[发明专利]一种硅集成具有高储能密度的薄膜电容器及其制备方法

说明书

本发明涉及储能薄膜材料领域，具体涉及一种硅集成具有高储能密度的薄膜电容器及其制备方法，包括硅基底、设置于所述硅基底表面的过渡层、设置于所述过渡层表面的缓冲层和设置于所述缓冲层表面的0.88BaTiO₃‑0.12Bi(Mg_0.5Ti_0.5)O₃薄膜，所述过渡层为钛层，所述缓冲层为Pt层。本发明通过合理的结构设计，使得该薄膜电容器能够采用硅基基底，并且具有较高的储能密度。本发明的硅集成高储能密度薄膜电容器在室温下具有优异的储能特性，而且‑100℃～150℃的宽温区内具有优秀的热稳定性。

技术领域

本发明涉及储能薄膜材料领域，具体涉及一种硅集成具有高储能密度的薄膜电容器及其制备方法。

背景技术

能源危机是近年来不可忽略的热点话题，与其密切相关的储存能源技术也随之备受重视。现如今储存能源的方法有锂电池、燃料电池、超级电容器、介电电容器等。相比其它方法，介电电容器不仅能够快速充放电，而且具有优秀的疲劳耐受性和环境适应性。因此，介电电容器在电力电子器件领域具有不可或缺的应用价值。如航空电力电子、混合电动汽车、脉冲功率系统等。薄膜介电电容器具有纳米级别的体积，即使考虑基底的厚度也只有0.5mm，远远小于陶瓷、有机介电电容器的尺寸，非常有利于减小电容器的尺寸以及电子设备的体积和重量。

然而，具有高储能密度，高工作温度的薄膜介电电容器大多数是集成在如SrTiO₃这样的单晶基底上，这种基底的一大问题就是价格太贵，增加了生产成本。与之相比，硅基底的价格相对便宜，有利于降低成本。然而硅基基底上存在一层非晶的SiO₂，和薄膜的晶体结构不兼容，导致无法在其上面制备出高质量的氧化物薄膜电容器。从另一方面考虑，在硅集成电路作为主流的今天，探索硅基底上生长的具有高储能密度的薄膜介电电容器更有利于现实条件下的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种硅集成具有高储能密度的薄膜电容器及其制备方法，本发明通过合理的结构设计，使得该薄膜电容器能够采用硅基基底，并且具有较高的储能密度。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种硅集成具有高储能密度的薄膜电容器，包括硅基底、设置于所述硅基底表面的过渡层、设置于所述过渡层表面的缓冲层和设置于所述缓冲层表面的0.88BaTiO₃-0.12Bi(Mg_0.5Ti_0.5)O₃薄膜，所述过渡层为钛层，所述缓冲层为Pt层。

优选的，所述0.88BaTiO₃-0.12Bi(Mg_0.5Ti_0.5)O₃薄膜的厚度为460～490nm。

优选的，所述Pt层为(111)取向。

优选的，所述硅基底为(001)取向。

本发明还提供了一种硅集成具有高储能密度的薄膜电容器的制备方法，包括如下过程：

在硅基底表面制备过渡层，在过渡层表面制备缓冲层，在缓冲层表面通过磁控溅射制备0.88BaTiO₃-0.12Bi(Mg_0.5Ti_0.5)O₃薄膜；所述过渡层为钛层，所述缓冲层为Pt层。

优选的，在缓冲层表面通过磁控溅射制备0.88BaTiO₃-0.12Bi(Mg_0.5Ti_0.5)O₃薄膜时：