[发明专利]2D材料超级电容器

说明书

描述的设备和方法与尺寸较小且具有高能量存储与体积比的电容器能量存储器件相关。电容器器件包括2D材料电极。电容器器件提供非常细的粒度，其具有高堆叠可能性，可用于超级电容器和电容器阵列。设备包括交错的层压2D材料电极层(例如，石墨烯)和介电层(例如，氧化铪)。在一个实施例中，电容器器件包括被9999个Haf层隔开的10000个交错石墨烯层。石墨烯的奇数层电连接至第电容器器件的第一端子，并且石墨烯的偶数层电连接至电容器器件的第二端子。

技术领域

本发明涉及具有2D材料电极的超级电容器器件，并且更具体地涉及包括石墨烯电极的堆叠电容器器件。

背景技术

物联网(IOT)是技术的增长领域。IOT通常需要自主传感器，其包括可再生能量源采集器和芯片上能量存储。芯片能量存储必须具有能够在延长的时间周期内向IOT设备提供能量的能量容量，尤其在可再生能量源高度间歇的情况下。采集的可再生能量源的示例包括动能、太阳能和热能。理想地，全负荷将至少持续几天。当前的能量存储技术(例如，电池技术)不具有要求在存储在期望时间内运行IOT设备所需能量的同时降低能量存储设备的尺寸的能量存储密度。

发明内容

因此，产生了机会来创建尺寸小且具有高能量存储体积比的能量存储器件。本文公开了与包括2D材料电极的电容器器件相关的设备和方法。电容器器件提供了非常细的粒度，其具有高堆叠可能性，可用于超级电容器和电容器阵列。

简略描述，该设备包括导电2D材料电极层(例如，石墨烯)和介电层(例如，氧化铪)的交替叠层。在一个实施例中，电容器器件包括被9999层HfO分离的10000个交错的石墨烯层。奇数层的石墨烯电连接至电容器器件的第一端子，而偶数层的石墨烯电连接至电容器器件的第二端子。

与电容器器件相关的方法包括：制造方法、用于仿真制造的工艺流程的方法以及用于仿真具有电容器器件的集成电路的方法。仿真方法可用于提取电容器器件以及包括电容器器件的电路的参数。

此外，描述了具体的示例性布局。本发明可以反映在结合有这些原理以及制造方法的布局文件、宏单元、光刻掩模和集成电路器件中或存在于结合有这些原理以及制造方法的布局文件、宏单元、光刻掩模和集成电路器件中。

提供上述总结以提供对本发明的一些方面的基本理解。该总结不用于识别本发明的关键或重要元素或者下限定本发明的范围。其唯一目的在于以简化形式呈现本发明的一些概念来作为稍后呈现的更纤细描述的前序。在权利要求、说明书和附图中描述了本发明的具体方面。

附图说明

将相对于具体实施例并且将参照附图来描述本发明，其中：

图1是堆叠电容器器件的一部分的截面图。

图2A是沿着图1的线A-A截取的截面图。

图2B是沿着图1的线B-B截取的截面图。

图3是IOT设备的框图。

图4A示出了示例性数字集成电路设计流程的简化表示。

图4B示出了相关流程中的实施本发明各个方面的系统的使用。

图4C是详述迭代模块中的逻辑的流程图。

图5A是描述可实施本发明的特征的集成电路制造工艺的简化流程图。

图5B、图5C、图5D、图5E、图5F、图5G、图5H和图5I是根据图5A的制造步骤的部分形成设备的截面图。

图6是可用于执行本文描述的许多基于计算机的步骤的计算机系统的简化框图。

具体实施方式