[發(fā)明專利]納米電容器及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310146546.3
• 申請(qǐng)日: 2013-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN103337362A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭寧;韋進(jìn)全;王宇航;趙克寒;石曉蘭;張留碗;賈怡;孫歡歡;朱宏偉;王昆林;吳德海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G4/08
• 分類號(hào): H01G4/08;H01G4/008
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 賈玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電容器與納米材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種納米電容器及其制備方法。

背景技術(shù)

電容器作為一種儲(chǔ)存電荷和提供電容量的電子元件，是三大無源元件之一，廣泛應(yīng)用于耦合、旁路、濾波、隔直流和諧振回路調(diào)諧等方面。

目前，市面上使用的薄膜電容器，介電層材料和電極板的尺寸一般在微米、毫米量級(jí)[參見專利：專利號(hào)CN1414581A；專利號(hào)CN102460619A]。為了實(shí)現(xiàn)電容器的小型化應(yīng)用，制取納米電容器，亟需將納米技術(shù)引入電容器的設(shè)計(jì)制備中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明人等經(jīng)過大量的研究發(fā)現(xiàn)，六方氮化硼是一種由Ⅲ-Ⅴ族元素構(gòu)成的化合物，硼、氮原子以sp²雜化的形式構(gòu)成強(qiáng)的共價(jià)鍵，層與層之間通過范德華力相互連接，因此，具有優(yōu)異的物理、化學(xué)性能。它具有較大的禁帶寬度（～5.9eV），較高的介電強(qiáng)度（擊穿場強(qiáng)～1GV/m），和較低的介電損耗（100MHz,25℃，介電損耗0.0005）等。因此，六方氮化硼是一種優(yōu)異的電介質(zhì)材料，可用于制備電容器、場效應(yīng)晶體管等電子器件。在此基礎(chǔ)上，完成了本發(fā)明。

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種實(shí)現(xiàn)了電容器的小型化應(yīng)用的納米電容器。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出實(shí)現(xiàn)了電容器的小型化應(yīng)用的納米電容器的制備方法。

根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的納米電容器，包括上電極板、下電極板、以及位于所述上電極板與所述下電極板之間的介電層，其中，所述介電層為厚度0.4～60nm的六方氮化硼薄膜。

根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的納米電容器，具有良好的高頻穩(wěn)定性，且在溫度為77～300K范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，電容器的比電容值呈緩慢上升趨勢(shì)，但總體變化量較小，表現(xiàn)出較好的溫度穩(wěn)定性。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的納米電容器，所述上電極板和所述下電極板分別選自1-90nm的石墨烯薄膜、碳納米管薄膜，或者銅、銀、金、鉑、氧化銦錫薄膜。

根據(jù)本發(fā)明第二方面實(shí)施例的納米電容器的制備方法，包括以下步驟：a)提供下電極板；b)在所述下電極板上設(shè)置介電層；以及c)在所述介電層上設(shè)置上電極板，其中，所述介電層為厚度0.4～60nm的六方氮化硼薄膜，所述上電極板和所述下電極板分別位于所述介電層的兩側(cè)，且所述上電極板和所述下電極板具有重疊區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，上電極板和所述下電極板分別選自1～90nm的石墨烯薄膜、碳納米管薄膜，或者銅、銀、金、鉑、氧化銦錫薄膜。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述步驟a）包括：將石墨烯薄膜、碳納米管薄膜或銅、銀、金、鉑、氧化銦錫等薄膜轉(zhuǎn)移或蒸發(fā)到基底上以形成下電極板。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，以甲烷為碳源，采用常壓化學(xué)氣相沉積法合成所述石墨烯薄膜。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，以二甲苯為碳源，二茂鐵為催化劑，采用常壓化學(xué)氣相沉積法合成所述碳納米管薄膜。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，采用電子束蒸發(fā)的方法得到所述銅、銀、金、鉑、氧化銦錫薄膜。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述步驟b）包括：b-1）以硼烷氨為硼氮源，采用低壓化學(xué)氣相沉積法合成，得到厚度為0.4～60nm的六方氮化硼薄膜；和b-2)將所述六方氮化硼薄膜轉(zhuǎn)移到所述下電極板上，以在所述下電極板上設(shè)置所述介電層。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述步驟c）包括：將石墨烯薄膜、碳納米管薄膜或銅、銀、金、鉑、氧化銦錫等薄膜轉(zhuǎn)移或蒸發(fā)到所述介電層上以形成所述上電極板。

本發(fā)明具有如下有益效果的至少一點(diǎn)：

本發(fā)明所用的六方氮化硼薄膜，厚度為0.4～60nm，具有優(yōu)異的電絕緣性能，是一種優(yōu)質(zhì)的介電層材料；石墨烯薄膜、碳納米管薄膜、或者銅、銀、金、鉑、氧化銦錫等薄膜具有很好的導(dǎo)電性，是優(yōu)異的導(dǎo)電薄膜材料。將厚度為原子層級(jí)或納米量級(jí)的六方氮化硼薄膜和厚度為納米量級(jí)的電極板材料互相堆疊制成納米電容器，比電容值最大約為70nF/cm²，具有較好的溫度穩(wěn)定性和高頻穩(wěn)定性。這些發(fā)現(xiàn)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)電容器的小型化、多功能化發(fā)展提供了可能，并將對(duì)人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生重要的影響。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的納米電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。