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In
der Mikroelektronik eingesetzte Kondensatoren müssen wie alle anderen Komponenten
immer weiter miniaturisiert werden, um entsprechend kleinere, energiesparendere
oder auch nur leistungsstärkere
Endgeräte
zu ermöglichen.
Bei Kondensatoren können
dazu Dielektrika mit relativ hohen relativen Dielektrizitätszahlen
verwenden werden. Mit Ferroelektrika wie Blei-Zirkonat-Titanat (PZT),
Barium-Strontium-Titanat (BST), Strontium-Titanat und anderen können je
nach Material und Zusammensetzung relative Dielektrizitätszahlen von über 1000
erreicht werden. Bei Anlegen einer Spannung an solche Ferroelektrika
tritt bei diesen Materialien jedoch häufig piezoelektrisches Verhalten
auf, wobei die Piezokonstante dieser Materialien über 0,1
C/m2 steigt. Hinzu kommt, dass die relative
Dielektrizitätskonstante
meist ebenfalls spannungsabhängig
ist. Dadurch eröffnet
sich die Möglichkeit,
mit Ferroelektrika spannungsabhängige
beziehungsweise durch variierende Spannung abstimmbare Kondensatoren
herzustellen.
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Miniaturisierte
und in Dünnfilmtechnik
hergestellte Kondensatoren können
einen Aufbau als Platten- Interdigital- oder Grabenanordnung (Grubenkondensator)
aufweisen. Die höchsten
Kapazitätsdichten,
also die höchste
Kapazität
eines Dünnschichtkondensators
pro Flächeneinheit
des Substratmaterials werden mit Grubenkondensatoren erreicht. Diese
sind jedoch nur aufwändig
herzustellen. Plattenkondensatoren mit einer parallel zur Substratoberfläche zwischen
zwei Elektroden angeordneter Dielektrikumsschicht können mit
einem Ferroelektrikum bei einer Dielektrikumsdicke von etwa 100
nm eine Kapazitätsdichte
bis zu 100 fF/μm2 erreichen. Ein Kondensator mit einer Kapazität 10 pF
hat dann nur noch eine Fläche
10 × 10 μm2.
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Als
Plattenkondensator in Mehrlagentechnik aufgebaute Bauelemente können weiter
erhöhte
Kapazitätsdichten
erreichen, sind jedoch technologisch aufwändiger. Einfach herzustellen
sind Interdigitalkondensatoren, bei denen nur eine Metalllage als
Interdigitalstruktur strukturiert werden muss. Die damit erzielbaren
Kapazitätsdichten
liegen aber bei einem typischen Elektrodenabstand von circa 500
nm bei weniger als 1 fF/μm2. Ein Kondensator mit 10 pF Kapazität hat dann
eine Fläche
von mehr als 100 × 100 μm2.
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Nachteilig
an Kondensatoren mit piezoelektrischem Verhalten und insbesondere
mit einem spannungsabhängigen
piezoelektrischen Verhalten ist der daraus resultierende wechselhafte
Verlauf der Güte
bei unterschiedlichen Frequenzen. In bestimmten Frequenzbereichen
zeigen Kondensatoren mit piezoelektrischen Dielektrika stark verminderte
Güten auf,
die auf akustische Resonanzen innerhalb des Kondensatoraufbaus zurückgeführt werden.
Diese Resonanzen können
die Funktionstüchtigkeit
solcher Komponenten in sehr starkem Maße einschränken und für in der Regel höhere Frequenzen
oft unbrauchbar machen. Diese Nachteile haben bislang dazu geführt, dass
hochkapazitive Kondensatoren bislang noch keine breite Anwendung in
mit Mobilfunkfrequenzen arbeitenden Schaltkreisen und Schaltungen
gefunden haben.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Kondensator anzugeben,
der für
HF-Anwendungen einsetzbar ist und dort eine ausreichend hohe Güte aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem
Kondensator nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Ansprüchen zu
entnehmen.
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Es
wurde festgestellt, dass die akustischen Resonanzfrequenzen eines
piezoelektrischen Kondensators durch die mechanischen Eigenschaften
der einzelnen im Kondensator eingesetzten Schichten und somit durch
den gesamten Schichtaufbau bestimmt wird. Zum resonanten Verhalten
trägt die
Schallgeschwindigkeit in den einzelnen Schichten, deren Dicke und
auch die Impedanzsprünge
an den Grenzflächen
zwischen den Schichten bei. Ein hoher Impedanzunterschied zwischen
zwei benachbarten Schichten bedeutet eine hohe Reflexion an dieser
Grenzfläche,
sodass sich zwischen zwei Grenzflächen mit Impedanzsprung eine
stehende Welle ausbilden kann, die das Bauelement zu einem Resonator
macht.
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In
einem Schichtaufbau sind jedoch üblicherweise
eine Vielzahl von Materialübergängen und
damit an potenziellen reflektierenden Grenzflächen gegeben, die zum Auftreten
mehrerer Resonanzen führen.
Ein erfindungsgemäßer Kondensator
weist daher einen Mehrschichtaufbau auf, der zumindest eine untere
und eine obere Elektrode sowie ein dazwischen angeordnetes Dielektrikum
umfasst, wobei sich im Schichtaufbau resonante Schwingungsmoden
akustischer Volumenwellen ausbreiten können. In diesem Schichtaufbau
wird nun durch geeignete Materialauswahl, Anzahl und Dicken der
verwendeten Schichten ein resonantes Verhalten so eingestellt, dass
die Resonanzfrequenzen der ausbreitungsfähigen Schwingungsmoden außerhalb
von drei wesentlichen im Mobilfunk eingesetzten und genutzten Bandbereichen
zu liegen kommen. Dies ist insbesondere ein erster Bandbereich zwischen
810 und 1000 Megahertz, ein zweiter Bandbereich zwischen 1700 und 2205
Megahertz und ein dritter Bandbereich zwischen 2400 und 2483,5 Megahertz.
Der erste und der zweite Bandbereich werden für die beiden GSM-Mobilfunkbänder sowie
für UMTS
verwendet, während
der dritte Frequenzbereich für
WLAN eingesetzt wird. In einem erfindungsgemäßen Kondensator werden also
bewusst Resonatoren ausgebildet und deren Resonanzfrequenzen in
geeigneter weise so angeordnet, dass die genannten Bandbereiche
ausreichend weit davon entfernt sind, so dass der Kondensator in
den genannten Bandbereichen eine ausreichend hohe Güte aufweist.
Zwischen den Bandbereichen kann die Güte des Kondensators dabei auf
beliebig tiefe Werte absinken, bleibt aber dennoch in den Bandbereichen,
in denen er eingesetzt werden soll, auf ausreichend hohem Niveau,
so dass der Kondensator in den genannten Bandbereichen voll einsatzfähig ist.
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Als
bevorzugtes Dielektrikum wird im Kondensator Strontium-Titanat, Barium/Strontium-Titanat
oder Blei-Zirkonat/Titanat eingesetzt. Alle diese Materialien weisen
eine spannungsabhängige
relative Dielektrizitätskonstante
auf und machen den Kondensator abstimmbar.
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Vorteilhaft
für die
Verwendung eines Kondensators ist es, den Schichtaufbau so zu gestalten,
dass auch noch ein vierter Bandbereich zwischen 5150 und 5250 Megahertz
mit den dort angesiedelten WLAN-Frequenzen freigehalten bleibt.
Ein Kondensator mit diesen vier von Resonanzfrequenzen freien Bandbereichen und
dementsprechend ausreichend hohen Güten in den Bandbereichen ist
universell für
nahezu alle heute in der mobilen Kommunikation eingesetzten Frequenzen
funktionstüchtig
und kann daher in entsprechenden Geräten und Schaltungen eingesetzt
werden.
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Eine
erste allgemeine Lösung
für einen
Kondensator mit Schichtaufbau und Resonanzfrequenzen außerhalb
der vier genannten Bandbereiche liegt darin, den Gesamtschichtaufbau
so dünn
zu gestalten, dass die tiefste Resonanzfrequenz erst oberhalb des
vierten Bandbereichs, also oberhalb von 5250 Megahertz auftritt.
Dazu muss die Gesamtschichtdicke deutlich unter 0,5 μm gesenkt
werden. Nachteilig sind dann jedoch die relativ dünnen Kondensatorelektroden,
die dann jeweils dünner
als 200 nm sind. Aus technischen Gründen für die eingesetzten ferroelektrischen
Materialien jedoch Wachstums- und Haftschichten mit geringer elektrischer
Leitfähigkeit
erforderlich, die bei der genannten geringen Gesamtschichtdicke
zu hohen elektrischen Verlusten führen, die die Einsatzmöglichkeit
solcher Bauelemente stark einschränken.
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Ein
zweiter allgemeiner Ansatz liegt darin, die tiefste Resonanzfrequenz
zwischen 2483,5 Megahertz und 5150 Megahertz anzusiedeln und die
zweite Resonanzfrequenz in einen Bereich über 5250 Megahertz zu verschieben.
Zur Realisierung sind jedoch ebenfalls Schichtaufbauten mit Einzelschichtdicken
erforderlich, die unterhalb der für geringe Verluste optimalen
Schichtdicken liegen. Es können
daher funktionsfähige
Kondensatoren konstruiert werden, die gegenüber der ersten Lösungsmöglichkeit
verbessert, aber noch nicht für
alle Einsatzmöglichkeiten
tauglich sind.
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Eine
dritte allgemeine Lösungsmöglichkeit
besteht in einem Kondensator mit einer niedrigsten Resonanzfrequenz
zwischen 2250 und 2400 Megahertz, während weitere Resonanzfrequenzen
zwischen 2483,5 Megahertz und 5150 Megahertz und/oder über 5250
Megahertz liegen. Dies erfordert für die erste Resonanzfrequenz
eine Bandbreite von 150 Megahertz. Dies bedeutet, dass in einem
Abstand von 75 Megahertz von dieser Resonanz frequenz mit minimaler
Güte die
Güte des
Kondensators wieder ausreichend hoch angestiegen sein muss. Dies
kann jedoch erreicht werden, in dem die Reflexion an den entscheidenden
Grenzflächen verbessert
wird. Dies kann erreicht werden, in dem die Grenzfläche des
Schichtaufbaus zum Substrat hin besonders glatt gestaltet wird.
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Weiter
verbessert ist jedoch ein Kondensator, in dem im unteren Schichtbereich
ein akustischer Spiegel realisiert ist. Ein akustischer Spiegel
ist von den in der Filtertechnik eingesetzten BAW-Resonatoren (Bulk Acoustic
Wave) und FBAR-Resonatoren
(Film Bulk Acoustic Wave Resonator) bekannt. Er besteht aus zumindest
einem Schichtenpaar, umfassend jeweils eine Hochimpedanzschicht
und eine Niederimpedanzschicht, wobei eine für den akustischen Spiegel ausreichende
Reflexionswirkung dann auftritt, wenn das Verhältnis der beiden akustischen
Impedanzen ZN/ZH < 0,66 beziehungsweise
das Verhältnis
ZH/ZN > als 1,5 ist. Als Hochimpedanzschichten
können
insbesondere schwere Metalle eingesetzt werden wie beispielsweise
Platin, Molybdän,
Wolfram, Kupfer, Gold oder TiW, deren akustische Impedanzen im Bereich
zwischen 40 und 100 × 106 Kilogramm/m2s liegen.
Als Niederimpedanzschichten kommen neben weiteren spezifisch relativ
leichten Materialien insbesondere Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder
auch Aluminium in Frage, deren akustische Impedanzen zwischen 13
und 21 liegen.
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Ein
akustischer Spiegel kann in seinem Reflexionsverhalten auf eine
gewisse Mittenfrequenz mit der Wellenlänge λm eingestellt
werden, wenn die Dicken für
das Schichtenpaar des Spiegels jeweils auf einen Wert λm/4
eingestellt werden. Bei einer Wellenlänge λm tritt
dabei maximale Reflexion mit einem Reflexionsfaktor 1 auf. Die Bandbreite
des Spiegels, also der Frequenzbereich, in dem eine ausreichende
Reflexion stattfin det steigt mit abnehmender Güte des Spiegels. Eine ausreichend
hohe Reflexionswirkung in einem breiten Frequenzband kann daher
erreicht werden, wenn entweder mehrere Schichtenpaare aus Hoch-
und Niederimpedanzschichten übereinander
angeordnet und deren Mittenfrequenzen gegeneinander versetzt sind.
Alternativ kann die Güte
eines Spiegels verringert werden. In allen Fällen wird jedoch bei einem
Kondensator mit eingebautem akustischen Spiegel die Resonanz der
im Kondensatorschichtaufbau enthaltenen Resonatoren verbessert und
damit deren Bandbreite verringert. Ein für erfindungsgemäße Kondensatoren
gut geeignetes Schichtenpaar für
den akustischen Spiegel umfasst beispielsweise eine Doppelschicht
aus 800 nm Platin und 900 nm Siliziumdioxid. Dieses Schichtenpaar
weist zwischen 0,9 und 2,1 Gigahertz, also im Bereich zwischen erstem
und drittem Sperrbereich einen auf Longitudinalwellen bezogenen
Reflektivitätsfaktor
von nahezu 1 auf.
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Eine
vierte prinzipielle Möglichkeit
zur Realisierung eines gewünschten
Kondensators besteht in dem Aufbau eines Schichtbereichs mit Resonatoren
und Teilresonatoren, deren tiefste Resonanzfrequenz zwischen 1000
Megahertz und 1700 Megahertz sowie evtl. weiteren Resonanzfrequenzen
zwischen 2250 Megahertz und 2400 Megahertz sowie zwischen 2483,5
und 5150 Megahertz sowie über
5250 Megahertz liegt. Bei dieser Variante können ausreichend dicke Metallisierungen
eingesetzt werden, die einen niedrigen elektrischen Widerstand zur
Folge haben. Für
die erste Resonanz zwischen ersten und zweiten Bandbereich ist außerdem mit
700 Megahertz ausreichend Bandbreite gegeben, dass die Güte des Kondensators
im benachbarten ersten und zweiten Bandbereich wieder auf einen
ausreichend hohen Wert ansteigen kann.
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Eine
fünfte
prinzipielle Möglichkeit
zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Kondensators liegt in einem
Schichtaufbau, der eine tiefste Resonanzfrequenz unter 810 Megahertz
und weitere Resonanzfrequenzen zwischen 1000 und 1700 Megahertz,
zwischen 2205 und 2400 Megahertz, zwischen 2483,5 und 5150 Megahertz
sowie über
5250 Megahertz aufweist. Mit einer tiefsten Resonanzfrequenz unter
810 Megahertz können
dicke Elektroden mit einem niedrigen elektrischen Widerstand eingesetzt
werden. Höhere
harmonische und weitere Resonanzen haben aber zueinander einen relativ
geringen Frequenzabstand, sodass zur Freihaltung der gewünschten
Bandbereiche von Resonanzfrequenzen ein aufwändiger und sorgsam abgestimmter Schichtaufbau
erforderlich ist.
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Die
Resonatoren sind auf keramischen oder kristallinen Substraten aufgebaut,
insbesondere auf kristallinem Silizium oder Aluminiumoxid. Insbesondere
im letzten Fall ist als unterste Schicht des Schichtaufbaus eine
Dielektrikumsschicht bevorzugt, die einen guten Planarisierungseffekt
aufweist und die technisch bedingte hohe Rauigkeit der Aluminiumoxidoberfläche ausgleicht.
Gut geeignet hierfür
sind beispielsweise Siliziumoxid und Siliziumnitridschichten. Über diese
Dielektrikumsschicht, deren Dicke zur Bestimmung der Resonanzfrequenzen
des Kondensators mit beiträgt,
können
wahlweise weitere dielektrische Schichten angeordnet werden. Vorzugsweise
wird jedoch direkt über
der untersten dielektrischen Schicht die untere Elektrode des Kondensators
angeordnet. Diese kann ein- oder mehrlagig sein. Möglich ist
es beispielsweise, eine zweischichtige Elektrode aus einem ersten
elektrisch gut leitfähigen
Metall niedriger Impedanz und eine zweite Elektrodenschicht aus
einem Metall mit relativ hoher akustischer Impedanz vorzusehen.
Bevorzugt ist für
die Hoch impedanz eine Platinschicht, die gleichzeitig als Wachstums- und Haftschicht
für das
Ferroelektrikum dienen kann.
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Möglich ist
es auch, die Materialauswahl für
eine mehrschichtige Kondensatorelektrode so zugestalten, dass zwischen
den beiden Materialschichten ein nur geringer Impedanzsprung auftritt,
der zu keinen störenden
Reflexionen führt.
Eine solche Schichtkombination wird von der akustischen Welle dann
wie eine einheitliche Schicht gesehen und bei der Berechnung der
Resonanzfrequenzen wie eine einzige Schicht berücksichtigt.
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Die
ferroelektrische Schicht, zwischen der und der Elektrodenschicht
noch eine Haftschicht erforderlich sein kann, weist vorzugsweise
eine Schichtdicke von größer gleich
100 nm auf. Aufgrund gegebenenfalls abweichender Geschwindigkeiten
der akustischen Welle kann die optimale Schichtdicke bei ferroelektrischen Schichten
anderer Zusammensetzung von diesem Wert abweichen. Auch über der
ferroelektrischen Schicht kann eine weitere Haftschicht zur Verbesserung
der oberen Elektrodenschicht erforderlich sein. Geeignet sind dazu
beispielsweise dünne
Schichten aus Platin oder TiW. Wegen ihrer schlechten elektrischen
Leitfähigkeit sind
diese Schichten vorzugsweise auf eine minimale Schichtdicke ausgelegt.
Die weiteren Schichten für
die obere Elektrode umfassen dann zumindest eine zusätzliche
gut leitfähige
oder auch nur ausreichend dicke Schicht aus beispielsweise Aluminium,
Kupfer oder Gold. Abschließend
kann eine oder mehrere Dielektrikumsschichten vorgesehen sein, die
als Passivierungsschicht für
die Elektrodenschichten dienen. Neben oxidischen oder allgemein
keramischen Schichten kann die Passivierungsschicht auch ein organisches
Polymer sein wie beispielsweise BCB (Benzo Cyclo Buten), SOG (Spin
on Glass), Parylen, Fotolack und andere Materialien.
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In
einem Schichtaufbau für
den Kondensator kann es erforderlich sein, zusätzliche Impedanzsprünge durch
zusätzliche
Schichten geeigneter Impedanz einzuführen. Möglich ist es jedoch auch, bei
der Einstellung geeigneter Resonanzen Schichtübergänge zwischen einzelnen Schichten
für die
akustische Welle unsichtbar und damit nicht reflektierend zu gestalten,
die akustische Welle zu absorbieren oder die Reflexion zu „verschmieren" beziehungsweise
unscharf zu gestalten. Für
die akustische Welle unsichtbare Schichtgrenzen werden zwischen
Materialien gleicher oder ähnlicher
akustischer Impedanz erhalten. So weisen beispielsweise Siliziumdioxid
und Aluminium nahezu identische akustische Impedanzen auf, sodass
eine Siliziumoxid/Aluminium-Doppelschicht akustisch wie eine einzige
Schicht betrachtet werden kann.
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Viskose
Schichten führen
zu einer Reduktion der Reflexion, und vermindern so die Resonanz
der stehenden Welle, was wellenlängenunabhängig die
Güte des
gesamten Kondensators verbessert. Insbesondere können die genannten Passivierungsschichten
als viskose und beispielsweise polymere Schichten ausgebildet werden.
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Eine „verschmierte" Reflexion wird mit
einer Phasengrenze ausreichend hoher Rauigkeit erhalten. Eine Oberflächenrauigkeit
an der Schichtgrenze zur benachbarten Schicht mit Strukturgrößen größer als
100 nm führen
bereits zu einer Minderung der Reflexion. Gut geeignet ist eine
Oberflächenrauigkeit,
die Strukturen von zumindest 0,5 μm
Größe aufweist.
Eine raue Oberfläche
vermindert die Resonanz, da die akustische Welle in Abhängigkeit
von den Strukturgrößen an der
Oberfläche
unterschiedlich dicke Schichten sieht, die zu einer Verbreite rung
der Bandbreite der Reflexion führen
und die dadurch die Stärke
der Resonanz mindern.
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Eine
von Haus aus raue Oberfläche
mit verminderter Reflexion daran ist die Oberfläche eines keramischen und beispielsweise
aus Aluminiumoxid bestehenden Substrats. Um den weiteren Schichtaufbau
bezüglich
Homogenität
und Planarität
der Schichten nicht zu stören,
kann mit einer ersten Dielektrikumsschicht, die planarisierend wirkt,
die nächste
Phasengrenze ausreichend plan gestaltet werden. Außerdem bietet
sich an, alternativ oder zusätzlich
die Oberfläche
der obersten Schicht aufzurauen und damit die Phasengrenze zur Luft,
die einen besonders hohen Impedanzsprung aufweist, mit geringerer
Reflektivität
beziehungsweise mit verschmiertem Reflexionsverhalten zu realisieren.
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Außer durch
Optimierung des Schichtaufbaus können
auch die allgemeinen elektrischen Verluste des Kondensators reduziert
werden und damit dessen Güte
generell verbessert werden. So kann beispielsweise der elektrische
Widerstand der Zuleitungselektroden für den Kondensator reduziert
werden und damit die elektrische Güte des Kondensators erhöht werden.
Dazu können
die Zuleitungselektroden, die üblicherweise
aufgrund der integrierten Fertigung aus dem gleichen Material beziehungsweise
der gleichen Schichtkombination wie die Kondensatorelektroden gefertigt
sind, durch Aufdickung mit ausreichend leitfähigen Metallen in ihrer Leitfähigkeit
erheblich verbessert werden. Möglich
ist es beispielsweise, die Zuleitungen mittels einer Aufdickung
aus Aluminium, Gold, Kupfer oder anderen Metallen zu versehen.
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Eine
Zuleitung mit geringem Widerstand wird auch dann erhalten, wenn
ein Kondensator mit rechteckiger Grundfläche verwendet und die Zuleitung über die
längere
Seitenkante erfolgt.
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Ein
erfindungsgemäßer Kondensator
erreicht bereits mit einer Dielektrikumsschicht eine für die meistens
Schaltungsumgebungen ausreichende Kapazität von 10 pF bei einer Fläche 10 × 10 μm2. Allein die geringe Bauelementgröße macht
es unvorteilhaft, einen Kondensator als diskretes Bauelement zu
fertigen. Vielmehr werden erfindungsgemäße Kondensatoren integriert
zusammen mit einer Schaltungsumgebung auf der Oberfläche des
Substrats und, sofern dies ein halbleitendes Substrat ist, auch
innerhalb des Substrats erzeugt. Möglich ist es auch, ein mehrschichtiges
Substrat zu verwenden, welches mehrere Metallisierungsebenen aufweist,
die durch dielektrische Schichten voneinander getrennt sind. Durch
Strukturierung der Metallisierungsebenen und Verbinden unterschiedlicher
Metallisierungsebenen mittels Durchkontaktierungen durch die dielektrischen
Schichten können
so innerhalb des Substrats passive Komponenten wie Widerstände, Induktivitäten und
Kapazitäten
realisiert werden. Die Kapazitäten
können
dabei ganz oder teilweise durch die erfindungsgemäßen Kondensatoren
mit ferroelektrischen Dielektrika ersetzt werden. Möglich ist
es jedoch auch, die genannten Kondensatoren mit diskreten Schaltungselementen
oder mit Chipbauelementen, die integrierte Schaltungen umfassen,
in einer Schaltungsumgebung auf dem Substrat zu verbinden. Ein Bauelement
kann auch mehr als einen erfindungsgemäßen Kondensator umfassen, wobei
die unterschiedlichen Kondensatoren für unterschiedliche Frequenzbereiche
ausgelegt sein können,
wobei jeder Kondensator in einem bestimmten Bandbereich eine maximale
Güte aufweist,
und wobei sich die Bereiche maximaler Güte bei beiden Kondensatoren
unterscheiden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Diese
zeigen in schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellung
ganz oder ausschnittsweise Kondensatoren, Schichtaufbauten, Schaltungen
und an entsprechenden Bauelementen bestimmte Messkurven.
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1 zeigt
einen Kondensator im schematischen Querschnitt,
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2 zeigt
den Schichtaufbau eines Kondensators im Querschnitt,
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3 zeigt einen Kondensator mit aufgedickten
Zuleitungen,
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4 zeigt einen Kondensator mit akustischen
Spiegel,
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5 zeigt
den frequenzabhängigen
Verlauf des Verlustwinkels eines Kondensators mit und ohne Spiegelschichten,
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6 zeigt einen Stapelkondensator im schematischen
Querschnitt,
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7 zeigt
den Verlauf des Verlustwinkels für
den in 6 dargestellten Stapelkondensator,
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8 bis 12 zeigen
den Verlauf der Güte
von Resonatoren mit unterschiedlichen Schichtaufbauten.
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1 zeigt
im schematischen Querschnitt einen erfindungsgemäß als Mehrschichtaufbau auf
einem Substrat S ausgebildeten Plattenkondensator. Das Substrat
ist als Trägersubstrat
geeignet, vorzugsweise kristallin oder keramisch ausgebildet und
besteht beispielsweise aus Glas, Aluminiumoxid oder Silizium. Der
Kondensator umfasst zumindest eine untere Elektrode E1, die direkt
auf dem Substrat S oder unter der Zwischenanordnung einer oder mehrerer
elektrisch leitender oder dielektrischer Schichten aufgebracht ist.
Darüber
ist als Dielektrikum D ein Ferroelektrikum angeordnet, beispielsweise
Barium/Strontium-Titanat. Dieses Dielektrikum kann in einer Schichtdicke
von weniger als 100 nm bis zu einigen 100nm, z.B. 400nm hergestellt
werden. Damit ist gewährleistet,
dass nur geringe Steuerspannungen erforderlich sind, um die von
Haus aus bereits hohe abstimmbare Dielektrizitätszahl über ihre gesamte Variationsbreite
voll auszunutzen. Bereits in dieser einfachen Ausführung können hohe
Kapazitätsdichten
von circa 100 fF/μm2 erreicht werden.
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Über der
Dielektrikumsschicht D ist die zweite Elektrodenschicht E2 angeordnet.
Gegebenenfalls kann dazwischen noch eine weitere Haftschicht angeordnet
sein, vorzugsweise ebenfalls elektrisch leitfähige Metalle oder Legierungen,
die somit zur Elektrodenwirkung beitragen und somit Teilschichten
der zweiten oberen Elektrode E2 darstellen.
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2 zeigt
im schematischen Querschnitt einen beispielhaften Schichtaufbau
für den
erfindungsgemäßen Kondensator. Über dem
Substrat S ist eine elektrisch isolierende und planarisierend wirkende
dielektrische Schicht DS1 angeordnet, beispielsweise eine SiO2-Schicht auf einem Aluminiumoxidsubstrat.
Die untere Elektrodenschicht E1 umfasst eine erste gut leitfähige Metallschicht
ME1 und eine relativ dazu dünne
kombinierte Wachstums- und Haftschicht HE1. Bevorzugt ist als leitfähige untere
Elektrodenschicht ME1 Aluminium und als Haftschicht HE1 Platin.
Alternativ ist die untere Elektrode als für die Leitfähigkeit ausreichend dicke Haftschicht
ausgebildet, also aus einem Elektrodenmaterial mit guten Hafteigenschaften
für das
Dielektrikum. Die Dielektrikumsschicht D ist ein Ferroelektrikum,
welches von der Zusammensetzung her so ausgewählt ist, dass es über eine
an die Elektroden anlegbare Spannung in seiner Permittivität abstimmbar
ist. Die darüber angeordnete
zweite Elektrode E2 setzt sich hier wieder aus einer Haftschicht
HE2 und einer gut leitfähigen oder
ausreichend dicken Metallschicht ME2 zusammen. Die Haftschicht HE2
kann auch mehrlagig sein und dabei eine oder mehrere Schichten,
ausgewählt
aus Platin, Pt-TiW, Ti, NiCr, und so weiter umfassen. Die Erforderlichkeit
einer solchen Haftschicht ist von der jeweiligen genauen Schichtkombination
und dem dafür
gewählten
Aufbringverfahren abhängig.
Die Haftschichten HE1 und HE2 sind dabei auf minimale Schichtdicken optimiert,
um die Leitfähigkeit
der gesamten Elektrodenschicht E1 beziehungsweise E2 nicht unnötig zu reduzieren.
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Die
obere gut leitfähige
Metallschicht ME2 ist vorzugsweise ein gut leitfähiges Metall wie Aluminium, Gold,
Kupfer oder entsprechende andere Metalle. Die obere Elektrode kann
alternativ aber auch aus einer einzigen Schicht bestehen, z.B. aus
einer dicken Platinschicht.
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Abschließend ist
eine Passivierungsschicht angeordnet, ausgewählt aus Siliziumnitrid, Siliziumoxid oder
den anfänglich
bereits genannten Polymeren und Gläsern.
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Im
dargestellten allgemeinen Schichtaufbau sind akustisch relevante
Grenzflächen
aufgrund ausreichend hoher Impedanzunterschiede zwischen Substrat
und dielektrischer Schicht DS1, zwischen unterer leitfähiger Schicht
ME1 und unterer Haftschicht HE1, zwischen oberer Haftschicht HE2
und oberer leitfähiger Schicht
ME2, zwischen oberer leitfähiger
Schicht ME2 und Passivierungsschicht PS sowie zwischen der Passivierungsschicht
und dem umgebenden Medium, welches üblicherweise Luft ist.
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Zwischen
den akustisch relevanten Schichtgrenzen bilden sich im dargestellten
Ausführungsbeispiel insgesamt
vier Teilresonatoren aus, denen jeweils eine eigene Resonanzfrequenz
f1 bis f4 zugeordnet ist. Die Abmessungen der Teilresonatoren sind
in der Figur durch die entsprechenden Doppelpfeile gekennzeichnet. Aufgrund
der gewählten
Schichtdickenverhältnisse
gilt f1 > f2 >> f3 > f4.
Allgemein gilt, dass die Resonanzfrequenz um so höher ist,
je dünner
der Schichtstapel ist, in dem sich die Resonanz ausbildet. Vorzugsweise
sind die Schichtstapel möglichst
dünn.
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Für den der
Resonanzfrequenz f1 zugeordneten Schichtstapel zwischen unterer
leitfähiger
Schicht und oberer leitfähiger
Schicht bei minimal gewählten
Schichtdicken kann sich eine Gesamtschichtdicke von weniger als
500 nm ergeben, wobei einem solchen Schichtenstapel eine akustische
Resonanzfrequenz von mehr als vier Gigahertz zugeordnet werden kann.
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Die
Resonanz f2 bildet sich zwischen der unteren leitfähigen Elektrodenschicht
ME1 und der Passivierungsschicht aus. Bei minimaler Schichtdicke
der oberen Metallisierung von circa 100 nm bis circa 1 μm lässt sich
diesem Schichtstapel eine Resonanzfrequenz f3 von unter ein Gigahertz
bis circa vier Gigahertz zuordnen.
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Die
weiteren Resonanzfrequenzen f3 und f4 sind in Abhängigkeit
von der Dicke der unteren dielektrischen Schicht DS1 oder der Passivierungsschicht
PS bei entsprechend niedrigeren Frequenzen angeordnet. Der Schichtaufbau
ist jedoch stets so optimiert, dass der Kondensator in den genannten
drei Bandbereichen keine Resonanz aufweist. In dem in 2 dargestellten
Schichtaufbau kann die Resonanzfrequenz f4 durch eine Aufrauung
der Oberfläche
der Passivierungsschicht oder durch Verwendung entsprechend viskoser
oder polymerer Materialien unterdrückt beziehungsweise reduziert
werden, sodass trotz teilweise stattfindender Resonanz eine höhere Güte in dem
der Resonanz f4 entsprechenden Bandbereich erhalten werden kann.
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3 zeigt zwei Möglichkeiten, die Güte eines
Kondensators mit einem beispielsweise in 2 dargestellten
Schichtaufbau unabhängig
von dem Schichtaufbau im Bereich des aktiven Kondensators zu erhöhen. 3a zeigt
einen Kondensator im Querschnitt, bei dem die Elektrodenschichten
E1 und E2 zu elektrischen Zuleitungen verlängert sind. Außerhalb
des Bereiches, in dem die beiden Elektroden E1 und E2 miteinander überlappen,
sind die Elektrodenschichten beziehungsweise die daraus gebildeten
Zuleitungen durch ein elektrisch gut leitendes Material aufgedickt,
sodass deren elektrischer Serienwiderstand reduziert ist. 3b zeigt
einen Kondensator in schematischer Draufsicht, bei dem zusätzlich oder
alternativ zur Aufdickung die Grundfläche des Kondensators so ausgestaltet
ist, dass die Zuleitung über
die längere
Seitenkante der rechteckigen Grundfläche des Kondensators angeordnet
ist.
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4 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts
eine weitere Ausgestaltung des für
einen Kondensator einsetzbaren Schichtaufbaus. Zuzüglich oder
alternativ zu dem Schichtaufbau gemäß 2 weist dieser
Kondensator unterhalb der unteren Elektrode E1 einen akustischen
Spiegel auf, der zumindest ein paar Spiegelschichten, umfassend
eine Niederimpedanzschicht und eine Hochimpedanzschicht, aufweist. 4a zeigt
einen Kondensator mit einem Paar Spiegelschichten, 4b zeigt
einen Kondensator mit einem zweiten Paar Spiegelschichten. Die Spiegelschichten
sind beispielsweise aus einer Schichtkombination 800 nm Platin und
900 nm Siliziumoxid ausgebildet, die im Bereich von 0,9 Gigahertz
bis etwa 2,1 Gigahertz einen hohen Reflektivitätsfaktor von nahezu eins erreichen.
Mithilfe solcher Spiegelschichten reduziert sich die Breite der akustischen
Resonanz deutlich, sodass sich der frequenzbezogen nutzbare Bereich
außerhalb
der Resonanz deutlich erhöht.
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5 zeigt
den Verlauf des Verlustwinkels tan δ über die Frequenz f. Die unterschiedlichen
Messkurven entsprechen Schichtaufbauten ohne Spiegelschicht, mit
einem Paar Spiegelschichten und mit zwei Paar Spiegelschichten und
sind zum Vergleich übereinander
dargestellt. Erster und zweiter Sperrbereich sind als dicke Balken
eingetragen. Es zeigt sich, dass die Breite der Resonanz bereits
mit einem Paar Spiegelschichten stark verringert ist und mit einem
zweiten Paar Spiegelschichten noch weiter verringert werden kann.
Die Bandbreite der Resonanz lässt
sich dabei auf weniger als 100 Megahertz einstellen. Die dargestellten
Verlustwinkelverläufe
sind für
Schichtaufbauten angegeben, bei dem neben dem genannten Spiegelschichtpaar
die beiden Elektroden E1 und E2 aus jeweils 600 nm Pt ausgebildet
sind und direkt über
dem Aluminiumoxidsubstrat S noch eine circa 30 μm dicke erste dielektrische
Schicht aus SiO2 angeordnet ist. Die Resonanzfrequenz dieses
Schichtaufbaus liegt bei circa 1405 Megahertz, die Breite der Resonanz
(ohne Spiegelschichten) be trägt
mehr als 200 MHz. Mit einem Paar Spiegelschichten wird die Breite
auf 50 MHz, mit zwei Spiegelpaarschichten auf 30 MHz reduziert.
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6 zeigt im schematischen Querschnitt eine
weitere Variation eines für
den Kondensator einsetzbaren Schichtaufbaus. Hier ist über der
zweiten Elektrode E2 eine zweite ferroelektrische Dielektrikumsschicht D2,
darüber
eine dritte Elektrode E3, eine dritte Dielektrikumsschicht D3 und
eine vierte Elektrode E4 angeordnet. Daraus ergibt sich ein Stapel
von drei Teilkondensatoren, die beispielsweise parallel verschaltet
werden können. 6 zeigt einen solchen Aufbau unter der
Zwischenanordnung eines akustischen Spiegels zwischen Substrat und
erster Elektrode E1, der hier aus zwei Paaren von Spiegelschichten
zusammengesetzt ist. Die Dicke der Spiegelschichten und deren Materialauswahl
entspricht auch im Stapelkondensator derjenigen des Einfachkondensators,
kann aber davon abweichen.
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7 zeigt
für den
dargestellten Stapelkondensator den Verlauf des Verlustwinkels über die
Frequenz im Vergleich zu einem Stapelkondensator ohne akustischen
Spiegel. Aufgrund der erhöhten
Anzahl von Schichten im Schichtaufbau erhöht sich auch die Anzahl möglicher
Resonanzen, die sich durch einen hohen Verlustwinkel und dadurch
eine niedrige Güte
des Kondensators im jeweiligen Frequenzbereich auszeichnen. In Form
von horizontalen Balken ist in der Figur auch ein erster und ein
zweiter Bandbereich samt erforderlichen Unterdrückungsniveau eingezeichnet,
der erfindungsgemäß frei von
Resonanzfrequenzen sein soll. Es zeigt sich, dass die durchgezogene
Kurve, die dem Stapelkondensator ohne akustische Spiegel zugeordnet ist,
aufgrund der verbreiterten Resonanzen teilweise noch in den zur
Nutzung des Kondensators vorgesehenen Bandbereich hineinreichen.
Die Kurven dagegen, die einen Stapelkondensator mit einem (gestrichelte
Linie) oder gemäß 6 zwei Spiegelschichten (gepunktete Linie)
zugeordnet ist, zeigen wesentlich schmälere Resonanzen knapp über 1100 und
bei circa 1600 Megahertz, die so angeordnet sind, dass der Kondensator im
ersten und zweiten Sperrbereich einen nur geringen Verlustwinkel
tan δ und
damit eine hohe Güte
aufweist. Hiermit ist gezeigt, dass auch bei einem aufwändigen Schichtaufbau
mit einer Vielzahl an Kondensatoreinzelschichten durch entsprechende
Optimierung ein erfindungsgemäßer Kondensator
mit Resonanzen außerhalb der
gesperrten Bandbereiche erhalten werden kann.
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Die
folgende Tabelle 1 gibt nochmals die Schichtaufbauten der anhand
der
4 bis
7 beschriebenen
Ausführungsbeispiele
an. Tabelle
1
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Im
Folgenden werden weitere konkrete Schichtaufbauten angegeben und
auf ihre Tauglichkeit im Hinblick auf hohe Güte in den gesperrten Bandbereichen
untersucht. Dazu wird der Aufbau vom Substrat bis zum ferroelektrischen
Dielektrikum in den meisten Beispielen konstant gehalten und lediglich
die obere Elektrode E2 variiert.
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In
einer ersten Gruppe wird von einem Schichtaufbau über einem
Substrat S aus Aluminiumoxid, einer ersten Dielektrikumsschicht
DS1 aus 50 μm
Siliziumoxid und 30 nm Titanoxid, einer ersten Elektrode E1 mit einer
leitfähigen
Schicht ME1 aus 500 nm Aluminium und einer ersten Haftschicht HE1
aus 50 nm Platin sowie einer Dielektrikumsschicht D aus 120 nm Barium/Strontium-Titanat.
Es folgt die zweite Elektrode E2 und darüber 300nm Si
3N
4 als Passivierung. Die zweite Elektrode
E2 wird wie folgt variiert:
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Das
Beispiel 13 hat die Schichtfolge über einem Substrat S aus Aluminiumoxid:
50 μm Siliziumoxid – 1600nm
Pt – 120nm
BST – 440nm
Pt – 1800nm
W – 2500nm
Al
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Durch
die Kombination einer dickeren unteren Pt Elektrode und einer oberen
mehrschichtigen Elektrode liegen die Resonanzen außerhalb
der genutzten Bandbereiche. Durch die dickeren Elektroden sind die elektrischen
Verluste gegenüber
den anderen Beispielen reduziert.
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8 zeigt
den Verlauf der Güte
Q für relativ
dünne zweite
Elektroden gemäß den Beispielen
6, 9 und 11 über
die Frequenz. Bei der Variante mit Gold (durchgezogene Linie) beziehungsweise
Kupfer (dicke gestrichelte Linie) als leitfähiger oberer Metallschicht
ME2 liegt die Resonanz mit geringer elektrischer Güte bei etwa 4
Gigahertz. Dadurch erhält
man so wohl im Zwei-Gigahertz-Bereich (zweiter Bandbereich) als auch
im Fünf-Gigahertz-Bereich
(vierter Bandbereich) akzeptable elektrische Güten von mehr als 60. Da Aluminium (siehe
dünne gepunktete
Linie) eine vergleichbare akustische Impedanz wie Siliziumnitrid
hat, wird die Grenzfläche
zwischen den beiden Schichten akustisch nicht gesehen, sodass die
Grenzfläche
von Siliziumnitrid zu Luft für
die erste Resonanz verantwortlich ist. Sie liegt daher bei einer
niedrigeren Frequenz von circa drei Gigahertz. Dies hat für diese
Ausführung
mit 200 nm Aluminium als oberes leitfähiges Metall ME2 eine geringere Güte bei fünf Gigahertz
zur Folge.
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9 zeigt
den Verlauf der Güten
für drei
weitere Ausführungsbeispiele,
denen ein ähnlicher
Aufbau wie in 8 zugrunde liegt. Es wird lediglich
die Schichtdicke des für
Sie zweite Elektrode E2 verwendeten leitfähigen Metalls erhöht. Die
drei dargestellten Kurven entsprechen somit Ausführungen mit 590 nm Al (Beispiel
14), 400 nm Au (Beispiel 15) beziehungsweise 600 nm Cu (Beispiel
16). Die Linienzuordnung ist wie in 8. Die restlichen
Schichtmaterialien und Schichtdicken bleiben gegenüber den 8 zugeordneten
Ausführungsbeispielen
unverändert.
Mit den höheren
Dicken der Aluminium-, Kupfer- oder Goldelektrode wird angestrebt,
die erste Resonanz in den Bereich zwischen 1 Gigahertz und 1,7 Gigahertz
zu verschieben und möglichst
in allen relevanten Frequenzbereichen, also den ersten bis vierten
Bandbereichen eine möglichst
hohe elektrische Güte
zu erreichen. Mit Gold und Kupfer ist dies in diesem Fall nicht
möglich.
Mit Aluminium als obere leitfähige
Schicht wird lediglich im unteren Bereich des Zwei-Gigahertz-Bandes
die Güte
niedrig, da dieses in der Nachbarschaft der Resonanz bei circa 1,7
Gigahertz liegt. Die Güte
für den
ersten Bandbereich ist für alle
drei Ausführungen
hoch, die Güte
für den
dritten und vierten Bandbereich für alle drei Ausführungen
ausreichend hoch.
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10 zeigt
den Verlauf der Güte
für drei
weitere Ausführungen,
bei denen wiederum der gleiche Schichtaufbau und die gleiche Linienzuordnung
wie in Verbindung mit den 8 und 9 verwendet
wird, und dabei lediglich die obere leitfähige Schicht in ihren Schichtdicken
weiter erhöht
wird. Es werden drei Ausführungen
betrachtet, bei denen die obere leitfähige Schicht aus 690 nm Aluminium
(Beispiel 8), 560 nm Gold (Beispiel 12) oder 840 nm Kupfer (Beispiel
10) besteht. In dieser Ausführung
wird die Forderung einer hohen elektrischen Güte bei fünf Gigahertz und 2,5 Gigahertz,
also im dritten und vierten Bandbereich fallengelassen. Durch die
erhöhten
Schichtdicken kann dafür
im Zwei-Gigahertz-Bereich mit allen drei Ausführungen eine hohe Güte erreicht
werden.
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11 zeigt
den Verlauf der Güte
für zwei
weitere Ausführungsbeispiele,
die wiederum einen den 8 bis 10 entsprechenden
Schichtaufbau aufweisen, wobei die obere leitfähige Schicht ME2 noch weiter
erhöht
wurde. Es werden zwei Ausführungen
mit 960 nm Al (Beispiel 4, siehe gestrichelte Linie) beziehungsweise
mit 725nm Pt (Beispiel 5, siehe durchgezogene Linie) untersucht.
Für die
Ausführung
mit Aluminium zeigt sich, dass vor allem die Grenzfläche zur
Luft und die Grenzfläche
der unteren Platinschicht zum Aluminium akustisch aktiv. Mit Aluminium
kann daher in allen relevanten Frequenzbereichen, also im ersten bis
vierten Bandbereich eine hohe elektrisch Güte erhalten werden. Nur mit
Platin allein als leitfähige
Schicht der oberen Elektrode ist dies nicht zu erreichen.
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12 zeigt
den Verlauf der elektrischen Güte
eines Kondensators gemäß Beispiel
17, bei dem für die
erste Elektrode E1 ausschließlich
eine dicke Platinschicht von 1800nm eingesetzt wird. Der übrige Schichtaufbau
entspricht den Beispielen 4 bis 11. Es wird eine hohe Güte bei 1GHz
und 2 GHz sowie eine mittlere Güte
bei 2,5 und bei 5 GHz beobachtet.
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Der
Schichtaufbau von Beispiel 13 weist über einem Aluminiumoxidsubstrat
50 μm Siliziumoxid,
als dielektrische Schicht DS, 1600 nm Platin als erste Elektrode
E1, 120 nm BST als Dielektrikum D, und eine Dreifachschicht als
obere Elektrode E2, bestehend aus 440 nm Platin, 1800 nm Wolfram
und 2500 nm Aluminium.
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Durch
die insgesamt sehr dicken Elektroden reduziert sich der elektrische
Widerstand deutlich, sodass außerhalb
der akustischen Resonanzen hohe Güten erreicht werden. Durch
den relativ dicken Gesamtaufbau kommt es jedoch zu vielen Resonanzen,
die aber mit dem angegebenen Schichtaufbau allesamt außerhalb der
nutzbaren Bandbereiche eins bis vier liegen. Mit diesen Ausführungsbeispielen
werden in allen Bandbereichen die bislang höchsten Güten erhalten.
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Ein
weiteres weiter optimiertes Ausführungsbeispiel
18 weist einen Aufbau über
einem Aluminiumoxid auf, der die folgenden Schichten umfasst: 50 μm Siliziumoxid,
30nm Titanoxid, 525nm Platin, 200nm BST, 700nm Pt und 350nm PSG
als Passivierungsschicht PS. Auch mit diesem Ausführungsbeispiel
werden in allen vier Bandbereichen hohe Güten erhalten. Die Resonanzfrequenzen,
die sich im Schichtaufbau ausbilden können, liegen allesamt deutlich
außerhalb
der Bandbereiche.
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Es
zeigt sich, dass mit dem erfindungsgemäßen Schichtaufbau Kondensatoren
realisiert werden können,
die in allen vier für
die mobile Kommunikation genutzten Bandbereichen hohe Güten aufweisen
und daher zum Einsatz in Schaltungen und Schaltkreisen geeignet
sind, die mit einer oder mehrerer dieser Frequenzen operieren. Die
Kondensatoren sind daher zum Einsatz in Anpass-, Verstärker-, Filter-
und anderen Schaltungen innerhalb von Endgeräten der mobilen Kommunikation
und insbesondere zum Einsatz in Handys geeignet. Schaltungen mit
diesen Kondensatoren können
integriert auf geeigneten Substraten erzeugt und dabei miteinander
verschaltet werden. Zur integrierten Verschaltung sind Strukturierungsschritte
erforderlich, die insbesondere nach der Abscheidung der ersten beziehungsweise
zweiten und gegebenenfalls weiteren Elektrodenschicht sowie nach
Abscheidung des Dielektrikums beziehungs weise Ferroelektrikums erfolgen.
Die Kondensatoren sind durch Anlegen einer BIAS-Vorspannung in ihrer
Dielektrizitätszahl
und damit in ihrer Kapazität abstimmbar.
Mit den Kondensatoren können
daher variable Schaltungen konstruiert werden, die über die
Abstimmbarkeit der Kapazität
an eine äußere Umgebung
anpassbar sind. Insbesondere können
die Kondensatoren für
unterschiedliche Arbeitsfrequenzen hergerichtet werden und durch
entsprechende Abstimmung auf die jeweilige Arbeitsfrequenz optimiert
werden. Auf diese Weise ist es auch möglich, mit einer einzigen Schaltung
unterschiedliche Konstellationen zu realisieren, die jeweils an
einen gegebenen nutzbaren Bandbereich angepasst sind. Mit den abstimmbaren
Kondensatoren ist es daher auch möglich, die Komplexität der Schaltungsumgebung
von Multiband- beziehungsweise Multimodeendgeräten deutlich zu reduzieren,
da bislang unterschiedliche Schaltungen nun mit einer einzigen abstimmbaren
Schaltung realisiert werden können.
Neben der Komplexität
wird dabei auch der Raumbedarf entsprechend der Schaltungen sowie
die Kosten der Schaltung reduziert.
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In
den Ausführungsbeispielen
wurde nur gezeigt, dass geeignete Schichtaufbauten realisierbar
sind, geeignete Realisierungen aber nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele
beschränkt
sind. Im Rahmen der Erfindung liegt es daher, die Schichtaufbauten
durch Weglassen einzelner Schichten, Hinzufügen weiterer Schichten, durch
Materialänderungen
oder Dickenänderungen
weiter zu modifizieren.
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In
allen dargestellten Ausführungen
kann die Güte
der Kondensatoren durch Verwendung von akustischen Spiegeln weiter
verbessert werden, wobei bereits mit einem Paar Spiegelschichten,
bestehend aus einer Niederimpedanzschicht NI und einer Hochimpedanzschicht
HI, die im Schichtaufbau unterhalb der unteren Elektrode E1 eingeführt werden,
die Breiten der im Schichtaufbau auftretenden Resonanzen deutlich
zu reduzieren. Dies hat umgekehrt zur Folge, dass die Güte in den
außerhalb
der Resonanzen liegenden Bereichen stark erhöht wird. Für komplexe Optimierungsprobleme
in allen vier Bandbereichen können
daher mit akustischen Spiegeln verbesserte Eigenschaften erhalten
werden, die den erhöhten
Aufwand für
die Herstellung des akustischen Spiegels rechtfertigen. Mithilfe
der akustischen Spiegel gelingt es auch, komplexere Schichtaufbauten
mit einer Vielzahl übereinander
erzeugter Einzelkondensatoren die jeweils eine zwischen zwei Elektroden
eingebettete ferroelektrische Schicht umfassen, zu erzeugen und
dabei eine in drei oder vier Bandbereichen ausreichende Güte zu erhalten.