具有大電感可調(diào)諧性的靜電可調(diào)諧磁電電感器制造技術(shù)

一種靜電可調(diào)諧磁電電感器，包括：襯底；壓電層；以及磁電結(jié)構(gòu)，其包括第一導(dǎo)電層、磁性薄膜層、第二導(dǎo)電層和凹槽，它們形成為創(chuàng)建圍繞所述磁性薄膜層的至少一個(gè)導(dǎo)電線圈；其中襯底的一部分被去除以便增強(qiáng)壓電層的形變。還公開了一種制造靜電可調(diào)諧磁電電感器的方法。靜電可調(diào)諧磁電電感器顯示了＞5:1的可調(diào)諧電感范圍，同時(shí)在調(diào)諧過(guò)程中功耗少于0.5mJ，不需要持續(xù)的電流來(lái)維持調(diào)諧，并且不需要例如驅(qū)動(dòng)器或開關(guān)的復(fù)雜的機(jī)械組件。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】具有大電感可調(diào)諧性的靜電可調(diào)諧磁電電感器本申請(qǐng)要求2011年8月18日提交的、名稱為“ElectrostaticallyTunableMagnetoelectricInductorsWithLargeInductanceTunabilityandImprovedPerformance”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.61/524,913的35U.S.C.§119(e)規(guī)定的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，其全部公開內(nèi)容在此通過(guò)引用結(jié)合到本文中。
本專利技術(shù)公開總地涉及具有大電感可調(diào)諧性的可調(diào)諧磁電電感器以及制造這種電感器的方法。本專利技術(shù)還涉及包括可調(diào)諧磁電電感器的半導(dǎo)體器件。
技術(shù)介紹
結(jié)合傳統(tǒng)的射頻前端組件的可調(diào)諧性允許能夠在多個(gè)頻帶和標(biāo)準(zhǔn)工作的無(wú)線電構(gòu)架的發(fā)展，引起無(wú)線電收發(fā)機(jī)的成本、體積、復(fù)雜性和功耗的減少。諸如可調(diào)諧濾波器、移相器、壓控振蕩器和可調(diào)諧低噪聲放大器的前端組件以及其他射頻組件使用芯片上和芯片外的無(wú)源電子元件。作為用于電子電路的三個(gè)基本組件之一的電感器被廣泛應(yīng)用于這些前端組件和其它電子應(yīng)用中。可調(diào)諧電感器，尤其是適用于射頻電路的可調(diào)諧電感器，是創(chuàng)建智能、可重構(gòu)的無(wú)線電的關(guān)鍵元器件。雖然電子可調(diào)諧電容器和電阻器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于這種任務(wù)，但是電子可調(diào)諧電感器并不容易得到，盡管這種電感器使用廣泛。對(duì)于可調(diào)諧射頻電感器，已經(jīng)探索了不同的技術(shù)，包括其磁導(dǎo)率可以通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)調(diào)諧的磁性材料的電感器、其磁導(dǎo)率可以通過(guò)改變電感器線圈和磁芯的耦合來(lái)調(diào)諧的磁性材料的電感器、其繞組通過(guò)MEMS開關(guān)數(shù)字化控制的電感器、耦合電感器之間的互感的機(jī)械調(diào)諧、通過(guò)連接變抗器和固定電感器以便改變施加在變抗器兩端的偏壓并由此調(diào)諧有效電感而創(chuàng)建的基于變抗器的可調(diào)諧電感器，以及手動(dòng)調(diào)諧的電感器。這些可調(diào)諧電感器技術(shù)的每一個(gè)具有阻礙普遍且廣泛接受的缺點(diǎn)。磁場(chǎng)調(diào)諧需要大量的電力和恒定電流。機(jī)械調(diào)諧需要大而復(fù)雜的、難以制造的驅(qū)動(dòng)器。能夠切換的電感器被所使用的開關(guān)的數(shù)量限制，并且因?yàn)樵黾娱_關(guān)的數(shù)量降低電感器質(zhì)量，開關(guān)的數(shù)量被限制。變抗器調(diào)諧的電感器具有低品質(zhì)因數(shù)和有限的可調(diào)諧性。手動(dòng)調(diào)諧的電感器使用不方便。對(duì)于目前可用的可調(diào)諧電感器，這些不利方面限制了它們的使用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
描述了具有大范圍可調(diào)諧電感的靜電可調(diào)諧電感器，其不需要復(fù)雜的機(jī)械驅(qū)動(dòng)器或開關(guān)，并且不需要大量的功耗或不間斷的恒定牽引電流。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，靜電可調(diào)諧電感器包括布置在襯底的上面的壓電層。磁電結(jié)構(gòu)布置在壓電層的上面，其包括第一導(dǎo)電層、鄰近第一導(dǎo)電層的磁性薄膜層，以及電連接到第一導(dǎo)電層的第二導(dǎo)電層。還公開了制造的方法。在一方面，通過(guò)形成布置在襯底的上面的壓電層來(lái)制造靜電可調(diào)諧電感器。磁電結(jié)構(gòu)布置在壓電層的上面，由第一導(dǎo)電層、鄰近第一導(dǎo)電層的磁性薄膜層以及電連接到第一導(dǎo)電層的第二導(dǎo)電層形成。采用適用于半導(dǎo)體制造并允許將可調(diào)電感器裝置結(jié)合和/或集成到半導(dǎo)體裝置中的技術(shù)制造靜電可調(diào)諧電感器。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，在裝置的制造和組裝過(guò)程中，可調(diào)諧電感器被結(jié)合到半導(dǎo)體裝置中。附圖說(shuō)明結(jié)合附圖，考慮下面詳細(xì)的描述，本專利技術(shù)上面的和其它的目的和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見，其中在整個(gè)附圖中相似的附圖標(biāo)記指代相同的部件，其中：圖1是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的靜電可調(diào)諧電感器的示意圖；圖2A-2F是示出了根據(jù)某些實(shí)施例的靜電可調(diào)諧磁電電感器以及制造這種裝置的方法的過(guò)程截面圖。圖3A-3B是顯示電場(chǎng)感應(yīng)磁場(chǎng)的機(jī)理的多層磁性/壓電材料的示意圖；圖4是根據(jù)某些實(shí)施例的采用不同的磁性材料和壓電材料的圖1的可調(diào)諧磁電電感器的可調(diào)諧性和品質(zhì)因數(shù)的表格。具體實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)提供了具有大電感可調(diào)諧性和改進(jìn)的性能的可調(diào)諧磁電電感器。另外，本專利技術(shù)提供了制造這種適于集成到標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造工藝的電感器的方法。與其它可調(diào)諧電感器不同，本專利技術(shù)的靜電可調(diào)諧磁電電感器顯示了＞5:1的可調(diào)諧電感范圍，同時(shí)在調(diào)諧過(guò)程中功耗少于0.5mJ，不需要持續(xù)的電流來(lái)維持調(diào)諧，并且不需要例如驅(qū)動(dòng)器或開關(guān)的復(fù)雜的機(jī)械組件。參考圖1描述根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的磁電電感器200。在某些實(shí)施例中，磁電電感器包括襯底202，例如硅、藍(lán)寶石，或其它可以在半導(dǎo)體制造工藝中使用的襯底。電感器包括由壓電材料組成的壓電層204。由諸如二氧化硅或其它傳統(tǒng)的介電材料的隔離材料組成的第一隔離層206沉積在壓電材料上。隔離層將壓電材料和磁電結(jié)構(gòu)分開，但提供了用于將應(yīng)變變化從壓電層轉(zhuǎn)移到磁性結(jié)構(gòu)的裝置。磁電結(jié)構(gòu)（例如磁螺線管或環(huán)形電感器）布置在壓電層的上面。磁電結(jié)構(gòu)包括諸如銅、鋁、銀或其它導(dǎo)電金屬的導(dǎo)電金屬層208a和208b，它們沉積在高磁導(dǎo)率磁性薄膜210的上面和下面以形成螺線管線圈。螺線管是在其內(nèi)部產(chǎn)生相當(dāng)均勻的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)線圈。就像所有的載流裝置一樣，對(duì)于給定的電流，螺線管的電感正比于磁場(chǎng)的平方的體積積分。螺線管典型地通過(guò)將導(dǎo)線螺旋形地纏繞成線圈而形成。在本實(shí)施例中，螺線管線圈通過(guò)以下方式形成：使用通孔212a、212b連結(jié)圖形化的上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層，以提供圍繞磁性薄膜層的螺旋導(dǎo)電通道。沉積之后，磁性薄膜被磁性退火以對(duì)齊磁疇并被圖形化以增加材料的磁導(dǎo)率。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，磁電電感器中的每一層通過(guò)隔離層彼此間隔。與先前的集成到半導(dǎo)體裝置中的可調(diào)諧電感器相比，這種結(jié)構(gòu)引起可調(diào)諧電感范圍和品質(zhì)因數(shù)的提高。圖2F是根據(jù)某些實(shí)施例的靜電可調(diào)諧磁電電感器100的示意圖。電感器100包括襯底層101和在襯底層101的上面的壓電層102。第一隔離層103在壓電層102的上面。第一導(dǎo)電層104在第一隔離層103的上面。在一些實(shí)施例中，第一導(dǎo)電層是圖形化的。磁性薄膜層105在第一導(dǎo)電層104的上面。在一些實(shí)施例中，磁性薄膜層105被退火以對(duì)齊磁疇并且被圖形化。在一些實(shí)施例中，所述圖形化通過(guò)刻蝕來(lái)進(jìn)行。第二隔離層106在磁性薄膜層105和第一導(dǎo)電層104的上面。在一些實(shí)施例中，在第二隔離層中形成凹槽107。凹槽107被形成為穿透第二隔離層106并且暴露第一導(dǎo)電層104的表面。盡管裝置100中示出了兩個(gè)凹槽107，但對(duì)于具體裝置可以使用任意數(shù)量的凹槽（例如1、3等）。第二導(dǎo)電層108在第二隔離層106的至少一部分的上面，并且被放置為填充至少一個(gè)凹槽107并接觸第一導(dǎo)電層104。在一些實(shí)施例中，圖形化第二導(dǎo)電層108。在一些實(shí)施例中，結(jié)合凹槽107的布置來(lái)設(shè)置第一導(dǎo)電層104和第二導(dǎo)電層108的圖形化，以便形成圍繞磁性薄膜層109的至少一個(gè)線圈。在一些實(shí)施例中，襯底101的在壓電層下面的一部分比不在壓電層109下面的襯底部分要薄，以便對(duì)于給定的感應(yīng)電場(chǎng)將壓電層的形變最大化。此外，圖1和圖2F所示的結(jié)構(gòu)旨在是示例性的并且不作為限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，根據(jù)此處描述的原理，在不脫離說(shuō)明書的精神的前提下，可以設(shè)計(jì)靜電可調(diào)諧磁電電感器的其它變化。另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，根據(jù)此處描述的原理，在不脫離說(shuō)明書的精神的前提下，可以設(shè)計(jì)除了電感器外的其它靜電可調(diào)諧磁電裝置。在一些實(shí)施例中，襯底層101由硅組成。在其它實(shí)施例中，襯底層可以由砷化鎵、氮化鎵、藍(lán)寶石或其它襯底材料組成。在一些實(shí)施例中，壓電層102是放置在襯底上、厚度大約1到20μm的鋯鈦酸鉛（PZT）層。將例如Ni、Bi、Sb、Nb等離子摻雜本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種制造靜電可調(diào)諧磁電電感器的方法，所述方法包括：在襯底上形成壓電層；在所述壓電層的上面形成磁電結(jié)構(gòu)，其通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：形成布置在所述壓電層的上面的第一導(dǎo)電層；形成布置在所述第一導(dǎo)電層的上面的磁性薄膜層；形成布置在所述磁性薄膜層的上面的第二導(dǎo)電層，其中所述第二導(dǎo)電層與所述第一導(dǎo)電層電導(dǎo)通，以便形成圍繞所述磁性薄膜層的至少一個(gè)導(dǎo)電線圈。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2011.08.18 US 61/524,9131.一種制造靜電可調(diào)諧磁電電感器的方法，所述方法包括：在襯底上形成壓電層；在所述壓電層的上面形成磁電結(jié)構(gòu)，其通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：形成布置在所述壓電層的上面的第一導(dǎo)電層；形成布置在所述第一導(dǎo)電層的上面的磁性薄膜層；形成布置在所述磁性薄膜層的上面的第二導(dǎo)電層，其中所述第二導(dǎo)電層與所述第一導(dǎo)電層電導(dǎo)通，以便形成圍繞所述磁性薄膜層的至少一個(gè)導(dǎo)電線圈。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括形成至少一個(gè)凹槽，其中所述至少一個(gè)凹槽被形成為使所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層彼此電導(dǎo)通。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，通過(guò)施加光刻膠和刻蝕來(lái)形成所述凹槽。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，圖形化所述光刻膠。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在沉積之后，圖形化所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，以便形成圍繞所述磁性薄膜層的至少一個(gè)電連接的線圈。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，通過(guò)刻蝕來(lái)進(jìn)行圖形化。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括對(duì)所述磁性薄膜層退火。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括圖形化所述磁性薄膜層。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，通過(guò)刻蝕來(lái)進(jìn)行所述磁性薄膜層的圖形化。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括去除來(lái)自磁性薄膜電感器下面的所述襯底的一部分。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述磁性薄膜層由多層磁性材料組成。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一導(dǎo)電層緊鄰所述磁性薄膜層。13.一種靜電可調(diào)諧磁電電感器裝置，包括：襯底；布置在所述襯底的上面的壓電層...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：NX·孫，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：溫徹斯特技術(shù)有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó);US