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    Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement (1) mit elektrisch steuerbarem Dielektrikum (2) und Elektrodenstruktur (3) zum Steuern einer Permittivität des Dielektrikums. Daneben werden ein Mikrowellenbauteil mit dem Bauelement und eine Verwendung des Bauelements bzw. des Mikrowellenbauteils angegeben. Das Dielektrikum ist eine Mischung aus einem Fluid (20) und einem anisotropen Material (21) mit hoher geometrischer Anisotropie. Das anisotrope Material besteht vorzugsweise aus Kohlenstoff-Nanoröhren (22), die mit Hilfe von DNA-Einzelsträngen sterisch stabilisiert sind. Das Fluid ist beispielsweise Wasser. Durch die Elektrodenstruktur wird in das Dielektrikum ein Steuerfeld eingekoppelt, das zur Ausrichtung der Kohlenstoff-Nanoröhren führt. In Abhängigkeit von der Ausrichtung resultiert eine unterschiedliche Permittivität (effektive Dielektrizitätszahl). Verwendung findet das Bauelement insbesondere in einem Phasenschieber für die Mobilfunktechnologie und/oder Radartechnologie.The invention relates to an electrical component (1) with electrically controllable dielectric (2) and electrode structure (3) for controlling a permittivity of the dielectric. In addition, a microwave component with the component and a use of the component or the microwave component are specified. The dielectric is a mixture of a fluid (20) and an anisotropic material (21) with high geometric anisotropy. The anisotropic material preferably consists of carbon nanotubes (22) which are sterically stabilized by means of DNA single strands. The fluid is, for example, water. Through the electrode structure, a control field is coupled into the dielectric, which leads to the alignment of the carbon nanotubes. Depending on the orientation results in a different permittivity (effective dielectric constant). The device is used in particular in a phase shifter for mobile radio technology and / or radar technology.
    公开号:DE102004020670A1
    申请号:DE200410020670
    申请日:2004-04-28
    公开日:2005-11-24
    发明作者:Richard Dr. Matz；Wolfram Wersing
    申请人:Siemens AG；
    IPC主号:H01G7-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein elektrisches Bauelement mit elektrisch steuerbaremDielektrikum und Elektrodenstruktur zum Steuern einer Permittivität des Dielektrikums.Daneben wird eine Verwendung des Bauelements und ein Mikrowellenbauteilmit dem Bauelement angegeben.TheThe invention relates to an electrical component with electrically controllableDielectric and electrode structure for controlling a permittivity of the dielectric.In addition, a use of the device and a microwave componentindicated with the component.
    [0002] Einelektrisches Bauelement der eingangs genannten Art ist beispielsweiseaus der WO 01/68554 A1 bekannt. Dieses Bauelement ist ein elektrischsteuerbarer Kondensator. Das steuerbare Dielektrikum ist dort eineGlas-Keramik-Zusammensetzung.Die Glas-Keramik-Zusammensetzung ist aus einer Glasphase und einerKeramikphase zusammengesetzt. Die Keramikphase wird von einer Keramikgebildet, die auf dem System Barium-Strontium-Titanat basiert. DieKeramik ist elektrisch steuerbar. Dies bedeutet, dass sich in Abhängigkeitvon einem elektrischen Feld, in dem sich die Keramik befindet, diePermittivitätder Keramik und infolge davon die Permittivität der Glas-Keramik-Zusammensetzung ändert. DieGlas-Keramik-Zusammensetzung ist in der LTCC (Low Ternperature CofiredCeramics)-Technologie einsetzbar. Allerdings ist eine Steuerbarkeit(Abstimmbereich) des Barium-Strontium-Titanat-Systems begrenzt.Oneelectrical component of the type mentioned is, for exampleknown from WO 01/68554 A1. This device is an electricalcontrollable capacitor. The controllable dielectric is thereGlass-ceramic composition.The glass-ceramic composition is made of a glass phase and aCeramic phase composed. The ceramic phase is made of a ceramicformed based on the system barium strontium titanate. TheCeramic is electrically controllable. This means that dependingfrom an electric field in which the ceramic is located, thepermittivityof the ceramic and as a result changes the permittivity of the glass-ceramic composition. TheGlass-ceramic composition is in the LTCC (Low Ternperature CofiredCeramics) technology can be used. However, there is a controllability(Tuning range) of the barium-strontium-titanate system.
    [0003] AusP. M. Ajayan and O. Zhou, "Application ofCarbon Nanotubes",a chapter in Carbon Nanotube Materials, ed. M. Dresselhaus, G. Dresselhaus, andP. Avouris, Springer-Verlag (Topics in Applied Physics, 80) 391-425(2001) sind Kohlenstoff-Nanoröhren(Carbon Nanotubes, CNTs) und deren Anwendung bekannt. Aus A. Hirsch,Angewandte Chemie, 114 (2002), Seiten 1933-1939, gehen Kohlenstoff-Nanoröhren mitfunktionalisierter Röhrenoberfläche hervor.Kohlenstoff- Nanoröhren habeneinen Röhrendurchmesserim Nanometerbereich. Eine Röhrenlänge derKohlenstoff-Nanoröhrenist aus dem Mikrometer- bis Millimeterbereich. Die Kohlenstoff-Nanoröhren zeichnensich also durch eine ausgeprägtegeometrische Anisotropie aus.OutP.M. Ajayan and O. Zhou, "Application ofCarbon nanotubes ",a chapter in Carbon Nanotube Materials, ed. M. Dresselhaus, G. Dresselhaus, andP. Avouris, Springer-Verlag (Topics in Applied Physics, 80) 391-425(2001) are carbon nanotubes(Carbon Nanotubes, CNTs) and their application. From A. Hirsch,Angewandte Chemie, 114 (2002), pages 1933-1939, go with carbon nanotubesfunctionalized tube surface.Have carbon nanotubesa tube diameterin the nanometer range. A tube length ofCarbon nanotubesis from the micrometer to millimeter range. Drawing the carbon nanotubesSo by a pronouncedgeometric anisotropy.
    [0004] Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisches Bauelement mitelektrisch steuerbarem Dielektrikum anzugeben, das einen im Vergleich zumbekannten Stand der Technik größeren Abstimmbereichaufweist.taskThe present invention is an electrical component withspecify electrically controllable dielectric, the one compared toknown prior art larger tuning rangehaving.
    [0005] ZurLösungder Aufgabe wird ein elektrisches Bauelement mit elektrisch steuerbaremDielektrikum und Elektrodenstruktur zum Steuern einer Permittivität des Dielektrikumsangegeben. Das Bauelement ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum einFluid aufweist, in dem mindestens ein anisotropes Material mit einergeometrischen Anisotropie enthalten ist, das durch ein durch dieElektrodenstruktur erzeugbares elektrisches Steuerfeld ausgerichtetwerden kann.tosolutionThe object is an electrical component with electrically controllableDielectric and electrode structure for controlling a permittivity of the dielectricspecified. The component is characterized in that the dielectric is aHaving fluid in which at least one anisotropic material with ais included by a through the geometric anisotropyAligned electrode structure producible electrical control panelcan be.
    [0006] Denkbarist insbesondere, dass das anisotrope Material und das Fluid zusammeneine Lösung und/odereine Dispersion bilden. Das Fluid ist ein Lösungsmittel bzw. ein Dispersionsmittel,in dem das anisotrope Material gelöst bzw. dispergiert ist. Dabei istdie Konzentration des anisotropen Materials so hoch gewählt, dassdurch das Anlegen des Steuerfeldes eine Änderung der Permeabilität beobachtet werdenkann. Gleichzeitig ist die Konzentration aber niedrig genug, sodass eine Orientierung des Materials weitgehend ohne sterische Behinderungeinzelner Partikel des Materials erfolgen kann.ConceivableIn particular, that is the anisotropic material and the fluid togethera solution and / orform a dispersion. The fluid is a solvent or a dispersant,in which the anisotropic material is dissolved or dispersed. It isthe concentration of anisotropic material chosen so high thatby the application of the control field, a change in the permeability can be observedcan. At the same time, the concentration is low enough, sothat an orientation of the material largely without steric hindranceindividual particles of the material can take place.
    [0007] Ineiner besonderen Ausgestaltung weist das anisotrope Material eineelektrische Leitfähigkeitvon über106 S/m und insbesondere von über 109 S/m auf. Das anisotrope Material ist elektrischhoch leitfähig.In einer weiteren Ausgestaltung weist das Material eine Dielektrizitätszahl von über 100auf. Je nach Anwendung kann auch eine Dielektrizitätszahl von über 1000und mehr vorteilhaft sein. Das Material ist hoch dielektrisch. MitHilfe von Steuerelektroden der Elektrodenstruktur wird in das Fluidmit dem anisotropen hoch dielektrischen oder elektrisch hoch leitfähigen Materialein elektrisches Steuerfeld (Bias-Feld) eingekoppelt. Das elektrischeSteuerfeld induziert im anisotropen Material ein elektrisches Dipolmoment. Aufgrunddes Dipolmoments kommt es zur Ausrichtung des anisotropen Materialsim Fluid. Je nach Stärkeund Richtung des elektrischen Steuerfeldes und damit je nach Ausrichtungdes anisotropen Materials resultiert eine unterschiedliche, nachaußen hinwirksame (effektive) Permittivitätdes Dielektrikums. Diese effektive Permittivität kann die elektrischen Eigenschaftenweiterer Komponenten des Bauelements beeinflussen. Eine weitereKomponente ist beispielsweise ein Kondensator. Das Dielektrikumdes Bauelements ist gleichzeitig das Dielektrikum des Kondensators.Durch Anlegen einer entsprechenden elektrischen Steuerspannung andie Steuerelektroden und das damit erzeugte elektrische Steuerfeldist die Permittivitätdes Dielektrikums veränderbar.Durch die veränderbarePermittivitätresultiert eine veränderbareKapazitätdes Kondensators. Es liegt ein steuerbarer Kondensator vor.In a particular embodiment, the anisotropic material has an electrical conductivity of more than 10 6 S / m and in particular more than 10 9 S / m. The anisotropic material is highly electrically conductive. In a further embodiment, the material has a dielectric constant of more than 100. Depending on the application, a dielectric constant of more than 1000 and more may also be advantageous. The material is high dielectric. By means of control electrodes of the electrode structure, an electric control field (bias field) is coupled into the fluid with the anisotropic highly dielectric or electrically highly conductive material. The electric control field induces an electric dipole moment in the anisotropic material. Due to the dipole moment, the orientation of the anisotropic material in the fluid occurs. Depending on the strength and direction of the electrical control field and thus depending on the orientation of the anisotropic material results in a different, effective outward effective permittivity of the dielectric. This effective permittivity can affect the electrical properties of other components of the device. Another component is for example a capacitor. The dielectric of the device is at the same time the dielectric of the capacitor. By applying a corresponding electrical control voltage to the control electrodes and the electrical control field generated therewith, the permittivity of the dielectric is variable. Due to the variable permittivity results in a variable capacitance of the capacitor. There is a controllable capacitor.
    [0008] Ineiner besonderen Ausgestaltung weist das anisotrope Material Nanoröhren auf.Der Röhrendurchmessereiner Nanoröhrebeträgtwenige Nanometer. Die Röhrenlänge derNanoröhreist dagegen um ein Vielfaches größer. DieRöhrenlänge istaus dem Bereich von 100 nm bis 1000 nm ausgewählt. Im statistischen Mittelliegt ein hohes Aspektverhältnis (mittleresVerhältnisder Röhrenlänge zumRöhrendurchmesser)vor. Es resultiert eine hohe Steuerbarkeit. Die hohe Steuerbarkeitbesteht auch bei relativ niedrigen Konzentrationen. So genügt beispielsweise einAnteil von ca. 4 Vol%, um die Permittivität des Dielektrikums um einenFaktor von etwa 100 zu variieren.In a particular embodiment, the anisotropic material has nanotubes. The tube diameter of a nanotube is a few nanometers. By contrast, the tube length of the nanotube is many times larger. The tube length is selected from the range of 100 nm to 1000 nm. On a statistical average, there is a high aspect ratio (average ratio of tube length to tube diameter). This results in a high controllability. The high controllability exists even at relatively low concentrations. For example, a content of about 4% by volume is sufficient to vary the permittivity of the dielectric by a factor of about 100.
    [0009] DieNanoröhrenkönnenaus verschiedenen Röhrenmaterialienbestehen. Denkbar sind beispielsweise Nanoröhren aus hoch dielektrischenMaterialien wie Bariumtitanat (BaTiO3),Bleizirkonattitanat (Pb(Ti,Zr)O3, PZT) oderandere ferroelektrische Materialien. Paraelektrische Materialienmit hoher Dielektrizitätszahl,insbesondere Mikrowellendielektrika sind ebenfalls denkbar.The nanotubes can consist of different tube materials. For example, nanotubes of high dielectric materials such as barium titanate (BaTiO 3 ), lead zirconate titanate (Pb (Ti, Zr) O 3 , PZT) or other ferroelectric materials are conceivable. Paraelectric materials with a high dielectric constant, in particular microwave dielectrics, are also conceivable.
    [0010] Ineiner besonderen Ausgestaltung sind die Nanoröhren Kohlenstoff-Nanoröhren. Siekönnen sichdurch eine hohe ballistische elektrische Leitfähigkeit auszeichnen. Ebensokönnensich die Kohlenstoff-Nanoröhrendurch eine hohe Dielektrizitätszahlund eine hohe Polarisierbarkeit auszeichnen. Kohlenstoff-Nanoröhren lassensich auf elegante Weise funktionalisieren. Durch das Funktionalisieren werdendie chemischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Kohlenstoff-Nanoröhren beeinflusst (sieheunten). Als anisotropes Material kann eine Art von Nanoröhren verwendetwerden. Eine Art Nanoröhrezeichnet sich durch ein bestimmtes Röhrenmaterial, durch eine bestimmteRöhrenlänge, dieinnerhalb festgelegter Grenzen variieren kann, und durch bestimmteelektrische Eigenschaften (elektrische Leitfähigkeit oder Dielektrizitätszahl undPolarisierbarkeit) aus. Denkbar ist auch die Verwendung von mehrerenArten von Nanoröhren.Als anisotropes Material wird eine Mischung verschiedener Artenvon Nanoröhrenverwendet.InIn a particular embodiment, the nanotubes are carbon nanotubes. shecancharacterized by a high ballistic electrical conductivity. As wellcanthe carbon nanotubesby a high dielectric constantand a high polarizability distinguished. Let carbon nanotubesFunctionalize in an elegant way. By functionalizinginfluences the chemical and / or electrical properties of carbon nanotubes (seebelow). As anisotropic material, one type of nanotubes may be usedbecome. A kind of nanotubecharacterized by a particular tube material, by a specificTube length, thewithin certain limits, and by specific limitselectrical properties (electrical conductivity or dielectric constant andPolarizability). It is also conceivable to use severalTypes of nanotubes.Anisotropic material is a mixture of different typesof nanotubesused.
    [0011] DasFluid wird beispielsweise im Hinblick auf die Verwendung des steuerbarenDielektrikums ausgewählt.So wird beispielsweise füreine kurze Ansprechzeit der Steuerung der Permittivität ein niederviskosesFluid verwendet. Dagegen kann in einem solchen Fall, in dem dieAnsprechzeit eine untergeordnete Rolle spielt, ein höherviskosesFluid verwendet werden. Weitere Auswahlkriterien sind die Mischbarkeitmit dem anisotropen Material oder die Dichte des anisotropen Materials.Ebenso könnenfür die Auswahldie Dielektrizitätszahldes Fluids und/oder die dielektrischen Verluste des Fluids eineRolle spielen. Füreine hohe Steuerbarkeit wird ein Fluid bevorzugt, das eine relativniedrige Dielektrizitätszahlaufweist. Ebenso wird bevorzugt ein Fluid mit möglichst niedrigen dielektrischenVerlusten eingesetzt. Eine möglichstniedrige Dielektrizitätszahlund möglichst niedrigedielektrische Verluste ist beispielsweise für Mikrowellen- bzw. Hochfrequenzanwendungenim GHz-Bereich erwünscht.TheFluid is used, for example, with regard to the use of the controllableDielectric selected.For example, fora short response time of the control of permittivity a low viscosityFluid used. In contrast, in such a case, in which theResponse time plays a minor role, a higher viscosityFluid can be used. Other selection criteria are miscibilitywith the anisotropic material or the density of the anisotropic material.Likewisefor the selectionthe dielectric constantof the fluid and / or the dielectric losses of the fluidRole-play. Forhigh controllability, a fluid is preferred, which is a relativelow dielectric constanthaving. Likewise preferred is a fluid with the lowest possible dielectricLosses used. One possiblelow dielectric constantand as low as possibleDielectric loss is for example for microwave or high frequency applicationsin the GHz range desired.
    [0012] DasFluid ist eine beliebige Flüssigkeit.Insbesondere weist das Fluid zumindest eine aus der Gruppe anorganischesLösungsmittelund/oder organisches LösungsmittelausgewählteFlüssigkeitauf. Dabei könnenreine Flüssigkeitenoder Mischungen der Flüssigkeitenverwendet werden. Das anorganische Lösungsmittel ist beispielsweiseWasser. Das organische Lösungsmittelkann polar oder unpolar sein. Das polare organische Lösungsmittelist beispielsweise ein Alkohol. Das unpolare organische Lösungsmittelist beispielsweise Öl.Dabei wird Ölals Sammelbezeichnung fürwasserunlöslicheorganische Verbindungen mit relativ niedrigem Dampfdruck angesehen.Eine fürMikrowellen- bzw. Hochfrequenzanwendungen im GHz-Bereich geeignetesFluid ist beispielsweise das organische Lösungsmittel Toluol (εr > 2,4; tan δ > 0,018 bei 10 GHz).The fluid is any liquid. In particular, the fluid has at least one liquid selected from the group of inorganic solvent and / or organic solvent. In this case, pure liquids or mixtures of the liquids can be used. The inorganic solvent is, for example, water. The organic solvent can be polar or nonpolar. The polar organic solvent is, for example, an alcohol. The nonpolar organic solvent is, for example, oil. In this case, oil is regarded as a collective name for water-insoluble organic compounds with a relatively low vapor pressure. A suitable fluid for microwave or high frequency applications in the GHz range, for example, the organic solvent toluene (ε r > 2.4, tan δ> 0.018 at 10 GHz).
    [0013] Dasanisotrope Material und das Lösungsmittelwerden derart ausgewählt,dass eine möglichst homogeneMischung der beiden Komponenten des Dielektrikums resultiert. Ineiner besonderen Ausgestaltung weisen die Nanoröhren zur Beeinflussung einerMischbarkeit mit einem Lösungsmittelund/oder zur sterischen Stabilisierung mindestens eine Funktionalisierungauf. Die Nanoröhrenwerden funktionalisiert und damit sterisch stabilisiert. Durch diesterische Stabilisierung wird dafür gesorgt, dass sich die Nanoröhren vereinzeltoder nur als wenige Nanoröhrenaufweisende Bündelvorliegen. Die Nanoröhren liegenzum größten Teilvoneinander beabstandet vor. Bei Kohlenstoff-Nanoröhren kannes beispielsweise ohne sterische Stabilisierung zu π-π-Stapelwechselwirkungenzwischen den Kohlenstoff-Nanoröhrenkommen. Die Nanoröhrenlagern sich aneinander an. Dadurch wird die geometrische Anisotropie zumindestteilweise aufgehoben und in Folge davon die Steuerbarkeit des Dielektrikumsvermindert.Theanisotropic material and the solventare chosenthat as homogeneous as possibleMixture of the two components of the dielectric results. InIn a particular embodiment, the nanotubes influence one anotherMiscibility with a solventand / or for steric stabilization at least one functionalizationon. The nanotubesare functionalized and thus sterically stabilized. By thesteric stabilization ensures that the nanotubes separateor just a few nanotubeshaving bundlesavailable. The nanotubes are lyingmostlyspaced apart from each other. For carbon nanotubes canfor example, without steric stabilization to π-π stacking interactionsbetween the carbon nanotubescome. The nanotubesencase each other. As a result, the geometric anisotropy is at leastpartially lifted and as a result the controllability of the dielectricreduced.
    [0014] DieFunktionalisierung gelingt insbesondere im Zusammenhang mit Kohlenstoff-Nanoröhren. Vorzugsweiseverfügtjede der Nanoröhren über viele funktionalisierteStellen (Funktionalisierungen). An einer funktionalisierten Stelleist die Röhrenoberfläche derNanoröhreverändert.Durch die Veränderungder Röhrenoberfläche wirddie Mischbarkeit der Nanoröhrenin einem Lösungsmittelbeeinflusst. Beispielsweise werden die Nanoröhren mit polaren (hydrophilen)Gruppen funktionalisiert, die dazu führen, dass die Nanoröhren ineinem polaren Lösungsmittel wieWasser sehr gut gelöstbzw. dispergiert werden können.Die polare Gruppe ist beispielsweise eine Carboxylgruppe. Das polareLösungsmittelist insbesondere Wasser. Organische polare Lösungsmittel, beispielsweiseAlkohole, sind ebenfalls denkbar. Durch die Funktionalisierung derRöhrenoberfläche können dieNanoröhrenin Wasser gelöstwerden. Im Fall von Ölen,also unpolaren (hydrophoben) Lösungsmitteln,erfolgt die Funktionalisierung der Nanoröhren mit unpolaren Gruppen,die die Löslichkeit derNanoröhrenin diesen unpolaren Lösungsmitteln ermöglichen.The functionalization succeeds especially in connection with carbon nanotubes. Preferably, each of the nanotubes has many functionalized sites (functionalizations). At a functionalized site, the tube surface of the nanotube is altered. Changing the tube surface affects the miscibility of the nanotubes in a solvent. For example, the nanotubes are functionalized with polar (hydrophilic) groups, which result in the nanotubes being able to be very well dissolved or dispersed in a polar solvent such as water. The polar group is, for example, a carboxyl group. The polar solvent is especially water. Organic polar solvents, for example alcohols, are also conceivable. By functionalizing the tube surface, the nanotubes can be dissolved in water. In the case of oils, ie non-polar (hydrophobic) solvents, the functionalization of the nanotubes with nonpolar groups, the solubility of the nanotubes in these non-polar solvents enable.
    [0015] DieFunktionalisierung kann chemisch und/oder physikalisch erfolgen.Die chemische Funktionalisierung unterscheidet zwischen Defekt-Funktionalisierungund Seitenwand-Funktionalisierung.Die Defekt-Funktionalsierung nutzt Defekte (Fehler) im Grundgerüst einerNanoröhreaus. Die Nanoröhreist beispielsweise eine Kohlenstoff-Nanoröhre, deren Grundgerüst aus Kohlenstoff-Sechsringenaufgebaut ist. Die Kohlenstoff-Nanoröhre kann Defekte in Form vonKohlenstoff-Fünfringenoder Kohlenstoff-Siebenringen aufweisen. Derartige Defekte können durch einechemische Substanz leichter angegriffen werden, als das regelmäßige Grundgerüst der Nanoröhren ausden Kohlenstoff-Sechsringen. Gleiches gilt für ein offenes Röhrenendeder Kohlenstoff-Nanoröhre. Beider Funktionalisierung reagiert eine angreifende chemische Gruppedeshalb an einem Defekt oder an einem Röhrenende mit den Kohlenstoff-Nanoröhren unterAusbildung einer kovalenten Bindung bzw. kovalenter Bindungen.TheFunctionalization can be done chemically and / or physically.The chemical functionalization distinguishes between defect functionalizationand sidewall functionalization.The defect functionalization uses defects (defects) in the basic structure of ananotubeout. The nanotubeis, for example, a carbon nanotube whose backbone consists of carbon six-membered ringsis constructed. The carbon nanotube may have defects in the form ofFive-membered carbon ringsor carbon rings. Such defects can be caused by achemical substance more easily attacked than the regular backbone of nanotubesthe carbon six-membered rings. The same applies to an open tube endthe carbon nanotube. atFunctionalization is the reaction of an attacking chemical grouptherefore at a defect or at a tube end with the carbon nanotubes belowFormation of a covalent bond or covalent bonds.
    [0016] Wiebei der Defekt-Funktionalisierung werden bei der Seitenwand-FunktionalisierungzusätzlicheMolekülebzw. Molekülgruppendirekt an die Röhrenoberfläche einerNanoröhregebunden. Im Gegensatz zur Defekt-Funktionalisierung werden aber nichtDefekte des Grundgerüstsder Nanoröhre,sondern regelmäßige Bereichedes Grundgerüstsder Nanoröhremodifiziert. Im Fall der Kohlenstoff-Nanoröhre bedeutet das, dass Kohlenstoff-Sechsringe funktionalisiertwerden. Zur Seitenwand-Funktionalisierung werden besonders reaktivechemische Substanzen eingesetzt, die die gesamte Nanoröhre in mehroder weniger regelmäßigen Abständen mit funktionalisierendenGruppen überziehen.Die Seitenwand-Funktionalisierunghat unter anderem einen erheblichen Einfluss auf die Mischbarkeitder Nanoröhrenmit einem bestimmten Lösungsmittel.Asat the defect functionalization will be at the sidewall functionalizationadditionalmoleculesor molecular groupsdirectly to the tube surface of ananotubebound. In contrast to the defect functionalization but notDefects of the skeletonthe nanotube,but regular areasof the skeletonthe nanotubemodified. In the case of the carbon nanotube, this means that carbon six-membered rings functionalizedbecome. Sidewall functionalization becomes particularly reactiveChemical substances are used that make the entire nanotube into moreor less regular intervals with functionalizingCover groups.The sidewall functionalizationhas, inter alia, a considerable influence on the miscibilitythe nanotubeswith a certain solvent.
    [0017] Beider physikalischen Funktionalisierung erhalten die Nanoröhren einezusätzlicheHülle,mit der sie lose ohne Ausbildung von kovalenten Bindungen verbundensind. Es kommt zu einer Aggregatbildung zwischen Nanoröhre undjeweiliger Hülle.Die Hülle bestehtbeispielsweise aus mindestens einem langgestreckten Polymer (Makromolekül), daseine Nanoröhre "umschlingt". Ein Sonderfalldieser Art der Funktionalisierung stellt die sogenannte π-Stapelung dar.Die π-Stapelungwird auch als "OrientierteAdsorption" bezeichnet.Dabei lagert sich das umhüllendePolymer nur überbestimmte Stellen an die jeweilige Nanoröhre an, während andere Bereiche des Polymersfrei in den Raum ragen.atIn the physical functionalization, the nanotubes receive oneadditionalshellwith which they are loosely connected without the formation of covalent bondsare. There is an aggregate formation between the nanotube andrespective shell.The shell existsfor example, from at least one elongated polymer (macromolecule), thea nanotube "wraps around". A special caseThis type of functionalization represents the so-called π-stacking.The π stackingis also called "OrientedAdsorption ".This is the envelopingPolymer only overcertain sites on the respective nanotube, while other areas of the polymerprotrude freely into the room.
    [0018] DieFunktionalisierung der Nanoröhrenbeeinflusst nicht nur die Mischbarkeit der Nanoröhren mit dem Lösungsmittelbzw. mit dem Dispersionsmittel. Nachhaltig kann darüber hinausdie Dielektrizitätszahlentlang des Röhrendurchmessers(quer zur Röhrenlänge) beeinflusstwerden. Dies tritt insbesondere auf die Seitenwand-Funktionalisierungzu.TheFunctionalization of nanotubesnot only affects the miscibility of the nanotubes with the solventor with the dispersant. Beyond that, sustainable can bethe dielectric constantalong the tube diameter(transverse to the tube length) influencedbecome. This is especially true for sidewall functionalizationto.
    [0019] Insbesonderewird zur Funktionalisierung eine Funktionalisierungssubstanz eingesetzt.Die Funktionalisierungssubstanz ist bevorzugt ein Makromolekül. Ein Makromolekül (makromolekularer Stoff)besteht aus mehreren hundert kovalent gebundenen Atomen. Beispielsweiseist das Makromolekül einkünstlichesoder natürlichesPolymer (Biopolymer). In einer besonderen Ausgestaltung weist die Funktionalisierungmindestens ein aus der Gruppe des Desoxyribonukleinsäure und/oderProtein ausgewähltesMakromolekülauf. Eine Desoxyribonukleinsäure(Deoxyribonucleic Acid, DNA) eignet sich besonders als Funktionalisierungssubstanz,da sie gezielt an bestimmten Stellen verändert werden kann. Vorteilhaftwird als Funktionalisierungssubstanz einer Kohlenstoff-Nanoröhre einDNA-Einzelstrang verwendet.EspeciallyFor functionalization, a functionalizing substance is used.The functionalizing substance is preferably a macromolecule. A macromolecule (macromolecular substance)consists of several hundred covalently bound atoms. For exampleis the macromoleculeartificialor naturalPolymer (biopolymer). In a particular embodiment, the functionalizationat least one from the group of deoxyribonucleic acid and / orProtein selectedmacromoleculeon. A deoxyribonucleic acid(Deoxyribonucleic acid, DNA) is particularly suitable as a functionalizing substance,because it can be changed in specific places. Advantageousis used as a functionalizing substance of a carbon nanotubeDNA single strand used.
    [0020] Ineiner weiteren Ausgestaltung ist ein Trägerkörper des Bauelements vorhanden,der eine Ausnehmung aufweist, in der das Fluid mit dem anisotropenMaterial angeordnet ist. Die Elektrodenstruktur ist dabei derartan der Ausnehmung angeordnet, dass durch elektrische Ansteuerungder Elektrodenstruktur ein elektrisches Steuerfeld erzeugt wird,das in das Dielektrikum eingekoppelt wird. Dazu ist vorzugsweisedie Elektrodenstruktur unmittelbar an der Ausnehmung des Trägerkörpers angeordnet. Zueiner effizienten Einkopplung des Steuerfeldes stehen dabei dieElektrodenstruktur und das Dielektrikum in direktem Kontakt miteinander.Ina further embodiment, a carrier body of the device is present,having a recess in which the fluid with the anisotropicMaterial is arranged. The electrode structure is in this casearranged on the recess that by electrical controlthe electrode structure is generated an electric control field,which is coupled into the dielectric. This is preferablethe electrode structure is arranged directly on the recess of the carrier body. Toan efficient coupling of the control field are theElectrode structure and the dielectric in direct contact with each other.
    [0021] Ineiner weiteren Ausgestaltung weist der Trägerkörper einen Mehrschichtaufbauauf. Dabei ist im Volumen des Mehrschichtaufbaus des Trägerkörpers dieAusnehmung angeordnet. Vorzugsweise ist der Trägerkörper aus der Gruppe Halbleiter-Substrat und/oderKeramik-Substrat und/oder Kunststoff-Substrat ausgewählt. Beieinem Kunststoff-Substrat wird beispielsweise durch Materialabtrageine Ausnehmung auf einer Oberflächedes Substrats erzeugt. Diese Ausnehmung kann mit dem Fluid befüllt werden.Nachfolgend wird die Ausnehmung verschlossen.InIn a further embodiment, the carrier body has a multilayer structureon. The volume of the multi-layer structure of the carrier body is theRecess arranged. Preferably, the carrier body from the group semiconductor substrate and / orCeramic substrate and / or plastic substrate selected. ata plastic substrate, for example, by material removala recess on a surfaceof the substrate. This recess can be filled with the fluid.Subsequently, the recess is closed.
    [0022] DasKeramik-Substrat ist beispielsweise ein LTCC-Substrat. Es erfolgteine Integration in ein LTCC-Modul. Ein derartiges Modul wird als "System in Package" (SiP) bezeichnet.Dabei wird in üblicher Weiseim Volumen des LTCC-Substrats eine Ausnehmung erzeugt werden, dienach dem Sintern über geeignete Öffnungenmit dem Fluid befülltwird.TheCeramic substrate is, for example, an LTCC substrate. It takes placean integration into an LTCC module. Such a module is called a "system in package" (SiP).This is done in the usual wayin the volume of the LTCC substrate, a recess are generated, theafter sintering through suitable openingsfilled with the fluidbecomes.
    [0023] Denkbarist darüberhinaus auch ein Halbleiter-Substrat. Es erfolgt beispielsweise eineIntegration in einem Mehrschichtaufbau auf einem Halbleiter-Substratmit mikromechanischen Methoden (micromachining). Ein derartigesModul wird als "System onChip" (SoC) bezeichnet.Dabei wird das Halbleiter-Substrat derart bearbeitet, dass ein Mehrschichtaufbauresultiert. Im Volumen des Mehrschichtaufbaus wird eine Ausnehmungerzeugt, die mit dem Fluid befülltwird.It is also conceivable beyond a semiconductor substrate. For example, integration takes place in a multilayer structure on a half lead ter substrate with micromechanical methods (micromachining). Such a module is referred to as a "system on chip" (SoC). In this case, the semiconductor substrate is processed in such a way that a multi-layer structure results. In the volume of the multi-layer structure, a recess is created, which is filled with the fluid.
    [0024] Verwendungfindet das Bauelement insbesondere zum Verändern einer Phasenlage einersich frei und/oder entlang einer Leitungsstruktur ausbreitendenelektromagnetischen Signalwelle, wobei durch eine elektrische Ansteuerungder Elektrodenstruktur ein elektrisches Steuerfeld in das Dielektrikumnahe der elektromagnetischen Welle eingekoppelt wird. Dadurch wirddie Permittivitätdes Dielektrikums geändertund eine Wirkung auf die elektromagnetische Signalwelle erzielt.Die geändertePermittivitätwirkt sich auf die Wellenlängeder elektromagnetischen Signalwelle und auf die entsprechende Phasendifferenzder elektromagnetischen Signalwelle entlang der Ausbreitungsrichtungaus.usefinds the device in particular for changing a phase position of apropagating freely and / or along a conduit structureelectromagnetic signal wave, wherein by an electrical drivethe electrode structure an electric control field in the dielectricis coupled near the electromagnetic wave. This willthe permittivitychanged the dielectricand achieves an effect on the electromagnetic signal wave.The changedpermittivityaffects the wavelengththe electromagnetic signal wave and the corresponding phase differencethe electromagnetic signal wave along the propagation directionout.
    [0025] Umeine Wanderung des anisotropen Materials im Fluid zu unterbindenbzw. zu reduzieren, wird dabei vorzugsweise ein sich periodisch änderndes Steuerfeldeingekoppelt. Dies gelingt beispielsweise durch abwechselndes Anlegenbetragsgleicher elektrischer Potentiale mit unterschiedlichen Vorzeichen andie Steuerelektroden eines Steuerkondensator der Elektrodenstruktur.Das Steuerfeld ändertsich dabei bevorzugt langsam.Aroundprevent migration of the anisotropic material in the fluidor to reduce, is preferably a periodically changing control fieldcoupled. This is achieved, for example, by alternately applyingequal amount of electrical potentials with different signsthe control electrodes of a control capacitor of the electrode structure.The control panel changesis preferably slow.
    [0026] Mitder angegebenen Verwendung des Bauelements liegt ein Phasenschiebervor. Dadurch, dass die Orientierung des anisotropen Materials ineinem weiten Bereich geändertwerden kann, wird die Permittivität des Dielektrikums ebenfallsin einem weiten Bereich geändert.Dies trifft insbesondere bei Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhren alsanisotropes Material zu.Withthe specified use of the device is a phase shifterin front. As a result, the orientation of the anisotropic material inchanged in a wide rangecan, the permittivity of the dielectric also becomeschanged in a wide range.This is especially true when using carbon nanotubes asanisotropic material too.
    [0027] Mitdem Bauelement kann insbesondere ein Mikrowellenbauteil realisiertwerden, das aus der Gruppe spannungsgesteuerter Oszillator und/oder Frequenzfilterund/oder Verzögerungsleitungausgewähltist. Dabei ist durch die Auswahl des anisotropen Materials, insbesonderedurch die Auswahl der Nanoröhren,eine individuell anpassbare, unbelastete dielektrische Güte Qu zugänglich.Die dielektrische GüteQu ist der reziproke Wert des Hochfrequenzverlustfaktorstan δ. Diedielektrische GüteQu ist in einem weiten Bereich einstellbar.Je nach dem, welches Mikrowellenbauteil realisiert werden soll,ist die Anforderung an die dielektrische Güte Qu unterschiedlich.Bei dem spannungsgesteuerten Oszillator (Voltage Controlled Oscillator,VCO) soll die dielektrische GüteQu beispielsweise zwischen 100 und 500 liegen.Bei einem Frequenzfilter kann die Güte Qu zwischen10 und 50 und bei der Verzögerungsleitung zwischen10 und 100 liegen.In particular, a microwave component which is selected from the group of voltage-controlled oscillator and / or frequency filter and / or delay line can be realized with the component. In this case, the selection of the anisotropic material, in particular by the selection of the nanotubes, an individually adjustable, unloaded dielectric quality Q u accessible. The dielectric Q u is the reciprocal of the high frequency loss factor tan δ. The dielectric quality Q u can be adjusted within a wide range. Depending on which microwave component is to be realized, the requirement for the dielectric Q u is different. For example, in the Voltage Controlled Oscillator (VCO), the dielectric Q u should be between 100 and 500. For a frequency filter Q u can be between 10 and 50 and for the delay line between 10 and 100.
    [0028] Dieangegebenen Mikrowellenbauteile werden insbesondere in der Mobilfunktechnikund in der Radartechnik eingesetzt. Dabei werden die Mikrowellenbauteileinsbesondere zum Einstellen einer Richtcharakteristik einer Antennezum Senden und Empfangen einer elektromagnetischen Welle verwendet.Thespecified microwave components are used in particular in mobile technologyand used in radar technology. This will be the microwave componentsin particular for setting a directional characteristic of an antennaused to send and receive an electromagnetic wave.
    [0029] Mitder Erfindung ergeben sich zusammenfassend folgende besonderen Vorteile: – Esresultiert ein Bauelement, das in einem weiten Bereich elektrischabstimmbar ist. Die Abstimmbarkeit erfolgt durch Ändern derPermittivitätdes Dielektrikums durch Ausrichtung des anisotropen Materials. DasVerändernder Permittivitätwird durch Einkoppeln unterschiedlicher elektrischer Steuerfelderin das Dielektrikum erzielt. Dabei können relativ niedrige Steuerspannungen verwendetwerden. – Durchdie Kombination eines niederviskosen Fluids mit Nanoröhren isteine schnelle Ausrichtung möglich(sehr kurze Programmierzeit bzw. sehr hohe Steuergeschwindigkeit). – BeiVerwendung von Nanoröhrenresultiert eine besonders hohe Abstimmbarkeit aufgrund des hohenmittleren Aspektverhältnisses. – Aufgrundder besonderen Eigenschaften der Nanoröhren, insbesondere der Kohlenstoff-Nanoröhren, isteine hohe Abstimmbarkeit bei gleichzeitig hoher Güte (niedrigedielektrische Verluste) möglich. – Durcheine gezielte Funktionalisierung der Nanoröhren kann die Mischbarkeitmit dem Fluid und die sterische Stabilisierung der Nanoröhren auf einfacheWeise beeinflusst werden. Die Funktionalisierung mit DNA-Einzelsträngen istdabei besonders vorteilhaft. – DasBauelement kann auf einfache Weise in bekannte Mehrschichtsystemeintegriert werden. In summary, the following special advantages result with the invention: - The result is a device that is electrically tunable in a wide range. Tunability is accomplished by altering the permittivity of the dielectric by aligning the anisotropic material. Changing the permittivity is achieved by coupling different electrical control fields into the dielectric. In this case, relatively low control voltages can be used. - By combining a low-viscosity fluid with nanotubes, a fast alignment is possible (very short programming time or very high control speed). - When using nanotubes results in a particularly high tunability due to the high average aspect ratio. - Due to the special properties of the nanotubes, especially the carbon nanotubes, a high tunability with high quality (low dielectric loss) is possible. Targeted functionalization of the nanotubes can easily influence miscibility with the fluid and steric stabilization of the nanotubes. The functionalization with DNA single strands is particularly advantageous. - The device can be easily integrated into known multilayer systems.
    [0030] Anhandmehrerer Ausführungsbeispieleund der dazugehörigenFiguren wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Die Figuren sind schematischund stellen keine maßstabsgetreuenAbbildungen dar.Basedseveral embodimentsand the associatedFigures, the invention is explained in more detail below. The figures are schematicand do not represent to scaleIllustrations
    [0031] 1A und 1B zeigenvon der Seite und von oben ein elektrisches Bauelement, das ein steuerbaresDielektrikum aufweist. 1A and 1B show from the side and from above an electrical component having a controllable dielectric.
    [0032] 2A und 2B zeigenein elektrisches Bauelement, das ein steuerbares Dielektrikum aufweistund das in einem Mehrschichtkörperintegriert ist. 2A and 2 B show an electrical component having a controllable dielectric and which is integrated in a multilayer body.
    [0033] 3A und 3B zeigenjeweils ein Bauelement, das in ein mehrlagiges Substrat aus einem anwendungsspezifischenMaterial, z.B. LTCC, integriert ist. 3A and 3B each show a device that in a multi-layer substrate made of an application-specific material, eg LTCC, inte is grated.
    [0034] 4A und 4B zeigenErsatzschaltbilder zu den 3A und 3B. 4A and 4B show equivalent circuits to the 3A and 3B ,
    [0035] 5A und 5B zeigenjeweils ein Bauelement, das in ein LTCC-Substrat integriert ist. 5A and 5B each show a device that is integrated into an LTCC substrate.
    [0036] 6A und 6B zeigenErsatzschaltbilder zu den 4A und 4B. 6A and 6B show equivalent circuits to the 4A and 4B ,
    [0037] 7 zeigtein Verfahren zum Integrieren des Bauelements in einen Mehrschichtaufbauauf einem Halbleitersubstrat. 7 shows a method of integrating the device in a multilayer structure on a semiconductor substrate.
    [0038] Gegebenist ein elektrisches Bauelement 1 mit elektrisch steuerbaremDielektrikum 2 und Elektrodenstruktur 3 mit vierElektroden 30 und 32 seitlich und oberhalb wieunterhalb des Dielektrikums 2 zum Steuern einer Permittivität des Dielektrikums 2.Das Dielektrikum ist eine Dispersion von Kohlenstoff-Nanoröhren 22 inWasser (Fluid) 20. Dabei sind die Kohlenstoff-Nanoröhren 22 miteinem Anteil von 4 Vol% enthalten. Die Dispersion kann als Kontinuummit effektiver Dielektrizitätszahlbetrachtet werden. Die verwendeten Kohlenstoff-Nanoröhren 22 sindbezüglichihrer Geometrie stark anisotrop. Entlang der jeweiligen Röhrenlänge sinddie Kohlenstoff-Nanoröhren 22 elektrischhoch leitfähigund polarisierbar. Quer zur Röhrenlänge istdagegen die Polarisierbarkeit deutlich geringer. Zur Verbesserungder Mischbarkeit der Kohlenstoff-Nanoröhren 22 in Wasser sinddie Kohlenstoff-Nanoröhrenmit Hilfe von DNA-Einzelsträngenfunktionalisiert.Given is an electrical component 1 with electrically controllable dielectric 2 and electrode structure 3 with four electrodes 30 and 32 laterally and above as below the dielectric 2 for controlling a permittivity of the dielectric 2 , The dielectric is a dispersion of carbon nanotubes 22 in water (fluid) 20 , These are the carbon nanotubes 22 containing 4% by volume. The dispersion can be considered as a continuum with effective dielectric constant. The used carbon nanotubes 22 are highly anisotropic with respect to their geometry. Along the respective tube length are the carbon nanotubes 22 electrically highly conductive and polarizable. In contrast to the tube length, the polarizability is significantly lower. To improve the miscibility of the carbon nanotubes 22 In water, the carbon nanotubes are functionalized with the help of DNA single strands.
    [0039] DasDielektrikum befindet sich in einer Ausnehmung (Kavität) 44 zwischenden Steuerelektroden 30 und 32 (1A und 1B).Durch Anlegen einer Steuerspannung an die Steuerelektroden 30 und 32 wirdein elektrisches Steuerfeld 31 im Dielektrikum 2 wirksam.Aufgrund des Steuerfeldes 31 werden in den Kohlenstoff-Nanoröhren 22 elektrischeDipolmomente influenziert, die zu einer Ausrichtung der Kohlenstoff-Nanoröhren 22 parallelzum Steuerfeld 31 führen.The dielectric is located in a recess (cavity) 44 between the control electrodes 30 and 32 ( 1A and 1B ). By applying a control voltage to the control electrodes 30 and 32 becomes an electrical control panel 31 in the dielectric 2 effective. Due to the control panel 31 be in the carbon nanotubes 22 electrical dipole moments are influenzed, leading to an alignment of the carbon nanotubes 22 parallel to the control panel 31 to lead.
    [0040] Die 2A und 2B verdeutlichendie prinzipielle Funktionsweise. Gezeigt ist ein Mehrschichtkörper mitzwei im Volumen des Mehrschichtkörpersintegrierten Ausnehmungen 44. Die Ausnehmungen 44 sindin die konventionellen dielektrischen Schichten 45 desMehrschichtkörpersintegriert. Durch Anlegen entsprechender Steuerpotentiale an dieSteuerelektroden, beispielsweise ±2V (Mitte bzw. außen 30)und 0V (oben und unten 32), werden die Kohlenstoff-Nanoröhren 22 entlangdes erzeugten elektrischen Steuerfeldes 31 horizontal orientiert (2A).Stellt die mittlere Elektrode 30 gleichzeitig eine senkrechtzur Bildebene verlaufende Hochfrequenzleitung dar, z.B. eine Koplanarleitung,so wird ein dort eingespeistes Signal durch die starke kapazitiveKopplung an die negativ vorgespannten äußeren Elektroden 30 kurzgeschlossen.Werden jedoch 0V an die Elektroden 30 und gegenpolige Spannungenan die Elektroden 32 angelegt, so sind die Kohlenstoff-Nanoröhren 22 vertikalorientiert und die seitliche kapazitive Kopplung der mittleren HF-Leitungist infolge der geringen Dielektrizitätszahl in dieser Richtung deutlichreduziert. Somit ist die Leitung auf Durchgang geschaltet.The 2A and 2 B clarify the principle of operation. Shown is a multi-layer body with two integrated in the volume of the multi-layer body recesses 44 , The recesses 44 are in the conventional dielectric layers 45 integrated of the multilayer body. By applying appropriate control potentials to the control electrodes, for example, ± 2V (center or outside 30 ) and 0V (above and below 32 ), become the carbon nanotubes 22 along the generated electrical control field 31 oriented horizontally ( 2A ). Represents the middle electrode 30 at the same time a high-frequency line running perpendicular to the image plane, for example a coplanar line, a signal fed in there becomes due to the strong capacitive coupling to the negatively biased outer electrodes 30 shorted. However, 0V to the electrodes 30 and opposite polarity voltages to the electrodes 32 applied, so are the carbon nanotubes 22 oriented vertically and the lateral capacitive coupling of the middle RF line is significantly reduced due to the low dielectric constant in this direction. Thus, the line is switched to passage.
    [0041] Dasbeschriebene elektrische Bauelement ist gemäß einem ersten Ausführungsbeispielin einem LTCC-Substrat 41 integriert (3A und 3B).Die Schichtdicken der dielektrischen Schichten 45 betragenetwa 100 μm.Eine Grundflächeder Ausnehmung 44 ist quadratisch mit einer Kantenlänge vonetwa 100 μm.Zum Herstellen des LTCC-Substratswerden keramische Grünfoliestrukturiert, metallisiert, übereinandergestapelt, gemeinsam entbindert und gemeinsam gesintert. Nachfolgendwird durch feine Öffnungen(Vias) das Dielektrikum 2 in die vorgesehene Ausnehmung 44 eingefüllt unddie Ausnehmung 44 bzw. die Öffnungen verschlossen.The electrical component described is according to a first embodiment in an LTCC substrate 41 integrated ( 3A and 3B ). The layer thicknesses of the dielectric layers 45 be about 100 microns. A base of the recess 44 is square with an edge length of about 100 microns. To produce the LTCC substrate, ceramic green sheets are patterned, metallized, stacked, debindered and sintered together. Subsequently, the dielectric is formed by fine openings (vias) 2 in the intended recess 44 filled in and the recess 44 or the openings closed.
    [0042] DieElektrodenstrukturen 3 sind aus Silber. Bei entsprechenderBeschaltung könnendie in den 4A und 4B gezeigtenErsatzschaltbilder mit Kondensatoren 33 hoher Kapazität und Kondensatorenmit niedriger Kapazität 34 aufgestelltwerden. Mit dem Bezugszeichen 35 ist jeweils eine elektrische Leitungangedeutet.The electrode structures 3 are made of silver. With appropriate wiring, the in the 4A and 4B shown equivalent circuit diagrams with capacitors 33 high capacity and low capacity capacitors 34 be set up. With the reference number 35 in each case an electrical line is indicated.
    [0043] Gemäß einemweiteren Ausführungsbeispiel istdas Bauelement ebenfalls in einem LTCC-Substrat integriert (5A und 5B).Die Schichtdicken der dielektrischen Schichten 45 betragenetwa 50 μm.Die Ausnehmung 44 ist würfelförmig miteiner Kantenlängevon etwa 100 μm.Zu diesem Ausführungsbeispiellassen sich die in den 6A und 6B gezeigtenErsatzschaltbilder aufstellen.According to a further exemplary embodiment, the component is likewise integrated in an LTCC substrate ( 5A and 5B ). The layer thicknesses of the dielectric layers 45 be about 50 microns. The recess 44 is cube-shaped with an edge length of about 100 microns. In this embodiment, the in the 6A and 6B Set up equivalent circuit diagrams.
    [0044] Alternativzu den LTCC-Substraten werden mehrschichtige Kunststoffsubstrateverwendet.alternativethe LTCC substrates are multilayer plastic substratesused.
    [0045] Gemäß einemweiteren Ausführungsbeispiel (7)wird das elektrische Bauelement 1 in einem durch Dünnschichttechnologiehergestellten mehrlagigen Schichtaufbau 40 auf einem Halbleitersubstrat 43 realisiert.Dazu werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt: Abscheiden von untererSteuerelektrode 30, 71 auf dem Substrat 43,erster Abstandsschicht 72 (SiO2), Ätzstopschicht 73 (Si3N4), zweiter Abstandsschicht 74 (SiO2), Abscheidung und Strukturierung der Signalleitung 75,Abscheidung von dritter Abstandsschicht 76 (SiO2) und Membranschicht 77 (Si3N4), Öffnen derMembran 77 (700), Hohlraumätzen (701), Infiltrierendes Dielektrikums 2 (702), Membranverschluss 77 (703)und Aufbringen der oberen Steuerelektrode 30, 79 (704).According to a further embodiment ( 7 ) becomes the electrical component 1 in a multilayer coating construction produced by thin-film technology 40 on a semiconductor substrate 43 realized. For this purpose, the following method steps are performed: deposition of lower control electrode 30 . 71 on the substrate 43 , first spacer layer 72 (SiO 2 ), etch stop layer 73 (Si 3 N 4 ), second spacer layer 74 (SiO 2 ), deposition and structuring of the signal line 75 , Deposition of third spacer layer 76 (SiO 2 ) and membrane layer 77 (Si 3 N 4 ), opening the membrane 77 ( 700 ), Hohlrau to measure ( 701 ), Infiltrating the dielectric 2 ( 702 ), Membrane closure 77 ( 703 ) and applying the upper control electrode 30 . 79 ( 704 ).
    [0046] Eingesetztwird das steuerbare elektrische Bauelement in einem Mikrowellenbauteil.Das Mikrowellenbauteil ist ein spannungsgesteuerter Oszillator.Alternativ dazu ist das Mikrowellenbauteil ein Frequenzfilter undeine Verzögerungsleitung.usedbecomes the controllable electrical component in a microwave component.The microwave component is a voltage-controlled oscillator.Alternatively, the microwave component is a frequency filter anda delay line.
    [0047] Verwendungfinden die genannten Mikrowellenbauteil in der Mobilfunktechnikund in der Radartechnik. Dabei wird beispielsweise die Richtcharakteristikeiner Antenne mit Hilfe des Mikrowellenbauteils eingestellt.usefind the mentioned microwave component in the mobile radio technologyand in radar technology. In this case, for example, the directional characteristican antenna set using the microwave component.
    权利要求:
    Claims (16)
    [1]
    Elektrisches Bauelement (1) mit elektrisch steuerbaremDielektrikum (2) und Elektrodenstruktur (3, 30, 32)zum Steuern einer Permittivitätdes Dielektrikums (2), dadurch gekennzeichnet, dassdas Dielektrikum (2) ein Fluid (20) aufweist,in dem mindestens ein anisotropes Material (21) mit einergeometrischen Anisotropie enthalten ist, das durch ein durch dieElektrodenstruktur (3, 30, 32) erzeugbareselektrisches Steuerfeld (31) ausgerichtet werden kann.Electrical component ( 1 ) with electrically controllable dielectric ( 2 ) and electrode structure ( 3 . 30 . 32 ) for controlling a permittivity of the dielectric ( 2 ), characterized in that the dielectric ( 2 ) a fluid ( 20 ), in which at least one anisotropic material ( 21 ) is contained with a geometric anisotropy, which by a through the electrode structure ( 3 . 30 . 32 ) electric field ( 31 ) can be aligned.
    [2]
    Bauelement nach Anspruch 1, wobei das anisotropeMaterial (21) eine elektrische Leitfähigkeit aufweist von über 109 S/m aufweist.Component according to claim 1, wherein the anisotropic material ( 21 ) has an electrical conductivity of more than 10 9 S / m.
    [3]
    Bauelement nach Anspruch 1, wobei das anisotropeMaterial (21) eine Dielektrizitätszahl von über 100 aufweist.Component according to claim 1, wherein the anisotropic material ( 21 ) has a dielectric constant of over 100.
    [4]
    Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das anisotropeMaterial (21) Nanoröhren (22)aufweist.Component according to one of claims 1 to 3, wherein the anisotropic material ( 21 ) Nanotubes ( 22 ) having.
    [5]
    Bauelement nach Anspruch 4, wobei die Nanoröhren (22)Kohlenstoff-Nanoröhrensind.Component according to claim 4, wherein the nanotubes ( 22 ) Are carbon nanotubes.
    [6]
    Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Fluid(20) zumindest eine aus der Gruppe anorganisches Lösungsmittelund/oder organisches LösungsmittelausgewählteFlüssigkeitaufweist.Component according to one of claims 1 to 5, wherein the fluid ( 20 ) has at least one selected from the group of inorganic solvent and / or organic solvent liquid.
    [7]
    Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Nanoröhren (22)zur Beeinflussung einer Mischbarkeit mit dem Fluid (20)und/oder zur sterischen Stabilisierung mindestens eine Funktionalisierungaufweisen.Component according to one of claims 1 to 6, wherein the nanotubes ( 22 ) for influencing miscibility with the fluid ( 20 ) and / or have at least one functionalization for steric stabilization.
    [8]
    Bauelement nach Anspruch 7, wobei die Funktionalisierungmindestens ein aus der Gruppe Desoxyribonukleinsäure und/oder Protein ausgewähltes Makromolekül aufweist.Component according to claim 7, wherein the functionalizationhas at least one selected from the group deoxyribonucleic acid and / or protein macromolecule.
    [9]
    Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Trägerkörper (4),der eine Ausnehmung aufweist, in der das Fluid mit dem anisotropenMaterial angeordnet ist.Component according to one of claims 1 to 8, with a carrier body ( 4 ), which has a recess in which the fluid is arranged with the anisotropic material.
    [10]
    Bauelement nach Anspruch 9, wobei der Trägerkörper einenMehrschichtaufbau aufweist und im Volumen des Trägerkörpers die Ausnehmung angeordnetist.Component according to claim 9, wherein the carrier body aHas a multi-layer structure and arranged in the volume of the carrier body, the recessis.
    [11]
    Bauelement nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Trägerkörper (4)aus der Gruppe Halbleitersubstrat (43) und/oder Keramiksubstrat(41) und/oder Kunststoffsubstrat (42) ausgewählt ist.Component according to claim 9 or 10, wherein the carrier body ( 4 ) from the group semiconductor substrate ( 43 ) and / or ceramic substrate ( 41 ) and / or plastic substrate ( 42 ) is selected.
    [12]
    Verwendung eines elektrischen Bauelements (1)nach einem der Ansprüche1 bis 11 zum Veränderneiner Phasenlage einer sich frei und/oder entlang einer Leitungsstrukturausbreitenden elektromagnetischen Signalwelle, wobei durch eineelektrische Ansteuerung der Elektrodenstruktur (3, 31, 32)ein elektrisches Steuerfeld (31) in das Dielektrikum (2) eingekoppeltwird, so dass die Permittivitätdes Dielektrikums (2) geändert und dadurch eine Wirkung aufdie Signalwelle erzielt wird.Use of an electrical component ( 1 ) according to one of claims 1 to 11 for changing a phase position of an electromagnetic signal wave propagating freely and / or along a line structure, wherein an electrical activation of the electrode structure ( 3 . 31 . 32 ) an electric control panel ( 31 ) in the dielectric ( 2 ) is coupled, so that the permittivity of the dielectric ( 2 ) and thereby an effect on the signal wave is achieved.
    [13]
    Verwendung nach Anspruch 12, wobei ein sich periodisch änderndesSteuerfeld (31) eingekoppelt wird.Use according to claim 12, wherein a periodically changing control field ( 31 ) is coupled.
    [14]
    Mikrowellenbauteil mit einem elektrischen Bauelementnach einem der Ansprüche1 bis 11, wobei das Mikrowellenbauteil aus der Gruppe spannungsgesteuerterOszillator und/oder Frequenzfilter und/oder Verzögerungsleitung ausgewählt ist. Microwave component with an electrical componentaccording to one of the claims1 to 11, wherein the microwave component of the group of voltage controlledOscillator and / or frequency filter and / or delay line is selected.
    [15]
    Verwendung des Mikrowellenbauteils nach Anspruch14 in der Mobilfunktechnik und/oder in der Radartechnik.Use of the microwave component according to claim14 in mobile technology and / or in radar technology.
    [16]
    Verwendung des Mikrowellenbauteils nach Anspruch14 oder 15, wobei eine Richtcharakteristik einer Antenne eingestelltwird.Use of the microwave component according to claim14 or 15, wherein a directional characteristic of an antenna is setbecomes.
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    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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