[發明專利]一種具有高儲能密度固態電介質電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710034941.0
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106710878B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 姚曼文;蘇振;李菲;彭勇;陳建文;姚熹
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01G4/33
• 分類號: H01G4/33;H01G4/10;H01G13/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發明涉及一種具有高儲能密度固態電介質電容器及其制備方法，電容器包括自下而上依次設置的襯底基片、下部電極、氧化鋁/二氧化鈦復合電介質薄膜及上部電極，下部電極涂覆在襯底基片上，氧化鋁/二氧化鈦復合電介質薄膜位于上部電極和下部電極之間，上部電極和下部電極為具有陽極氧化能力的閥金屬薄膜。與現有技術相比，本發明具有易于生產、用途范圍廣、儲能密度高、安全可靠等優點。

技術領域

本發明屬于電容器制備技術領域，尤其是涉及一種具有高儲能密度固態電介質電容器及其制備方法。

背景技術

微電子技術是以集成電路為核心的各種半導體器件基礎上的高新電子技術，隨著社會信息化不斷深入的發展，其在軍用、民用等領域不可替代的作用愈加顯現。隨著技術的進步，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性、微型化是微電子技術發展的必然方向。但是材料制備，微電子工藝技術等問題嚴重制約著微電子技術的進一步發展。因此，尋求微電子技術及相關領域的不斷革新，積極探索深層次的微電子技術，使其更好地服務于社會經濟發展，促使社會信息化的發展成為當務之急。電容器作為集成電路中必不可少的重要器件，對微電子發展起著關鍵作用。按照電解質的類型，常見的電容器可分為電解液電容器和固態電介質電容器。而電解液電容器存在著漏液等問題，而嚴重影響了其進一步的發展和使用。不同于電解液電容器，固態電容器因為采用固體電解質則完全可以避免這樣的問題。但是在制備固態電容器的時候，介質中不可避免地會出現各種各樣的缺陷，這在一定程度上了影響了其使用性能。

中國專利CN103971933A公開了一種固態薄膜電容器及其制備方法，發明了一種具有自修復作用的氧化鋁固態薄膜電容器，這種電容器利用活性氧化鋁薄膜在強場下活躍的離子輸運(特別是電介質缺陷處附近的離子更為活躍)，將離子輸運至缺陷附近的電極界面實現陽極氧化，進而實現了缺陷處的自修復。但是此以氧化鋁薄膜為電介質的電容器中，在使用之前需首先對其進行水合反應用以儲備進行陽極氧化反應的羥基基團，此外還需進行電化學處理已達到修復的目的，使用方法較為繁瑣。并且，在高溫使用時，因為水的失去而難以有效的實現電容器的陽極氧化及自修復，因此這種以氧化鋁薄膜為電介質的固態電容器對使用環境溫度和濕度有很強的依賴性，而限制了其使用范圍。除此之外，氧化鋁本身的介電常數較小，而很難取得較高的儲能密度。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種能夠大大提高電容器的儲能密度和使用極限的具有高儲能密度固態電介質電容器及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種具有高儲能密度固態電介質電容器，包括自下而上依次設置的襯底基片、下部電極、氧化鋁/二氧化鈦復合電介質薄膜及上部電極。

所述的氧化鋁/二氧化鈦復合電介質薄膜質地均勻，厚度為200～350nm。該薄膜具有優異的電學性能，能在較為苛刻條件下有效電解陽離子供給于陽極氧化，以產生自修復作用，進而提高擊穿場強，可達570MV/m。此類薄膜還具有一定的羥基基團存儲能力和高于單純氧化鋁薄膜的介電常數，可以達到10～14。此類薄膜所具有的優異的羥基基團存儲和電解能力，在使用過程中可有效電解并產生大量的陽離子，在電場的驅動作用下，輸運至電極及薄膜的界面處，產生陽極氧化作用，生成一層致密的陽極氧化膜，在修復薄膜缺陷的同時進一步提高擊穿場強。依據儲能密度與介電常數成正比，與擊穿場強的平方成正比的關系，可得知能有效調高此類固態電容器的儲能密度。

所述的襯底基片為硅片。

所述的上部電極及下部電極為具有陽極氧化能力的閥金屬薄膜。

作為優選的實施方式，上部電極及下部電極選自Al薄膜、Ti薄膜、Zr薄膜、Cu薄膜或Ni薄膜中的一種。

所述的上部電極及下部電極的厚度相同。

所述的上部電極及下部電極的厚度為150～250nm。