[发明专利]一种具有高储能密度固态电介质电容器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有高储能密度固态电介质电容器及其制备方法，电容器包括自下而上依次设置的衬底基片、下部电极、氧化铝/二氧化钛复合电介质薄膜及上部电极，下部电极涂覆在衬底基片上，氧化铝/二氧化钛复合电介质薄膜位于上部电极和下部电极之间，上部电极和下部电极为具有阳极氧化能力的阀金属薄膜。与现有技术相比，本发明具有易于生产、用途范围广、储能密度高、安全可靠等优点。

技术领域

本发明属于电容器制备技术领域，尤其是涉及一种具有高储能密度固态电介质电容器及其制备方法。

背景技术

微电子技术是以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术，随着社会信息化不断深入的发展，其在军用、民用等领域不可替代的作用愈加显现。随着技术的进步，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性、微型化是微电子技术发展的必然方向。但是材料制备，微电子工艺技术等问题严重制约着微电子技术的进一步发展。因此，寻求微电子技术及相关领域的不断革新，积极探索深层次的微电子技术，使其更好地服务于社会经济发展，促使社会信息化的发展成为当务之急。电容器作为集成电路中必不可少的重要器件，对微电子发展起着关键作用。按照电解质的类型，常见的电容器可分为电解液电容器和固态电介质电容器。而电解液电容器存在着漏液等问题，而严重影响了其进一步的发展和使用。不同于电解液电容器，固态电容器因为采用固体电解质则完全可以避免这样的问题。但是在制备固态电容器的时候，介质中不可避免地会出现各种各样的缺陷，这在一定程度上了影响了其使用性能。

中国专利CN103971933A公开了一种固态薄膜电容器及其制备方法，发明了一种具有自修复作用的氧化铝固态薄膜电容器，这种电容器利用活性氧化铝薄膜在强场下活跃的离子输运(特别是电介质缺陷处附近的离子更为活跃)，将离子输运至缺陷附近的电极界面实现阳极氧化，进而实现了缺陷处的自修复。但是此以氧化铝薄膜为电介质的电容器中，在使用之前需首先对其进行水合反应用以储备进行阳极氧化反应的羟基基团，此外还需进行电化学处理已达到修复的目的，使用方法较为繁琐。并且，在高温使用时，因为水的失去而难以有效的实现电容器的阳极氧化及自修复，因此这种以氧化铝薄膜为电介质的固态电容器对使用环境温度和湿度有很强的依赖性，而限制了其使用范围。除此之外，氧化铝本身的介电常数较小，而很难取得较高的储能密度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够大大提高电容器的储能密度和使用极限的具有高储能密度固态电介质电容器及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有高储能密度固态电介质电容器，包括自下而上依次设置的衬底基片、下部电极、氧化铝/二氧化钛复合电介质薄膜及上部电极。

所述的氧化铝/二氧化钛复合电介质薄膜质地均匀，厚度为200～350nm。该薄膜具有优异的电学性能，能在较为苛刻条件下有效电解阳离子供给于阳极氧化，以产生自修复作用，进而提高击穿场强，可达570MV/m。此类薄膜还具有一定的羟基基团存储能力和高于单纯氧化铝薄膜的介电常数，可以达到10～14。此类薄膜所具有的优异的羟基基团存储和电解能力，在使用过程中可有效电解并产生大量的阳离子，在电场的驱动作用下，输运至电极及薄膜的界面处，产生阳极氧化作用，生成一层致密的阳极氧化膜，在修复薄膜缺陷的同时进一步提高击穿场强。依据储能密度与介电常数成正比，与击穿场强的平方成正比的关系，可得知能有效调高此类固态电容器的储能密度。

所述的衬底基片为硅片。

所述的上部电极及下部电极为具有阳极氧化能力的阀金属薄膜。

作为优选的实施方式，上部电极及下部电极选自Al薄膜、Ti薄膜、Zr薄膜、Cu薄膜或Ni薄膜中的一种。

所述的上部电极及下部电极的厚度相同。

所述的上部电极及下部电极的厚度为150～250nm。