CN107004507B - 用于射频功率应用的可变功率电容器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种功率电容器(7)，其用于RF功率发送系统。所述功率电容器包括至少两个被包括固体顺介电材料的电容器电介质(17)分开的RF电极(18、19)，所述固体顺介电材料的相对介电常数可通过改变在DC偏压电极(10、26、28)处施加于所述电介质(17)上的DC偏压来控制。还公开了复合电容器配置、RF功率系统及控制所述功率电容器的方法。

Description

用于射频功率应用的可变功率电容器
技术领域
本发明涉及适用于射频(RF)功率应用的功率电容器的领域，诸如供给等离子体系统的RF功率的动态阻抗匹配。本发明亦涉及一种适用于此类功率电容器的电介质，及将此类电容器用于RF功率应用的方法。
背景技术
RF功率应用可包括例如在高电压和/或高电流下将RF功率供给诸如等离子体腔室的装置。等离子体腔室用于工业过程，诸如材料的表面处理或半导体制造过程中的等离子体蚀刻。等离子体通常由电流以RF频率交变产生并维持，其激发并且电离用于等离子体腔室中的纯净源气体。或者，替代使用此类纯净气体，如在许多工业应用中常见，也可采用在大气压力或高于大气压力下发生的工业应用的射频等离子体激发。
从RF功率发生器的角度看，等离子体腔室呈现为一个可大大并快速改变的负载阻抗。重要的是RF功率发生器的输出阻抗紧密匹配等离子体腔室的快速变化的负载阻抗，以避免在阻抗不匹配时可出现的有害的功率返回RF功率发生器的输出电路的反射。常用独立的阻抗匹配装置(所谓“匹配盒”)，其使等离子体腔室的负载阻抗匹配RF功率发生器的输出阻抗。在快速改变的负载阻抗的情况下，匹配盒相应地必须能够动态地进行阻抗匹配。在负载阻抗仍相对恒定的其他情况下，匹配盒简单地提供类似地恒定的阻抗匹配功能。
匹配盒包括反应性组件，诸如电容器，其必须能够处理经由匹配盒发送至负载(例如等离子体腔室)的大功率(高电压和/或高电流)。在阻抗匹配的情况下，可能需要此类高功率电容器具有可变电抗(电容)。此类电容器的电容值可为例如50pF至1nF或大于1nF，且此类可变电容器的最大变化速度可以是由匹配盒提供的阻抗匹配的变化速度的限制因素。
RF功率发生器及其他装置亦可包括例如在其输出阶段中可变和/或固定的此类高功率反应性组件。商业RF功率发生器的输出阻抗通常标准化为50欧姆。整合于发生器电路中的可调节电容可用以在暂时性阻抗失配条件下极快速地稳定输出级。
现有背景技术
已研发了真空可变电容器(亦即使用真空作为电介质)，其能够处理大功率并可靠操作几十万个工作周期。此类电容器通常包括电极对，其重叠区域通过使电极相对于彼此移动来改变，通常是借助于电马达及机械驱动机构。根据电容器的尺寸及设计及电容变化量值，调谐时间(电容由一个值变化至另一个值所花费的时间)通常可为约100毫秒至几秒。这样的真空可变电容器被公布于例如德国专利申请DE2752025A1中。真空可变电容器为尺寸为例如几厘米或几十厘米的相对大的组件。其制造亦相对复杂，需要持久极高的真空和准确机器加工的电极及驱动组件。
为提供更快调谐时间，已提出了(参见例如US20100225411)通过利用快速切换PIN二极体在多个固定电容器之间切换来实施可变电容。如例如美国专利US8416008B2中所公布，亦已提出使用快速切换双极接面电晶体(BJT)或绝缘闸双极电晶体(IGBT)。除此类装置耐受大反向偏压的要求外，这些基于切换的调节装置的明显缺点在于其仅允许电容有步进(亦即非连续)的变化。为获得准连续的变化，可使用极大量的切换器。然而，这将是庞大、昂贵且不利于长期可靠性的，因为许多切换器中的任一个的故障将使整个装置不可用。
在不相关技术领域(诸如GHz范围中操作的移动通信系统)中已知使用形成为薄膜(例如厚70nm)或厚膜(例如厚30μm)的所谓顺介电材料的可变电容器，所述顺介电材料的相对介电常数随所施加电场而变化。然而，此类电容器限于RMS电压高达几十伏且RMS电流为几毫安或更小的低功率应用。
因为后面的说明涉及使用顺介电材料，所以以下对于概念作简单的论述以供参考。与其导电(金属)对应物相比，绝缘或介电材料不允许电荷经由材料自由移动。然而，可以局部移动正及负电荷从而得出现局部电偶极子。在大多数材料中，在无任何外部施加的电场下，这些局部偶极子随机定向且宏观上自我抵消。因此大多数材料宏观上并非极化的。然而，通过施加外部电场E，偶极子将沿所施加电场的方向设置，结果使得局部偶极子的总和将为一个宏观的感应极化P。在大多数介电材料中，此极化与所施加的电场成正比且P(E)的斜率恒定。这些材料称为线性介电材料。对于被称为非线性电介质的其他电介质，P(E)的斜率并非恒定的且随所施加场的值而改变。以下将这些电介质分类为顺电材料子类，其中当移除所施加场时感应极化的效果恢复至初始状态。在称为铁电材料(与铁磁材料类似)的另一电介质子类中，即使当移除所施加电场时感应极化的效果仍持续。
材料的极化率表现于其相对介电常数中。术语“相对介电常数”在本说明书中被优选采用，因为替代术语“介电常数”表示一个不变的参数，其在描述非线性介电材料时并不正确，例如其相对介电常数可随温度变化或因所施加电场而变化。
应注意，在本文中，电介质是指具有特定形状及尺寸的物理实体，且该术语不应与介电材料混淆，后者一般表示材料。
相对介电常数为标量(或对于各向异性材料为张量)，且相对于真空介电常数加以定义(真空的相对介电常数εrv被定义为1)。线性电介质具有不依赖于场的相对介电常数，而非线性电介质具有依赖于场的相对介电常数εr＝εr(E)。图1中的曲线1显示了顺电材料的相对介电常数如何随所加的电场变化的一个实例。
现有技术(参见例如US7910510B2)中已知陶瓷化合物BaTiO3为铁电材料，且在高于其所谓居里温度Tc＝115℃的温度下其变为顺电材料。通过用Sr取代一些Ba原子，且通过将其他微量元素插入其晶体结构中，可以调节该材料的特性以使得其居里温度降至室温或低于室温。此意味着所述材料在室温下可以在其顺电相下被使用。该材料的相对介电常数εr也可被升高至2000或大于2000，且可调谐度亦加大(此意味着相对介电常数εr可通过改变所施加的电场在大的范围上变化)。亦参见Jae-Ho Jeon的“Effect of SrTiO3Concentration and Sintering Temperature on Microstructure and DielectricConstant of Ba1-xSrxTiO3)”，Journal of the European Ceramic Society，第24卷,第6期,2004,第1045-1048页,ISSN 0955-2219。
发明内容
本发明旨在解决以上背景技术的功率电容器的缺点中的至少一些。为此，使用具有可变相对介电常数的电介质能够极其快速调节如上所述RF功率应用，诸如等离子体腔室中的电容。亦可不断进行电容调节，从而避免逐步调节先前用于快速调节RF功率发送应用的切换解决方案。另外，因为本发明的电容器使用几个组件且无移动零件，其可比用于RF功率应用的背景技术电容器更简单地制造。亦可针对指定电容值制造许多较小尺寸。
附图说明
以下结合附图来详细描述本发明；在附图中：
图1显示根据本发明的电介质的实例的相对介电常数εr对所施加场|E|的图式。
图2表示根据本发明的一个变形的两个电容器的背对背连接设置，其中所需电场E通过可调节DC偏压源提供。
图3表示根据本发明的多个电容器的堆叠设置的示意图。
图4表示图2的背对背连接设置的DC偏压源的电阻解耦设置的示意图。
图5表示图2的背对背连接设置的DC偏压源的电感解耦设置的示意图。
图6表示根据本发明的一个变形的两个电容器的整合模块实施例的示意性横截面图。
图7表示图6的整合模块实施例的示意性立体图。
图8表示根据本发明的一个变形的电容器的混合配置的示意图。
图9显示使用根据本发明的电容器的阻抗匹配网路的一个例子的示意图。
应注意，这些附图只是为了理解根据本发明的原理而提供的，而不应视为对本申请的保护范围的限制。在不同附图中使用相同标号的情况下，这些标号指示类似或等效的特征。然而，不应认为使用不同的附图标记是表示其所表示的特征之间的特定差异程度。
具体实施方式
如上所述，非线性(例如陶瓷)介电材料可以在其顺电相下被使用以形成可电调节的电容装置。这种可调节性可用于例如可变电容器中，或具有标称固定值但其电容可调节或微调以抵消例如温度的变化的电容器中。当描述本发明时，术语“可变”、“可调节”以及“可调谐”在本说明书中是指可变电容器的电容变化或可调节/可微调固定值电容器(亦即具有标称固定电容值但其电容值仍可调节以例如抵消偏移或温度依赖效应的电容器)的电容的调节。本发明涉及用于高功率RF应用的可变电容器(或可调节固定值电容器)，其中迄今已使用例如真空可变电容器，且因此其适用于所用的大功率发送系统，例如对半导体制造工业中的RF等离子体蚀刻或涂覆过程供电。替代真空可变电容(与RF等离子体过程中的负载阻抗变化相比其速度受到限制且本质上缓慢)的机械调节机制，使用电DC偏压在电容器电介质中产生电场。
为控制此类RF功率应用中的相对介电常数，所施加的DC偏压的量值宜应明显大于RF应用电压的幅度(例如大10倍或更大)，以使得与DC偏压的影响相比RF电压对顺电介质的相对介电常数的影响可以忽略。因此可通过改变DC电压控制且调节相对介电常数。介电常数对所施加电压的反应速度基本上为瞬时，因为材料中的偶极子取向以纳秒或小于纳秒的时间进行反应。
相对介电常数的调节直接导致了对由顺电介质制造的装置的电容的调节。电介质可形成为长方体模块或平板或盘，例如电介质的任一侧上的面积A的平行平面导电电极。在此简单几何结构中，电容借由C＝ε0εr A/d给出，其中d为电介质厚度(电极之间的距离)，ε0为真空介电常数(物理恒定)，且εr为电介质的场变(目前为随DC偏压而变的)相对介电常数。
术语射频(RF)可以传统地表示3kHz至300GHz的频率。然而，本发明的电容器、电介质及方法要用于通常在400KHz与200MHz之间的RF功率系统的频率范围。
功率RF意指RF功率输出可额定于50W或大于50W(诸如100W或大于100W，或甚至1000W或大于1000W)的应用。
术语高电压用以指超过1000VRMS的电压，与诸如IEC 60038的国际标准一致。术语“高电流”用以指超过1ARMS的电流。相比之下，已知50mARMS的电流会造成人类呼吸停滞并死亡(参见例如美国职业安全与健康管理局(US Occupational Safety and HealthAdministration)颁布的安全准则)。行业内所用的标准化RF频率为例如13.56MHz，但亦使用其他RF频率，例如400KHz、2MHz、27.12MHz、40.68MHz、60MHz、80MHz、100MHz以及162MHz。
图1表示诸如Ba1-xSrxTiO3型材料的顺介电材料的相对介电常数εr的实例可随所施加的电场变化。相对介电常数εr在纵轴5上，且所施加场的模数|E|在横轴4上。轴4、5以及曲线1不一定按比例。由所施加电压所致的顺介电材料的相对介电常数变化借由Δεr(E)示于图1中，亦即2处(其中不施加偏压(E＝0))与3处(特定施加的电场6的相对介电常数值)的相对介电常数值之间的差。
顺电材料的可调节性可由Γ＝(εr(0)-εr(Emax))/εr(0)表示，或者就DC偏压而言以Γ＝(εr(0)-εr(Vmax))/εr(0)表示。可调谐性表示对于给定的Emax(或Vmax)相对介电常数的理论可使用范围，其中Emax(或Vmax)表示电介质在不出现分解的情况下可以耐受的最大场强度(或电压)。
对顺介电材料，诸如先前提及的Ba1-xSrxTiO3型材料可获得70％或更大的可调谐性值。使用以上平行平面电极电容公式及图1中所示的场依赖性曲线，可见具有此顺电介质的简单装置的电容值在不存在场(亦即无DC偏压)时最高，且在施加最大场Emax(或DC偏压Vmax)时最低。
图2表示皆具有电压可调谐电介质的两个电容71及72如何可背对背串联设置以提供可变电容器7，其电容可通过改变电压VDC而改变(调谐)，其中该电压VDC是由DC电压电源12，经由连接两个电容器71及72的通常电路节点10的解耦元件11，而相对于地或基准电位13施加的电压。两个电容器71及72可以在(例如平面的)DC偏压电极(由图2的示意图中的标号10表示)的任一侧上由两个顺电陶瓷材料的块或平板或盘形成，且具有另外两个(例如平面)RF电极，其中的一个RF电极与各块或平板相对设置，分别作为图2的电路节点8及9而得到连接。这些块或平板或盘可以是例如至少0.1mm厚，或优选地至少0.3mm厚，或更优选地至少0.5mm厚甚至1mm厚或更厚。视所需电容及所需操作电压，其可具有例如至少3mm的直径或横向尺寸，或至少5mm或至少10mm或至少20mm的直径或横向尺寸。鉴于用于RF功率系统的非常高的电压和频率，这些电极及电介质可封入适当的绝缘包装中。
两个电容器71及72的背对背串联设置具有降低总电容的作用(因为串联的电容具有整体较低的总电容)。然而，与相对于先前可获得的具有相同电容的真空可变电容器可获得的尺寸显著减小相比，电容的降低只是一个小的不利。顺电陶瓷材料的较大相对介电常数，使得可以以比真空可变电容器所能获得的面积更小的电极面积以及更小的体积，获得给定的电容。
举例而言，用于3kV应用的1000pF真空可变电容器的尺寸可为至少10cm×10cm×10cm，不包含所需的类似尺寸或更大的机动驱动机构。相比的下，使用顺介电材料及快速电调谐(可变DC偏压偏压)的1000pF的可变电介质电容器的包装可为例如2cm×2cm×4cm或更小。装置体积可由此减小100倍以上。
图3表示与上述彼等电容器类似可变电介质电容器71、72、73、73……72n的堆叠设置。此类阵列可有利地被用于其中使用极高电压的半导体制造工业的大功率应用。为了能够在不超出先前所论述的最大场强度Emax的情况下进行高电压应用，堆叠设置包括n个(其中n>2)如图3所示地串联连接的可调电介质电容器。各电介质模块或平板或盘上的电压此时只是复合电容器的末端触点8及之间的总电压的一部分。若所有电介质(例如块或平板或盘)实质上相同，则n个的串联连接将产生比端子8及9上的RF应用电压小n倍的单个RF电压。因此，节点101、102、103……10n所需的相继的DC偏压VDC1、VDC2、VDC3……VDCn降低了相同的倍数。
图3中所示的堆叠设置可有利地包括一个冷却系统，用于抽取由于电介质损失或在高电流下操作时在堆叠中产生的热。此类系统例如可包括与发热电介质部分相良好热接触的散热器、用风扇的空气冷却和/或一或多个热管。电介质块、平板或盘的堆叠可被绝缘，以耐受高电压。电压击穿的限制不发生在电介质内部，但会发生在DC偏压馈入连接件的外部(在空气中)或之间。图3中所示的堆叠复合电容器因此可被进一步优化，以包含绝缘或其他预防性措施，以避免电容器结构以外的电压击穿。
如图3中所示，替代的DC偏压节点101、102、103等可被提供交替相反极性的DC电压121、122、123。以此方式，各单个电容器71、72等上的DC偏压的范围为各单个DC偏压节点上所加的偏压的两倍。使各电容器上的DC偏压范围加倍亦有助于加大单个电容器的可调谐性。
如先前所述，为使RF功率信号不干扰DC偏压，可有利地使用解耦手段。图4显示了电阻解耦元件15。可选择高阻抗值R，因为仅需要电压来调节材料介电常数：并不需要电流。然而，已发现，过高的电阻可使电容调节过程减速，因此应根据所需调节速度来选择电阻解耦的电阻值R。
图5显示了另一解耦设置，其采用了可选地与电阻解耦组件15串联的电感解耦元件16。该电感解耦使得装置的解耦比仅使用高阻抗的电阻解耦更快的调整装置。其他适合的元件(诸如滤波电路)也可被用作解耦装置。
图6及7显示了根据本发明的可调电介质电容器的集成块实施例的例子。在所示的例子中，使用了五个独立电极18、26、27、28、19，其中的三个26、27、28被集成在顺介电材料的固体块17内。这可例如通过把一定体积的介电材料与已经在该介电材料中就位的导电连接器植入物(例如铜板)一起烧结来实现。因为烧结过程可涉及在富氧气氛中将材料(例如陶瓷粉末，诸如Ba1-xSrxTiO3型材料)加热至高温，所以其他不容易氧化的导电材料可用于埋置的电极26、27、28，诸如钯、金、钽、钛、铂或不锈钢。或者，或另外，电极可由诸如金属的导电材料制造，且用熔剂和/或焊料或钎焊型材料制备(例如涂覆)，该熔剂和/或焊料或钎焊型材料在烧结过程中或在后续步骤中与烧结的陶瓷材料结合以在埋置的电极与周围的烧结的顺电陶瓷材料之间形成良好电接触。在大功率应用中尤其重要的，是获得良好的金属-电介质结合以获得确定的电容及低的损耗(高Q值)。RF电极可通过将电极材料溅射、气相沉积或丝网印刷于顺电陶瓷材料的表面上而形成。适合的电极材料包括银、银-钯、含银糊剂、钼、钼-锰、镍、钛。为改善金属-电介质结合，陶瓷的表面优选地可经过表面处理，诸如机械和/或化学拋光、等离子体或激光处理、离子注入和/或沉积诸如不同陶瓷材料或玻璃的介电材料或诸如上文所列的那些导电材料的导电材料的薄湿层间质表层。
在图6及7的示意性例子中，两个电容器由五个电极18、26、27、28、19及电介质17形成。电容器Cd1被形成在RF电极18与通常的DC偏压电极27之间，且电容器Cd2被形成在RF电极19与通常的DC偏压电极27之间。提供其他DC偏压电极26及28以对顺电介质17或至少对顺电介质17位于DC偏压电极26与27之间及DC偏压电极27与28之间的部分施加DC偏压。如结合图4所论述的，顺电介质17位于DC偏压电极26与RF电极18之间的部分，及顺电介质位于DC偏压电极28与RF电极19之间的部分，可作为电阻解耦元件。由于顺电介质17固有的高电阻率(例如对于Ba1-xSrxTiO3型材料为109Ωcm)，故顺电介质17的这些部分可被用作图4的电阻解耦元件15。可根据解耦要求来选择RF电极18、19与对应DC偏压电极26、28之间的间距。然而，为使电容器的可调节性达到最大，解耦部分的间距应保持最小，因为仅DC偏压连接件26与28之间的介电材料的体积可被用于调节相对介电常数，且因此调节背对背复合电容器7的电容值。
图6及7显示了三个埋置于(例如烧结的)顺介电材料中的电极。然而，也可将所有五个图示的电极18、26、27、28及19埋置于电介质17中，由此减少装置所需的绝热材料的量。
在图6及7的电容器例子中，DC偏压电极26及28分别与RF电极18及19分开地形成。然而，DC偏压电极26及RF电极24也可形成为一个电极(埋置或不埋置于电介质17中)，且DC偏压电极28及RF电极19可被形成为一个电极(埋置或不埋置于电介质17中)，在此情况下将形成如图2所示的无整合解耦元件的背对背电容器设置，其具有两个RF连接部分8、9及一个DC偏压连接部分10。
也可这样地构造如结合图3所描述的堆叠设置，即：使得某些或所有多个串联连接的电容器71、72、73……7n的电极通过被埋置于单一的固体电介质块17中而被包括进来。
将某些或所有电极例如在诸如Ba1-xSrxTiO3型材料的陶瓷介电材料的烧结期间埋置于顺电介质17中的优点，在于可基本上在一个步骤中制备电容器7(不需要对连接件进行后续修整)，且在图6及7中所示的情况下，不需要外部解耦装置，因为电介质17本身的一部分被用作了解耦元件15。
图8显示了一种第二复合电容器配置，其中可快速调节电介质电容器被与诸如真空电容器(能够处理极高RF功率)的较慢调节的电容器组合使用。图8的配置显示了与如结合图2、4及5中所述的两个复合可调电介质可变电容器7A、7B组合的一个可变真空电容器7V。在此例中，真空可变电容器7V与一个复合可调电介质可变电容器7A串联，且此串联连接的电路本身与一个第二复合可调电介质可变电容器7B并联。此类配置可被用以解决可调电介质电容器的可调节性受限(例如达约70％)的问题。真空可变电容器7V具有大得多的可调节性(其可超过99％)，且所述配置因此被用以提供一种复合电容器，所述复合电容器提供了：大的电容(归功于两个复合电容器7A及7V/7B的并联组合)、快速的调节(归功于存在可调电介质电容器7A及7B)以及大的可调节性(归功于存在真空电容器7V)。真空可变电容器、固定电容器、切换电容器和/或可变或固定电介质电容器的其他配置可被用来获得类似效果。
因此，由于根据本发明的真空及电介质电容器的组合，图8所示的复合可变电容器装置因此能以电介质极化响应的速度得到调节，且又受益于可调节性的扩展和改进的功率相容性。所示的该配置显示了一种装置，其能够达到90％的可调节性，因而超出了只有顺电装置时的可调节性。
若图8的复合电容器要获得例如100pF至1000pF的电容范围(且因此可调节性为90％)，则以下值可用于各组件：
真空可变电容器7V：70pF至3600pF；
可调节电介质电容器7A1及7A2：1250pF至2500Pf
可调节电介质电容器7B1及7B2：75pF至150Pf
这样的配置将给出可从100pF至1000pF变化的电路的整体电容范围，其中在较慢速度(真空可变电容器7V的速度)下可达到较大的改变，但在较快的可调节电介质电容器7A1、7A2、7B1及7B2的速度下通过改变DC偏压VDC1和/或VDC2可达到较小改变。
图9显示了一种电容器的配置，其可被用于阻抗匹配电路(在此例中为所谓的“L”拓扑)中以使RF负载36(诸如等离子体蚀刻或涂覆处理的负载)的阻抗与RF发生器20的阻抗相匹配。工业标准RF发生器的输出阻抗为50欧姆。所述配置显示了如用可调节电介质可变电容器32、33代替真空可变电容器31、34或与真空可变电容器31、34一起使用。阻抗匹配电路的这个配置例子显示了可变电容器的使用，然而在适当时也可使用固定电容器，例如如上所述的固定真空电容器及可变电介质电容器或复合电容器。其他的组件组合也是可能的，诸如π拓扑及T拓扑。可变电介质电容器可用于并联配置中的匹配盒电路中，如标号32所示，和/或用作串联电容器，如标号33所示。可变电介质电容器32、33可被用来替代或附加于真空可变电容器31、34。
由于可变电介质电容器装置32、33的尺寸较小，仅由这些装置构成的阻抗匹配网路小到足以直接集成在RF功率发生器20的输出电路中，而非以单独或外部匹配盒单元的形式实施，如同在用于工业等离子体处理的当前可获得的RF功率分送系统的情况中那样。采用真空可变电容器的匹配盒单元可占据大至30,000cm3的体积，而采用如上所述的可变电介质电容器的类似单元的体积则可占据小至100cm3的体积。因此，可获得300倍的体积减小。

Claims (21)

1.一种功率电容器(7)，其用于能够工作在至少50瓦的RF功率应用，所述功率电容器包括由一个电容器电介质(17)分开的至少两个RF电极(18、19)，所述电容器电介质(17)包括一种固体介电材料，
其特征在于
所述固体介电材料具有可控的相对介电常数(1)，
其中所述电容器电介质(17)的所述相对介电常数(1)可通过改变加在所述电容器电介质(17)的至少一部分上的一个DC偏压(12)而得到控制，
其中所述电容器电介质包括一个厚度至少0.1mm的所述固体介电材料的块。
2.如权利要求1所述的功率电容器(7)，其中所述电容器电介质(17)包括至少两个DC偏压电极(26、27、28)，且其中所述相对介电常数(1)可通过改变加在所述DC偏压电极(26、27、28)上的一个DC偏压(4、12)而得到控制。
3.如权利要求2所述的功率电容器(7)，其中所述DC偏压电极(26、27、28)中的至少一个被形成为所述电容器(7)的RF电极(18、19)之一的形式。
4.如前述权利要求中任一项所述的功率电容器(7)，其中所述电容器电介质(17)包括厚度为至少0.1mm的所述固体介电材料的块、片或盘。
5.如权利要求1-3中任一项所述的功率电容器(7)，其中所述固体介电材料包括顺电陶瓷材料。
6.如权利要求5所述的功率电容器(7)，其中所述顺电陶瓷材料包括一钛酸钡锶。
7.如权利要求6所述的功率电容器(7)，其中所述顺电陶瓷材料被形成为整体烧结的块。
8.如权利要求2至3中任一项所述的功率电容器(7)，其中所述RF电极(18、19)中的至少一个和/或所述DC偏压电极中的至少一个被包围在所述电容器电介质(17)内。
9.如权利要求1-3中任一项所述的功率电容器，其中将所述电容器电介质(17)被熔接、焊接或钎焊于所述RF电极(18、19)中的至少一个和/或一个基板的一个导电台或导电轨或电路板的一个导电台或导电轨上。
10.第一复合电容器(7、7A、7B)，其包括一个第一功率电容器(71、7A1、7B1)和一个第二功率电容器(72、7A2、7B2)，其中：
所述第一功率电容器(71、7A1、7B1)是如权利要求1至9中任一项所述的功率电容器，
所述第二功率电容器(72、7A2、7B2)是如权利要求1至9中任一项所述的功率电容器，
所述第一及第二功率电容器被设置成共用一个共同介电常数控制电压节点(10)，该共同介电常数控制电压节点(10)用于连接至一可变DC偏压源(VDC)，所述可变DC偏压源(VDC)用于改变所述第一功率电容器(71、7A1、7B1)及第二功率电容器(72、7A2、7B2)的对应电容器电介质(17)的可调相对介电常数(εr1、εr2)。
11.如权利要求10所述的第一复合电容器，其包括至少一个解耦元件(15、16)，所述解耦元件经用于使所述DC偏压源(VDC)与所述共同介电常数控制电压节点(10)处的RF电压和/或RF电极(18、19)中的至少一个处的RF电压解耦。
12.如权利要求11所述的第一复合电容器，其中所述至少一个解耦元件(23)包括所述电容器电介质(17)的电阻部分。
13.一种第二复合电容器，其包括三个或更多个串联连接的如权利要求1至9中任一项所述的功率电容器(7)，其中：
所述串联连接的功率电容器(7)中各个相继的电容器(71、72、73、74……7n)在一个DC偏压节点(101、102、103、104……10n)连接至下一个电容器，且
各个DC偏压节点(101、102、103、104……10n)被适当设置以连接至对所述各个及接下一个功率电容器的电容器电介质(17)施加偏压的DC偏压(VDC1、VDC2、VDC3、VDC4……VDCn)。
14.如权利要求13所述的第二复合电容器，其中交替的DC偏压节点(101、103；102、104……10n)被适当设置以连接至交替相反极性的DC偏压(VDC1、VDC3；VDC2、VDC4……VDCn)。
15.电抗电路，其包括：
一或多个第三功率电容器(71、72)、一或多个如权利要求10至12中任一项所述的第一复合电容器(7A、7B)、和/或一或多个如权利要求13或14所述的第二复合电容器(7A、7B)，
一个第四功率电容器(7V)，
其中：
所述第三功率电容器(71、72)是如权利要求1至9中任一项所述的功率电容器，
所述一或多个第三功率电容器(71、72)、所述一或多个第一复合电容器(7A、7B)和/或所述一或多个第二复合电容器(7A、7B)具有能够以一个第一调节速度进行调节的电容，且所述第四功率电容器(7V)能够以一个第二调节速度进行调节，所述第二调节速度比所述第一调节速度慢。
16.如权利要求15所述的电抗电路，其中所述第四功率电容器(7V)包括一真空可变电容器。
17.RF功率系统(20、30)，其用于将至少50瓦的RF功率发送至一个RF负载(36)，所述RF功率系统包括一或多个如权利要求10至12中任一项所述的第一复合电容器(7A、7B)、一或多个如权利要求13或14所述的第二复合电容器和/或一个如权利要求15或16所述的电抗电路。
18.如权利要求17所述的RF功率系统，其中所述RF功率系统(30)包括一个RF功率发生器、一个阻抗匹配电路和/或一个等离子体腔室的一个等离子体控制电路。
19.RF功率系统的一个功率电容器(7)的电容的控制方法，
其中：
所述功率电容器(7)用于能够工作在至少50瓦的RF功率应用，
所述功率电容器包括由一个电容器电介质(17)分开的至少两个RF电极(18、19)，
所述电容器电介质(17)包括一种固体介电材料，
所述固体介电材料具有可控的相对介电常数(1)，
所述相对介电常数(1)可通过改变加在所述电容器电介质(17)的至少一部分上的DC偏压(12)而得到控制，
其特征在于包括：
改变施加于所述功率电容器(7)的可调电介质(17)的至少一部分上的DC偏压(12)，
其中所述电容器电介质包括一块厚度至少0.1mm的所述固体介电材料。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述RF功率系统(30)包括所述RF功率发生器、一个阻抗匹配电路和/或一个等离子体腔室的一个等离子体控制电路。
21.用于如权利要求1－3之一所述的功率电容器(7)的电容器电介质(17)，其具有块、片或盘的形式。
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