CN1636158A - 电子及光学装置及形成这些装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有可变或可切换特性的电子及光学装置及形成这些装置的方法。更具体地说，本发明涉及形成导电率及折射率会变化的导电材料与介电材料层以构成各种电子及光学装置。可调节材料的层通过将外延的或晶粒边界减少的钛酸钡锶沉积在蓝宝石C－面上来形成。
Description
技术领域
本发明涉及具有可变或可切换特性的电子和光学(或光子学)装置以及形成这些装置的方法。更具体地说，本发明涉及形成导电率和折射率会变化的导电材料和介电材料层来形成各种电子和光学装置。
发明背景
薄膜(在某些情况是厚膜)对构成很多不同电子及光学装置都十分有用。电容器(以及其它装置，例如移相器)是通过沉积介电材料及导电材料层所构成的，导电层构成电容器的电极。在光学装置中，毗邻折射率较低的材料膜沉积折射率较高的材料膜以形成波导、滤波器、透镜及其它装置。有很多材料都适合用来成形介电材料以及具有高折射率的材料。
同样地，在电子、RF及光学的领域中，电气活性材料的使用愈来愈普遍。电气活性材料是其特定参数能通过施加通过材料的电场来改变的那些材料。这些参数可能是光学方面，例如材料的折射率(光电(E-O)材料)，或是电气方面，例如介电常数(铁(或顺)电材料)。这两类参数是相关的，一些材料例如同时是铁电也是光电材料。
在施加DC或缓慢变化的电场下材料的电容率(介电常教-DK)会改变的介电类材料，如果材料是设计在材料的居里温度(或居里点)以下操作，通常称其为“铁电”(f-e)，如果该材料是设计在它的居里点以上操作，通常称为“顺电”(p-e)。为简化故，在本文中将它们都称为铁电(f-e)，但须了解，它适用于f-e或p-e材料。特别有兴趣的微波装置的应用是在材料的顺电范围，即材料是在它的居里温度以上操作。在顺电区，材料电容的变化与施加的偏压实质上是线性的。式为BaxSr1-xTiO3(BST)的钛酸钡锶是被透彻研究的材料，在此方面的应用极具潜力。在这里用BST来指式为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)的居里温度非常低，且此材料在低温下在顺电范围内。就x等于1的BaTiO3而言，居里温度非常高。通常需要中间的居里温度。因此，就大部分的应用而言，Ba∶Sr的摩尔比在10∶90到90∶10之间，特别是在30∶70到70∶30之间，更特别是在60∶40到40∶60之间。这样，Ba∶Sr的选择，以及居里温度的选择，是按照装置预期的操作温度来选择的。为使装置能在包括室温的范围内操作，Ba∶Sr的摩尔比在60∶40到40∶60之间较佳。混合氧化物，如X大于0小于1的BST，比单阳离子的氧化物(例如x等于0或1)更难沉积。此困难的主要原因在于成分的控制。燃烧化学蒸气沉积CCVD)法，如美国专利5,652,021中的描述(其中的教导并入本文参考)，允许使用单一的前体溶液，其包含所有阳离子的前体。虽然保持其它沉积参数(例如温度、压力、气体流率等)对成分的控制十分重要(即使是在CCVD法中)，但使用单一的溶液对组成的控制有很大的帮助。在混合的BST中，B/S的比在空间中的变化宜不超过大约5％，在沉积层期间，以不超过大约1％较佳。
这些电气活性材料在电气、射频(RF)或微波方面的应用包括这些通常的分类如取代变容二极体、电容器、可调电容器、可调滤波器、移相器、多工器(包括双工器)、电压控制的振荡器、用于功率放大器(PA)的可变匹配网路、低杂讯放大器(LNA)、电热效应，包括电源系统、以及一般的阻抗匹配网路。
铁电材料的可调特性可用于设计移动通信系统中的组件、子系统及/或系统以实现：
1)从300MHZ到大约30GHz的新能力以及改善的电气(RF或微波)性能，
2)缩小体积；
3)降低功率消耗；
4)减轻重量、
或上述4项的任何组合，由特定系统的设计需求而定。
有很多陶瓷材料可用来做为铁电薄膜或厚膜。薄膜倾向用于比使用厚膜更小的装置。薄膜通常沉积至厚度为10微米，而厚膜通常超过10微米。
无线手机的特点是需要在低电压下操作，典型上＜40 VDC，理想是＜3.0 VDC。预期未来的设计可使此电压进一步降低。因此任何铁电的可调装置都必须设计成能从小的DC调整电压产生适当的电场。能得到适当几何结构的方法之一是设计由铁电材料的薄膜构成的可变电容器。小的DC调整电压也能降低RF与E-O装置的功率消耗(以及热散失)。
可调电容器容许铁电材料局限于很小的部件，也允许使用小的几何结构，该小的几何结构是从小电压产生调整所需量值的电场。为设计频率范围＞800MHz(蜂窝频带)内的可调滤波器及多工器，需要值很小的电容器，这样，如果为了调谐的目的以分路谐振结构而使用可变电容器，rf信号不会被降低。
如前所述，对这些材料施加偏亚后，折射率变化的光电现象与这些材料电容改变相关。这类材料在光子学方面的应用包括相位调制器及主动波导，其功能包括开关，分光、衰减补偿及这些功能的组合。
钛酸钡锶(BST，barium strontium titanate)对上述应用而言是非常有用的材料。在本文中所使用的BST也指掺杂材料，其中加入一些额外的元素，如铅，以取代晶格中的钡或锶(通常低于15％，更通常低于10％，但也可高达50％)。或者，诸如钨、铝、镁、钙及其它元素也可用来取代某些晶格中的钛来以修改BST的特性。这些掺杂剂可以改善BST的Q因数。如同钡与锶是+2价，典型上的原子价也是+2价。然而，也可以使用+3、+3及/或+1/+5价结台的掺杂离子。在晶格结构中有空洞的BST中除了使用原子价为+2的阳离子之外也可以使用它们本身。铯及铋就是此类掺杂剂。BST是被确认的铁电材料，且BaTiO3是已知的E-O材料，其用途如上所述。BST可被绝大部分的金属元素掺杂。
为消除会在光学及电气装置造成损失的晶粒边界，取向的铁电材料比复晶的铁电材料更佳。迄今，最常用来外延BST沉积的基底材料是氧化镁及氧化镧铝，这些材料的晶格结构与BST匹配。氧化镁及氧化镧铝都有一重大缺点，那就是至今仍只能做到很小的晶片尺寸。此外，这些小的晶片的制造成本极高。它们显示出的结晶性及表面粗糙度都不佳。
较大的晶片暗含了很大优点。目前，半导体工业朝向12平方英寸(30平方厘米)的晶片尺寸前进，以便能降低制造成本。在微电子装置制造方面，所能使用的陶瓷材料较大尺寸同样也能节省大量成本。
目前，蓝宝石晶片可做到100毫米，某些供应商计划在不久的将来引入150毫米的晶片。这比目前可用的氧化镁及氧化镧铝的晶片尺寸大很多。
已确认蓝宝石(单晶氧化铝)要优于氧化镁及氧化镧铝，因为它具有制造成本低、晶片尺寸大、绝佳的结晶性及最小的表面粗糙度等优点。不过，蓝宝石与BST的晶格结构不是很明显的匹配。且事实上，尝试至今，在蓝宝石上沉积外延的BST仍没有成功。
就某些应用而言，可使用差于外延质量的BST及其它材料。2001年7月13日提出的共同待审的PCT申请PCT/US01/22131，名称为“晶粒边界减少的结晶性薄膜REDUCED GRAINSOUNDARY CRYSTALLINE THIN FILMS”，其中描述可用于形成本发明一些装置的减少晶粒边界(RGB)的薄膜的形成方法。对于需要高度外延的膜的应用而言，也可参考2001年8月2日提出的共同待批的PCT申请PCT/US01/24587，名称为“电子和光学材料(ELECTRONIC AND OPTICALMATBRIALS)”，其中所揭示了用于形成本发明装置的外延薄膜的制造方法。须注意，本发明装置中的某些薄膜以复晶或甚至非晶形式仍能操作。
发明概述
本发明涉及使用薄膜技术成形光学及电子装置。本发明的第一方面是在铁电材料上成形薄的导电层。当一电压施加于这些导电层间时，材料的相对介电常数(在光电应用中是折射率)会改变。这导致附接于或毗邻该可变材料的两个主要端间的电容或电磁波的传送也改变。目前的技术是经由装置(诸如电容器、移相器、滤波器或共振器)的主导体施加偏压。使用装置导体施加偏压而不增加额外的导体，原因是传统的额外导体会影响装置的性能。为降低所需的偏压，导体必须非常靠近。由于成像及蚀刻的制造系统的尺寸公差，这产生了限制。此外，射频(RF)或光电(E-O)装置的设计能力的自由度受主导体必须保持非常靠近的束缚。由于电场增强(例如转角、锐角)和有提早故障的潜在问题，其它的设计上的问题排除某些图样。使用本发明的薄膜允许薄膜偏压电极分别成形在薄膜微电材料的顶部及底部。该偏压电压的小的间隔允许小电压产生高电场，从而在某特定偏压下可致使介电常数有较大的变化。
本发明的另一重要方面是可使偏压电极与RF及微波信号有标称的交互作用。在本专利申请中将这些偏压电极称为非-RF偏压电极。较佳的是，非-RF偏压电极材料应不与这些波相互作用。为达此目的，材料的电阻要够高，特别是对于高频信号的电阻。当该电阻足够高时，与没有偏压电极的结构相比，偏压电极所带来的损失极少甚至检测不到。发明的这一方面允许结构设计师将RF信号的较厚的主导体分开，并提供用于低的偏压。一或两个偏压电极与RF可以是标称的RF相互作用。目前，需要高于40伏、有时甚至高于200伏的偏压电压。滤波器、移相器、共振器及其它设计与RF及微波的交互作用很强，需要厚的高导电导体。频率越低，需要装置导体越厚。本发明的损失极低的偏压电极被介电可变的材料薄膜隔开。偏压电压是DC或低频的AC电压，这些电压致使所需要的介电常数改变。对于本发明的电极，通过供应低于40伏甚至低于3伏的偏压，可使电容改变，因此可做到直接的晶片控制，且在产品或装置中不再需要多电压。这对便携式电子装置及安全上的原因特别重要。此外，主电极的设计及装置的性能可按照应用的要求最佳化，而不需受主电极之间隔必须尽量缩小的限制。为降低与RF或微波信号间的交互作用，薄偏压电极的材料需具有高电阻特性。它们的DC电阻在10欧姆/平方到10兆欧姆/平方之间较佳，在100欧姆/平方到1兆欧姆/平方之间更佳。此外，还需要这些材料在RF或微波信号的高频时对诱导的较高平行电阻有反应。为降低电容器结构的损失，需要增加电极的并联电阻，从而将更多的RF或微波信号移人介电层，因为介电层对信号呈现的阻抗低于偏压电极的电阻。更进一步希望电极材料在高频时的并联电阻增加，与电阻相同的一般金属导体相比，要超过一般金属导体的25％、100％、甚至200％。
还需要这些材料能有非常快速的反应时间以便用于高速装置。DC电阻愈低，偏压电压影响可变介电质愈快，致使反应时间越快。此外，任何电阻较高的材料的长度越短，反应时间越快。使用这些方面做为设计参数，得到了下述的本发明的新结构。
不同材料的非常薄的薄膜可达此目的。混合导体的材料，亦即电子与离子型，或更可能是离子或半导电型，有助于较高频时电阻的进一步调整，同时也允许在低频或对DC电压有足够的导电率，以使铁电材料偏压，同时将对装置性能的影响减至最小。导体具有不同量的载子与迁移率(mobility)。载子可以是电子、空穴或两者的混合物。本申请的优点是降低迁移率、特别是在所希望的使用频率的迁移率。空穴有较大比例的导体也有利于RF/DC间的差异。
偏压电极对系统的益处(可使用较高电压，能设计最优的有功能的装置，包括导体分离)足以补偿它所造成的任何损失。偏压电极的材料可以在可变介电材料之前先生长成基底层(可能是外延的)，或者，偏压电极材料可以生长在介电材料的上面，或者沉积在其上形成系统。为进一步减小损失，材料可设计成不连续，因此，它不是整片而是各种不同图样的细线条。为进一步降低与在电极间传播的波的交互作用，偏压电极可以形成条纹，与主电极(系统线条)呈对角、平行或垂直。顶部及底部的偏压条片可以直接横过薄膜，或交替。偏压条交替可使漏电最少，且能更好地使介电变化与某些装置一致，但这也会使所需的偏压电压稍稍增加。高导电性的主电极装置线条可以在介电材料膜的一表面上，偏压电压施加于与一个偏压电极电气相连的主电极和该薄膜可变介电材料的另一侧偏压电极之间。或者，一条装置线条可以接触并用来施加电位给一个偏压电极，另一条装置线条可接触并用来施加电位给该另一个偏压电极，从而施加横过可变介电质的净电位。使用高导电性的装置线条施加电位给较短且电阻较高的偏压电极将可加快可变介电质改变的速率，使装置速度加快。非-RF偏压电极也可以只沉积在一个表面上，且形成指交叉的电极。
为进一步说明本发明之偏压电极的优点，应考虑降低已知技术的可调电容器所需调整电压的已有方法，其中，通常需要将电极间的间隙缩小到非常小的值，以使小电压能产生大电场。不过，此种提供低电压调整的方法会引发RF信号中的失真。例如，以可调电容器为基础的系统的关键问题是互调失真。互调失真的现象发生在RF信号的振幅够高时，此时，RF电压本身会影响可调电容器本身的值。这种引发的非线性会致使RF信号失真。
在本发明中，针对互调失真的现象，加大RF电极间的间隙，以降低铁电材料中RF-感应场的强度，并保持材料的介电常数几乎不随RF的场强度改变。不过，通过将高电阻材料突出物伸入RF电极间以保持低的DC调整电压。这些突出物优先与RF电极本身电气连接。由于铁电材料对RF信号呈现低阻抗路径，高电阻的突出物不会致使整体结构的RF阻抗有重大改变。然而，如果除RF信号外，DC偏压施加到RF电极上，铁电材料会对DC信号呈现高阻抗路径，理想情况是迫使突出物充电到DC电压。如果突出物间的间隔很小，此DC电压将在铁电材料中产生高强度的电场，藉以施加低的DC电压就能进行调整。由于本文所教导的可变电容器的值与RF信号的强度无关，同时对小的DC电压值敏感，因此，互调失真的问题可大幅减少。
在本发明的另一方面，在两层折射率低的材料中间沉积一层光电或折射率高的材料，形成波导或光学滤波器。当折射率高的材料也是光电材料时，波导是可操纵的且光学滤波器是可调的。在可操纵/可控制的波导的应用中，使用本发明的薄膜允许使用导电氧化物做为偏压电极，藉此可不需要包覆缓冲层且提高波导的效率。使用TCOs与光电材料可以构成高折射率与低折射率材料的叠层，它可调整以允许调制、开关、激励、极化或传送特定波长的光。按此方式，可以调整偏压电压以控制光的若干方面。
在光子的情况中，电极可以是与光实际上强耦合(如果厚的话)的材料。例如，如果需要薄到有足够的导电率来进行偏压但太薄导致无法与光交互作用，可以使用金属或掺杂金属。在很多情况中也可以使用半导体，因为这些材料中的一些在可见光范围内不透明但在红外线(IR)波长下透明。硅是这类材料中的一例，可在下文描述的光学叠层型滤波器中作为介电质。也可以使用其它材料，例如半导体、空穴导体、离子性导体或混合的导体。使用这些材料的目的是使整体的设计不受限于透明的导电氧化物(TCO3)，从而使整个叠层中的材料更相容或更容易制造。叠层(堆叠)中的晶粒边界少或没有晶粒边界较佳。此外，这些材料更容易后处理或在沉积的过程中较容易管理。
折射率变化较大的材料(例如，折射率低的材料是不掺杂的硅石)具有额外的优点。毗邻可变介电质的材料可以是内反射或透射层。偏压电压可以是这样，在某些位置，毗邻的材料使光从内反射变成透射(由于材料折射率的变化)，从而打开了让光子通过波导装置的闸门。
如前所述，在这些材料中特别有用的材料是BST。在本文中，外延BST沉积在蓝宝石的C-面上。虽然该C-面的晶格匹配并不明显，但本发明的一个方面是在c-面上外延沉积BST，经证实这已成功。C-面蓝宝石保留了上述相对于镁氧化物及镧铝氧化物的优点。
虽然BST具有较佳的可变介电值，但也可使用其它可变介电材料及光电材料，包括PLZT(钛酸铅镧锆)、LiN6O、ZnO和PZT(铅/锆/钛的氧化物)以及其它经证实在偏压下介电质会改变的任何材料。在本发明的范围内，实际上用作装置活性材料的材料并非限制因素。一般言之，最适用于本发明的材料是具有钙钛矿结构的材料。按照本发明的较佳的钙钛矿具有立方结构。一般言之，用于本发明的钙钛矿的配方为A+xB+(6-x)O3，其中A与B是阳离子或阳离子的混合物且1≤x≤3。
如前所述，透明的导电氧化物(TCO)薄膜可在RF或光子应用中作为导电层。TCOs可以经由燃烧化学气相沉积(CCVD)法形成，其中，沉积的材料是掺杂了元素的氧化锌，该掺杂元素选自镓、铝、锡、铟、硼、氟、及它们的混合物。这些元素增强了氧化锌薄膜的电气特性。较佳的CCVD前体溶液包括溶解在乙醇基溶剂体系中的氧化锌前体以及掺杂剂前体，该溶剂体系包含大约1到大约10％(体积)的二甲基甲酰胺。这些TCO薄膜已用于其它装置，如太阳电池中的导电层。
附图说明
图1显示由本发明的薄膜形成的电气可调整的电容器的横剖面图。
图2显示由本发明的薄膜形成的可操纵波导。
图3显示由本发明的薄膜形成的可调光学滤波器的顶视图。
图4是图3的可调光学滤波器取4-4线的横剖面图。
图5显示本发明的铁电薄膜根据施加的电场改变的相对介电常数的关系图。
图6显示图1的电气可调整电容器另一实施例的横剖面图。
图7-12显示了按照本发明的形成电子和光学装置的方法在基体上成形介电质及电极结构的步骤。
图13显示图7-12之介电质与电极结构的另一形式。
图14是光透射通过GZO膜和基体以及透射通过无GZO膜的基体的曲线图。
图15是已知技术的介电质与电极结构的等角视图。
图16是介电质与电极结构的等角视图，其显示本发明的低损失的薄电极。
图17是本发明的介电质与电极结构的另一实施例的等角视图。
发明详细说明
图1显示电气可调电容器10的横剖面图。在支托基体11上沉积了第一偏压电极12。铁电层14沉积在电极12的顶部。第二偏压电极16沉积在铁电层14的顶部。作为装置的RF电容器端、滤波器或条纹线条的高导电线条如17及18所示。须了解，图1是观念性的部分剖面图，线条17及18可以是手指的形式(50条或更多)，藉以构成指叉形的电容器(在装置中应当成电容器使用)的末端。此线条的特定方面随应用而变，在本发明的范围内可使用的形状很多。
偏压电极12及16极薄，大约在200纳米到0.1纳米之间，在50纳米到0.4纳米较佳，5纳米到0.5纳米更佳。这些电极的薄的特性允许向电层14偏压且与终端17与18间的RF或微波信号间的干扰保持最小或不发生干优。这是由于薄膜的厚度远薄于RF或微波信号的电磁集肤深度(skin depth)，或者，构成电极的材料在DC或低频时导电，但在高频时是介电质或对光波长是透明的。此外，这些层的导电性可以较低，只要它们的导电性足以产生通过铁电层14的所需电场。为达此目的，该层需要至少足以能偏压的导电性(足够的厚度)。导电层12及16可以是导电氧化物，如氧化锡、氧化锌、氧化锡铟，或任何半导电或导电的金属、或具有包括空穴或电子的电荷载子的材料。
介电层14的厚度范围在0.1到10微米之间，0.2到3微米较佳，0.3到1.5微米更佳。适合做为此层的铁电材料包括氧化锌、钛酸钡锶(BST)、铅/镧/锆/钛的氧化钛(PLZT)和以及铌酸锂。
基体11可以是具有表面晶体结构的材料，它提供要成长在其顶部的材料层所需的晶格匹配或近似晶格匹配。基体不必是单晶，这提供了实质的益处。其上可生长结晶性强、晶粒边界减少(reduced grain boundary)的介电层的任何具有大晶粒或定向晶粒的基体对于装置的电气及/或光学特性有极大的益处。减少晶粒边界层在本文中意指从层底部延伸到顶部的至少柱状(即界限明确)的晶粒，也称为TypeII结构。较佳情况是晶粒是等轴的(equiaxed)或Type III结构，其具有至少1∶1的宽高比。宽高比愈高愈佳。5∶1的宽高比较佳。10∶1、20∶1的宽高比甚至高至包括外延晶体的宽高比更佳。实际上，被沉积的材料的生长与每一个基体晶粒间有某些或多重的外延关系、视晶粒的方向及晶粒表面的晶格而定。例如，如果晶体大，可以使用镁、铝的多晶基体或其它所需RF基体。同样地，也可以使用诸如镍、银及金等导电金属。关键是增加结晶性。有结构的金属，特别是立方结构的金属，如镍、银及金，可作为薄膜外延生长的基体。可用于外延生长的基体的单晶材料包括氧化镁(MgO)、蓝宝石(单晶氧化铝)及铝酸镧。同样，基体也可被覆能在其上生长电极材料及铁电材料的任何材料的高度结晶晶体、双轴到单晶层。某些例子是在硅晶片上经由离子束辅助沉积(IBAD)生长氧化锡或二氧化铈以及诸如YSZ或氧化镁等材料的外延层，使用IBAD可对各种基体(包括玻璃)的单晶层产生牢固的组织结构。作为外延沉积的替换方案，如果介电及/或导电层使用非外延材料，则基体11可以是任何材料，它为导电及介电薄膜提供支托层，没有特定的组织结构或晶格。最初的沉积基体可以是结构10的永久部分，或可以在薄膜12、14及16，终端17及18以及任何其它上方的支承层(未显示)形成或连接之后去除(使用本领域已知的技术如选择性蚀刻或脱层技术)。此外，如果基于某些理由最初用来沉积的基体不是较佳的支承基体11(例如具有特定组织结构的金属会干扰电气信号)，必须将原来的基体去除，沉积的层可以粘附或层压到最终基体上。另一种可选择的沉积方法包括以不同的方法形成导电层12，它包括将铁电层14直接沉积在基体11上(这对于外延生长是需要的)。在上层成形之后，去除基体11，再在铁电层14上沉积层12。在形成可变层后再沉积层12，层12不需要铁电层14的高度结晶或减少晶粒边界的生长。
图6说明图1之装置的另一实施例60。在本实施例中，支承基体61上沉积有第一偏压电极62，在电极62的顶部沉积了铁电层64。在铁电层64的顶部沉积了第二偏压电极66。作为装置的RF电容器终端、滤波器或条纹线的高导电线条如67及68所示。在本实施例中，高导电线条67及68分别电气连接到电极67及62上。
如前实施例所示，偏压电极62及66是极薄的薄膜，厚度大约200纳米到0.1纳米。这些电极的薄的性质允许铁电层64偏压，且终端67与68间的RF或微波信号的干扰最小或没有。此外，这些层的导电率可较低，只要它们足够地导电能产生通过铁电材料层14的所需电场。为达此自的，层不需要至少足以偏压的导电性(足够的厚度)。导电层62及66可以是导电氧化物，如氧化锡、氧化锌、氧化铟锡，或任何半导电或导电金属或具有包括空穴或电子的电荷载子的材料。
在这些装置以及太阳能电池中，氧化锌是用于导电薄膜的有前景的导电氧化物。本文发现，经由掺杂诸如镓、铝、锡、铟、硼、氟及它们的混合物，氧化锌薄膜的导电率可以大幅提高。目前较佳的掺杂剂是镓。
按照本发明沉积的厚度为0.5微米的薄层宜具有大约25欧姆/平方或更低的薄层电阻，更佳的为约20欧姆/平方或更低，最佳的为约15欧姆/平方或更低。0.5微米的薄层具有至少80％的透光率较佳，至少85％更佳。这些特性对光子应用都很重要。一般言之，RF方面的应用需要较薄的层与较高的电阻。
氧化锌可以在开放的大气中以CCVD有效地沉积，如美国专利申请09/198,954中所述，该文中的教导并入本文参考。通过在CCVD前体溶液中加入镓、铝、锡、铟、硼、氟及它们的混合物，可适当地掺杂氧化锌。掺杂剂前体提供的水平使得在沉积的薄膜中锌与掺杂元素的摩尔比在大约99∶1到大约90∶10之间。通常，前体化合物在溶剂中的总浓度在大约0.01到大约5％(重量)。
也发现，乙醇是包括含锌之化学前体及合掺杂元素之化学前体的前体溶液的绝佳溶剂。乙醇的沸点较低，为升高沸点，宜添加大约1到10％(体积)(相对于乙醇)的二甲基甲酰胺，以2-5％(体积)为较佳。此外，二甲基甲酰胺是强溶剂，它有助于化学前体的溶解。任何能共同溶解含锌及含前体的化学物质的任何溶剂系统均适用于本发明。
图15显示了现有技术的电容器1500。关于图15-17，应当理解，这些电容器可具有极大量的电极线(通常是以指叉状排列)，为使图面简洁，这些电容器的主电极以简单的形式表示。两条导电指状电极1502及1503用以载荷RF信号以及用来改变铁电层1506的介电常数的DC偏压。铁电层1506显示在基体1508的顶部。
现请参阅图16，图中显示了本发明的另一电容器1600。除了较厚的RF指状电极1602及1604之外，还提供较薄的偏压电极1610及1612。这些电极1610与1612间的间隔距离远比主电极1602与1604靠近。因此，能提供较高的DC电场通过铁电层1606。在给定的DC偏压电压下，此较高的DC电场可使介电常数产生较大的改变。由于这些偏压电极非常薄，因此，它们对RF信号的影响非常小甚至没有影响。偏压电极1610电气连接到主电极1602，同时，偏压电极1612电气连接到主电极1604。这允许RF信号及DC偏压电压施加于主电极1602及1604。如现有技术的电容器，铁电层显示在基体1608的顶部。
图17显示了另一电容器结构1700。电容器1700与电容器1600相似，只是大部分的偏压电极1710及1712与主电极1702及1704平行排列。按此方式，除了实现电极靠近能得到较大DC偏压电场的优点之外，电极1710与1712的平行特性也便得与主电极1702与1704间的RF信号的交互作用较小。铁电层1706在基体1708的顶部。
图2说明了光学可操纵波导20，其结构与图1的电容器类似。基体22是由表面折射率较低的材料制成，作为包覆介质。波导层24生长在基体22的顶部，由折射率较高的材料制成。接着，在波导层24的顶部沉积折射率较低的导电材料，并制作图样以形成偏压电极26(与指叉电容器的手指形电极类似)。在电极26顶部和之间也沉积同样折射率较低的非导电包覆材料。通过将波导夹在折射率较低的材料层之间，从例如波导左侧进入的光就无法从波导的顶部及底部逃离，而是只能朝波导的下游前进，并从右侧离开。当在电极间施加偏压电压(毗邻的指电极的极性相反)，电极附近的波导材料的折射率改变，从而使通过波导的光的行进方向改变(进入或离开图2的页面)。按此方式，通过控制施加在电极上的偏压电压，可以“操纵”通过波导的光，使其行进到排列在波导一端的端口。
较佳的波导材料是铌酸锂。一些其它适用的波导材料包括铅/镧/锆钛氧化物(PLZT)、BT、掺杂的氧化锌、掺杂的磷化铟(InP)、掺杂的砷化镓(GdAs)、以及E-O聚合物材料。在氧化镁单晶上以CCVD法外延沉积PLZT的方法例如描述于美国专利5,997,956中，该专利中的教导列入本文参考。一般言之，波导层的厚度范围在大约0.2到大约10微米，通常在大约1微米的范围。偏压电极的厚度通常从2000纳米到0.1纳米，较佳的在50纳米到0.5纳米(但某些应用中也许需要这些范围的较厚端)。
可以与波导材料及上述高折射率的铁电材料一起外延生长的适合的低折射率导电气化物包括氧化锡、氧化锌、氧化锡铟。一般言之，导电氧化物的折射率在比活性波导材料低大约0.001至0.5的范围内。另者，电极材料可以非常薄，以便使与光的交互作用最小化。在此情况下，电极的折射率是微不足道的因素。适用材料的范围很宽，包括LSC、LSM、RuO，铂、镍、掺杂的LaCrO及YBCO。
可以使用已知的干蚀或湿蚀技术对这些导电层制作图样以在波导中形成偏压电极，或者，仍保持连续层的较佳结构。波导电极可以用折射率比活性波导材料低的材料制成，这允许波导的结构具有外延的导电层与活性波导材料直接接触(如图2所示)。这与使用金属电极并需要在电极与活性波导层间插入一层低折射率缓冲层的现有技术的装置相反。在电极与活性波导材料的直接接触下，设定的偏压电压可在E-O材料层中形成较高的电场，因此获得改进的折射率偏压。电极可以在E-O层的两侧，与图1的结构类似。因此，对图1的所有讨论都适合E-O层，其中关于图2，22可以是绝缘的、导电的或半导电的基体，其折射率比层24低，因此，22是一有效的包覆面，它使层24成为波导。透明的包覆层可以是绝缘、半导电或导电，或是包含这类材料的层。通过使偏压电压的传送靠近层24，所需的偏压电压可降低。
图3及4显示使用本发明的薄膜形成的可调光学滤波器30。通过将材料沉积在相互的顶部，交替地形成光电材料层42与透明导电氧化物(TCO)材料层44及45交替。遮住第一角32同时沉积其它TCO层44，然后遮住相对的角34并同时沉积其它TCO层45，经由孔道36及38提供路径，而毗邻的TCO层间不短路。TCO层的相对角32、34被交替地遮住以避免在角落处沉积TCO，如果沉积大量的层，角落倾向变得材料不足且下陷。为加以补救，在沉积了TCO层后，遮住除了先前被遮住的角以外的整个表面。接着只在角处沉积高折射率的材料，直到角落所不足的材料被补足。接着除去掩模，并继续沉积高折射率的材料直到高折射率的光电材料层42的厚度达到所需的厚度。电压源46供应偏压电压给TCO层。当光从滤波器的顶部进入，光在高及低折射率的层间传送时，发生光的反射与折射。对于允许通过滤波器的光波长，折射与反射的波发生建设性的干涉。通过调节施加于TCO层的电压光电材料的折射率改变，从而将滤波器调整到不同的波长。
可外延生长的高折射率铁电材料包括铅/锆/钛氧化物(PZT，它除了铁电特性外还显现压电特性)及钛酸钡锶(BST)。当该材料也显现压电特性时，施加的电压也改变了光电层42的厚度。此厚度的改变也影响反射与折射波干涉的方式，从而改变允许通过滤波器的光的波长(以及频率)。为此目的，没有E-O行为或E-O行为微不足道的压电材料也可用来成形可调滤波器。
E-O及压电材料的可调层可以只是堆叠中的一部分。最靠近滤波器边缘的层可改变而滤波器的其余层仍维持恒定(不改变)。也可通过分开控制电极来得到波长(如图4)与滤波器带宽都可调整的滤波器。经由递增地调整跨于每一介电层上的偏压可得到带通滤波器的宽度效果。分别控制每一E-O层的另一优点是能够补偿制造过程中偏离理想的一些厚度改变。通过施加偏压电压给一层或多层活性层，可以补偿这些差异以增加产品的产量及耐受性。
本发明的导波材料层及选用折射率的材料层需要外延生长，在这种情况下，每一层都是外延生长的，并作为在其上生长的层的晶格匹配。最初的基质可用作在其上生长滤波器的载体，然后用现有技术将其去除。在光学滤波器中，选择折射率低于折射率较高的铁电材料的材料(通常为约1.4到大约2.0)。导电氧化物层与折射率较高的铁电材料层的厚度都是要被滤波的光波长的1/4(λ/4)。虽然TCO是导电层的较佳材料，但须了解，如果所需的层足够薄到对要被滤波的波长透明，可用在厚度较厚时不透明的材料作为导电层，其余的低折射率堆叠可以由不导电的透明材料构成。已知CCVD能成形非常薄的连续涂层，它适合成形这些超薄层(大约1-40纳米)。或者，在厚度均匀的E-o或压电的外延或减少晶粒边界层的一或两侧都可生长薄电极。接着，此被覆层可以粘附于从每一层除去了原来基体的类似层。接着，偏压每一层以得到所要的滤波器。
如前所述，对本发明的铁电及光电薄膜而言，BST是特别有用的材料。用CCVD在氧化镁单晶上沉积外延BST描述于PCT申请WO 00/42621，其中教导的内容并入本文参考。如本文所述，外延BST可用CCVD在C-面的蓝宝石上生长。
外延BST沉积的较佳方法是燃烧化学气相沉积(CCVD)，该方法描述于美国专利5,652,021，该专利教导的内容并入本文参考。不过，其它的沉积技术，如常用的化学气相沉积(CVD)、溶胶一凝胶及物理气相沉积(PVD)技术也可以用来沉积厚度到2000纳米的外延薄膜。改进的沉积技术预期可使最大厚度超越此厚度。BST膜的理论最小厚度是单层分子，因此，最小厚度是由分子的大小决定。至于实用，为确保连续的层，沉积层的厚度通常至少约5纳米。目前，绝大部分外延BST的沉积厚度为约25-1000纳米。
当以CCVD法在C-面蓝宝石上沉积BST时，至少在局部区域上的沉积是外延性的。晶格实质上是1，1，1。
以CCVD沉积钡、锶及钛所使用的一些化学前体有：
钡 2-乙基己酸钡、硝酸钡、乙酰丙酮酸钡水合物、二(2，2，6，6-四甲基-3，5-
庚二酮酸(eptanedionato))钡水合物
锶 硝酸锶、2-乙基己酸锶、二(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)锶水合物
钛 异-丙醇钛(IV)、乙酰丙酮酸钛(IV)，(2-异-丙醇)二(乙酰丙酮酸)钛、
n-丁醇钛(IV)、2-乙基六氧化钛(IV)(titanium(IV)2-ethylhexoxide)、
二(乙酰丙酮酸)钛(IV)氧化物
前体化学品(即含Ba的前体、含Sr的前体及含Ti的前体，所有都混合在适当的溶剂(例如甲苯、丙烷、或甲苯/丙烷的混合物)中成为溶液)的混合物的化学计量决定其所产生的BST的化学计量。所产生的外延层的化学计量并不一定与前体溶液的化学计量完全对应；不过，为在外延层中沉积所需化学计量的层的所需的前体溶液的化学计量可以由经验及预测决定。由于CCVD是燃烧法，它依靠前体化学物质的燃烧，因此，在处理过程中可利用BST化合物中的氧成分。如果使用其它的气相沉积法就必须供应氧气。
BST的特性可用适当的掺杂剂来改变。特别有兴趣的是能取代晶格结构中钡、锶、钛的元素。较佳的元素包括铅、铯、钽、钙、钨及锰。其它可使用的元素包括锂、钠、钾、铷、镁、钪、镱、锆、铪、钒、铌、铬、钼、锝、铁、钌、钴、铑、铱、镍、钯、铜、银、锌、镉、汞、铝、镓、铟、铊、锗、锡、锑、铋及碘。
以大小不同的离子取代少量离子来稍稍改变晶格结构及/或电荷，BST膜的铁电效果通过杂质的取代而改变。这类离子取代大约0.1-5％的钡离子。Cs+比钡离子稍大，是可以用来取代钡的一种离子。由于钡是+2价而Cs是+1价，因此，Cs+可以和相等摩尔比的电荷平衡离子使用，Ba+3是较佳的电荷平衡离子。
图7-12说明按照本发明另一方面的形成介电质与电极结构的方法。首先在基体70(如蓝宝石)上沉积介电材料层72(如BST)。接着，在介电层72中需保留之部分的顶部形成光致抗蚀剂80。接着，使用适合蚀刻介电材料的蚀刻剂去除没有被光致抗蚀剂80遮盖的介电材料。然后，在结构的顶部沉积导电材料层1000(例如铜)(图10)。须注意，在沉积导电材料1000前不需要去除光致抗蚀剂80。接着，去除导电层的顶部使光致抗蚀剂层80的顶部光滑或外露，藉以形成分立的电极1000(如图11所示)。图12说明去除光致抗蚀剂80的选用步骤。须了解，如果光致抗蚀剂80不过分影响装置的操作则可保留。事实上，光致抗蚀剂80可以增加结构的强度。此方法的主要优点是减少了制造装置的步骤。需要单次的掩模步骤，将电极材料蚀刻到掩模(光致抗蚀剂80)水平，除去不需要的导电材料。
图13说明用于光学及RF应用之电极与介电结构的另一实施方案。在本装置中，部分介电材料72延伸到电极1000之下，如点130D所示。通过将电极1000延伸到介电质边缘的顶部，电极间施加的电场有更多透入介电质，因此能使铁电/光电材料的介电常数/折射率产生更大的改变。电极的厚度通常1-5微米，电极间的间隙(露出于电极1000间之介电材料72的部分)的宽度通常0.5-25微米，但其它尺寸也能产生操作装置。图11、12及13的结构优于现有技术装置的另一优点包括电极与装置粘附。在现有技术装置中，通常介电层完全覆盖基体，且电极是附着在介电材料的顶部。当在某些介电质(例如BST)的顶部沉积某些导体(例如铜)时会发生粘着的问题。经由制作介电质的图样，电极材料主要直接沉积在基体上，因此，电极与介电层间的粘着问题可以减少到最低程度。部分重叠也免除了周围的对齐，导体与可变电容材料间不会留下低-k的间隙。电极间的间隙愈紧密，所需的偏压电压也愈小。
以CCVD沉积元素所使用的前体列表(不应视为限制)，包括：
银 硝酸银，三氟乙酸银，乙酸银，环己烷丁酸银；2-乙基己酸银
铝 硝酸铝九水合物，乙酰丙酮酸铝；三乙铝，仲-丁醇铝；异-丙醇铝；二(2-
乙基己酸)单氢氧化铝
金 氯三乙膦金(I)，氯三苯膦金(I)
硼 三甲基硼酸，三甲氧基环硼氧烷(boroxine)
钡 2-乙基己酸钡，硝酸钡，乙酰丙酮酸钡水合物，二(2，2，6，6-四甲基-3，5-
庚二酮酸)钡水合物
铋 硝酸铋(III)五水合物，2-乙基己酸铋(III)
镉 硝酸镉四水合物，2-乙基己酸镉
钸 2-乙基己酸柿
铬 硝酸铬(III)九水合物；2-乙基己酸铬(III)，硫酸铬(III)水合物，六羰基
铬，乙酰丙酮酸铬(III)
铜 2-乙基己酸铜(II)，硝酸铜(II)三水合物，乙酰丙酮酸铜(II)水合物
钴 环烷酸钴，八羰基二钴，硝酸钴(II)六水合物
铁 硝酸铁(III)九水合物，乙酰丙酮酸铁(III)
铟 硝酸铟(III)水合物，乙酰丙酮酸铟(III)
铱 六氯铱酸(IV)二氢水合物；乙酰丙酮酸铱(III)；十二羰基四铱
钾 乙醇钾，叔丁醇钾，2，2，6，6-四甲基庚-3，5-二酮酸钾
镧 2-乙基己酸镧(III)，硝酸镧(III)六水合物，乙酰丙酮酸镧(III)水合物，
异-丙醇镧(III)；三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)镧(III)
锂 2，2，6，6-四甲基庚-3，5-二酮酸锂，乙醇锂、叔丁醇锂
镁 环烷酸镁，2-乙基己酸镁，二(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)镁二水合物，
乙酰丙酮酸镁，硝酸镁六水合物
钼 钼酸铵四水合物，六羰基化钼，二氧化钼(IV)二(乙酰丙酮酸)
钠 2，2，6，6-四甲基庚烷-3，5-二酮酸钠，乙醇钠，叔丁醇钠
铌 乙氧基锡(V)，四(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)铌(IV)，2-乙基己酸铌
(IV)
镍 硝酸镍(II)六水合物，乙酰丙酮酸镍(II)，2-乙基己酸镍(II)，环烷酸镍
(II)，羰基化镍
磷 三乙基磷酸盐，三乙基亚磷酸盐，三苯基亚磷酸盐
铅 2-乙基己酸铅(II)，环烷酸铅，二(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)铅(II)，
硝酸铅(II)
钯 亚硝酸二氨络钯(diamminepalladium)(II)，乙酰丙酮酸钯(II)；六氯钯酸
(IV)铵
铂 乙酰丙酮酸铂(II)，六氟乙酰丙酮酸铂(II)，二苯基(1，5-环辛二烯)铂
(II)，亚硝酸二氨络铂(II)，硝酸四氨络铂(II)
钌 乙酰丙酮酸钌(III)
硅 四乙氧基硅烷，四甲基硅烷，焦硅酸，硅酸，
锡 氯化锡(II)二水合物、2-乙基己酸锡(II)，四-n-丁基锡，四甲基锡
锶 硝酸锶，2-乙基己酸锶，二(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)锶水合物
钛 异丙醇钛(IV)，乙酰丙酮酸钛，(二-异-丙醇)二(乙酰丙酮酸)钛，正丁醇
钛(IV)；2-乙基己醇钛(IV)，二(乙酰丙酮酸)钛(IV)氧化物
钨 六羰基钨，氟化钨(VI)，钨酸
钇 2-乙基己酸钌(III)，硝酸钌(III)六水合物，异-丙醇钌(IV)，萘甲酸钌
(III)
镱 硝酸镜(III)五水台物
锌 2-乙基己酸锌，硝酸锌六水合物，乙酸锌
锆 2-乙基己酸锆(IV)，正丁醇锆，六氟乙酰丙酮酸锆(IV)，乙酰丙酮酸锆(IV)，
正丙醇锆(IV)，二亚硝酸锆氧化物。
实施例1
在蓝宝石上沉积BST
在本例中，使用CCVD法在C-面蓝宝石上沉积厚度250纳米的Ba0.6Sr0.4TiO3涂层。Ba0.6Sr0.4TiO3前体的溶液含有0.0143％(重量)的Sr(形式为2-乙基己酸锶)，0.0615％(重量)的钡(形式为2-乙基己酸钡)、0.0355％(重量)的(二-异-丙醇)二(乙酰丙酮酸)钛、12.6049％(重量)的甲苯、0.0118％(重量)的异-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/分钟，嘴处氧气在80psi下的流速为4000毫升/分钟。在靠近基体前表面所量测到的气体温度在900到1100℃间变化。BST沉积以1，1，1的晶格结构取向附生。
实施例2
在蓝宝石上沉积BST及装置结构
在本例中，使用CCVD法在C-面蓝宝石上沉积厚度377纳米的Ba0.6Sr0.4TiO3涂层。Ba0.6Sr0.4TiO3前体的溶液含有0.0143％(重量)的锶(形式为2-乙基己酸锶)、0.0615％(重量)的钡(形式为2-乙基己酸钡)、0.0355％(重量)的(二-异-丙醇)二(乙酰丙酮酸)钛、12.6049％(重量)的甲苯、0.0118％(重量)的异-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/分钟，嘴处氧气在80psi下的流速为4000毫升/分钟。在靠近基体前表面所量测到的气体温度为1200℃。沉积以1，1，1的晶格结构取向附生。
在形成BST层后，使用常规涂布方法在BST上形成铬的结合层及金的导电层。接着对铬及金制作图样以形成两个50支指状交叉电容器的电极(与图2中层22(蓝宝石)24(BST)及26(电极)的结构类似)。在电极间施加1MHz、50mV的信号，同时在两电极间施加DC偏压电压，以测试电容器的可调电容。
图5显示电容器介电常数随施加电场改变的曲线图(须汪意，很有可能有两条曲线，原因是由于BST内的磁滞)。从图中可看出，当施加0-2伏/微米的电场时，介电常数从1300到1500内变化(大约改变13％)。由于电容正比于介电常数，因此，电容的改变也大约为13％。
在另一独立的测试中检查材料的损失特性，将17.4GHz的信号施加于以该材料成形的共面的波导移相结构。偏压电压为OVDC时的相位为468.1°。偏压电压为300VDC时测到的相位为427.3°。最差的通过移相器的损失情况为0.696dB。因此，所量测的装置效率(K)为(468.1°-427.3°)/0.696分贝＝58.6°/dB。材料的K是材料效率的精确量度，因为它描述了材料铁电性质所引起的相移量除以信号损失。当然，须了解，至少部分的损失是来自制作成图样的导体与接点电阻之有限的导电率。它存在于所有装置中。
实施例3
在本例中，使用CCVD法在多晶矾土上沉积Ba0.6Sr0.4TiO3涂层。多晶矾土是较便宜的基体材料，但以现有技术在矾土上沉积BST所得到的性能不佳。经由使用CCVD，可以形成高品质的层。Ba0.6Sr0.4TiO3前体的溶液中含有0.0143％(重量)的总(形式为2-乙基己酸锶)、0.0615％(重量)的钡(形式为2-乙基己酸钡)、0.0355％(重量)的(二-异-丙醇)二(乙酰丙酮酸)钛、12.6049％(重量)的甲苯、0.0118％(重量)的异丙酵、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/分钟、嘴处氧气在30psi下的流速为4020毫升/分钟。在靠近基路前表面所测到的气体温度为1150℃。
实施例4
在本例中，使用CCVD法在蓝宝石上沉积氧化锡铟(ITO)涂层。ITO前体的溶液中含有27.2克0.1％(重量)的铟(其形态为0.1克乙酰丙酮酸铟溶解于27.2克甲苯)，3.85克0.065％(重量)的锡(其形态为0.1克的四甲基锡溶解于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/分钟，嘴处氧气在80psi下的流率为4.41升/分钟的氧气。在靠近基体前表面所量测到的气体温度为1000-1020℃。连续沉积10分钟。退火后，ITO薄膜具有的电阻系数为48欧姆/平方(Ω/□)，光通过有ITO膜和基材的穿透率为穿透没有ITO膜的基体的80％。
实施例5
在本例中，使用CCVD法在硼硅酸盐玻璃上沉积掺杂镓的氧化锌(GZO)。GZO前体的溶液中含有11.42克硝酸锌(5.0％(重量)的锌)，3.76克的Ga-acac(0.5％(重量)的镓)，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/分钟，嘴处氧气的流率为0.5升/分钟。在靠近基体前表面所量测到的气体温度为318℃。连续沉积26分钟。退火后，GZO薄膜的厚度为500纳米，电阻系数为12欧姆/平方。图14显示光通过有GZO薄膜的基体及没有GZO薄膜的基体的透光率。从图中可看出，与单独基体相比，波长在400到1200纳米的光穿透复合物的穿透率是90％或更高。
实施例6
使用CCVD法在硼硅酸盐玻璃上沉积掺杂镓的薄膜，其沉积条件如下：前体溶液：2.31克2-乙基己酸锌以及0.88克的乙酰丙酮酸镓，溶解于400毫升20∶80(体积∶体积)甲苯/异丙醇溶液中。沉积期间，基体温度为300℃，火焰温度1300℃，移动速率254厘米/分钟，喷嘴温度230℃，嘴处氧气流速为5slm。沉积层的厚度为0.5微米。薄膜在600℃的氮气气氛中退火1小时。测到的面电阻为27欧姆/平方。
实施例7
使用CCVD法在硼硅酸盐玻璃上沉积掺杂镓的薄膜。其沉积条件如下：前体溶液：1.07克硝酸锌以及0.44克乙酰丙酮酸镓，溶解于200毫升97∶3(体积∶体积)的乙醇/n，n-二甲基甲酰胺溶液中。基体温度为300℃。火焰温度1200℃，移动速率381厘米/分钟，喷嘴温度140℃，嘴处氧气流率为1slm。沉积层的厚度为540纳米(0.54微米)。面电阻在12与13欧姆/平方之间。
视应用而定，局部外延或减少晶粒边界的高k介电质沉积的厚度从大约0.1纳米到10,000纳米。对于多数应用，更佳的是在100到10,000纳米之间，在200与3000纳米之间，大多数情况在300到1500纳米之间更佳。
虽然是以某些特定的较佳实施例描述本发明，但本领域普通技术人员应了解，可做各种修改且不会偏离本发明的范围。例如外延或减少边界的沉积可以成形在某些聚合物上、特别是表面的结晶性与所要沉积的材料的晶格匹配的那些材料。
Claims (66)
1.一种用于耦合或修改信号的可变电子装置，所述装置包括：
可变介电材料部分；以及
至少一个偏压电极，用以施加电场给所述可变介电材料部分来改变可变介电材料部分的介电常数；其中
所述偏压电极薄得足以呈现出对于信号的阻抗高于所述可变介电材料部分，且导电性足以施加电场。
2.如权利要求1所述的可变装置，其中所述偏压电极的厚度在5纳米到0.5纳米之间。
3.如权利要求1所述的可变装置，其中所述偏压电极的DC电阻系数在10欧姆/平方到10M欧姆/平方之间。
4.如权利要求1所述的可变装置，其中所述偏压电极的DC电阻系数在100欧姆/平方到1M欧姆/平方之间。
5.如权利要求1所述的可变装置，其中形成所述偏压电极的材料是混合导体。
6.如权利要求1所述的可变装置，其中形成所述偏压电极的材料是以离子导体为主。
7.如权利要求1所述的可变装置，其中形成所述偏压电极的材料是半导体。
8.如权利要求1所述的可变装置，其中形成所述偏压电极的材料是导电氧化物。
9.如权利要求1所述的可变装置，其中形成所述偏压电极的材料具有减少的晶粒边界或是外延的。
10.一种用于耦合或修改信号的可变电子装置，该装置包括：
可变介电材料部分：以及
至少一个偏压电极，用以施加电场给该可变介电材料部分来改变可变介电材料部分的介电常数；其中
该偏压电极对信号的电阻至少比金属电极的DC电阻高25％，但具有的DC电阻大约等于金属电极的DC电阻。
11.如权利要求10所述的可变装置，其中该偏压电极对信号的电阻比金属电极的DC电阻至少高100％。
12.如权利要求10所述的可变装置，其中该偏压电极对信号的电阻比金属电极的DC电阻至少高200％。
13.一种用于修改行进通过该波导的光学信号的可变光学波导，该波导包括
光电材料部分；以及
在该光电材料部分1微米以内的至少一个偏压电极，用以对该光电材料施加电场以改变光电材料的折射翠；其中
所述偏压电极的折射率比所述光电材料部分的折射率低且导电性足以施加电场。
14.如权利要求13所述的可变光学波导，其中所述至少一个偏压电极毗邻所述光电材料部分。
15.如权利要求13所述的可变光学波导，其中所述偏压电极的厚度介于2000纳米到0.1纳米之间。
16.如权利要求13所述的可变光学波导，其中该偏压电极的厚度介于50纳米到0.5纳米之间。
17.如权利要求13所述的可变光学波导，它还包括支承所述光电材料部分的基体，其中所述至少一个偏压电极至少部分在所述光电材料部分与所述基体之间。
18.如权利要求13所述的可变光学波导，其中所述偏压电极是无机物。
19.如权利要求13所述的可变光学波导，其中所述薄膜偏压电极是氧化物。
20.一种可调光学滤波器，它可被转变成允许特定波长的光经由它透过，所述滤波器包括：
至少一层光电材料；以及
毗邻该光电材料的相对侧的、用于施加电场通过该光电材料以改变光电材料的折射率的至少两层导电材料；其中
所述导电材料的导电性足以施加电场，且是透明或薄得足以允许特定波长的光透过。
21.如权利要求20所述的可调滤波器，其中该偏压电极的厚度介于50纳米到0.3纳米之间。
22.如权利要求20所述的可调滤波器，其中该偏压电极的厚度介于10纳米到0.1纳米之间。
23.一种形成电子或光学装置的方法，该装置包括基体、介电层及电极层，该方法包括下列步骤：
在基体的顶部沉积介电材料；
在介电材料的顶上沉积光致抗蚀剂层，光致抗蚀剂层覆盖第一部分的介电层但不覆盖第二部分的介电层；
将第二部分的介电层蚀去；
在光致抗蚀剂及基体的顶上沉积导电材料，第一部分的导电材料在光致抗蚀剂的顶上，而第二部分与基体直接接触；以及
去除第一部分的导电材料；其中，
保留第二部分的导电材料构成电极层。
24.如权利要求23所述的方法，其中，去除第一部分的导电材料的步骤是通过蚀刻光致抗蚀剂进行的。
25.如权利要求23所述的方法，其中，除去第一部分的导电材料的步骤是通过抛光第一部分进行的。
26.一种用于耦合或修改信号的可变电子装置，该装置包括：
可变介电材料部分：
用于使电气信号路由通过可变介电质部分的主电极部分：以及
用于施加电场给该可变介电材料部分以改变可变介电材料部分的介电常数的至少一个偏压电极。
27.如权利要求26所述的可变电子装置，其中所述偏压电极呈现出对于信号的阻抗高于所述可变介电材料。
28.如权利要求26所述的可变电子装置，其中所述偏压电极毗邻所述主电极部。
29.如权利要求26所述的可变电子装置，其中所述主电极部在信号频率下至少有一个维度的尺寸至少有集肤深度。
30.如权利要求26所述的可变电子装置，其中所述偏压电极的厚度在200纳米到0.3纳米之间。
31.如权利要求26所述的可变电子装置，其中所述偏压电极的厚度在50纳米到0.1纳米之间。
32.如权利要求26所述的可变电子装置，其中：
所述主电极部包括第一及第二主电极；
所述至少一个偏压电极包括第一及第二偏压电极；
所述第一主电极与所述第一偏压电极电气连接；及
所述第二主电极与所述第二偏压电极电气连接。
33.如权利要求26所述的可变电子装置，其中：
所述至少一个偏压电极包括第一和第二偏压电极；以及
所述第一及第二偏压电极位于所述可变介电材料的相对的表面上。
34.如权利要求26所述的可变电子装置，其中：
所述至少一个偏压电极包括第一及第二偏压电极；以及
所述第一及第二偏压电极位于所述可变介电材料的同一表面上。
35.如权利要求26所述的可变电子装置，其中所述主电极部与所述至少一个偏压电极至少间隔50微米。
36.如权利要求26所述的可变电子装置，其中所述主电极部与所述至少一个偏压电极至少间隔10微米。
37.一种在基体上形成层的局部外延的或减少晶粒边界的高k介电质材料，所述高k介电层直接形成在所述基体上。
38.如权利要求37所述的材料，其中所述层的厚度介于大约100到大约10000纳米之间。
39.如权利要求37所述的材料，其中所述层的厚度介于大约200到大约3000纳米之间。
40.如权利要求37所述的材料，其中所述层的厚度介于大约300到大约1500纳米之间。
41.如权利要求37所述的材料，其中所述高k介电质是钙钛矿。
42.如权利要求37所述的材料，其中所述高k介电质是钛酸钡锶。
43.如权利要求37所述的材料，它还包括与该高k介电质相连或在其附近的导电线条。
44.如权利要求37所述的材料，其中该高k介电质掺杂了一种或多种离子，这些离子改变它的可变介电特性。
45.如权利要求44所述的材料，其中所述掺杂的离子选自铅、铯、钽、钙、钨、锰、锂、钠、钾、铷、镁、钪、镜、锆、铪、钒、铌、铬、钼、锝、铁、钌、钴、铑、铱、镍、钯、铜、银、锌、镉、汞、铝、镓、铟、铊、锗、锡、锑、铋、碘及这些元素的混合物。
46.如权利要求37所述的材料，其中所述基体是多晶陶瓷。
47.如权利要求37所述的材料，其中所述基体是聚合物。
48.一种可调或可变的装置，包括：
具有一表面的基体；
在部分基体表面上的可变材料；以及
作为偏压电极的电极，该电极与可变介电材料及基体的表面直接接触。
49.如权利要求48所述的可调或可变的装置，其中：
电极具有一厚度；
毗邻的电极间隔一间隙，该间隙具有一宽度，以及
电极的厚度至少是间隙宽度的50％。
50.如权利要求49所述的可调或可爱的装置，其中电极的厚度至少是间隙宽度的100％。
51.如权利要求49所述的可调或可变的装置，其中电极的厚度至少是间隙宽度的200％。
52.如权利要求49所述的可调或可变的装置，其中：
可变介电材料具有与基体部分表面接触的第一表面以及在第一表面对面的第二表面；以及
电极大部分与基体表面接触。
53.如权利要求52所述的可调或可变的装置，其中电极与可变介电材料的第二表面重叠25微米。
54.如权利要求52所述的可调或可变的装置，其中电极与可变介电材料的第二表面重叠5微米。
55.如权利要求52所述的可调或可变的装置，其中电极与可变介电材料的第二表面重叠1微米。
56.一种掺杂有掺杂剂的氧化锌薄膜，所述掺杂剂选自镓、铝、锡、铟、硼和氟及这些元素的混合物。
57.如权利要求56所述的薄膜，其中锌与掺杂剂金属的摩尔比在大约99∶1至大约90∶10之间。
58.如权利要求56所述的薄膜，它是沉积在玻璃基体上的。
59.如权利要求56所述的薄膜，它是沉积在硼硅酸盐玻璃基体上的。
60.如权利要求56所述的薄膜，其中所述掺杂剂是镓。
61.如权利要求56所述的薄膜，其厚度为0.5微米时的面电阻大约为25欧姆/平方或更小。
62.如权利要求56所述的薄膜，其厚度为0.5微米时的面电阻大约为20欧姆/平方或更小。
63.如权利要求56所述的薄膜，其厚度为0.5微米时的面电阻大约为15欧姆/平方或更小。
64.一种前体溶液，它包括含锌的前体以及掺杂剂前体，该掺杂剂含有选自镓、铝、锡、铟的元素及这些元素的混合物，其改进是所述前体的溶剂包括乙醇。
65.如权利要求64所述的前体溶液，其中所述溶剂还包括二甲基甲酰胺，其水平在大约1到大约10体积％之间。
66.如权利要求64所述的前体溶液，其中所述掺杂剂的前体包括镓的前体。
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