TWI284974B

TWI284974B - Electronic and optical devices and methods of forming these devices

Info

Publication number: TWI284974B
Application number: TW090121036A
Authority: TW
Inventors: Andrew T Hunt; Mark G Allen; David Kiesling; Robert E Schwerzel; Yongdong Jiang
Original assignee: Microcoating Technolgies Inc
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2007-08-01
Also published as: US20040066250A1; WO2002016973A3; EP1561256A4; CN100371766C; CN1636158A; EP1561256A2; US7145412B2; WO2002016973A2; AU2001288387A1

Description

1284974 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明説明（1 ) 本發明與具有可變或可切換特性之電子及光學裝置及形成這些裝置的方法有關。更明確地說，本發明與成形導電率及折射率會變化之導電材料與介電材料層以構成各種電子及光學裝置有關。發明背景薄膜（在某些情況是厚膜）對構成很多不同電子及光學裝置都十分有用。電容器（以及其它裝置，例如移相器）是由沈積介電材料及導電材料層所構成，導電層構成電容器的電極。在光學裝置中，毗鄰折射率較低的材料膜沈積折射率較高的材料膜以形成波導、濾波器、透鏡及其它裝置。有很多材料都適合用來成形介電材料以及具有高折射率的材料。同樣地，在電子、RF及光學的領域中，電氣活性材料的使用愈來愈普遍。電氣活性材料的某些參數能被施加於材料的電場改變。這些參數可能是光學方面，例如材料的折射率（光電（E · 〇)材料），或是電氣方面，例如介電材料（鐵電材料）。有些材料與這兩類參數都相關，例如同時是鐵電也是光電。在施加D C或緩慢變化之電場下材料之電容率（介電常數-DK)會改變的介電類材料，如果材料是設計在材料的居里溫度（或居里點）以下操作，吾人通稱其爲"鐵電，如果該材料是設計在它的居里點以上操作，吾人通稱其爲’’順電"（paraelectnc，p_e)。爲簡化故，在本揭示中將它 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-4- 1284974 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2) 們都稱爲鐵電（f-e)，但須瞭解，它包括f-e或p-e材料。特別有興趣之微波裝置的應用是在材料的順電範圍，即，材料是在它的居里溫度以上操作。在順電區，材料之電容的變化與施加的偏壓實質上是線性。配方爲 BaxSi*x.iTi〇3(BST)的鋇緦鈦是被透徹硏究的材料，在此方面的應用極具潛力。本文中所使用之配方爲BaxSrx_lTi〇3 的BST，其中x等於〇、等於1，或大於〇且小於、。

SrTiO3(X等於〇)的居里溫度非常低，且此材料的順電範圍是在低溫中。就X等於1的BaTiCh而言，居里溫度非常高。一般言之，吾人需要中間的居里溫度，因此，就絕大部分的應用而言，Ba: Sr的摩爾比在10: 90到90: 10之間，特別是在30 : 70到70 : 30之間，更特別是在60 : 40 到40 : 60之間。Ba : Sr的選擇，並藉以選擇居里溫度，是按照裝置預期的操作溫度選擇。爲使裝置能在周遭室溫的範圍操作，Ba : Sr的摩爾比在60 : 40到40 : 60之間較佳。X大於0小於1的混合氧化物，如BST，比單陽離子的氧化物（例如X等於0或1)難沈積。此困難的主要原因在於成分的控制。燃燒化學蒸氣沈積（CCVD)法，如美國專利5,65 2,02 1中的描述（其中的教導倂入本文參考），允許使用單一的前質溶液，其包含所有陽離子的前質。雖然保持其它沈積參數（例如溫度、壓力、氣體流率等）對成分的控制十分重要（即使是在CCVD法中），但使用單一的溶液對成分的控制有很大的助益。在混合的BST中，B/S的比在空間中的變化以不超過大約5 %較佳，在沈積層的期本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇><297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-5_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1284974 A7 __B7五、發明説明（3 ) 間，以不超過大約1%較佳。這些電氣活性材料在電氣、射頻、或微波方面的應用 ’一般的分類諸如包括取代變容二極體，電容器、可調電谷器、可調濾波器、移相器、多工器（包括解多工器）、電壓控制的振盪器、用於功率放大器（PA)的可變匹配網路、低雜訊放大器（LNA)、電熱效應，包括電源系統、以及一般的阻抗匹配網路。鐵電材料的可變特性可用於設計行動通信系統中的組件、子系統及/或系統以獲致： 1) 新能力以及增進300MHz到大約30GHz的電氣（RF 或微波）性能， 2) 縮小體積； 3) 降低功率消耗； 4) 減輕重量，或上述4項的任何組合，由特定系統的設計需求而定。有很多陶瓷材料可用來做爲鐵電薄膜或厚膜。薄膜傾向用於比使用厚膜小的裝置，薄膜的厚度通常要沈積到 10微米，而厚膜典型上要超過10微米。無線手機的要求是需要在低電壓下操作，典型上 <40VDC，理想是<3.0VDC 〇預期未來的設計可使此電壓進一步降低。因此，任何鐵電的可調裝置都必須設計成能從很小的DC調整電壓產生適當的電場。能得到適當幾何的方法之一是設計由鐵電材料之薄膜所構成的可變電容器。小的DC調整電壓也能降低RF與E-0裝置的功率消耗（以 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) «1

、1T -線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -6 - 1284974 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 _ 五、發明説明（4 ) 及熱消散）。可調電容器容許鐵電材料侷限成很小的零件’也允許使用小幾何從小的電壓產生調整所需夠大的電場。爲設計頻率範圍>800MHz(細胞式電話的頻帶）的可調濾波器及多工器，如果爲了調諧的目的按此方式使用可變電容器以便分路諧振結構，只需要値很小的電容器，因此，rf信號不會被降低。如前所述，對這些材料施加偏壓後，與電容改變相關的是光電現象，即在施加偏壓後折射率會改變。這類材料在光學方面的應用包括同相位調制器及主動波導，其功能包括開關、分光、衰減補償及這些功能的組合。鋇緦鈦（BST)對上述應用而言是非常有用的材料。在本文中所使用的BST也可稱爲摻雜材料，其中加入一些額外的元素，如鉛，以取代晶格中的鋇或緦（通常低於 1 5 %，更通常低於1 0 %，但也會達5 0 %)。或者，諸如鎢、鋁、鎂、鈣及其它元素也可用來取代某些晶格中的鈦以修改BST的特性。這些雜質可以增進BST的Q因數。如同鋇與緦是+2價，典型上的原子價也是+2價，不過，也可以使用+3、+3及/或+1/ + 5價結合的雜質離子。在晶格結構中有空洞的BST中除了使用原子價爲+2的陽離子之外也可以使用匕們本身。絶及祕就是類雜質。B S T是被確認的鐵電材料，且BaTi〇3是已知的E-0材料，其用途如上所述。BST可被絕大部分的金屬元素摻雜。爲消除會造成光學及電氣裝置損失的晶粒邊界，晶體本紙張尺度適财關家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐)' " -- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

1284974 A7 _ . _ B7 五、發明説明（5 ) 的鐵電材料以複晶的鐵電材料最佳。迄今，最常用來沈積晶體BST的基底材料是氧化鎂及鑭鋁氧化物，這些材料的晶格結構與B S T最匹配。不過，氧化鎂及鑭鋁氧化物都有一重大缺點，那就是至今仍只能做到很小的晶圓尺寸。.此外’不但晶圓的尺寸小’且製造的成本極高。且所顯現的晶體及表面粗度都不佳。較大的晶圓暗含了極大的優點。目前，半導體工業朝向12吋（30公分）的晶圓尺寸前進，以便能降低製造成本。在微電子裝置製造方面，所能使用的陶瓷材料尺寸愈大 ’同樣也能節省大量成本。目前，藍寶石晶圓可做到1 〇〇毫米，某些供應商計畫在不久的將來邁向150毫米的晶圓。這比目前可用的氧化 .鎂及鑭鋁氧化物的晶圓尺寸大很多。已確認藍寶石，單晶礬土，要優於氧化鎂及鑭鋁氧化物，因爲它具有製造成本低，晶圓尺寸大，絕佳的結晶晶體及最小的表面粗度等優點。不過，藍寶石與BST的晶格結構不是很明顯的匹配，且事實上，嘗試至今，在藍寶石上沈積結晶的B S T仍沒有成功。就某些應用而言，結晶品質較差的BST及其它材料都可以使用。200 1年7月13日提出之共同待審的PCT申請案 PCT/US01/22131，名稱爲"REDUCED GRAIN BOUNDARY CRYSTALLINE THIN FILMS”，其中描述成形減少晶粒邊界（RGB)之薄膜的方法可用於成形本案中某些裝置很有用處。對於需要高度結晶之膜的應用而言，也可本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8 - 1284974 A7 B7 _ 五、發明説明（6) 參考2001年8月2日提出之共同待審的PCT申請案 PCT/US0 1 /245 87，名稱爲"ELECTRONIC AND OPTICAL MATERIALS”，其中所揭示之製造結晶薄膜的方法可用於成形本發明的裝置。須注意，本發明之裝置中的某些薄膜即使是複晶甚至非晶形式仍能適當地操作。發明槪述本發明與使用薄膜技術成形光學及電子裝置有關。本發明的第一態樣是在鐵電材料上成形薄導電層。當一電壓施加於這些導電層間時，材料的相對介電常數（在光電的應用中則是折射率）會改變。此致使也是附接於或在該可變材料附近之兩主要端間的電容或電磁波的傳送也改變。目前的技術是經由裝置（諸如電容器、移相器、濾波器或共振器）的主導體施加偏壓。使用裝置的導體施加偏壓而不增加額外的導體，原因是傳統的額外導體會影響裝置的性能。爲降低所需的偏壓，導體必須非常靠近。由於成像及蝕刻之製造系統的尺寸公差致使此受到限制。此外，射頻（RF)或光電（E-0)裝置之設計能力的自由度受主導體必須保持非常靠近的束縛。此外，由於某些圖樣會使電場增強（例如轉角、銳角），有提早故障的潛在問題，因此，在設計上也要排除這些圖樣。使用本發明的薄膜允許薄膜偏壓電極分別成形在薄膜鐵電材料的頂及底部。此小間隔允許小電壓即產生高電場，因此，在某特定偏壓下可致使介電常數有較大的變化。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9 - 1284974 A7 B7 五、發明説明（7 ) 本發明的另一重要態樣是可使偏壓電極與RF及微波信號只有標稱的交互作用。在本專利申請案中將這些偏壓電極稱爲非-RF偏壓電極。較佳的非-RF偏壓電極材料應不與這些波交互作用。爲達此目的，材料的電阻要夠高，特別是對於高頻信號的電阻。與沒有偏壓電極的結構相較，偏壓電極所帶來的損失極微甚至偵測不到。發明的此態樣允許結構設計師可以將偏壓電極與較厚的RF主導體分開，即可使用低的偏壓電壓。一或兩個偏壓電極與RF只是標稱的交互作用。目前，需要高於40伏的偏壓電壓，甚至高於200伏。濾波器、移相器、共振器及其它設計與 RF及微波的交互作用很強，需要厚的高導電導體。較低的頻率也需要較厚的裝置導體。本發明之損失極低的偏壓電極被介電可變的材料薄膜隔開。偏壓電壓是DC或低頻的AC電壓，這些電壓致使所需要的介電常數改變。有了本發明的電極，供應低於40伏甚至低於3伏的偏壓都可使電容的改變，因此可做到直接的晶片控制，且在產品或裝置中不再需要多電壓。這對可攜式電子裝置及基於安全的理由特別重要。此外，主電極的設計及裝置的性能可按照應用的要求最佳化，而不需受主電極之間隔必須儘量縮小的限制。爲降低與RF或微波信號間的交互作用，薄偏壓電極的材料需具有高電阻的特性。它們的DC電阻在1 0 歐姆/平方到10M歐姆/平方之間較佳，在1〇〇歐姆/平方到1M歐姆/平方之間更佳。此外，還需要這些材料在rf 或微波信號的高頻時能感應較高平行電阻的反應。爲降低本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10 - 1284974 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明説明（8) 電容器結構的損失，需要增加電極的並聯電阻，使介電層對信號呈現的阻抗低於偏壓電極的電阻，藉以能將更多的 RF或微波信號移入介電層。更進一步希望電極材料在局頻時的並聯電阻增加，與電阻相同的一般金屬導體相較，要超過一般金屬導體的25%、100%、甚至200%。還需要這些材料能有非常快速的反應時間以便用於高速裝置。DC電阻愈低影響可變介電質的偏壓電壓愈快，致使縮短反應時間。此外，縮短任何電阻較高之材料的長度，也可加快反應時間。使用這些態樣做爲設計參數，即得到本發明的新結構，如下所述。不同材料之非常薄的薄膜可達此目的。混合導體的材料，亦即電子與離子，或更可能是離子或半導電，有助於高頻時電阻的調整，同時也允許在低頻時或對DC電壓有足夠的導電率以偏壓鐵電材料，同時對裝置之性能的影響減至最小。導體具有不同量的載子與遷移率（mobility)。載子可以是電子、電洞或兩者的混合。本申請案的優點是降低遷移率，特別是在所使用之頻率的遷移率。電洞佔多數的導體也有利於RF/DC間的差異。偏壓電極對系統的益處足以補償它所造成的任何損失，習知系統包括使用較高的電壓以及爲使裝置能最佳化及使用，裝置的設計包括分離的導體。偏壓電極的材料可以在可變介電材料之前先生長成能在其上結晶的底基層，或者，偏壓電極可以生長在介電材料的頂上，或者，沈積在其上形成系統。爲進一步減小損失，材料可設計成不連續本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^1

、1T 線_ -11 - 1284974 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _ B7 _ 五、發明説明（9) ，因此，它不是整片而是各種不同圖樣的細線條。爲進一步降低與在電極間傳播之波的交互作用，偏壓電極可以形成條片，與主電極（系統線條）呈對角，平行於系統線條或垂直於系統線條。頂及底的偏壓條片可以直接橫過薄膜，或交替。交替的偏壓條片可使漏電最少，且在某些裝置中，介電質的改變呈較佳的直線，但所需的偏壓電壓也稍增加。高導電性的主電極裝置線條可以在介電材料膜的一表面上，偏壓電壓施加於主電極之間，亦即，主電極電氣地連接到其中一個偏壓電極，且偏壓電極在此薄膜可變介電材料的另一側。或者，一條裝置線條可以接觸其中一個偏壓電極並用來施加電位給該偏壓電極，且另一條裝置線條與另一個偏壓電極接觸並施加電位給該另一個偏壓電極，藉以施加橫過可變介電質的淨電位。使用高導電性的裝置線條施加電位給較短且電阻較高的偏壓電極將可加快可變介電質改變的速率，致使加快裝置的速率。非-RF偏壓電極也可以只沈積在一個表面上，且形成指交叉的電極。爲進一步說明本發明之偏壓電極的優點，吾人應考慮先前降低習知技術之可調電容器所需調整電壓的方法，其中，通常需要將電極間的間隙縮小到非常小的値，以使小電壓能產生大電場。不過，此種降低調整電壓的方法會引發RF信號中的失真。例如，以可調電容器爲基礎之系統的關鍵性問題是互調失真。互調失真的現象發生在RF信號的振幅夠高時，此時，RF電壓本身會影響可調電容器本身的値。此所引發的非線性會致使RF信號失真。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-12 - 1284974 A7 B7 五、發明説明（10) 在本發明中，針對互調失真的現象加大RF電極間的間隙，藉以降低鐵電材料中RF-感應場的強度，並保持材料的介電常數幾乎不隨RF的場強度改變。不過，需要藉著高電阻材料突出物伸入RF電極間以保持低的DC調整電壓。這些突出物與RF電極本身電氣連接爲佳。由於鐵電材料對RF信號呈現低阻抗路徑，高電阻的突出物不會致使整體結構的RF阻抗有重大改變，理想情況是迫使突出物充電到DC電壓。如果突出物間的間隔很小，此DC 電壓將在鐵電材料中產生高強度的電場，藉以施加低的 D C電壓就能產生調整的效果。由於本文所教導之可變電容器的値與RF信號的強度無關，同時對小的DC電壓値敏感，因此，互調失真的問題可大幅降低。在本發明的另一態樣中，在兩層折射率低的材料中間沈積一層光電或折射率高的材料可形成波導或光學濾波器。當折射率高的材料也是光電材料時，波導可操縱且光學濾波器可調。在可操縱/可控制之波導的應用中，使用本發明的薄膜允許使用導電氧化物做爲偏壓電極，藉此即可不需要包覆緩衝層且提高波導的效率。使用TCOs與光電材料可以構成高折射率與低折射率的堆疊，此堆疊可調整以允許調制、開關、激勵、極化或傳送特定波長的光。按此方式，可以調整偏壓電壓以控制光的若干態樣。在光子的情況中，電極可以是與光實際上強耦合（如果厚）的材料。例如，如果需要薄到有足夠的導電率能偏壓但太薄致無法與光交互作用，可以使用金屬或摻雜金屬本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製、τ

-13- 1284974 A7 _ B7 五、發明説明（11) 。在很多情況中也可以使用半導體，例如某些在可見光範圍不透明但在紅外線（IR)波長透明的材料。矽是這類材料中的一例，它可在下文描述之濾波器類型的光學堆疊中做爲介電質。也可以使用其它材料，例如半導體、電洞導體、離子的導體或混合的導體。使用這些材料的目的是使整體的設計不受έ艮於透明的導電氧化物（TCOs)，並使整個堆疊中的材料更相容或更容易製造。堆疊中的晶粒邊界少或沒有晶粒邊界較佳。此外，這些材料更容易後處理或沈積的過程較容易管理。對折射率低的材料而言，折射率變化較大的材料（例如不攙雜的矽土）具有額外的優點。鄰接於可變介電質的材料可以是內反射或傳送層。因此，由於毗鄰材料某些位置的偏壓電壓改變材料的折射率，致使光從內反射變成傳送，藉以打開閘讓光子通過波導裝置。如前所述，在這些材料中特別有用的材料是BST。在本文中，晶體的BST是沈積在藍寶石的C-面上。雖然C-面的晶格匹配並不明顯，但經證實施，本發明的態樣成功地在C-面上結晶沈積BST。C-面藍寶石相較於鎂氧化物及鑭鋁氧化物的優點已於前文中描述。雖然BST具有較佳的可變介電値，但其它可變介電材料及光電材料也可使用，包括PLZT(鉛/鑭/鉻/氧化鈦）、LiN6〇、氧化鋅、PZT(鉛/锆/氧化鈦）以及其它經證實在偏壓下介電質會改變的任何材料。在本發明的範圍內，實際上用做爲裝置之活性材料的材料並非限制因素。一般言本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 1284974 A7 B7 五、發明説明（12) 之，最適用於本發明的材料是具有鈣鈦礦結構的材料。按照本發明之較佳的鈣鈦礦爲立方結構。一般言之，用於本發明之鈣鈦礦的配方爲Α + χΒ + (6·χ)〇3，其中A與B是陽離子或陽離子的混合物且Βχ幻。如前所述，透明的導電氧化物（TCO)薄膜可在RF或光子的應用中做爲導電層。TCOs可以經由燃燒化學氣相沈積（CCVD)法形成，其中，沈積的材料是摻雜了元素的氧化鋅，摻雜的元素選用自鎵、鋁、錫、銦、硼、氟、及它們的混合物。這些元素用以增強氧化鋅薄膜的電氣特性。較佳的CCVD前質溶液包括溶解在包含大約1到大約 10vol. %間之二甲基甲醯胺之乙醇溶液系統中的氧化鋅前質以及雜質前質。這些TC◦薄膜已用於其它裝置，如太陽電池中的導電層。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 零丨訂明說單簡式圖的器容電整周 0 可氣電的成形膜薄之明發本由示顯 11 圖圖面剖橫經濟部智慧財產局員工消費合作社印製圖視頂的器。波導濾波學縱光操調可可的的成成形形膜膜薄薄之之 ΓΠ7 ΗΠ 發發本本由由示示顯顯 2 3 圖圖圖圖 4 。場圖電面之剖加橫施的隨線數 4 常 4 電取介器之波膜濾薄學電光鐵調之可明之發 3 本圖示是顯 sf口橫的例施實 1 另器容電整周言可氣電之 1X 。圖圖示係顯關 6 的圖變改本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） 1284974 A7 B7 五、發明説明（13) 面圖。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製圖 7-1 2顯示按照本發明之方法在基體上成形介電質及電極結構以形成電子及光學裝置的步驟。圖 1 3顯不圖7 · -12 (之介電質與電極結構的另一 -形式。圖 1 4是光透射通過有GZO膜之基體與無GZO膜之基體的曲線圖。圖 1 5是習知技術之介電質與電極結構的等角視圖。圖 16是介電質與電極結構的等角視圖，顯示本發明之低損失的薄電極< 0 圖 1 7是本發明之介電質與電極結構另一實施例的等角視圖〇主要元件對照表 10 電氣可調電容器 11 支托基體 12 第一偏壓電極 14 鐵電層 16 第二偏壓電極 17 局導電線條 18 高導電線條 61 支托基體 62 第一偏壓電極 64 鐵電層 66 第二偏壓電極本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T -16- 1284974 A7 五、發明説明（Μ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 67 高導電線條 68 高導電線條 1500 電容器 1502 指狀電極 1503 指狀電極 1506 鐵電層 1508 基體 1600 電容器 1602 RF指狀電極 1604 RF指狀電極 1606 鐵電層 1608 基體 1610 偏壓電極 1612 偏壓電極 1700 電容器 1702 主電極 1704 主電極 1706 鐵電層 1708 基體 1710 偏壓電極 1712 偏壓電極 20 波導 22 基體 2 4 波導層 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) «1 訂線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -17- 1284974 A7 B7 五、發明説明（15) 2 6 偏壓電極 42 光電材料層 44 透明導電氧化物材料層 4 5 透明導電氧化物材料層 32 角 34 角 36 孔道 38 孔道 46 電壓源 70 基體 72 介電材料層 80 光阻層 1 000 導電材料發明詳細說明圖1顯示電氣可調電容器10的橫剖面圖。在支托基體11上沈積第一偏壓電極12。鐵電層14沈積在電極12 的頂上。第二偏壓電極16沈積在鐵電層14的頂上。做爲裝置之R F電容器端點、濾波器或條片線條的高導電線條如1 7及1 8所示。須瞭解，圖1是觀念性的部分橫剖面圖，線條17及18可以是手指的形式（50條或更多），藉以構成指叉形的電容器（在裝置中應當成電容器使用）的端點。此線條之特定的態樣隨應用而變，在本發明的範圍內可使用的形狀很多。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -18- 1284974 A7 B7 五、發明説明（16) 偏壓電極12及16極薄，大約在200奈米到0.1奈米之間，在50奈米到〇.4奈米較佳，5奈米到0.5奈米更佳 °這些電極之薄的特性允許鐵電層丨4的偏壓與存在於端點1 7與1 8間之RF或微波信號間的干擾保持最小或不發生干擾。這是由於薄膜的厚度遠薄於RF或微波信號的電磁集膚深度（skin depth)，或者，構成電極的材料在DC或低頻時導電，然而，在高頻時是介電質或對光的波長透明。此外，這些層的導電率可以較低，所需的導電性只要能產生足以通過鐵電層14的電場即可。爲達此目的，該層需要至少足以能偏壓的導電性（足夠的厚度）。導電層1 2 及1 6可以是導電氧化物，如氧化錫、氧化鋅、氧化錫銦 ’或任何半導體或導電金屬，或具有包括電洞或電子之電荷載子的材料。介電層14的厚度範圍在0.1到1〇微米之間，0.2到3 微米較佳，0.3到1.5微米更佳。適合做爲此層的鐵電材料包括氧化鋅、鋇緦鈦（BST)、鉛/鑭/銷/氧化鈦（PLZT)、以及鈮化鋰。基體11可以是具有表面晶體結構的材料，它提供要成長於其頂上之材料層所需的晶格匹配或近似晶格匹配。基體不必須是單晶，這提供了實質的益處。在任何具有大晶粒或定向晶粒的基體上都可以很牢固地生長晶體及減少晶粒邊界（reduced grain boundary)，這對裝置的電氣及/或光學特性都有極大的益處。減少晶粒邊界層在本文中意指晶柱（即從層之底延伸到頂之界限明確的晶粒）至少是熟知本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 19- 1284974 A7 B7 五、發明説明（17) 的Typell結構。較佳情況是晶粒爲等軸（eqUiaxed)或 TypeIII結構，具有至少1:1的寬高比。寬高比愈高愈佳。5:1的寬高比較佳。1〇:1、20:1的寬高比甚或更高至包括晶體更佳。實際上，被沈積之材料的生長，與每一個基體晶粒間有某些或多重的結晶關係，視晶粒的方向及晶粒表面的晶格而定。例如，如果晶體夠大，可以使用鎂、鋁或其它所需RF基體的複晶基體。同樣地，也可以使用諸如鎳、銀及金等導電金屬。關鍵是增加結晶性。有結構的金屬，特別是立方結構的金屬，如鎳、銀及金，可做爲薄膜之晶體生長的基體。可用於生長晶體之基體的單晶材料包括氧化鎂、藍寶石（單晶的礬土）及鋁酸鑭。同樣地，基體也可被覆能在其上生長電極材料及鐵電材料之任何材料的高度結晶晶體、雙軸到單晶層。某些例子是在矽晶圓上經由離子束輔助沈積（IBAD)生長氧化錫或鈽土及諸如YSZ 或氧化鎂等材料的晶體層，使用IBAD可在各種基體（包括玻璃）上得到結構很牢固的單晶層。有別於晶體沈積，如果介電及/或導電層是使用非晶材料，則基體1 1可以是任何材料，它提供導電及介電薄膜的支托層，沒有特定的結構或晶格。最初用來沈積的基體可以是結構1 0的永久部分，或可以在薄膜12、14及16，端點17及18成形以及成形任何其它上支托層（未顯示）或附接到其它上支托層之後去除（如使用習知的選擇性鈾刻或分層技術）。此外，如果基於某些理由最初用來沈積的基體不便做爲最終的支托基體1 1 (例如具有特定結構的金屬會干擾電氣信號），必本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20- 1284974 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 __ B7五、發明説明（18) 須將原來的基體去除，沈積的層可以黏附到最終基體上。另一種可選擇的沈積方法包括以不同的方法成形導電層 1 2，它包括將鐵電層1 4直接沈積在基體1 1上（此也許需要結晶生長）。在上層成形之後，接著去除基體1 1，再在鐵電層1 4上沈積層1 2。在成形了可變層後再沈積層1 2，層1 2就不需要生長高度結晶或減少晶粒邊界的鐵電層1 4 〇圖6說明圖1之裝置的另一實施例600。在本實施例中，在支托基體61沈積第一偏壓電極62，在電極62的頂上沈積鐵電層64。在鐵電層64的頂上沈積第二偏壓電極66。做爲裝置之RF電容器端點、濾波器或條片線的高導電線條如67及68所示。在本實施例中，高導電線條如 67及68分別電氣連接到電極66及62。如前實施例所示，偏壓電極62及66是極薄的薄膜，厚度大約200奈米到0.1奈米。這些電極之薄的性質是可以偏壓鐵電層64，但與存在於端點67與68間的RF或微波信號間的干擾最小。此外，這些層的導電率要較低，所需的導電性只要能產生通過鐵電材料層64的電場足矣。爲達此目的，該層需要至少能偏壓的導電性（足夠的厚度）。導電層62及66可以是導電氧化物，如氧化錫、氧化鋅、氧化銦錫，或任何半導體或導電金屬，或具有包括電洞或電子之電荷載子的材料。在這些裝置以及太陽電池中，氧化鋅是導電薄膜之大有可爲的導電氧化物。本文發現，經由摻雜諸如鎵、鋁、本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) «1 、11 線 •21 - 1284974 A7 B7 五、發明説明（19) 錫、銦、硼、氟、及它們的混合物，氧化鋅薄膜的導電率可以大幅增進。目前較佳的雜質是鎵。按照本發明，薄層沈積的厚度以0.5微米較佳，面電阻大約25歐姆/平方或更低，大約20歐姆/平方或更低更佳.，大約15歐姆/平方或更低最佳。〇.5微米的薄層具有至少80%的透光率較佳，至少85 %更佳。這些特性對光子應用都很重要。一般言之，RF方面的應用需要較薄的層與較高的電阻。氧化鋅可以在開放的大氣中以C C V D有效率地沈積，如美國專利申請案09/1 98,954中所述，該文中的教導倂入本文參考。在CCVD的前質溶液中，氧化鋅適當地摻雜以包括鎵、鋁、錫、銦、硼、氟、及它們之混合物的前質。所提供之雜質前質的水準，在沈積的薄膜中，鋅與雜質元素的摩爾比在大約99 : 1到大約90 : 10之間。典型上，前質化合物在溶劑中的總濃度在大約0.01到大約5wt.%。也發現，乙醇是包括含鋅之化學前質及含雜質元素之化學前質之前質溶液的絕佳溶劑。乙醇的沸點較低，爲升高沸點，要添加大約1到大約10vol. %(相對於乙醇）的二甲基甲醯胺，以2-5 vol. %較佳。此外，二甲基甲醯胺是強溶劑，它有助於化學前質的溶解。只要是能共同溶解含鋅及含前質之化學品的任何溶劑系統本發明都能使用。圖15顯示習知技術的電容器1 500。關於圖15-17，須瞭解，這些電容器具有極大量的電極線（通常是以指叉狀配置），爲使圖面簡潔，這些電容器的主電極以簡單的本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

-22- 1284974 A7 B7 五、發明説明（20) 形式表示。兩條指狀電極1 502及1 503用以載送RF信號以及用來改變鐵電層1506之介電常數的DC偏壓。鐵電層1506在基體1508的頂上。現請參閱圖1 6，圖中顯示按照本發明的另一電容器 1 600。除了較厚的RF指狀電極1 602及1 604之外，還提供較薄的偏壓電極1610及1612。這些電極1610與1612 間的間隔距離遠較主電極1 6Ό2與1 604靠近，因此，能提供較高的DC電場通過鐵電層1 606。在某特定的DC偏壓電壓下，此較高的DC電場可使介電常數產生較大的改變。由於這些偏壓電極非常薄，因此，對RF信號的影響非常小甚至沒有影響。偏壓電極1 6 1 0電氣連接到主電極 1 602，同時，偏壓電極1612電氣連接到主電極1604。此允許RF信號及DC偏壓電壓施加於主電極1 602及1 604。如習知技術的電容器，鐵電層是在基體1 608的頂上。圖17顯示另一電容器架構17 00。其中除了大部分的偏壓電極1710及1712是與主電極1 702及1704平行配置之外，電容器1 700與電容器1 600相同。按此方式，除了實現電極靠近能得到較大DC偏壓電場的優點之外，電極 1710與17 12平行的特性也使得與電極1 702與1704間之 RF信號的交互作用較小。鐵電層1 706在基體1 708的頂上。圖2說明光學可操縱波導20，其結構與圖1的電容器類似。基體22是由表面折射率較低的材料製成，做爲包覆媒體。波導層24生長在基體22的頂上，是由折射率本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^1 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -23- 1284974 A7 __________ B7 _ 五、發明説明（21) 較高的材料製成。接著，在波導層24的頂上沈積折射率較低的導電材料，並製作圖樣以形成偏壓電極26(與指叉電容器的手指形電極類似）。同樣也是折射率較低的非導電包覆材料沈積在電極26的頂上與電極之間。經由將波導夾在折射率較低的材料層之間，光從波導的左側（例如）進入就無法逃離波導的頂及底層，只能朝波導的下游前進 ’並從右側離開。當在電極間施加偏壓電壓（毗鄰之指電極的極性相反），電極附近之波導材料的折射率改變，藉以致使通過波導之光的行進方向改變（進入或離開圖2的頁面）。按此方式，經由在電極上施加偏壓電壓，可以”操縱"通過波導的光，使其行進到配置在波導一端的埠。較佳的波導材料是鈮酸鋰。一些其它適用的波導材料包括鉛/鑭/銷/氧化鈦（PLZT)、BT、摻雜的氧化鋅、摻雜的磷化銦、摻雜的砷化鎵、以及E-0聚合物材料。在氧化鎂單晶上以CCVD結晶沈積PLZT例如描述於美國專利 5，997,956，該專利中的教導列入本文參考。一般言之，波導層的厚度範圍從大約〇 · 2到大約1 0微米，典型上大約在1微米的範圍。偏壓電極的厚度典型上從2000奈米到 0.1奈米’ 50奈米到〇·5奈米較佳（雖然某些應用中也許需要這些範圍的較厚端）。適合的低折射率導電氧化物可以與波導材料及高折射率的鐵電材料一起結晶生長，如前所描述的包括氧化錫、氧化鋅、氧化錫銦。一般言之，導電氧化物的折射率範圍在大約0.001到大約0.5之間，比活性波導材料低。另者本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -24- 1284974 A7 B7 五、發明説明（2匀，電極材料可以非常薄，以便與光的交互作用最小化，在此情況，電極的折射率是微不足道的因素。適用材料的範圍很寬，包括LSC、LSM、氧化铷、鉑、鎳、摻雜的 LaCr〇及 YBCO。可以使用習知的乾蝕或濕鈾技術對這些導電層製作圖樣以在波導中成形偏壓電極，或者，仍保持連續層的較佳結構。事實上，波導電極可以使用折射率比活性波導材料低的材料製成，允許波導的結構是結晶的導電層與活性波導材料直接接觸（如圖2所示）。與使用金屬電極之習知技術的裝置相較，習知技術需要在電極與活性波導材料層間插入一層低折射率的緩衝層。隨著電極與活性波導材料的直接接觸，設定的偏壓電壓可在E-0材料層中形成較高的電場，因此獲得增進的折射率偏壓。電極可以在E-〇層的兩側，與圖1的結構類似。因此，對圖1的所有討論都適合E-0層，其中，關於圖2，基體22可以是絕緣、導電或半導電的基體，折射率比層24低，因此，22是一有效的包覆面，它使層24成爲波導。透明的包覆層可以是絕緣、半導電或導電，或是包含這類材料的層。經由靠近層24傳送偏壓電壓的，所需的偏壓電壓可降低。圖3及4顯示使用本發明之薄膜構成的可調光學濾波器30。光電材料層42與透明導電氧化物（TCO)材料層44 及45交替地沈積在相互的頂上。遮住第一角32沈積每隔一層的TC0層44，並接著遮住相對的角34沈積另一 TC〇層45，經由孔道36及38提供路徑，毗鄰的TC0層間不本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

-25- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1284974 A7 B7 五、發明説明（23) 短路。TCO層的相對角32、34被交替地遮住以避免在角落處沈積TC0，如果沈積了大量的層，角落傾向變得材料不足且下陷。爲加以補救，在沈積了 TC◦層之後，遮住除了先前被遮住之角以外的整個表面。接著只在角處沈積高折射率的材料，直到角落所不足的材料被補足。接著去除遮罩並繼I賈沈積局折射率的材料，直到尚折射率之光電材料層42的厚度到達所需的厚度。電壓源46供應偏壓電壓給TCO層。當光從濾波器的頂進入，光在高及低折射率的層間傳送時，發生光的反射與折射。被允許通過濾波器之光的波長，其折射與反射的波發生建設性干涉。經由調整施加於TCO層的電壓以改變光電材料的折射率，藉以將濾波器調整到不同的波長。結晶生長的高折射率鐵電材料包括鉛/銷/氧化鈦（PZT ，它除了鐵電特性外還顯現壓電特性）及鋇緦鈦（BST)。當材料也顯現壓電特性時，在施加電壓後光電層42的厚度也會改變。此厚度的改變也影響反射與折射波干涉的路程，藉以改變允許通過濾波器之光的波長（以及頻率）。爲此目的，沒有E-Ο行爲或E-Ο行爲微不足道的壓電材料也可用來成形可調濾波器。 E-Ο及壓電材料的可調層可以只是堆疊中的一部分。可以是最靠近濾、波器之邊緣的層改變而濾波器的其餘層仍維持固定（不改變）。也可經由分開控制電極可以得到波長 (如圖4)與濾波器之帶寬都可調整的濾波器。經由遞增地調整跨於每一介電層上的偏壓可得到帶通濾波器的寬度效本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-26- 1284974 A7 B7 五、發明説明（24) . 果。分別控制每一 E-◦層的另一優點是有能力補償偏離理想製程的些許厚度改變。經由對一或多個活性層施加偏壓電壓，可以補償這些變異以增加產品的產量及公差。本發明之導電材料層及選用的折射率材料層需要結晶地生長，每一層都是結晶地生長以做爲在其上生長之層的晶格匹配。最初的基體做爲在其上生長之濾波器的支托，之後，使用習知技術將其去除。在光學濾波器中，所選用之導電氧化物的折射率低於折射率較高的鐵電材料，典型的範圍從大約1.4到大約2.0。導電氧化物層與折射率較高之鐵電材料層的厚度都是要被濾波之光之波長的 1/4(λ/4)。雖然TCO是導電層的較佳材料，但須瞭解，該材料在厚度較厚時即不透明，如果所需的層能薄到能對要被濾波的波長透明，即可用其爲導電層，其餘的低折射率堆疊可以由不導電的透明材料構成。CCVD是能成形非常薄之連續塗層的習知技術，它適合成形這些超薄的層（大約1-40奈米）。另者，在厚度均勻的Ε-0或壓電結晶層或減少晶粒邊界的層的一或兩側都可生長薄電極。接著，此被覆層可以黏附到與從每一層去除之原基體類似的層。接著，偏壓每一層以得到所要的濾波器。如前所述’對本發明的鐵電及光電薄膜而言，BST是特別有用的材料。以CCVD在氧化鎂單晶上沈積BST晶體描述於PCT申請案WOOO/42621，該專利教導的內容倂入本文參考。如本文所述，BST晶體可以使用CCVD在c-面的藍寶石上生長。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -27- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1284974 A7 B7 _ 五、發明説明（25) 沈積BST晶體的較佳方法是燃燒化學氣相沈積（CCVD) ，該方法描述於美國專利5,652,02 1，該專利教導的內容倂入本文參考。不過，其它的沈積技術，如習用的化學氣相沈積（CVD)、溶膠-凝膠及物理氣相沈積（PVD)技術也可以用來沈積厚度到2000奈米的晶體薄膜。增進沈積技術預期可使最大厚度超越此一厚度。BST膜的理論最小厚度是單層分子，因此，最小厚度是由分子的大小決定。至於實用，爲確保連續的層，一般言之，沈積層的厚度至少大約5奈米。目前，絕大部分BST晶體的厚度都沈積到大約25到大約1〇〇〇奈米。當以CCVD法在c-面藍寶石上沈積BST時，至少在局部區域所沈積的是晶體。晶格實質上是1，1，1。以CCVD沈積鋇、鰓及鈦所使用的一些化學前質有：鋇 2-乙基己酸鋇、硝酸鋇、乙醯丙酮酸鋇水合物、二（2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸）鋇水合物緦氮化緦、2-乙基己酸緦、bis(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸）緦水合物鈦異-丙醇鈦（IV)、乙醯丙酮酸鈦（IV)，（2-異-丙醇）二（乙醯丙酮酸）鈦、η-正丁醇鈦（IV)、2-乙基己酸鈦（ I V )、二（乙醯丙酮酸）鈦（IV)氧化物前質化學品（即含鋇的前質、含緦的前質及含鈦的前質所有都混合在適當的溶劑（例如甲苯、丙烷、或甲苯/丙院的混合物）中成爲溶液）混合物的化學計量決定其所產生本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-28- 1284974 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（26) 之BST的化學計量。其所產生之結晶層的化學計量並不需要與前質溶液的化學計量完全對應；不過，爲沈積晶體層所要求之化學計量所需的前質溶液化學計量可以由經驗及預測決定。由於CCVD是燃燒法，它依靠燃燒前質化學品，因此，在處理過程中可利用BST化合物中的氧成分。如果使用其它的氣相沈積法就必須供應氧氣。 B S T的特性可被適當的雜質改變。特別有興趣的雜質是能取代晶格結構中鋇、緦、鈦的元素。較佳的元素包括鉛、鉋、鉅、鈣、鎢及錳。其它可使用的元素包括鋰、鈉、鉀、鈸I、鎂、銃、鏡、鉻、給、釩、鈮、鉻、鉬、鐯、鐵、釕、鈷、铑、銥、鎳、鉑、銅、銀、鋅、鎘、汞、鋁、鎵、銦、鉈、鍺、錫、銻、鉍及碘。以大小稍不同的雜質離子取代少量的離子以改變晶格結構及/或電荷，BST膜的鐵電效果隨著雜質的取代而改變。這類離子取代大約0.1到大約5%之間的鋇離子。Cs + 比鋇離子稍大，是可以用來取代鋇的一種離子。由於鋇是 + 2價而Cs是+1價，因此，可以使用相等克分子比的Cs + 與電荷平衡離子，Ba + 3是較佳的電荷平衡離子。圖7-1 2說明按照本發明成形介電質與電極結構之方法的另一態樣。首先在基體70(例如藍寶石）上沈積介電材料層72(如BST)。接著，在介電層72中需保留之部分的頂上形成光阻層80。接著，使用適合飩刻介電材料的鈾劑去除沒有被光阻80遮蓋的介電材料。接著，在結構（圖 10)的頂上沈積導電材料1000層（例如銅）。須注意，在沈本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

-29- 1284974 A7 B7 五、發明説明（27) 積導電材料1 000前不需要去除光阻80。接著，去除導電層的頂部以平滑或露出光阻層80的頂部，藉以形成分立的電極1000，如圖11所示。圖12說明去除光阻80之選用的步驟。須瞭解，如果光阻80不過分影響裝置的操作則可保留。事實上，光阻80可以增加結構的強度。此方法的主要優點是減少了製造裝置的步驟。只需要單次的遮罩步驟，只需將導電材料蝕刻到冪罩的高度即可將不須要的導電材料去除。圖13說明用於光學及RF應用之電極與介電結構的另一實施例。在本裝置中，部分的介電材料72延伸到電極1 000之下，如點1 300所示。經由將電極1000延伸到介電質邊緣的頂上，電極間施加的電場有更多透入介電質，因此能使鐵電/光電材料的介電常數/折射率產生更大的改變。電極的厚度通常1-5微米，電極間之間隙（露出於電極1000間之介電材料72的部分）的寬度通常0.5-25微米。圖1 1、1 2及1 3之結構優於習知技術裝置的另一優點包括電極與的裝置黏著。在習知技術的裝置中，通常介電層完全覆蓋基體，且電極是附著在介電材料的頂上。當在某些介電質（例如BST)的頂上沈積某些導體（例如銅）時會發生黏著的問題。經由製作介電質的圖樣，電極材料直接沈積在基體上，因此，電極與介電層間的黏著問題得以解決。部分重疊也免除了周圍的對齊，導體與可變電容材料間不會留下低-k的間隙。電極間的間隙愈緊密，所需的偏壓電壓也愈小。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製、τ

-30- 1284974 A7 ____ B7_ 五、發明説明（28) 以CCVD沈積元素所使用的前質表列於下（不應視爲限制），包括：銀硝酸銀，三氟醋酸銀，醋酸銀，環己烷鉻酸銀， 2-乙基己酸銀錫硝酸鋁九水合物，乙醯丙酮酸鋁，三乙鋁，第二_ 丁酸鋁，異-丙醇鋁，二（2_乙基己酸）單氫氧化鋁金氯三乙膦金（I)，氯三苯膦金（I) 硼硼酸三甲酯，三甲氧基硼酸鋇 2-乙基己酸鋇，硝酸鋇，乙醯丙酮酸鋇水合物，二 (2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸）鋇水合物鉍硝酸鉍（ΙΠ)水合物，2-乙基己酸鉍（III) 鎘硝酸鎘四水合物，2-乙基己酸鎘 .鈽 2_乙基己酸鈽鉻硝酸鉻（III)九水合物，2-乙基己酸鉻（III)，硫酸鉻 (III)水合物，六羧基化鉻，乙醯丙酮酸鉻（III) 銅 2-乙基己酸銅（II)，硝酸銅（II)三水合物，乙醯丙酮酸銅（II)水合物鈷環烷酸鈷，八羧基化二鈷，硝酸鈷（II)六水合物鐵硝酸鐵（III)九水合物，乙醯丙酮酸鐵（III) 銦硝酸銦（III)水合物，乙醯丙酮酸銦（III) 銥二氫六氯銥（IV)水合物，乙醯丙酮酸銥（III)，十二羧基化四銥鉀乙氧基鉀，特-丁氧化鉀，2，2,6,6-四甲基庚烷- 3,5- 二酮酸鉀本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X：297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -31 - [284974五、發明 A7 B7 明説明（29) _ _ 鎂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製鉬鈉鈮錬磷給鈀鉑 2-乙基己酸鑭（III)，硝酸鑭（III)六水合物，乙醯丙酮酸鑭（III)水合物，異-丙醇鑭（III)，三（2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸）鑭（III) 2.2.6.6- 四甲基庚烷-3,5-二酮酸鋰，乙氧基鋰，特-丁氧化鋰環烷酸鎂，2-乙基己酸鎂，二（2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸）鎂二水合物，乙醯丙酮酸鎂，硝酸鎂六水合物鉬酸銨四水合物，六羧基化鉬，二氧化鉬（IV)二（乙醯丙酮酸） 2.2.6.6- 四甲基庚烷- 3,5-二酮酸鈉，乙氧基鈉，特-丁氧化鈉乙氧基鈮（V)，四個（2,2，6,6-四甲基- 3,5-庚二酮酸）鈮（IV)，2-乙基己酸鈮（IV) 硝酸鎳（II)六水合物，乙醯丙酮酸鎳（II)，2-乙基己酸鎳（II)，環烷酸鎳（II)，羧基化鎳三乙基磷酸鹽，三乙基亞磷酸鹽，三苯基亞磷酸鹽 2-乙基己酸鉛（II)，環烷酸鉛，二（2,2,6,6·四甲基-3，5-庚二酮酸）鉛（II)，硝酸鉛（II) 硝酸二氨絡鈀（II)，乙醯丙酮酸鈀（II)，己氯鈀酸 (IV)銨乙醯丙酮酸鈾（II)，六氟乙醯丙酮酸鉑（II)，二苯基 (1,5-環辛二烯）鉑（II)，亞硝酸二氨絡鉑（II)，硝酸四氨絡鉑（II) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -線 -32- 1284974 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（30) 釕乙醯丙酮酸釕（III) 矽四乙氧基矽烷，四甲基矽烷，焦矽酸，聚矽酸，錫氯化錫（Π)二水合物，2-乙基己酸錫（II)，四-η-丁烯錫，四甲基錫緦硝酸緦，2-乙基己酸緦，二（2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸）緦水合物鈦異-丙醇鈦（IV)，乙醯丙酮酸鈦，（二-異-丙醇）二（乙醯丙酮酸）鈦，η_Τ氧化鈦（IV)，2-乙基己酸鈦（IV)，二氧化鈦（IV)二（乙醯丙酮酸）鎢六竣基化鎢，氟化鎢（VI )，鎢酸釔 2-乙基己酸釕（III)，硝酸釕（ΙΠ)六水合物，異-丙醇釕（IV)，萘甲酸釕（III) 鏡硝酸鏡（III)五水合物鋅 2-乙基己酸鋅，硝酸鋅六水合物，醋酸鋅锆 2-乙基己酸銷（IV)，η-丁氧化鉻，六氟乙醯丙酮酸锆（IV)，乙醯丙酮酸鍩（IV)，異-丙醇锆（IV)，二硝酸锆氧化物。例1

在藍寶石上沈積BST 在本例中，使用CCVD法在C-面藍寶石上沈積厚度 250奈米的3&。63]：。.41^〇3被覆。；6&。.631：。.4以〇3之前質的溶液含有0.01 43wt%的緦（形態爲2·乙基己酸緦）、0.06 15wt% 的鋇（形態爲2·乙基己酸鋇）、0.0355wt%的（二-異-丙醇）二本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-33- 1284974 A7 _ B7 五、發明説明（31) (乙醯丙酮酸）鈦、1 2.6049wt%的甲苯、〇.〇ii8wt%的異-丙醇、1.5 3 3 3 wt%的1-丁醇、以及85.74 1 2wt%的丙烷。溶液的流率固定在2.0毫升/分，80psi流率4000毫升/分的氧氣。在靠近基體正前方所量測到的氣體溫度在900到 llOOt間變化。沈積的BST以1，1，1的晶格結構結晶。例2 在藍寶石上沈積BST及裝置結構在本例中，使用CCVD法在C-面藍寶石上沈積厚度 377奈米的Bao.eSruTiCh被覆。BaQ.6Sr〇.4Ti〇3之前質的溶液含有0.0143wt%的緦（形態爲2-乙基己酸緦）、0.0615wt% 的鋇（形態爲2-乙基己酸鋇）、0.0355wt%的（二-異-丙醇）二 .(乙醯丙酮酸）鈦、1 2.6049wt%的甲苯、0.01 18wt%的異·丙醇、1.5 3 3 3 wt%的1-丁醇、以及85.74 1 2wt%的丙烷。溶液的流率固定在3.0毫升/分，80psi流率4000毫升/分的氧氣。在靠近基體正前方所量測到的氣體溫度爲1 200°C。沈積的B S T以1，1，1的晶格結構結晶。在形成BST層後，使用習用的被覆法在BST上成形鉻的結合層及金的導電層。接著對鉻及金製作極樣以形成兩組50支指狀交叉之電極的電容器（與圖2中之層22(藍寶石）24(BST)及26電極的結構類似）。在電極間施加 1MHz，5 0mV的信號同時在兩電極間施力□ DC偏壓電壓以測試電容器的可調電容。圖5顯示電容器之介電常數隨施加之電場改變的曲線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 -線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -34- 1284974 A7 B7 五、發明説明（32) 圖（須注意，兩條曲線幾乎相同的原因是由於BST內的磁滯）。從圖中可看出，當施加0-2伏/微米的電場時，介電常數從1 300改變到1 500(大約改變13%)。電容正比於介電常數，因此，電容的改變也大約爲1 3 %。在另一獨立的測試中檢查材料的損失特性，17.4GHz 的信號施加於一以該材料成形之共平面的波導移相結構。偏壓電壓爲0VDC時的相位爲468.1。。偏壓電壓爲 300VDC時量測到的相位爲427.3°。通過移相器最遭的損失情況爲0.696分貝。因此，所量測的裝置效率（K)爲 (468.1 ^427.3 ^)/0.696分貝=58.6分貝。材料的K是材料之 •效率的精確量測，它描述材料之鐵電性質所致使的相移量除以信號損失。當然，須瞭解，至少部分的損失是來自製作成圖樣之導體與接點電阻之有限的導電率，它存在於所有裝置中。例3 在本例中，使用CCVD法在複晶礬土上沈積 BaQ.6Sr〇.4Ti〇3被覆。複晶礬土是較便宜的基體材料，但以習知技術在礬土上沈積BST所得到的性能不佳。經由使用CCVD，可以形成高品質的層。BaQ.6Sr〇.4TiCh之前質的溶液中含有〇.〇143wt%的緦（形態爲2-乙基己酸緦）、 0.0615wt%的鋇（形態爲2-乙基己酸鋇）、〇.〇355wt%的（二-異丙醇）二（乙醯丙酮酸）鈦、1 2.6049wt%的甲苯、0.0118 wt%的異丙醇、1.5333wt%的1-丁醇、以及85.7412wt%的本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -35· 1284974 A7 B7 五、發明説明（33) 丙烷。溶液的流率固定在5.0毫升/分，3 Op si流率4020毫升/分的氧氣。在靠近基體正前方所量測到的氣體溫度爲 115CTC。例4 在本例中，使用CCVD法在藍寶石上沈積氧化錫銦 (ITO)被覆。ITO之前質的溶液中含有27.2克之O.lwt%的銦（其形態爲0.1克的乙醯丙酮酸銦溶解於27.2克的甲苯），3.85克之0.065 wt%的錫（其形態爲0.1克的四甲基-錫溶解於100克的甲苯），32.9克的甲苯及25克的丙烷。溶液的流率固定在5.0毫升/分，3 Op si流率4020毫升/分的氧氣。在靠近基體正前方所量測到的氣體溫度爲1000- 1020 °C，連續沈積10分鐘。退火後，ITO薄膜具有的電阻係數爲48歐姆/平方，光通過有IT◦膜之基體的穿透率爲穿透沒有ITO膜之基體的80%。例5 在本例中，使用CCVD法在硼矽鹽玻璃上沈積摻雜鎵的氧化鋅（GZO)。GZO之前質的溶液中含有11.42克的硝酸鋅（5.0wt%的鋅），3.76 克的 Ga-acac(5wt%的鎵），412 毫升的乙醇，13.5毫升的二甲基甲醯胺（DMF)及9毫升的醋酸。溶液的流率固定在3.5毫升/分以及流率0.5毫升/分的tip氧氣。在靠近基體正前方所量測到的氣體溫度爲 3 18連續沈積26分鐘。退火後，GZO薄膜的厚度爲500 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -36- 1284974 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明説明（34) 奈米，電阻係數爲12歐姆/平方。圖14顯示光通過有 GZO薄膜之基體及沒有GZO薄膜之基體的穿透率。從圖中可看出，與無薄膜的基體相較，波長在400到1200奈米之光穿透合成物的穿透率是90%或更高。例6 使用CCVD法在硼矽鹽玻璃上沈積摻雜鎵的薄膜，其沈積條件如下：前質溶液：2.31克的2-乙基己酸鋅以及 0.88克的乙醯丙酮酸鎵溶解於400毫升之20:80 vol:vol甲苯/異丙醇。沈積期間，基體溫度爲300°C，火焰溫度 1 300°C，移動速率254公分/分，噴嘴溫度230°C，氧流率 5 slm。沈積層的厚度爲0.5微米。薄膜在600°C的氮氣大氣中退火1小時。量測到的面電阻爲27歐姆/平方。例7 使用CCVD法在硼矽鹽玻璃上沈積摻雜鎵的薄膜，其沈積條件如下：前質溶液：1.07克的硝酸鋅以及0.44克的乙醯丙酮酸鎵溶解於200毫升之97:3 ν〇1:ν〇1乙醇/n，n-二甲基甲醯胺溶液中。沈積期間，基體溫度爲300°C，火焰溫度1 200°C，移動速率381公分/分，噴嘴溫度14(TC ，氧流率lslm。沈積層的厚度爲540奈米（0.54微米）。量測到的面電阻在1 2與1 3歐姆/平方之間。視應用而定，局部晶體或減少晶粒邊界之高k介電質沈積的厚度從大約0.1奈米到10,000奈米。多數的應用是 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '^1

、1T 線- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -37- 1284974 A7 A 7 B7 _ __；- 五、發明説明（35) 在100到10,000奈米之間，在200與3000奈米之間且大多數情況在300到1 500奈米之間更佳。雖然是以某些特定的較佳實施例描述本發明，但熟悉一般技術之人士應瞭解’可做各種修改且不會偏離本發明的範圍。例如晶體或減少邊界的沈積可以成形在某些聚合物上，特別是表面之結晶與所要沈積之材料之晶格匹配的材料。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 38 -

Claims

夂、申請專利範圍附件2A· • 第90 12 1 036號專利申請案中文申請專利範圍替換本民國96年4月13日修正 ι-種用於耦合或修改信號的可變電子裝置，該裝置包括： ~對主要金屬電極，而一高頻信號經該對主要金屬電極供應；可變介電材料部分；以及至少一個偏壓電極，用以施加一低頻或DC電場給該可變介電材料部分，藉以改變可變介電材料部分的介電常數；其中該偏壓電極薄到呈現於該高頻信號的阻抗高於該可變介電材料部分，且導電性足以施加該低頻或DC電場。 2 ·如申請專利範圍第1項的可變電子裝置，其中該偏壓電極的厚度在5奈米到0.5奈米之間。 3 .如申請專利範圍第1項的可變電子裝置，其中該偏壓電極的DC電阻係數在10歐姆/平方到l〇M歐姆/平方之間。 4.如申請專利範圍第1項的可變電子裝置，其中該偏壓電極的DC電阻係數在100歐姆/平方到1M歐姆/平方之間。 5 .如申請專利範圍第1項的可變電子裝置，其中成形該偏壓電極的材料是混合導體。本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） Γ ----- (請先聞令背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

4辨

月曰 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第1項的可變電子裝置，其中成形該偏壓電極的材料是以離子導體爲主。 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 7. 如申請專利範圍第1項的可變電子裝置，其中成形該偏壓電極的材料是半導體。 8. 如申請專利範圍第1項的可變電子裝置，其中成形該偏壓電極的材料是導電氧化物。 9·如申請專利範圍第1項的可變電子裝置，其中成形該偏壓電極的材料是減少晶粒邊界或是外延的。 1〇·—種用於耦合或修改信號的可變電子裝置，該裝置包括：一對主要金屬電極，而一高頻信號經該對主要金屬電極供應；可變介電材料部分；以及至少一個偏壓電極，用以施加一低頻或DC電場給該可變介電材料部分，藉以改變可變介電材料部分的介電常數；其中經濟部智慧財產局員工消費合作社印製該偏壓電極對該高頻信號的電阻至少比其DC電阻高 25% 〇 1 1 .如申請專利範圍第1 0項的可變電子裝置，其中該偏壓電極對信號的電阻比金屬電極的DC電阻至少高 10 0% 〇 12.如申請專利範圍第10項的可變電子裝置，其中該偏壓電極對信號的電阻比金屬電極的DC電阻至少高 2 0 0% 〇本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -2- A8 B8 C8 D8 頁 EI 夂、申請專利範圍 I3·種用於親合或修改信號的可變電子裝置，該裝置包括： (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 可變介電材料部分；主電極部，用以路由電氣信號通過可變介電質部分；以及至少一個偏壓電極，用以施加電場給該可變介電材料部分’藉以改變可變介電材料部分的介電常數。 14·如申請專利範圍第13項的可變電子裝置，其中該偏壓電極呈現於信號的阻抗高於該可變介電材料。 1 5 ·如申請專利範圍第1 3項的可變電子裝置，其中該偏壓電極毗鄰該主電極部。 1 6·如申請專利範圍第1 3項的可變電子裝置，其中該主電極部至少有一個維度的尺寸至少有信號頻率的一個集膚深度（skin depth)。 17.如申請專利範圍第13項的可變電子裝置，其中言亥偏壓電極的厚度在200奈米到0.3奈米之間。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 8 .如申請專利範圍第1 3項的可變電子裝置，其中該偏壓電極的厚度在5 0奈米到0 . 1奈米之間。 1 9 .如申請專利範圍第1 3項的可變電子裝置，其中該主電極部包括第一及第二主電極；該至少一個偏壓電極包括第一及第二偏壓電極；該第一主電極電氣地連接到該第一偏壓電極；及該第二主電極電氣地連接到該第二偏壓電極。 2 0.如申請專利範圍第13項的可變電子裝置’其中本紙張尺度適用中國國家摞準（CNS ) A4規格（210x297公釐） -3 -

.9亨4換1 JCX- 13 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍該至少一個偏壓電極包括第一及第二偏飇银& 梁礓極；以及該第一及第二偏壓電極位於該可變介電林 %竹枓的相對表面。 2 1.如申請專利範圍第1 3項的可變電子裝寶+ 該至少一個偏壓電極包括第一及第二偏壓锴 %电極；以及該第一及第二偏壓電極位於該可變介電材料的同_^ 面。 22·如申請專利範圍第13項的可變電子裝魔，其中該主電極部與該至少一個偏壓電極至少間隔50微#。 23. 如申請專利範圍第項的可變電子裝置，其中該主電極部與該至少一個偏壓電極至少間隔1 〇微米。 24. —種可調或可變的裝置，包括：具有一表面的基體；在部分基體表面上的可變材料；以及做爲偏壓電極的電極，該電極與可變介電材料及基體的表面直接接觸。 2 5.如申請專利範圍第24項的可調或可變的裝置，其中電極具有一厚度；毗鄰之電極間隔一間隙，該間隙具有一寬度；以及電極之厚度至少是間隙寬度的5 0%。 26·如申請專利範圍第25項的可調或可變的裝置，其中電極之厚度至少是間隙寬度的100%。 2 7.如申請專利範圍第25項的可調或可變的裝置，其本紙張尺度適用中國國家標率（CNS )八4規格（210X297公釐） (請先閲令背面之注意事項再填窝本頁) ► " 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4-

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製六、申請專利範圍中電極之厚度至少是間隙寬度的200%。 28·如申請專利範圍第25項的可調或可變的裝置，其中：可變介電材料具有與基體部分表面接觸的第一表面，以及在第一表面對面的第二表面；以及電極大部分與基體表面接觸。 29.如申請專利範圍第28項的可調或可變的裝置，其中電極與可變介電材料之第二表面重疊25微米。 3 0.如申請專利範圍第28項的可調或可變的裝置，其中電極與可變介電材料之第二表面重疊5微米。 3 1 .如申請專利範圍第28項的可調或可變的裝置，其中電極與可變介電材料之第二表面重疊1微米。 32. —種摻雜有雜質的氧化鋅薄膜，雜質選用自鎵、鋁、錫、銦、硼、氟及這些元素的混合物。 33. 如申請專利範圍第32項的薄膜，其中鋅與雜質金屬的克分子比介於大約9 9 : 1到大約9 0 : 1 0之間。 34. 如申請專利範圍第32項的薄膜是沈積在玻璃基體上。 3 5 ·如申請專利範圍第3 2項的薄膜是沈積在硼矽酸鹽玻璃基體上。 3 6·如申請專利範圍第32項的薄膜，其中該雜質是鎵〇 3 7 ·如申請專利範圍第3 2項的薄膜，其厚度〇 . 5微米時的面電阻大約2 5歐姆/平方或更小。本紙張尺度逋用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------------------，訂------A (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -5-

3 8 ·如申請專利範圍第3 2項的薄膜，其厚度ο . 5微米時的面電阻大約2 0歐姆/平方或更小。 3 9 ·如申請專利範圍第3 2項的薄膜，其厚度〇 5微米時的面電阻大約1 5歐姆/平方或更小。 4 0.—種前質溶液，包括含鋅的前質以及雜質的前質，雜質的元素選用自鎵、鋁、錫、銦及這些元素的混合物，其中該前質的溶劑包括乙醇。 4 1 ·如申請專利範圍第40項的前質溶液，其中該溶劑迪包括一*甲基甲釀肢’其水準介於大約1到大約10 vol.% 之間。 4 2 ·如申請專利範圍第4 0項的前質溶液，其中該雜質的前質包括鎵的前質。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（2l〇X297公釐） -6 -