微电子机械结构(MEMS)和其它微工程装置由于这些装置所提供 的尺寸、价格和可靠性方面的优点目前正在发展以提供范围广阔的应 用。例如，一种有益的MEMS装置是一种可变电容器，其中在一对电 极之间的极间距离是可控地变化的以便有选择地改变电极间的电容 量。在这方面，常规的MEMS可变电容器包括一对电极，其中之一通 常配置并固定在基片上，而另一个通常安装在可移动的执行机构或驱 动器上。按照MEMS工艺，可移动执行机构典型地是对基片进行微细 加工而形成的，以便能够构成极小和极精确地规定的执行机构。
可变电容器可以用于许多应用中，而可调谐滤波器经常利用可变 电容器来相应地对其进行调谐以通过具有预定频率的信号而同时拒绝 具有其它频率的信号。对于使用在高频应用中的可调谐滤波器，例如 涉及射频(FR)信号的应用中，可调谐滤波器最好具有低损耗和高Q 值，即高品质因数。遗憾地是，含有由常规的金属形成的电极的可变 电容器通常并不具备在高频应用中的足够的高Q值。虽然由超导材料 形成的电极可能有利地增加所得可变电容器的Q值，但使用超导材料 通常和微细加工技术并不相容，例如与制造常规的MEMS可变电容器 的执行机构所需要的技术就不相容。例如，在微细加工基片时所使用 的化学药品，如蚀刻剂，很可能对酸及水敏感的超导材料是有害的。 此外，常规微细加工所需的在400℃范围甚至更高的高温将损坏对温 度敏感的超导材料。
因此，具有改进的性能特性的MEMS可变电容器对许多应用都是 需要的。例如，需要具有更高Q值的可调谐滤波器以便适用于对高频 信号滤波，但目前它们的尺寸大，制造时昂贵而且只有有限的性能特 性。
发明概述
因此提供一种可变电容器，它是微细加工的以便能精确地限定而 且特别地小，同时也包括由低电阻材料形成的电极。因此，该可变电 容器可以用于广阔范围的高性能应用，包括用于具有高Q值的可调谐 滤波器。这样，可调谐滤波器可以适当地对高频信号如射频和微波信 号滤波。
该可变电容器包括一基片和至少一个配置在该基片上的基片电 极，它由低电阻材料，如高温超导(HTS)材料或厚的金属层所构成。该 可变电容器还包括一个双晶构件(bimorph member)，它从基片向外 延伸并覆盖在至少一个基片电极之上。所述双晶构件包括由具有不同 热膨涨系数的材料构成的第一和第二层。双晶构件的第一和第二层限 定至少一个双晶电极，以使在基片电极和双晶电极之间建立的电压差 使双晶构件能相对于基片移动，由此改变极间的距离。因此，双晶构 件起着执行机构的作用以便有控制地使双晶电极相对于固定的基片电 极移动。
可变电容器还可以包括一配置在基片上的基片电容器板。基片电 容器板最好也由低电阻材料形成，如HTS材料或厚金属层。双晶构件 最好也限定一双晶电容器板，它响应基片和双晶电极之间的电压差而 和双晶构件一起移动，由此而相应地改变基片和双晶电容器板之间的 电容量。因此，通过有选择地建立基片和双晶电极之间的电压差，双 晶构件能够相对于下面的基片而移动，使得基片与双晶电容器板之间 的距离以及建立在它们之间所得到的电容量可有选择地改变。
在一个实施例中，双晶构件规定了双晶电极和双晶电容器板作为 双晶构件的一个连续的导电层。这样，单独一个导电层同时用作双晶 电极和双晶导电板。在另一实施例中，双晶构件规定了双晶电极和双 晶电容器板是分立的部件。特别是，双晶构件最好规定双晶电极总体 上要和基片电极对准。此外，这个实施例的双晶构件最好规定双晶电 容器板要与双晶电极有间距并且总体上与基片电容器板对准配置。
双晶构件可以由多种材料制成。例如，双晶构件的第一层可以包 括象金这样的金属，而且双晶构件的第二层可以包括象铝这样的金 属。一般说来，为双晶构件各层所选的材料将有完全不同的热膨涨系 数以方便双晶构件正确的热作用。作为替换，双晶构件的第一层可以 包括介电材料，如氮化硅、氧化硅或合适的聚合物，而且双晶构件的 第二层可包括像金这样的金属。形成第一和第二层的材料最好这样来 选择，使得双晶构件在预定的工作温度下在没有外加电压的情况下由 于形成双晶构件的第一和第二层的材料有不同的热膨涨系数而以离开 基片的方向卷曲。这样，通过向基片和双晶电极上适当地施加电压， 双晶体构件因此至少部分地展开，以便控制基片电容器板和双晶电容 器板之间的间距。
按照本发明的另一方面还提供一种制造可变电容器的方法。在这 方面，一种低电阻材料，例如HTS材料被最初沉积在基片上以限定至 少一个基片电极，更可取的是同时沉积基片电极和基片电容器板。可 供选择的是，介电层可以沉积在至少一个基片电极和基片电容器板上 以便有需要时提供电绝缘。此后，一牺牲层(a sacrifical layer)沉积 在基片电极、基片电容器板和任选的电介质层上，这个牺牲层最好是 由低温氧化物、金属或光刻胶形成。然后包括双晶电极的尤为可取的 是同时包括双晶电极和双晶电容器板的双晶构件，形成在牺牲层的至 少一部分上和在穿过牺牲层而使下面的基片暴露的窗口之内。这样， 双晶构件从基片向外延伸并覆盖在基片电极和基片电容器板之上。一 旦形成了双晶构件就去除牺牲层，使得双晶构件向上卷曲，而且可响 应基片和双晶电极之间的电压差而相对于底下的基片、基片电极和基 片电容器板移动。
按照一个实施例，双晶构件是通过将第一层沉积在牺牲层上并且 是在穿过牺性层而使底下的基片暴露的窗口之内而形成的。此后，第 二层就沉积在第一层上，且第一层和第二层要这样选择，使第二层与 第一层有不同的热膨涨系数。在一个实施例中，第二层的沉积可以包 括在第一层上沉积连续的第二层，使得连续的第二层同时用作双晶电 极和双晶电容器板。换一方案，第二层的沉积包括在第一层上形成至 少一个双晶电极，并且在总体上和至少一个基片电极对准而沉积。在 形成至少一个双晶电极之外，第二层的沉积可以包括一双晶电容器 板，它与至少一个双晶电极分开并且总体上与基片电容器板对准而沉 积。
按照本发明，提供一种可变电容器和相关的制造方法，它允许利 用微细加工技术来制造具有由像HTS材料这样的低电阻材料形成的 电极和电容器板的可变电容器。这样就可以精确地规定可变电容器， 它能够有小的尺寸而比起常规的可变电容器来又有改进的性能特性。 其结果是，这种可变电容器可以在各种应用中使用，包括用于具有相 当高Q值的可调谐滤波器中。由于含有本发明的可变电容器的可调谐 滤波器具有相当高的Q值，故此可调谐滤波器可以用来对具有高频的 信号滤波，如射频信号。
附图简介
图1是按照本发明的一个实施例的可变电容器的透视图。
图2是图1的可变电容器的截面侧视图。
图3是按照本发明的另一实施例的可变电容器的截面图，它具有 埋入基片中的基片电极和基片电容器板。
图4a-4b是可变电容器的平面图，表明按照本发明的一个实施例 的基片电极的基片电容器板的配置和形状的两种方案。
图5是按照本发明另一实施例的可变电容器的截面图，它具有非 连续第二层的双晶构件，双晶电极和双晶电容器板是分开的。
图6a-6b是按照本发明各实施例的双端和三端可变电容器的简化 电原理图。
图7是按照本发明的又一个实施例的可变电容器的截面图，它实 现一类似墩的结构(post-like structures)的阵列以克服静磨擦。
图8是按照本发明的另一实施例的可变电容器的截面图，它实现 波纹(dimple)和相应的岛(island)的阵列以克服静磨擦。
图9a-9d是说明按照本发明在制造HTS可变电容器时所实施的顺 序操作的截面图。
图10a-10b是说明按照本发明在非HTS可变电容器中制造埋入电 极和电容器板中所实施的顺序操作的截面图。
优选实施例的详细说明
下面将参考附图更详细地说明本发明，图中表示了各优选实施 例。但是，本发明可以用许多不同形式来实现，因而不能理解为受这 里所提出的实施例的限制；相反，提供这些实施例能使这种公开更透 彻和完整，并将向熟悉本技术的人们充分地传达本发明的范围。相同 的数字在整个范围内指相同的元件。
现在参见图1，这里表示按照本发明一个实施例的可变电容器 10。该可变电容器包括一微电子基片12。为了允许由超导材料形成的 部件能在基片上生成，该基片最好具有高的介电常数、低损耗正切角 和它的热膨涨系数(CTE)要类似于电容器和电极材料的CTE。例如， 如果希望要和高温超导(HTS)材料相兼容，那么基片可以由氧化镁 (MgO)或其它类似材料来达成，例如可以用LaAlO3或NdCaAlO4。如 果电极和电容器板由非HTS材料生成，则基片可由石英、蓝宝石或其 它适宜的基片材料来形成。
如在图2中更加清楚地表示的、可变电容器10还包括配置在基片 12上的至少一个基片电极14。虽然可变电容器可以包括多个配置在基 片上的基片电极，但在此后为了说明的目的可变电容器将以具有单个 基片电极的可变电容器这一含义来叙述。为了增加所得可变电容器的 Q值，基片电极是由在相关频率下具有低电阻的材料所形成的。
在本发明的一个优选实施例中基片电极是由高温超导(HTS)材料 形成的。虽然可以使用多种HTS材料，一个有利的优选实施例的基片 电极是由钇钡铜氧化物(YBCO)或铊钡钙铜氧化物(TBCCO)形成的。
在一个替代实施例中基片电极可以包括一厚金属层，例如厚的金 层。为了减少损耗，金属层必须是电容器工作频率下的横穿信号的集 肤深度的若干倍。厚的金属层可保证低的电阻并允许有相关频率下的 电导性。金属层的厚度至少是工作频率下横穿信号的集肤深度的两倍 (2X)。例如，在约850兆赫时，集肤深度为约2微米，相应的基片电 极的厚度将为约4微米到约6微米。具有这样凸起厚度的电极将在电 容器元件中引起严重的表面构形问题，并会在电容器构造的后继生成 层的制造中引起困难。为了克服这一问题，基片电极可以将厚金属层 沉积在凹槽中而埋头在基片中。图3表示按照本发明的一实施例的可 变电容器的截面图，它具有埋头到基片12中的基片电极14(以及基片 电容器板18)。基片电极和基片电容器板的下埋为后继的保护膜16建 立了一个平坦表面。
如图2和3所示，保护性介电层16可任选地覆盖基片电极14。如 在后面结合制造可变电容器10的一种方法的讨论所述明的那样，在由 HTS材料形成基片的实施例中最好要用介电层覆盖基片电极。介电层 的保护性质用来在随后的制造步骤中屏蔽HTS材料。尤其是，介电层 将保护HTS材料免受在制造过程中所用的化学药品如蚀刻剂的作 用。因此，介电层通常是由能耐受在制造过程所用的化学药品的材料 形成的，同时，它通常也是低损耗的介电材料。在这方面，材料的介 电性质有利于在电气上使基片电极与双晶构件分隔。此外，介电层一 般是较薄的膜，其典型厚度为小于约1微米。在使用HTS以形成电极 的实施例中，介电层可包括聚合物材料或别的适合于对HTS提供保护 的材料。
在其它使用非HTS基片电极的实施例中可以省掉介电层16。在非 HTS基片电极实施例中介电层的保护性质不是关键性的。如果在非 HTS电极实施例中使用了介电层，那么它一般是用于绝缘特性。因此， 在非HTS基片电极实施例中介电层可以包括氧化物或别的合适的介 电材料。如果省掉了介电层因此空气用作为电介质，那么其它某种介 电元件或隔离支持一般将存在于可变电容器中以防止基片电极与双晶 电极短路。
除了基片电极14之外，可变电容器还包括配置在基片12上的基 片电容器板18。和基片电极一样，基片电容器板最好由在相关频率下 呈现低电阻的材料形成。因此，基片电容器板最好也用如YBCO或 TBCCO这样的HTS材料形成。此外，基片电容器板可以包括厚金属 层，如厚的金层。如上所述，厚金属层必须有电容器工作频率下横穿 信号集肤深度的几倍厚。金属层的厚度最好是工作频率下横穿信号的 集肤深度的至少两倍(2X)。如图3所示，在厚金属电容器板的实施例 中基片电容器板18可以埋入基片12以减轻涉及构形的问题。
在基片电极和基片电容器板是由同一材料例如YBCO或 TBCCO，或厚的金层形成的实施例中，这些部件的加工可以在同一或 相同几个步骤中完成。如图2和3所示，基片电容器板最好和基片电 极相互隔开。此外，虽然基片电容器板和基片电极在图中具有大体相 同的尺寸和形状，但基片电容器板和基片电极可以有不同的尺寸和形 状而不背离本发明的精神和范围。通过改变基片电极和基片电容器板 的配置，就可能在跨越整个双晶构件20的整体范围内具有均匀的作用 力。图4a和4b表示可变电容器10的平面图，它详细表示了基片电极 和基片电容器板的另外的形状和配置。如图4a所示，基片电极和电容 器板配置的优选实施例表明配置在基片12上的基片电极14，它在长 度方向从随后形成的双晶构件20的靠近固定部分20a的一个区域开始 一直到该双晶构件的最远到达的末端部分20b相邻近的区域为止。基 片电容器板18以相同的长度方向配置在基片电极的邻近。如图4b所 示，基片电极14是U形的，其U形的底部靠近双晶构件20的固定部 分20a，而基片电容板则配置在基片上，使它被U形的基片电极的三 个边所包围。这两个实施例，以及其它可想象的配置和形状的实施例， 都用来保证跨越整个双晶构件上所施加的作用力是均匀的。
如上所述，和基片电极一起，由HTS材料形成的基片电容器板同 样最好用一层介电膜16来覆盖以保护基片电容器板避开在制造过程 中所使用的化学药品并提供一层电介质。例如，基片电容器板可以涂 一层聚酰亚胺或别的合适的介电材料的介电薄膜，在基片电极和基片 电容器板两者都由HTS材料形成的实施例中，介电层可以在同一加工 步骤中安排。在基片电容器板由非HTS材料形成的实施例中可以省略 介电层16。如果在非HTS电容器板的实施例中使用了介电层，则它可 以包括氧化物材料或别的合适的介电材料。如果省掉了介电层，因而 空气被用作电介质，那么在可变电容器中将典型地出现别的类型的介 电元件或隔离支持以防止基片电极和双晶电极短路。
如图1和2所示，可变电容器10还包括一双晶构件20，它是可控 地相对于下面的基片12而可移动的，因此也相对于配置在基片上的基 片电容器板18是可移动的。双晶构件的近端20a是用一个支点22固 定在基片上的，这使得双晶构件以台阶的方式从基片向外伸展然后在 基片电极之上方伸展到远端20b。这样，双晶构件以悬臂方式覆盖在 基片电极14和基片电容板之上。图1和2所示的支点是一简化的刚性 支点，它跨越双晶构件的整个近端而配置并使双晶构件能够以悬臂方 式延伸。这种类型的支点只是作为例子的方式来表示。其它的用来在 基片上建立固定点并允许双晶构件的悬臂部分能有预定的机械偏置 (即允许双晶结构去接触基片构造的上层)的支点和悬挂结构也都是可 能的并是在这里公开的发明概念之内的。
双晶构件20包括由具有不同的热膨涨系数的材料构成的第一和 第二层24、26。因此，双晶构件将响应温度的变化而相对于基片10 因而也就相对于基片电容器板18而移动。如图1和2所示，最好选择 这样的材料使双晶构件在预定的工作温度例如77°K时在没有外加电 压时是离开基片而卷曲的。换句话说，相对于固定在基片上的双晶构 件的近端20a，双晶构件的远端20b是卷曲地离开基片的。典型情况 是，双晶构件是这样形成的，形成第二层的材料比起第一层来有更大 的热膨涨系数，使得双晶构件在其第一层和第二层在大于预定的工作 温度的温度下沉积在平行于基片的平面上之后当双晶构件冷却到预定 的工作温度时就远离于基片而卷曲，这将如下面所述。
例如，在优选实施例中在一个有利的实施例中的双晶构件20包括 第一弹性金属材料的第一层24和第二弹性金属材料的第二层26。在 一个优选实施例中第一层可包括金而第二层可包括铝。典型地，第一 和第二金属材料将有强对比的热膨涨系数以允许双晶结构中的偏置。 或者，第一层可包括介电材料，例如氧化硅、氮化硅或合适的聚合物 材料，而第二层可包括金属材料，如金。选择用于制造双晶构件的材 料其特性为低电阻材料以允许工作于高频下，如射频。此外，如果双 晶构件具备介电层，则该材料将能够为构成双晶构件的导电层所选择 的材料提供电隔离。此外，如果使用HTS材料来形成基片电极14和 基片板18，那么选择能够在足够低的温度下实现沉积的材料是有利 的，例如250℃左右，这样可以避免对以前沉积的HTS元件有不良影 响。
虽然没有示出，但双晶构件20也可以在第一和第二层之间包括一 胶合层以便将第一和第二层固定在一起。虽然胶合层可以用不同材料 形成，但胶合层典型地是由铬或钛形成的。典型地，对那些使用会引 起胶合困难的材料如金这样的实施例而言，将需要包括一个胶合层。
如图2的截面所示，在本实施例中的双晶构件20的第一层24形 成一个固定在基片10上的支点22以及一个延长的构件，它以悬臂方 式从靠近支点的近端20a向外延伸并越过基片电极14和基片电容器板 18而到远端20b。在图1和2中所示实施例的双晶构件的第二层同时 用作为双晶电极28和双晶电容器板30。第一层可以由弹性金属、聚 合物材料、有机介电材料或其它合适的低损耗/低电阻材料形成。第二 层典型地由像金或铝这样的金属材料形成。不管用什么材料形成第一 和第二层，本实施例的双晶构件的第二层是连续的，也就是说，双晶 构件的第二层从近端20a延伸到远端20b。在这种方式下，第二层连 续地跨越基片电极14和基片电容器板18两者。不过，这一实施例的 可变电容器10也允许基片电极和双晶电极(即第二层)的极间距离根据 双晶构件的第二层和基片电极之间的电压差而变化，从而相应地改变 基片电容器板和作为双晶电容器板用的双晶构件的第二层之间的间 距。
图5表示按照本发明的现有实施例的可变电容器10的截面图，它 具有双晶电极28和构成双晶构件20的第二层26的双晶电容器板。在 这一实施例中双晶电极和双晶电容器板是分开的元件，它们相互分 隔。虽然双晶构件的第二层可以包括多个分开的双晶电极，但双晶构 件的第二层通常规定了和基片电极相同数量的双晶电极，例如在图5 实施例中所表示的一个双晶电极和一个基片电极。这至少一个双晶电 极将配置成总体上对准并覆盖在相应的基片电极上。如图5所示，双 晶构件的第二层也规定了一个分开的双晶电容器板使双晶电容器板与 各双晶电极分隔开并配置成整体上与基片电容器板相对准。此外，虽 然双晶电极和双晶电容器可以有大致相同的尺寸和形状，但如有需 要，双晶电极和双晶电容器板可以有不同的尺寸、形状和配置。典型 地双晶电极和双晶电容器板的定尺寸、定形状和配置将反映基片电极 和晶片电容器板的定尺寸、定形状和配置。
在工作时，在基片电极和第二层/双晶电极14，26/28之间的距离， 也就是双晶电容器板和第二层/双晶电容器板18，26/30之间的距离是 通过有选择地改变加在基片和双晶电极上的电压而控制的。在这方 面，在基片和双晶电极之间的电压差将使载有双晶电极的双晶构件20 相对于基片而移动，从而以受控的方式改变电极间的距离。由于双晶 电容器板也是由双晶构件承载的，任何响应在基片和双晶电极之间所 建立的电压差而使双晶构件相对于基片的运动也会可控地改变双晶电 容器板和基片电容器板之间的间距，从而也可控地调整了本发明的可 变电容器10所得的电容量。由于在一对电极板之间所建立的电容量与 板之间的距离或间隔成反比而变化，所以可变电容器的电容量将随双 晶构件向下面的基片伸展而增加。相应地，可变电容器的电容量将随 双晶构件远离基片卷曲而减小。
通过以熟悉本技术的人所知道的方式将基片电极和第二层/双晶 电极14、26/28电气连接到相应的电接头上并将基本电容器板和第二 层/双晶电容器板18、26/30连接到一电感器上，本发明的可变电容器 10就可以用作为可调谐滤波器。通过改变电极间的间距，因而也就改 变基片和双晶电容器板之间的间距，滤波特性就能够可控地改变。滤 波器可以配置成通过具有预定频率范围的信号，而拒绝具有在预定频 率范围之外的信号(即带通滤波器)，或者另一种方式，滤波器可以配置 成拒绝预定频率范围而通过预定频率范围之外的信号(即阻带滤波 器)。由于基片电极和基片电容器是优选地用对于较高频率的信号具有 低电阻的材料构成的，可调谐滤波器对于具有高频率的信号，例如无 线电频率的信号进行滤波是特别有利的。此外，基片电极和基片电容 器板的低电阻特性将导致具有高Q值的可调谐滤波器，这对许多应用 是很合适的。本发明的可变电容器和所得的可调谐滤波器的Q因数能 够超过2000。
在本发明的最基本的实施例中可变电容器是作为两端装置而形成 的。图6a表明两端可变电容器10的电原理图，它具有按照本发明的 基片电极14和双晶电极28。在这个配置中DC偏置和RF信号共用接 到装置上去的引线端子。基片电极连接到第一引线端40，它导向第一 DC偏置42和第一RF信号44。双晶电极连接到第二引线端46，它导 向第二直流偏置48和第二RF信号50。在这一配置中基片电极和双晶 电极起两种作用即作为机行器电极和电容器板电极。但是，在这一实 施例中在操作中当遇到高的RF频率时直流偏置网络具有与交流信号 相互作用并使其变劣的趋向。在这方面，将本发明的可变电容器作为 三端或更多端的装置来实现将是有利的，这样可增加AC信号对DC 偏置网络的相对隔离。
图6b揭示了三端可变电容器的电原理图，它具有按照本发明的一 实施例的基片电极14、基片电容器板电极18和双晶电极28(配置在双 晶构件上)。基片电极连接到第一引线端40，它导向第一DC偏置42。 基片电容器板连接到第二引线端52，它导向第一RF信号44。双晶电 极连接到第三引线端54，它导向第二DC偏置48和第二RF信号50； 双晶电极则留在浮动电位。也有可能实现四或五端装置以更加增加AC 信号对DC偏置网络的相对隔离。四或五端装置是通过进一步分开基 片执行机构电极及/或电容器板电极而实现的。
本发明的可变电容器可能对“静磨擦”是敏感的。静磨擦是在 MEMS领域中经常用到的术语，用以说明物理及/或化学的吸引力，它 趋于在没有其它第二力(例如静电力等)的作用下将两个表面保持在一 起。静磨擦会使双晶构件在制造过程中去除了牺牲层之后或在工作期 间去除了静电力之后附着在基片电极上。工作中的影响可以是很小的 并表现为性能中的滞后作用，但这种影响也可能更加明显得多而使得 双晶元件在执行力去掉之后仍永久性地附着在基片电极和电容器板 上。
图7和8表明本发明的两个实施例的截面图，它们用来减轻与静 磨擦相关的潜在问题。图7是可变电容器的截面图，它实现一个保护/ 介电层16，它形成一类似墩的结构60的阵列。这个保护/介电层配置 在微电子基片12、埋头的基片电极14和埋头的基片电容器板18上。 类似墩的结构是让连续的保护/介电层进行一成图和蚀刻的过程。在基 片电极及/或基片电容器板包括HTS材料的实施例中，类似墩的结构 可以由聚合物材料或别的类似材料构成，它们给HTS提供随后的加工 保护和给基片电极和电容器板提供电隔离。在基片电极和基片电容器 板是由非HTS材料例如厚金属层构成的实施例中，类似墩的结构可以 由氧化物材料、氮化物材料或别的合适的介电绝缘材料构成。类似墩 的结构是在给保护层上配置牺牲层(图6未示出)之前对保护层进行常 规的成图和蚀刻处理而形成的。类似墩的结构用来在双晶构件被吸引 到基片电极上时减少双晶构件20所接触的表面积的数量之用的。通过 在双晶构件和基片结构之间提供较少的接触面积，就有可能减少静磨 擦的效应。
图8是按照本发明一个实施例的可变电容器10的截面图，它实现 在双晶构件20上的波纹62的阵列和在基片12的岛64的相应阵列。 在双晶构件的下面最靠近微电子基片处(即第一层24的暴露表面)形成 了波纹(小凸起)的阵列。波纹用来为双晶构件的下面提供纹理。波纹一 般是在提供第一层的同一处理步骤期间生成的。因此，波纹一般包括 一层介电绝缘体，例如氮化物材料、氧化物材料或别的能够提供电隔 离的材料。在制造时，波纹一般是由对第二牺牲层(图8中未示出)进行 作图及蚀刻而形成的，这个牺牲层形成了在随后的沉积双晶构件的第 一层时表明在什么地方要生成波纹的模板。岛是对应于双晶构件中的 波纹在基片上的表面。岛用作为当双晶构件被推向基片时供波纹支持 的地方。在所示的实施例中，岛存在于埋入的电极和电容器板之内并 在电极和电容器板之间。通过提供支持点，波纹对岛的交界面为基片 电极/基片电容器板和双晶构件之间建立了必要的间隙从而防止了短 路。
按照本发明的另一方面还提供了制造如结合图1和2所述明的可 变电容器10的一种方法。按照本发明的一个实施例的可变电容器制造 过程的各个阶段揭示于图9a-9d的截面图中。这个方法详细说明了具 有由HTS材料形成的基片电极和电容器板的可变电容器在制造时所 涉及的加工。在这方面，一层例如YBCO或TBCCO这样的HTS材料 最初被沉积在基片12上，这种基片可以由MgO、LaAlO3、或NdCaAlO4 或其它能和HTS材料相容的材料形成。然后，用例如离子铣在HTS 材料上构图以限定至少一个基片电极14和与基片电极相隔开的基片 电容器板18。此后，基片电极和基片电容器板最好涂上一层介电层 16，例如由聚酰亚胺形成的保护或类似的能给可变电容器提供绝缘手 段的保护膜。虽然介电层可以用不同方式涂覆，但通常介电层是旋转 涂布的然后用活性离子蚀刻以产生中间结构，在其中基片电极和基片 电容器板都被涂上保护膜，如图9a所示。另外的方法是可以利用光成 象的保护膜使得这一层不必利用活性离子蚀刻，而是可以利用常规的 光刻技术。
按照本发明的这一方面的方法，然后此中间结构涂上一层低温氧 化物如二氧化硅的牺牲层80。利用低温氧化物是为了避免将形成基片 电极14和基片电容器板18的HTS材料暴露在足以损害HTS材料的 高温中(＞约摄氏300度)。在这方面，低温氧化物通常是在约250℃到 约300℃的温度下用等离子体增强的化学汽相沉积法(PECVD)沉积 的。然后低温氧化物上被成图和蚀刻以使在基片12上打开一个窗口 42，双晶构件20的支点22将随后形成在这窗口中。例如见图9b。然 后在牺牲层上形成双晶构件的第一层24。例如一层金属，聚合物材料 或另外的适当的介电材料，可以旋转涂布在牺牲层上。然后可用活性 离子蚀刻来蚀刻第一层并进行老化以形成如图9c所示的结构。
然后可以在第一层24上面沉积双晶构件20的第二层26。虽然所 示的第二层可以是连续的但第二层也可以分成各个区，它们分别地规 定双晶电极和双晶电容器板。在本实施例中，可以典型地使用常规的 沉积技术来沉积例如铝这样的金属以形成双晶构件第二层，这样就产 生了如图9d所示的中间结构。然后通过例如使用氢氧酸(HF)来蚀刻牺 牲层以除去牺牲层，这样双晶构件的远端20b就成为自由的，并可以 卷曲而远离基片12，如图1和2所示。
虽然在图9a-9d中没有示出，但本发明的制造方法可以包括在沉 积第二层26之前在双晶构件20的第一层24上沉积一个胶合层。胶合 层最好是由像铬或钛这样的材料形成，它被作成和第二层具有相同的 形状和尺寸和的图形。例如，如图1和2所示的实施例中的可变电容 器在其第一层上可以沉积一个胶合层然后在胶合层上用上述的方式沉 积第二层。在双晶构件的第一和第二层之间沉积一个胶合层的结果是 第二层可以更加牢固地附着在第一层上，尤其是在这样的情况下，即 在选择双晶构件的第一和第二层的材料时如不这样做将会使第二层不 能牢固地粘附在第一层上。可能需要这样一个胶合层的这种例子是这 样的情况，即双晶构件的第一层是由金形成的，而双晶构件的第二层 是由铝构成的。
按照本发明的一个实施例的另外一种制造可变电容器的方法示于 图10a-10b的截面图中，该电容器的基片电极和基片电容器板由非HTS 材料构成，图中表示了各个加工阶段。在这方面，金属，例如金的厚 层被最初埋入基片中。基片可以包括石英、GaAs、或其它合适的基片 材料。图10a说明基片12在其上沉积了一层多晶硅材料82和一层光 刻剂84。光刻剂材料被曝光和显影以规定在基片上需要制造沟槽的区 域。在光刻剂被显影后多晶硅层和基片被蚀刻掉以规定沟槽86。在图 10b中，在沟槽中沉积了金属以形成埋入的基片电极14和埋入的基片 电容器板18、而剩下的光刻剂和多晶硅则被除去。可以实施一次任选 的整平处理以整平基片和埋入的基片电极和电容器板。非HTS可变电 容器的剩下的制造过程一般都利用前面讨论的从在埋入元件和基片上 涂布保护/介电层开始的各个加工步骤来实施。
在许多情况下，本发明这一方面的制造方法提供有效和可重复的 技术以利用微细加工技术来制造可变电容器10，它同时包括了由低电 阻材料形成的元件，如电极和电容器板。因此，所得的电容器有较低 的损耗从而有较高的Q值。因此可变电容器可用于要求高Q值的应用 中，例如上述的高频应用中的可调谐滤波器。
熟悉本技术的人会想到本发明的许多改进和别的实施例，本发明 就涉及到这种技术并得益于上面说明书中所提出的概念和所附插图。 因此，应该理解，本发明并不局限于所公开的特定实施例，并且改进 和其它实施例是要包括在所附权利要求的范围之内的。虽然在这里使 用了专门术语，但它们是以广泛和说明的意义上来使用的而不是用于 限制的目的。