NO319393B1 - Flersjikts tynnfilmelektroder, alene og brukt i hoyfrekvenskomponenter - Google Patents

Abstract

Flerlags tynnfilmelektrode (100) som omfatter tynne ledende filmer (1, 2, 3) og dielektriske filmer (30), idet disse filmer alternativt er lagt på hverandre,. og det hele er lagt på et di elektrisk substrat (10). Anordningen av filmene er slik at et elektromagnetisk felt som påtrykkes dem kommer til å få tilnærmet samme fase ved en gitt frekvens. Adhesivlederfilmer (20) er lagt inn mellom substratet og den nærmeste ledende film (3). og mellom samtlige ledende filmer (1, 2, 3) og de dielektriske filmer (30) inn mot. dem. Adhesivlederfilmene er av et materiale som lettere frembringer metalloksider, sammenliknet med de ledende filmer (1, 2, 3). Ved innleggingen av adhesivlederfilmene oppnås at overflatereaktansen av de ledende filmer (1, 2, 3) ikke øker, idet adhesivlederfilmenes tykkelse bestemmes av dielektrisitetskonstanten av de dielektriske filmer og substratet (20), og av. tykkelsen av minst én av de ledende filmer (1, 2, 3).

Description

Denne oppfinnelse gjelder en fterlags tynnfilmelektrode som brukes innenfor et høyfrekvensbånd, så som et mikrobølge-, submillimeterbølge- eller miUimeterbølgebånd.

Elektronikkomponenter kan stadig fremstilles i mindre størrelse. Størrelsen av høyfrekvenskomponenter i de frekvensområder som er nevnt ovenfor kan videre reduseres ved å bruke materialer med stor dielektrisitetskonstant e. Når man reduserer komponenten ved å øke dielektrisitetskonstanten vil man imidlertid fa større energitap i materialet, nemlig omvendt proporsjonal med tredjeroten av volumet. Energitapet i høyfrekvenskomponenter kan grovt inndeles i ledertap som i alt vesentlig skyldes motstandstap i lederoverflaten, og dielektriske tap i dielektrikumet. I den senere tid har imidlertid dielektriske materialer med stor dielektrisitetskonstant og samtidig lave dielektriske tap kommet til anvendelse i praksis. Av denne grunn er det ledertapene som kan være de mest dominerende i bidraget til reduksjon av den ubelastede godhetsfaktor (Q-faktoren) for en komponent eller krets. I denne sammenheng skal vises til vårt publiserte WO 95/06336 som beskriver en flersjikts tynnfilmelektrode som er egnet til å redusere ledertapene i høyfrekvensanvendelser. I de tegninger som følger beskrivelsen gjelder fig. 4 denne kjente elektrode, i en halvbølgelinjeresonator, idet elektroden 200 er en flerlags tynnfilmelektrode med et dielektrisk substrat 10 med en jordleder 11 på undersiden og tynnfilmelektroden 200 lagt på oversiden. Elektroden har fem lag eller filmer, og disse er, regnet fra undersiden: en bånd-eller strirnmelformet tynn ledende film 3a hvis lengde er Xg/2 (idet Xg indikerer bølgelengden i en bølgeleder) i substratets 10 lengderetning, en tynn dielektrisk film 30a-2, en andre tynn ledende film 2a, en andre tynn dielektrisk film 30a-1 og en tredje tynn ledende film la. Filmene danner således sammen et laminat på substratet 10. En mikrobåndlinje (i form av en hovedtransmisjonslinje) LN 10a for TEM-modusenergioverføring (idet TEM står for transversal elektromagnetisk bølgeutbredelse) dannes av den underste, første ledende film 3a, det dielektriske substrat 10 på undersiden og jordelektroden 11 under substratet 10.

I tillegg er det på oversiden av hovedtransmisjonslinjen LN 10a lagt det man kan kalle en subtransmisjonslinje (likeledes for TEM-modus) ved å legge den dielektriske film 30a-2 mellom to ledende filmer 2a og 3a, og på denne er lagt en øverste subtransmisjonslinje for TEM-overføring ved å legge en dielektrisk film 30a-1 mellom to ledende filmer la og 2a. I henhold til en fremgangsmåte som er beskrevet i WO 95/06336 bygges tynnfilmelektroden 200 opp på følgende måte: (a) Tykkelsen og dielektrisitetskonstanten Cs av de dielektriske filmer 30a-1 og 30a-2 fastlegges til gitte verdier slik at den TEM-bølge som overføres av linjen LN 10a og subtransmisjonslinjene får tilnærmet samme overføringshastighet, og (b) tykkelsen av de ledende filmer 2a og 3a fastlegges til gitte verdier som gir mindre tykkelse enn inntrengningsdybden ved en gitt driftsfrekvens, slik at det elektromagnetiske felt i hovedtransmisjonslinjen LN 10a og den nederste subtransmisjonslinje koples gjensidig og slik at det elektromagnetiske felt i de subtransmisjonslinjer som ligger på hverandre også koples gjensidig.

Følgelig vil den høyfrekvensenergi som overføres i linjen LN 10a delvis gå i subtransmisjonslinjene, hvorved høyfrekvent strøm kommer til å gå i de ledende filmer la-3a. Fortrengningsvirkningen i elektroden 200 reduseres derved vesentlig ved høyere frekvenser.

En halvbølgelinjeresonator (elektrisk lengde lik X/2) så som den vist på fig. 4 kan arbeide som et båndpassfilter når den koples til en ytre krets via en leder 12 på inngangssiden og en leder 13 på utgangssiden, idet lederne er lagt direkte på substratet 10.

Slike konvensjonelle flerlags tynnfilmelektroder har dessverre bare liten adhesivstyrke mellom det dielektriske substrat og den tynne ledende film som er lagt på substratet, og mellom hver dielektrisk film og tilstøtende ledende film. Derved kan man få redusert påliteligheten av komponenten. Når det i tillegg er lagt inn ledende filmer med klebevirkning, i det følgende kalt adhesivlederfilmer, for å forbedre adhesjonen mellom substratet og en ledende film på denne og mellom hver dielektrisk film og tilstøtende ledende film, vil fortrengningsvirkningen ikke undertrykkes særlig.

Med dette som bakgrunn er det et mål for denne oppfinnelse å tilveiebringe en flerlags tynnfilmelektrode som gir tilstrekkelig undertrykking av fortrengningsvirkningen og som har god pålitelighet med større adhesjon mellom substratet og en ledende film på dette og mellom de enkelte dielektriske filmer og ledende filmer inntil disse, sammenliknet med konvensjonelle flerlags tynnfilmelektroder.

Målet anses nådd ved at det her foreslås en flerlags tynnfilmelektrode lagt på et dielektrisk substrat og omfattende tynne ledende filmer og tynne dielektriske filmer, idet de dielektriske filmer avvekslende er lagt inn mellom de ledende filmer, og hvor tynnfilmelektrodens struktur er slik at det elektromagnetiske felt i henholdsvis substratet og samtlige dielektriske filmer under overføring av høyfrekvensenergi ved en gitt frekvens får samme fase. Særlig kjennetegnes tynnfilmelektroden ved at det mellom den ledende film nærmest substratet og dette og mellom hver av de ledende filmer og deres nærmest liggende dielektriske film eller filmer er innskutt en adhesivlederfilm som lettere danner metalloksider enn de ledende filmer, og ved at de dielektriske filmers tykkelse er forhåndskorrigert på basis av deres dielektrisitetskonstant &„ substratets dielektrisitetskonstant ^ og tykkelsen Ag av adhesivlederfilmene for i alt vesentlig å hindre økning av de ledende filmers overflatereaktans X forårsaket av de innskutte.

Tykkelsen av hvert lag velges altså på forhånd slik at man får en tilstrekkelig god undertrykking av den fortrengningsvirkning som dannes ved at strømmen presses ut til overflaten av lederen.

Det at det elektromagnetiske felt som overføres i substratet og i hver av de dielektriske filmer får hovedsakelig samme fase ved en gitt frekvens betyr at når man lager transmisjonslinjer ved hjelp av den her beskrevne flerlags tynnfilmelektrode får de bølger som overføres på innsiden av substratet og på innsiden av de dielektriske filmer omtrent samme fasehastighet. Når en resonator bygges med slike tynnfilmelektroder vil de elektromagnetiske felter som overføres i substratet og de dielektriske ledende filmer oscillere ved hovedsakelig samme fase.

For å forbedre adhesivstyrken mellom de enkelte lag eller filmer er det ifølge oppfinnelsen lagt inn adhesivlederfilmer som hovedsakelig består av metaller valgt fra gruppen som omfatter Zr, Hf, Ti, Ta, Nb, V og Cr, idet disse metaller har en stor verdi for standardentalfien for oksiddannelse. I dette tilfelle korrigeres fortrinnsvis tykkelsen av hver tynne dielektriske film, ut fra følgende formel for tykkelseskorreksjonen Axs:

Axs={(em/es) - 1}"'-As

hvor £„, som angitt ovenfor fortsatt er den relative dielektrisitetskonstant for substratet 10, es er dielektrisitetskonstanten av hver dielektrisk film, og As er tykkelsen av adhesivlederfilmen som er lagt inn mot hver dielektrisk film.

En transmisjonslinje ifølge oppfinnelsen har en flerlags tynnfilmelektrode som er utformet med en gitt form på i det minste én side av det dielektriske substrat.

En høyfrekvensresonator ifølge oppfinnelsen har likeledes en flerlags tynnfilmelektrode ifølge oppfinnelsen utformet til en gitt fasong, på minst den ene side av et dielektrisk substrat.

Et høyfrekvensfilter ifølge oppfinnelsen omfatter: flere høyfrekvensresonatorer ifølge oppfinnelsen, idet hvert par av disse blir lagt inn mot hverandre og koplet sammen elektromagnetisk, og filteret har en inngang for tilførsel av signaler til resonatorene, og en utgang for å føre ut signaler fra disse.

Fig. 1 viser i perspektiv en halvbølgelinjeresonator ifølge oppfinnelsen, ved at den bruker en modifisert type flerlags tynnfilmelektroder, fig. 2 viser et flytskjema over en måte å bestemme tykkelsen av hver ledende og dielektrisk film på, fig. 3a - 3e viser forskjellige former for transmisjonslinjer og en resonator, idet alle benytter flerlags elektroder ifølge oppfinnelsen, og fig. 4 viser som allerede nevnt den kjente teknikk med umodifiserte flerlagselektroder.

Oppfinnelsen vil forstås bedre ut fra den detaljbeskrivelse som nå følger, av foretrukne utførelsesformer. Det vises samtidig til tegningene, hvor fig. 1 altså i perspektiv viser en halvbølgelinjeresonator i en bestemt utførelse, med en flerlags tynnfilmelektrode 100 ifølge oppfinnelsen. Mellom et dielektrisk substrat 10 og en underste, første tynn ledende film 3 er det lagt en første adhesivlederfilm 20-5, en andre slik film 20-4 er lagt på den første ledende film 3 og under en første tynn dielektrisk film 30-2, og videre oppover til en femte, øverste adhesivlederfilm 20-1 mellom den øverste dielektriske film 30-1 og en tredje, øverste ledende film 1. Denne lagdelte elektrode erstatter den umodifiserte elektrode 200 vist på fig. 4.

Som i den konvensjonelle resonator er en jordleder 11 anordnet på undersiden av substratet 10, over hele undersideflaten. Den første ledende film 3 er båndformet og har lengden W2. Filmen strekker seg i substratets 10 lengderetning. Som allerede forklart er det mellom hver av de tre ledende filmer 1, 2, 3 lagt en dielektrisk film 30-1 hhv 30-2, og mellom samtlige filmer, ledende eller dielektriske er det innskutt en adhesivlederfilm 20-1, 20-2,20-3, 20-4, 20-5.

Metaller som lett danner oksygenovertrekk brukes som materiale for adhesivlederfilmer. Jo lettere metallet danner sitt oksid desto større adhesjon blir det mellom et dielektrisk substrat og en tynn ledende film som er lagt på dette og mellom hver tynne ledende film og en tynn dielektrisk film lagt inntil. M.a.o. foretrekkes metaller som har store standardverdier for entalpien for oksiddannelse, slik det fremgår av Tabell 1 nedenfor:

Det dielektriske substrat har relativt stor dielektrisitetskonstant og liten dielektrisk tapsverdi og er fortrinnsvis utformet av enkrystallinsk aluminiumoksid i form av safir eller keramikk (f.eks. (Zr, Sn)TiC>4). De dielektriske filmer 30-1 og 30-2 er fortrinnsvis av Si02, Ta205, Ta205 eller TaSiO, alle materialer med små dielektriske tap og som lett kan utformes som en tynn film. Jordlederen 11 og de tynne ledende filmer 1-3 er fortrinnsvis av godt ledende metaller så som Cu, Al, Au og Ag.

I halvbølgelinjeresonatoren som har den konstruksjon som er gjennomgått ovenfor dannes en hovedtransmisjonslinje LN 10 på tilsvarende måte som i den kjente teknikk, for TEM-modusenergioverføring, av den ledende film 3, jordlederen 11, det dielektriske substrat 10 mellom disse og med en adhesivlederfilm 20-5 lagt mellom den ledende film 3 og substratet 10. I tillegg er det på oversiden av hovedtransmisjonslinjen LN 10 lagt en subtransmisjonslinje (en første, underste) for samme overføringsmodus og ved å legge den tynne dielektriske film 30-2 mellom de ledende filmer 2 og 3 og slik at adhesivlederfilmen 20-3 legges mellom den ledende film 2 og den dielektriske film 30-2, mens adhesiv-lederfilrnen 20-4 legges mellom den dielektriske film 30-2 og den ledende film 3. En andre, øvre substransmisjonslinje for likeledes TEM-overføring er utformet ved å legge den tynne dielektriske film 30-1 mellom et par ledere i form av de ledende filmer 1 og 2 og slik at den allerede omtalte adhesivlederfilm 20-1 legges mellom den ledende film 1 og den dielektriske film 30-1, og med adhesivlederfilmen 20-2 lagt mellom den dielektriske film 30-1 og den ledende film 2.

Særlig kan den flerlags tynnfilmelektrode 100 bygges opp på følgende måte:

a) Ved å bruke en fremgangsmåte som allerede er omtalt bestemmes tykkelsen av den dielektriske film 30-1 og den tilsvarende film 30-2 ved å korrigere tykkelsen av den dielektriske film 30a-1 og den dielektriske film 30a-2 i den konvensjonelle elektrode 200, og derved vil TEM-bølgene som overføres i hovedtransmisjonslinjen LN 10 få tilnærmet samme fasehastighet som i subtransmisjonslinjene, og b) bestemmelse av tykkelsen av den ledende film 2 og den ledende film 3, ved verdier som er mindre enn inntrengningsdybden ved driftsfrekvensen, slik at hoved-transmisjonslinjens LN 10 elektromagnetiske felt og det elektromagnetiske felt i den nærmeste subtransmisjonslinje koples sammen, og slik at subtransmisjonslinjenes elektromagnetiske felt også koples sammen innbyrdes.

Strømfortrengningen ved høyere frekvenser undertrykkes derved i vesentlig grad i elektroden 100 med adhesivlederfilmene 20-1....20-5. Videre er i denne utførelse de tynne ledende filmer 1, 2 og 3, de tynne dielektriske filmer 30-1 og 30-2 og adhesivlederfilmene 20-1....20-5 laget slik at tykkelsen er større jo høyere opp i lagene filmen ligger, ved anvendelse av den fremgangsmåte som er beskrevet i JP patentsøknad 6-310900, slik at strømfortrengningen reduseres mer effektivt, sammenliknet med det som oppnås med den konvensjonelle flerlags tynnfilmelektrode 200.

En fremgangsmåte for korrigering av tykkelsen av hver tynne dielektriske film skal gjennomgås nedenfor: Når det er lagt inn adhesivlederfilmer mellom et dielektrisk substrat og en tynn elektrisk ledende film inntil dette og mellom hver ledende film og en tynn dielektrisk film lagt inntil, for å forbedre adhesivstyrken, idet tykkelsen av de dielektriske filmer er den samme som den som gjelder for den konvensjonelle flerlags elektrode 200 vil undertrykkelsen av fortrengningsvirkningen ødelegges (dvs hevingen av godhetsfaktoren Q). Man har funnet at dette skyldes en økning i overflatemotstanden i lederfilrnen i kontakt med en adhesivlederfilm.

Således er det søkt å komme frem til praktiske måter for å eliminere denne reaktansøkning AX ved overflaten av en tynn elektrisk ledende film, idet økningen altså skyldes formingen av den klebende lederfilm som her er kalt adhesivlederfilmen. Som et resultat ble det funnet at økningen i overflatereaktans kunne elimineres når en tynn dielektrisk film i kontakt med adhesivlederfilmen hvis motsatte side var i kontakt med den tynne ledende film, ble gjort tykkere, opp til en bestemt gitt tykkelse. Når m.a.o. en adhesivlederfilm har en filtntykkelse As vil økningen AX i overflatereaktansen X av en tynn ledende film i kontakt med adhesivlederfilmen bli slik det fremgår av likning 1 nedenfor: hvor 80 er inntrengningsdybden (ledersjiktdybden) hos en tynn lederfilm i kontakt med adhesivlederfilmen. Det ble funnet at en gitt tykkelseskorreksjon Axs for en tynn dielektrisk film som trengtes for å kansellere økningen AX i henhold til likning 1 tilnærmet følger likning 2 gitt nedenfor:

hvor En, er dielektrisitetskonstanten av det dielektriske substrat 10, mens £s er dielektrisitetskonstanten av den tynne dielektriske film 30. Når de ledende filmer dannes av godt ledende metall så som kopper (Cu, ledningsevne acu» 53 x IO<6>), Ag (ledningsevne aAG a 61 x IO<6>), Au (ledningsevne cAu « 45 x 10<6>) og Al (ledningsevne oM « 37 x IO<6>) gjelder likning 2 i et område på omkring IO<3> < as < 2 til 5 x IO<6> S/m (dvs at ledningsevnen crs ikke er mindre enn 10 og ikke mer enn en tidel av ledningsevnen hos en tynn elektrisk ledende film). Som vist ovenfor, ved å bestemme tykkelsen av en tynn dielektrisk film slik at størrelsen Axs tilfredsstiller likning 2 kan den flerlags tynnfilmelektrode 100 med adhesivlederfilmer arbeide tilsvarende den allerede kjente flerlags elektrode 200, hvilket fører til undertrykking av fortrengningsvirkningen, tilsvarende det som finner sted i denne kjente elektrode. Tykkelseskorreksjonen Axs fra likning 2 kan anvendes i tilfeller hvor man legger en adhesivlederfilm på over- eller undersiden av en tynn dielektrisk film. Når adhesivlederfilm legges på begge sider av den dielektriske film vil korreksjonen anta den dobbelte verdi 2Axs.

Fig. 2 viser et flytskjema * for bestemmelse av tykkelsen av filmer i henhold til oppfinnelsen, innbefattet den korreksjonsmetode som er skissert ovenfor. I den øverste blokk i diagrammet bestemmes tykkelse og dielektrisitetskonstant Es av hver tynne dielektriske film, og tykkelsen av hver tynne elektrisk ledende film bestemmes også ved hjelp av konvensjonelle metoder som brukes for å bestemme tykkelsen av hver tynne ledende film og for hver tynne dielektriske film i tilfelle det ikke er avsatt noen adhesivlederfilm på disse. Dette utføres i blokk 2 i diagrammet, ved at tykkelsesberegningen inntar korreksjonen for samtlige dielektriske filmer, ved hjelp av likning 2 og basert på dielektrisitetskonstantene Ej og em for hhv den dielektriske film og et dielektrisk substrat, og tykkelsen av en adhesivlederfilm i kontakt med den dielektriske film. Tykkelsen av hver tynne dielektriske film, bestemt i blokk 1 i diagrammet, korrigeres ved å tilføye den resulterende tykkelseskorreksjon. Tykkelsen av hver tynne elektrisk ledende film i blokk 2 i diagrammet brukes som utgangsverdi uten korreksjon, og deretter tilføyes korreksjonsverdien i det siste trinn (blokk 3) i skjemaet. På denne måte kan tykkelsen av både de ledende filmer og de dielektriske filmer bestemmes endelig, i relativt enkle prosesstrinn.

Som et resultat kan man fremstille en halvbølgelinjeresonator med stor Q-verdi (målt uten belastning) ved å tilvirke resonatoren med den allerede omtalte flerlags tynnfilmelektrode 100, jordlederen 11 og det dielektriske substrat 10 lagt inn mellom disse to elementer. Videre kan man lage et båndpassfilter med en slik resonator på følgende måte: En leder 12 for en inngang utformes slik at lederen og den ene ende av elektroden 100 har en viss innbyrdes avstand, men er elektromagnetisk koplet til hverandre, og på tilsvarende måte kan en leder 13 anordnes i den andre ende av substratet 10 for å tjene som tilkopling "ut", og likeledes anordnet i en viss avstand fra den motsatte ende av elektroden 100, hvor det også er elektromagnetisk kopling mellom lederen og elektroden. I denne utførelse har lederne 12 og 13 også kapasitiv kopling til den ene hhv andre ende av den tynne ledende film 3 oppå den første adhesivlederfilm 20-5.

Siden flerlags tynnfilmelektroder med adhesivlederfilmer kan fremvise større mellomlagheftevne forbedres komponentens mekaniske styrke og motstandsdyktighet overfor endringer som følge av ytre påvirkninger. Anvendelsesomfanget for etterbearbeiding etter at filmen er lagt inn i elektroden på et keramisk substrat øker derved. Elektroden kan tåle mekanisk bearbeiding, f.eks. kan substratet skjæres opp i en kuttemaskin sammen med elektroden, og deretter kan substratet poleres sammen med den flerlags tynnfilmelektrode. Derfor kan substratet tåle forskjellige prosesstrinn etter forming av elektroden på dette. I tillegg kan elektroden motstå harde omgivelsesforhold hvor f.eks. temperaturen varierer fra ultralav og til høy, hvilket fører til et større temperaturområde for komponentens tillatte drift. Derfor kan en flerlags tynnfilmelektrode ifølge oppfinnelsen anvendes ikke bare for den resonator som er nevnt ovenfor og det tilsvarende filter, men også for forskjellige typer resonatorer og filtere. Resonatorer og filtere som har utmerket motstandsdyktighet overfor forskjellige forhold i omgivelsene kan også tilveiebringes i henhold til oppfinnelsens bruk av en flerlags tynnfilmelektrode.

EKSEMPLER

Eksempler på oppfinnelsen skal nå gjennomgås.

I de eksempler som gjennomgås ble Q-økningsforholdet sammenliknet for et tilfelle med korreksjon av tykkelsen av tynne dielektriske filmer og et tilfelle hvor dette ikke ble utført. Parametre som brukes i eksemplene er:

1) driftsfrekvensen for den flerlags tynnfilmelektrode 2,6 GHz

2) den relative diel.konstant em for det dielektriske substrat ((Xr, Sn)Ti04) 38,0

3) relativ diel.konstant & s for den tynne dielektriske film (Si02) 4,1

4) ledningsevnen ai for den tynne elektrisk ledende film (Cu) 50 x IO<6> S/m

5) ledningsevnen o2 for adhesivlederfilmen (Ti) 1 x IO<5> S/m.

De følgende eksempler viser en flerlags tynnfilmelektrode hvis øverste elektrodefilm er tykkere enn de nedre filmer inne i sjiktoppbyggingen, idet de nedre elektrodefilmer har samme tykkelse. Også tykkelsen av de dielektriske filmer er den samme.

Ideelt og som indikert i vår patentsøknad JP 6-310900 reduseres gradvis tykkelsen av de dielektriske filmer fra toppen og ned til bunnen av lagoppbyggingen, slik at tykkelsen av den nederste film blir minst.

For imidlertid å etablere god og praktisk mekanisk styrke av laget kan de nedre dielektriske lag være tykkere enn deres ideelle tykkelse for å gi maksimal undertrykking av fortrengningsvirkningen.

Selv om den flerlags tynnfilmelektrode har en struktur som er belyst i et av de følgende eksempler, kan tilstrekkelig undertrykking av fortrengningsvirkningen av strømmen oppnås, og aksepterbare områder for tykkelsen av den dielektriske tynnfilm er også beskrevet i patentsøknaden nevnt ovenfor.

EKSEMPEL 1

Først vises resultater som fremkom ved evaluering av en konvensjonell flerlags tynnfilmelektrode, og disse resultater tas med for sammenlikning. Deretter skal resultatene fra Eksempel 1 beskrives. Tabell 2 nedenfor viser resultatene fra evalueringen av en elektrode med fem tynne elektrisk ledende filmlag (heretter vil antallet lag bety antallet tynne elektrisk ledende filmlag) og fremstilt uten at det ble anordnet noen adhesivlederfilm, under de ovenfor nevnte parameterbetingelser.

I den konvensjonelle elektrode som resultatene er vist for i Tabell 2 ble Q øket 2,28 ganger når det ble lagt inn 40 nm tykke adhesivlederfilmer mellom substratet 10 og en tynn ledende film inntil dette og mellom hver ledende film og en tynn dielektrisk film inntil disse, uten korreksjon av tykkelsen for hver dielektrisk film. M.a.o. blir det her bekreftet at Q-økningen for en flerlags tynnfilmelektrode ble redusert når adhesivlederfilmer ble lagt inn mellom elektrodesjiktene, dersom man ikke utførte korreksjon av tykkelsen av hver dielektrisk film.

Resultatene fra evalueringen for en flerlags tynnfilmelektrode i henhold til Eksempel 1 er vist nedenfor i Tabell 3, med innlegg av 40 nm tykke adhesivlederfilmer mellom substrat, ledende film og dielektrisk film, idet tykkelsen av de dielektriske filmer ble korrigert.

Som det fremgår av Tabell 2 og 3 far man en Q-økning som tilsvarer det man får for en konvensjonell tynnfilmelektrode, ved å utforme tynnfilmelektroden i henhold til eksempel 1 med innlagte adhesivlederfilmer og samtidig korrigere tykkelsen av samtlige lederfilmer og dielektriske filmer i henhold til den korreksjonsfremgangsmåte som er gjennomgått ovenfor.

EKSEMPEL 2

I Eksempel 2 ble Q-økningen undersøkt for en flerlags tynnfilmelektrode med ti lag og laget i stand slik som i Eksempel 1. Tabell 4 nedenfor viser de enkelte filmtykkelser og Q-økningen for en konvensjonell flerlags tynnfilmelektrode, og Tabell 5 viser samme for elektroden i Eksempel 2, idet denne hadde pålagt adhesivlederfilmer og korrigert med hensyn til tykkelse av hver dielektrisk film.

I den konvensjonelle elektrode som fremgår av Tabell 4 var Q-økningen 2,55 ganger når det ble lagt inn 40 mm tykke adhesivlederfilmer mellom hhv substratet 10 og den nærmeste ledende film og mellom hver av de ledende filmer og de tilstøtende dielektriske filmer, uten tykkelseskorreksjon av hver dielektrisk film. Fra Tabell 4 og 5 fremgår at en tilsvarende Q-økning oppnås selv når elektroden i Eksempel 2 har ti lag, i forhold til et konvensjonelt elektrodesystem, ved å legge inn adhesivlederfilmer og regulere tykkelsen av hver ledende film og dielektrisk film i henhold til den korreksjonsmetode som er illustrert ovenfor.

Modifikasjon av oppfinnelsens flerlags tynnfilmelektrode kan utføres på følgende måte: Selv om elektroden 100 ble brukt for en halvbølgelinjeresonator i eksemplene ovenfor kan elektroden også brukes i andre transmisjonslinjer og resonatorer, slik det skal belyses nedenfor. Fig. 3a viser i perspektiv en mikrobåndlinje som bruker flerlags tynnfilmelektroder ifølge oppfinnelsen. Elektrodene brukes i en håndleder 51 som danner en elektrode på oversiden av en jordleder eller -elektrode 52, eller for enten den ene eller den andre av disse ledere eller elektroder. Fig. 3b viser i perspektiv en treleders båndlinje som også bruker oppfinnelsens elektroder. De inngår i den sentrale elektrode i form av en håndleder 61 og begge jordledere eller -elektroder 62 og 63, eller bare i bandlederen og en av jordledeme. Fig. 3c viser i perspektiv en koaksiallinje som også er egnet for oppfinnelsens tynnfilmelektrode 100, enten for både linjens midtleder 71 og den omsluttende jordleder 72 eller for en av disse. Fig. 3d viser et lengdesnitt gjennom en TM0io-modus bølgeleder med sirkulært tverrsnitt og hvor oppfinnelsens flerlags tynnfilmelektrode 100 kan brukes som ytterleder 73. Fig. 3e viser i perspektiv en TMoio-modus resonator som også er egnet for oppfinnelsens elektrode 100 med tynnfilmstruktur, i dette tilfelle for en kontaktleder 81 og en underliggende jordleder 82, eller for bare en av disse ledere.

Oppfinnelsens elektrode 100 kan også brukes for andre typer linjer som ikke er illustrert, f.eks. opphengslinjer, koplanare linjer, spaltelinjer, rektangulære bølgeledere, kantbølgeledere, andre typer sirkulære bølgeledere, dielektriske linjer, såkalte G-linjer, såkalte "image lines", såkalte H-linjer o.l. Videre kan oppfinnelsens elektroder brukes i induktorer og kondensatorer i forskjellige høyfrekvensapparater, så som isolatorer, antenner og spoler i brikkeutførelse.

For å anvende en flerlags tynnfilmelektrode ifølge oppfinnelsen i en transmisjonslinje som arbeider etter en bestemt TM-modus, med unntak av TEM-modus, slik det er vist på fig. 3d, forhåndsbestemmes tykkelse og dielektrisitetskonstant for hver dielektrisk film og elektrisk ledende film, i tillegg til samme for hver adhesivlederfilm, slik at den TM-modus utbredelsesbølge som sendes gjennom det dielektriske substrat og de bølger som sendes gjennom de dielektriske filmer far tilnærmet samme fasehastighet når transmisjonslinjen brukes ved den bestemte frekvens. Brukes elektroden i en resonator, slik det er vist på fig. 3e, bestemmes tykkelsene av filmene slik at man får en stabil elektromagnetisk bølgestruktur i substratet og med tilnærmet samme oscillatoriske fase av det stasjonære elektromagnetiske felt i det dielektriske substrat og de dielektriske filmer, når resonatoren arbeider ved en gitt frekvens. På tilsvarende måte som ovenfor kan elektroden ifølge oppfinnelsen brukes i forskjellige høyfrekvenslinjer, -resonatorer og -filtere.

Det fremgår av denne beskrivelse at adhesivfilmer kan innføres mellom de enkelte dielektriske og ledende filmer og inn mot substratet, og derved oppnås bedre heftstyrke mellom de enkelte filmer eller lag, og bedre pålitelighet. Videre reduseres ledertapene slik at man kan hindre en økning AX av overflatereaktansen X av hver ledende film ved å korrigere filmtykkelsen og legge inn adhesivlederfilmer.

I tillegg kan adhesivstyrken ytterligere økes ved å bruke i det minste ett metall som er valgt fra følgende grupper: Zr, Hf, Ti, Ta, Nb, V og Cr, for adhesivlederfilmene. I dette tilfelle kan ledertapene mer effektivt reduseres ved å korrigere tykkelsen av hver tynne dielektriske film i henhold til følgende formel:

En transmisjonslinje ifølge oppfinnelsen kan få reduserte transmisjonstap ved at det anvendes en flerlags tynnfilmelektrode ifølge oppfinnelsen som kan redusere ledertapet ved en gitt driftsfrekvens.

En resonator ifølge oppfinnelsen kan øke Q-verdien uten belastning ved å anvende en flerlags tynnfilmelektrode ifølge oppfinnelsen og med redusert ledertap ved en bestemt oscillasjonsfrekvens.

Et høyfrekvensfilter ifølge oppfinnelsen kan få redusert passbåndtap ved å anvende

. en resonator ifølge oppfinnelsen og med stor ubelastet Q-verdi.

Claims (8)

1. Flerlags tynnfilmelektrode (100) lagt på et dielektrisk substrat (10) og omfattende tynne ledende filmer (1, 2, 3) og tynne dielektriske filmer (30), idet de dielektriske filmer (30) avvekslende er lagt inn mellom de ledende filmer (1,2, 3), og hvor tynnfilmelektrodens (100) struktur er slik at det elektromagnetiske felt i henholdsvis substratet (10) og samtlige dielektriske filmer (30) under overføring av høyfrekvensenergi ved en gitt frekvens får samme fase, karakterisert ved at det mellom den ledende film (3) nærmest substratet (10) og dette og mellom hver av de ledende filmer (1, 2, 3) og deres nærmest liggende dielektriske film eller filmer (30) er innskutt en adhesivlederfilm (20) som lettere danner metalloksider enn de ledende filmer (1,2,3), og ved at de dielektriske filmers (30) tykkelse er forhåndskorrigert på basis av deres dielektrisitetskonstant ( e^, substratets (10) dielektrisitetskonstant (£„,) og tykkelsen (AS) av adhesivlederfilmene (20) for i alt vesentlig å hindre økning av de ledende filmers (1, 2, 3) overflatereaktans (X) forårsaket av de innskutte adhesivlederfilmer (20).

2. Tynnfilmelektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at adhesivlederfilmene (20) består av minst ett metall fra gruppen: Zr, Hf, Ti, Ta, Nb, V og Cr.

3. Tynnfilmlektrode ifølge krav 2, karakterisert ved at forhåndskorrigeringen av de dielektriske filmers (30) tykkelse er på basis av følgende formel for tykkelseskorreksjonen Axs:

4. Høyfrekvenstransmisjonslinje som omfatter et dielektrisk substrat (10), en første elektrode (51) anordnet over hovedsakelig hele hovedoverflaten på substratet, og en andre elektrode (52) anordnet på motsatt overflate av substratet, karakterisert ved at en av elektrodene er en flerlags tynnfilmelektrode (100) ifølge krav 1-3.

5. Høyfrekvenstransmisjonslinje som omfatter et dielektrisk substrat (10), en første elektrode (62) anordnet over hovedsakelig hele hovedoverflaten på substratet, en andre elektrode (63) anordnet på hovedsakelig hele den motliggende overflate på substratet, og en tredje elektrode (61) som er lagt inn i substratet, karakterisert ved at minst én av elektrodene er en flerlags tynnfilmelektrode (100) ifølge krav 1-3.

6. Koaksial høyfrekvenstransmisjonslinje som omfatter et dielektrisk substrat (10), en indre elektrode (71) lagt inn i substratet, og en ytre elektrode (72) lagt utenpå substratet for å omslutte den indre elektrode, karakterisert ved at minst én av elektrodene er en flerlags tynnfilmelektrode (100) ifølge krav 1-3.

7. Høyfrekvensresonator som omfatter et dielektrisk substrat (10), en første elektrode (81) anordnet på en overflate på substratet, og en andre elektrode (82) anordnet på substratets motsatte overflate, karakterisert ved at minst én av elektrodene minst én av elektrodene er en flerlags tynnfilmelektrode (100) ifølge krav 1-3.

8. Dielektrisk høyfrekvensfilter som omfatter et dielektrisk substrat (10), en første elektrode anordnet på en overflate på substratet, en andre elektrode (11) anordnet på substratets motsatte overflate, idet den første og den andre elektrode så vel som substratet mellom dem danner en dielektrisk resonator, en inngangselektrode (12) anordnet på substratets overflate for elektromagnetisk kopling med resonatoren, og en utgangselektrode (13) anordnet på substratets overflate for likeledes elektromagnetisk kopling til resonatoren, karakterisert ved at i det minste den første elektrode er en flerlags tynnfilmelektrode (100) ifølge krav 1-3.