之間的重疊面積給出電 容。由此，不可能保證電容正好是期望的電容；只可能保證它將落在由 可容許失準給出的范圍內(nèi)，即可容許失準極限內(nèi)。這無疑是不利的，因 為在許多情況下，需要精確限定的電容。 一種特定情況涉及所謂的變?nèi)?管(varactor),即可調(diào)電容器。例如考慮共面板和平行板電極在相位 和頻率捷變(即可調(diào)諧、可適配、可重新配置)微波系統(tǒng)中的應(yīng)用。與 模擬(半導體MEM)變?nèi)莨芟啾龋谑褂描F電膜的變?nèi)莨芫哂懈叩?調(diào)諧速度、更高的Q (質(zhì)量)因子和更低的泄漏電流，這是非常有利的。
圖U示意性地示出共面板變?nèi)莨苎b置10。15其中兩個共面電極3。" 301,被沉積在鐵電膜2。,的頂上，而該鐵電膜2。，又被設(shè)置在襯底1。,上。 對于圖IA的變?nèi)莨苎b置10。,，對于給定的鐵電膜，電容由電極的形狀以 及電極3。卜3。,.之間的間隙寬度g定義。在如圖1B-1F中所示的平行板 變?nèi)莨苤?，鐵電膜改為夾在兩個電極之間，參見圖1B,其中鐵電膜2。2 被設(shè)置在頂部電極3。2,與底部電極3。2之間，底部電極3。2設(shè)置在襯底1。2 上。對于給定的鐵電膜，電容由頂部電極和底部電極重疊的區(qū)域中鐵電膜的厚度t以及該重疊面積(overlapping area)和該膜的介電常數(shù)定 義。
圖1C示出平行板變?nèi)莨苎b置的可選實施方式，其中頂部電極3。3.
設(shè)置在鐵電膜2。3上，與設(shè)置在襯底1。3上的底部電極3。3部分重疊。對于
給定的鐵電膜，圖1C的變?nèi)莨苎b置10。3的電容由重疊面積給出，該重疊 面積由寬度wx 1+A 1給出，其中w是重疊部分的寬度，而1+厶1是重 疊部分的長度。
圖ID示出又一種已知的平行板變?nèi)莨苎b置10。4,其包括襯底1。4、 頂部電極3。4,以及底部電極3。4,它們設(shè)置在鐵電膜2w的兩側(cè)，以便部 分重疊。低電容率膜(介電常數(shù)e<10) 4。4被布置以便定義重疊區(qū)域， 沒有這種額外膜的長度部分b定義實際相關(guān)部分。圖IE中示出了該裝 置的頂視圖，其中可以看到重疊部分的寬度c，以及由此該重疊區(qū)域由 低電容率膜中的開口 bxc定義。
在包括襯底1。5、介電膜2。5、下電極和上電才及3。5、 3。5.的又一個平行 板裝置10。5中，在底部電極(3。5)或可選地在頂部電極(3。5.)中形成 開口，以定義重疊區(qū)域A=b x c。
然而，所有這些已知的變?nèi)莨苎b置都有缺點。例如，如圖1A所示 的具有共面板電極的變?nèi)莨芫哂泻唵蔚脑O(shè)計，但它們比平行板變?nèi)莨苎b 置需要施加更高的電壓，通常所需的電壓在50-100V以上。如圖1B-1C 所示的具有平行板電極的變?nèi)莨懿恍枰@種高電壓，通常它具有5-20V 的電壓就足夠了，但另一方面，這種設(shè)計不利之處在于，在制造過程期 間，它們對頂部和底部電極的對準較敏感。正常情況下，使用具有極高 電容率的鐵電膜，并且由于該通常在100以上的4及高電容率，小失準A 1 (參見圖1C)也將導致電容的重大改變，這使電容的預測不可控，并且 因此這種裝置的設(shè)計的成本效率較低。圖1D、 IE中所示的設(shè)計提供了 好的電容預測，但它需要更多掩模和制造過程，使得成本效率低。圖IF 中所示的裝置提供了比較好的電容預測，但是它的缺點在于額外的歐姆 損耗與連接平行板結(jié)構(gòu)的重疊區(qū)域的電容器的導線或墊片的跨接片相 關(guān)聯(lián)
發(fā)明內(nèi)容
因此所需的是一種可以高程度預測電容的電容裝置。而且，需要一 種電容裝置，其具有簡單的設(shè)計，并且也不需要高電壓，特別是在變?nèi)?管裝置的情況下不需要高電壓。更具體地說，需要一種電容裝置或變?nèi)?管裝置，其對任何失準都高度不敏感?；旧?，需要一種通過其電容是 可控的電容裝置或變?nèi)莨苎b置。更進一步，需要一種變?nèi)莨苎b置，其容 易制造并且制造成本合算。更進一步，需要這樣一種電容裝置，其由于 該設(shè)計而不會遭受高歐姆損耗。
換句話說，需要一種電容裝置，其具有與電極關(guān)聯(lián)的低歐姆損耗或
高Q因子，并且其不需要許多掩模和處理步驟，因此實現(xiàn)了成本合算的 制造。具體地說，需要一種平行板變?nèi)莨芑螂娙菅b置，對于該平行板變 容管或電容裝置來說，有效重疊面積對在制造期間可能引入的任何失準 都不敏感。
因此，提供一種如初始提到的電容裝置，其中第一電極部件包括關(guān) 于縱軸對稱布置的第一和第二電極。所述第一和第二電極具有彼此面對 的相應(yīng)的第一邊，所述第一和第二電極是線性并且平行的，使得在其間 定義間隙。第二電極部件包括第三電極，第三電極包括第一部分和第二 部分，所述第一部分和第二部分設(shè)置在所述間隙的相對側(cè)，并通過中間 部分互連，所述中間部分由第一曲邊和第二曲邊界定。所述第一和第二 曲邊關(guān)于所述縱軸是對稱的并且反向(oppositely directed)。所述 中間部分的形狀由包含第一參數(shù)和第二參數(shù)的函數(shù)F(x)給出。所述參數(shù) 中的一個參數(shù)適于被選擇成允許計算另一個參數(shù)，使得電容裝置的電容 在給定的失準極限內(nèi)是失準不變的。
具體地說，所述第一參數(shù)(k)確定F(x)的形狀或曲率(和大小)， 而第二參數(shù)(A)是笫二電極部件即第三電極寬度的一半。在有利的實施 方式中，第一參數(shù)k適于被選擇成允許計算第二參數(shù)A，這在正常情況 下更容易。當然，該發(fā)明概念還涵蓋如下情況其中選擇第二參數(shù)，并 且根椐所述選擇計算第一參數(shù)。具體地說，第一和第二電極適于具有某 種形狀并布置成使得重疊區(qū)域給出預定電容，而與給定失準極限內(nèi)出現(xiàn) 的任何失準(Ax)無關(guān)，所述失準給出在第一部分側(cè)和第二部分側(cè)的在 中間部分的區(qū)域中的不同重疊，即所述重疊區(qū)域關(guān)于在第 一和第二電極 中間的與縱軸垂直的軸是不對稱的。更具體地說，第一電極和第三電極之間的電容與第一電極和第三電 極的第一部分的重疊、在沒有任何失準的情況下笫一電極和中間部分之
間的重疊以及第一失準重疊面積(AS,)的總和成比例，其中第一電極和 中間部分在縱向上受最大容許失準的限制。第二電極和第三電極之間的 電容與第二電極和第三電極的第二部分的重疊面積、在沒有任何失準的 情況下第二電極和中間部分之間的重疊以及在相反的縱向上受最大容 許失準限制的第二電極和中間部分的第二失準重疊面積(AS2)的總和成 比例。所迷第一和第二失準重疊面積具有相反的符號，即，如果第一失 準重疊面積具有正號，則第二失準重疊面積具有負號，反之亦然。具體 地說，所述第一和第二參數(shù)分別這樣選擇和計算，使得第一與第二失準 重疊面積AS!、 AS2之間或?qū)?yīng)的第一和第二電容差Ad、 AC2之間的 關(guān)系將使得所述裝置的等效電容在給定的失準極限內(nèi)與所產(chǎn)生的任何 失準無關(guān)。
具體地說，笫一失準重疊面積厶S,等于第一部分的重疊面積Sl除 以第一部分的重疊面積與第二失準面積之間的商S1/AS2減2,即 AS尸Sl/((Sl/AS》-2)。具體地說，中間部分的形狀由函數(shù)F(x)-A' e" 給出，其中2A是第二電極部件的寬度，即第一參數(shù)的兩倍，并且k是 定義斜率或曲率的第一參數(shù)，其中(Kx〈2Axa, Ax,是失準極限。具體 地說，第二電極部件寬度的一半是A--k' Sl/(ekWg/2)，其中S1是第一部 分的重疊面積，Wg是間隙寬度，并且k是確定界定中間部分的函數(shù)的斜 率或曲率的參數(shù)。具體地說，第一和第二部分是對稱的。第一和第二部 分可以是方形、矩形、半圓或部分不》見則的。
在最特別的實施方式中，若干電容器(平行板電容器或變?nèi)莨?串 聯(lián)連接。在一個實施例中，第二電極部件包括底部電極，并且第一電極 部件包括頂部電極，反之亦然?？蛇x地，第一或第二電極部件可設(shè)置在 村底上，〗旦并非必須如此。
在一個實施例中，介電材料具有低或比較低的介電常數(shù)，例如包括 Si02或具有相似屬性的材料，該裝置是不可調(diào)電容裝置。在可選實施例 中，它包括變?nèi)莨苎b置，并且介電層包括具有優(yōu)選為高或非常高的可調(diào) 介電常數(shù)的鐵電層。
介電層則例如可包括可調(diào)陶瓷材料，諸如SrTiO" BaSTO或具有相 似屬性的材料。電極部件通常由諸如Au、 Ag、 Pt、 Cu的金屬組成。鐵電或介電材料可包括薄膜，即，可以實施薄膜技術(shù)。然而，本發(fā) 明不限于薄膜實現(xiàn)，而且介電層或鐵電層還可包括厚膜。
本發(fā)明的優(yōu)點是電路(特別是電容器或變?nèi)莨?可以被制造成具 有精確或準確定義的電容值。平行板電容器或變?nèi)莨軐τ谠谥圃爝^程期 間可能產(chǎn)生的頂部與底部電極之間的失準高度不敏感是主要的優(yōu)勢。


下面參照附圖以非限制方式進一步描述本發(fā)明，附圖中
圖1A示意性地示出共面型的現(xiàn)有技術(shù)電容器/變?nèi)莨苎b置；
圖1B示意性地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第一平行板變?nèi)莨芑螂娙萜餮b
置；
圖1C示出現(xiàn)有技術(shù)平行板電容器或變?nèi)莨苎b置的另一個示例；
圖1D是又一個現(xiàn)有技術(shù)平行板電容器/變?nèi)莨苎b置的截面示意圖1E是圖1D的平行板變?nèi)莨苎b置的頂視圖1F示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的又一平行板電容器/變?nèi)莨苎b置；
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的當?shù)谝慌c第二電極部件之間沒有失準時的電
容器/變?nèi)莨苎b置的第一實施例；
圖2A是圖2裝置的簡化電路表示；
圖3示出圖2中的電容器/變?nèi)莨苎b置，但是在第一與第二電極部 件之間存在失準；
圖3A是圖3的失準裝置的筒化電路表示；
圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的電容器/變?nèi)莨苎b置的可選實施例； 圖5非常示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的變?nèi)莨苎b置的又一實施例； 圖6非常示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的變?nèi)莨艽?lián)連接的裝置； 圖7示出根椐本發(fā)明的為失準不變的變?nèi)莨芩@得的電極結(jié)構(gòu)的四
分之一的示例；以及
圖8示出根據(jù)另一實施方式的為失準變?nèi)莨芩@得的電極結(jié)構(gòu)(四
分之一)的可選示例。
具體實施例方式
上面在背景部分已經(jīng)論述了示出裝置的圖1A-1E,因此在此將不再 進一步論述。根據(jù)本發(fā)明，頂部和/或底部電極相對于彼此成形為使得有效重疊 面積對于任何失準(在預定最大失準極限內(nèi))都是不敏感的。根據(jù)不同 實施例的裝置可被制造成電容裝置或變?nèi)莨苎b置，即包括可調(diào)電容器。 出于簡單性的原因，在下面將主要提到變?nèi)莨?，但是?yīng)該清楚的是它同 樣可以是電容器，不同之處在于其兩側(cè)設(shè)置第一和第二電極部件的薄膜 或厚膜的介電常數(shù)。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的變?nèi)莨苎b置10的第一實施例。在圖2中，
括第一電極4,和第二電極42的第一電極部件設(shè)置在薄鐵電膜(圖中未示 出)上。這里假設(shè)，第一和第二電極4,、 42是矩形或方形的，并且關(guān)于 縱軸x對稱地設(shè)置，使得在它們之間提供寬度為Wg的間隙。它們由此關(guān) 于縱軸x和垂直于軸x并且與間隙的縱向延伸平行的軸y對稱定位。由 于不存在失準，因此該軸y應(yīng)該在間隙的中間。在鐵電膜的另一側(cè)上， 設(shè)置包括第三電極3的第二電極部件。它包括第一電極部分3,和第二電 極部分32,第一電極部分3,和第二電極部分32具有相同的形狀，并且在 此也應(yīng)該關(guān)于縱軸x對稱設(shè)置。在這個具體實施例中，假定它們是方形 的，但它們實質(zhì)上可具有任何形狀，這將在下面示出。中間部分33將所 述第一和第二部分3,、 32互連。中間部分33的形狀由函數(shù)F(x)確定，該 函數(shù)將被適當?shù)卮_立，如將在下面更詳盡描述的。該裝置的等效電容由 重疊面積給出，該重疊面積在此是相等的，即第一和第二電極4,、 42重 疊第二電極部件的第一和第二部分3,、 32的那部分，以及由于不存在失 準，中間部分33與第一和第二電極4,、 42的對稱且等同的重疊面積。因 此，在圖2中，包括第一和第二電極部件4,、 42的兩個金屬化界面3精 確對準，形成變?nèi)莨?0,參見圖2A,通過串聯(lián)連接由于此處兩個相似 的重疊面積S1、 S2而產(chǎn)生的兩個相似變?nèi)莨軄斫⒆內(nèi)莨?0。每個變?nèi)莨芏季哂袠朔Q電容 —_ A —,其中Sl表示相應(yīng)的重疊面積， 而h表示重疊區(qū)域中鐵電膜的厚度。
圖2A是第一變?nèi)莨艿暮喕娐繁硎?，該第一變?nèi)莨馨ㄓ傻谝浑?極4i與第三電極3的第一部分3,和中間部分33的連接到第一部分3,的 部分之間的等于面積S1的重疊區(qū)域所形成的變?nèi)莨?，并且對?yīng)地C2是 由第二電極4:和第二部分32以及中間部分33的連接到所述第二部分的 對應(yīng)部分所形成的變?nèi)莨艿碾娙?。在這種情況下，它們是等同的。
圖3示出與圖2相同的裝置的拓樸，但在第一與第二電極部件之間 存在失準Ax。如從圖中可看到的，對于這兩個變?nèi)莨埽实挠绊憣?有所不同。在圖中Ax表示失準。如可看到的，包括電極4,和42的第一 電極部件在縱軸x上已經(jīng)移位了距離厶x。第一變?nèi)莨艿氖拭娣e(也 稱為電容面積)被增大，在圖中增量表示為厶Sl,并且C1三S1+厶S1。 另一方面，對于另一個變?nèi)莨埽娙轀p小了厶C2，即C2三S1-厶S2，這 意味著，在這種情況下，對于笫一變?nèi)莨埽娙荼辉龃?，而對于另一?容管，電容被減小。在圖中，AS1表示第一變?nèi)莨艿氖拭娣e，而厶S2 表示第二變?nèi)莨艿氖拭娣e。 一般情況下，厶si不等于AS2。這兩個 變?nèi)莨艿目傠娙軨是1/C=1/C1+1/C2。根據(jù)本發(fā)明，AC1與AC2之間 的關(guān)系被確立為使得失準電容器的總電容或等效電容與沒有失準的總 電容相同，即，圖2的變?nèi)莨苎b置的電容與圖3的變?nèi)莨苎b置的電容應(yīng)
該相同。上面的公式可寫為 Sl 一 Q^ + A5"l)x(Sl-M2) 1" 一 (S] + A51) + (Sl - AS2)
其可簡化為ASl=Sl/((Sl/AS2)-2)。
這給出AS1與厶S2之間的關(guān)系，該關(guān)系是圖2和圖3的變?nèi)莨苎b 置要具有相同或相似的總面積電容S1/2所必需的。這種關(guān)系可用于得 到定義電極形狀的函數(shù)F(x)。 一般來說，該函數(shù)可以由不同形狀表示， 并且采用不同的形式。在此，函數(shù)的一個示例給出為S(x)-Ae"，其中 0<x<2x Ax" Ax是金屬界面或第一與第二電極部件之間的最大失準。 厶S1和厶S2則可按解析形式表示為
ASl=A(ek<Wg/2+A!° - ek陶")/k以及<formula>formula see original document page 13</formula>. 則可得到SI為Sl= -2AeW2/k。
應(yīng)該注意，在最后的公式中，不依賴于Ax,即不依賴于失準。這 實際上意味著，通過適當?shù)卮_立A和k，可以獲得完全與失準無關(guān)的電 容，即電容與第一和第二電極部件的任何失準無關(guān)的變?nèi)莨?。適當?shù)卦?此是指的是滿足最后的公式(S1-2A (ekWg/2) /k)。
如所看到的，存在兩個不同參數(shù)A和k,這意味著它們中的一個可 選作為無關(guān)的。 一般來說，最方便的是選擇k的值，因為A然后可被解 析地計算為
A= -kSl/(2ekWg/2)。
如果反過來選擇A,則必須求解關(guān)于k的超越方程。2A對應(yīng)于第二 電極部件的寬度。
在下面，將給出一個示例，該示例描述了在可能的最大失準范圍內(nèi) 的電極形狀的設(shè)計，使得電容將是完全與失準無關(guān)的。首先，這里假設(shè) 選擇k的值，該值使得電極的寬度(A)是合理的。隨后調(diào)整電極的面積， 以便獲得給定SI時的期望電容。在具體實施例中，假定設(shè)計對準不變 電容，其具有25y W的等效面積。假定電極之間的間隙為4um，并且可 能的失準為+Z-2ym。 K在此則選擇為-O. 49/ws,這給出A=5ym?？墒褂?程序來繪制電極的形狀，并且圖7示出了用上述數(shù)字獲得的電極結(jié)構(gòu)的 對稱的四分之一。
圖8是與圖7相似的另一個設(shè)計的示圖，其中電極或具體地笫二電 極部件的第一和第二電極部分具有更一般的形狀，而不是矩形，不過它 們的面積是相似的。
圖4是與圖3相似的示圖，示出了變?nèi)莨苎b置20，其中包括通過中 間部分33'連接的第一電極部分3/和第二電才及部分3/的第二電極部 件3'布置在襯底1'上，襯底的頂上布置有介電鐵電膜，在介電鐵電 膜上設(shè)置包括第一電極4/和第二電極4/的第一電極部件，使得給出 分別對應(yīng)于S1' + AS1'和S2'-AS2'的重疊。然而，由于存在失準Ax， 所以失準面積厶SZ和AS/是不同的(參見圖3)。差別在此實際上是 第一和第二電極部分3Z 、 32'基本上是半圓的，或具有橢圓形狀。圖5示出變?nèi)莨苎b置30的又一個實施例，其中包括借助于中間部 分3/互連的第一電極部分3,〃和第二電極部分32〃的第二電極部件設(shè) 置在襯底上，被布置成提供與包括第一和第二電極V' 、 42"的第一電 極部件的重疊，所述第一電極部分3/和第二電極部分32〃是矩形，并 按照圖2中的結(jié)構(gòu)布置，即沿縱軸x對稱，但具有失準，其中失準面積 AS,"和厶S/是不相等的。在這種情況下，第一和第二電^ L部分是矩形 的，而不是半圓或方形的，或類似形狀。在任何其它方面，功能與參考 圖2和3描述的都相同，并且包含該圖僅為了明確說明可以使用不同的 形狀。圖6非常示意性地示出包括串聯(lián)連接的兩個變?nèi)莨?,。、 32。、 33。的 變?nèi)莨苎b置40。這意味著兩個變?nèi)莨?即平行板變?nèi)莨?設(shè)置在襯底 U上，其中介電或鐵電膜布置在第一與第二電極部件之間，如上所述。 由于失準， 重疊面積被分別給出為 Sio+ASio,*S2o-AS2o;S30-AS30以及S《o+AS40。應(yīng)該清楚的是，該圖是非常示意性的，其唯一意圖是說明可以使用由上述的第一和 第二電極部件形成的若干電容器，并且它們被布置為提供失準不變裝 置。應(yīng)該清楚的是，可在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)按多種方式對本發(fā)明 進行改變。
權(quán)利要求
1. 一種電容裝置(10；20；30；40)，包括至少一個平行板電容器，所述平行板電容器包括第一電極部件(41，42；41′，42′；41＂，42＂；310，320，330)、介電層以及第二電極部件(3；3′；3＂；410，420，430)，它們基本上平行地設(shè)置在所述介電層的兩側(cè)，并且彼此部分重疊，所述電容裝置的等效電容取決于所述第一和第二電極部件的重疊區(qū)域的大小，并且給出了定義相應(yīng)的第一與第二電極部件之間失準的最大可容許程度的失準極限(ΔxA)，其特征在于所述第一電極部件(41，42；41′，42′；41＂，42＂；310，320，330)包括關(guān)于縱軸(x)對稱布置的第一和第二電極，所述第一和第二電極(41，42；41′，42′；41＂，42＂；310，320，330)具有彼此面對的相應(yīng)的第一邊，所述第一和第二電極是線性并且平行的，使得在其間定義間隙，所述第二電極部件(3；3′；3＂；410，420，430)包括第三電極，所述第三電極包括第一部分(31；31′；31＂)和第二部分(32；32′；32＂)，所述第一部分和第二部分設(shè)置在所述間隙的相對側(cè)，并借助于中間部分(33；33′；33＂)互連，所述中間部分由第一曲邊和第二曲邊界定，其中第一和第二曲邊關(guān)于所述縱軸對稱并且反向，并且所述中間部分的形狀由取決于第一參數(shù)k和第二參數(shù)A的函數(shù)F(x)給出，并且所述兩個參數(shù)中的一個參數(shù)適于被選擇，由此允許計算另一個參數(shù)，以確定第二電極部件(3；3′；3＂；410，420，430)的形狀和大小，使得所述電容裝置的電容在所述失準極限內(nèi)是失準不變的。
2. 如權(quán)利要求1所述的電容裝置，其特征在于第一參數(shù)(k)確定 F(x)的形狀或曲率，并且第二參數(shù)(A)是第二電極部件的寬度(2A)的一 半，所述第二電極部件即第三電極。
3. 如權(quán)利要求2所述的電容裝置，其特征在于笫一參數(shù)(k)適于 被選擇成允許計算第二參數(shù)(A)。
4. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電容裝置，其特征在于第一 和第二電極適于具有形狀并且被布置成使得所述重疊區(qū)域給出預定電 容，而與給定失準板限Axa內(nèi)的任何失準Ax無關(guān)，所述失準給出第一電 極部件與所述中間部分(33; 3/; 3/)在第一部分側(cè)和第二部分側(cè)的不同 重疊。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項所述的電容裝置，其特征在于第一 電極和第三電極之間的電容與第一電極和第三電極的第一部分的重疊、在沒有任何失準的情況下所述第 一 電極與所述中間部分之間的重疊以及第 一失準重疊面積(△ S1)的總和成比例，所述第 一電極和所述中間部 分在縱向上受最大容許失準Ax的限制；并且，第二電極和第三電極之 間的電容與第二電極和第三電極的第二部分的重疊面積、在沒有任何失 準的情況下所述第二電極與所述中間部分之間的重疊以及在相對的縱 向上受最大容許失準限制的所述第二電極和所述中間部分的第二失準 重疊面積(AS2)的總和成比例，所迷第一和第二失準重疊面積具有相反 符號，即如果第一失準重疊面積具有正號，則第二失準重疊面積具有負 號，反之亦然。
6. 如權(quán)利要求5所述的電容裝置，其特征在于分別選擇和計算 所述第 一和第二參數(shù)，使得所述第一與所述第二失準重疊面積 (△S1,厶S"之間或?qū)?yīng)的第一與第二電容差(AC1， AC2)之間的關(guān)系 將使得所述裝置的等效電容與所述給定失準極限內(nèi)的任何失準無關(guān)。
7. 如權(quán)利要求7所述的電容裝置，其特征在于所述第一失準重 疊面積(AS1)等于在沒有任何失準時第一或第二電極與第二電極部件 的笫一或第二電極部分的重疊面積(S1)除以所述重疊面積與第二失準 面積之間的商(S1/AS2)減2,即厶Sl-Sl/((Sl/厶S2)-2)。
8. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電容裝置，其特征在于所述 中間部分的形狀由F(x)-A'e"給出，2A是第二電極部件的寬度，即第二 參數(shù)的兩倍，并且k是定義斜率或曲率的第一參數(shù)，其中(Kx〈2厶Xa， Ax,是所述失準極限。
9. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電容裝置，其特征在于所述 第二電極部件寬度的一半是A--k. Sl/(ek"/2)， Sl是沒有失準時的第 一/第二電極與第一/第二電極部分的重疊面積，Wg是間隙寬度，并且k 是確定用于界定所述中間部分a; 3/; 33")的函數(shù)的斜率或曲率的笫一 參數(shù)。
10. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電容裝置，其特征在于所述 第一部分(31; 3/; 3,")與所述第二部分a; 3/; 32")是對稱的。
11. 如權(quán)利要求10所述的電容裝置，其特征在于所述第一部分 a;3Z;3,")和所述第二部分a;3/;32")是方形、矩形、半圓或部分不 共見則的。
12. 如上迷權(quán)利要求中任一項所述的電容裝置，其特征在于第二電極部件包括底部電極，并且第一電極部件包括頂部電極。
13. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電容裝置，其特征在于第一 或第二電極部件設(shè)置在襯底上。
14. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電容裝置，其特征在于介電 材料具有低介電常數(shù)，例如由Si02或具有相似屬性的材料構(gòu)成。
15. 如權(quán)利要求1-13中任一項所述的電容裝置，其特征在于所 述電容裝置包括變?nèi)莨苎b置。
16. 如權(quán)利要求15所述的電容裝置，其特征在于所述介電層包 括具有優(yōu)選為高或非常高的可調(diào)介電常數(shù)的鐵電層。
17. 如權(quán)利要求15或16所述的電容裝置，其特征在于所述介電 層包括可調(diào)陶瓷材料，例如SrTi(h、 Ba STO或具有相似屬性的材料。
18. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電容裝置，其特征在于第一 和第二電極部件由諸如Au、 Ag、 Pt、 Cu的金屬構(gòu)成。
19. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電容裝置，其特征在于所述 鐵電材料包括薄膜。
20. 如權(quán)利要求1-18中任一項所述的電容裝置，其特征在于所 述介電層或鐵電層包括厚膜。
21. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的電容裝置，其特征在于所述 電容裝置包括串聯(lián)連接的若干平行板電容器或變?nèi)莨堋?br> 22. —種用于制造包括至少一個平行板電容器的電容裝置的方法， 所述平行板電容器包括第一電極部件、介電層以及第二電極部件，其中 所述第一和第二電極部件彼此部分重疊，所迷重疊區(qū)域的大小給出所述 裝置的等效電容，并且其中還給出定義相應(yīng)的第一與第二電極部件之間 失準的最大可容許程度的可容許失準極限，其特征在于所述方法包括如下步驟 -確立要提供的等效電容， -確定可容許的失準極限，-通過找到函數(shù)F(x)來設(shè)計第一電極部件和第二電極部件，所述第 一電極部件包括兩個基本對稱的電極，這兩個電極具有兩個彼此面對的 相應(yīng)的第一邊，是線性的、平行的并且適于關(guān)于縱軸對稱布置，使得在 其間形成間隙；并且所述笫二電極部件包括第三電極，所述第三電極包 括位于所述間隙的相對側(cè)并借助于中間部分互連的第一和第二部分，所述函數(shù)F (x)和所迷函數(shù)F (x)關(guān)于所迷縱軸的鏡像(-F (x))確定了所迷中 間部分在所述縱軸的相對側(cè)的形狀，使得所述等效電容在所述給定失準 極限內(nèi)將是失準不變的。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于所述函數(shù)F(x)還取 決于兩個參數(shù)，其中一個參數(shù)是所述中間部分的寬度(2A)，另一個參數(shù) 是所述函數(shù)F(x)的斜率(k)，并且所述方法還包括如下步驟-選擇其中一個所述參數(shù)的值，-使用所選擇的參數(shù)值來計算另一個所述參數(shù)的值。
24. 如權(quán)利要求23所迷的方法，其特征在于所迷函數(shù)F(x)由 F(x)-Ae"給出，并且所述方法包括如下步驟-選擇所述間隙的寬度(w》； -選擇k;-分別求出沒有失準時第 一和第二電極部件與第二電極部件的第 一、第二以及第三部分的重疊面積(S1)，以便獲得期望的等效電容； -計算A為A= - k. Sl/ek,2。
25. 如權(quán)利要求22-24中任一項所述的方法，其特征在于所述方 法包括如下步驟將笫一和第二電極部件設(shè)置在介電層的兩側(cè)。
26. 如權(quán)利要求22-24中任一項所述的方法，其特征在于所述方 法包括如下步驟將第一和第二電極部件設(shè)置在具有可變介電常數(shù)的鐵 電層的兩側(cè)，以提供變?nèi)莨苎b置。
27. 如權(quán)利要求22-26中任一項所述的方法，其特征在于所述方 法包括如下步驟使用光刻工藝來制造所述電容器或變?nèi)莨苎b置。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括至少一個平行板電容器的電容裝置(10)，該平行板電容器包括彼此部分重疊的第一電極部件、介電層以及第二電極部件，等效電容取決于重疊區(qū)域的大小。給定失準極限(Δx_A)。所述第一電極部件包括相對于縱軸(x)對稱布置的第一和第二電極(4₁，4₂)，所述第一和第二電極具有彼此面對的相應(yīng)的第一邊，它們是線性的并且平行，使得在其間定義間隙。所述第二電極部件(3)包括第三電極，該第三電極具有設(shè)置在所述間隙的相對側(cè)且借助于中間部分(3₃)互連的第一部分(3₁)和第二部分(3₂)，中間部分由函數(shù)F(x)根據(jù)第一參數(shù)k和第二參數(shù)A定義。所述兩個參數(shù)中的一個適于選擇成由此允許計算另一個參數(shù)，以確定第二電極部件的形狀和大小，使得電容裝置的電容在失準極限內(nèi)將是失準不變的。
文檔編號H01G5/00GK101523527SQ200680056087
公開日2009年9月2日 申請日期2006年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月12日
發(fā)明者A·德萊尼夫, S·格沃吉彥, T·萊溫 申請人:艾利森電話股份有限公司