Una disposición de capacitancia (10; 20; 30; 40) que comprende al menos un condensador de placa paralela que comprende un primer medio de electrodo (41,

42; 41', 42'; 41'', 42''; 310, 320, 330), una capa dieléctrica y un segundo medio de electrodo (3; 3'; 3''; 410, 420, 430) substancialmente paralelo dispuesto a cada lado de la citada capa dieléctrica y que parcialmente se superponen entre sí, siendo la capacitancia equivalente de la disposición de capacitancia dependiente del tamaño del área de superposición de los citados medios de electrodo primero y segundo, y dado un límite de desalineamiento que define el máximo grado admisible de desalineamiento (ΔxA) entre un medio de electrodo primero y segundo respectivo dado, caracterizado porque ese citado medio de electrodo primero (41, 42; 41', 42'; 41'', 42''; 310, 320, 330), comprende un primer y un segundo electrodo dispuesto simétricamente con respecto a un eje longitudinal (x), porque los citados primero y segundo electrodos (41, 42; 41', 42'; 41'', 42''; 310, 320, 330), tienen un respectivo primer borde, cuyos respectivos primeros bordes están enfrentados entre sí, son lineales y paralelos de manera que está definido un hueco entre ellos, porque el citado segundo medio de electrodo (3; 3'; 3''; 410, 420, 430) comprende una primera sección (31; 31'; 31'') y una segunda sección (32; 32'; 32'') dispuestas en lados opuestos del citado hueco e interconectadas por medio de una sección intermedia (33; 33'; 33''), que está delimitada por un primer borde curvado y un segundo borde curvado cuyos bordes curvados primero y segundo están simétrica y opuestamente dirigidos con respecto al citado eje longitudinal, y la forma del cual viene dada por una función F(x) dependiente de un primer parámetro k y un segundo parámetro A y porque uno de los citados dos parámetros está adaptado para ser seleccionado, permitiendo por ello el cálculo del otro parámetro para determinar la forma y el tamaño del segundo medio de electrodo (3; 3'; 3''; 410, 420, 430) de manera que la capacitancia de la disposición de capacitancia será invariable con el desalineamiento dentro del límite de desalineamiento

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a una disposición de capacitancia que consiste en al menos un condensador de placa paralela que comprende un primer medio de electrodo, una capa dieléctrica y un segundo medio de electrodo que están substancialmente dispuestos en paralelo y a cada lado de la citada capa dieléctrica y que se superponen parcialmente entre sí, por lo que la capacitancia equivalente depende del tamaño del área de superposición de los citados medios de electrodo primero y segundo y en la que se proporciona un límite de desalineamiento que define el máximo grado de desalineamiento admisible entre unos medios de electrodo primero y segundo respectivos. La invención se refiere también a un método de fabricación de tal disposición de capacitancia.

ANTECEDENTES

Es bien conocido el hecho de que es muy difícil, o incluso imposible, fabricar condensadores que tengan exactamente la capacitancia deseada, particularmente en el caso de disposiciones de condensadores de placa paralela en los que el área que se superpone entre un primer medio de electrodo y un segundo medio de electrodo proporciona la capacitancia debido a un desalineamiento admisible durante el proceso de fabricación. Así, no es posible garantizar que la capacitancia será exactamente la deseada; sólo es posible garantizar que se encontrará dentro del intervalo dado por un desalineamiento admisible, es decir un límite de desalineamiento admisible. Esto es claramente desventajoso puesto que en muchos caso se necesita una capacitancia exactamente definida. Un caso particular se refiere a los llamados varactores, es decir condensadores ajustables. Los electrodos de placa coplanar y placa paralela se consideran por ejemplo para aplicaciones en fase y frecuencia ágiles, es decir sistemas ajustables, adaptables, reconfigurables, de microondas. En comparación con varactores análogos (semiconductor, MEM), los varactores basados en el uso de una película ferro eléctrica tienen una velocidad de ajuste superior, un factor Q (de calidad) mayor y corrientes de fuga menores, lo que es muy ventajoso.

La Fig. 1A muestra muy esquemáticamente una disposición de varactor de placa coplanar 1001 en la que dos electrodos coplanares 301, 301', están depositados sobre una película ferro eléctrica 201 que a su vez está dispuesta sobre un substrato 101. Para la disposición de varactor 1001 de la Fig. 1A, para una película ferro eléctrica dada, la capacitancia está definida por la forma de los electrodos y la anchura del hueco g entre los electrodos 301, 301'. En varactores de placa paralela como los que se muestran en las Figs. 1B-1F, la película ferro eléctrica está por el contrario embebida entre dos electrodos, c.f. la Fig. 1B en la que una película ferro eléctrica 202 está dispuesta entre un electrodo superior 302' y un electrodo inferior 302 que está dispuesto sobre un substrato 102. Para una película ferro eléctrica dada, la capacitancia está definida por el espesor t de la película ferro eléctrica en el área en la que los electrodos superior e inferior se superponen y por el área de superposición y por la permitividad dieléctrica de la película.

La Fig. 1C muestra una implementación alternativa de una disposición de varactor de placa paralela en la que un electrodo superior 303' está dispuesto sobre una película ferro eléctrica 203 parcialmente en superposición con el electrodo inferior 303 depuesto sobre un substrato 103. La disposición de varactor 1003 de la Fig. 1C tiene una capacitancia que, para una película ferro eléctrica dada, viene dada por el área de superposición que está dada por la anchura wx1+Δ1, en la que w es la anchura de la porción de superposición y 1+Δ1 es la longitud de la porción de superposición.

La Fig. 1D muestra otra disposición de varactor de placa paralela 1004 más que comprende un substrato 104, un electrodo superior 304' y un electrodo inferior 304 que está dispuesto a los dos lados de la película ferro eléctrica 204 de manera que parcialmente se superponen. Una película de baja permitividad (con constante dieléctrica є<10) 404 está dispuesta de manera que define el área de superposición, definiendo la porción de longitud b en la que no hay tal película extra la porción relevante real. Una vista superior de esta disposición se muestra en la Fig. 1E donde puede verse la anchura c de la porción de superposición y por ello el área de superposición que está definida por la abertura bxc en la película de baja permitividad.

En otra disposición de placa paralela más 1005 que comprende un substrato 105, electrodos superior e inferior 305, 305' de película dieléctrica 205, se forma una abertura en el electrodo inferior (305) o alternativamente en el electrodo superior (305') para definir un área de superposición A=bxc.

El documento WO 02/23633 describe una disposición de varactor.

No obstante, todas estas disposiciones de varactor conocidas tienen inconvenientes. Por ejemplo, los varactores con electrodos de placa coplanar tales como los que se muestran en la Fig. 1A tienen un diseño simple pero requieren la aplicación de tensiones más elevadas que las disposiciones de varactor de placa paralela, típicamente la tensión requerida es superior a 50-100 V. Los varactores con disposiciones de placa paralela tales como los que se muestran en la Fig. 1B-1C no requieren tales tensiones elevadas sino que típicamente es suficiente con una tensión de 5-20 V, pero por otra parte es una desventaja de tales diseños que sean sensibles al alineamiento de los electrodos superior e inferior durante el proceso de fabricación. Normalmente se utiliza una película ferro eléctrica con una permitividad extremadamente elevada y debido a esta extremadamente elevada permitividad, que típicamente está por encima de 100, un pequeño desalineamiento Δ1 (c.f. la Fig. 1C) provocará cambios sustanciales en la capacitancia, que hacen la predicción de la capacitancia no controlable y por ello el diseño de la disposición no será rentable. El diseño mostrado en la Fig. 1D, 1E ofrece una buena predicción de capacitancia pero requiere más procesos de máscara y fabricación que los hace no rentables. La disposición mostrada en la Fig. 1F ofrece una predicción de capacitancia comparativamente buena pero es desventajoso hasta el punto de que las pérdidas óhmicas extra están asociadas con regletas que conectan los terminales o áreas de conexión del condensador del área de superposición de la estructura de placa paralela.

RESUMEN

Lo que se necesita es por lo tanto una disposición de capacitancia para la cual la capacitancia puede ser predicha en un alto grado. Además se necesita una disposición de capacitancia que tenga un diseño simple y que a pesar de ello no requiera, particularmente en el caso de una disposición de varactor, elevadas tensiones. Más particularmente se necesita una disposición de capacitancia o una disposición de varactor que en un alto grado es insensible a cualquier desalineamiento. Básicamente se necesita una disposición de capacitancia o una disposición de varactor mediante la cual sea controlable la capacitancia. Además, se necesita también una disposición de varactor que sea fácil y rentable de fabricar. Además, se necesita tal disposición de capacitancia que no sufra elevadas pérdidas óhmicas debido al diseño.

En otras palabras, se necesita una disposición de capacitancia que tenga bajas pérdidas óhmicas o un elevado factor Q asociado con los electrodos y que no requiera máscaras y etapas de procesamiento permitiendo por ello una fabricación rentable. Particularmente se necesita una disposición de varactor de placa paralela o de capacitancia para la cual el área de superposición efectiva no sea sensible a ningún desalineamiento que pueda ser introducido durante la fabricación.

Por lo tanto, se proporciona una disposición de capacitancia como la referenciada inicialmente en la que un primer medio de electrodo comprende un primer y un segundo electrodo dispuestos simétricamente con respecto a un eje longitudinal. Los citados electrodos primero y segundo tienen un borde primero respectivo, cuyos respectivos primeros bordes están enfrentados, y están alineados y paralelos de manera que se define un hueco entre ellos. El medio de segundo electrodo comprende un tercer electrodo que comprende una primera sección y una segunda sección dispuestas en lados opuestos del citado hueco e interconectadas por medio de una sección intermedia que está delimitada por un primer borde curvado y un segundo borde curvado. Los citados bordes curvados... [Seguir leyendo]

1. Una disposición de capacitancia (10; 20; 30; 40) que comprende al menos un condensador de placa paralela que comprende un primer medio de electrodo (41, 42; 41', 42'; 41'', 42''; 310, 320, 330), una capa dieléctrica y un segundo medio de electrodo (3; 3'; 3''; 410, 420, 430) substancialmente paralelo dispuesto a cada lado de la citada capa dieléctrica y que parcialmente se superponen entre sí, siendo la capacitancia equivalente de la disposición de capacitancia dependiente del tamaño del área de superposición de los citados medios de electrodo primero y segundo, y dado un límite de desalineamiento que define el máximo grado admisible de desalineamiento (ΔxA) entre un medio de electrodo primero y segundo respectivo dado,

caracterizado porque

ese citado medio de electrodo primero (41, 42; 41', 42'; 41'', 42''; 310, 320, 330), comprende un primer y un segundo electrodo dispuesto simétricamente con respecto a un eje longitudinal (x), porque los citados primero y segundo electrodos (41, 42; 41', 42'; 41'', 42''; 310, 320, 330), tienen un respectivo primer borde, cuyos respectivos primeros bordes están enfrentados entre sí, son lineales y paralelos de manera que está definido un hueco entre ellos, porque el citado segundo medio de electrodo (3; 3'; 3''; 410, 420, 430) comprende una primera sección (31; 31'; 31'') y una segunda sección (32; 32'; 32'') dispuestas en lados opuestos del citado hueco e interconectadas por medio de una sección intermedia (33; 33'; 33''), que está delimitada por un primer borde curvado y un segundo borde curvado cuyos bordes curvados primero y segundo están simétrica y opuestamente dirigidos con respecto al citado eje longitudinal,

y la forma del cual viene dada por una función F(x) dependiente de un primer parámetro k y un segundo parámetro A y porque uno de los citados dos parámetros está adaptado para ser seleccionado, permitiendo por ello el cálculo del otro parámetro para determinar la forma y el tamaño del segundo medio de electrodo (3; 3'; 3''; 410, 420, 430) de manera que la capacitancia de la disposición de capacitancia será invariable con el desalineamiento dentro del límite de desalineamiento.

2. Una disposición de capacitancia de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizada porque

el primer parámetro (k) determina la forma o curvatura de F(x) y porque el segundo parámetro (A) es un medio de la anchura (2A) del segundo medio de electrodo, es decir del tercer electrodo.

3. Una disposición de capacitancia de acuerdo con la reivindicación 2,

caracterizada porque

el primer parámetro (k) está adaptado para ser seleccionado permitiendo el cálculo del segundo parámetro (A).

4. Una disposición de capacitancia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

caracterizada porque

comprende los electrodos primero y segundo están adaptados para tener una forma y para ser dispuestos de manera que el área de superposición proporciona una capacitancia predeterminada independientemente de cualquier desalineamiento Δx dentro del límite de desalineamiento dado ΔxA proporcionando diferentes superposiciones del primer medio de electrodo y de la sección intermedia (33; 33'; 33'') del lado de la primera sección y de la segunda sección.

5. Una disposición de capacitancia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4,

caracterizada porque

la capacitancia entre el primer electrodo y el tercer electrodo es proporcional a la suma de la superposición del primer electrodo y de la primera sección del tercer electrodo, la superposición entre el primer electrodo y la sección intermedia en ausencia de cualquier desalineamiento, y una primera área de superposición de desalineamiento (ΔS1), el primer electrodo y la sección intermedia en la dirección longitudinal limitada por el máximo desalineamiento Δx permitido, y porque la capacitancia entre el segundo electrodo y el tercer electrodo es proporcional a la suma del área de superposición del segundo electrodo y de la segunda sección del tercer electrodo la superposición entre el segundo electrodo y la sección intermedia en ausencia de cualquier desalineamiento, y una segunda área de superposición de desalineamiento (ΔS2) del segundo electrodo y la sección intermedia en la dirección longitudinal opuesta limitada por el máximo desalineamiento permitido, teniendo las áreas de superposición de desalineamiento primera y segunda signos opuestos, es decir si la primera área de superposición de desalineamiento tiene un signo positivo, la segunda tiene un signo negativo o vice versa.

6. Una disposición de capacitancia de acuerdo con la reivindicación 5,

caracterizada porque

los parámetros primero y segundo son seleccionados y calculados respectivamente de tal manera que la relación entre las áreas de superposición de desalineamiento primera y segundo (ΔS1, ΔS2), o entre correspondientes diferencias de capacitancia primera y segunda (ΔC1, ΔC2), serán de tal manera que la capacitancia equivalente de la disposición es independiente de cualquier desalineamiento dentro del límite de desalineamiento dado.

7. Una disposición de capacitancia de acuerdo con la reivindicación 5,

caracterizada porque

la primera área de superposición de desalineamiento (ΔS1) es igual al área de superposición de un electrodo primero y segundo y una primera o segunda sección de electrodo del segundo medio de electrodo en ausencia de cualquier desalineamiento (S1) dividida por el cociente entre la citada área de de desalineamiento (S1/ΔS2) menos 2, es decir

.

8. Una disposición de capacitancia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

caracterizada porque

la forma de la sección intermedia viene dada por F(x)=A.ekx, siendo 2A la anchura del segundo medio de electrodo, es decir, dos veces el segundo parámetro, y siendo k el primer parámetro que define la pendiente o curvatura donde 0<x<2ΔxA, siendo ΔxA el límite de desalineamiento.

9. Una disposición de capacitancia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

caracterizada porque

**(Ver fórmula)**

**(Ver fórmula)**

un medio de la anchura del segundo medio de electrodo es el área de superposición de un primer/segundo electrodo y una primera/segunda sección de electrodo en ausencia de desalineamiento, siendo Wg la anchura del hueco y siendo k el primer parámetro que determina la pendiente o curvatura de la función que delimita la sección intermedia (33; 33'; 33'').

10. Una disposición de capacitancia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

caracterizada porque el material dieléctrico tiene una baja constante dieléctrica.

11. Una disposición de capacitancia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizada porque comprende una disposición de varactor, o un número de condensadores de placa paralela o varactores

conectados en serie.

12. Una disposición de capacitancia de acuerdo con la reivindicación 11,

caracterizada porque

la capa dieléctrica comprende una capa ferro eléctrica con una constante dieléctrica ajustable que preferiblemente es alta o muy alta o porque la capa dieléctrica comprende un material cerámico ajustable, SrTiO2, BaSTO o un material con similares propiedades.

13. Una disposición de capacitancia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

caracterizada porque

el material ferro eléctrico comprende una delgada película, o porque la capa dieléctrica o ferro eléctrica comprende una gruesa película y porque los medios de electrodo primero y segundo consisten en metal tal como Au, Ag, Pt, Cu.

14. Un método para producir una disposición de capacitancia que comprende al menos un condensador de placa paralela que comprende un primer medio de electrodo, una capa dieléctrica y un segundo medio de electrodo en el que los citados medios de electrodo primero y segundo parcialmente se superponen entre sí, proporcionando el tamaño del área de superposición la capacitancia equivalente de la disposición y en el que otro límite de desalineamiento admisible está dado definiendo el máximo alcance admisible de desalineamiento entre un respectivo medio de electrodo primero y segundo,

caracterizado porque

comprende las etapas de:

- establecer una capacitancia equivalente para ser proporcionada,

- determinar un límite de desalineamiento admisible,

- diseñar un primer medio de electrodo que comprende dos electrodos substancialmente simétricos con dos respectivos primeros bordes enfrentados entre sí, que son lineales, paralelos y adaptados para ser dispuestos simétricamente sobre un eje longitudinal de manera que se forma un hueco entre ellos, y un segundo medio de electrodo que comprende un tercer electrodo que comprende una primera y una segunda sección situadas en lados opuestos del citado hueco e interconectadas por medio de una sección intermedia, encontrando una función F(x), dependiente de un primer parámetro k y de un segundo parámetro A y siendo reflejado en espejo en el citado eje longitudinal (-F(x)), que determina la forma de la citada sección intermedia en lados opuestos del citado eje longitudinal de manera que la capacitancia equivalente será independiente del desalineamiento dentro del límite de desalineamiento dado.

15. Un método de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque el primer parámetro (k) determina la forma o la curvatura de F(x) y porque el segundo parámetro (A) es un medio de la anchura (2A) del segundo medio de electrodo, y porque el método comprende las etapas de:

- seleccionar el valor de uno de los citados parámetros,

- calcular el valor del otro de los citados parámetros que usan el valor del parámetro seleccionado, y

- disponer los medios de electrodo primero y segundo en los dos lados de la capa dieléctrica, o

- disponer los medios de electrodo primero y segundo en los dos lados de una capa ferro eléctrica con una constante dieléctrica variable para proporcionar una disposición de varactor.