[發明專利]片上固態超級電容及其制備方法

有效

• 申請號: 202110815093.3
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113436904B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 朱寶;尹睿;張衛
• 申請（專利權）人: 上海集成電路制造創新中心有限公司
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/02;H01G11/86;H01G11/84
• 代理公司: 上海恒銳佳知識產權代理事務所(普通合伙) 31286
• 代理人: 黃海霞

1.一種片上固態超級電容，其特征在于，包括結構相同且對稱設置的第一電極和第二電極，所述第一電極包括硅襯底、至少兩個硅納米柱、金屬硅化物層、TiVN薄膜、導電柱以及凝膠層，所述硅納米柱設置于所述硅襯底上，且所述硅納米柱之間互不接觸，所述金屬硅化物層覆蓋于所述硅納米柱和所述襯底上，所述TiVN薄膜覆蓋于所述金屬硅化物層上，所述凝膠層覆蓋于所述TiVN薄膜上，所述導電柱設置于任意一個所述硅納米柱背向所述硅襯底一面上的金屬硅化物層上，且所述導電柱不被所述TiVN薄膜和所述凝膠層覆蓋，所述硅襯底的電阻率為8～12Ω·cm。

2.根據權利要求1所述的片上固態超級電容，其特征在于，所述金屬硅化物層的材料為硅化鎳、硅化鈦、鉑鎳合金硅化物、硅化鈷中的任意一種。

3.根據權利要求1所述的片上固態超級電容，其特征在于，所述金屬硅化物層的厚度為5～10nm。

4.根據權利要求1所述的片上固態超級電容，其特征在于，所述TiVN薄膜的厚度為3～10nm。

5.一種片上固態超級電容的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：刻蝕電阻率為8～12Ω·cm的硅襯底，以在所述硅襯底上形成至少兩個硅納米柱；

S2：在所述硅納米柱的表面以及所述襯底上沉積一層金屬，然后通過退火形成金屬硅化物層；

S3：在所述金屬硅化物層的表面生成一層TiVN薄膜；

S4：在所述TiVN薄膜上注入凝膠，以形成凝膠層，所述凝膠層的表面為平面；

S5：刻蝕所述凝膠層和所述TiVN薄膜，以暴露任意一個所述硅納米柱背向所述硅襯底的一面上的所述金屬硅化物層；

S6：在暴露出的所述金屬硅化物層上沉積形成導電柱，以形成第一電極；

S7：重復執行所述步驟S1至所述步驟S6，以形成第二電極；

S8：將所述第一電極和所述第二電極對稱粘合在一起并進行烘干，以形成所述片上固態超級電容，其中，所述第一電極的凝膠層和所述第二電極的凝膠層為粘合面。

6.根據權利要求5所述的固態超級電容的制備方法，其特征在于，刻蝕硅襯底包括：

在所述硅襯底上涂覆一層光刻膠，然后通過光刻形成至少兩個互不相連的光刻圖案；

以所述光刻圖案為掩膜版，刻蝕所述硅襯底，以在所述硅襯底上形成至少兩個硅納米柱。

7.根據權利要求5所述的固態超級電容的制備方法，其特征在于，所述在所述硅納米柱的表面以及所述襯底上沉積一層金屬包括通過物理氣相沉積工藝在所述硅納米柱的表面以及所述襯底上沉積一層金屬。

8.根據權利要求5所述的固態超級電容的制備方法，其特征在于，所述金屬包括鎳、鈦、鉑鎳合金、鈷中的任意一種。

9.根據權利要求5所述的固態超級電容的制備方法，其特征在于，所述在所述金屬硅化物層的表面生長一層TiVN薄膜包括：通過原子沉積工藝生長一層所述TiVN薄膜。

10.根據權利要求9所述的固態超級電容的制備方法，其特征在于，所述在所述金屬硅化物層的表面生長一層TiVN薄膜包括：先生長m循環的氮化鈦，再生長n循環的氮化釩，以得到TiVN子薄膜，重復生成所述TiVN子薄膜以生成目標厚度的所述TiVN薄膜，m和n均為大于0的自然數。

11.根據權利要求5所述的固態超級電容的制備方法，其特征在于，所述步驟S4還包括，將氫氧化鉀和聚乙烯醇混合，以得到所述凝膠。