The invention discloses an all-solid-state supercapacitor integrated with a silicon-based integrated circuit and a preparation method thereof. The all-solid-state supercapacitor is composed of two chips/electrodes integrated structures with relative settings, wherein the chip/electrodes integrated structure comprises a substrate, a chip arranged on the first surface of the substrate, and a chip arranged from bottom to top in turn. A silicon nano-array structure, an indium oxide film layer, a nano-metal layer, and a solid-state electrolyte layer are arranged on a second surface of the substrate. The substrate comprises a silicon region. The first surface of the substrate refers to a silicon region surface. The second surface is opposite to the first surface. The nano-metal layer contains nickel or cobalt nanoparticles. The on-chip supercapacitor provided by the invention can make full use of silicon material and save cost, is compatible with the traditional silicon-based integrated circuit process, has simple preparation process and low cost, and has high energy density of the prepared supercapacitor.
【技术实现步骤摘要】
一种与硅基集成电路集成的全固态超级电容及其制备方法
本专利技术涉及用于能量存储的超级电容,尤其涉及一种与硅基集成电路集成的全固态超级电容及其制备方法。
技术介绍
随着无线充电和物联网的快速发展,需要芯片能够实现能量自治。在用于能量存储的电子器件中,超级电容因同时拥有高的功率密度和循环寿命得到了广泛的关注。超级电容可以通过电双层(电双层超级电容)或者近表面的氧化还原反应(赝电容)来存储能量。通常,赝电容的能量密度要远远大于电双层电容。为了能与硅基芯片集成,需要将超级电容直接制备在芯片上。其次,由于需要额外的封装来阻止液态电解质的泄露,所以采用固态电解质是最佳的选择。也就是说,全固态超级电容更适合与硅基芯片集成。为了充分利用硅材料,可以对硅衬底进行结构设计,并使其直接作为电极材料。基于这种思想,大量的硅基纳米结构被用来作为制备超级电容的模板。由于硅很容易被氧化,而且是不可逆的,所以通常在硅表面覆盖一层钝化层,比如石墨烯、碳、氮化钛等。然而,这些超级电容都是利用电双层来存储电荷,所以可获得的能量密度都比较小。为了增大能量密度,可以引入金属氧化物,比如氧化钌、氧化镍、氧化钴、氧化锰、氧化铟等,这些材料可以与电解质发生可逆的氧化还原反应,从而可以获得更大的电容密度和能量密度。Zheng等人首先采用金属辅助阳极刻蚀的方法制备了硅纳米柱阵列,然后采用原子层沉积的工艺在硅纳米柱表面生长了一层氧化钌,最后注入固态电解质组装成固态超级电容。虽然他们获得了很好的超级电容性能,但是钌是一种非常稀有的贵金属,所以采用氧化钌作为活性电极材料必然大大增加制造成本。此外,在金属辅助阳极刻 ...
【技术保护点】
1.一种与硅基集成电路集成的全固态超级电容,其特征在于,其由两个相对设置的芯片‑电极集成结构粘合构成,其中,芯片‑电极集成结构包含衬底、设置在衬底第一表面的芯片、由下到上依次设置在衬底第二表面上的硅纳米阵列结构、氧化铟薄膜层、纳米金属层及固态电解质层,其中,所述的衬底包含硅区域,衬底的第一表面是指硅区域面,该第二表面与第一表面相背,所述的纳米金属层包含镍或者钴纳米颗粒。
【技术特征摘要】
1.一种与硅基集成电路集成的全固态超级电容,其特征在于,其由两个相对设置的芯片-电极集成结构粘合构成,其中,芯片-电极集成结构包含衬底、设置在衬底第一表面的芯片、由下到上依次设置在衬底第二表面上的硅纳米阵列结构、氧化铟薄膜层、纳米金属层及固态电解质层,其中,所述的衬底包含硅区域,衬底的第一表面是指硅区域面,该第二表面与第一表面相背,所述的纳米金属层包含镍或者钴纳米颗粒。2.如权利要求1所述的与硅基集成电路集成的全固态超级电容,其特征在于,所述的芯片含有硅基集成电路。3.如权利要求1所述的与硅基集成电路集成的全固态超级电容,其特征在于,所述的衬底选择包含外延片的低阻单晶硅衬底,衬底的第一表面是指外延片的硅区域。4.如权利要求1所述的与硅基集成电路集成的全固态超级电容,其特征在于,所述的衬底选择SOI片,该SOI片由从下到上依次设置的低阻单晶硅衬底、绝缘体和超薄硅构成,衬底的第一表面是指超薄硅区域。5.如权利要求1所述的与硅基集成电路集成的全固态超级电容,其特征在于,所述的硅纳米阵列结构选择硅纳米柱或硅纳米孔。6.如权利要求1所述的与硅基集成电路集成的全固态超级电容,其特征在于,所述的固态电解质选择氢氧化钾和PVA混合得到的凝胶。7.一种根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员:丁士进,朱宝,刘文军,张卫,
申请(专利权)人:复旦大学,
类型:发明
国别省市:上海,31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。