[发明专利]铁电电容器及其制造方法

说明书

本申请公开了铁电电容器及其制造方法。该铁电电容器包括：衬底；位于所述衬底上的铁电薄膜；以及位于所述铁电薄膜上的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间形成电极间隙，其中，所述铁电薄膜为具有水平组分梯度的组合膜。该铁电电容器利用组合膜的温度特性实现宽温域的温度稳定性。

技术领域

本发明涉及电子器件领域，更具体地，涉及铁电电容器及其制造方法。

背景技术

铁电电容器是以铁电薄膜作为电介质的电容器。铁电电容器基于铁电薄膜的介电常数的电场依赖性。铁电薄膜在一定的温度范围内具有自发极化，即使在没有外加电场的情形下也能产生电偶极矩，在外加电场的情形下电偶极矩可改变方向，从而表现出介电常数的电场依赖性。铁电电容器的结构包括平行板电容器、叉指型电容器和间隙型电容器。通过改变铁电电容器的两个电极之间的电压，可以调控铁电薄膜的介电常数的大小。

在通信领域和雷达领域，铁电电容器均有广泛的应用前景。在通信领域中，可调谐滤波器是手机等通信终端的射频前端的核心元件之一，例如，可调谐滤波器包括铁电电容器和谐振器，用于在无线电通信中选择特定频段的信号。在雷达领域中，可调谐移相器是相控阵天线的核心元件之一，例如，可调谐移相器包括铁电电容器和阻抗匹配电路，用于在雷达工作时调控工作相位以得到精确可预测的辐射方向图和波束指向。

铁电薄膜的特性对于铁电电容器的器件性能有重要的影响。已经发现，在将钛酸锶钡薄膜用于铁电电容器时仍然存在着挑战性。一方面，钛酸锶钡薄膜的介电常数随外加电场变化显著，因此，铁电电容器可以实现高可调率。另一方面，钛酸锶钡薄膜的介电常数随温度变化显著，环境温度的波动会造成铁电电容器的器件性能的波动，铁电电容器不能获得期望的温度稳定性和低损耗特性。

因此，期望进一步改进铁电电容器的结构设计以及铁电电容器的制造工艺，以实现高可调率、高温度稳定性和低损耗特性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供铁电电容器及其制造方法，其中，铁电薄膜具有水平方向的组分梯度，利用组合膜的温度特性实现宽温域的温度稳定性。

根据本发明的第一方面，提供一种铁电电容器，包括：衬底；位于所述衬底上的铁电薄膜；以及位于所述铁电薄膜上的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间形成电极间隙，其中，所述铁电薄膜为具有水平组分梯度的组合膜。

优选地，所述铁电薄膜包括不同组分的多个条带，所述多个条带沿着第一方向排列且彼此邻接，从而形成所述第一方向的组分梯度。

优选地，所述铁电薄膜包括组分沿第一方向变化的连续膜。

优选地，所述铁电薄膜包括第一组分的多个第一膜层和第二组分的多个第二膜层，所述多个第一膜层沿着所述第一方向的厚度递减，所述多个第二膜层沿着所述第一方向的厚度递增，以获得与所述多个第一膜层的厚度梯度相对应的组分梯度。

优选地，所述多个第一膜层和所述多个第二膜层中每个膜层的厚度小于等于一个单胞。

优选地，所述铁电薄膜为钛酸锶钡组合膜，所述多个第一膜层由钛酸钡组成，所述多个第二膜层由钛酸锶组成。

优选地，所述衬底由氧化镁、或蓝宝石、或铝酸锶钽镧、或铝酸镧、或高阻硅等组成，也可能包括过渡层。

优选地，所述电极间隙与所述水平组分梯度方向成预定角度。

优选地，所述第一电极和所述第二电极为条带形状，二者的端部彼此相对以形成电极间隙。

优选地，所述第一电极和所述第二电极分别为叉指电极，所述叉指电极具有沿着第一方向延伸的主干以及沿着第二方向延伸的多个分枝，并且，所述叉指电极的主干与多个分枝相连接，所述第一方向与所述第二方向彼此不同，所述第一电极和所述第二电极的叉指电极分枝交错排列，且彼此相对以形成电极间隙。