DE60131166T2

DE60131166T2 - Nano-elektromechanisches filter

Info

Publication number: DE60131166T2
Application number: DE60131166T
Authority: DE
Inventors: Lionel Buchaillot; Dominique Jules Collard
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2021-06-30
Also published as: KR20030024712A; AU2001270710A1; EP1295389B1; EP1295389A1; DE60131166D1; JP4794805B2; ATE377291T1; FR2811163B1; FR2811163A1; CA2414354A1; WO2002001717A1; US20030186672A1; JP2004502374A; CA2414354C; KR100749030B1; US6947719B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Filter und genauer gesagt ein elektromechanisches Bandpaßfilter.
Sie findet ihre Anwendung insbesondere im Bereich der Filterung für schnurlose Fernsprechanlagen, wie zum Beispiel das mobile Telefonwesen und die elektronischen Agenda.
Sie findet auch im Multimedienbereich ihre Anwendung, wo tragbare Fernsprechmittel benutzt werden.
Sie findet Anwendungen auch in den Vorrichtungen, die die Wahl von Hochfrequenzsignalen erfordern, wie zum Beispiel die Chipkarten.
FRÜHERER TECHNISCHER STAND
Heutzutage müssen sich die Fernsprechdienste einer ständig wachsenden Anzahl von Benutzern stellen. Angesichts der Begrenzungen bei der Zuweisung von Frequenzbändern impliziert dies größere Anforderungen an die Dienstleister hinsichtlich der Benutzung ihrer Bandbreite.
Die mit den Bandbreiten verbundenen Spezifikationen wirken sich auf die Auflagen der Filtervorrichtungen aus, die selektiv sein müssen. Man gelangt also dazu, den Qualitätskoeffizienten der Filter zu verbessern und dabei gleichzeitig die Auflagen bezüglich des Platzbedarfs zu berücksichtigen, wobei diese Auflagen von erster Wichtigkeit für die mobilen Fernsprechgeräte sind, wie zum Beispiel Handys und Organizers.
Gegenwärtig wird im Bereich des mobilen Fernsprechwesens die Filterfunktion durch Bodenwellenfilter ausgeführt. Sie sind aus Quarz und weisen gute Merkmale auf mit Ausnahme desjenigen des Platzbedarfs, der Masse und der Verluste durch Einsetzen in einen elektronischen Schaltkreis.
Der Platzbedarf, die Masse und die Verluste durch Einsetzen können verringert werden, wenn elektromechanische Filter oder genauer gesagt angesichts ihrer Größe mikroelektromechanische Filter eingesetzt werden, die mit Techniken ausgeführt werden, die die gleichen wie diejenigen sind, die bei der Herstellung von mikroelektronischen Schaltkreisen eingesetzt werden, wobei somit die Nachteile der Hybridkreise ausgeschaltet werden.
Solche Filter sind zum Beispiel aus dem Artikel „Q-Enhancement of Microelectromechanical Filters via Low-Velocity Spring Coupling" von K. Wang et al., IEEE Ultrasonics Symposium 05.10.1997, S. 323–327 bekannt.
Demgegenüber können mit den aktuellen Konzeptionen dieser mikroelektromechanischen Filter keine Frequenzen über 400 MHz erreicht werden und noch weniger die Frequenzbänder, die von den Fernsprechdiensten benutzt werden, denn diese Bänder liegen nahe an 1 GHz oder höher.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung hat zum Ziel, diesen Nachteil zu beheben, indem ein elektromechanisches Filter vorgeschlagen wird, das eine Resonanzstruktur geeigneter Konzeption und genauer gesagt eine Resonanz-Nanostruktur benutzt.
Außerdem können die Herstellungskosten eines erfindungsgemäßen Filters durch den Einsatz von Techniken mit kollektiver Bearbeitung gering sein.
Ein erfindungsgemäßes Filter weist gegenüber den oben erwähnten Bodenwellenfiltern den Vorteil auf, daß es leichter in eine elektronische Schaltung eingesetzt werden kann, denn bei der Herstellung dieses Filters wird die gleiche Technik eingesetzt, wie bei der Herstellung eines solchen Schaltkreises, und sie erfordert keine Hybridisierungsphase.
Die vorliegende Erfindung hat präzise ausgedrückt ein elektromechanisches Filter, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgende Teile umfaßt:

– Ein Substrat;
– Mindestens eine Mikrospitze („microtip"), die auf dem Substrat gebildet ist, und deren Gipfel durch eine Nanostruktur in Form eines Trägers verlängert wird, der sich nach der Achse der Mikrospitze erstreckt, wobei diese Mikrospitze und die Nanostruktur zumindest oberflächlich elektrisch leitfähig sind, wobei die Nanostruktur einen elektromechanischen Resonator bildet;
– Eine elektrisch isolierende Schicht, die auf dem Substrat gebildet ist und eine Austiefung umfaßt, in der sich die Mikrospitze befindet, und deutlich in Höhe des Gipfels dieser Mikrospitze eine Bohrung, die die Austiefung verlängert, und deren Kante diesen Gipfel umgibt;
– Mindestens eine Eingangselektrode und mindestens eine Ausgangselektrode, die auf der Isolierschicht gebildet sind und deutlich zur Kante der Bohrung führen, und zwar zu beiden Seiten der Achse der Mikrospitze, wobei die Eingangselektrode dazu vorgesehen ist, ein zu filterndes elektrisches Signal zu erhalten, und die Ausgangselektrode dazu vorgesehen ist, ein gefiltertes elektrisches Signal zu liefern, wobei eine Koppelung zwischen diesen Elektroden und der Nanostruktur geschaffen wird, wobei diese Koppelung ermöglicht, den elektromechanischen Resonator in Resonanz zu versetzen.

Die Mikrospitze und die Nanostruktur sind bevorzugterweise metallisiert (so daß sie elektrisch leitfähig werden).
Bei einem besonderen Ausführungsmodus des erfindungsgegenständlichen Filters ist die Mikrospitze zwei Ausgangselektroden zugeordnet, von denen eine mit der Eingangselektrode elektrisch verbunden ist.
Bei einem besonderen Ausführungsmodus der Erfindung sind die Mikrospitze und die Nanostruktur mit einer Schicht aus einem magnetischen Metall überzogen, das geeignet ist, ein magnetisches Feld deutlich parallel zur Achse der Mikrospitze zu erzeugen.
Bei einem ersten besonderen Ausführungsmodus des erfindungsgegenständlichen Filters umfaßt dieses Filter mehrere Mikrospitzen, die mit Eingangselektroden beziehungsweise Ausgangselektroden und Nanostrukturen versehen sind, die elektromechanische Resonatoren mit einer gleichen Resonanzfrequenz bilden, wobei die Eingangselektroden untereinander elektrisch verbunden sind und die Ausgangselektroden auch untereinander elektrisch verbunden sind.
Bei einem zweiten besonderen Ausführungsmodus umfaßt dieses Filter mehrere Mikrospitzen, die mit Eingangselektroden, Ausgangselektroden und Nanostrukturen versehen sind, die elektromechanische Resonatoren bilden, wobei diese Mikrospitzen auf eine Vielzahl von Gruppen verteilt sind, wobei die mit den Mikrospitzen einer gleichen Gruppe verbundenen elektromechanischen Resonatoren die gleiche Resonanzfrequenz haben, wobei die Eingangselektroden untereinander elektrisch verbunden sind und die mit den Mikrospitzen einer gleichen Gruppe verbundenen Ausgangselektroden untereinander elektrisch verbunden sind.
Bei einem besonderen Ausführungsmodus der Erfindung ist jeder elektromechanische Resonator in einem Raum, in dem vorher eine Luftleere geschaffen wurde („Vakuum").
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese Erfindung wird beim Lesen der Beschreibung von nachfolgenden Ausführungsbeispielen besser verstanden werden, die reinen Anhaltswert haben und keineswegs beschränkend sind, und bei der auf die Zeichnungen im Anhang mit folgenden Darstellungen verwiesen wird:
Die 1 ist eine schematische Schnittansicht eines besonderen Ausführungsmodus des erfindungsgegenständlichen Filters, das nur eine Mikrospitze umfaßt;
Die 2 ist eine schematische Draufsicht des Filters der 1, in dem eine Eingangselektrode und eine Ausgangselektrode eingesetzt wird;
Die 3 ist eine schematische Draufsicht eines anderen erfindungsgemäßen Filters, in dem zwei Eingangselektroden und eine Ausgangselektrode eingesetzt werden;
Die 4 ist eine schematische Draufsicht eines anderen erfindungsgemäßen Filters, in dem eine Eingangselektrode und zwei Ausgangselektroden eingesetzt werden;
Die 5 ist eine schematische Schnittansicht eines anderen erfindungsgemäßen Filters, das mehrere Mikrospitzen umfaßt;
Die 6 ist eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Filters, wobei dieses Filter eine Gruppe Elementarfilter umfaßt (Filter mit einer einzigen Mikrospitze), deren elektromechanische Resonatoren alle die gleiche Resonanzfrequenz haben;
Die 7 ist eine schematische Draufsicht eines anderen erfindungsgemäßen Filters, wobei dieses Filter mehrere Gruppen Elementarfilter umfaßt, wobei die elektromechanischen Resonatoren einer gleichen Gruppe die gleiche Resonanzfrequenz haben;
Die 8 ist eine schematische und teilweise Draufsicht einer Ausführungsvariante der Filter der 6 und 7.
AUSFÜHRLICHE DARSTELLUNG VON BESONDEREN AUSFÜHRUNGSMODI
Ein erfindungsgemäßes Elementarfilter ist ein Bandpaßfilter, das einen elektromechanische Resonator umfaßt (einen Nanoresonator angesichts seiner Größe, zu dem weiter unten Beispiele gegeben werden). Es ist auf die Technik der Mikrosysteme gegründet.
Mit diesem Elementarfilter kann ein elektrisches Signal gefiltert werden, dessen Frequenz über 400 MHz beträgt: Das Band der Frequenzen dieses Elementarbandpaßfilters ist auf eine Frequenz f über 400 MHz zentriert, und die 1 GHz und sogar mehr erreichen kann; Außerdem ist dieses Band schmal: Seine Breite kann 100 kHz nicht überschreiten.
Die 1 ist eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Filters. Es handelt sich um ein Elementarfilter, das einen einzigen elektromechanischen Resonator umfaßt.
Genauer ausgedrückt ist das Elementarfilter der 1 auf einem Substrat 2 gebildet und umfaßt eine deutlich kegelförmige Mikrospitze 4, die auf diesem Substrat 2 gebildet ist. Die Achse dieser Mikrospitze wird mit X bezeichnet. Der Gipfel dieser Mikrospitze wird durch eine Nanostruktur 6 in Form eines Trägers verlängert, der nachfolgend mit „Nanoträger" bezeichnet wird, und der sich nach der Achse X erstreckt.
Auf der 1 stehen die Bezugszeichen h, l und d für die Höhe der Mikrospitze beziehungsweise die Länge des Nanoträgers 6 und für dessen Durchmesser.
Das Elementarfilter der 1 umfaßt auch eine Metallschicht 8 an einem beliebigen Potential V, die sich auf dem Substrat 2 erstreckt und die Mikrospitze 4 sowie den Nanoträger 6 abdeckt, mit dem diese Mikrospitze versehen ist. Außerdem ist auf dieser Metallschicht 8 eine elektrisch isolierende Schicht 10 gebildet.
In dieser isolierenden Schicht 10 ist eine Austiefung 12 gebildet, die die Mikrospitze 4 enthält, wie auf der 1 zu sehen ist. Außerdem enthält diese isolierende Schicht 10 eine Bohrung 14, die die Austiefung 12 verlängert, und deren Achse die Achse X ist.
Diese Bohrung 14 umgibt den Gipfel der Mikrospitze. Man sieht, daß der Nanoträger 6 aus der isolierenden Schicht 10 hervorsteht.
Es wird präzisiert, daß die Herstellung einer mit einem solchen Nanoträger versehenen Mikrospitze für den Einsatz im Bereich der Nahfeldmikroskopie beherrscht wird.
Unter Bezugnahme auf die 2, die eine schematische Draufsicht der 1 ist, sieht man, daß das Elementarfilter auch eine Eingangselektrode 16 und eine Ausgangselektrode 18 umfaßt, die deutliche ausgerichtet sind, und deren jeweilige beide Enden genau entgegengesetzt auf der Kante der Bohrung 14 sind.
Auf der 2 ist zu sehen, daß das Elementarfilter Bestandteil eines elektronischen Schaltkreises ist, um ein in diesem Schaltkreis entstandenes oder erhaltenes elektrisches Signal zu filtern.
Genauer gesagt verbindet dieses Elementarfilter einen ersten Teil 20 des Schaltkreises mit einem zweiten Teil 22 des letzteren. Diese beiden Teile dieses Schaltkreises sind auf dem gleichen Substrat 2 gebildet wie das Elementarfilter, und zwar durch Techniken der Mikroelektronik, die auch für die Herstellung dieses Filters eingesetzt werden, wie weiter unten zu sehen sein wird.
Zum Beispiel ist der erste Teil 20 des elektronischen Schaltkreises eine Antenne eines Mobiltelefons und gibt ein elektrisches Signal Se, oder Eingangssignal ab, das gefiltert werden soll. Der zweite Teil 22 des Schaltkreises umfaßt Mittel zur Verstärkung und Verarbeitung des gefilterten Signals Ss oder Ausgangssignals.
Das Eingangssignal Se erregt den Nanoresonator, der aus dem metallisierten Nanoträger gebildet wird, der dieses Signal Se filtert, damit nur die Komponenten des Signals Se durchgelassen werden, deren Frequenzen innerhalb der Bandbreite des Elementarfilters liegen.
Diese Bandbreite hängt von den geometrischen Merkmalen und den Werkstoffen ab, aus denen die Mikrospitze und der metallisierte Nanoträger bestehen.
Rein als Anhaltswert und keineswegs begrenzend bestehen das Substrat 2 und die Mikrospitze 4 sowie der zugehörige Nanoträger 6 aus Silizium; Die Schicht 8 der Metallisierung der Mikrospitze und des Nanoträgers ist aus Gold oder aus Wolfram, die Eingangselektrode 16 und die Ausgangselektrode 18 sind ebenfalls aus Gold oder aus Wolfram; Die isolierende Schicht 10 ist aus Kieselerde oder aus Siliziumnitrid oder aus einem elektrisch isolierenden Polymer; Das Verhältnis h/l beträgt circa 10, und der Durchmesser d beträgt circa l/10 mit h von 1 Mikrometer bis 4 Mikrometer.
Der Ausführungsmodus des Elementarfilters, das auf der 3 als schematische Draufsicht dargestellt ist, unterscheidet sich von demjenigen der 2 durch die Tatsache, daß er zwei Eingangselektroden 24 und 26 anstelle einer einzigen umfaßt.
Wie zu sehen ist, haben diese beiden Eingangselektroden Enden deutlich auf der Kante der Bohrung 14 auf deren einen Seite, während die Ausgangselektrode 18 ein Ende an der Kante dieser Bohrung 14 hat, deutlich entgegengesetzt von den jeweiligen Enden der Eingangselektroden 24 und 26.
Die letzteren erhalten beide das Signal Se, das gefiltert werden soll, und sie bilden somit eine stärkere Erregungsquelle für den Nanoresonator als im Fall der 2, wo eine einzige Eingangselektrode vorgesehen ist.
Das erfindungsgemäße Elementarfilter, von dem die 4 eine schematische Draufsicht darstellt, unterscheidet sich von demjenigen der 2 durch die Tatsache, daß es zwei Ausgangselektroden 28 und 30 anstelle einer einzigen umfaßt.
Die jeweiligen Enden dieser beiden Ausgangselektroden befinden sich auch an der Kante der Bohrung 14 und deutlich entgegengesetzt vom Ende der Eingangselektrode 16, die sich ebenfalls auf der Kante befindet, wie auf der 4 zu sehen ist.
Eine dieser Ausgangselektroden 28 nimmt einen Teil des gefilterten Signals Ss auf und führt es wie vorher dem Verstärkungs- und Verarbeitungskreis 22 zu, während die andere Ausgangselektrode 30 einen Teil dieses gefilterten Signals Ss für eine Regelung des Filters in geschlossener Schleife aufnimmt: Wie zu sehen ist, bildet diese andere Ausgangselektrode 30 deutlich eine Schleife, die mit der Eingangselektrode 16 verbunden ist.
Diese Regelung in geschlossener Schleife ermöglicht, die Steuerung des Filters zu verbessern.
Bei einem besonderen nicht dargestellten Ausführungsmodus werden auch zwei Ausgangselektroden benutzt, es gibt aber keine Regelung in geschlossener Schleife: Diese zwei Elektroden sind beide mit einem Verstärkungs- und Verarbeitungskreis des Ausgangssignals Ss verbunden.
Zur Erhöhung des am Ausgang eines erfindungsgemäßen Bandpaßfilters verfügbaren Stroms ist es vorzuziehen, daß dieses Filter mehrere Elementarfilter umfaßt (die jeweils einen einzigen Nanoresonator umfassen).
Dies wird auf der 5 dargestellt, die eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Filters zeigt.
Dieses Filter umfaßt auf dem Substrat 2 mehrere Makrospitzen 4 mit jeweils darüberstehenden Nanoträgern 6. Diese Mikrospitzen und die entsprechenden Nanoträger sind auch mit der leitfähigen Schicht 8 metallisiert, die sich auf dem Substrat 2 erstreckt, und die ein beliebiges Potential V hat.
Bei einer Variante haben nicht alle Mikrospitzen das gleiche Potential: Sie sind individuell gepolt oder in Gruppen verteilt, wobei die Mikrospitzen einer gleichen Gruppe das gleiche Potential haben.
Unter Rückkehr zur 5 ist jede Mikrospitze 4 in einer Austiefung untergebracht, die in einer elektrisch isolierenden Schicht 10 gebildet ist, die sich auf dem Substrat 2 über der Schicht 8 erstreckt, und die Bohrungen 14 der isolierenden Schicht 10 sind zu sehen, aus denen die Nanoträger 6 hervorstehen.
Auf der 5 sind drei Mikrospitzen 4 zu sehen, in der Praxis ist es aber möglich, auf diesem Substrat 2 mehrere Hundert Mikrospitzen und also mehrere Hundert Elementarfilter zu bilden.
Man sieht auf der 5 eine Eingangselektrode 16 und eine Ausgangselektrode 18 zu beiden Seiten jeder Mikrospitze. Diese Elektroden sind senkrecht zur Ebene der 5 verlängert.
Zur Verbesserung der Funktion eines erfindungsgemäßen Filters und insbesondere des Filters der 5 kann ein dichter Deckel 32 vorgesehen werden, der dieses Filter umschließt. Die (nicht dargestellte) Kante dieses Deckels ist auf der Kante des Substrats 2 hermetisch versiegelt, auf dem dieses Filter und die zugehörigen elektronischen Schaltkreise gebildet worden waren. Ferner wird im Raum 34 ein Vakuum geschaffen, der sich zwischen dem Deckel und dem Substrat befindet. Nachfolgend wird die Herstellung eines erfindungsgemäßen Filters beschrieben.
Es wird mit der Bildung der Mikrospitze oder in der Praxis der Mikrospitzen auf dem Substrat begonnen. Dann werden die Nanoträger gebildet. Für die Herstellung der Mikrospitzen wird zum Beispiel auf das nachstehende Dokument verwiesen: Rakhshanderoo, M. R. und Pang, S. W., J. Vac. Sci Technol. B 15(6) 2777 (1997).
Diese von der elektrisch isolierenden Schicht umgebenen Mikrospitzen, sind von der Art derjenigen, die in den Feldemissionskathoden eingesetzt werden. Bei dieser Erfindung macht die Erzielung der Nanoresonatoren jedoch die Verdünnung der jeweiligen Enden der Mikrospitzen für die Bildung der Nanoträger erforderlich.
Nach der Bildung der mit den entsprechenden Nanoträgern versehenen Mikrospitzen werden diese Mikrospitzen und die Nanoträger metallisiert, und dann wird auf dem somit metallisierten Substrat 2 die elektrisch isolierende Schicht 10 oder die Opferschicht gebildet.
Letztere wird so geätzt, daß die Austiefungen und Bohrungen 14 an den einzelnen Mikrospitzen erzielt werden.
Zum Beispiel in dem Fall, in dem die Opferschicht 12 aus Kieselerde besteht, wird für die Bildung dieser Austiefungen und Bohrungen eine ionische reaktive Ätzung durchgeführt.
Dann werden auf der somit geätzten Schicht 12 die Elektroden 16 und 18 gebildet.
Die 6 ist eine schematische Draufsicht eines anderen erfindungsgemäßen Filters, das viele identische Elementarfilter 36 und also viele elektromechanische Elmentar-Nanoresonatoren umfaßt.
Im Beispiel der 6 haben alle diese Nanoresonatoren die gleiche Resonanzfrequenz. Außerdem sind auf der 6 diverse elektrisch leitenden Pfade 38 und 40 zu sehen, die auf der Oberfläche der isolierenden Schicht des Filters gebildet sind, um die einzelnen dieses Filter bildenden Elementarfilter 36 zu verbinden.
Es ist zu sehen, daß das Filter der 6 mehrere Reihen Elementarfilter umfaßt und in jeder Reihe sind alle Eingangselektroden 16 vermittels eines leitenden Pfads 38 oder eines Eingangsleitpfads untereinander verbunden.
Ebenso sind in jeder Reihe alle Ausgangselektroden vermittels eines anderen leitenden Pfads 40 oder eines Ausgangsleitpfads untereinander verbunden.
Die Eingangsleitpfade 38 sind untereinander sowie mit einem leitenden Pfad 42 verbunden, der selbst mit einem Teil 44 eines elektronischen Schaltkreises verbunden ist, der das elektrische Signal Se abgeben soll, das gefiltert werden soll.
Ebenso sind die Ausgangsleitpfade 40 untereinander sowie mit einem leitenden Pfad 46 verbunden, der selbst mit einem anderen Teil 48 des elektronischen Schaltkreises verbunden ist, der das gefilterte Signal Ss verstärken und verarbeiten soll.
Die 7 ist eine schematische Draufsicht eines anderen erfindungsgemäßen Filters, das n Gruppen G1 bis Gn Elementarfilter mit n ≥ 2 umfaßt.
Die Nanoresonatoren jeder Gruppe haben alle die gleiche Resonanzfrequenz: Die Nanoresonatoren der ersten Gruppe G1 haben somit eine gleiche Resonanzfrequenz F1 und so weiter, und die n-te Gruppe Gn hat eine Resonanzfrequenz Fn.
Diese Resonanzfrequenzen F1 bis Fn sind unterschiedlich.
Im Beispiel der 7 hat jede Gruppe die Konfiguration aller Elementarfilter der 6.
In diesem Beispiel der 7 wird also in jeder Gruppe die gleiche Anordnung mit leitenden Pfaden wie im Fall der 6 vorgefunden.
Es wird präzisiert, daß die Eingangsleitpfade 38 alle untereinander verbunden sind, so daß sie alle das elektrische Eingangssignal Se empfangen, das gefiltert werden soll.
Die Ausgangsleitpfade 40 einer gleichen Gruppe sind untereinander verbunden, um ein Ausgangssignal abzugeben: Die Gruppen G1 bis Gn geben die Signale S1 bis Sn ab.
Jede Gruppe Elementarfilter bildet ein Bandpaßfilter, das nur Signale durchläßt, deren Frequenzen auf einem vorbestimmten Frequenzband liegen, das für die erste Gruppe G1 auf die Frequenz F1 zentriert ist und für die n-te Gruppe Gn auf die Frequenz Fn.
Dann kann jedes Ausgangssignal durch einen elektronischen Schaltkreis verarbeitet werden, der auf dem Substrat gebildet werden kann, auf dem das Filter der 7 gebildet ist. Der elektronische Schaltkreis, der das zu filternde Signal abgibt, kann auch auf diesem Substrat gebildet werden.
Für die Filter der 6 und 7 kann eine Regelung in geschlossener Schleife vorgesehen werden. Wie auf der 8 zu sehen ist, reicht es dafür aus, daß jedes Elementarfilter 36 zwei Ausgangselektroden 28 und 30 anstelle einer einzigen besitzt, wobei die Ausgangselektrode 28 mit dem Ausgangspfad 40 verbunden ist, während die andere Ausgangselektrode 30 eine Schleife bildet, um mit dem Eingangspfad 38 (und also mit der Eingangselektrode 16) verbunden zu werden.
Bei einem besonderen Ausführungsmodus der Erfindung wird das Metallisieren der Mikrospitzen und der zugehörigen Nanoträger vermittels einer Schicht 9 aus einem magnetischen Metall (5) durchgeführt, zum Beispiel die Eisen-Nickel-Legierung. In diesem Fall wird bei der Herstellung des Filters das dieses Filter tragende Substrat in ein starkes Magnetfeld plaziert, damit die Metallisierungsschicht 9 magnetisiert wird.
Bei diesem besonderen Ausführungsmodus braucht diese Metallisierungsschicht 9 nicht gepolt zu werden.
Es wird präzisiert, daß das von der somit magnetisierten Metallisierungsschicht 9 erzeugte Magnetfeld H (5) deutlich senkrecht zur Ebene des Substrats 2 steht, wie auf der 5 zu sehen ist.
Es wird auf folgendes Dokument verwiesen: Géradin, M., Rixen, D., Théorie des vibrations, éditions Masson (1993).
Es ist nach diesem Dokument möglich die Resonanzfrequenz F einer Nanostruktur in Form eines Trägers analytisch zu berechnen, die im Vakuum erregt wird, das heißt unter Vernachlässigung der durch die Luft bedingten Dämpfung, was einem im Vakuum verkapselten Nanoresonator entspricht.
Dieser Resonanzfrequenz kann zum Beispiel im Fall (A) berechnet werden, in dem die Nanostruktur in Form eines Trägers eine Länge 1 von 100 Nanometer hat und einen Durchmesser d von 30 Nanometer, oder im Fall (B), wo diese Länge 100 Nanometer beträgt und der Durchmesser 30 Nanometer entspricht.
Nachstehend die Gleichung, mit der die Resonanzfrequenz berechnet werden kann:
Bei dieser Gleichung stellt E das Young Modul dar, das in Pa ausgedrückt wird, M stellt die Masse pro Längeneinheit in kg/m ausgedrückt dar, und I ist das Quadratmoment der Nanospitze in m⁴ ausgedrückt dar.
In den beiden obigen Fällen bei einem Nanoträger aus Silizium ist E gleich 1,9 × 10¹¹ Pa, M ist 1,626 × 10^–12 kg/m und l ist gleich 3,976 × 10^–32 m⁴.
Der Koeffizient μ hängt vom Schwingungsmodus ab. Im Fall des ersten Schwingungsmodus, der ein Biegemodus ist, ist μ gleich 1,875.
Im Fall (A) ist die Resonanzfrequenz gleich 1,206 × 10^–13 Hz, und im Fall (B) ist diese Frequenz gleich 4,238 × 10⁸ Hz. Es wird festgestellt, daß im ungünstigsten Fall und beim ersten Schwingungsmodus die Resonanzfrequenz über 4100 MHz liegt und also über derjenigen, die mit dem früheren technischen Stand erreicht wurde.
Bei diesen angeführten Beispielen der Erfindung wurden die Mikrospitzen und die Nanoträger elektrisch leitend gemacht, indem auf dem Substrat die Mikrospitzen und die Nanoträger mit einer Metallisierungsschicht gebildet wurden Der Rahmen der Erfindung würde nicht verlassen, wenn leitende Mikrospitzen gebildet würden, indem zum Beispiel das Silizium auf einem Substrat stark gedopt würde, das durch eine isolierende Oxidschicht isolierend gemacht wurde (was beherrscht wird, und insbesondere bei der Herstellung von Schirmen mit Mikrospitzen), und indem dann die Nanoträger auf dem Gipfel der Mikrospitzen durch eine Technik mit reaktiver ionischer Ätztechnik gebildet würden. Dann ist es nicht mehr notwendig, die Mikrospitzen und die Nanoträger zu metallisieren.

Claims

Elektromagnetisches Filter, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Teile umfaßt: – Ein Substrat (2); – Mindestens eine Mikrospitze (4), die auf dem Substrat gebildet ist, und deren Gipfel sich durch eine Nanostruktur (6) in Form eines Balkens verlängert, der sich nach der Achse (X) der Mikrospitze erstreckt, wobei diese Mikrospitze und die Nanostruktur zumindest oberflächlich elektrisch leitfähig sind, wobei die Nanostruktur einen elektromechanischen Resonator bildet; – Eine elektrisch isolierende Schicht (10), die auf dem Substrat gebildet ist und eine Ausnehmung (12) umfaßt, in der sich die Mikrospitze befindet, und deutlich auf der Höhe des Gipfels dieser Mikrospitze eine Bohrung (14), die die Ausnehmung verlängert, und deren Kante diesen Gipfel umgibt; – Mindestens eine Eingangselektrode (16; 24–26) und mindestens eine Ausgangselektrode (18; 28–30), die auf der isolierenden Schicht gebildet sind und deutlich zu beiden Seiten der Achse der Mikrospitze zur Kante der Bohrung führen, wobei die Eingangselektrode dazu vorgesehen ist, ein zu filterndes elektrisches Signal zu erhalten, und die Ausgangselektrode dazu vorgesehen ist, ein gefiltertes elektrisches Signal zu liefern, wobei eine Koppelung zwischen diesen Elektroden und der Nanostruktur geschaffen wird, wobei diese Koppelung ermöglicht, den elektromechanischen Resonator in Resonanz zu versetzen.
Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrospitze (4) und die Nanostruktur (6) metallisiert sind.
Filter nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrospitze (4) mit zwei Ausgangselektroden (28, 30) verbunden ist, von denen eine mit der Eingangselektrode (16) elektrisch verbunden ist.
Filter nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrospitze (4) und die Nanostruktur mit einer Schicht (9) eines magnetischen Metalls verkleidet sind, das geeignet ist, ein magnetisches Feld zu erzeugen, das deutlich parallel zur Achse (X) der Mikrospitze verläuft.
Filter nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere Mikrospitzen (4) umfaßt, die mit Eingangselektroden (16), beziehungsweise Ausgangselektroden (18) und Nanostrukturen (6) versehen sind, die elektromechanische Resonatoren bilden, die eine gleiche Resonanzfrequenz haben, wobei die Eingangselektroden untereinander elektrisch verbunden sind und die Ausgangselektroden auch untereinander elektrisch verbunden sind.
Filter nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere Mikrospitzen (4) umfaßt, die mit Eingangselektroden (16), beziehungsweise Ausgangselektroden (18) und Nanostrukturen (6) versehen sind, die elektromechanische Resonatoren bilden, wobei diese Mikrospitzen in mehrere Gruppen (G1 bis Gn) verteilt sind, wobei die den Mikrospitzen einer gleichen Gruppe zugeordneten elektromechanischen Resonatoren die gleiche Resonanzfrequenz haben, wobei die Eingangselektroden (16) untereinander elektrisch verbunden sind, und die den Mikrospitzen einer gleichen Gruppe zugeordneten Ausgangselektroden (18) untereinander elektrisch verbunden sind.
Filter nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elektromechanische Resonator in einem Raum (34) ist, in dem vorher Vakuum geschafft wurde.