一种可调谐铁电电容器，其包括： 第一导电表面； 第二导电表面，所述第一与第二导电表面构成一个电容器； 接近所述第一与第二导电表面的铁电材料； 与铁电材料耦合的可变电压的导线，其用于响应施加到所述可变电压导线上的电压而改变电容器的电容，所述电容器的电容响应于铁电材料的介电常数的改变而改变； 其中当电容器工作于－５０摄氏度到１００摄氏度温度范围内时，在０．２５ＧＨｚ－７．０ＧＨｚ频率范围内电容器的品质因数Ｑ大于８０。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本申请为2002年4月2日提交的、申请号为028107446、专利技术名称 为的分案申请。相关申请本申请请求享有特此通过参照方式结合到本申请中的2001年4月11 曰提交的美国临时申请60/283,093的优先权权益。另外，本申请与特此 通过参照方式结合到本申请中的2001年7月13日提交的美国申请 Tunable Ferro-electric Filter(可调谐铁电滤波器)和2001年7月24 曰提交的美国申请Tunable Ferro-electric Multiplexer(可调谐铁电多路 复用器)有关。
技术介绍
可变电容器的优点在于通过改变电容对应不同电容值可以得到不同 的电子响应。但是，目前可变电容器或可调电容器的实现结构使其在性 能上和实际使用中有着显著局限性。当可变电容器用于调谐收音机时， 可移动平行板结构电容器体积大、有损耗、有噪声，通常只能在一个有 限频段范围内工作，或者具有任何这类局限性。损耗元件或器件具有 很高的插入损耗(IL),插入损耗(IL)指元件消耗功率与传送给负载的 功率的比值。电子变容二极管是一种电容随外加电压变化而变化的半导 体器件。典型的变容二极管是有损耗、有噪声的，且因此通常不能有效 应用于高频领域，尤其是高于200MHz的频率。因此，它们不适用于调 谐那些插入损耗严重的器件，诸如在无线应用方面的过滤器和多路复用 器，尤其在使用码分多址(CDMA)的情况下。另一种提供可变电容的实现手段是微电子机械系统(MEMS)。这是一种微型开关器件，它在物 理上是根据外加信号来选择不同的电容器。但是，MEMS通常费用高昂， 可靠性差，需要实际控制电压，并且只能提供一系列离散的预选电容值。 由于铁电材料的介电常数是可变的，所以铁电材料是制造可调电容 器或其它可调谐元件的极好候选材料。但是，在目前使用的测量与表征 技术条件下，无论如何利用加工技术、掺杂技术或其它制造技术改进可 调谐铁电元件的损耗特性，可调谐铁电元件始终和实质地总是有损耗的。 它们因此而无法得到广泛应用。人们发现在射频或微波区段工作的铁电 可调谐元件损耗尤其大。例如，在雷达应用中的实践经验可以证实这一 观察发现，传统的块状(厚度大于约l.Omm)铁电材料具有很高的射频 或微波损耗，尤其当期望进行最大化调谐操作时。通常，除非采取改进 (减小)损耗的处理步骤，大多数铁电材料都是有损耗的。这些步骤包 括但不限于(1)在沉积处理之前进行退火处理和在沉积处理之后进行 退火处理或者在之前之后都进行退火处理，以便弥补02的空缺，(2)使 用过渡层以减小表面应力，(3)搀混或緩冲以其它材料以及(4)选择性 掺杂。近年来，在有限范围内对低功率元件进行调谐这样一种需要逐渐增 大，人们的兴趣已经转向使用薄膜铁电材料而不再是块状铁电材料。但 是，薄膜铁电材料仍继续面临着高铁电损耗的假定前提。传统的宽带测 量技术支持了该假定前提，即，无论其是块状的还是薄膜形式的，可调 谐铁电元件实质上都具有损耗。典型地通过诸如LRC计、阻抗分析仪或网络分析仪之类的装置获得 对铁电电容器电容值的宽带测量结果。通过功率测量结果，可以计算出 电容器的损耗值。损耗值的倒数定义为品质因子(Q)。因此，损耗器 件具有较小的Q值而较高功效的器件则具有较大的Q值。利用传统测量 技术获得的电容在约0.5pF-1.0pF内、工作在1.8GHz-2.0GHz频率范围内 的铁电电容器的Q测量值典型地应在10-50的范围内。效率如此之低是 人们所无法接受的，并且因此人们认为铁电可调谐元件不适合广泛使用。 例如，在无线通信中，在约2GHz的频率处要求Q大于80,优选地大于 180，更优选i也大于350。如后面将要说明的那样，传统的铁电元件的制造、测量与表征是不 恰当的。因此，人们通常都假定铁电可调谐元件损耗很大，其L-波段的Q值在10-50的范围内。铁电可调谐器件在其它波段也被认为Q值很小 因而为大多数应用所不能接受。
技术实现思路
现有技术中，测试铁电膜的损耗或其倒数Q的方法是有缺陷的。现 有技术方法通常使用宽带测试方法和非集成元件。通常没有全面考虑到 测试方法与被测器件的全部损耗机理。这就使得研究者相信铁电材料是 有损耗的。本专利技术提供了窄带测试方法以及元件的集成化。它考虑到了全部损 耗机理，并且加以消除或最小化减低。这就使得测试结果更加精确，结 果表明有一些铁电材料的损耗比以前的预想得要小很多。利用这种测试方法，可以成功地对铁电膜材料进行研究，以在损耗、 可调谐性以及其它参数之间寻求理想的折衷。可以构造出低损耗可调谐 的铁电器件。可以构造出一种低损耗的铁电可调电容器。这种电容器可 以用作许多有可调谐性需要和低损耗需求的应用的构件块，这些应用的 低损耗需求使得其它可调谐器件因无法满足要求而被排除。 一 个实例应 用是在无线通信装置中。附图的简要说明通过研读附图可以部分地获知本专利技术在其结构和工作特性方面的详 细内容，附图中相同附图标记指代相同的部分，在这些附图中 图l是利用薄铁电膜制成的交叉指型电容器的俯视图； 图2是根据本专利技术所述的可调铁电间隙电容器的截面图； 图3的图表用于说明间隙宽度、铁电层厚度以及电容值之间的关系； 图4是根据本专利技术所述的铁电叠层电容器的俯视图。 图5是图4所示叠层电容器的局部放大视图。 图6示出了根据本专利技术所述的二阶窄带谐振测试电路； 图7是利用图6测试电路获取的数据与利用传统测试方法获取的数据的对比表；图8是#4居本专利技术所述的二阶窄带谐振测试电路的另 一个实施例； 图9是根据本专利技术所述的单谐振器窄带测试电路； 附图说明图10a是根据本专利技术所述的单谐振器窄带测试电路的另一实施例的 示意图；以及图10b是图10a所示电路示意图的平面实现。本专利技术的详细il明本专利技术提供了使用窄带谐振电路的测试方法，所述窄带谐振电路精 确测量并表征具有将要采用的拓朴结构并且在其将要应用的频率范围内 的可调谐铁电元件的效率。这些测试方法与电路证实，可调谐铁电元件 不像以前人们想象得那样损耗是均匀无变化的，并且证实将可调谐铁电 元件用于低损耗应用与装置(诸如无线手机)中有很多优点。依据精确 测定的损耗，可以对可调谐铁电元件进行正确的优化与设计。可以识别 并消除特定的损耗机理，或者可以减少并限制这些特定损耗机理。可调谐铁电元件，尤其是那些使用薄膜形式的可调谐铁电元件，可 被应用在许多种频率捷变电路中。因为其具有元件尺寸与高度较小、插 入损耗低或在相同插入损耗的情形下抑止特性较好、费用较低、以及能 够在 一 个以上频带范围进行调谐等特性，所以可调谐元件是所期望的。 可以覆盖多个频带的可调谐元件的能力有可能减少所需元件的数目，例 如使用多路复用固定频率元件作为为在离散频带之间选频所需的开关元 件。这些优点在无线手机设计方面意义尤为重要，在无线手机设计中既 需要增强功能又需要降低造价和尺寸，从表面上看起来两者是相互矛盾 的需求。例如，在CDMA手机中，独立元件的性能被着重强调。铁电材 料还使得对迄今为止具有抗缩性的射频元件进行集成变为可能，诸如用 于无线装置的天线接口单元(AIU)。例如，AIU可以集成一个或多个可调谐的双工器(双频带无线通信 装置中的USPCS和蜂窝)、同向双工器、功率放大本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可调谐铁电电容器，其包括第一导电表面；第二导电表面，所述第一与第二导电表面构成一个电容器；接近所述第一与第二导电表面的铁电材料；与铁电材料耦合的可变电压的导线，其用于响应施加到所述可变电压导线上的电压而改变电容器的电容，所述电容器的电容响应于铁电材料的介电常数的改变而改变；其中当电容器工作于-50摄氏度到100摄氏度温度范围内时，在0.25GHz-7.0GHz频率范围内电容器的品质因数Q大于80。2. 如权利要求1所述的可调谐铁电电容器，其特征在于，当工作温 度范围是从-50摄氏度到IOO摄氏度时，在0.8GHz-7.0GHz频率范围内的 所述品质因数大于80。3. 如权利要求1所述的可调谐铁电电容器，其特征在于，当工作温 度范围是从-50摄氏度到IOO摄氏度时，在0.25GHz-2.5GHz频率范围内 的所述品质因数大于80。4. 如权利要求1所述的可调谐铁电电容器，其特征在于，当工作温 度范围是从-50摄氏度到IOO摄氏度时，在0.8GHz-2.5GHz频率范围内的 所述品质因数大于80。5. 如权利要求1所述的可调谐铁电电容器，其特征在于，当工作温 度范围是从-50摄氏度到IOO摄氏度时，在0.25GHz-7.0GHz频率范围内 的所述品质因数大于180。6. 如权利要求1所述的可调谐铁电电容器，其特征在于，当工作温 度范围是从-50摄氏度到IOO摄氏度时，在0.8GHz-2.5GHz频率范围内的 所述品质因凄t大于180。7. 如权利要求1所述的可调谐铁电电容器，其特征在于，当工作温度范围是从-50摄氏度到100摄氏度时，在0.3pF-3.0pF范围内的电容的 品质因数大于80。8. 如权利要求1所述的可调谐铁电电容器，其特征在于，当工作温 度范围是从-50摄氏度到IOO摄氏度时，在...
【专利技术属性】
技术研发人员：斯坦利·斯拉夫科·通西赫，
申请(专利权)人：京瓷无线公司，
类型：发明
国别省市：
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