Verso microsupercondensatori on-chip CMOS compatibli: Fabbricazione e Analisi

In questo lavoro vengono presentate due strade verso l'integrazione dei microsupercondensatori (MSC) nei microsistemi basati su tecnologia CMOS. La prima strada è stata lo studio del Palladio Pd come materiale per i collettori di corrente per elettrodi di Vertical Graphene (VG) nella fabbricazione di MSCs. Il palladio è noto come un metallo compatibile con le tecnologie CMOS ma qui è stato dimostrato che è necessaria una barriera in titanio (Ti) contro la diffusione del Palladio per prevenire cortocircuiti. I MSCs fabbricati hanno dimostrano una capacità pari a 1,3 μF/cm2 con una densità di energia di 0,42μJ / cm2. La seconda strada è stata lo sviluppo di un metodo per la fabbricazione di microsupercondensatori, in cui la deposizione del materiale all'elettrodo, ossido di grafene (GO), viene realizzata mediante spin-coating che consente la potenziale applicazione di questo metodo a processi compatibili con sistemi basati su tecnologia CMOS. Quattro gruppi di MSC con 1,5,10 e 20 paia di elettrodi interdigitati sono stati fabbricati per studiare l'influenza del numero di elettrodi sulle performance dei condensatori. Il dispositivo avente una sola coppia di elettrodi ha mostrato il più alto valore di capacità, pari a 0,47 mF / cm2 e una densità di energia areale di 0.0302μWh/cm2 che sono risultati molto promettenti. Altri dispositivi, come quello avente 20 paia di elettrodi che ha mostrato una capacità di 0,21 mF/cm2, hanno valori di capacità ben inferiori del dispositivo precedente. Lo stesso livello di densità di potenza media a 100μA/cm di 39.7μW / cm2 è stato trovato per tutte le configurazioni fabbricate. Questo risultato provocatorio afferma che la densità di potenza non dipende necessariamente dal numero di elettrodi. Di conseguenza, non è sempre vantaggioso aumentare il numero di dita perché la densità di energia verrà quindi ridotta, mentre la complessità di fabbricazione viene aumentata. Il metodo sviluppato si è inoltre dimostato ottimale per la fabbricazione di micro-supercondesatori sulla larga scala.