基于纳米森林的MEMS超级电容及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于纳米森林的MEMS超级电容及其制备方法。按照本发明专利技术提供的技术方案，所述基于纳米森林的MEMS超级电容，包括电容基底、与所述电容基底适配的纳米森林结构以及与纳米森林结构适配连接的电容单元体，所述电容单元体包括依次淀积设置在纳米森林结构内的下电极层、电容介质层以及上电极层，上电极层与下电极层间通过电容介质层绝缘隔离；下电极层与电容基底欧姆接触，通过下电极层与电容基底配合能得到MEMS电容的下电极；通过上电极层以及与所述上电极层电连接的上电极引出单元能形成MEMS电容的上电极。本发明专利技术能与现有工艺兼容，制备得到的电容具有大的容量体积比，高电容密度，同时成本低廉。同时成本低廉。同时成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
基于纳米森林的MEMS超级电容及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种MEMS超级电容及其制备方法，尤其是一种基于纳米森林的MEMS超级电容及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，在MEMS能源储能领域中，常见的微型电容器有陶瓷电容器、有机薄膜介质电容器、钽电解电容器和铝电解电容器等。随着微能源应用领域越来越广泛，对储能器件在恶劣环境方面提出了更为苛刻的要求。储能器件面临环境适应性差和容量体积比小等技术瓶颈问题，现有陶瓷电容器承受瞬态高压脉冲的能力较弱，易被脉冲电压击穿；有机薄膜介质电容器电容量小、损耗较大、耐高温能力差；铝电解电容器对温度和使用频率要求敏感、容量误差大、泄露电流较大。因此，在微能源系统中，MEMS电容器具备的微型化、高可靠性、高性能等特点以成为21世纪储能器件的关键核心特点。
[0003]MEMS电容器的技术难点在于如何在衬底上制备出具有高比表面积的结构，以实现电容器的大容量体积比。目前，MEMS电容器在制备时，普遍采用的方法是以二氧化硅为掩膜的深硅刻蚀技术，深硅刻蚀技术是利用氧化硅作为掩膜在硅片表面刻蚀硅柱作为电容器下电极。但这种制备工艺存在如下问题：1)、设备成本高昂，并且单一；2)、容易发生黑硅，刻蚀负载效应现象；3)、去掩膜工艺复杂，二氧化硅去除会影响性能。
[0004]综上，在保证成本的情况，如何制备大容量体积比的MEMS电容器是目前急需解决的难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于纳米森林的MEMS超级电容及其制备方法，其能与现有工艺兼容，制备得到的电容具有大的容量体积比以及较高的电容密度，降低成本的同时又能确保MEMS电容器的性能。
[0006]按照本专利技术提供的技术方案，所述基于纳米森林的MEMS超级电容，包括电容基底、与所述电容基底适配的纳米森林结构以及与所述纳米森林结构适配连接的电容单元体，所述电容单元体包括依次淀积并覆盖所述纳米森林结构的下电极层、电容介质层以及上电极层，上电极层与下电极层间通过电容介质层绝缘隔离；下电极层与电容基底欧姆接触，通过下电极层与电容基底配合能得到MEMS电容的下电极；通过上电极层以及与所述上电极层电连接的上电极引出单元能形成MEMS电容的上电极。
[0007]所述纳米森林结构能制备于电容基底内或者支撑于所述电容基底上；纳米森林结构制备于电容基底内时，纳米森林结构内纳米柱的高度不大于电容基底的厚度。
[0008]还包括与电容基底适配连接的下电极引出单元，所述下电极引出单元与上电极引出单元位于电容基底的同一侧，或分别位于电容基底相对应的两侧。
[0009]所述上电极引出单元包括设置于上电极层上的电极引出绝缘层以及位于所述电极引出绝缘层上方的电容互连层，所述电容互连层通过电极引出绝缘层内的上电极引出连
接体能与上电极层电连接。
[0010]一种基于纳米森林的MEMS超级电容的制备方法，所述MEMS超级电容的制备方法包括如下步骤：
[0011]步骤1、提供电容基底，并制备与所述电容基底适配的纳米森林结构；
[0012]步骤2、制备所需的电容单元体，所述电容单元体包括依次淀积并覆盖纳米森林结构的下电极层、电容介质层以及上电极层，其中，下电极层覆盖在纳米森林结构上，电容介质层覆盖在下电极层上，上电极层覆盖在电容介质层，下电极层与电容基底欧姆接触；
[0013]步骤3、在上述电容单元体上制备上电极引出单元，所述上电极引出单元覆盖在上电极层上，上电极引出单元与上电极层的电连接，以能形成电容的上电极。
[0014]步骤1，具体包括如下步骤：
[0015]步骤1.1、提供用于形成电容基底的纳米森林载体基底，并在所述纳米森林载体基底上设置载体基底掩膜层；
[0016]步骤1.2、对所述载体基底掩膜层进行刻蚀，以能利用所述载体基底掩膜层形成所需的基底掩膜层纳米森林；
[0017]步骤1.3、利用所述基底掩膜层纳米森林为掩膜，对纳米森林载体基底进行刻蚀，以得到位于所述纳米森林载体基底内的载体基底内纳米森林；
[0018]步骤1.4、去除所述基底掩膜层纳米森林，以利用载体基底内纳米森林形成所需的纳米森林结构。
[0019]步骤1，具体包括如下步骤：
[0020]步骤a、提供用于形成电容基底的纳米森林支撑基底，并在所述纳米森林支撑基底上设置支撑基底掩膜层；
[0021]步骤b、对所述支撑基底掩膜层进行刻蚀，以能利用所述载体基底掩膜层形成所需的掩膜层本体纳米森林，所述掩膜层本体纳米森林内的掩膜层本体纳米柱的高度与支撑基底掩膜层的厚度相一致，以利用所述掩膜层本体纳米森林能形成所需的纳米森林结构。
[0022]制备下电极层、电容介质层以及上电极层所采用的淀积工艺包括原子层沉积。
[0023]步骤3中，上电极引出单元的具体制备过程包括如下步骤：
[0024]步骤3.1、淀积电容单元第一钝化保护层，所述电容单元第一钝化保护层覆盖在上电极层上；
[0025]步骤3.2、选择性地掩蔽和刻蚀所述电容单元第一钝化保护层，以能得到贯通所述电容单元第一钝化保护层的电容单元第一钝化保护连接孔，通过电容单元第一钝化保护连接孔能使得与所述电容单元第一钝化保护连接孔正对应的上电极层露出；
[0026]步骤3.3、在所述电容单元第一钝化保护连接孔内填充有上电极第一引出连接体，所述上电极第一引出连接体与上电极层电连接；
[0027]步骤3.4、在上述电容单元第一钝化保护层上设置电容单元第二钝化保护层；
[0028]步骤3.5、选择性地掩蔽和刻蚀所述电容单元第二钝化保护层，以能得到贯通所述电容单元第二钝化保护层的电容单元第二钝化保护连接孔，电容单元第二钝化保护连接孔与上电极第一引出连接体对应，以能通过电容单元第二钝化保护连接孔露出所述上电极第一引出连接体；
[0029]步骤3.6、在上述电容单元第二钝化保护层上淀积上电极引出连接层，所述上电极
引出连接层覆盖在电容单元第二钝化保护层上，且能填充在电容单元第二钝化保护连接孔内，上电极引出连接层能与上电极第一引出连接体接触，上电极引出连接层通过上电极第一引出连接体能与上电极电连接。
[0030]还包括与电容基底电连接的下电极引出单元，所述下电极引出单元与上电极引出单元位于电容基底的同一侧，或分别位于电容基底相对应的两侧。
[0031]本专利技术的优点：通过MEMS工艺能制备得到纳米森林结构，纳米森林结构与电容基底适配，利用纳米森林结构制备得到所需的电容单元体，即电容单元体与纳米森林结构对应，从而使得制备得到的电容单元体具有纳米森林的特性，即制备得到的电容具有大的容量体积比，确保MEMS电容器的性能，与现有工艺兼容，成本低。
附图说明
[0032]图1～图14为本专利技术实施例1的具体实施步骤示意图，其中
[0033]图1为本专利技术纳米森林载体基底的示意图。
[0034]图2为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米森林的MEMS超级电容，其特征是：包括电容基底、与所述电容基底适配的纳米森林结构以及与所述纳米森林结构适配连接的电容单元体，所述电容单元体包括依次淀积并覆盖所述纳米森林结构的下电极层、电容介质层以及上电极层，上电极层与下电极层间通过电容介质层绝缘隔离；下电极层与电容基底欧姆接触，通过下电极层与电容基底配合能得到MEMS电容的下电极；通过上电极层以及与所述上电极层电连接的上电极引出单元能形成MEMS电容的上电极。2.根据权利要求1所述的基于纳米森林的MEMS超级电容，其特征是：所述纳米森林结构能制备于电容基底内或者支撑于所述电容基底上；纳米森林结构制备于电容基底内时，纳米森林结构内纳米柱的高度不大于电容基底的厚度。3.根据权利要求1或2所述的基于纳米森林的MEMS超级电容，其特征是：还包括与电容基底适配连接的下电极引出单元，所述下电极引出单元与上电极引出单元位于电容基底的同一侧，或分别位于电容基底相对应的两侧。4.根据权利要求2所述的基于纳米森林的MEMS超级电容，其特征是：所述上电极引出单元包括设置于上电极层上的电极引出绝缘层以及位于所述电极引出绝缘层上方的电容互连层，所述电容互连层通过电极引出绝缘层内的上电极引出连接体能与上电极层电连接。5.一种基于纳米森林的MEMS超级电容的制备方法，其特征是，所述MEMS超级电容的制备方法包括如下步骤：步骤1、提供电容基底，并制备与所述电容基底适配的纳米森林结构；步骤2、制备所需的电容单元体，所述电容单元体包括依次淀积并覆盖纳米森林结构的下电极层、电容介质层以及上电极层，其中，下电极层覆盖在纳米森林结构上，电容介质层覆盖在下电极层上，上电极层覆盖在电容介质层，下电极层与电容基底欧姆接触；步骤3、在上述电容单元体上制备上电极引出单元，所述上电极引出单元覆盖在上电极层上，上电极引出单元与上电极层的电连接，以能形成电容的上电极。6.根据权利要求5所述基于纳米森林的MEMS超级电容的制备方法，其特征是，步骤1，具体包括如下步骤：步骤1.1、提供用于形成电容基底的纳米森林载体基底，并在所述纳米森林载体基底上设置载体基底掩膜层；步骤1.2、对所述载体基底掩膜层进行刻蚀，以能利用所述载体基底掩膜层形成所需的基底掩膜层纳米森林；步骤1.3、利用所述基底掩膜层纳米森林为掩膜，对纳米森林载体基底进行刻蚀，以得到位于所述纳米森林载体基底内的载体基底内纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈贵东，戴鑫，毛海央，
申请(专利权)人：江苏创芯海微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：