JP4695190B2 - ピーク電界抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、実質的に鋭い縁を有する少なくとも一つの高静電電位電極を含む装置に関する。特に、その高電位電極は高電位にさらされるか、電極が高電位を発生する高静電電界に意図的にまたは意図的ではなくさらされるように適合される。本発明はまた、例えば、移相器、フィルタ、整合回路、アンテナ、コントローラブル・アンテナ、またはパワー・スプリッタ等のような強誘電装置中における上記装置の使用に関する。

一般に、高電圧装置においては、電極の設計は、非常に重要である。それらが、適正に設計されず、または適正に配置されないと、電極のまわりの空気中でアーキング（異常放電）、放電、および、例えば電極を担持する基板材またはまわりの材料中での絶縁破壊の危険がある。誘電材が電極を担持していれば、基板材中で絶縁破壊が発生する可能性がある。例えば、周囲材としての空気は、約３〜５Ｖ／μｍに耐えることができる。いわゆるプレーナ電極の場合、状況は特に深刻である。何故なら、プレーナ電極上の高電圧は、その縁付近に高ピーク電界を生じさせるからである。電極が、誘電率が異なるすなわち違いが大きい２つの材料間の境界面に位置しているとき、ピーク電界が、特に、より大きくなる。

上記問題を解決するために、異なるいくつかの解決方法が提案されてきた。第１の方法によれば、高電圧電極の縁の直近に空気を無くすように、高電圧電極をシリコン中に封入する。しかしながら、電極が誘電基板または誘電層上に設けられていれば、シリコン封入は、基板上の絶縁耐力を高めることはできるが、基板内には効果がない。別の方法によれば、デバイスが絶縁流体中に浸されるが、このような解決方法は、シリコン中への封入と同じ不利な点がある。

第３の方法によれば、電極間に大きな絶縁距離が設けられる。これは、もちろん、電界を弱くするが、電流に対するクリープ距離をより大きなものにする。しかしながら、多くの場合、例えば、装置に良い性能を与えるため、高い電界は望ましく、とにかく、電極付近の強い電界は避けられない。

さらに別の方法によれば、全ての構成要素、特に、電極は、できる限り丸く作られることが提案されている。すなわち、丸くすることにより、鋭い縁を回避しようとするのである。原理的には、この方法は、電界が低減するので、魅力的である。しかしながら、多くの場合、丸みのある電極を作ることは、非常に困難であり高価である。これに加えて、電極が誘電層上に設けられる場合、誘電層または基板の誘電率が非常に高いと、丸みがピーク電界に対して良い効果を得るようにするには、丸みのある電極を誘電層基板中に幾分か挿入する必要がある（強誘電デバイスにおいては、例えば、印加電圧を制御することにより、誘電定数を制御できる。その誘電率は、例えば、最大２００００まで大きくできるが、典型的には、１００〜３０００の範囲である）。

従って、高電位または高電圧電極のまわりで、アーキング、放電、および絶縁破壊（もしあてはまるのであれば）の危険を低減または無くすことができる最初に説明した装置が必要である。特に、高電位電極のまわりで発生する電界の異常を抑制または低減できる装置が必要である。特に、鋭い縁の電極に関連したすなわちそのまわりのピーク電界を低減できる装置が必要である。また、上述のように、丸みのある電極を、誘電材中に幾分挿入できない場合にも、電極に関連したすなわちそのまわりのピーク電界を低減できる装置が必要である。さらに、プレーナ電極と、プレーナ基板と電気的に制御可能な層との内少なくともいずれかとを有するプレーナ構成の実施形の場合に、高ピーク電界、放電等を回避できる装置が必要である。より詳細には、電極が誘電基板材上に設けられ、基板材が電気的に制御可能な場合に、ピーク電界等が抑制または低減でき、絶縁破壊を防止できる最初に説明した装置が必要である。特に、静電界の印加により、例えば、強誘電材の誘電定数の変化により、電気的制御可能な最初に説明した装置において、上述の不利な点を、かなりの程度、低減または除去できるようにする必要がある。特に、高い静電電界が印加されても（意図的に、または意図的ではなくさらされても）、ピーク電界および電界異常等を低減できる高電圧装置が必要である。

特に、本発明の目的は、強誘電材中の絶縁破壊による、とりわけ信頼性の問題に直面することなく、強誘電デバイス中にできるだけ高い静電電界を設定できる装置を提供することにある。特に、一般に高い静電電界により生じる問題の解決方法を提供するために、高電圧が自発的にまたは非自発的に印加されることに関係なく、ピーク電界を防止することを目的とする。最も具体的には、誘電率が異なる２つの材料間の境界面に電極が配置される装置において、ピーク電界をかなり低減することを目的とする。特に、装置すなわち電極が、高い静電電界にさらされる場合に、電極が誘電基板上に設けられるこきには、発生電界に影響を与えこれを低減できる装置が必要であり、また電極が基板内に設けられるときには、基板すなわち強誘電層を保護する装置が必要である。良い性能を得るために、高い電界の印加に耐えられる装置が必要である。さらに、製造が簡単で信頼性のある装置が必要である。特に、高電界に耐えることができ、老化しにくい、信頼性の高い、特に、電気的に制御可能なすなわち調整可能な、例えば、コントローラブル・アンテナ、移相器、インピーダンス整合回路網、パワー・スプリッタ等の部品を作ることができることを目的とする。

従って、最初に説明した装置には、少なくとも一つの低電位電極手段、または、少なくとも一つの高電位電極（絶対値（＋／−）で）との関係で、あるいは基準電位すなわち背景（例えば、接地）電位との関係で電位がバランスする少なくとも一つの電極手段が設けられる。前記低電位またはバランシング電極は、前記少なくとも一つの高電位電極から離れて、あるいは少なくとも一つの高電位電極を少なくとも部分的に囲むように配置される。また、最初に説明した装置には、前記高電位電極のそれぞれを対応する隣接した低またはバランシング電位電極に接続する少なくとも一つの抵抗構成体が設けられる。前記抵抗構成体は、導電度は低いが非絶縁性であり、従って、前記高電位電極の（おそらく鋭い）縁付近のピーク電界または電界異常を抑制するように、前記一つまたは複数の高電位電極と、前記一つまたは複数の低またはバランシング電位電極との間に、実質的に線形な電圧降下を作り出すことができる。

特に利点のある実施形では、可変誘電定数により装置の制御または調整が可能となる誘電層上に、一つまたは複数の高電位電極が設けられる。本発明によれば、特に、一つまたは複数の高電位電極、一つまたは複数の低（またはバランシング）電位電極、および抵抗膜の構成は、強誘電層上、即ち、誘電定数が可変で、従って調整可能または制御可能な誘電層上に設けられる。このような実施例においては、この装置は、具体的には、誘電定数を制御または調整するために、強誘電層に電界を印加するように構成された電圧発生手段または印加手段を含む電気的制御手段に接続されるか、またはこの手段を備える。

一実施例においては、少なくとも一つまたは複数の高電位電極は、プレーナ電極であり、この意味で、該電極は、少なくとも局所的には、平坦面上に設けられ、少なくとも一つの電極の寸法は、他の２つまたは１つの寸法に比較して非常に薄い。高電位電極が、強誘電材上、即ち、誘電定数が可変の誘電材上に設けられる場合、この強誘電材は、例えば、ＢＳＴ（Barium Strontium Titanate：チタン酸バリウムストロンチウム）のようなセラミック材または同様の特性の材料を含む。一実施形においては、接地電極は、高および低（バランシング）電位電極が配置される側とは反対の強誘電層の側に設けられる。低またはバランシング電位電極が接地電極でない場合には、該電極は、少なくとも、高電位電極とはかなり異なった電位を有する電極である。この装置は、１つ、２つまたはそれ以上の高電位電極を備えることができる。少なくとも２つの高電位電極が設けられる場合には、同じ電位を有することも、または、その差が非常に大きな、あるいは小さな、どのような違いのある異なる電位を有していても良い。

本発明によれば、この抵抗構成体は、高抵抗膜を含むことができる。この抵抗構成体、特に、高抵抗膜は、実際にどんな抵抗構成体であるかに依存せず、異なるアプリケーションには異なる（シート）抵抗の値を有することができるが、大部分のアプリケーションでは、１〜１０，０００ＭΩ／□が適当である。ある実施形では、その抵抗構成体は、約５０〜１５０、特に１００ＭΩ／□の抵抗率を有する。

特に、抵抗構成体に使用されるのに選択される材料の抵抗の下限は、使用最大電圧における、その構成の最大電力消費と最大許容加熱との内の少なくともいずれかに関する要求と、マイクロ波での実施形におけるマイクロ波の伝達率に関する要求との内の少なくともいずれかにより定めることができ、上限は、高電圧における速い反応時間に関する要求により定めることができる。しかしながら、その抵抗は、上述の上限および下限に制限されることなく選択できることは明らかであろう。

特定の実施形においては、抵抗構成体は、ＳｒＴｉＯ₃とＬａＭｎＯ₃の膜から構成されると良い。

ある実施形においては、この装置は、薄膜構造を含むことができる。すなわち、薄膜技術により製造できる。他の実施形においては、この装置は、例えば、“厚膜”を使用した構造、すなわち、三次元構造を含むことができる。この場合、仮想的二次元膜の代わりに、高いが有限の導電度を有する三次元充填物が、電極の間およびまわりに使用される。

抵抗構成体、特に、薄膜アプリケーションにおける抵抗膜は、ニクロム（ＮｉＣｒ）、Ｃｒ、Ｔａ、タンタルの窒酸化物、或いは、タンタルの窒化物、または同様の特性の材料、および、例えば、Ｃｒ−ＳｉＯ材またはシリコンとクロムの一酸化物の混合物の誘電体マトリックス中の金属粒子を含む材料を含むことができる。これらの材料は、特に、薄膜技術に適用される。そうでなければ、ＳｒＴｉＯ₃とＬａＭｎＯ₃との内の少なくともいずれか、或いは、同様の特性を有する他の材料を使用するのが好ましい。

厚膜の実施形においては、抵抗構成体は特に、約５〜１０μｍの厚さを有することができ、電極は約１０μｍの厚さを有することができ、約０．５〜１０ｍｍの厚さの誘電層上に設けられる。抵抗構成体は、１０μｍより厚く、例えば、最大５０μｍ、またはそれ以上の厚さにすることができることは明らかであろう。

この装置は、薄膜構成でも、厚膜構成でも、（非常に高い抵抗値の抵抗構成体を有する）プレーナ構造とすることができる。

ある実施例によれば、抵抗構成体は、高電位電極（またはバランシングに必要な電極）を実質的に囲むように配置される。他の実施例においては、抵抗構成体は、一つまたは複数の高電位電極と、一つまたは複数の低またはバランシング電位電極との間に設けられるか、または両方を囲むように設けられるか、高電位電極と低／バランシング電位電極との中間に配置することができる。

ある実施形においては、高電位電極だけでなく低またはバランシング電位電極も、例えば、電気的に調整可能な誘電材の２つの対向する側に配置できる。すなわち、２／多層構造も可能である。特に、抵抗構成体は、各高電位電極とこれに隣接した各低またはバランシング電位電極との間に、或いは、電極の構成それぞれに、対向する側の両方に設けられる。

別の実施例においては、抵抗構成体は、電気的に制御可能なすなわち調整可能な誘電層中に、または制御可能ではない装置の他の基板中に、または制御可能であれば他の基板中に流入するのが可能な故意の漏洩電流を含む。このようにする代わりに、多かれ少なかれ抵抗構成体を覆うために、シリコンまたは絶縁流体が設けられる。

抵抗構成体は、少なくともある程度、直接または間接的に、低またはバランシング電位電極と高電位電極とを接続する。その抵抗構成体はまた、電極に、すなわち低／バランシング電位電極または高電位電極に、直接接触しても良い。

この装置をさらに改良するために、一つまたは複数の高電位電極は、従来技術と同様に、付加的に、シリコン中に封入でき、あるいは絶縁流体中に浸すことができる。この装置は種々拡張でき、特に、プレーナの形にするか、円形、楕円、正方形、長方形、長円形、不等辺四辺形、または不規則な形にするかの少なくともいずれかにすることができる。言い換えると、アプリケーションに応じて適当な形にすることができる。高電位電極と低（バランシング）電位電極との内の少なくともいずれかは、誘電層中に、または、制御可能性を提供するためにある意味で能動層として、あるいは基板として単独に機能する他の適当な基板層中に、プリント或いはスパッタリング／プレーティングされ、そして、エッチングされると良い。特定の実施形においては、少なくとも２つの高電位電極は、互いに、約０．１〜１０ｍｍのオーダ離れて設けられ、或いは、例えば、薄膜強誘電デバイスまたは集積回路の場合には、例えば、数μｍ、例えば、３〜３０μｍ以下離れて設けられる。しかしながら、印加される電圧または電極がさらされる電圧に応じて他の距離を使用できるのはもちろんである。

本発明の概念は、（高電位と低電位とバランシング電位の内の少なくともいずれかの）電極が基板、例えば、強誘電材上に設けられる場合、これらの上に設けられない場合、または一部が設けられ他は設けられない場合をカバーすることや、例えば、高電位電極により、低またはバランシング電位電極において、高電位（ピーク電界）が発生し、そして、本発明により、このようなピーク電界を抑制できることは明らかであろう。また、本発明の概念は、高電位が存在するか、または、例えば、低またはバランシング電位電極の付近のような他の場所に高電位を発生させる、鋭い縁を有する、或いは、これを有しない、例えば、長円形状、あるいは実質的に円形断面または他の形状をもつ、例えば、高電位電極に適用できることは明らかであろう。

抵抗構成体、例えば、膜は、例えば、ＳｒＴｉＯ₃＋ＬａＭｎＯ₃、例えば、ＲｕＲｕＯ₂、ＰｂＲｕ₂Ｏ₇、あるいは、ＢｉＲｕＯ₇ベースのサーメット、または、重合体抵抗材料、ＢａＰｂＯ₃，ＴａＮ，ＮｉＣｒ，ＣｒＳｉ，ＴａＳｉ，ＴｉＷ，ルテニウムあるいはＡｇＰｔベースのサーメットを含んでいても良い。

製造方法としては、例えば、スパッタリング、プレーティング、スクリーン印刷を使用できる。例えば、誘電材である基板は、強誘電セラミック材、Ａｌ₃Ｏ₂、ＡｌＮ、ＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）、有機回路基板等とすることができる。

この装置は特に、強誘電材ベースの移相器、フィルタ、整合回路、コントローラブル・アンテナ、パワー・スプリッタ等に使用できる。

以下、添付図面を参照して本発明をさらに説明するが、これは本発明を限定するものではない。

図１Ａは、本発明の概念の基本的実施形である装置１０を示す。その装置には、電位Ｖ₁を有する円形ディスク状高電位電極１Ａを備えられ、高電位電極１Ａは、例えば、ゼロ電位または実質的に接地電位である電位Ｖ₀₁を有するリング状低電位電極２Ａにより囲まれている。高電位電極１Ａと低電位電極２Ａとの間に、抵抗構成体３Ａが設けられる。この抵抗構成体により電界が“均一になる”ものと仮定して、高電位電極と低電位電極との間隔は、少なくとも空気中における絶縁破壊を防止できるように設定されなければならない（約３〜５ｋＶ／ｍｍ）。付加的に、シリコン封入が実施される場合には、間隔は約２〜５倍低減でき、他の材料が制限ファクタになる。

他の実施例においては、後述するように、低電位電極は、応用や実施に応じて、高電位電極の一つの側のみ、２つの側、または３つの側に設けられる。この基本的な実施例においては、電極が設けられる基板層または追加層は存在しない。何故なら、本発明の概念は単に、例えば、実質的に鋭い縁を有することによりその縁において高い静電ピーク電界が発生する危険があるか、そのまわりで電界異常が発生する一つ以上の高電圧または高電位電極があることに基づくものであり、本発明の概念を機能させることに、基板層または追加層は実際上必ずしも必要ないからである。電界異常の発生についてみると、この問題は、電極の周囲領域だけでなく他の隣接材または基板層においても生じることに留意されたい。その理由を例証すると、高電圧は、ｍｍギャップに対してｋＶ電圧であるが、これより高い電圧またはより低い電圧とすることができ、ある実施形においては、μｍ幅のギャップに対して２０または数ボルト程度に低くできる。しかしながら、例えば、装置を制御可能にするために、電界または電位が自発的に印加される場合、良い性能および良い制御可能性を得るために、できるだけ高い電界強度を用いることができるのは魅力的である。図１Ｂは、図１Ａの装置の上面図である。

図２は、本発明の概念の実施例に従う装置２０を示す。装置２０には、高電圧電極、或いは、より一般的には、一つ以上の電極を含むことができる高電圧領域１Ｂが、誘電材４Ｂ上に設けられている。ここでは、誘電材は、制御可能な誘電定数を有する。すなわち、誘電定数は、印加される静電電界によって調整できる。本発明によれば、異なる電極間、ここでは高電圧電極１Ｂと低電位電極２Ｂ₁、２Ｂ₂との間に、高抵抗構成体または接続部３Ｂ₁，３Ｂ₂が設けられる。低電位電極２Ｂ₁、２Ｂ₂は、同一または異なる電位を有することができる。重要なことは、低い電位であること、例えば、実質的に接地電位であること、または高電位電極１Ｂとバランスするほど低いことである。

図２の実施例においては、異なる高電圧電極を接続するアイディアを実現するために、いわゆるプレーナ技術が使用されている。プレーナ強誘電層４Ｂは、例えば、導電領域（電極）と抵抗領域（抵抗構成体）が、プリントまたはスパッタリング／プレーティングされ、そして、エッチングされるセラミックを含む。高電圧すなわち高電位電極１Ｂは、強誘電層４Ｂの反対側すなわち裏側に設けられた接地面５Ｂに関して高電位を有する。その高電圧電極の縁、すなわち高電圧領域１Ｂの電極の縁あたりの電界集中を抑制するために、接地することができる２つの低電位電極２Ｂ₁、２Ｂ₂が、強誘電層４Ｂの上面の高電位電極１Ｂの２つ以上の側に設けられる。例えば、高抵抗膜を含む高抵抗構成体３Ｂ₁、３Ｂ₂は、高電位電極１Ｂを、低電位電極すなわち接地電極２Ｂ₁、２Ｂ₂に接続する。このようにして、高電位電極１Ｂから低電位電極２Ｂ₁，２Ｂ₂に線形の電圧降下を確実に作り出す定常的な電流移送が備えられる。そのような方法で、さもなければ生じたかもしれない高電位電極１Ｂ付近の電界集中を回避できる。一実施例においては、抵抗構成体は、誘電層の表面に設けられる高抵抗膜を含む。

他の実施例では、抵抗構成体は、基板中の、あるいは、強誘電層それ自身中の、または、オプションとして電極のまわりに設けられる抵抗シリコンあるいは抵抗流体中の故意の漏洩電流を含んでも良い。

一実施例においては、強誘電層の厚さは約１ｍｍであり、一方、電極の厚さは、約１０μｍである。これらの値は、単なる例示であることは明らかであろう。この実施例は、プレーナ技術に基づく実施形を示しているが、薄膜技術を実施したものではない。本発明の概念は、他のプレーナ技術、実施形に基づく薄膜技術や、非プレーナ技術にも適用できることは明らかであろう。

しかしながら、この特定の実施例においては、１００ＭΩ／□のオーダの抵抗が適当である。この値は、単なる例示の値であり、アプリケーションに応じて、より非常に低い値、例えば、数ＭΩ／□あるいはこれより低い値、または１ＧΩ／□以上の高い値にすることもできる。一般に、アプリケーションに使用できる抵抗構成体の抵抗値の下限は、最大ＤＣ電力消費の要求と、装置の最大加熱に関する要求と、マイクロ波アプリケーションに適用可能であるべきかどうかの要求、すなわち、マイクロ波を透過可能にしなければならないか否かの要求との内、少なくともいずれかに応じて設定される。上限は、例えば、高電圧において迅速な変化を処理可能にする高速な反応時間に関する要求に応じて設定されると良い。

異なる材料を使用できる。例えば、ＳｒＴｉＯ₃とＬａＭｎＯ₃との混合物をあげることができる。例えば、ＳｒＴｉＯ₃とＬａＭｎＯ₃の１対１の混合物が、約１０μｍの厚さでスクリーン印刷され、例えば、１２００℃の高温で焼結される。

薄膜技術もまた抵抗膜に使用できる。適当な材料の例としては、Ｎｉ、Ｃｒ、例えば、ニクロム（８０％Ｎｉ，２０％Ｃｒ）をあげることができる。

Ｎｉ−Ｃｒに加えて、薄膜抵抗材料として、Ｃｒ、Ｔａ、タンタルの窒酸化物、タンタルの窒化物、および他の材料が、薄膜抵抗構成体の製造に使用できる。

薄膜抵抗に使用できる他の可能な代替材料としては、例えば、シリコンとクロムの一酸化物の混合物である誘電体マトリックス中の金属粒子の固溶体をあげることができる。

図３は、従来技術の装置１０₀に対してシミュレートされた等電位線を示す。この図は、裏面の接地側の特徴のみを示している。この図に示されているように、電位線は、電極の縁付近に集中しており、これは電界集中に対応する。このプロットにおいては、連続した等電位線間の電位差は１０％である。

図４は図３と同様な図であるが、本発明の概念に従う装置１０′に関するものであり、その構成では、低電位電極或いは接地電極が高電位電極のどちらの側にも設けられ、これらの間に、上述のように、高電位電極と抵抗構成体が設けられる。（説明を簡単にするために、これは図示されていないが、ここで説明される装置のいずれかが装置１０′を構成する）。図４では、電位線の間隔が、基板面方向に沿って一定である。異常電界またはピーク電界が基板内においても抑制されることは（そのようなものが備えられるなら）、本発明の利点として極めて重要である。これは、基板の長期的な高電圧信頼性にとって非常に重要である。

本発明の概念の実施により、例えば、鋭い縁をもつ電極、特に、プレーナ電極の周囲のピーク電界を抑制できることは大きな利点である。また、そのような電極が設けられる場合、多くの場合に電気的に制御可能な基板上および内部でもまたピーク電界を抑制できることは大きな利点である。このことは、このような装置の性能および信頼性に大きな影響を与える。

異なる実施例においては、例えば、基板の絶縁耐力を増大させるために、一つ以上の既に知られた技術を本発明の概念に組み合わすことができる。

本発明の概念は、多くの異なる態様で変更できることは明らかであろう。重要なことは、高電位（絶対値の意味で）電極の縁から定常電流を供給して、線形的な電圧降下を強制するために用いられる低電位（絶対値の意味で）電極、または高バランシング、例えば、反対符号の電位電極への、或いは、その電極に関する抵抗接続を設けることである。

次に、いくつかの例を図を参照して簡単に説明する。

図５Ａは、同一または異なる第１の高電位Ｖ₄₁、Ｖ₄₂を有する２つの三次元高電位電極Ｃ₁、Ｃ₂が設けられる一般的な場合を示す。抵抗構成体２Ｃは、三次元ボックスの内部に、三次元高電位電極を囲むように設けられる。接地は、低電位であるものとする。

図５Ｂは、図５Ａの装置の概略斜視図である。

図６は、２つの高電位電極１Ｄ₁、１Ｄ₂が任意の誘電層４Ｄ上に設けられる別の実施例を示す。本発明の概念によれば、低電位電極２Ｄ₁、２Ｄ₂が高電位電極の各外側に設けられ、抵抗構成体３Ｄ₁，３Ｄ₂，３Ｄ₃が全ての電極間に設けられる。高電位電極１Ｄ₁、１Ｄ₂は、異なる電位Ｖ₅₁，Ｖ₅₂を有し、一方、低電位電極は実質的に接地されており同じ電位Ｖ₀₅を有しているものとする。しかしながら、高電圧電極は、異なる、或いは、非常に異なる電位（絶対値の意味で）、あるいはわずかに異なる電位を有することもでき、低電位電極は、異なる電位を有することもできる。このようにする代わりに、追加された電極が、例えば、高電位電極に対して反対符号の電位を有するバランシング電極を含むようにすることもできる。

図７は、同一電位Ｖ₆₁を有する２つの高電位電極１Ｅ₁、１Ｅ₂を備え、これらが接地電位に近い同一電位Ｖ₀₆を有する低電位電極２Ｅ₁，２Ｅ₂，２Ｅ₃の間に設けられる円形状装置の一例を概略的に示す。その電極は、高抵抗構成体３Ｅによって囲まれている。なお、高電位電極の数を増やしてもよいし、また一つだけにしてもよく、高電位電極が異なる電位を有してもよいし、低電位電極は、バランシング電極を含んでもよいことは明らかである。

図８は、異なる電位Ｖ₇₁、Ｖ₇₂を有する２つの高電位電極１Ｆ₁，１Ｆ₂が高抵抗構成体３Ｆによって囲まれるさらに別の実施例を非常に概略的に示している。この場合、低電位電極の構成２Ｆは、第２の高電位電極１Ｆ₂の２つの外側側面を囲み、第１の高電位電極１Ｆ₁の１つの外側側面を囲むように、これら電極を部分的に囲むように、そして、半矩形の外側縁部を形成するように設けられる。この場合、高電位電極の数は、１つだけでもよいが、２より多くてもよく、異なる電位を有しても、同一電位を有してもよいことは明らかである。

図９は、異なる電位Ｖ₈₁、Ｖ₈₂を有する２つの高電位電極１Ｇ₁、１Ｇ₂が高抵抗構成体３Ｇによって囲まれる長円形実施例を示す。一実施例においては、２つの高電位電極（多かれ少なかれ、対称的状態にあるものとする）に関し、その一方はバランシング電極と呼ばれ、この電位の平均は接地電位に近いようにされる。抵抗構成体３Ｇは、電極に匹敵する大きさとする。従って、抵抗構成体の外縁は、電極を囲むことなく、その電位は自動的にゼロに近くなる。よって、“高”電位電極の一方は、他方に対してバランシング電極であり、逆もそうである。高電位電極は、低電位電極により囲まれてもよい（不図示）。

図１０は、高電位電極１Ｈの４つの側部が、電位Ｖ₀₉の低電位（またはバランシング）電極２Ｈ₁、２Ｈ₂，２Ｈ₃、２Ｈ₄により囲まれているさらに別の実施例を非常に概略的に示す。高電位電極は、ここでは、電位Ｖ₉を有するものとする。抵抗構成体３Ｈはここでは、全ての電極を囲んでいる。このようにする代わりに、抵抗構成体を低電位電極２Ｈ₁、……、２Ｈ₄と高電位電極１Ｈとの間だけに設けてもよい。

最後に、図１１Ａは、電圧Ｖ₁₀₁の高電位電極１Ｋ₁が、強誘電材すなわち調整可能な誘電材４Ｋの上部に設けられ（図１１Ｂを参照）、誘電材４Ｋの反対側には、別の高電位電極１Ｋ₂（電圧Ｖ₁₀₂）が設けられる（図１１Ｂを参照）実施例の上面図である。高電位電極１Ｋ₁、１Ｋ₂は、低抵抗構成体３Ｋ₁、３Ｋ₂により囲まれ、外部は、低電位電極によってそれぞれ囲まれている。第１の高電位電極１Ｋ₁が設けられる側には、抵抗構成体３Ｋ₁が設けられ、一方、第２の高電位電極１Ｋ₂が設けられる反対側には、抵抗構成体３Ｋ₂が設けられる。この特定の実施例では、強誘電層４Ｋ、すなわち一般的には基板層は、マイクロ波が透過できるものとする。このような実施例においては、高電圧電極１Ｋ₁と裏面の電極１Ｋ₂は、マイクロ波が通過することができるように制限された導電度および厚さを有する。これは、強誘電材の調整することに基づいた装置には特に有益である。従って、高電位電極に使用される電極材料は、低マイクロ波吸収性の電極材料とする。抵抗膜も同様であるが、その抵抗率は、桁が低くなる。もちろん、このようなあらゆる材料を使用できる。

本発明の概念は、上述の明示した実施例に限定されず、種々の態様に変更できることは明らかであろう。例えば、互いに近接した高電位電極を非常に異なるようにでき、例えば、１００００Ｖの非常に高い電位電極の隣に−１００００Ｖの電位の電極を設けることができる。このような実施例においては、高電位電極は、ともに、低電位電極、すなわち電位がゼロに近い電極で囲まれる。従って、高電位電極は、また、非常に低い（負の）電位を有する電極を意味するかもしれない。この概念は、非常に異なる電位を有する電極に適用でき、この場合、低電位電極が、例えば、一つ以上のこのような電極を含む電極構成を部分的にまたは完全に囲むように設けられる。あるいは、このようにする代わりに、低電位電極を、追加的に、全ての対応電極の間に設けることもできる。また、原理上、種々の変形が可能で、電極を囲む、部分的に囲む、あるいは各電極の一方の側を囲むようにしてもよい。従って、抵抗構成体と低電位電極とは、上述の意味の高電位電極に関して多くの異なる態様で配置することができることは明らかである。また、２つの電極または構成要素間に非常に大きな電位差があるときには、低電位電極と抵抗構成体とは、これらを囲むように、またはその中間に、あるいは単に間に設けるように配置してもよいことは明らかである。しかしながら、一つの高電位電極（例えば、約８０００Ｖ、または約−８０００Ｖ）が存在し、例えば、約−８０００Ｖまたは＋８０００Ｖのバランス電位電極が設けられた場合、これらが対称的であると、低電位電極はバランス電位電極により置換される、すなわち、“低”電位電極は不要となることを意味する。また、抵抗構成体、電極、制御可能層、または基板層には、一般に、多くの異なる材料を使用できることは明らかであろう。上記説明では、いくつかの材料のみを例示した。何故なら、当業者には、他の材料を使用できることは明らかだからである。さらに、本発明の概念に従う装置は、電界異常またはピーク電界が問題を起こす多くの異なる部品で実施できることは明らかであろう。

本発明の一実施例に従う装置の断面を非常に概略的に示す断面図である。 図１Ａに示された装置の概略上面図である 高電位電極が強誘電層上に設けられる別の実施例に従う装置の断面図である。 上面に抵抗膜と接地電極が設けられない図２に対応した従来技術に従う装置のシュミュレートされた等電位線を示す。 本発明の概念の一実施形に従う、例えば、図２に対応した装置のシュミュレートされた等電位線を示す図３と同様の図である。 本発明の概念に従えば、必ずしも必要でないプレーナ電極のまわりに三次元充填物が設けられる一般的実施形を示す図である。 図５Ａの装置を三次元的に示す斜視図である。 異なる電位を有する２つの高電位電極が誘電層上に設けられる一実施例に従う装置を示す。 同電位の２つの高電位電極を有する円形状装置の一実施例を示す上面図である。 ２つの高電位電極が低電位電極により部分的に囲まれている装置の概略図である。 ２つの異なる電位を有する２つの高電位電極が設けられる長円体状装置を示す上面図である。 ４つの低電位電極により囲まれる１つの高電位電極を有する装置を示す上面図である。 高電圧電極が誘電層の２つの側面に設けられる多層構造の装置を示す上面図である（図１１Ａには上の面のみが示されている）。 図１１Ａの装置の断面図である。

Claims (27)

1. 絶対値で高い電位を有する少なくとも一つの高電位電極（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ₁，１Ｃ₂；１Ｄ₁，１Ｄ₂；１Ｅ₁，１Ｅ₂；１Ｆ₁，１Ｆ₂；１Ｇ₁；１Ｈ；１Ｋ₁，１Ｋ₂）を備え、前記高電位電極には、意図的に高電位が与えられるか、意図的ではないが高い静電電界または高電位にさらされる装置（１０；２０；３０；４０；５０；６０；７０；８０；９０）であって、
   前記装置は、少なくとも一つの低電位電極手段（２Ａ；２Ｂ₁，２Ｂ₂；２Ｃ；２Ｄ₁，２Ｄ₂；２Ｅ₁，２Ｅ₂，２Ｅ₃；２Ｆ；２Ｈ₁−２Ｈ₄；２Ｋ₁，２Ｋ₂）またはバランシング電位電極手段（１Ｇ）を備え、
   前記低電位電極手段またはバランシング電位電極手段は、前記少なくとも一つの高電位電極から離れて、またはこれの近くに設けられるか、または、前記少なくとも一つの高電位電極を、少なくとも部分的に、囲むように設けられ、
   前記装置は、前記高電位電極のそれぞれを、隣接した前記低電位電極手段またはバランシング電位電極手段（２Ａ；２Ｂ₁，２Ｂ₂；２Ｃ；２Ｄ₁，２Ｄ₂；２Ｅ₁，２Ｅ₂，２Ｅ₃；２Ｆ；２Ｈ₁−２Ｈ₄；２Ｋ₁，２Ｋ₂；１Ｇ₂）の対応したものに実質的に接続する抵抗構成体（３Ａ；３Ｂ₁，３Ｂ₂；３Ｃ；３Ｄ₁，３Ｄ₂，３Ｄ₃；３Ｅ；３Ｆ；３Ｇ；３Ｈ；３Ｋ₁，３Ｋ₂）を備え、
   前記抵抗構成体（３Ａ；３Ｂ₁，３Ｂ₂；３Ｃ；３Ｄ₁，３Ｄ₂，３Ｄ₃；３Ｅ；３Ｆ；３Ｇ；３Ｈ；３Ｋ₁，３Ｋ₂）は、前記高電位電極（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ₁，１Ｃ₂；１Ｄ₁，１Ｄ₂；１Ｅ₁，１Ｅ₂；１Ｆ₁，１Ｆ₂；１Ｇ₁；１Ｈ；１Ｋ₁，１Ｋ₂）と前記低電位またはバランシング電位電極手段（２Ａ；２Ｂ₁，２Ｂ₂；２Ｃ；２Ｄ₁，２Ｄ₂；２Ｅ₁，２Ｅ₂，２Ｅ₃；２Ｆ；２Ｈ₁−２Ｈ₄；２Ｋ₁，２Ｋ₂；１Ｇ₂）との間に、実質的に線形の電位変動を作り出すように、導電度は低いが非絶縁性であり、前記高、低またはバランシング電位電極（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ₁，１Ｃ₂；１Ｄ₁，１Ｄ₂；１Ｅ₁，１Ｅ₂；１Ｆ₁，１Ｆ₂；１Ｇ₁；１Ｈ；１Ｋ₁，１Ｋ₂；２Ａ；２Ｂ₁，２Ｂ₂；２Ｃ；２Ｄ₁，２Ｄ₂；２Ｅ₁，２Ｅ₂，２Ｅ₃；２Ｆ；２Ｈ₁−２Ｈ₄；２Ｋ₁，２Ｋ₂；１Ｇ₂）のいずれかの近くで発生するピーク電界を抑制することを特徴とする装置。
2. 前記少なくとも１つの高電位電極（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ₁，１Ｃ₂；１Ｄ₁，１Ｄ₂；１Ｅ₁，１Ｅ₂；１Ｆ₁，１Ｆ₂；１Ｇ₁；１Ｈ；１Ｋ₁，１Ｋ₂）が、誘電層（４Ｂ；４Ｄ；４Ｋ）上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記誘電層（４Ｂ；４Ｄ；４Ｋ）は、可変誘電定数を有し、例えば、強誘電層を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記高電位電極（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ₁，１Ｃ₂；１Ｄ₁，１Ｄ₂；１Ｅ₁，１Ｅ₂；１Ｆ₁，１Ｆ₂；１Ｇ₁；１Ｈ；１Ｋ₁，１Ｋ₂）、および前記低電位電極（２Ａ；２Ｂ₁，２Ｂ₂；２Ｃ；２Ｄ₁，２Ｄ₂；２Ｅ₁，２Ｅ₂，２Ｅ₃；２Ｆ；２Ｈ₁−２Ｈ₄；２Ｋ₁，２Ｋ₂）またはバランシング電位電極（１Ｇ₂）、ならびに前記抵抗構成体（３Ａ；３Ｂ₁，３Ｂ₂；３Ｃ；３Ｄ₁，３Ｄ₂，３Ｄ₃；３Ｅ；３Ｆ；３Ｇ；３Ｈ；３Ｋ₁，３Ｋ₂）が、制御可能な誘電定数を有する強誘電層（４Ｂ；４Ｄ；４Ｋ）上に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記装置が、前記誘電定数を制御するために強誘電層（４Ｂ；４Ｄ；４Ｋ）に電界を印加するように構成された電圧発生または印加手段を含むかまたは該手段に接続されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記装置が、前記高電位電極、低電位またはバランシング電位電極手段（２Ａ；２Ｂ₁，２Ｂ₂；２Ｃ；２Ｄ₁，２Ｄ₂；２Ｅ₁，２Ｅ₂，２Ｅ₃；２Ｆ；２Ｈ₁−２Ｈ₄；２Ｋ₁，２Ｋ₂；１Ｇ₂）、および好ましくは、例えば、誘電または強誘電層のようなプレーナ基板層（４Ｂ；４Ｄ；４Ｋ）を有するプレーナ構造を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記強誘電層が、ＢＳＴ材のようなセラミック材、または同様の特性を有する材料を含むことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記装置が、少なくとも２つの高電位電極（１Ｃ₁，１Ｃ₂；１Ｄ₁，１Ｄ₂；１Ｅ₁，１Ｅ₂；１Ｆ₁，１Ｆ₂；１Ｋ₁，１Ｋ₂）を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記少なくとも２つの高電位電極が、少なくとも２つの異なる電位（Ｖ₁，Ｖ₂）を有することを特徴とする請求項８に記載の装置
10. 前記抵抗構成体（３Ａ；３Ｂ₁，３Ｂ₂；３Ｃ；３Ｄ₁，３Ｄ₂，３Ｄ₃；３Ｅ；３Ｆ；３Ｇ；３Ｈ；３Ｋ₁，３Ｋ₂）が高抵抗膜を含むか、または前記抵抗構成体（３Ａ；３Ｂ₁，３Ｂ₂；３Ｃ；３Ｄ₁，３Ｄ₂，３Ｄ₃；３Ｅ；３Ｆ；３Ｇ；３Ｈ；３Ｋ₁，３Ｋ₂）が、電気的に調整可能な誘電層（４Ｂ；４Ｄ；４Ｋ）中に、あるいは周囲のシリコン材中に、あるいは絶縁流体中に流れることを可能にされた漏洩電流を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記抵抗構成体（３Ａ；３Ｂ₁，３Ｂ₂；３Ｃ；３Ｄ₁，３Ｄ₂，３Ｄ₃；３Ｅ；３Ｆ；３Ｇ；３Ｈ；３Ｋ₁，３Ｋ₂）が、１〜１０，０００ＭΩ／□のオーダのシート抵抗を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記抵抗構成体（３Ａ；３Ｂ₁，３Ｂ₂；３Ｃ；３Ｄ₁，３Ｄ₂，３Ｄ₃；３Ｅ；３Ｆ；３Ｇ；３Ｈ；３Ｋ₁，３Ｋ₂）が、約５０〜１５０、特に、約１００ＭΩ／□のオーダのシート抵抗すなわち抵抗率を有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 例えば、膜のような、前記抵抗構成体（３Ａ；３Ｂ₁，３Ｂ₂；３Ｃ；３Ｄ₁，３Ｄ₂，３Ｄ₃；３Ｅ；３Ｆ；３Ｇ；３Ｈ；３Ｋ₁，３Ｋ₂）が、スクリーン印刷されたＳｒＴｉＯ₃およびＬａＭｎＯ₃または同様のもののような抵抗厚膜を含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
14. 前記装置が、抵抗薄膜を含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記抵抗薄膜が、ニクロム（ＮｉＣｒ），ＣｒまたはＴａを含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 前記装置が、薄膜の構成または３次元構成を含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の装置。
17. 前記抵抗構成体（３Ａ；３Ｂ₁，３Ｂ₂；３Ｃ；３Ｄ₁，３Ｄ₂，３Ｄ₃；３Ｅ；３Ｆ；３Ｇ；３Ｈ；３Ｋ₁，３Ｋ₂）が、約５〜１０μｍの厚さを有すること、ならびに前記電極が約１０μｍの厚さを有し、約０．５〜１０μｍの厚さの誘電層上に配置されることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記装置がプレーナであること、或いは、プレーナ電極、およびプレーナ誘電層或いはプレーナ基板層（４Ｂ；４Ｄ；４Ｋ）を含むことを特徴とする請求項１乃至１７いずれか１項に記載の装置。
19. 前記抵抗構成体（３Ａ；３Ｂ₁，３Ｂ₂；３Ｃ；３Ｄ₁，３Ｄ₂，３Ｄ₃；３Ｅ；３Ｆ；３Ｇ；３Ｈ；３Ｋ₁，３Ｋ₂）が、前記高電位電極（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ₁，１Ｃ₂；１Ｄ₁，１Ｄ₂；１Ｅ₁，１Ｅ₂；１Ｆ₁，１Ｆ₂；１Ｇ₁；１Ｈ；１Ｋ₁，１Ｋ₂）を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 前記抵抗構成体が、前記高電位電極と、前記低電位またはバランシング電位電極との間に設けられることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の装置。
21. 前記高電位電極（１Ｋ₁，１Ｋ₂）、および前記低電位またはバランシング電位電極（２Ｋ₁，２Ｋ₂）が、電気的に調整可能な誘電層（４Ｋ）の２つの対向する側面の両方に配置されていることを特徴とする請求項１乃至２０いずれか１項に記載の装置。
22. 前記高電位電極（１Ｂ）、および前記低電位またはバランシング電位電極（２Ｂ₁，２Ｂ₂）が設けられる側とは反対の誘電または強誘電層（４Ｂ）の側に、接地電極（５Ｂ）が設けられることを特徴とする請求項３に記載の装置。
23. 前記装置が、円形、楕円、正方形、長方形、あるいは長円形プレーナ、または三次元的な拡がりを有することを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の装置。
24. 前記高電位電極と、前記低電位電極と、前記バランシング電位電極との内、少なくともいずれかの電極（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ₁，１Ｃ₂；１Ｄ₁，１Ｄ₂；１Ｅ₁，１Ｅ₂；１Ｆ₁，１Ｆ₂；１Ｇ₁；１Ｈ；１Ｋ₁，１Ｋ₂）が、シリコン中に封入されるか、または絶縁流体に浸されていることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の装置。
25. 前記高電位電極と、前記低電位電極と、前記バランシング電位電極との内、少なくともいずれかの電極が、誘電、例えば、強誘電基板（４Ｂ；４Ｄ；４Ｋ）上に、プリントまたはスパッタリング／プレーティングされて、エッチングされていることを特徴とする請求項１乃至２４いずれか１項に記載の装置。
26. 少なくとも一つの高電位電極（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ₁，１Ｃ₂；１Ｄ₁，１Ｄ₂；１Ｅ₁，１Ｅ₂；１Ｆ₁，１Ｆ₂；１Ｇ₁；１Ｈ；１Ｋ₁，１Ｋ₂）が、半導体基板上の処理を含めて、厚膜処理の場合、典型的には、他のいずれの電極からも約０．１〜１０ｍｍ離隔して配置され、薄膜処理の場合、典型的には、他のいずれの電極からも数μｍ、例えば、３〜３０μｍ程度離隔して配置されていることを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の装置。
27. 前記高電位電極と、前記低電位電極と、前記バランシング電位電極との内、少なくともいずれかの電極が、鋭い縁を有することを特徴とする請求項１乃至２６のいずれか１項に記載の装置。

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