DE102004020670B4 - Electrical component for controlling permittivity in a dielectric has an electrode structure and a dielectric with a fluid like water and an anisotropic material to be electrically aligned - Google Patents

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Abstract

A dielectric has a fluid like water containing an anisotropic material (AM) that has a geometrical anisotropy and can be aligned by an electrical control field (31) generated by a structure of electrodes. The AM consists of carbon nano tubes (22) sterile-stabilized with DNA single strings. - An INDEPENDENT CLAIM is also included for a microwave component with an electric component according to the present invention, made up of a voltage-controlled oscillator, a frequency filter and/or a delay line/helix.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement mit elektrisch steuerbarem Dielektrikum und Elektrodenstruktur zum Steuern einer Permittivität des Dielektrikums, wobei das Dielektrikum ein Fluid aufweist, in dem mindestens ein anisotropes Material mit einer geometrischen Anisotropie enthalten ist, das durch ein durch die Elektrodenstruktur erzeugbares elektrisches Steuerfeld ausgerichtet werden kann. Daneben werden eine Verwendung des Bauelements und ein Mikrowellenbauteil mit dem Bauelement angegeben.The The invention relates to an electrical component with electrically controllable Dielectric and electrode structure for controlling a permittivity of the dielectric, wherein the dielectric comprises a fluid in which at least one Anisotropic material with a geometric anisotropy included is that can be generated by an electric generated by the electrode structure Control panel can be aligned. Next to it will be a use of the component and a microwave component with the component specified.

Ein elektrisches Bauelement mit elektrisch steuerbarem Dielektrikum und Elektrodenstruktur zum Steuern einer Permittivität des Dielektrikums ist beispielsweise aus der WO 01/68554 A1 bekannt. Dieses Bauelement ist ein elektrisch steuerbarer Kondensator. Das steuerbare Dielektrikum ist dort eine Glas-Keramik-Zusammensetzung. Die Glas-Keramik-Zusammensetzung ist aus einer Glasphase und einer Keramikphase zusammengesetzt. Die Keramikphase wird von einer Keramik gebildet, die auf dem System Barium-Strontium-Titanat basiert. Die Keramik ist elektrisch steuerbar. Dies bedeutet, dass sich in Abhängigkeit von einem elektrischen Feld, in dem sich die Keramik befindet, die Permittivität der Keramik und infolge davon die Permittivität der Glas-Keramik-Zusammensetzung ändert. Die Glas-Keramik-Zusammensetzung ist in der LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics)-Technologie einsetzbar. Allerdings ist eine Steuerbarkeit (Abstimmbereich) des Barium-Strontium-Titanat-Systems begrenzt.One electrical component with electrically controllable dielectric and electrode structure for controlling a permittivity of the dielectric is known for example from WO 01/68554 A1. This component is an electrically controllable capacitor. The controllable dielectric there is a glass-ceramic composition. The glass-ceramic composition is composed of a glass phase and a ceramic phase. The Ceramic phase is formed by a ceramic that is on the system Barium strontium titanate based. The ceramic is electrically controllable. This means that depending from an electric field in which the ceramic is located, the permittivity of the ceramic and as a result changes the permittivity of the glass-ceramic composition. The glass-ceramic composition is used in the LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) technology. However, controllability (tuning range) of the barium-strontium-titanate system is limited.

Ein Mikrowellenbauteil mit einem derartigen Bauelement der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus DE 102 53 927 A1 bekannt. Das Mikrowellenbauteil ist ein Phasenschieber.A microwave component with such a device of the type mentioned is, for example DE 102 53 927 A1 known. The microwave component is a phase shifter.

Das Bauelement ist ein Impedanztransformator für den Phasenschieber. Das anisotrope Material des Impedanztransformators ist beispielsweise ein Flüssigkristallmaterial. Mit Hilfe des Impedanztransformators ist eine möglichst verlustfreie und reflexionsarme Anpassung bzw. Einbettung des Phasenschiebers in ein bestehendes Leitungssystem mit einem vorgegebenen Wellenwiderstand möglich. Allerdings ist der Aufbau bzw. die Struktur des Impedanztransformators relativ kompliziert.The Component is an impedance transformer for the phase shifter. The anisotropic Material of the impedance transformer is, for example, a liquid crystal material. With the help of the impedance transformer is a loss-free and low-reflection Adaptation or embedding of the phase shifter in an existing one Pipe system with a given characteristic impedance possible. Indeed the structure of the impedance transformer is relative complicated.

Aus P. M. Ajayan and O. Zhou, "Application of Carbon Nanotubes", a chapter in Carbon Nanotube Materials, ed. M. Dresselhaus, G. Dresselhaus, and P. Avouris, Springer-Verlag (Topics in Applied Physics, 80) 391-425 (2001) sind Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nanotubes, CNTs) und deren Anwendung bekannt. Aus A. Hirsch, Angewandte Chemie, 114 (2002), Seiten 1933-1939, gehen Kohlenstoff-Nanoröhren mit funktionalisierter Röhrenoberfläche hervor. Kohlenstoff-Nanoröhren haben einen Röhrendurchmesser im Nanometerbereich. Eine Röhrenlänge der Kohlenstoff-Nanoröhren ist aus dem Mikrometer- bis Millimeterbereich. Die Kohlenstoff-Nanoröhren zeichnen sich also durch eine ausgeprägte geometrische Anisotropie aus.Out P.M. Ajayan and O. Zhou, "Application of Carbon nanotubes ", a chapter in Carbon Nanotube Materials, ed. M. Dresselhaus, G. Dresselhaus, and P. Avouris, Springer-Verlag (Topics in Applied Physics, 80) 391-425 (2001) are carbon nanotubes (Carbon Nanotubes, CNTs) and their application. From A. Hirsch, Angewandte Chemie, 114 (2002), pages 1933-1939, go with carbon nanotubes functionalized tube surface. Have carbon nanotubes a tube diameter in the nanometer range. A tube length of Carbon nanotubes is from the micrometer to millimeter range. Drawing the carbon nanotubes So by a pronounced geometric anisotropy.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisches Bauelement mit elektrisch steuerbarem Dielektrikum anzugeben, das einen im Vergleich zum bekannten Stand der Technik größeren Abstimmbereich und einfacheren Aufbau aufweist.task The present invention is an electrical component with specify electrically controllable dielectric, the one compared to known prior art larger tuning range and has a simpler structure.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein elektrisches Bauelement mit elektrisch steuerbarem Dielektrikum und Elektrodenstruktur zum Steuern einer Permittivität des Dielektrikums angegeben, wobei das Dielektrikum ein Fluid aufweist, in dem mindestens ein anisotropes Material mit einer geometrischen Anisotropie enthalten ist, das durch ein durch die Elektrodenstruktur erzeugbares elektrisches Steuerfeld ausgerichtet werden kann. Das Bauelement ist dadurch gekennzeichnet, dass das das anisotrope Material Nanoröhren aufweist.to solution The object is an electrical component with electrically controllable Dielectric and electrode structure for controlling a permittivity of the dielectric wherein the dielectric comprises a fluid in which at least contain an anisotropic material with a geometric anisotropy is that can be generated by an electric generated by the electrode structure Control panel can be aligned. The device is characterized characterized in that the anisotropic material comprises nanotubes.

Das anisotrope Material und das Fluid bilden zusammen eine Lösung und/oder eine Dispersion. Das Fluid ist ein Lösungsmittel bzw. ein Dispersionsmittel, in dem das anisotrope Material gelöst bzw. dispergiert ist. Dabei ist die Konzentration des anisotropen Materials so hoch gewählt, dass durch das Anlegen des Steuerfeldes eine Änderung der Permeabilität beobachtet werden kann. Gleichzeitig ist die Konzentration aber niedrig genug, so dass eine Orientierung des Materials weitgehend ohne sterische Behinderung einzelner Partikel des Materials erfolgen kann.The anisotropic material and the fluid together form a solution and / or a dispersion. The fluid is a solvent or a dispersant, in which the anisotropic material is dissolved or dispersed. there the concentration of anisotropic material is so high that observed by the application of the control field, a change in permeability can be. At the same time, the concentration is low enough so that an orientation of the material largely without steric Disruption of individual particles of the material can be done.

In einer besonderen Ausgestaltung weist das anisotrope Material eine elektrische Leitfähigkeit von über 106 S/m und insbesondere von über 109 S/m auf. Das anisotrope Material ist elektrisch hoch leitfähig. In einer weiteren Ausgestaltung weist das Material eine Dielektrizitätszahl von über 100 auf. Je nach Anwendung kann auch eine Dielektrizitätszahl von über 1000 und mehr vorteilhaft sein. Das Material ist hoch dielektrisch. Mit Hilfe von Steuerelektroden der Elektrodenstruktur wird in das Fluid mit dem anisotropen hoch dielektrischen oder elektrisch hoch leitfähigen Material ein elektrisches Steuerfeld (Bias-Feld) eingekoppelt. Das elektrische Steuerfeld induziert im anisotropen Material ein elektrisches Dipolmoment. Aufgrund des Dipolmoments kommt es zur Ausrichtung des anisotropen Materials im Fluid. Je nach Stärke und Richtung des elektrischen Steuerfeldes und damit je nach Ausrichtung des anisotropen Materials resultiert eine unterschiedliche, nach außen hin wirksame (effektive) Permittivität des Dielektrikums. Diese effektive Permittivität kann die elektrischen Eigenschaften weiterer Komponenten des Bauelements beeinflussen. Eine weitere Komponente ist beispielsweise ein Kondensator. Das Dielektrikum des Bauelements ist gleichzeitig das Dielektrikum des Kondensators. Durch Anlegen einer entsprechenden elektrischen Steuerspannung an die Steuerelektroden und das damit erzeugte elektrische Steuerfeld ist die Permittivität des Dielektrikums veränderbar. Durch die veränderbare Permittivität resultiert eine veränderbare Kapazität des Kondensators. Es liegt ein steuerbarer Kondensator vor.In a particular embodiment, the anisotropic material has an electrical conductivity of more than 10 6 S / m and in particular more than 10 9 S / m. The anisotropic material is highly electrically conductive. In a further embodiment, the material has a dielectric constant of more than 100. Depending on the application, a dielectric constant of more than 1000 and more may also be advantageous. The material is high dielectric. By means of control electrodes of the electrode structure, an electric control field (bias field) is coupled into the fluid with the anisotropic highly dielectric or electrically highly conductive material. The electric control field induces an electric dipole moment in the anisotropic material. Due to the dipole moment, the orientation of the anisotropic material in the fluid occurs. Depending on the strength and direction of the electric control panel and thus depending on the orientation of the anisotropic material results in a different, outwardly effective (effective) permittivity of the dielectric. This effective permittivity can affect the electrical properties of other components of the device. Another component is for example a capacitor. The dielectric of the device is at the same time the dielectric of the capacitor. By applying a corresponding electrical control voltage to the control electrodes and the electrical control field generated therewith, the permittivity of the dielectric is variable. Due to the variable permittivity results in a variable capacitance of the capacitor. There is a controllable capacitor.

Das anisotrope Material weist Nanoröhren auf. Der Röhrendurchmesser einer Nanoröhre beträgt wenige Nanometer. Die Röhrenlänge der Nanoröhre ist dagegen um ein Vielfaches größer. Die Röhrenlänge ist aus dem Bereich von 100 nm bis 1000 nm ausgewählt. Im statistischen Mittel liegt ein hohes Aspektverhältnis (mittleres Verhältnis der Röhrenlänge zum Röhrendurchmesser) vor. Es resultiert eine hohe Steuerbarkeit. Die hohe Steuerbarkeit besteht auch bei relativ niedrigen Konzentrationen. So genügt beispielsweise ein Anteil von ca. 4 Vol%, um die Permittivität des Dielektrikums um einen Faktor von etwa 100 zu variieren.The Anisotropic material has nanotubes. The tube diameter a nanotube is a few nanometers. The tube length of the nanotube is, however, many times larger. The Tube length is selected from the range of 100 nm to 1000 nm. In the statistical mean is a high aspect ratio (average ratio the tube length to Tube diameter) in front. This results in a high controllability. The high controllability exists even at relatively low concentrations. For example, that's enough a proportion of about 4% by volume to the permittivity of the dielectric by one Factor of about 100 to vary.

Die Nanoröhren können aus verschiedenen Röhrenmaterialien bestehen. Denkbar sind beispielsweise Nanoröhren aus hoch dielektrischen Materialien wie Bariumtitanat (BaTiO3), Bleizirkonattitanat (Pb(Ti,Zr)O3, PZT) oder andere ferroelektrische Materialien. Paraelektrische Materialien mit hoher Dielektrizitätszahl, insbesondere Mikrowellendielektrika sind ebenfalls denkbar.The nanotubes can consist of different tube materials. For example, nanotubes of high dielectric materials such as barium titanate (BaTiO 3 ), lead zirconate titanate (Pb (Ti, Zr) O 3 , PZT) or other ferroelectric materials are conceivable. Paraelectric materials with a high dielectric constant, in particular microwave dielectrics, are also conceivable.

In einer besonderen Ausgestaltung sind die Nanoröhren Kohlenstoff-Nanoröhren. Sie können sich durch eine hohe ballistische elektrische Leitfähigkeit auszeichnen. Ebenso können sich die Kohlenstoff-Nanoröhren durch eine hohe Dielektrizitätszahl und eine hohe Polarisierbarkeit auszeichnen. Kohlenstoff-Nanoröhren lassen sich auf elegante Weise funktionalisieren. Durch das Funktionalisieren werden die chemischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Kohlenstoff-Nanoröhren beeinflusst (siehe unten). Als anisotropes Material kann eine Art von Nanoröhren verwendet werden. Eine Art Nanoröhre zeichnet sich durch ein bestimmtes Röhrenmaterial, durch eine bestimmte Röhrenlänge, die innerhalb festgelegter Grenzen variieren kann, und durch bestimmte elektrische Eigenschaften (elektrische Leitfähigkeit oder Dielektrizitätszahl und Polarisierbarkeit) aus. Denkbar ist auch die Verwendung von mehreren Arten von Nanoröhren. Als anisotropes Material wird eine Mischung verschiedener Arten von Nanoröhren verwendet.In In a particular embodiment, the nanotubes are carbon nanotubes. she can characterized by a high ballistic electrical conductivity. As well can the carbon nanotubes by a high dielectric constant and a high polarizability distinguished. Let carbon nanotubes Functionalize in an elegant way. By functionalizing influences the chemical and / or electrical properties of carbon nanotubes (see below). As anisotropic material, one type of nanotubes may be used become. A kind of nanotube characterized by a particular tube material, by a specific Tube length, the within certain limits, and by specific limits electrical properties (electrical conductivity or dielectric constant and Polarizability). It is also conceivable to use several Types of nanotubes. Anisotropic material is a mixture of different types of nanotubes used.

Das Fluid wird beispielsweise im Hinblick auf die Verwendung des steuerbaren Dielektrikums ausgewählt. So wird beispielsweise für eine kurze Ansprechzeit der Steuerung der Permittivität ein niederviskoses Fluid verwendet. Dagegen kann in einem solchen Fall, in dem die Ansprechzeit eine untergeordnete Rolle spielt, ein höherviskoses Fluid verwendet werden. Weitere Auswahlkriterien sind die Mischbarkeit mit dem anisotropen Material oder die Dichte des anisotropen Materials. Ebenso können für die Auswahl die Dielektrizitätszahl des Fluids und/oder die dielektrischen Verluste des Fluids eine Rolle spielen. Für eine hohe Steuerbarkeit wird ein Fluid bevorzugt, das eine relativ niedrige Dielektrizitätszahl aufweist. Ebenso wird bevorzugt ein Fluid mit möglichst niedrigen dielektrischen Verlusten eingesetzt. Eine möglichst niedrige Dielektrizitätszahl und möglichst niedrige dielektrische Verluste ist beispielsweise für Mikrowellen- bzw. Hochfrequenzanwendungen im GHz-Bereich erwünscht.The Fluid is used, for example, with regard to the use of the controllable Dielectric selected. For example, for a short response time of the control of permittivity a low viscosity Fluid used. In contrast, in such a case, in which the Response time plays a minor role, a higher viscosity Fluid can be used. Other selection criteria are miscibility with the anisotropic material or the density of the anisotropic material. Likewise for the selection the dielectric constant of the fluid and / or the dielectric losses of the fluid Role-play. For high controllability, a fluid is preferred, which is a relative low dielectric constant having. Likewise preferred is a fluid with the lowest possible dielectric Losses used. One possible low dielectric constant and as low as possible Dielectric loss is for example for microwave or high frequency applications in the GHz range desired.

Das Fluid ist eine beliebige Flüssigkeit. Insbesondere weist das Fluid zumindest eine aus der Gruppe anorganisches Lösungsmittel und/oder organisches Lösungsmittel ausgewählte Flüssigkeit auf. Dabei können reine Flüssigkeiten oder Mischungen der Flüssigkeiten verwendet werden. Das anorganische Lösungsmittel ist beispielsweise Wasser. Das organische Lösungsmittel kann polar oder unpolar sein. Das polare organische Lösungsmittel ist beispielsweise ein Alkohol. Das unpolare organische Lösungsmittel ist beispielsweise Öl. Dabei wird Öl als Sammelbezeichnung für wasserunlösliche organische Verbindungen mit relativ niedrigem Dampfdruck angesehen. Eine für Mikrowellen- bzw. Hochfrequenzanwendungen im GHz-Bereich geeignetes Fluid ist beispielsweise das organische Lösungsmittel Toluol (εr > 2,4; tan δ > 0,018 bei 10 GHz).The fluid is any liquid. In particular, the fluid has at least one liquid selected from the group of inorganic solvent and / or organic solvent. In this case, pure liquids or mixtures of the liquids can be used. The inorganic solvent is, for example, water. The organic solvent can be polar or nonpolar. The polar organic solvent is, for example, an alcohol. The nonpolar organic solvent is, for example, oil. In this case, oil is regarded as a collective name for water-insoluble organic compounds with a relatively low vapor pressure. A suitable for microwave or high frequency applications in the GHz range fluid is, for example, the organic solvent toluene (ε r > 2.4, tan δ> 0.018 at 10 GHz).

Das anisotrope Material und das Lösungsmittel werden derart ausgewählt, dass eine möglichst homogene Mischung der beiden Komponenten des Dielektrikums resultiert. In einer besonderen Ausgestaltung weisen die Nanoröhren zur Beeinflussung einer Mischbarkeit mit einem Lösungsmittel und/oder zur sterischen Stabilisierung mindestens eine Funktionalisierung auf. Die Nanoröhren werden funktionalisiert und damit sterisch stabilisiert. Durch die sterische Stabilisierung wird dafür gesorgt, dass sich die Nanoröhren vereinzelt oder nur als wenige Nanoröhren aufweisende Bündel vorliegen. Die Nanoröhren liegen zum größten Teil voneinander beabstandet vor. Bei Kohlenstoff-Nanoröhren kann es beispielsweise ohne sterische Stabilisierung zu π-π-Stapelwechselwirkungen zwischen den Kohlenstoff-Nanoröhren kommen. Die Nanoröhren lagern sich aneinander an. Dadurch wird die geometrische Anisotropie zumindest teilweise aufgehoben und in Folge davon die Steuerbarkeit des Dielektrikums vermindert.The anisotropic material and the solvent are chosen that as homogeneous as possible Mixture of the two components of the dielectric results. In In a particular embodiment, the nanotubes influence one another Miscibility with a solvent and / or for steric stabilization at least one functionalization on. The nanotubes are functionalized and thus sterically stabilized. By the steric stabilization ensures that the nanotubes separate or just a few nanotubes having bundles available. The nanotubes are lying mostly spaced apart from each other. For carbon nanotubes can for example, without steric stabilization to π-π stacking interactions between the carbon nanotubes come. The nanotubes encase each other. As a result, the geometric anisotropy is at least partially lifted and as a result the controllability of the dielectric reduced.

Die Funktionalisierung gelingt insbesondere im Zusammenhang mit Kohlenstoff-Nanoröhren. Vorzugsweise verfügt jede der Nanoröhren über viele funktionalisierte Stellen (Funktionalisierungen). An einer funktionalisierten Stelle ist die Röhrenoberfläche der Nanoröhre verändert. Durch die Veränderung der Röhrenoberfläche wird die Mischbarkeit der Nanoröhren in einem Lösungsmittel beeinflusst. Beispielsweise werden die Nanoröhren mit polaren (hydrophilen) Gruppen funktionalisiert, die dazu führen, dass die Nanoröhren in einem polaren Lösungsmittel wie Wasser sehr gut gelöst bzw. dispergiert werden können. Die polare Gruppe ist beispielsweise eine Carboxylgruppe. Das polare Lösungsmittel ist insbesondere Wasser. Organische polare Lösungsmittel, beispielsweise Alkohole, sind ebenfalls denkbar. Durch die Funktionalisierung der Röhrenoberfläche können die Nanoröhren in Wasser gelöst werden. Im Fall von Ölen, also unpolaren (hydrophoben) Lösungsmitteln, erfolgt die Funktionalisierung der Nanoröhren mit unpolaren Gruppen, die die Löslichkeit der Nanoröhren in diesen unpolaren Lösungsmitteln ermöglichen.The Functionalization succeeds especially in connection with carbon nanotubes. Preferably has each of the nanotubes functionalized over many Positions (functionalizations). At a functionalized site is the tube surface of the nanotube changed. By the change the tube surface becomes the miscibility of the nanotubes in a solvent affected. For example, the nanotubes become polar (hydrophilic) Functionalized groups that cause the nanotubes in a polar solvent like Water solved very well or can be dispersed. The polar group is, for example, a carboxyl group. The polar one solvent is especially water. Organic polar solvents, for example Alcohols are also possible. Through the functionalization of Tube surface can the nanotubes dissolved in water become. In the case of oils, ie nonpolar (hydrophobic) solvents, the functionalization of nanotubes with nonpolar groups, the solubility of the nanotubes allow in these nonpolar solvents.

Die Funktionalisierung kann chemisch und/oder physikalisch erfolgen. Die chemische Funktionalisierung unterscheidet zwischen Defekt-Funktionalisierung und Seitenwand-Funktionalisierung. Die Defekt-Funktionalsierung nutzt Defekte (Fehler) im Grundgerüst einer Nanoröhre aus. Die Nanoröhre ist beispielsweise eine Kohlenstoff-Nanoröhre, deren Grundgerüst aus Kohlenstoff-Sechsringen aufgebaut ist. Die Kohlenstoff-Nanoröhre kann Defekte in Form von Kohlenstoff-Fünfringen oder Kohlenstoff-Siebenringen aufweisen. Derartige Defekte können durch eine chemische Substanz leichter angegriffen werden, als das regelmäßige Grundgerüst der Nanoröhren aus den Kohlenstoff-Sechsringen. Gleiches gilt für ein offenes Röhrenende der Kohlenstoff-Nanoröhre. Bei der Funktionalisierung reagiert eine angreifende chemische Gruppe deshalb an einem Defekt oder an einem Röhrenende mit den Kohlenstoff-Nanoröhren unter Ausbildung einer kovalenten Bindung bzw. kovalenter Bindungen.The Functionalization can be done chemically and / or physically. The chemical functionalization distinguishes between defect functionalization and sidewall functionalization. The defect functionalization uses defects (defects) in the basic structure of a nanotube out. The nanotube is, for example, a carbon nanotube whose backbone consists of carbon six-membered rings is constructed. The carbon nanotube may have defects in the form of Five-membered carbon rings or carbon rings. Such defects can be caused by a chemical substance more easily attacked than the regular backbone of nanotubes the carbon six-membered rings. The same applies to an open tube end the carbon nanotube. at Functionalization is the reaction of an attacking chemical group therefore at a defect or at a tube end with the carbon nanotubes below Formation of a covalent bond or covalent bonds.

Wie bei der Defekt-Funktionalisierung werden bei der Seitenwand-Funktionalisierung zusätzliche Moleküle bzw. Molekülgruppen direkt an die Röhrenoberfläche einer Nanoröhre gebunden. Im Gegensatz zur Defekt-Funktionalisierung werden aber nicht Defekte des Grundgerüsts der Nanoröhre, sondern regelmäßige Bereiche des Grundgerüsts der Nanoröhre modifiziert. Im Fall der Kohlenstoff-Nanoröhre bedeutet das, dass Kohlenstoff-Sechsringe funktionalisiert werden. Zur Seitenwand-Funktionalisierung werden besonders reaktive chemische Substanzen eingesetzt, die die gesamte Nanoröhre in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen mit funktionalisierenden Gruppen überziehen. Die Seitenwand-Funktionalisierung hat unter anderem einen erheblichen Einfluss auf die Mischbarkeit der Nanoröhren mit einem bestimmten Lösungsmittel.As at the defect functionalization will be at the sidewall functionalization additional molecules or molecular groups directly to the tube surface of a nanotube bound. In contrast to the defect functionalization but not Defects of the skeleton the nanotube, but regular areas of the skeleton the nanotube modified. In the case of the carbon nanotube, this means that carbon six-membered rings functionalized become. Sidewall functionalization becomes particularly reactive Chemical substances are used that make the entire nanotube into more or less regular intervals with functionalizing Cover groups. The sidewall functionalization has, inter alia, a considerable influence on the miscibility the nanotubes with a certain solvent.

Bei der physikalischen Funktionalisierung erhalten die Nanoröhren eine zusätzliche Hülle, mit der sie lose ohne Ausbildung von kovalenten Bindungen verbunden sind. Es kommt zu einer Aggregatbildung zwischen Nanoröhre und jeweiliger Hülle. Die Hülle besteht beispielsweise aus mindestens einem langgestreckten Polymer (Makromolekül), das eine Nanoröhre "umschlingt". Ein Sonderfall dieser Art der Funktionalisierung stellt die sogenannte π-Stapelung dar. Die π-Stapelung wird auch als "Orientierte Adsorption" bezeichnet. Dabei lagert sich das umhüllende Polymer nur über bestimmte Stellen an die jeweilige Nanoröhre an, während andere Bereiche des Polymers frei in den Raum ragen.at In the physical functionalization, the nanotubes receive one additional shell with which they are loosely connected without the formation of covalent bonds are. There is an aggregate formation between the nanotube and respective shell. The shell exists for example, from at least one elongated polymer (macromolecule), the a nanotube "wraps around". A special case This type of functionalization represents the so-called π-stacking. The π stacking is also called "Oriented Adsorption ". This is the enveloping Polymer only over certain sites on the respective nanotube, while other areas of the polymer protrude freely into the room.

Die Funktionalisierung der Nanoröhren beeinflusst nicht nur die Mischbarkeit der Nanoröhren mit dem Lösungsmittel bzw. mit dem Dispersionsmittel. Nachhaltig kann darüber hinaus die Dielektrizitätszahl entlang des Röhrendurchmessers (quer zur Röhrenlänge) beeinflusst werden. Dies tritt insbesondere auf die Seitenwand-Funktionalisierung zu.The Functionalization of nanotubes not only affects the miscibility of the nanotubes with the solvent or with the dispersant. Beyond that, sustainable can be the dielectric constant along the tube diameter (transverse to the tube length) influenced become. This is especially true for sidewall functionalization to.

Insbesondere wird zur Funktionalisierung eine Funktionalisierungssubstanz eingesetzt. Die Funktionalisierungssubstanz ist bevorzugt ein Makromolekül. Ein Makromolekül (makromolekularer Stoff) besteht aus mehreren hundert kovalent gebundenen Atomen. Beispielsweise ist das Makromolekül ein künstliches oder natürliches Polymer (Biopolymer). In einer besonderen Ausgestaltung weist die Funktionalisierung mindestens ein aus der Gruppe des Desoxyribonukleinsäure und/oder Protein ausgewähltes Makromolekül auf. Eine Desoxyribonukleinsäure (Deoxyribonucleic Acid, DNA) eignet sich besonders als Funktionalisierungssubstanz, da sie gezielt an bestimmten Stellen verändert werden kann. Vorteilhaft wird als Funktionalisierungssubstanz einer Kohlenstoff-Nanoröhre ein DNA-Einzelstrang verwendet.Especially For functionalization, a functionalizing substance is used. The functionalizing substance is preferably a macromolecule. A macromolecule (macromolecular substance) consists of several hundred covalently bound atoms. For example is the macromolecule artificial or natural Polymer (biopolymer). In a particular embodiment, the functionalization at least one from the group of deoxyribonucleic acid and / or Protein selected macromolecule on. A deoxyribonucleic acid (Deoxyribonucleic acid, DNA) is particularly suitable as a functionalizing substance, because it can be changed in specific places. Advantageous is used as a functionalizing substance of a carbon nanotube DNA single strand used.

In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Trägerkörper des Bauelements vorhanden, der eine Ausnehmung aufweist, in der das Fluid mit dem anisotropen Material angeordnet ist. Die Elektrodenstruktur ist dabei derart an der Ausnehmung angeordnet, dass durch elektrische Ansteuerung der Elektrodenstruktur ein elektrisches Steuerfeld erzeugt wird, das in das Dielektrikum eingekoppelt wird. Dazu ist vorzugsweise die Elektrodenstruktur unmittelbar an der Ausnehmung des Trägerkörpers angeordnet. Zu einer effizienten Einkopplung des Steuerfeldes stehen dabei die Elektrodenstruktur und das Dielektrikum in direktem Kontakt miteinander.In a further embodiment, a carrier body of the device is present, having a recess in which the fluid with the anisotropic Material is arranged. The electrode structure is in this case arranged on the recess that by electrical control the electrode structure is generated an electric control field, which is coupled into the dielectric. This is preferable the electrode structure is arranged directly on the recess of the carrier body. To an efficient coupling of the control field are the Electrode structure and the dielectric in direct contact with each other.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der Trägerkörper einen Mehrschichtaufbau auf. Dabei ist im Volumen des Mehrschichtaufbaus des Trägerkörpers die Ausnehmung angeordnet. Vorzugsweise ist der Trägerkörper aus der Gruppe Halbleiter-Substrat und/oder Keramik-Substrat und/oder Kunststoff-Substrat ausgewählt. Bei einem Kunststoff-Substrat wird beispielsweise durch Materialabtrag eine Ausnehmung auf einer Oberfläche des Substrats erzeugt. Diese Ausnehmung kann mit dem Fluid befüllt werden. Nachfolgend wird die Ausnehmung verschlossen.In a further embodiment, the carrier body has a multilayer structure. It is arranged in the volume of the multi-layer structure of the carrier body, the recess. The carrier body is preferably selected from the group of semiconductor substrate and / or ceramic substrate and / or plastic substrate. In a plastic substrate, a recess is produced on a surface of the substrate, for example, by removal of material. This recess can be filled with the fluid. Subsequently, the recess is closed.

Das Keramik-Substrat ist beispielsweise ein LTCC-Substrat. Es erfolgt eine Integration in ein LTCC-Modul. Ein derartiges Modul wird als "System in Package" (SiP) bezeichnet. Dabei wird in üblicher Weise im Volumen des LTCC-Substrats eine Ausnehmung erzeugt werden, die nach dem Sintern über geeignete Öffnungen mit dem Fluid befüllt wird.The Ceramic substrate is, for example, an LTCC substrate. It takes place an integration into an LTCC module. Such a module is called a "system in package" (SiP). This is done in the usual way in the volume of the LTCC substrate, a recess are generated, the after sintering through suitable openings filled with the fluid becomes.

Denkbar ist darüber hinaus auch ein Halbleiter-Substrat. Es erfolgt beispielsweise eine Integration in einem Mehrschichtaufbau auf einem Halbleiter-Substrat mit mikromechanischen Methoden (micromachining). Ein derartiges Modul wird als "System on Chip" (SoC) bezeichnet. Dabei wird das Halbleiter-Substrat derart bearbeitet, dass ein Mehrschichtaufbau resultiert. Im Volumen des Mehrschichtaufbaus wird eine Ausnehmung erzeugt, die mit dem Fluid befüllt wird.Conceivable is about it also a semiconductor substrate. For example, there is one Integration in a multilayer structure on a semiconductor substrate with micromechanical methods (micromachining). Such a thing Module is called "System on Chip "(SoC) designates. In this case, the semiconductor substrate is processed in such a way that a multi-layer structure results. The volume of the multi-layer structure becomes a recess generated, which fills with the fluid becomes.

Verwendung findet das Bauelement insbesondere zum Verändern der Phasenlage einer sich frei und/oder entlang einer Leitungsstruktur ausbreitenden elektromagnetischen Signalwelle, wobei durch eine elektrische Ansteuerung der Elektrodenstruktur ein elektrisches Steuerfeld in das Dielektrikum nahe der elektromagnetischen Welle eingekoppelt wird. Dadurch wird die Permittivität des Dielektrikums geändert und eine Wirkung auf die elektromagnetische Signalwelle erzielt. Die geänderte Permittivität wirkt sich auf die Wellenlänge der elektromagnetischen Signalwelle und auf die entsprechende Phasendifferenz der elektromagnetischen Signalwelle entlang der Ausbreitungsrichtung aus.use finds the component in particular for changing the phase position of a propagating freely and / or along a conduit structure electromagnetic signal wave, wherein by an electrical drive the electrode structure an electric control field in the dielectric is coupled near the electromagnetic wave. This will the permittivity changed the dielectric and achieves an effect on the electromagnetic signal wave. The changed permittivity affects the wavelength the electromagnetic signal wave and the corresponding phase difference the electromagnetic signal wave along the propagation direction out.

Um eine Wanderung des anisotropen Materials im Fluid zu unterbinden bzw. zu reduzieren, wird dabei vorzugsweise ein sich periodisch änderndes Steuerfeld eingekoppelt. Dies gelingt beispielsweise durch abwechselndes Anlegen betragsgleicher elektrischer Potentiale mit unterschiedlichen Vorzeichen an die Steuerelektroden eines Steuerkondensator der Elektrodenstruktur. Das Steuerfeld ändert sich dabei bevorzugt langsam.Around prevent migration of the anisotropic material in the fluid or to reduce, is preferably a periodically changing control field coupled. This is achieved, for example, by alternately applying equal amount of electrical potentials with different signs the control electrodes of a control capacitor of the electrode structure. The control panel changes is preferably slow.

Mit der angegebenen Verwendung des Bauelements liegt ein Phasenschieber vor. Dadurch, dass die Orientierung des anisotropen Materials in einem weiten Bereich geändert werden kann, wird die Permittivität des Dielektrikums ebenfalls in einem weiten Bereich geändert. Dies trifft insbesondere bei Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhren als anisotropes Material zu.With the specified use of the device is a phase shifter in front. As a result, the orientation of the anisotropic material in changed in a wide range can, the permittivity of the dielectric also becomes changed in a wide range. This is especially true when using carbon nanotubes as anisotropic material too.

Mit dem Bauelement kann insbesondere ein Mikrowellenbauteil realisiert werden, das aus der Gruppe spannungsgesteuerter Oszillator und/oder Frequenzfilter und/oder Verzögerungsleitung ausgewählt ist. Dabei ist durch die Auswahl des anisotropen Materials, insbesondere durch die Auswahl der Nanoröhren, eine individuell anpassbare, unbelastete dielektrische Güte Qu zugänglich. Die dielektrische Güte Qu ist der reziproke Wert des Hochfrequenzverlustfaktors tan δ. Die dielektrische Güte Qu ist in einem weiten Bereich einstellbar. Je nach dem, welches Mikrowellenbauteil realisiert werden soll, ist die Anforderung an die dielektrische Güte Qu unterschiedlich. Bei dem spannungsgesteuerten Oszillator (Voltage Controlled Oscillator, VCO) soll die dielektrische Güte Qu beispielsweise zwischen 100 und 500 liegen. Bei einem Frequenzfilter kann die Güte Qu zwischen 10 und 50 und bei der Verzögerungsleitung zwischen 10 und 100 liegen.In particular, a microwave component which is selected from the group of voltage-controlled oscillator and / or frequency filter and / or delay line can be realized with the component. In this case, the selection of the anisotropic material, in particular by the selection of the nanotubes, an individually adjustable, unloaded dielectric quality Q u accessible. The dielectric Q u is the reciprocal of the high frequency loss factor tan δ. The dielectric quality Q u can be adjusted within a wide range. Depending on which microwave component is to be realized, the requirement for the dielectric Q u is different. For example, in the Voltage Controlled Oscillator (VCO), the dielectric Q u should be between 100 and 500. For a frequency filter Q u can be between 10 and 50 and for the delay line between 10 and 100.

Die angegebenen Mikrowellenbauteile werden insbesondere in der Mobilfunktechnik und in der Radartechnik eingesetzt. Dabei werden die Mikrowellenbauteile insbesondere zum Einstellen einer Richtcharakteristik einer Antenne zum Senden und Empfangen einer elektromagnetischen Welle verwendet.The specified microwave components are used in particular in mobile technology and used in radar technology. This will be the microwave components in particular for setting a directional characteristic of an antenna used to send and receive an electromagnetic wave.

Mit der Erfindung ergeben sich zusammenfassend folgende besonderen Vorteile:

  • – Es resultiert ein Bauelement, das in einem weiten Bereich elektrisch abstimmbar ist. Die Abstimmbarkeit erfolgt durch Ändern der Permittivität des Dielektrikums durch Ausrichtung des anisotropen Materials. Das Verändern der Permittivität wird durch Einkoppeln unterschiedlicher elektrischer Steuerfelder in das Dielektrikum erzielt. Dabei können relativ niedrige Steuerspannungen verwendet werden.
  • – Durch die Kombination eines niederviskosen Fluids mit Nanoröhren ist eine schnelle Ausrichtung möglich (sehr kurze Programmierzeit bzw. sehr hohe Steuergeschwindigkeit).
  • – Bei Verwendung von Nanoröhren resultiert eine besonders hohe Abstimmbarkeit aufgrund des hohen mittleren Aspektverhältnisses.
  • – Aufgrund der besonderen Eigenschaften der Nanoröhren, insbesondere der Kohlenstoff-Nanoröhren, ist eine hohe Abstimmbarkeit bei gleichzeitig hoher Güte (niedrige dielektrische Verluste) möglich.
  • – Durch eine gezielte Funktionalisierung der Nanoröhren kann die Mischbarkeit mit dem Fluid und die sterische Stabilisierung der Nanoröhren auf einfache Weise beeinflusst werden. Die Funktionalisierung mit DNA-Einzelsträngen ist dabei besonders vorteilhaft.
  • – Das Bauelement kann auf einfache Weise in bekannte Mehrschichtsysteme integriert werden.
In summary, the following special advantages result with the invention:
  • - The result is a device that is electrically tunable in a wide range. Tunability is accomplished by altering the permittivity of the dielectric by aligning the anisotropic material. Changing the permittivity is achieved by coupling different electrical control fields into the dielectric. In this case, relatively low control voltages can be used.
  • - By combining a low-viscosity fluid with nanotubes, a fast alignment is possible (very short programming time or very high control speed).
  • - When using nanotubes results in a particularly high tunability due to the high average aspect ratio.
  • - Due to the special properties of the nanotubes, especially the carbon nanotubes, a high tunability with high quality (low dielectric loss) is possible.
  • Targeted functionalization of the nanotubes can easily influence miscibility with the fluid and steric stabilization of the nanotubes. The functionalization with DNA single strands is be especially advantageous.
  • - The device can be easily integrated into known multilayer systems.

Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.Based several embodiments and the associated Figures, the invention is explained in more detail below. The figures are schematic and do not represent to scale Illustrations

1A und 1B zeigen von der Seite und von oben ein elektrisches Bauelement, das ein steuerbares Dielektrikum aufweist. 1A and 1B show from the side and from above an electrical component having a controllable dielectric.

2A und 2B zeigen ein elektrisches Bauelement, das ein steuerbares Dielektrikum aufweist und das in einem Mehrschichtkörper integriert ist. 2A and 2 B show an electrical component having a controllable dielectric and which is integrated in a multilayer body.

3A und 3B zeigen jeweils ein Bauelement, das in ein mehrlagiges Substrat aus einem anwendungsspezifischen Material, z.B. LTCC, integriert ist. 3A and 3B each show a device that is integrated into a multi-layer substrate made of an application-specific material, eg LTCC.

4A und 4B zeigen Ersatzschaltbilder zu den 3A und 3B. 4A and 4B show equivalent circuits to the 3A and 3B ,

5A und 5B zeigen jeweils ein Bauelement, das in ein LTCC-Substrat integriert ist. 5A and 5B each show a device that is integrated into an LTCC substrate.

6A und 6B zeigen Ersatzschaltbilder zu den 4A und 4B. 6A and 6B show equivalent circuits to the 4A and 4B ,

7 zeigt ein Verfahren zum Integrieren des Bauelements in einen Mehrschichtaufbau auf einem Halbleitersubstrat. 7 shows a method of integrating the device in a multilayer structure on a semiconductor substrate.

Gegeben ist ein elektrisches Bauelement 1 mit elektrisch steuerbarem Dielektrikum 2 und Elektrodenstruktur 3 mit vier Elektroden 30 und 32 seitlich und oberhalb wie unterhalb des Dielektrikums 2 zum Steuern einer Permittivität des Dielektrikums 2. Das Dielektrikum ist eine Dispersion von Kohlenstoff-Nanoröhren 22 in Wasser (Fluid) 20. Dabei sind die Kohlenstoff-Nanoröhren 22 mit einem Anteil von 4 Vol% enthalten. Die Dispersion kann als Kontinuum mit effektiver Dielektrizitätszahl betrachtet werden. Die verwendeten Kohlenstoff-Nanoröhren 22 sind bezüglich ihrer Geometrie stark anisotrop. Entlang der jeweiligen Röhrenlänge sind die Kohlenstoff-Nanoröhren 22 elektrisch hoch leitfähig und polarisierbar. Quer zur Röhrenlänge ist dagegen die Polarisierbarkeit deutlich geringer. Zur Verbesserung der Mischbarkeit der Kohlenstoff-Nanoröhren 22 in Wasser sind die Kohlenstoff-Nanoröhren mit Hilfe von DNA-Einzelsträngen funktionalisiert.Given is an electrical component 1 with electrically controllable dielectric 2 and electrode structure 3 with four electrodes 30 and 32 laterally and above as below the dielectric 2 for controlling a permittivity of the dielectric 2 , The dielectric is a dispersion of carbon nanotubes 22 in water (fluid) 20 , These are the carbon nanotubes 22 containing 4% by volume. The dispersion can be considered as a continuum with effective dielectric constant. The used carbon nanotubes 22 are highly anisotropic with respect to their geometry. Along the respective tube length are the carbon nanotubes 22 electrically highly conductive and polarizable. In contrast to the tube length, the polarizability is significantly lower. To improve the miscibility of the carbon nanotubes 22 In water, the carbon nanotubes are functionalized with the help of DNA single strands.

Das Dielektrikum befindet sich in einer Ausnehmung (Kavität) 44 zwischen den Steuerelektroden 30 und 32 (1A und 1B). Durch Anlegen einer Steuerspannung an die Steuerelektroden 30 und 32 wird ein elektrisches Steuerfeld 31 im Dielektrikum 2 wirksam. Aufgrund des Steuerfeldes 31 werden in den Kohlenstoff-Nanoröhren 22 elektrische Dipolmomente influenziert, die zu einer Ausrichtung der Kohlenstoff-Nanoröhren 22 parallel zum Steuerfeld 31 führen.The dielectric is located in a recess (cavity) 44 between the control electrodes 30 and 32 ( 1A and 1B ). By applying a control voltage to the control electrodes 30 and 32 becomes an electrical control panel 31 in the dielectric 2 effective. Due to the control panel 31 be in the carbon nanotubes 22 electrical dipole moments are influenzed, leading to an alignment of the carbon nanotubes 22 parallel to the control panel 31 to lead.

Die 2A und 2B verdeutlichen die prinzipielle Funktionsweise. Gezeigt ist ein Mehrschichtkörper mit zwei im Volumen des Mehrschichtkörpers integrierten Ausnehmungen 44. Die Ausnehmungen 44 sind in die konventionellen dielektrischen Schichten 45 des Mehrschichtkörpers integriert. Durch Anlegen entsprechender Steuerpotentiale an die Steuerelektroden, beispielsweise ±2V (Mitte bzw. außen 30) und 0V (oben und unten 32), werden die Kohlenstoff-Nanoröhren 22 entlang des erzeugten elektrischen Steuerfeldes 31 horizontal orientiert (2A). Stellt die mittlere Elektrode 30 gleichzeitig eine senkrecht zur Bildebene verlaufende Hochfrequenzleitung dar, z.B. eine Koplanarleitung, so wird ein dort eingespeistes Signal durch die starke kapazitive Kopplung an die negativ vorgespannten äußeren Elektroden 30 kurzgeschlossen. Werden jedoch 0V an die Elektroden 30 und gegenpolige Spannungen an die Elektroden 32 angelegt, so sind die Kohlenstoff-Nanoröhren 22 vertikal orientiert und die seitliche kapazitive Kopplung der mittleren HF-Leitung ist infolge der geringen Dielektrizitätszahl in dieser Richtung deutlich reduziert. Somit ist die Leitung auf Durchgang geschaltet.The 2A and 2 B clarify the principle of operation. Shown is a multi-layer body with two integrated in the volume of the multi-layer body recesses 44 , The recesses 44 are in the conventional dielectric layers 45 integrated of the multilayer body. By applying appropriate control potentials to the control electrodes, for example, ± 2V (center or outside 30 ) and 0V (above and below 32 ), become the carbon nanotubes 22 along the generated electrical control field 31 oriented horizontally ( 2A ). Represents the middle electrode 30 at the same time a high-frequency line running perpendicular to the image plane, for example a coplanar line, a signal fed in there becomes due to the strong capacitive coupling to the negatively biased outer electrodes 30 shorted. However, 0V to the electrodes 30 and opposite polarity voltages to the electrodes 32 applied, so are the carbon nanotubes 22 oriented vertically and the lateral capacitive coupling of the middle RF line is significantly reduced due to the low dielectric constant in this direction. Thus, the line is switched to passage.

Das beschriebene elektrische Bauelement ist gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem LTCC-Substrat 41 integriert (3A und 3B). Die Schichtdicken der dielektrischen Schichten 45 betragen etwa 100 μm. Eine Grundfläche der Ausnehmung 44 ist quadratisch mit einer Kantenlänge von etwa 100 μm. Zum Herstellen des LTCC-Substrats werden keramische Grünfolie strukturiert, metallisiert, übereinander gestapelt, gemeinsam entbindert und gemeinsam gesintert. Nachfolgend wird durch feine Öffnungen (Vias) das Dielektrikum 2 in die vorgesehene Ausnehmung 44 eingefüllt und die Ausnehmung 44 bzw. die Öffnungen verschlossen.The electrical component described is according to a first embodiment in an LTCC substrate 41 integrated ( 3A and 3B ). The layer thicknesses of the dielectric layers 45 be about 100 microns. A base of the recess 44 is square with an edge length of about 100 microns. To produce the LTCC substrate, ceramic green sheets are patterned, metallized, stacked, debindered and sintered together. Subsequently, the dielectric is formed by fine openings (vias) 2 in the intended recess 44 filled in and the recess 44 or the openings closed.

Die Elektrodenstrukturen 3 sind aus Silber. Bei entsprechender Beschaltung können die in den 4A und 4B gezeigten Ersatzschaltbilder mit Kondensatoren 33 hoher Kapazität und Kondensatoren mit niedriger Kapazität 34 aufgestellt werden. Mit dem Bezugszeichen 35 ist jeweils eine elektrische Leitung angedeutet.The electrode structures 3 are made of silver. With appropriate wiring, the in the 4A and 4B shown equivalent circuit diagrams with capacitors 33 high capacity and low capacity capacitors 34 be set up. With the reference number 35 in each case an electrical line is indicated.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Bauelement ebenfalls in einem LTCC-Substrat integriert (5A und 5B). Die Schichtdicken der dielektrischen Schichten 45 betragen etwa 50 μm. Die Ausnehmung 44 ist würfelförmig mit einer Kantenlänge von etwa 100 μm. Zu diesem Ausführungsbeispiel lassen sich die in den 6A und 6B gezeigten Ersatzschaltbilder aufstellen.According to a further embodiment, the device is also in an LTCC Subst integrated ( 5A and 5B ). The layer thicknesses of the dielectric layers 45 be about 50 microns. The recess 44 is cube-shaped with an edge length of about 100 microns. In this embodiment, the in the 6A and 6B Set up equivalent circuit diagrams.

Alternativ zu den LTCC-Substraten werden mehrschichtige Kunststoffsubstrate verwendet.alternative the LTCC substrates are multilayer plastic substrates used.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (7) wird das elektrische Bauelement 1 in einem durch Dünnschichttechnologie hergestellten mehrlagigen Schichtaufbau 40 auf einem Halbleitersubstrat 43 realisiert. Dazu werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
Abscheiden von unterer Steuerelektrode 30, 71 auf dem Substrat 43, erster Abstandsschicht 72 (SiO2), Ätzstopschicht 73 (Si3N4), zweiter Abstandsschicht 74 (SiO2), Abscheidung und Strukturierung der Signalleitung 75, Abscheidung von dritter Abstandsschicht 76 (SiO2) und Membranschicht 77 (Si3N4), Öffnen der Membran 77 (700), Hohlraumätzen (701), Infiltrieren des Dielektrikums 2 (702), Membranverschluss 77 (703) und Aufbringen der oberen Steuerelektrode 30, 79 (704).According to a further embodiment ( 7 ) becomes the electrical component 1 in a multilayer coating construction produced by thin-film technology 40 on a semiconductor substrate 43 realized. For this purpose, the following process steps are carried out:
Separation of lower control electrode 30 . 71 on the substrate 43 , first spacer layer 72 (SiO 2 ), etch stop layer 73 (Si 3 N 4 ), second spacer layer 74 (SiO 2 ), deposition and structuring of the signal line 75 , Deposition of third spacer layer 76 (SiO 2 ) and membrane layer 77 (Si 3 N 4 ), opening the membrane 77 ( 700 ), Cavity etching ( 701 ), Infiltrating the dielectric 2 ( 702 ), Membrane closure 77 ( 703 ) and applying the upper control electrode 30 . 79 ( 704 ).

Eingesetzt wird das steuerbare elektrische Bauelement in einem Mikrowellenbauteil. Das Mikrowellenbauteil ist ein spannungsgesteuerter Oszillator. Alternativ dazu ist das Mikrowellenbauteil ein Frequenzfilter und eine Verzögerungsleitung.used becomes the controllable electrical component in a microwave component. The microwave component is a voltage-controlled oscillator. Alternatively, the microwave component is a frequency filter and a delay line.

Verwendung finden die genannten Mikrowellenbauteil in der Mobilfunktechnik und in der Radartechnik. Dabei wird beispielsweise die Richtcharakteristik einer Antenne mit Hilfe des Mikrowellenbauteils eingestellt.use find the mentioned microwave component in the mobile radio technology and in radar technology. In this case, for example, the directional characteristic an antenna set using the microwave component.

Claims (15)

Elektrisches Bauelement (1) mit elektrisch steuerbarem Dielektrikum (2) und Elektrodenstruktur (3, 30, 32) zum Steuern einer Permittivität des Dielektrikums (2), wobei das Dielektrikum (2) ein Fluid (20) aufweist, in dem mindestens ein anisotropes Material (21) mit einer geometrischen Anisotropie enthalten ist, das durch ein durch die Elektrodenstruktur (3, 30, 32) erzeugbares elektrisches Steuerfeld (31) ausgerichtet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das anisotrope Material (21) Nanoröhren (22) aufweist.Electrical component ( 1 ) with electrically controllable dielectric ( 2 ) and electrode structure ( 3 . 30 . 32 ) for controlling a permittivity of the dielectric ( 2 ), wherein the dielectric ( 2 ) a fluid ( 20 ), in which at least one anisotropic material ( 21 ) is contained with a geometric anisotropy, which by a through the electrode structure ( 3 . 30 . 32 ) electric field ( 31 ), characterized in that the anisotropic material ( 21 ) Nanotubes ( 22 ) having. Bauelement nach Anspruch 1, wobei das anisotrope Material (21) eine elektrische Leitfähigkeit von über 109 S/m aufweist.Component according to claim 1, wherein the anisotropic material ( 21 ) has an electrical conductivity of more than 10 9 S / m. Bauelement nach Anspruch 1, wobei das anisotrope Material (21) eine Dielektrizitätszahl von über 100; aufweist. Component according to claim 1, wherein the anisotropic material ( 21 ) has a dielectric constant of over 100; having. Bauelement nach Anspruch 3, wobei die Nanoröhren (22) Kohlenstoff-Nanoröhren sind.Component according to claim 3, wherein the nanotubes ( 22 ) Are carbon nanotubes. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Fluid (20) zumindest eine aus der Gruppe anorganisches Lösungsmittel und/oder organisches Lösungsmittel ausgewählte Flüssigkeit aufweist.Component according to one of claims 1 to 4, wherein the fluid ( 20 ) has at least one selected from the group of inorganic solvent and / or organic solvent liquid. Bauelement nach einem der Ansprüche bis 5, wobei die Nanoröhren (22) zur Beeinflussung der Mischbarkeit mit dem Fluid (20) und/oder zur sterischen Stabilisierung mindestens eine Funktionalisierung aufweisen.Component according to one of claims 5 to 5, wherein the nanotubes ( 22 ) for influencing the miscibility with the fluid ( 20 ) and / or have at least one functionalization for steric stabilization. Bauelement nach Anspruch 6, wobei die Funktionalisierung mindestens ein aus der Gruppe Desoxyribonukleinsäure und/oder Protein ausgewähltes Makromolekül aufweist.Component according to claim 6, wherein the functionalization has at least one selected from the group deoxyribonucleic acid and / or protein macromolecule. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Trägerkörper (4), der eine Ausnehmung aufweist, in der das Fluid mit dem anisotropen Material angeordnet ist.Component according to one of claims 1 to 7, with a carrier body ( 4 ), which has a recess in which the fluid is arranged with the anisotropic material. Bauelement nach Anspruch 8, wobei der Trägerkörper einen Mehrschichtaufbau aufweist und im Volumen des Trägerkörpers die Ausnehmung angeordnet ist.Component according to claim 8, wherein the carrier body a Has a multi-layer structure and arranged in the volume of the carrier body, the recess is. Bauelement nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Trägerkörper (4) aus der Gruppe Halbleitersubstrat (43) und/oder Keramiksubstrat (41) und/oder Kunststoffsubstrat (42) ausgewählt ist.Component according to claim 8 or 9, wherein the carrier body ( 4 ) from the group semiconductor substrate ( 43 ) and / or ceramic substrate ( 41 ) and / or plastic substrate ( 42 ) is selected. Verwendung eines elektrischen Bauelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Verändern der Phasenlage einer sich frei und/oder entlang einer Leitungsstruktur ausbreitenden elektromagnetischen Signalwelle, wobei durch eine elektrische Ansteuerung der Elektrodenstruktur (3, 31, 32) ein elektrisches Steuerfeld (31) in das Dielektrikum (2) eingekoppelt wird, so dass die Permittivität des Dielektrikums (2) geändert und dadurch eine Wirkung auf die Signalwelle erzielt wird.Use of an electrical component ( 1 ) according to one of claims 1 to 10 for changing the phase position of a free and / or along a line structure propagating electromagnetic signal wave, wherein by an electrical control of the electrode structure ( 3 . 31 . 32 ) an electric control panel ( 31 ) in the dielectric ( 2 ) is coupled, so that the permittivity of the dielectric ( 2 ) and thereby an effect on the signal wave is achieved. Verwendung nach Anspruch 10, wobei ein sich periodisch änderndes Steuerfeld (31) eingekoppelt wird.Use according to claim 10, wherein a periodically changing control field ( 31 ) is coupled. Mikrowellenbauteil mit einem elektrischen Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Mikrowellenbauteil aus der Gruppe spannungsgesteuerter Oszillator und/oder Frequenzfilter und/oder Verzögerungsleitung ausgewählt ist.Microwave component with an electrical component according to one of the claims 1 to 12, wherein the microwave component of the group of voltage controlled Oscillator and / or frequency filter and / or delay line is selected. Verwendung des Mikrowellenbauteils nach Anspruch 13 in der Mobilfunktechnik und/oder in der Radartechnik.Use of the microwave component according to claim 13 in mobile technology and / or in radar technology. Verwendung Mikrowellenbauteils nach Anspruch 13 oder 14, wobei Richtcharakteristik einer Antenne eingestellt wird.Use microwave component according to claim 13 or 14, wherein directivity of an antenna is adjusted.
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