Надмісткі конденсатори зроблять чипи набагато кращими: питома потужність зросте в 170 разів

Вчені з Національної лабораторії Лоуренса і Каліфорнійського університету в Берклі (США) створили мікроконденсатори, які інтегрують накопичення енергії безпосередньо в самі чипи, розв'язуючи проблему розроблення менших за розміром і більш енергоефективних пристроїв, пише Tweak town.

Конденсатори являють собою тонкі плівки з оксиду гафнію та оксиду цирконію (HfO2-ZrO2), що значно зводить до мінімуму втрати енергії під час передачі енергії між різними компонентами. Також у конденсаторах використовують матеріали і технології, які зазвичай застосовують у процесі виробництва мікросхем, але їхня відмінність у тому, що вони мають негативну ємність.

Одним з основних компонентів електричних ланцюгів є конденсатори, які зберігають енергію в електричному полі, створеному між двома металевими пластинами, розділеними діелектричним матеріалом (неметалевою речовиною). Конденсатори можуть забезпечувати швидку подачу енергії та мають триваліший термін служби, ніж звичайні батареї. Але мінус конденсаторів у значно нижчій щільності енергії, тому ця технологія використовується тільки для пристроїв з низьким енергоспоживанням. Проблема ще більше посилюється, коли габарити конденсаторів зменшують, щоб мати можливість зберігати енергію на кристалі.

Вчені з Національної лабораторії Лоуренса і Каліфорнійського університету в Берклі, схоже, проблему вирішили. Вони розробили тонкі плівки HfO2-ZrO2 для досягнення ефекту негативної ємності. Ідеально підібравши склад, дослідники змогли домогтися того, щоб матеріал легко поляризувався невеликим електричним полем.

Щоб масштабувати можливості накопичення енергії, вчені помістили атомарно тонкі шари оксиду алюмінію через кожні кілька шарів HfO2-ZrO2, що дало їм змогу отримати плівки товщиною до 10 мм, зберігаючи при цьому бажані властивості.

Самі плівки були інтегровані в тривимірні мікроконденсаторні структури. Їхня щільність енергії в 9 разів перевищує щільність енергії наявних електростатичних конденсаторів. При цьому щільність потужності більша в 170 разів.

Завдяки цій технології вчені зможуть реалізовувати зберігання і подачу енергії на кристал дуже маленьких розмірів. Це відкриє нову сферу енергетичних технологій для мікроелектроніки.