[發明專利]一種高儲能密度的固態電介質薄膜電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010024046.2
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111223669B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 胡保付;孫軻;汪艦;杜保立;劉丙國;徐堅
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: H01G9/025
• 分類號: H01G9/025;H01G9/042;H01G4/33;H01G4/10;H01G4/008
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1.一種高儲能密度的固態電介質薄膜電容器，其特征在于，該電容器包括上電極(1)、復合電介質薄膜(2)、底電極(3)和襯底基片(4)，其中，所述的襯底基片(4)是硅片或石英片，所述的底電極(3)是沉積在襯底基片(4)上的一層Pt、Au或Al金屬薄膜，厚度100-200nm，所述的上電極(1)為Ti金屬薄膜，厚度100-200nm，所述的復合電介質薄膜(2)是在底電極(3)和上電極(1)之間沉積的厚度為200-400nm的氧化鋁/二氧化鈦復合電介質薄膜；

所述氧化鋁/二氧化鈦復合電介質薄膜由5層氧化鋁薄膜和4層二氧化鈦薄膜依次相間構成，每層氧化鋁薄膜厚度為60nm，每層二氧化鈦薄膜厚度為15nm或者22.5nm；

或者，每層氧化鋁薄膜厚度為40nm，每層二氧化鈦薄膜厚度為15nm；

所述高儲能密度的固態電介質薄膜電容器的制備方法，包括如下步驟：

(1)采用磁控濺射或脈沖激光沉積方法在襯底基片上沉積Pt、Au或Al金屬薄膜，作為底電極；

(2)配制氧化鋁前驅體，將九水硝酸鋁溶解到冰醋酸中，70℃水浴加熱攪拌30-60min，然后加入乙酸酐，繼續攪拌30-60min，自然冷卻到室溫后加入乙酰丙酮，室溫攪拌30min，最后加入質量百分比濃度為6％聚乙烯醇水溶液，升溫到50-70℃，攪拌30-60min，然后降至室溫，得到Al³⁺離子濃度為0.3-0.6mol/L的氧化鋁前驅體；

(3)將步驟(2)配制的氧化鋁前驅體涂覆在步驟(1)制備的底電極上，然后150℃熱處理5min，400℃熱處理10min，接著450℃燒結30min，緩慢冷卻至室溫，得到無定型的氧化鋁薄膜；

(4)采用脈沖激光沉積方法在步驟(3)制備的活性氧化鋁薄膜上沉積金屬Ti膜，所用脈沖激光的波長為248nm，脈沖頻率5Hz；

(5)將步驟(1)制備的底電極連接直流電源的負極，步驟(4)沉積的鈦金屬膜連接電源的正極，采用逐步升壓的方式，每秒升壓0.2V，從0V升至設定電壓15V，進行陽極氧化反應，將步驟(4)沉積的金屬Ti膜氧化成具有較高介電常數的二氧化鈦膜；

(6)在步驟(5)生成的二氧化鈦薄膜上重復步驟(3)、(4)、(5)的過程，制備成200-400nm厚度的氧化鋁/二氧化鈦復合電介質薄膜，其中步驟(5)中的設定電壓逐次增加15V；

(7)在步驟(2)至(6)制備的氧化鋁/二氧化鈦復合薄膜上再次旋涂一層氧化鋁薄膜，工藝參數同步驟(3)；

(8)采用磁控濺射或脈沖激光沉積方法在步驟(7)制備的氧化鋁電介質薄膜上沉積鈦金屬薄膜，厚度100-200nm，作為上電極，制備成高儲能密度的固態電介質薄膜電容器。