阅读说明：本技术 具有氢气吸气剂的压电装置 (Piezoelectric device with hydrogen getter ) 是由 陈志明 喻中一 于 2018-11-01 设计创作，主要内容包括：本公开提供一种装置包括衬底、第一层吸气剂材料、第一电极、绝缘元件、第二电极、第一输入-输出电极及第二输入-输出电极。所述第一层吸气剂材料沉积在所述衬底上。所述第一电极形成在第一导电层中,所述第一导电层沉积在所述第一层吸气剂材料上。所述第一层吸气剂材料对于氢气具有比所述第一电极高的吸气能力。所述绝缘元件形成在压电层中,所述压电层沉积在所述第一电极上。所述第二电极形成在第二导电层中,所述第二导电层沉积在所述绝缘元件上。所述第一输入-输出电极导电性地连接到所述第一层吸气剂材料。所述第二输入-输出电极导电性地连接到所述第二电极。(The present disclosure provides an apparatus comprising a substrate, a first layer of getter material, a first electrode, an insulating element, a second electrode, a first input-output electrode, and a second input-output electrode. The first layer of getter material is deposited on the substrate. The first electrode is formed in a first conductive layer deposited on the first layer of getter material. The first layer of getter material has a higher gettering capability for hydrogen than the first electrode. The insulating element is formed in a piezoelectric layer deposited on the first electrode. The second electrode is formed in a second conductive layer deposited on the insulating element. The first input-output electrode is conductively connected to the first layer of getter material. The second input-output electrode is conductively connected to the second electrode.)

具有氢气吸气剂的压电装置

技术领域

本发明实施例涉及一种具有氢气吸气剂的压电装置。

背景技术

例如压电致动器(piezoelectric actuator)等压电装置可用于在电信号的控制下造成系统中的物理部件的物理运动。通过压电装置而产生的物理运动可用于控制各种机械系统及光学系统。一些类型的压电致动器可用于造成线性运动或其他类型的运动。

发明内容

根据本发明的实施例，一种压电装置包括衬底、第一层吸气剂材料、第一电极、绝缘元件、第二电极、第一输入-输出电极以及第二输入-输出电极。第一层吸气剂材料沉积在所述衬底上。第一电极形成在第一导电层中，所述第一导电层沉积在所述第一层吸气剂材料上，其中所述第一层吸气剂材料对于氢气具有比所述第一电极高的吸气能力。绝缘元件形成在压电层中，所述压电层沉积在所述第一电极上。第二电极形成在第二导电层中，所述第二导电层沉积在所述绝缘元件上。第一输入-输出电极导电性地连接到所述第一层吸气剂材料。第二输入-输出电极导电性地连接到所述第二电极。

根据本发明的实施例，一种压电装置包括衬底、第一电极、绝缘元件、第二电极、第一输入-输出电极、第二输入-输出电极以及吸气剂材料层。第一电极形成在第一导电层中，所述第一导电层沉积在所述衬底上。绝缘元件在压电层中，所述压电层沉积在所述第一电极上。第二电极形成在第二导电层中，所述第二导电层沉积在所述绝缘元件上。第一输入-输出电极导电性地连接到所述第一电极。第二输入-输出电极导电性地连接到所述第二电极。吸气剂材料层沉积在所述第二电极上，其中所述吸气剂材料层对于氢气具有比所述第二电极大的吸气能力。

根据本发明的实施例，一种制造压电装置的方法，包括：在衬底上沉积第一层吸气剂材料；在沉积在所述第一层吸气剂材料上的第一导电层中形成第一电极；在沉积在所述第一电极上的压电层中形成绝缘元件；在沉积在所述绝缘元件上的第二导电层中形成第二电极；形成导电性地连接到所述第一层吸气剂材料的第一输入-输出电极；以及形成导电性地连接到所述第二电极的第二输入-输出电极。

附图说明

结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本发明的各个方面。应注意，根据本行业中的标准惯例，各种特征并非按比例绘制。事实上，为论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。

图1是根据一些实施例的具有吸气剂(getter)的压电装置的剖视图。

图2A到图2D是用于示出根据一些实施例的一种制造图1中的压电装置的方法的装置结构剖视图。

图3是根据一些实施例的具有吸气剂的压电装置的另一实施方案的剖视图。

图4A到图4D是用于示出根据一些实施例的一种制造图3中的压电装置的方法的装置结构剖视图。

图5是根据一些实施例的在输入-输出电极中具有吸气剂的压电装置的实施方案的剖视图。

图6A到图6D是用于示出根据一些实施例的一种制造图5中的压电装置的方法的装置结构剖视图。

图7是根据一些实施例的在输入-输出电极中具有吸气剂的压电装置的另一实施方案的剖视图。

图8A到图8D是用于示出根据一些实施例的一种制造图7中的压电装置的方法的装置结构剖视图。

图9到图12是根据一些实施例的在沉积压电层之后沉积一层吸气剂材料的压电装置的多个实施方案的剖视图。

图13是示出根据一些实施例的压电装置的一种示例性应用的示意图。

图14示出根据一些实施例的一种形成具有吸气剂的压电装置的方法的一些实施例的流程图。

[符号的说明]

31：第一导电层；

32：第二导电层；

35：压电层；

40：衬底；

42：保护层；

44：第一开口；

45：第二开口；

51：第一电极；

52：第二电极；

55：绝缘元件；

61：第一输入-输出电极；

62：第二输入-输出电极；

81、82：吸气剂材料

100：压电装置；

120：玻璃衬底；

130：透明流体；

140：玻璃薄膜；

150：光束；

155：焦点；

1400：方法；

1402、1404、1406、1408、1410、1412、1414、1416：动作。

具体实施方式

以下公开内容提供用于实施所提供主题的不同特征的许多不同的实施例或实例。以下阐述组件及排列的具体实例以简化本发明。当然，这些仅为实例而非旨在进行限制。举例来说，在以下说明中，在第二特征之上或第二特征上形成第一特征可包括其中第一特征与第二特征被形成为直接接触的实施例，且也可包括其中第一特征与第二特征之间可形成附加特征从而使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。另外，本公开可能在各种实例中重复使用参考编号及/或字母。此种重复使用是出于简洁及清晰的目的，而不是自身表示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。

此外，为易于说明，本文中可能使用例如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…上方”、“上部”等空间相对性用语来阐述图中所示一个元件或特征与另一(其他)元件或特征的关系。空间相对性用语旨在除图中所绘示取向外还囊括装置在使用或操作中的不同取向。设备可具有其他取向(旋转90度或其他取向)，且本文中所使用的空间相对性描述语可同样相应地进行解释。

压电致动器一般包括沉积在两个导电层之间的压电层。第一导电层中形成有第一电极，且第二导电层中形成有第二电极。当在第一电极与第二电极之间施加电压时，所施加的电压所产生的电场可造成压电层在与所述压电层垂直的方向上拉伸或压缩。压电层的拉伸及压缩被转化成物理位移。此种物理位移可用于控制各种机械系统及光学系统。物理位移的量一般取决于施加在第一电极与第二电极之间的电压。尽管压电致动器可将此种所施加的电压转换成受精确控制的物理位移，然而物理位移的动态范围可能取决于可实际施加在第一电极与第二电极之间的电压的幅值。对于许多实际应用，为实现控制系统的物理位移的所需动态范围，所要施加在第一电极与第二电极之间的电压可能相对较高。此种相对较高的电压可能在压电致动器中造成可靠性问题，且可能使故障机率在装置操作及可靠性测试期间增大。一种故障机制归因于在压电装置的压电材料中存在氢离子。

当使用溶胶-凝胶工艺(sol-gel process)沉积压电层时，由于氢离子诱发的还原反应，因此难以在不出现击穿劣化(breakdown degradation)的条件下完全地消除残留氢离子。在溶胶-凝胶工艺期间，氢离子可能易于积累在压电材料中或压电材料与其他电极之间的界面处，且所积累的氢离子可能诱发膜分层(film delamination)及击穿。压电材料中存在氢离子也可能归因于在沉积压电层之后进行后续的含氢离子工艺。这些后续的含氢离子工艺的实例包括光刻胶涂布、剥除及清洁。这些后续的含氢离子工艺可能使压电材料中的残留氢离子的量增大且使由此种压电材料制作出的压电装置的可靠性劣化。

当压电装置包括沉积在第一电极与第二电极之间的压电层时，压电装置的可靠性降低的原因之一归因于在施加于第一电极与第二电极之间的电压而产生的电场的影响下，压电材料中的氢离子扩散。在一个实例中，当第一电极连接到接地(ground)且第二电极连接到正电压时，压电材料中的氢离子可能朝第一电极漂移，且在第一电极中积累的氢离子可能负面地影响压电装置的可靠性。在另一实例中，当第一电极连接到正电压且第二电极连接到接地时，压电材料中的氢离子可能朝第二电极漂移，且在第二电极中积累的氢离子可能负面地影响压电装置的可靠性。即使在用于制作压电装置的压电材料中存在残留氢离子的情况下，仍期望能提高压电装置的可靠性。

图1是根据一些实施例的具有吸气剂的压电装置的剖视图。压电装置100包括衬底40、第一层吸气剂材料81、第一电极51、第二电极52、绝缘元件55、第一输入-输出电极61及第二输入-输出电极62。第一层吸气剂材料81沉积在衬底40上。第一电极51形成在第一导电层中，所述第一导电层沉积在第一层吸气剂材料81上。绝缘元件55形成在压电层中，所述压电层沉积在第一电极51上。第二电极52形成在第二导电层中，所述第二导电层沉积在绝缘元件55上。第一输入-输出电极61导电性地连接到第一层吸气剂材料81，且第二输入-输出电极62导电性地连接到第二电极52。

压电装置100中所使用的吸气剂材料81一般对于氢气具有高的吸气能力(gettercapability)。供在吸气剂材料81中使用的可能材料的实例包括钛(Ti)、钡(Ba)、铈(Ce)、镧(La)、铝(Al)、镁(Mg)及钍(Th)。下表列出一些材料对于氢气的吸气能力。表中所列出的材料包括钡(Ba)、铈(Ce)、镧(La)及钛(Ti)。

吸气剂材料	吸气能力(Pa-l/mg)
		钡	11.50
(铈、镧)	6.13
		钛	27.00

在图1中，由第一电极51、绝缘元件55及第二电极52构成的层状结构形成金属-绝缘体-金属装置。当第一输入-输出电极61与第二输入-输出电极62之间被施加电压时，第一电极51与第二电极52之间被施加相同的电压。因所施加电压而造成的电场可造成绝缘元件55在与衬底40的表面垂直的方向上拉伸或压缩。绝缘元件55的拉伸及压缩转化成物理位移以控制机械系统或光学系统。

在图1中，当第一输入-输出电极61连接到接地且第二输入-输出电极62连接到正电压时，由压电材料层形成的绝缘元件55中的氢离子可在因所施加电压而产生的电场的影响下朝第一电极51漂移。由于吸气剂材料81接近第一电极51，因积累氢离子而对压电装置100所造成的劣化影响可减小。压电装置100的可靠性可由于吸气剂材料81而提高。一般来说，吸气剂材料81中对于氢气的吸气能力越大，则吸气剂材料81可为防止压电装置100因绝缘元件55中的氢离子劣化而提供的保护越好。在一些实施例中，钛可被选择作为吸气剂材料81，原因是钛对于氢气具有为约27.0Pa-l/mg的高吸气能力。

图2A到图2D是用于示出根据一些实施例的一种制造图1中的压电装置100的方法的装置结构剖视图。如图2A中的剖视图所示，提供衬底40。在各种实施例中，衬底40可为例如硅、玻璃、二氧化硅、氧化铝等。使用例如化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)或原子层沉积(atomic layerdeposition，ALD)等沉积工艺在衬底40上形成第一层吸气剂材料81。接着，在第一层吸气剂材料81上沉积第一导电层31，在第一导电层31上沉积压电层35，且在压电层35上沉积第二导电层32。第一导电层31及第二导电层32各自可使用例如CVD、PVD或ALD等沉积工艺形成。在一些实施例中，第一导电层31可包含与第一层吸气剂材料81不同的材料。供在第一导电层31或第二导电层32中使用的材料的实例包括但不限于钼(Mo)、氮化钛(TiN)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、钨(W)等及它们的组合。在一些实施例中，可使用溶胶-凝胶工艺形成压电层35。供在压电层35中使用的材料的实例包括但不限于氮化铝(AlN)、锆钛酸铅(leadzirconate titanate，PZT)、磷酸镓单晶(gallium orthophosphate，GaPO₄)、兰克赛(langasite，La₃Ga.₅SiO₁₄)、钛酸钡(BaTiO₃)、铌酸钾(KNbO₃)、铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)、钨酸钠(Na₂WO₃)、氧化锌(ZnO)等及它们的组合。

在下一步骤中，如图2B中的剖视图中所示，在所述一层吸气剂材料81上方存在三个材料层。根据所设计的图案选择性地刻蚀所述三个材料层—第二导电层32、压电层35及第一导电层31—以形成包括第二电极52、绝缘元件55及第一电极51的金属-绝缘体-金属装置。在一些实施例中，在选择性地刻蚀位于所述一层吸气剂材料81上方的所述三个材料层之前在第二导电层32顶上形成具有所设计图案的掩模层。具有所设计图案的掩模层可为使用光刻工艺(photolithography process)形成的图案化光刻胶层或介电材料层。在一些实施例中，在定向刻蚀工艺(directional etching process)中使用干刻蚀剂(dry etchant)刻蚀位于所述一层吸气剂材料81上方的所述三个材料层。在一些实施例中，可使用在第二导电层32中的材料与吸气剂材料81之间具有高选择性的干刻蚀剂刻蚀所述三个材料层中的最末材料层—第二导电层32，以在所述一层吸气剂材料81的表面处形成洁净的轮廓。

在下一步骤中，如图2C中的剖视图中所示，在第二电极52以及吸气剂材料81的暴露出的部分上沉积保护层42。保护层42还覆盖第二电极52的侧面、绝缘元件55的侧面及第一电极51的侧面。可使用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或任何其他适合的技术形成保护层42。可用于保护层42的材料的实例包括二氧化硅及氮化硅。其他介电材料也可用于保护层42。

在下一步骤中，如图2D中的剖视图中所示，在保护层42中分别制作第一开口44及第二开口45，以接触第一输入-输出电极61及第二输入-输出电极62。这两个开口可在使用光刻技术在保护层42顶上将光刻胶层图案化之后使用刻蚀工艺制作。

接着，在下一步骤中，如图1中的剖视图中所示，将第一输入-输出电极61制作成通过第一开口44与第一电极51进行导电性接触，且将第二输入-输出电极62制作成通过第二开口45与第二电极52进行导电性接触。第一输入-输出电极61及第二输入-输出电极62提供用于接收电压以控制此种功能性压电装置100的物理位移的输入端子。

图3是根据一些实施例的具有吸气剂的压电装置的另一实施方案的剖视图。与图1中的压电装置相似，图3中的压电装置100包括衬底40、第一层吸气剂材料81、第一电极51、第二电极52、绝缘元件55、第一输入-输出电极61及第二输入-输出电极62。第二电极52、绝缘元件55及第一电极51在图3所示装置中及图1所示装置中均形成金属-绝缘体-金属装置。然而，在图3所示装置中与图1所示装置中，所形成的金属-绝缘体-金属装置的几何配置不同。图1所示装置中的第二电极52、绝缘元件55及第一电极51具有实质上相同的物理布局。相比之下，图3所示装置中的第二电极52、绝缘元件55及第一电极51各自具有不同的物理布局。如图3中所示，绝缘元件55覆盖第一电极51的一部分，且第二电极52覆盖绝缘元件55的一部分。作为比较，在图1所示装置中，绝缘元件55覆盖第一电极51的整个上部界面，且第二电极52覆盖绝缘元件55的整个上部界面。

与图1中的装置相似，图3中的压电装置100中所使用的吸气剂材料81一般对于氢气具有高的吸气能力。供在吸气剂材料81中使用的可能材料的实例包括钛(Ti)、钡(Ba)、铈(Ce)、镧(La)、铝(Al)、镁(Mg)及钍(Th)。在操作期间，当第一输入-输出电极61连接到接地且第二输入-输出电极62连接到正电压时，绝缘元件55(其由压电材料层形成)中的氢离子可在因所施加电压而产生的电场的影响下朝第一电极51漂移。由于吸气剂材料81接近第一电极51，因积累氢离子而对压电装置100所造成的劣化影响可减小。压电装置100的可靠性可由于吸气剂材料81而提高。

图4A到图4D是用于示出根据一些实施例的一种制造图3中的压电装置100的方法的装置结构剖视图。如图4A中的剖视图中所示，提供衬底40，且使用沉积工艺在衬底40上形成第一层吸气剂材料81。接着，在第一层吸气剂材料81上沉积第一导电层31，在第一导电层31上沉积压电层35，且在压电层35上沉积第二导电层32。

在下一步骤中，如图4B中的剖视图中所示，在所述一层吸气剂材料81上方存在三个材料层。这三个层是第二导电层32、压电层35及第一导电层31。逐层地刻蚀这三个层以形成金属-绝缘体-金属装置。首先，根据所设计图案刻蚀第二导电层32以形成第二电极52。接着，根据所设计图案刻蚀压电层35以形成绝缘元件55。随后进行另一刻蚀工艺，在所述另一刻蚀工艺中，根据所设计图案刻蚀第一导电层31以形成第一电极51。在一些实施例中，可通过使用光刻技术而形成的光刻胶掩模界定用于形成第二电极52、绝缘元件55及第一电极51的设计图案中的每一者。在这些刻蚀工艺之后，所制作的金属-绝缘体-金属装置具有阶梯形堆叠结构(staircase shaped stacked-structure)。

在下一步骤中，如图4C中的剖视图中所示，在第二电极52、绝缘元件55的暴露出的部分、第一电极51的暴露出的部分及吸气剂材料81的暴露出的部分上沉积保护层42。保护层42还覆盖第二电极52的侧面、绝缘元件55的侧面及第一电极51的侧面。

在下一步骤中，如图4D中的剖视图中所示，在保护层42中分别制作第一开口44及第二开口45，以接触第一输入-输出电极61及第二输入-输出电极62。接着，在下一步骤中，如图3中的剖视图中所示，将第一输入-输出电极61制作成通过第一开口44与第一电极51进行导电性接触，且将第二输入-输出电极62制作成通过第二开口45与第二电极52进行导电性接触。最终产品是图3中的压电装置100，图3中的压电装置100是使用如图4A到图4D中所示出的工艺而制作。

图5是根据一些实施例的在输入-输出电极中具有吸气剂的压电装置的实施方案的剖视图。压电装置100包括衬底40、第一电极51、第二电极52、绝缘元件55、第一输入-输出电极61及第二输入-输出电极62。第一电极51形成在第一导电层中，所述第一导电层沉积在衬底40上。绝缘元件55形成在压电层中，所述压电层沉积在第一电极51上。第二电极52形成在第二导电层中，所述第二导电层沉积在绝缘元件55上。第一输入-输出电极61导电性地连接到第一电极51，且第二输入-输出电极62导电性地连接到第二电极52。第二输入-输出电极62还充当吸气剂，以使对于氢气具有高吸气能力的材料可被选择用于形成第二输入-输出电极62。在一些实施例中，第二输入-输出电极62是由钛(Ti)层形成。在一些实施例中，第二输入-输出电极62可包括例如钛(Ti)、钡(Ba)、铈(Ce)、镧(La)、铝(Al)、镁(Mg)、钍(Th)或它们的组合等吸气剂材料。

在操作期间，当第一输入-输出电极61连接到正电压且第二输入-输出电极62连接到接地时，绝缘元件55(其由压电材料层形成)中的氢离子可在因所施加电压而产生的电场的影响下朝第二电极52漂移。由于第二输入-输出电极62中的吸气剂材料，因积累氢离子而对压电装置100所造成的劣化影响可减小。压电装置100的可靠性可由于第二输入-输出电极62中的吸气剂材料而提高。

图6A到图6D是用于示出根据一些实施例的一种制造图5中的压电装置100的方法的装置结构剖视图。如图6A中的剖视图中所示，提供衬底40，且在衬底40上沉积第一导电层31。接着，在第一导电层31上沉积压电层35，且在压电层35上沉积第二导电层32。

在下一步骤中，如图6B中的剖视图中所示，刻蚀第二导电层32、压电层35及第一导电层31以分别形成金属-绝缘体-金属装置的第二电极52、绝缘元件55及第一电极51。

在下一步骤中，如图6C中的剖视图中所示，在第二电极52以及第一电极51的暴露出的部分上沉积保护层42。保护层42还覆盖第二电极52的侧面、绝缘元件55的侧面及第一电极51的侧面。

在下一步骤中，如图6D中的剖视图中所示，在保护层42中分别制作第一开口44及第二开口45，以接触第一输入-输出电极61及第二输入-输出电极62。接着，在下一步骤中，如图5中的剖视图中所示，将第一输入-输出电极61制作成通过第一开口44与第一电极51进行导电性接触，且将第二输入-输出电极62制作成通过第二开口45与第二电极52进行导电性接触。在一些实施例中，第二开口45足够大而使得第二输入-输出电极62可与第二电极52的上表面的大部分进行导电性接触。最终产品是图5中的压电装置100，图5中的压电装置100是使用如图6A到图6D中所示出的工艺而制作。

图7是根据一些实施例的在输入-输出电极中具有吸气剂的压电装置的另一实施方案的剖视图。与图5中的压电装置相似，图7中的压电装置100包括衬底40、第一电极51、第二电极52、绝缘元件55、第一输入-输出电极61及含有吸气剂材料的第二输入-输出电极62。第二电极52、绝缘元件55及第一电极51在图7所示装置中及图5所示装置中均形成金属-绝缘体-金属装置。然而，在图7所示装置中与图5所示装置中，所形成的金属-绝缘体-金属装置的几何配置不同。另外，图7所示装置与图5所示装置相比可在第二输入-输出电极62与第二电极52的上表面之间具有增大的接触面积。此种增大的接触面积可提高第二输入-输出电极62充当氢气吸气剂的有效性。可在第二输入-输出电极62中使用的吸气剂材料的实例包括钛(Ti)、钡(Ba)、铈(Ce)、镧(La)、铝(Al)、镁(Mg)、钍(Th)或它们的组合。

图8A到图8D是用于示出根据一些实施例的一种制造图7中的压电装置100的方法的装置结构剖视图。如图8A中的剖视图中所示，在衬底40上沉积第一导电层31，在第一导电层31上沉积压电层35，且在压电层35上沉积第二导电层32。

在下一步骤中，如图8B中的剖视图中所示，刻蚀第二导电层32、压电层35及第一导电层31以分别形成金属-绝缘体-金属装置的第二电极52、绝缘元件55及第一电极51。

在下一步骤中，如图8C中的剖视图中所示，在第二电极52、绝缘元件55的暴露出的部分及第一电极51的暴露出的部分上沉积保护层42。保护层42还覆盖第二电极52的侧面、绝缘元件55的侧面及第一电极51的侧面。

在下一步骤中，如图8D中的剖视图中所示，在保护层42中分别制作第一开口44及第二开口45，以接触第一输入-输出电极61及第二输入-输出电极62。接着，在下一步骤中，如图7中的剖视图中所示，将第一输入-输出电极61制作成通过第一开口44与第一电极51进行导电性接触，且将第二输入-输出电极62制作成通过第二开口45与第二电极52进行导电性接触。在一些实施例中，第二开口45足够大而使得第二输入-输出电极62可与第二电极52的上表面的大部分进行导电性接触。最终产品是图7中的压电装置100，图7中的压电装置100是使用如图8A到图8D中所示出的工艺而制作。

图9到图12是根据一些实施例的在沉积压电层之后沉积一层吸气剂材料的压电装置的多个实施方案的剖视图。

在图9到图10中，压电装置100包括衬底40、第一层吸气剂材料81、第一电极51、第二电极52、绝缘元件55、第二层吸气剂材料82、第一输入-输出电极61及第二输入-输出电极62。第一层吸气剂材料81沉积在衬底40上。第一电极51形成在第一导电层中，所述第一导电层沉积在第一层吸气剂材料81上。绝缘元件55形成在压电层中，所述压电层沉积在第一电极51上。第二电极52形成在第二导电层中，所述第二导电层沉积在绝缘元件55上。第二层吸气剂材料82沉积在第二电极52上。第一输入-输出电极61导电性地连接到第一层吸气剂材料81，且第二输入-输出电极62导电性地连接到第二层吸气剂材料82。图9中的装置与图10中的装置之间的差别之一是图10中的所制作出的金属-绝缘体-金属装置具有阶梯形堆叠结构。

在一些实施例中，第一层吸气剂材料81与第二层吸气剂材料82是由相同的吸气剂材料形成。在一些实施例中，第一层吸气剂材料81与第二层吸气剂材料82是由不同的吸气剂材料形成。在一些实施例中，第一层吸气剂材料81可包括与第一电极51不同的材料及/或第二层吸气剂材料82可包括与第二电极52不同的材料。

在图11到图12中，压电装置100包括衬底40、第一电极51、第二电极52、绝缘元件55、一层吸气剂材料82、第一输入-输出电极61及第二输入-输出电极62。第一电极51形成在第一导电层中，所述第一导电层沉积在衬底40上。绝缘元件55形成在压电层中，所述压电层沉积在第一电极51上。第二电极52形成在第二导电层中，所述第二导电层沉积在绝缘元件55上。所述一层吸气剂材料82沉积在第二电极52上。第一输入-输出电极61导电性地连接到第一电极51，且第二输入-输出电极62导电性地连接到所述一层吸气剂材料82。图11中的装置与图12中的装置之间的差别之一是图12中的所制作出的金属-绝缘体-金属装置具有阶梯形堆叠结构。

在图1、图3及图9到图10中，如所示的压电装置100中的每一者均包括第一层吸气剂材料81。在一些实施例中，第一层吸气剂材料81中的吸气剂材料对于氢气具有大于1Pa-l/mg的吸气能力。在一些实施例中，吸气剂材料对于氢气具有大于5Pa-l/mg的吸气能力。在一些实施例中，吸气剂材料对于氢气具有大于10Pa-l/mg的吸气能力。在一些实施例中，吸气剂材料对于氢气具有大于20Pa-l/mg的吸气能力。在一些实施例中，第一层吸气剂材料81具有处于到

范围内的厚度。

在图5、图7及图11到图12中，如所示的压电装置100中的每一者均包括充当吸气剂的第二输入-输出电极62。在一些实施例中，第二输入-输出电极62中的吸气剂材料对于氢气具有大于1Pa-l/mg的吸气能力。在一些实施例中，吸气剂材料对于氢气具有大于5Pa-l/mg的吸气能力。在一些实施例中，吸气剂材料对于氢气具有大于10Pa-l/mg的吸气能力。在一些实施例中，吸气剂材料对于氢气具有大于20Pa-l/mg的吸气能力。在一些实施例中，第二输入-输出电极62具有处于

到

范围内的厚度。

在图9到图12中，如所示的压电装置100中的每一者均包括所述一层吸气剂材料82。在一些实施例中，所述一层吸气剂材料82中的吸气剂材料对于氢气具有大于1Pa-l/mg的吸气能力。在一些实施例中，吸气剂材料对于氢气具有大于5Pa-l/mg的吸气能力。在一些实施例中，吸气剂材料对于氢气具有大于10Pa-l/mg的吸气能力。在一些实施例中，吸气剂材料对于氢气具有大于20Pa-l/mg的吸气能力。在一些实施例中，所述一层吸气剂材料82具有处于

到

范围内的厚度。

图13是示出根据一些实施例的压电装置的一种示例性应用的示意图。在图13中，使用一个或多个压电装置100来控制变焦光学系统(variable focus optical system)。变焦光学系统包括玻璃衬底120及玻璃薄膜140。玻璃薄膜140的位置及/或玻璃薄膜140的形状可通过压电装置100控制。在一些实施例中，可使用光学指数(optical index)定义明确的透明流体130来填满玻璃衬底120与玻璃薄膜140之间的空间。光束150在通过玻璃衬底120、透明流体130及玻璃薄膜140之后在焦点155处聚焦。当对压电装置100施加控制电信号时，压电装置100所被诱发的物理位移将改变玻璃薄膜140的位置及/或形状，此将改变焦点155的位置。在一些实施例中，变焦光学系统可被包括在具有一个或多个图像传感器的半导体芯片的封装内。举例来说，在一些实施例中，变焦光学系统可被配置成使光聚焦到具有一个或多个图像感测装置(例如，互补金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor，CMOS)图像传感器、电荷耦合装置(charge-coupled device，CCD)图像传感器等)的集成芯片上。

应知，图13中所示变焦光学系统是如在本发明中阐述的压电装置100的一种示例性用途。所属领域中的技术人员可找到压电装置100的其他用于控制光学或机械系统的用途。

图14示出根据一些实施例的一种形成具有吸气剂的压电装置的方法1400的一些实施例的流程图。

尽管本文中的方法1400是作为一系列动作或事件进行示出及阐述，然而应知，此种动作或事件的所示出次序不应被解释为具有限制性意义。举例来说，一些动作可以不同的次序发生及/或与除本文中所示出及/或阐述的动作或事件以外的其他动作或事件同时地发生。另外，可能并不要求使用所有所示出的动作来实施本文中的说明的一个或多个方面或实施例。此外，本文中所描绘的一个或多个动作可以一个或多个单独的动作及/或阶段来施行。

在1402处，可将第一层吸气剂材料沉积到衬底上。图2A及图4A示出与动作1402对应的一些实施例的剖视图。

在1404处，在沉积在第一层吸气剂材料上的第一导电层中形成第一电极。图2A到图2B、图4A到图4B、图6A到图6B及图8A到图8B示出与动作1404对应的一些实施例的剖视图。

在1406处，在沉积在第一电极上的压电层中形成绝缘元件。图2A到图2B、图4A到图4B、图6A到图6B及图8A到图8B示出与动作1406对应的一些实施例的剖视图。

在1408处，在沉积在绝缘元件上的第二导电层中形成第二电极。图2A到图2B、图4A到图4B、图6A到图6B及图8A到图8B示出与动作1408对应的一些实施例的剖视图。

在1410处，可将第二层吸气剂材料沉积到第二电极上。图9到图12示出与动作1410对应的一些实施例的剖视图。应知，在各种实施例中，可在不沉积第二层吸气剂材料的同时沉积第一层吸气剂材料(在1402处)，可在不沉积第一层吸气剂材料的同时沉积第二层吸气剂材料(在1410处)，或者可在1402处及1410处同时沉积第一层吸气剂材料及第二层吸气剂材料。

在1412处，形成覆盖第一电极、第二电极及绝缘元件的保护层。图2C、图4C、图6C及图8C示出与动作1412对应的一些实施例的剖视图。

在1414处，可形成第一输入-输出电极，第一输入-输出电极延伸穿过保护层以导电性地连接到第一电极。图1、图3、图5及图7示出与动作1414对应的一些实施例的剖视图。

在1416处，可形成第二输入-输出电极，第二输入-输出电极延伸穿过保护层以导电性地连接到第二电极。图1、图3、图5及图7示出与动作1416对应的一些实施例的剖视图。

本发明的一些方面涉及一种压电装置。所述装置包括衬底、第一层吸气剂材料、第一电极、绝缘元件、第二电极、第一输入-输出电极及第二输入-输出电极。第一层吸气剂材料沉积在所述衬底上。第一电极形成在第一导电层中，所述第一导电层沉积在所述第一层吸气剂材料上。所述第一层吸气剂材料对于氢气具有比所述第一电极高的吸气能力。所述绝缘元件形成在压电层中，所述压电层沉积在所述第一电极上。第二电极形成在第二导电层中，所述第二导电层沉积在所述绝缘元件上。所述第一输入-输出电极导电性地连接到所述第一层吸气剂材料。所述第二输入-输出电极导电性地连接到所述第二电极。

在一些实施例中，所述第一电极与所述第二电极具有实质上相同的布局。

在一些实施例中，所述压电装置还包括保护层，覆盖所述第二电极的一部分。

在一些实施例中，所述第一电极的侧壁相对于所述第一层吸气剂材料的相对的最外侧壁在侧向上偏移。

在一些实施例中，所述第二电极覆盖所述绝缘元件的一部分。

在一些实施例中，所述压电装置还包括保护层，覆盖所述第二电极的一部分、所述绝缘元件的一部分及所述第一输入-输出电极的一部分。

在一些实施例中，所述压电装置还包括第二层吸气剂材料，沉积在所述第二电极上，其中所述第二层吸气剂材料对于氢气具有大于1.0Pa-l/mg的吸气能力。

在一些实施例中，所述第二输入-输出电极形成在所述第二层吸气剂材料中。

在一些实施例中，所述第二输入-输出电极沉积在所述第二层吸气剂材料的至少一部分上。

在一些实施例中，所述第一层吸气剂材料对于氢气具有大于5Pa-l/mg的吸气能力。

在一些实施例中，所述第一层吸气剂材料包括以下中的一者：钛、钡、铈、镧、铝、镁、钍或它们的任意组合。

在一些实施例中，所述第一层吸气剂材料具有处于

到范围内的厚度。

本发明的其他方面涉及一种压电装置。所述装置包括衬底、第一电极、绝缘元件、第二电极、第一输入-输出电极、第二输入-输出电极及吸气剂材料层。所述第一电极形成在第一导电层中，所述第一导电层沉积在所述衬底上。所述绝缘元件形成在压电层中，所述压电层沉积在所述第一电极上。所述第二电极形成在第二导电层中，所述第二导电层沉积在所述绝缘元件上。第一输入-输出电极导电性地连接到所述第一电极。所述第二输入-输出电极导电性地连接到所述第二电极。所述吸气剂材料层沉积在所述第二电极上且对于氢气具有比所述第二电极大的吸气能力。

在一些实施例中，所述第二输入-输出电极形成在所述吸气剂材料层中。

在一些实施例中，所述第二输入-输出电极沉积在所述吸气剂材料层的至少一部分上。

本发明的其他方面涉及一种制造压电装置的方法。所述方法包括在衬底上沉积第一层吸气剂材料。所述方法包括在沉积在所述第一层吸气剂材料上的第一导电层中形成第一电极。所述方法包括在沉积在所述第一电极上的压电层中形成绝缘元件。所述方法包括在沉积在所述绝缘元件上的第二导电层中形成第二电极。所述方法包括形成导电性地连接到所述第一层吸气剂材料的第一输入-输出电极。所述方法包括形成导电性地连接到所述第二电极的第二输入-输出电极。

在一些实施例中，所述方法还包括在所述第二电极上沉积第二层吸气剂材料，其中所述第二层吸气剂材料对于氢气具有大于1.0Pa-l/mg的吸气能力。

在一些实施例中，所述方法还包括在所述第二层吸气剂材料中形成所述第二输入-输出电极。

在一些实施例中，所述方法还包括在所述第二层吸气剂材料的至少一部分上沉积所述第二输入-输出电极。

在一些实施例中，所述方法还包括沉积保护层以覆盖所述第二电极的至少一部分。

以上概述了若干实施例的特征，以使所属领域中的技术人员可更好地理解本发明的各个方面。所属领域中的技术人员应知，其可容易地使用本发明作为设计或修改其他工艺及结构的基础来施行与本文中所介绍的实施例相同的目的及/或实现与本文中所介绍的实施例相同的优点。所属领域中的技术人员还应认识到，这些等效构造并不背离本发明的精神及范围，而且他们可在不背离本发明的精神及范围的条件下对其作出各种改变、代替及变更。