DE10062614A1 - Anordnung mit abstimmbarer Kapazität und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit abstimmbarer Kapazität mit einem elektrischen Leiter (10) und einem eine veränderbare Dielektrizitätskonstante epsilon aufweisenden ferroelektrischen Material (12), wobei die Kapazität durch Veränderung der Dielektrizitätskonstante epsilon abstimmbar ist, wobei der elektrische Leiter eine elektrisch leitende Schicht (10) ist, die von einem Substrat (14) getragen wird, die elektrisch leitende Schicht (10) eine Unterbrechung (16) aufweist und in der Unterbrechung (16) ferroelektrisches Material (12) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung mit abstimmbarer Kapazität.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit abstimmbarer Kapazität mit einem elektrischen Leiter und einem eine veränderbare Dielektrizitätskonstante ε aufweisenden ferroelektrischen Material, wobei die Kapazität durch Veränderung der Dielektrizitätskonstante ε abstimmbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung mit abstimmbarer Kapazität mit einem elektrischen Leiter und einem eine veränderba­ re Dielektrizitätskonstante ε aufweisenden ferroelektri­ schen Material, wobei die Kapazität durch Veränderung der Dielektrizitätskonstante ε abstimmbar ist.

Die Entwicklung von miniaturisierten Hochfrequenzbauele­ menten (HF-Bauelementen) ist für unterschiedlichste An­ wendungen von hohem Interesse. Beispielsweise können derartige Bauelemente in idealer Weise im Bereich der drahtlosen Kommunikationstechnik, der Radartechnik und vergleichbaren Anwendungen eingesetzt werden. Als HF- Bauelemente kommen beispielsweise durchstimmbare Filter und Resonatoren, Phasenschieber und superdirektive An­ tennen in Frage.

Beispielsweise basieren Basisstationen für eine drahtlo­ se Kommunikation derzeit auf dem Prinzip der Fre­ quenzaufteilung in mehrere Frequenzbereiche (Kanäle) im Multiplexbetrieb. Es ist möglich, anstelle des Multi­ plexbetriebs durchstimmbare Filter zu verwenden, welche als miniaturisiertes HF-Bauelement ausgelegt sind. Auf diese Weise kann eine flexiblere Aufteilung der unter­ schiedlichen Frequenzbereiche gewährleistet werden, und es können Störsignale, beispielsweise Intermodulations­ produkte, ausgeblendet werden. Ebenso können Veränderun­ gen der Frequenzbereiche ohne Austausch von Filtern er­ folgen.

Zur Herstellung von abstimmbaren Filtern, welche bei­ spielsweise in Basisstationen für die drahtlose Kommuni­ kation verwendet werden können, existieren unterschied­ liche Konzepte. Für die Miniaturisierung derartiger Bau­ elemente bietet sich die Dünnschichttechnologie an. Ein bekanntes Verfahren, mit dem eine Frequenzabstimmung von Resonatoren erreicht werden kann, beruht auf der Verwen­ dung von Ferroelektrika, deren dielektrische Eigenschaf­ ten vom angelegten elektrischen Feld abhängen. Verwendet man ein Ferroelektrikum daher als Dielektrikum in einem Kondensator, so lässt sich ein solcher Kondensator durch das Anlegen unterschiedlicher elektrischen Feldstärken abstimmen, wodurch eine Frequenzanpassung erreicht wer­ den kann.

Problematisch bei Anordnungen des Standes der Technik ist jedoch, dass bei einem Betrieb mit hohen Frequenzen sehr hohe Kapazitäten erreicht werden müssen. Folglich müssen größere Bereiche einer Anordnung mit kapazitiven Strukturen versehen werden. Um dies zu erreichen kennt man beispielsweise eine Mäanderlösung.

Weiterhin ist nachteilig, dass alle geeigneten Ferro­ elektrika mit hohen HF-Verlusten behaftet sind.

Ebenfalls ist zu beachten, dass die Herstellung von mehrschichtigen Anordnungen, welche aus einem Ferroelektrikum und einem verlustarmen keramischen Hochtempera­ tur-Supraleiter bestehen, bislang üblicherweise zur Schädigung entweder des Supraleiters oder des Ferroelek­ trikums führen.

Es ist weiterhin zu beachten, dass das Anlegen einer Gleichspannung zum Verändern der Feldstärke und entspre­ chenden Verändern der Dielektrizitätskonstante des Fer­ roelektrikums eine spezielle Auslegung der Bauelemente verlangt, da beide Kontakte galvanisch getrennt sein müssen. Dies führt zu ernsthaften Designbeschränkungen.

Des weiteren ist für eine ausreichende Frequenzabstim­ mung eine ausreichende Variation der dielektrischen Kon­ stante nötig. Bei den bestehenden Designs der Kapazität sind hierzu meist sehr hohe Spannungen notwendig, die eine Anwendung unmöglich machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu beseitigen und insbesondere eine Anordnung mit abstimmbarer Kapazität und mit einem Schichtaufbau zur Verfügung zu stellen,

• a) bei der sich die Schichten gegenseitig nicht schä­ digen, wobei HF-Verluste im Ferroelektrikum ver­ mindert werden,
• b) mit der sich kleine Spaltbreiten zum Erreichen ho­ her Kapazitäten realisieren lassen, und
• c) bei der kleine Spaltbreiten in Kombination mit ho­ hen Füllfaktoren, die den elektrischen Feldanteil in Dielektroden beschreiben, zu realistischen Spannungen zur Kapazitätsabstimmung der Bauelemen­ te führen.

Des weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung angegeben werden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Anordnung da­ durch auf, dass der elektrische Leiter eine elektrisch leitende Schicht ist, die von einem Substrat getragen wird, dass die elektrisch leitende Schicht eine Unter­ brechung - auch Spalt genannt - aufweist und dass ledig­ lich im Spalt der Kapazität ferroelektrisches Material angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung wird

• a) die Materialmenge von ferroelektrischem Material verringert, wodurch HF-Verluste begrenzt werden,
• b) der Füllfaktor des elektrischen Feldes im Dielek­ trikum gegenüber üblichen Ausführungen erhöht, und
• c) die Gefahr von Überschlägen zwischen den Elektro­ den minimiert.

Ebenfalls ist vorteilhaft, dass durch die Anordnung von ferroelektrischem Material in der Unterbrechung der elektrischen Schicht, eine gegenseitige Degradation der Materialien verhindert wird.

Vorzugsweise ist die elektrisch leitende Schicht direkt auf dem Substrat angeordnet. Die elektrisch leitende Schicht wird daher insbesondere nicht auf einem Ferro­ elektrikum angeordnet, so dass keine Verschlechiterung der Schichten beim Herstellungsprozess bewirkt wird.

Es kann auch vorteilhaft sein, dass zwischen der elek­ trisch leitenden Schicht und dem Substrat eine Puffer­ schicht angeordnet ist. Eine solche Pufferschicht kann Vorteile im Hinblick auf spezielle Abscheidungsprozesse als auch im Hinblick auf die Strukturierung der Schich­ ten mit sich bringen. Grundsätzlich bleibt dabei jedoch der Vorteil der Erfindung erhalten, dass nämlich eine gegenseitige Degradation der Schichten während des Her­ stellungsprozesses vermieden wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das ferroelek­ trische Material SrTiO₃. Dabei handelt es sich um ein Ferroelektrikum, welches sich erfindungsgemäß anordnen lässt.

Aus demselben Grund kann es vorteilhaft sein, dass das ferroelektrische Material Ba_xSr_1-xTiO₃ ist. Generell sind nahezu alle Ferroelektrika zu verwenden, wobei sich op­ timale Konditionen durch hohe Abstimmbarkeit und niedri­ ge Verluste auszeichnen.

Von besonderem Vorteil ist es, dass das ferroelektrische Material eine größere Schichtdicke als die Elektrode aufweist und somit typischerweise im Bereich von etwa 0,3-5 µm liegt. Mit derartigen Schichtdicken lassen sich Dielektrizitätskonstanten realisieren, welche in einem geeigneten Bereich zur Abstimmung des Kondensators liegen. Des weiteren ist es dann möglich, die Elektroden im Lift-off-Verfahren zu deponieren.

Ebenfalls ist vorteilhaft, dass das ferroelektrische Ma­ terial eine möglichst kleine aber ausreichende laterale Ausdehnung im Bereich von etwa 0,5-10 µm aufweist. Mit derartigen lateralen Ausdehnungen, welche mit der Unter­ brechung (dem Spalt) in der elektrisch leitenden Schicht korrespondieren, sind Kapazitäts- und Frequenzabgleiche möglich, welche für viele Anwendungen von Vorteil sind.

Vorzugsweise hat das ferroelektrische Material eine grö­ ßere Schichtdicke als die elektrisch leitende Schicht. Somit ist das elektrisch leitende Material zuverlässig in zwei elektrisch voneinander isolierte Bereiche unter­ teilt, so dass eine Kapazität zustande kommt.

Bevorzugt ist die elektrisch leitende Schicht ein Hochtemperatur-Supraleiter. Hochtemperatur-Supraleiter werden immer häufiger aufgrund sehr niedriger HF- Verluste im Rahmen von Dünnschichtanordnungen verwendet. Die Erfindung ist in diesem Zusammenhang von besonderem Vorteil, da die geringen Verluste des Hochtemperatur- Supraleiters nun nicht von Verlusten einer großen Menge an ferroelektrischem Material wieder zunichte gemacht werden.

Es kann allerdings auch vorteilhaft sein, dass die elek­ trisch leitende Schicht ein konventioneller elektrischer Leiter ist. Je nach Anwendung kann die Anordnung auch auf diese Weise ihre vorteilhaften Eigenschaften entfal­ ten.

Es ist bevorzugt, dass die Dielektrizitätskonstante ε durch Veränderung einer elektrischen Feldstärke verän­ derbar ist. Somit lässt sich die Abstimmung durch eine physikalische Größe erreichen, welche in einfacher Weise gehandhabt werden kann.

Es ist vorteilhaft, dass an der elektrisch leitenden Schicht Elektroden angeordnet sind. Über Elektroden lässt sich eine Spannung zuführen, so dass die elektrische Feldstärke und somit die Dielektrizitätskonstante ε veränderbar sind.

Es kann vorteilhaft sein, wenn auf dem ferroelektrischen Material elektrisch leitendes Material angeordnet ist. Das elektrisch leitende Material kann somit in einem einstufigen Prozess auf das Substrat und das struktu­ rierte Ferroelektrikum aufgebracht werden.

In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn an dem auf dem ferroelektrischen Material angeord­ neten elektrisch leitenden Material eine weitere Elek­ trode angeordnet ist. Somit lässt sich in vorteilhafter Weise ein elektrisches Feld erzeugen, welches in dem Ferroelektrikum konzentriert ist und zur Abstimmung der Kapazität eingesetzt werden kann.

Die Erfindung baut auf Verfahren des Standes der Technik dadurch auf, dass eine ferroelektrische Schicht auf eine Substratstruktur aufgebracht wird, dass ein Bereich aus der ferroelektrischen Schicht herausstrukturiert wird und dass auf die Substratstruktur eine elektrisch lei­ tende Schicht mit einer Unterbrechung aufgebracht wird. Im Zusammenhang mit dem Verfahren ist als besonders vor­ teilhaft hervorzuheben, dass keine Degradation der fer­ roelektrischen Schicht und der elektrisch leitenden Schicht stattfindet, da beide Schichten auf lateral ge­ trennten Bereichen einer Substratstruktur aufgebracht werden.

Das Verfahren ist besonders dann vorteilhaft, wenn als Substratstruktur ein einheitliches Substrat verwendet wird. Dies ist eine besonders einfache Lösung, welche zu einer gleichermaßen einfachen Anordnung führt.

Es kann aber auch im Sinne des Herstellungsverfahrens als auch im Sinne der Funktionstüchtigkeit der Anordnung sein, dass als Substratstruktur ein Substrat mit einer auf dem Substrat angeordneten Pufferschicht verwendet wird.

Bevorzugt wird bei dem Verfahren als ferroelektrisches Material SrTiO₃ verwendet. Dieses Material ist sowohl im Hinblick auf das Aufbringen als auch auf das Struktu­ rieren geeignet.

Gleichermaßen kann als ferroelektrisches Material Ba_xSr_1-xTiO₃ oder andere Ferroelektrika verwendet werden.

Besonders bevorzugt ist es, dass das ferroelektrische Material in einer Schichtdicke im Bereich von etwa 0,3-5 µm aufgebracht wird. Eine solche Schichtdicke ist im Hinblick auf die endgültige Dicke der Elektroden nütz­ lich. Ferner bietet sie gute Voraussetzungen für eine Weiterverarbeitung z. B. im Lift-off-Verfahren.

Aus ähnlichen Gründen ist es von Vorteil, dass aus dem ferroelektrischen Material ein Bereich herausstruktu­ riert wird, der eine laterale Ausdehnung im Bereich von etwa 0,5-10 µm aufweist. So ist eine hohe Kapazität bei gleichzeitiger Isolation zwischen den Elektroden ge­ währleistet.

Das Verfahren ist ebenfalls dadurch vorteilhaft, dass die elektrisch leitende Schicht in einer geringeren Schichtdicke aufgebracht wird als die ferroelektrische Schicht. Somit wird "automatisch" beim Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht durch die ferroelektrische Schicht eine Unterbrechung und somit eine Kondensator­ wirkung zur Verfügung gestellt.

Das Verfahren ist besonders dadurch vorteilhaft, dass auf dem ferroelektrischen Material elektrisch leitendes Material angeordnet wird und dass an dem auf dem ferro­ elektrischen Material angeordneten elektrisch leitenden Material eine dritte Elektrode angeordnet wird. Somit können in einem Verfahrensschritt drei Elektroden be­ reitgestellt werden, welche zum Anlegen einer Spannung verwendet werden können.

Es kann aber auch vorteilhaft sein, dass auf dem ferro­ elektrischen Material angeordnetes elektrisch leitendes Material entfernt wird. Somit lässt sich eine Anordnung herstellen, welche nur auf der Substratstruktur elek­ trisch leitendes Material aufweist.

Es ist vorteilhaft, dass das Herausstrukturieren durch Lithographie und Trockenätzen erfolgt. Dies sind bewähr­ te Verfahren, mit welchen sich auch eine ferroelektri­ sche Schicht strukturieren lässt, wobei sich insbesonde­ re beim Ionenstrahlätzen (IBE) besonders genaue Struktu­ ren mit klar definierten Kanten fertigen lassen.

In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, dass die Unterbrechung der elektrisch leitenden Schicht entweder durch Ätzen oder durch Lift-off-Verfahren erzeugt wird.

Weitere Verbesserungen der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erreichen, dass eine Grenzschicht zwischen dem ferroelektrischen Material und dem elektrisch leitenden Material nachbehandelt wird. Eine solche Nachbehandlung kann beispielsweise mit Sauerstoff erfolgen, insbesonde­ re da die Grenzfläche normal zum Substrat ausgerichtet ist.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrun­ de, dass aufgrund der angegebenen Struktur HF-Verluste stark vermindert werden können. Dies liegt insbesondere daran, dass nur im Spalt der Kapazität das mit starken Verlusten behaftete Ferroelektrikum angeordnet ist. Ebenfalls wird die Möglichkeit einer Degradation der Schichten unwahrscheinlicher, da sowohl das Ferroelek­ trikum als auch die Elektroden der Kapazität direkt auf das Substrat beziehungsweise auf das mit der Puffer­ schicht versehene Substrat abgeschieden werden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf eine Kombination eines Fer­ roelektrikums mit einem Hochtemperatur-Supraleiter zu beachten. Insgesamt erreicht man eine verbesserte Ab­ stimmbarkeit, geringere Verluste und eine höhere Durch­ schlagsicherheit.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen bei­ spielhaft erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch ein Schaltbild eines Empfangssy­ stems für den Mobilfunkbereich;

Fig. 2 schematisch ein Schaltbild eines weiteren Empfangssystems für den Mobilfunkbereich;

Fig. 3a eine erste Ausführungsform eines Hochfre­ quenz-Bandstoppresonators;

Fig. 3b eine zweite Ausführungsform eines Hochfre­ quenz-Bandstoppresonators;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Erfindung;

Fig. 5a eine erste Schichtstruktur zur Realisierung einer Kapazität mit einem Ferroelektrikum;

Fig. 5b eine zweite Schichtstruktur zur Realisierung einer Kapazität mit einem Ferroelektrikum;

Fig. 6a eine Schichtanordnung nach einem ersten Ver­ fahrensschritt;

Fig. 6b eine Schichtanordnung nach einem zweiten Verfahrensschritt;

Fig. 6c eine Schichtanordnung nach einem dritten Verfahrensschritt;

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Vorteile der Erfindung.

In Fig. 1 ist schematisch eine Anordnung dargestellt, in welcher Hochfrequenzbauelemente (HF-Bauelemente) zum Einsatz kommen. Es handelt sich um ein Empfangssystem, welches beispielsweise im Mobilfunkbereich verwendet werden kann. Die Anordnung besteht aus einer Antenne 120, welche mit dem Eingang eines Bandpassfilters 122 verbunden ist. Das Ausgangssignal dieses Bandpassfilters wird an einen Verstärker 124 weitergegeben, welcher vor­ zugsweise als LNA ("low noise amplifier") ausgelegt ist. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers 124 wird einem Multiplexer 126 eingegeben, wobei ausgangsseitig von dem Multiplexer 126 mehrere Kanäle zur Verfügung gestellt werden. Jeder dieser Kanäle weist einen Mischer 128, ei­ nen auf den Mischer folgenden weiteren Bandpassfilter 130, einen auf den Bandpassfilter 130 folgenden weiteren Verstärker 132, welcher wiederum vorzugsweise als LNA ausgelegt ist, und einen Analog-Digital-Konverter (ADC) auf, welcher die von den Verstärkern 132 ausgegebenen analogen Signale konvertiert.

Die Anordnung nach Fig. 1 arbeitet nach dem Prinzip der Frequenzaufteilung in viele Frequenzbereiche (Kanäle) im Multiplexbetrieb.

In Fig. 2 ist ein alternatives Konzept dargestellt. Wiederum ist als erstes Glied in der Empfangskette eine Antenne 120 vorgesehen. Das Ausgangssignal dieser Anten­ ne wird auf einen frequenzabstimmbaren Bandpassfilter 136 gegeben. Das frequenzabgestimmte Signal wird nun auf einen Verstärker 124, vorzugsweise einen LNA geführt und von dort aus an einen Mischer 128 weitergeleitet. Auf diesen Mischer folgen, ähnlich wie in jedem Kanal der Anordnung gemäß Fig. 1, ein Bandpassfilter 130, ein Verstärker 132 und ein Analog-Digital-Konverter 134.

Aufgrund der Abstimmbarkeit des Filters 136 ist der be­ züglich des Hardware-Aufwandes nachteilige Multiplexer 126 gemäß Fig. 1 entbehrlich; durch den abstimmbaren Bandpassfilter 136 kann ein variabler Frequenzbereich abgedeckt werden. Weiterhin hat die Anordnung gemäß Fig. 2 den Vorteil, dass Störsignale herausgefiltert wer­ den können.

Zur Realisierung abstimmbarer Filter, die beispielsweise bei einer Anordnung gemäß Fig. 2 als Bauelement 136 verwendet werden können, existieren unterschiedliche Konzepte. Will man derartige Bauelemente miniaturisiert herstellen, so bietet sich die Dünnschichttechnologie an, wobei eine Veränderung von dielektrischen Eigen­ schaften von Ferroelektrika zur Beeinflussung einer Kapazität verwendet werden, was wiederum Einfluss auf den eingestellten Frequenzbereich hat.

Fig. 3a und Fig. 3b zeigen zwei prinzipielle Skizzen von Hochfrequenz-Bandstoppresonatoren. In Fig. 3a ist ein Bandstoppresonator mit einfacher Kapazität darge­ stellt. Eine Mikrostreifenleitung 138 transportiert ein HF-Signal in die beispielhaft durch den Pfeil 140 ge­ kennzeichnete Richtung. Im Bereich der Mikrostreifenlei­ tung 138 ist ein LC-Resonator 142 angeordnet, welcher eine Kapazität C und eine Induktivität L zur Verfügung stellt. Die Frequenz, auf welche die Anordnung gemäß Fig. 3a abgestimmt ist, hängt von der Induktivität und der Kapazität der Resonatoren über die Beziehung

f = (2π√LC)^-1

ab.

In Fig. 3b ist eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 3a dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen auf vergleich­ bare Komponenten deuten. Allerdings ist hier ein Band­ stoppresonator mit doppelter Kapazität und zusätzlichen Zuleitungen 144 für das Anlegen einer elektrischen Gleichspannung vorgesehen. Durch das Anlegen von Gleich­ spannungen kann beispielsweise die Dielektrizitätskon­ stante ε eines Ferroelektrikums beeinflusst werden, das in den Spalt der Kapazität eingebracht wird und so einen Einfluss auf die Kapazität und somit die Frequenz des Bandstoppresonators hat. Grundsätzlich ist man bestrebt, eine Abstimmung auf hohe Frequenzen vorzunehmen, wobei beim Mobilfunk die Frequenzen im GHz-Bereich liegen, so dass es erforderlich ist, hohe Kapazitäten einzustellen. Hingegen ist es im Allgemeinen nicht erwünscht, die In­ duktivitäten zur Erhöhung der Frequenzen zu vergrößern, da große Induktivitäten große Flächen und Verluste zur Folge haben.

In Fig. 4 ist die Abhängigkeit der Dielektrizitätskon­ stante ε von SrTiO₃ vom angelegten elektrischen Feld und von der Temperatur dargestellt.

Die obere gestrichelte Linie zeigt den Verlauf der Di­ elektrizitätskonstante in Abhängigkeit der Temperatur ohne angelegtes elektrisches Feld. Die gepunktete Linie zeigt den Verlauf der Dielektrizitätskonstante in Abhän­ gigkeit der Temperatur mit einem elektrischen Feld von 10 kV/cm. Die Strich-Punkt-Linie zeigt den Verlauf der Dielektrizitätskonstante für ein elektrisches Feld von 30 kV/cm. Die untere Strich-Punkt-Punkt-Kurve zeigt das Verhalten der Dielektrizitätskonstante in Abhängigkeit der Temperatur bei einem elektrischen Feld von 100 kV/cm. Bringt man eine derartige von einer angelegten Spannung abhängige Dielektrizitätskonstante in den Spalt der Kapazität, so lässt sich die Frequenz, auf welche der Filter abgestimmt ist, durch Veränderung des elek­ trischen Feldes beeinflussen.

In Fig. 5a und Fig. 5b sind zwei Möglichkeiten zur Realisierung einer Kapazität mit einem Ferroelektrikum dargestellt.

In Fig. 5a ist auf einem Substrat 114 ein Ferroelektri­ kum 112 angeordnet. Auf das Ferroelektrikum 112 ist eine elektrisch leitende Schicht 110 aufgebracht, welche eine Unterbrechung 116 aufweist. Durch diese Unterbrechung 116 wird eine Kapazität zur Verfügung gestellt, welche sich durch Änderung der Dielektrizitätskonstante des Ferroelektrikums 112 verändern lässt.

In Fig. 5b ist eine andere Anordnung dargestellt. Auf dem Substrat 114 befindet sich eine elektrisch leitende Schicht 110 mit einer Unterbrechung. Auf die Gesamt­ anordnung aus Substrat 114 und elektrisch leitender Schicht 110 wird nun ein Ferroelektrikum aufgebracht. Wiederum lässt sich die Kapazität, welche durch die Ele­ mente der elektrisch leitenden Schicht 110 realisiert wird, durch Verändern der Dielektrizitätskonstante des Ferroelektrikums 112 beeinflussen.

In Fig. 6 sind Verfahrensschritte zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt.

In Fig. 6a ist das Ergebnis eines ersten Verfahrens­ schrittes gezeigt, bei dem auf ein Substrat 14 ein fer­ roelektrisches Material 12 als Schicht aufgebracht wird. Dieses ferroelektrische Material kann beispielsweise SrTiO₃ oder Ba_xSr_1-xTiO₃ in einer Schichtdicke von 0,3-5 µm sein.

Fig. 6b zeigt das Ergebnis einer Weiterverarbeitung, wobei aus der ferroelektrischen Schicht 12 durch Litho­ graphie und Trockenätzen (Ionenstrahlätzen (IBE)) ein kleiner Bereich mit einer lateralen Abmessung von 0,5-10 µm herausstrukturiert wird. Dabei ist besonders dar­ auf zu achten, dass eine steile Flanke in der Verblei­ benden Struktur 12 realisiert wird, was beispielsweise durch Ionenstrahlätzen unter 45° entlang den Kanten er­ reicht werden kann.

Fig. 6c zeigt das Ergebnis eines weiteren Verarbei­ tungsschrittes, in welchem auf die Struktur gemäß Fig. 6b ein Leiter 10, 18 aufgebracht wurde. Dieser Leiter 10, 18 kann beim Aufbringen direkt an den Kanten abrei­ ßen, so dass auf diese Weise eine Kapazität zur Verfügung gestellt werden kann. Sollte ein direktes Abreißen nicht erfolgen, so kann die elektrische Isolierung durch zusätzliches Ätzen unter extrem flachem Winkel am Ferro­ elektrikum 12 erfolgen. Bei der in Fig. 6c dargestell­ ten Anordnung können durch die elektrisch leitenden Be­ reiche 10 und 18 zwei Elektroden zum Zuführen einer Gleichspannung und somit zum Bereitstellen und Verändern einer im Bereich des ferroelektrischen Materials 12 wir­ kenden Feldstärke vorgesehen sein.

Durch den geschilderten Herstellungsprozess wird eine Struktur zur Verfügung gestellt, welche einen elektri­ schen Leiter 10 mit einer Unterbrechung aufweist. Durch diese Unterbrechung 16 wird eine Kapazität zur Verfügung gestellt. In der Unterbrechung 16 befindet sich ferro elektrisches Material 12, welches die Kapazität beein­ flusst. Die leitende Schicht kann dabei aus normal lei­ tendem Material oder um Hochtemperatur-Supraleiter- Material bestehen.

In Fig. 7 ist die Abstimmbarkeit n = C(0)/C(U_dc) in Ab­ hängigkeit der angelegten Gleichspannung U_dc dargestellt. Die flacher verlaufenden Kurven zeigen die Abstimmbar­ keit eines herkömmlichen planaren Dünnschichtbauelemen­ tes aus SrTiO₃ und Cu, wobei hier die Unterbrechung in der elektrisch leitenden Schicht 6 µm beträgt. Die bei­ den oberen Kurven zeigen die Abstimmbarkeit einer erfin­ dungsgemäßen Anordnung, wobei Werte für eine Unterbre­ chung mit 2 µm und für eine Unterbrechung mit 6 µm dar­ gestellt sind. Man erkennt, dass mit erfindungsgemäßen Strukturen eine Abstimmbarkeit über größere Bereiche und mit kleineren Spannungen realisiert werden kann. Die in Fig. 7 dargestellten Messpunkte sind bei einer Tempera­ tur T = 70 K aufgenommen worden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfin­ dung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombi­ nation für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims (27)

1. Anordnung mit abstimmbarer Kapazität mit
einem elektrischen Leiter (10) und
einem eine veränderbare Dielektrizitätskonstante ε aufweisenden ferroelektrischen Material (12),
wobei die Kapazität durch Veränderung der Di­ elektrizitätskonstante 6 abstimmbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrische Leiter eine elektrisch lei­ tende Schicht (10) ist, die von einem Substrat (14) getragen wird,
dass die elektrisch leitende Schicht (10) Eine Un­ terbrechung (16) aufweist und
dass in der Unterbrechung (16) ferroelektrisches Material (12) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (10) direkt auf dem Substrat (14) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der elektrischen Schicht und dem Substrat eine Pufferschicht angeordnet ist.

4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ferroelektrische Material (12) SrTiO₃ ist.

5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ferroelektrische Material (12) Ba_xSr_1-xTiO₃ ist.

6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ferroelektrische Material (12) eine Schicht­ dicke im Bereich von etwa 0,3-5 µm aufweist.

7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ferroelektrische Material (12) eine laterale Ausdehnung im Bereich von etwa 0,5-10 µm aufweist.

8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ferroelektrische Material (12) eine größere Schichtdicke als die elektrisch leitende Schicht (10) hat.

9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (10) ein Hochtemperatur-Supraleiter ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (10) ein konven­ tioneller elektrischer Leiter ist.

11. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante ε durch Veränderung einer elektrischen Feldstärke veränderbar ist.

12. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der elektrisch leitenden Schicht (10) Elek­ troden angeordnet sind.

13. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ferroelektrischen Material (12) elek­ trisch leitendes Material (18) angeordnet ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem auf dem ferroelektrischen Material (12) angeordneten elektrisch leitenden Material (18) eine Elektrode angeordnet ist.

15. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung mit abstimm­ barer Kapazität mit einem elektrischen Leiter (10) und einem eine veränderbare Dielektrizitätskonstante ε aufweisenden ferroelektrischen Material (12), wobei die Kapazität durch Veränderung der Dielektrizitäts­ konstante ε abstimmbar ist, dadurch gekennzeichnet,
dass eine ferroelektrische Schicht (12) auf eine Substratstruktur (14) aufgebracht wird,
dass ein Bereich aus der ferroelektrischen Schicht (12) herausstrukturiert wird und
dass auf die Substratstruktur (14) eine elektrisch leitende Schicht (10) mit einer Unterbrechung auf­ gebracht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Substratstruktur ein einheitliches Substrat (14) verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Substratstruktur ein Substrat mit einer auf dem Substrat angeordneten Pufferschicht verwendet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als ferroelektrisches Material (12) SrTiO₃ ver­ wendet wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als ferroelektrisches Material (12) Ba_xSr_1-xTiO₃ verwendet wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das ferroelektrische Material (12) in einer Schichtdicke im Bereich von etwa 0,3-5 µm aufge­ bracht wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ferroelektrischen Material (12) ein Be­ reich herausstrukturiert wird, der eine laterale Aus­ dehnung im Bereich von etwa 0,5-10 µm aufweist.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (10) in einer geringeren Schichtdicke aufgebracht wird als die ferroelektrische Schicht (12).

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ferroelektrischen Material (12) elek­ trisch leitendes Material (18) angeordnet wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ferroelektrischen Material (12) angeord­ netes elektrisch leitendes Material (18) entfernt wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Herausstrukturieren durch Lithographie und Trockenätzen erfolgt.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (16) der elektrisch leitenden Schicht (10) durch Ätzen erzeugt wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grenzschicht zwischen dem ferroelektrischen Material (12) und dem elektrisch leitenden Material (10) nachbehandelt wird.