【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电气装置领域，并且更确切地，涉及用于高电压应用的电容性装置。
技术介绍
1、考虑到提供高能量存储密度，已经开发了具有三维(3d)电容性结构的电子部件例如电容器。通常，3d电容性结构共形地形成在诸如孔隙、孔、沟槽或柱的浮雕(relief)上，这使得能够针对给定的部件尺寸提供大的特定面积。
2、尽管如此，具有3d结构的电子部件无法在不考虑这些应用的特定特征和限制的情况下直接转置到高电压应用(例如，超过900v或1.2kv)。事实上，特别是在电介质的厚度与奇点的尺寸相当时，3d电容性结构中几何奇点(例如角、边缘)的存在导致静电场的局部增加。静电场的局部增加促使增加电容性结构内的泄漏电流。更一般地，这个问题不利地影响电气部件的鲁棒性，并且需要限制工作电压以保证部件的预期寿命。
3、为了减轻3d电容性结构中静电场的局部增加，voiron等人(ep 3588560a1)提出了使用具有倒圆的角的3d结构(由图1示出)。更确切地，倒圆的角的曲率半径被设置为大于电介质的厚度，并且优选地为该厚度的两倍。将3d结构的角倒圆产生了更均匀的静电场分布，并且使得能够更好地承受高电压应用的工作静电场。
4、然而，可以进一步改进voiron等人的上述解决方案来提高电气部件的存储密度。例如，考虑到具有突出壁的3d电容性结构，以大的曲率半径来将突出壁的角倒圆需要使用厚的突出壁，这不可避免地限制了部件内壁的数目。因此对电容性结构的电容有贡献的特定面积受到限制，其能量存储密度同样受到限制。此外，由于需要厚电介质(例如厚
5、因此，存在对适于高电压应用的具有高能量存储密度的电气装置的需要。
6、本专利技术是鉴于上述问题而做出的。
技术实现思路
1、根据第一方面，本专利技术提供了一种包括电容器的电气装置，该电气装置包括：
2、-包括导电结构的底部电极，该导电结构包括基部表面以及从基部表面向上延伸并且具有最高表面的相对突出壁；
3、-包括至少一个导电区域的顶部电极，所述至少一个导电区域布置在相对突出壁之间并且具有顶部表面(即，顶部电极的顶部上的表面)，其中，所述至少一个导电区域的顶部表面位于突出壁的最高表面之下或者位于突出壁的最高表面的水平处；以及
4、-电介质区域，其在底部电极之上共形地延伸(例如，其符合底部电极的轮廓)并且围绕顶部电极(例如，其在顶部电极的下方、侧面上和上方)，所述电容器由被电介质区域分开的底部电极和顶部电极形成。
5、在所提出的装置中，在底部电极的峰之上(即，在相对突出壁的最高表面之上，该表面位于最高位置处)不存在顶部电极。这导致静电场仅在相对的顶部电极和底部电极的竖直部分与底部部分(即，侧表面与底部表面)之间延伸。因此，静电场的大小在底部电极的峰(即，电容性结构中的几何奇点)附近显著降低。
6、本专利技术使得能够降低3d电容性结构的几何奇点(例如，角、边缘等)附近的静电场的大小。出于该目的，本专利技术提出了通过下述使得能够在奇点附近使用大厚度的电介质：将顶部电极(包括导电区域)降低至底部电极(包括突出壁)的峰以下；以及在电极之间和电极之上形成电介质区域。
7、所提出的解决方案使得能够减小3d电容性结构内的电应力，并且使得能够更好地承受高电压应用的工作静电场。因此，在击穿电压、泄漏电流、电介质刚度、装置可靠性和寿命方面得到了改善的性能。
8、与voiron等人的上述解决方案相比，本专利技术使得倒圆的角的使用不太严格(即，可以使用较小的曲率半径)或者甚至没有必要。因此，可以使用较薄的突出壁来形成沟槽，这致使电气装置内沟槽的数目增加。因此，本专利技术使得能够增加电气装置的存储密度。
9、出于这些原因，本专利技术提供了适于高电压应用(例如，超过900v或1.2kv)的具有高电容密度的电气装置。
10、突出壁可以呈现：(基本上)线性形状(例如，在给定长度上)；或者弯曲形状。在后一种情况下，弯曲突出壁的曲率半径可以大于电介质区域的厚度的两倍，以防止电容器中静电场的局部增加。
11、在特定实施方式中，导电结构的相对突出壁形成一个或更多个沟槽。例如，突出壁可以形成多个分开的相邻沟槽或者以曲折形状延伸的沟槽。
12、在特定实施方式中，电介质区域包括：
13、-在突出壁之上共形地延伸的底部电介质层，所述至少一个导电区域布置在底部电介质层上；以及
14、-在底部电介质层上以及在所述至少一个导电区域的顶部表面上的顶部电介质层。
15、为了进一步示出该实施方式，考虑了垂直于底部电极的基部表面的平面。在该平面中，底部电介质层将底部电极和顶部电极分开，并且顶部电介质层在底部电极和顶部电极上方延伸。
16、更具体地，在该平面中，(顶部电极的)导电区域被底部电介质层和顶部电介质层封装。(底部电极的)导电结构被(在突出壁之上共形地延伸的)底部电介质层覆盖，并且导电结构的最高表面(即，峰、顶部)被底部电介质层和顶部电介质层的堆叠覆盖。
17、在该实施方式中，可以通过下述来获得电气装置：使用任何沉积技术来沉积顶部电极，然后进行蚀刻步骤，该蚀刻步骤允许与电介质区域相比选择性地修整顶部电极，使得顶部电极的顶部表面位于底部电极的最高表面之下。因此，该实施方式的优点在于其特别容易在各种设备上实现。
18、在特定实施方式中，底部电介质层包括：
19、-在导电结构上的氧化物子层(例如，导电结构的氧化物)；以及
20、-在氧化物子层上的电介质子层，电介质子层的介电常数不同于氧化物子层的介电常数。
21、在该实施方式中，底部电极和顶部电极(分别包括导电结构和导电区域)被氧化物子层和电介质子层分开。特别地，可以通过导电结构的氧化形成氧化物子层(其是底部电极的材料的氧化物)。
22、通过使用双层电介质结构，该实施方式使得能够提供具有对导电结构的强粘附性以及可调介电常数的电介质区域。
23、在特定实施方式中，电介质子层的介电常数大于氧化物子层的介电常数(例如，电介质子层为高k材料)。
24、该实施方式使得能够提供具有对导电结构的强粘附性以及高介电常数的电介质区域。
25、在特定实施方式中，电介质区域包括：
26、-外部电介质结构，其围绕所述至少一个导电区域(通常在垂直于基部表面的平面中)并且包括：
27、ο在突出壁之上共形地延伸的底部电介质子层；以及
28、ο顶电介质子层，所述至少一个导电区域布置在由底部电介质子层和顶电介质子层限定的区域内部(通常在垂直于基部表面的平面中)；以及
29、-在外部电介质结构上以及外部电介质结构上方的顶部电介质层。
30、为了进一步示出该实施方式，考虑了垂直于底部电极的基部表面的平面。在该平面本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种包括电容器的电气装置(100)，所述电气装置(100)包括：
2.根据权利要求1所述的电气装置(100)，其中，所述电介质区域(130)包括：
3.根据权利要求2所述的电气装置(100)，其中，所述底部电介质层(131至132)包括：
4.根据权利要求1所述的电气装置(100')，其中，所述电介质区域(130')包括：
5.根据权利要求4所述的电气装置(100')，其中，所述底部电介质子层(131')是所述导电结构(110')上的氧化物子层，并且内部电介质子层(132')布置在所述外部电介质结构(131'至131A')与所述至少一个导电区域(121')之间，所述内部电介质子层(132')的介电常数不同于所述底部电介质子层(131')的介电常数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电气装置(100)，其中，所述电介质区域(130)包括在所述至少一个导电区域(121)的一部分上开口的孔(134)，所述孔(134)填充有导电材料(120，140')以与所述至少一个导电区域(121)形成接触。
7.根据权利
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电气装置(100)，其中，突出壁(111)的角被倒圆，所述倒圆的角的曲率半径小于所述电介质区域(130)的厚度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电气装置(100)，其中，所述导电结构(110)包括沿第一方向延伸的第一突出壁(111)和沿第二方向延伸的第二突出壁(112)，其中，所述第二方向不同于所述第一方向。
10.一种用于获得包括电容器的电气装置(100)的方法，所述方法包括：
11.根据权利要求10所述的方法，其中，形成所述电介质区域(130)包括：
12.根据权利要求10所述的方法，其中，形成所述电介质区域(130')包括：
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，包括：
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，包括将突出壁(111)的角倒圆，所述倒圆的角的曲率半径小于所述电介质区域(130)的厚度。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，包括将多个导电区域(121)互连以形成所述顶部电极(120)。
...【技术特征摘要】
1.一种包括电容器的电气装置(100)，所述电气装置(100)包括：
2.根据权利要求1所述的电气装置(100)，其中，所述电介质区域(130)包括：
3.根据权利要求2所述的电气装置(100)，其中，所述底部电介质层(131至132)包括：
4.根据权利要求1所述的电气装置(100')，其中，所述电介质区域(130')包括：
5.根据权利要求4所述的电气装置(100')，其中，所述底部电介质子层(131')是所述导电结构(110')上的氧化物子层，并且内部电介质子层(132')布置在所述外部电介质结构(131'至131a')与所述至少一个导电区域(121')之间，所述内部电介质子层(132')的介电常数不同于所述底部电介质子层(131')的介电常数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电气装置(100)，其中，所述电介质区域(130)包括在所述至少一个导电区域(121)的一部分上开口的孔(134)，所述孔(134)填充有导电材料(120，140')以与所述至少一个导电区域(121)形成接触。
7.根据权利要求6所述的电气装置(100)，其中，在所述至少一个导电区域(121)的所述部分上开口的所述孔(134)的水平处的相对突出壁(111)之...
【专利技术属性】
技术研发人员：拉里·比夫，弗雷德里克·瓦龙，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：
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