Сверхъемкие конденсаторы сделают чипы намного лучше: удельная мощность вырастет в 170 раз

Ученые из Национальной лаборатории Лоуренса и Калифорнийского университета в Беркли (США) создали микроконденсаторы, которые интегрируют накопление энергии непосредственно в сами чипы, решая проблему разработки меньших по размеру и более энергоэффективных устройств, пишет Tweak town.

Конденсаторы являют собой тонкие пленки из оксида гафния и оксида циркония (HfO2-ZrO2), что значительно сводит к минимуму потери энергии при передаче энергии между различными компонентами. Также в конденсаторах используются материалы и технологии, которые обычно применяются в процессе производства микросхем, но их отличие в том, что они обладают отрицательной емкостью.

Одним из основных компонентов электрических цепей являются конденсаторы, которые хранят энергию в электрическом поле, созданном между двумя металлическими пластинами, разделенными диэлектрическим материалом (неметаллическим веществом). Конденсаторы могут обеспечивать быструю подачу энергии и имеют более длительный срок службы, чем обычные батареи. Но минус конденсаторов в значительно более низкой плотности энергии, поэтому эта технология используется только для устройств с низким энергопотреблением. Проблема еще больше усугубляется, когда габариты конденсаторов уменьшают, чтобы иметь возможность хранить энергию на кристалле.

Ученые из Национальной лаборатории Лоуренса и Калифорнийского университета в Беркли, похоже, проблему решили. Они разработали тонкие пленки HfO2-ZrO2 для достижения эффекта отрицательной емкости. Идеально подобрав состав, исследователи смогли добиться того, чтобы материал легко поляризовался небольшим электрическим полем.

Чтобы масштабировать возможности накопления энергии, ученые поместили атомарно тонкие слои оксида алюминия через каждые несколько слоев HfO2-ZrO2, что позволило им получить пленки толщиной до 10 мм, сохраняя при этом желаемые свойства.

Сами пленки были интегрированы в трехмерные микроконденсаторные структуры. Их плотность энергии в 9 раз превышает плотность энергии существующих электростатических конденсаторов. При этом плотность мощности больше в 170 раз.

Благодаря этой технологии ученые смогут реализовывать хранение и подачу энергии на кристалл очень маленьких размеров. Это откроет новую сферу энергетических технологий для микроэлектроники.