具有大电感可调谐性的静电可调谐磁电电感器制造技术

一种静电可调谐磁电电感器，包括：衬底；压电层；以及磁电结构，其包括第一导电层、磁性薄膜层、第二导电层和凹槽，它们形成为创建围绕所述磁性薄膜层的至少一个导电线圈；其中衬底的一部分被去除以便增强压电层的形变。还公开了一种制造静电可调谐磁电电感器的方法。静电可调谐磁电电感器显示了＞5:1的可调谐电感范围，同时在调谐过程中功耗少于0.5mJ，不需要持续的电流来维持调谐，并且不需要例如驱动器或开关的复杂的机械组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有大电感可调谐性的静电可调谐磁电电感器本申请要求2011年8月18日提交的、名称为“ElectrostaticallyTunableMagnetoelectricInductorsWithLargeInductanceTunabilityandImprovedPerformance”的美国临时申请No.61/524,913的35U.S.C.§119(e)规定的权益和优先权，其全部公开内容在此通过引用结合到本文中。
本专利技术公开总地涉及具有大电感可调谐性的可调谐磁电电感器以及制造这种电感器的方法。本专利技术还涉及包括可调谐磁电电感器的半导体器件。
技术介绍
结合传统的射频前端组件的可调谐性允许能够在多个频带和标准工作的无线电构架的发展，引起无线电收发机的成本、体积、复杂性和功耗的减少。诸如可调谐滤波器、移相器、压控振荡器和可调谐低噪声放大器的前端组件以及其他射频组件使用芯片上和芯片外的无源电子元件。作为用于电子电路的三个基本组件之一的电感器被广泛应用于这些前端组件和其它电子应用中。可调谐电感器，尤其是适用于射频电路的可调谐电感器，是创建智能、可重构的无线电的关键元器件。虽然电子可调谐电容器和电阻器已经广泛地应用于这种任务，但是电子可调谐电感器并不容易得到，尽管这种电感器使用广泛。对于可调谐射频电感器，已经探索了不同的技术，包括其磁导率可以通过磁场来调谐的磁性材料的电感器、其磁导率可以通过改变电感器线圈和磁芯的耦合来调谐的磁性材料的电感器、其绕组通过MEMS开关数字化控制的电感器、耦合电感器之间的互感的机械调谐、通过连接变抗器和固定电感器以便改变施加在变抗器两端的偏压并由此调谐有效电感而创建的基于变抗器的可调谐电感器，以及手动调谐的电感器。这些可调谐电感器技术的每一个具有阻碍普遍且广泛接受的缺点。磁场调谐需要大量的电力和恒定电流。机械调谐需要大而复杂的、难以制造的驱动器。能够切换的电感器被所使用的开关的数量限制，并且因为增加开关的数量降低电感器质量，开关的数量被限制。变抗器调谐的电感器具有低品质因数和有限的可调谐性。手动调谐的电感器使用不方便。对于目前可用的可调谐电感器，这些不利方面限制了它们的使用。
技术实现思路
描述了具有大范围可调谐电感的静电可调谐电感器，其不需要复杂的机械驱动器或开关，并且不需要大量的功耗或不间断的恒定牵引电流。在一个或多个实施例中，静电可调谐电感器包括布置在衬底的上面的压电层。磁电结构布置在压电层的上面，其包括第一导电层、邻近第一导电层的磁性薄膜层，以及电连接到第一导电层的第二导电层。还公开了制造的方法。在一方面，通过形成布置在衬底的上面的压电层来制造静电可调谐电感器。磁电结构布置在压电层的上面，由第一导电层、邻近第一导电层的磁性薄膜层以及电连接到第一导电层的第二导电层形成。采用适用于半导体制造并允许将可调电感器装置结合和/或集成到半导体装置中的技术制造静电可调谐电感器。在一个或多个实施例中，在装置的制造和组装过程中，可调谐电感器被结合到半导体装置中。附图说明结合附图，考虑下面详细的描述，本专利技术上面的和其它的目的和优点将显而易见，其中在整个附图中相似的附图标记指代相同的部件，其中：图1是根据一个或多个实施例的静电可调谐电感器的示意图；图2A-2F是示出了根据某些实施例的静电可调谐磁电电感器以及制造这种装置的方法的过程截面图。图3A-3B是显示电场感应磁场的机理的多层磁性/压电材料的示意图；图4是根据某些实施例的采用不同的磁性材料和压电材料的图1的可调谐磁电电感器的可调谐性和品质因数的表格。具体实施方式与现有技术相比，本专利技术提供了具有大电感可调谐性和改进的性能的可调谐磁电电感器。另外，本专利技术提供了制造这种适于集成到标准半导体制造工艺的电感器的方法。与其它可调谐电感器不同，本专利技术的静电可调谐磁电电感器显示了＞5:1的可调谐电感范围，同时在调谐过程中功耗少于0.5mJ，不需要持续的电流来维持调谐，并且不需要例如驱动器或开关的复杂的机械组件。参考图1描述根据一个或多个实施例的磁电电感器200。在某些实施例中，磁电电感器包括衬底202，例如硅、蓝宝石，或其它可以在半导体制造工艺中使用的衬底。电感器包括由压电材料组成的压电层204。由诸如二氧化硅或其它传统的介电材料的隔离材料组成的第一隔离层206沉积在压电材料上。隔离层将压电材料和磁电结构分开，但提供了用于将应变变化从压电层转移到磁性结构的装置。磁电结构（例如磁螺线管或环形电感器）布置在压电层的上面。磁电结构包括诸如铜、铝、银或其它导电金属的导电金属层208a和208b，它们沉积在高磁导率磁性薄膜210的上面和下面以形成螺线管线圈。螺线管是在其内部产生相当均匀的磁场的磁场线圈。就像所有的载流装置一样，对于给定的电流，螺线管的电感正比于磁场的平方的体积积分。螺线管典型地通过将导线螺旋形地缠绕成线圈而形成。在本实施例中，螺线管线圈通过以下方式形成：使用通孔212a、212b连结图形化的上导电层和下导电层，以提供围绕磁性薄膜层的螺旋导电通道。沉积之后，磁性薄膜被磁性退火以对齐磁畴并被图形化以增加材料的磁导率。在一个或多个实施例中，磁电电感器中的每一层通过隔离层彼此间隔。与先前的集成到半导体装置中的可调谐电感器相比，这种结构引起可调谐电感范围和品质因数的提高。图2F是根据某些实施例的静电可调谐磁电电感器100的示意图。电感器100包括衬底层101和在衬底层101的上面的压电层102。第一隔离层103在压电层102的上面。第一导电层104在第一隔离层103的上面。在一些实施例中，第一导电层是图形化的。磁性薄膜层105在第一导电层104的上面。在一些实施例中，磁性薄膜层105被退火以对齐磁畴并且被图形化。在一些实施例中，所述图形化通过刻蚀来进行。第二隔离层106在磁性薄膜层105和第一导电层104的上面。在一些实施例中，在第二隔离层中形成凹槽107。凹槽107被形成为穿透第二隔离层106并且暴露第一导电层104的表面。尽管装置100中示出了两个凹槽107，但对于具体装置可以使用任意数量的凹槽（例如1、3等）。第二导电层108在第二隔离层106的至少一部分的上面，并且被放置为填充至少一个凹槽107并接触第一导电层104。在一些实施例中，图形化第二导电层108。在一些实施例中，结合凹槽107的布置来设置第一导电层104和第二导电层108的图形化，以便形成围绕磁性薄膜层109的至少一个线圈。在一些实施例中，衬底101的在压电层下面的一部分比不在压电层109下面的衬底部分要薄，以便对于给定的感应电场将压电层的形变最大化。此外，图1和图2F所示的结构旨在是示例性的并且不作为限制。本领域的技术人员可以理解的是，根据此处描述的原理，在不脱离说明书的精神的前提下，可以设计静电可调谐磁电电感器的其它变化。另外，本领域的技术人员可以理解的是，根据此处描述的原理，在不脱离说明书的精神的前提下，可以设计除了电感器外的其它静电可调谐磁电装置。在一些实施例中，衬底层101由硅组成。在其它实施例中，衬底层可以由砷化镓、氮化镓、蓝宝石或其它衬底材料组成。在一些实施例中，压电层102是放置在衬底上、厚度大约1到20μm的锆钛酸铅（PZT）层。将例如Ni、Bi、Sb、Nb等离子掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造静电可调谐磁电电感器的方法，所述方法包括：在衬底上形成压电层；在所述压电层的上面形成磁电结构，其通过以下步骤实现：形成布置在所述压电层的上面的第一导电层；形成布置在所述第一导电层的上面的磁性薄膜层；形成布置在所述磁性薄膜层的上面的第二导电层，其中所述第二导电层与所述第一导电层电导通，以便形成围绕所述磁性薄膜层的至少一个导电线圈。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.18 US 61/524,9131.一种制造静电可调谐磁电电感器的方法，所述方法包括：在衬底上形成压电层；在所述压电层的上面形成磁电结构，其通过以下步骤实现：形成布置在所述压电层的上面的第一导电层；形成布置在所述第一导电层的上面的磁性薄膜层；形成布置在所述磁性薄膜层的上面的第二导电层，其中所述第二导电层与所述第一导电层电导通，以便形成围绕所述磁性薄膜层的至少一个导电线圈。2.根据权利要求1所述的方法，还包括形成至少一个凹槽，其中所述至少一个凹槽被形成为使所述第一导电层和第二导电层彼此电导通。3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过施加光刻胶和刻蚀来形成所述凹槽。4.根据权利要求3所述的方法，其中，图形化所述光刻胶。5.根据权利要求2所述的方法，其中，在沉积之后，图形化所述第一导电层和第二导电层，以便形成围绕所述磁性薄膜层的至少一个电连接的线圈。6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过刻蚀来进行图形化。7.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述磁性薄膜层退火。8.根据权利要求1所述的方法，还包括图形化所述磁性薄膜层。9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过刻蚀来进行所述磁性薄膜层的图形化。10.根据权利要求1所述的方法，还包括去除来自磁性薄膜电感器下面的所述衬底的一部分。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磁性薄膜层由多层磁性材料组成。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一导电层紧邻所述磁性薄膜层。13.一种静电可调谐磁电电感器装置，包括：衬底；布置在所述衬底的上面的压电层...

【专利技术属性】
技术研发人员：NX·孙，
申请(专利权)人：温彻斯特技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US