Конденсатор с двойным электрическим слоем

ОБРЕТ АН Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Инаитут проблем техники и особо чистых мате72) Деспотули АЛ.; Пичков(73) Институт проблем теники и особо чистых матеР 4) ОНДЕНСА 7 О С ДЧЕСКИМ СЛОЕМ(57) Изобретение относит нологии микроэлектрориалов РАНа НВ.хнологии микроэлектро риапов РАНВОЙНЫМ ЭЛЕКТРИ ся к микроэлектроник(51) Б Н 9109 64 жжет оыть использовных схемах Конденсати неполяризуемый сереленные споем из твердиодида серебра С цприменения и повышера за счет увеличения рчин рабочих напряжевыполнен из кремнияподвижных носителей ано в кремниевых интеграль -ор содержит поляризуемый бряный электроды, раздеого электролита на основе елью расширения области ния надежности конденсатоаширения диапазона велиний поляризуемый электрод с высокой концентрацией заряда. 3 ипИзобретение относится к элементнойбазе микроэлектроники, в частности к конденсаторам, и может быть использовано вкремниевых интегральных схемах,Известен конденсатор с двойным электрическим слоем, содержащий платиновыеили угольные электроды, разделенные слоем жидкого электролита 11.Однако область применения этого конденсатора ограничена иэ-за.трудности герметизации, узкого интервала рабочихтемператур, несовместимости технологииих изготовления с современными микроэлектронными технологиями,Известен конденсатор с двойным электрическим слоем, содержащий поляриэуемый и неполяризуемый серебряныйэлектроды, разделенные слоем твердогоэлектролита на основе иодида серебра, например ВЬАяа 15 2). Поляризуемый электродвыполнен из графита (угля), платины илизолота,Однако этот конденсатор имеет низкоеположительное рабочее напряжение поляриэуемого электрода( 0,6 В), Для повышения рабочего напряжения конденсаторысоединяют последовательно в батареи, чтосужает область применения и снижает надежность, Другим недостатком является потеря работоспособности при подаче наполяризуемый электрод даже малых напряжений ( х 10 В) отрицательной полярно сти. Таким образом, известный конденсаторневозможно использовать в схемах переменного тока,Целью изобретения является расширение области применения и повышение надежности конденсатора за счет увеличениядопустимых значений рабочих напряжений.Цель достигается тем, что поляриэуемый электрод выполнен из кремния с высокой концентрацией подвижных носителейзаряда.Сопоставительный анализ заявляемогорешения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".Сравнение заявляемого решения нетолько с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной и других областях техники не позволяет выявить в нихпризнака, отличающего заявляемое решение от прототипа, Экспериментально показано, что выполнение поляриэуемогоэлектрода из кремния с высокой концентрацией подвижных носителей заряда позволяет увеличить диапазон рабочихнапряжений. У таких конденсаторов при положительных напряжениях на кремнии токиутечки пренебрежимо малы до подаваемого напряжения =1 В. При напряжениях отрицательной полярности токиутечки также малы до подаваемого напряжения 0,3-0,4 В,Предлагаемый конденсатор надежно сохраняет работоспособность в широком интервале приложенных напряжений,Теоретически предсказать свойства кремния, проявляемые им при использовании вкачестве электрода конденсатора с твердымэлектролитом, не представлялось возможным, Указанные свойства были выявленытолько в ходе экспериментальных исследований. Таким образом данное техническоерешение соответствует критерию "существенные отличия".На фиг, 1 представлены тонкопленочные планарные конденсаторные структуры,поперечный разрез; на фиг. 2 показаны статические вольт-амперные характеристики20 тонкопленочных планарных конденсаторных струткур с твердым электролитомРЬАц 45 для угольного а) (прототип) и кремниевого (Ь) поляризуемых электродов; нафиг. 3 представлена эквивалентная электрическая схема изготовленной конденсаторной структуры, где В 1 - сопротивлениетвердого электролита, включенное последовательно с емкостью; Р 2 - сопротивлениеОл + л.электрохимической реакции Ао ЙАо + е,30 протекающей на серебряном электроде приработе конденсатора; С 1 - емкость границыкремний - твердый электролит; С 2 - емкостьграницы серебро - твердый электролит,П р и м е р. Конденсатор с двойным35 электрическим слоем фиг,1) содержит поля. ризуемый электрод 1 из кремния с высокойконцентрацией подвижных носителей заряда и неполяризуемый серебряный электрод2, Электроды разделены слоем 3 твердого40 электролита на основе иодида серебра. Подложка 4 выполнена из %02,Конденсатор работает следующим образом. При подаче на кремниевый электроднапряжения положительной полярности подвижные Ад -ионы смещаются от этогоэлектрода, и, таким образом, возникает об.ласть двойного электрического слоя, концентрирующая энергию электрическогополя, Токи утечки конденсатора очень малывследствие униполярности проводимости твердого электролита. При подаче на конденсатор напряжения отрицательной полярности происходит аналогичный процесс,Предлагаемый конденсатор с двойнымэлектрическим слоем изготавливается, например, следующим образом. Пленку твердого электролита осаждают на заготовку,представляющую собой электрическую подложку из Ь 02 (фиг. 1,3), сформированнымина ней по стандартной методике двумя2004024 вставленными одна в другую гребенками изкремния и серебра, Пленку твердого электролита получают методом термического вакуумного испарения 3) расплава смеси КЫи Ад, в котором Ад берут с избытком =5 5мол, оь по отношению к стехиометрическомусоставу из-за его более низкой летучести.При осаждении пленки расплав поддерживают при температуре =770 К, а подложку- при комнатной, После осаждения конденсата производят его отжиг при температуре=380 К в течение 10-20 мин, При этом удельная ионная проводимость твердого элек 1 ролита ЯЬА 9415 повышается до =0,2-0,25 Ом-1см 1 и в нем исчезают примеси постосонних 15фаз, Удельная емкость конденсатоснойструктуры, а также сопротивления ее эквивалентной электрической схемы зависят отгеометрических размеров уступов, сформированных на подложке, которые подбираются каждый раз в зависимости отрешаемой задачи,Параметры эквивалентной электрической схемы могут быть оценены осциллографической регистрацией заряда-разряда 25конденсаторной структуры и сравнениемполучаемых кривых с откликами соответствующих электрических цепей,При увеличении высоты уступов кремния и серебра, уменьшении их ширины, а 30такке расстояния между уступами происходит увеличение удельной емкости структурыи одновременно уменьшается омическоесопротивление твердого электролита, которое на эквивалентной электрической схеме 35включено последовательно с емкостьюдвойного электрического слоя границыЯ 1 ИЬА 94 з. Например, для получения конденсаторов с электрической емкостью = 1мкФ на 1 см площади подложки изготавливают структуры с толщиной пленки РЬА 945=43,5 мкм при высоте уступов =0,3 мкм,ширине уступов = 100 мкм, расстояниимежду ними =100 мкм,Параметры эквивалентной электрической схемы изготовленной конденсаторной структуры следующие: й 1 10 Ом. й 210 Ом, С 1 1 мкФ, С 2 100 мкФ. Аналогичные результаты получены для кон денсаторов с кремниевыми электродами пь 4+ +, п- . р-, р -типа и для структуры, где вФормула изобретения КОНДЕНСАТОР С ДВОИНЫМ ЭЛЕКТ РИЧЕСКИМ СЛОЕМ, выполненный в виде тонкопленочной структуры, содержащий поляризуемый и неполяризуемый серебряные электроды, разделенные слоем твердого электролита на основе КЬА 94 М,отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения на дежнссти за счет расширения диапазона величин рабочих напряжений, иоляриэуемый электрод выполнен из кремния с высокой концентрацией подвижных носителей заряда.2004024 Фиг. 3 ставитель А. Деспотулихред М,Моргентал р М. Кул Реда кто Заказ 332 дписн Производственно-издательский комбинат,"Патент", г. Ужгор агарина, 10 Тираж НПО "Поиск" Рос113035, Москва, Ж, Рау атентащская наб.,