Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
РЭМ поперечного сечения МИМ конденсатора. (a)Нижняя часть пор. Видны слои нитрида титана и оксида алюминия. (b) Открытые верхушки пор. Также видны МИМ слои.
ПЭМ микрофотография МИМ конденсатора. (a) Часть МИМ нанотрубки, извлеченная из поры образца 10мкм глубины. Видны индивидуальные слои. Желтой линией показана область получения EDX спектра. На вставке: нижняя часть поры этого же образца. (b) Распределение Ti, N, Al и O по толщине образцы.
Схема процесса создания МИМ конденсатора. (a) закрепление алюминиевой фольги на стеклянной подложке. (b) формирование пор анодированием. (c) осаждение МИМ слоев методом ALD. (d)электронно-лучевое осаждение алюминиевого электрода. (e) Фотолитографическое нанесение второго алюминиевого электрода (f) Тестирование полученного устройства. (g) Двухдюймовая подложка с конденсаторами. (h) Детализированное изображение "точечных" конденсаторов (в сумме около миллиона наноконденсаторов).

Наноконденсаторы на основе анодированного алюминия

Ключевые слова:  , анодированый оксид алюминия, наноконденсатор

Опубликовал(а):  Тарасов Алексей Борисович

28 марта 2009

Классические электростатические конденсаторы в силу высокой скорости разрядки, лимитируемой только внешними RC-цепями, характеризуются высокой мощностью, но низкой энергоемкостью, так как используют только поверхностный заряд на обкладках. Напротив, электрохимические суперконденсаторы, в которых фактически используется емкость двойного электрического слоя, позволяют запасать достаточно большие объемы энергии на поверхности электродов, однако при этом они обладают значительно меньшей мощностью, так как скорость разрядки лимитируется транспортом ионов или окислительно-восстановительных реагентов.

Группа ученых из США и Кореи предложила метод создания нового поколения конденсаторов на основе высокоориентированных наноструктур, демонстрирующих одновременно высокие мощность (до 106 Вт/кг) и плотность энергии (~0,7 Вт∙ч/кг).

Для этого в качестве воспроизводимого наноматериала с большой удельной поверхностью были выбраны пленки анодированного оксида алюминия (AAO) толщиной 1-10 мкм с гексагонально ориентированными порами плотностью ~1010 пор/см2. Внутренняя поверхность пор методом осаждения атомных слоев (ALD) покрывалась слоями металл (TiN)-изолятор (Al2O3)-металл (TiN) толщиной 5.6, 6.5 и 12.6 нм соответственно. Общая толщина MIM пленки составляла порядка 25 нм.

Полученные устройства демонстрировали следующие макроскопические параметры:

  • эквивалентная планарная емкость порядка 10 мкФ/см2 для образцов с порами глубиной 1 мкм и 100 мкФ/см2для пор 10 мкм глубины;
  • саморазрядка ~5∙10-9 А/см2 при напряженности поля 3 МВ/см;
  • напряжение пробоя ~5 МВ/см

Улучшить рабочие характеристики таких материалов можно, используя в качестве изоляционного слоя вещества с высокой диэлектрической проницаемостью, например, HfO2.




Комментарии
Хотелось бы понять причину падения емкости на частотах выше 100 Гц.
Интересная информация
Раньше для улучшения характеристик оксидных конденсаторов использовали оксиды ниобия и тантала.
Диоксида титана в тексте не заметил.
Электростатические конденсаторы - неудачный термин.
? Нитрид титана классифицируют как металл?
Александр Леонидович,
в некототорых конденсаторах используют изоляцию с замедленными механизмами поляризации, обеспечивающими однако большие значения диэлектрической проницаемости, а следовательно и удельной ёмкости. При повышении частоты изоляция таких конденсаторов не успевает полностью поляризоваться, что вызывает эффект уменьшения ёмкости.
Despotuli, 29 марта 2009 16:04 
Сергей Леонидович,
в обычных пленках Al2O3 переполяризация идет намного быстрее (см. http://windo...p_rid=26333). Там указаны значения диэлектрической проницаемости 9,8 на частотах до 1010 Гц. Замедление на 8 порядков и падение эпсилон с 9,8 до 7,6 (в статье).
Хотелось бы понять причину гигантского замедления процессов переполяризации на наномасштабе (6,6 нм). Это общее явление или специфический случай?
Александр Леонидович,
спасибо за ссылку, но хотелось бы уточнить о какой частоте идёт речь в вашем вопросе. Из текста Алексея Борисовича я этого не понимаю.
Despotuli, 29 марта 2009 17:33 
Сергей Леонидович,

в тексте статьи сказано -
"Frequencies higher than 100 Hz resulted in noteable dispersion, capacitance as frequency increased."

Таблица 1 статьи также содержит спекулятивную фразу - "The current work demonstrates low-frequency specific capacitance far superior to past, published values. Unlike capacitors used as passive components in high-frequency circuits, capacitors for energy and high-power based charge delivery applications operate in the few tens of Hertz only."
Александр Леонидович,
теперь и мне захотелось это понять.
На этих частотах эффект неполной поляризации м. б связан только с ограниченной скоростью перемещения ионов.
Сергей Леонидович,
cтатья этот ключевой вопрос полностью замалчивает. Что там случилось со структурой Al2O3 ? Аморфизация ?
Такие плохие диэлектрики надо еще поискать.
Александр Леонидович,
плохие диэлектрики следует искать среди сегнетоэлектриков. Однако у них значения диэлектрической проницаемости достигают десятков и даже сотен тысяч. Титан там на первых ролях. Возможно разгадка в "диоксиде титана", который есть в ключевых словах но отсутствует в тексте Алексея Борисовича
(очень тонкий слой диоксида титана может образоваться на границе "металла" TiN и "изолятора" Al2O3)
Сергей Леонидович,
я не нашел в статье ничего о диоксиде титана.
В любом случае, диэлектрики с такой медленной переполяризацией - это редкость.
Сегнетоэлектрики не редкость, их тысячи. Им присуща спонтанная поляризация (аналогичная спонтанной намагниченности ферромагнетиков) и гистерезис (запаздывание электрической индукции относительно напряжённости электрического поля), задерживающий их переполяризацию.
Откуда то Алексей Борисович "диоксид титана" взял. Может быть его рукой водило Провидение?
Сергей Леонидович, наличие в ключевых словах диоксида титана для меня тоже загадка... Варианта тут строго говоря два: или у меня это была "оговорочка по фрейду", так как я именно им и занимаюсь, или "моей рукой водило провидение", а именно редактор утверждавший эту статью и почему-то его туда добавивший... ;))
Алексей Борисович, Александр Леонидович.
в любом случае это привело к мысли о сегнетозлектрическом эффекте спонтанной поляризации и его особенностях в наноразмерных устройствах. Учтём, что у ферромагнетиков в подобных условия наблюдается "суперпарамагнетизм"
Сергей Леонидович, я не уверен в гипотезе о "замедленности" вследствие сегнетоэлектрической переполяризации с характерными частотами 100 Гц (хотя другой гипотезы нет). Насколько мне известно, многие фирмы выпускают сегнетоэлектрические конденсаторы, функционирующие на частотах до 1 ГГц. Но если это проявление какого-то специфического наноэффекта...
Сегнетоэлектрики бывают разные. В зависимости от состава и доменной структуры у них различные петли гистерезиса, как статические, так и динамические. По аналогии - ферро(ферри)магнетики есть и для промышленной частоты, и для СВЧ.
Сергей Леонидович, было бы интересно найти конкретные примеры сегнетоэлектрических структур с низкой, ~100 Гц, максимальной частотой поляризации.
На такую низкую частоту материалов не знаю.
Из низкочастотной сегнетокерамики (звуковые частоты) могу назвать растворы титанатов стронция SrTiO3 и висмута, Bi4Ti3O12, а также растворы титаната-цирконата бария BaTiO3-BaZrO3,однако это информация старая. Я в интернете недавно, урывками и только учусь, поэтому новой ещё не нашёл.
Александр Леонидович,
однако фраза о плохих диэлектриках навела ещё на одну мысль.Сто лет назад "плохими диэлектриками" считали полупроводники.
"Изоляция" Al2O3 является полупроводником n-типа (с электронным характером проводимости), по удельному сопротивлению приближающимся к диэлектрикам. Таким материалам присущ электронно-релаксационный механизм поляризации, замедленный но обеспечивающий высокое значение диэлектрической проницаемости.Не исключено также, что материал легирован, такие подробности могут скрывать
Сергей Леонидович,
Ваше предложение (об электронных релаксационных механизмах) кажется правдоподобным. Но зачем легировать? Чистый Al2O3 имеет k=9,8 и частоты функционирования до 1010 Гц.
Александр Леонидович,
про такие высокие частоты не знал, однако не о них речь. Других предположений о причинах потери ёмкости не имею
Сергей Леонидович,
интересная работа http://www.s.../art402.php
Александр Леонидович, спасибо, работа очень интересная
Добрый день, Алексей
Мы как раз ищем лабораторию, которая могла бы
дать образец алюминиевой мембраны. Можете
помочь?
korsand@mail.ru

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Нанояблоки (научная имитация)
Нанояблоки (научная имитация)

Наносистемы: физика, химия, математика (2024, Т. 15, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume15/15-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 4)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-4
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.