CN104576046A - 玻璃衬底上的plzt电容器 - Google Patents
玻璃衬底上的plzt电容器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104576046A CN104576046A CN201410587179.5A CN201410587179A CN104576046A CN 104576046 A CN104576046 A CN 104576046A CN 201410587179 A CN201410587179 A CN 201410587179A CN 104576046 A CN104576046 A CN 104576046A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- capacitor
- electrode
- glass
- substrate
- plzt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 36
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 7
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 7
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 5
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 5
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 12
- 238000000137 annealing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 abstract 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 6
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000005301 willow glass Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XRZCZVQJHOCRCR-UHFFFAOYSA-N [Si].[Pt] Chemical compound [Si].[Pt] XRZCZVQJHOCRCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KQNKJJBFUFKYFX-UHFFFAOYSA-N acetic acid;trihydrate Chemical compound O.O.O.CC(O)=O KQNKJJBFUFKYFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- GJKFIJKSBFYMQK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);trinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[La+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O GJKFIJKSBFYMQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVLXVXJAKUJOMY-UHFFFAOYSA-N lanthanum;oxonickel Chemical compound [La].[Ni]=O RVLXVXJAKUJOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940046892 lead acetate Drugs 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/06—Solid dielectrics
- H01G4/08—Inorganic dielectrics
- H01G4/12—Ceramic dielectrics
- H01G4/1209—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material
- H01G4/1236—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on zirconium oxides or zirconates
- H01G4/1245—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on zirconium oxides or zirconates containing also titanates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/005—Electrodes
- H01G4/008—Selection of materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/005—Electrodes
- H01G4/012—Form of non-self-supporting electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/30—Stacked capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/30—Stacked capacitors
- H01G4/306—Stacked capacitors made by thin film techniques
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/33—Thin- or thick-film capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/38—Multiple capacitors, i.e. structural combinations of fixed capacitors
- H01G4/385—Single unit multiple capacitors, e.g. dual capacitor in one coil
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/38—Multiple capacitors, i.e. structural combinations of fixed capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/55—Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Ceramic Capacitors (AREA)
Abstract
本申请公开了玻璃衬底上的PLZT电容器。一种在玻璃形成的衬底(12)上的锆钛酸镧铅(PLZT)电容器(10)。第一金属化物层被沉积于衬底(12)的顶侧以形成第一电极。由PLZT形成的介电层(20)被沉积于第一金属化物层(14)之上。第二金属化物层(22)被沉积于介电层(20)上以形成第二电极(24)。玻璃衬底(12)是有优势的，因为玻璃和用来形成电容器(10)的退火处理是相容的。
Description
政府许可权声明：
本发明由美国阿贡国家实验室(Argonne National Lab)和德尔福汽车系统有限责任公司(Delphi Automotive System,LLC)联合开发。美国政府依据美国政府和代表阿贡国家实验室的芝加哥大学阿贡有限责任公司(UChicago Argonne,LLC)之间的合约号DE-AC02－06CH11357以及美国政府能源部和德尔福汽车系统有限责任公司间的合约号DE-FC26-07NT43121对此专利享有权利。
技术领域
本公开涉及电容器，特别涉及使用锆钛酸镧铅(PLZT)作为介电层并使用玻璃作为衬底形成的电容器。
背景技术
锆钛酸镧铅(PLZT)是一种已被发现可用于作为电容器电介质的陶瓷材料，因为PLZT有介电常数并且能够用于相对高温操作，例如，高达150℃的操作。然而，PLZT需要非常光滑并且能经受650℃温度的衬底以给PLZT退火。形成PLZT电容器的先前尝试中使用了抛光镍(Ni)箔或涂覆铂(Pt)硅晶片作为电容器的衬底。然而，镍箔需要抛光并且氧化迅速，所以需要无氧工作环境。此外，需要镧镍氧化物缓冲层(LNO)以用来防止镍和PLZT材料之间的扩散。所有这些问题使镍箔成为一个复杂的且过于昂贵的衬底材料选择。涂覆铂硅晶片是刚性的，所以在此衬底上形成的电容器不能被弯曲或卷起以满足一定的包装要求。并且，像镍箔一样，涂覆铂硅晶片也是过于昂贵。
发明内容
根据一个实施例，提供了一种电容器。所述电容器包括衬底、第一金属化物、介电层、以及第二金属化物。所述衬底由玻璃形成，所述第一金属化物层被置于衬底的顶侧以形成第一电极。所述介电层由锆钛酸镧铅(PLZT)形成并被置于第一金属化物层上。所述第二金属化物层被置于介电层上以形成第二电极。
在另外一个实施例中，提供了一种形成电容器的方法。所述方法包括提供由玻璃形成的衬底的步骤。所述方法也包括通过电子束蒸发将第一电极沉积于衬底的顶端的步骤。所述方法还包括使用溶胶-凝胶处理将由锆钛酸镧铅(PLZT)形成的介电层沉积于第一电极的顶端的步骤。本方法还包括通过电子束蒸发将第二电极沉积于介电层的顶端的步骤。
在阅读了下面通过非限制性例子给出的优选实施例的具体描述并参考附图后，进一步的特征和优点将显得更加清晰。
附图说明
本发明将通过参考附图的范例来描述，其中：
图1是根据一实施例的锆钛酸镧铅(PLZT)电容器的截面图；以及
图2是根据一实施例制作图1的电容器方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了本文描述的以形成电容器10的各种层的非限制性范例。示出的诸个层的相对厚度不旨在推断形成电容器10的材料的实际层的相对厚度，而仅是以不同的厚度显示以使下文描述更加容易想象。
电容器通常在玻璃形成的衬底12上形成或建立。如本文所用的，玻璃是具有玻璃相变的非结晶固体材料，所述玻璃相变是非晶材料(或在半结晶材料内的无定形区域中)从通常被认为是坚硬的和相对易碎的状态变为熔融或橡胶状状态的可逆转换。然而，正如下面将详细描述的，制造玻璃薄层的近期发展表明了薄层可以比较柔韧。总的来说，用于衬底12的玻璃是钠钙玻璃，由约75％的二氧化硅(SiO2)加上从苏打灰(碳酸钠)制备的氧化钠(Na2O)、石灰(CaO)和潜在的几种小添加剂组成。像这样用作衬底12的基础材料可以与几个世纪以来用于窗户和酒具这样熟悉类型的玻璃材料相比。然而，用于平板显示器的玻璃的玻璃制造的相对近期发展提供了足够光滑作为衬底12的玻璃。
在一个实施例中，衬底12可以由柳树玻璃(Willow Glass)超薄片形成，所述柳树玻璃(Willow Glass)超薄片可从位于美国纽约康宁的康宁公司(Corning Inc)及其它地方获得。厚度为100微米(100μm)或更少的玻璃通常被归类为超薄玻璃。合适的超薄玻璃也可从日本电器硝子美国公司(Nippon Electric Glass America)获得。
优选地，玻璃的表面粗糙度(Ra)小于3纳米(3nm)。锆钛酸镧铅(PLZT)的典型介电层厚度是每层0.15微米，所以衬底表面的粗糙度可能是一个问题。先前在衬底而不是玻璃上制造PLZT电容器的尝试经常需要对应用PLZT的金属层进行花费昂贵的抛光。对于由镍箔来形成应用PLZT的金属层的情况下，3nm被选作上限。然而，已经发现玻璃通常更光滑。从日本获得的玻璃样本被测出0.45nm的粗糙度。因此，使用玻璃作为衬底这样做可以避免特殊的抛光操作，有特别的优势。
优选地，玻璃有相对较低的钠(Na)离子浓度，例如，小于百万分之十(10ppm)。诸如钠离子和/或钾(K)离子的低离子浓度是期望的，因为有着相对较高浓度的这些离子的出现可使衬底12变为电导性，即不是电绝缘体，并且因此如果下面描述的各个层被建在衬底12的两侧上，将变得更不可取。因此，一些被用作窗户的市售玻璃可能不适合形成衬底。虽然没有符合任何特定的理论，但如果离子污染或浓度太高，可以相信在电场和偏压存在时会发生离子的移动或迁移，这可导致不期望的电气隔离或泄漏问题。
虽然任意厚度的衬底12都可以使用，但用厚度小于100微米(100μm)的玻璃来形成衬底可能是有优势的。如果电容器10被塑形或弯曲成非扁平的一些形状，这种超薄玻璃可能是有优势的，通过非限制性示例的方式，电容器10可最初是使用卷对卷制程而制造的薄片形式，并且薄片可被卷成筒状，以使电容器10可被包装在管状型封装中，就类似于常用作铝电解式电容器的那种封装。
电容器10包括第一金属化物层14，所述第一金属化物层14通常被沉积于衬底12的顶侧16上以形成第一电极18。本文所用的，术语“顶侧”只是一个相对的术语，且也可以是“第一侧”。通过非限制性示例，第一金属化物层14可用已知的电子束蒸发处理来沉积。电容器10的原型可通过如下方式来获得：在从日本电器硝子美国公司(Nippon ElectricGlass America)获得的超薄柔性玻璃的表面使用200纳米(200nm)铂层以形成第一电极18。可替换地，第一电极18可由镍、铜、或铝形成。第一电极18的其它预期但未说明的特征包括，触点或端点，使得其它金属化物层可被互连以形成多层电容器，和/或将电容器10和其它电路电连接，这些都可被电容器制造领域内技术人员所意识到。
电容器10包括由沉积于第一金属化物层14上的锆钛酸镧铅(PLZT)所形成的介电层20。PLZT的沉积可包括使用溶胶－凝胶过程。所述溶胶－凝胶过程是已知的化学制程：其中在溶剂中的材料(“溶胶”)逐渐朝着胶状物质演化。通过非限制性实施例，PLZT溶液可被旋涂至第一金属化物层14之上，并在升高的温度下(650摄氏度)处理以制造大约0.1μm厚的PLZT薄层。通常需要多个层以满足电容器10的击穿电压要求。通过进一步的示例，电容器10的原型使用涂覆在(形成第一金属化物层14的)铂表面的五层PLZT来形成介电层20。
当制造电容器10的原型时，0.5M浓度PLZT的前体溶液由修改的2-甲氧基乙醇(2MOE)合成路线所制备，其使用了全部来自西格玛奥德里奇(Sigma-Aldrich)的适量异丙氧基钛、正丙醇锆、三水合醋酸铅和六水合硝酸镧。在下面描述的热处理过程中，所得的原液含有20％超量的铅以补偿铅损耗。
在用于涂覆之前，PLZT前体溶液被配有0.22μm开孔尺寸的瑞斯泰克聚四氟乙烯(PTFE)注射器式过滤器(可从宾夕法尼亚州Bellefonte的瑞斯泰克公司Restek Corp获得)过滤。过滤后的PLZT前体溶液由LaurellWS400旋转处理器(可从宾夕法尼亚州North Wales的劳雷尔技术公司Laurell Technologies获得)来旋涂。所述旋转处理器在涂覆有铂的日本电器硝子基板上以每分钟3000转来运行30秒，在450摄氏度下热解5分钟，随后在650摄氏度下对每次涂覆都退火5-10分钟。这些步骤被重复以建立期望厚度的PLZT薄膜。可接受的电性能在5层PLZT的样本上测量。一旦完成了所有层，附加的退火在650摄氏度下被执行15分钟。所有的热解和退火都在充满了空气的林德伯格管式炉中操作。在热解和结晶后，每一次涂覆都形成大约0.115μm厚度的PLZT薄膜。薄膜厚度由使用扫描电子显微镜(SEM)获得的横截面图像来确定。
电容器10包括沉积于介电层20之上的第二金属化物层22以形成第二电极24。所述第二金属化物层22可与第一金属化物层14是同样的材料和厚度，例如200nm厚度的铂层。第一电极18、介电层20和第二电极24合在一起形成了电容器10。可以被电容器制造领域的熟练技术人员所意识到的，附加的金属化物层可被添加以形成更多层的第一电极18和第二电极24，每一个金属化物层被附加的介电层(例如，20A和20B)所分隔开，以形成多层电容器。
将应用在顶侧16的所有层都复制到底侧26上是有优势的，因为这样做帮助平衡了衬底12的相对面的压力。相应地，电容器10可包括：第三金属化物层，被沉积在衬底的底侧以形成第三电极28；由锆钛酸镧铅(PLZT)形成的第二介电层30被沉积于第三金属化物层之上；第四金属化物层沉积于第二介电层之上以形成第四电极32。如果必要，可以添加附加的金属层和介电层。同样的，应被认识到，例如，第一电极18和第三电极28可被电连接，并且第二电极24和第四电极32可被连接。
图2示出了形成电容器10的方法200的非限制性示例。
步骤210，提供衬底，可包括提供由玻璃形成的衬底12。通过非限制性例子，衬底12可被形成为柳树玻璃(Willow Glass)的超薄片，所述柳树玻璃可从美国纽约康宁的康宁公司或其它地方获得。100微米(100um)或更小的厚度的玻璃通常被分类为超薄玻璃，所述超薄玻璃被发现相比于较厚玻璃的期望柔韧度而言更好的相对柔韧性。适当的超薄玻璃也可从日本电器硝子美国公司(Nippon Electric Glass America)获得。形成玻璃衬底是有特殊优势的，因为玻璃易在下面描述的退火过程(步骤240)中留存，并且易被制成足够光滑，因此可避免对由金属形成的电极进行抛光。
步骤220，沉积第一电极，可包括通过电子束蒸发在衬底12的顶端上沉积第一电极18。此步骤的处理参数的细节在上文被提供。
步骤230，沉积介电层，可包括通过溶胶－凝胶处理在第一电极18的顶端沉积由锆钛酸镧铅(PLZT)形成的介电层20。此步骤的处理参数细节在上文被提供。
步骤240，退火介电层，可包括在650摄氏度将介电层退火至第一电极和衬底之上。此步骤的处理参数细节在上文被提供。
步骤250，沉积第二电极，可包括通过电子束蒸发在衬底的顶端沉积第二电极24。此步骤的处理参数细节在上文被提供。
步骤260，将电容器卷为管状，可包括将电容器10卷为管状，此处，管状半径小于10毫米(10mm)。
由此，提供了电容器10以及形成电容器10的方法200。较佳的是，电容器使用超薄柔性玻璃(5-100um厚)作为衬底12，以制造高电压、高介电常数、薄片的PLZT电容器。衬底12至少在一个侧面被金属化，涂覆有PLZT作为介电材料随后在PLZT的顶端沉积金属作为顶电极。对于高电压、高介电常数、薄片的PLZT电容器的制造，超薄柔性玻璃作为载体衬底比起先前在非玻璃衬底上的PLZT电容器的示例而言是有优势的。玻璃的使用解决或避免了很多电容器加工和包装的问题，所述问题随着电容器的使用而产生。金属箔通常有粗糙的表面，需要进一步处理才能使用。然而，绝缘薄片和涂覆有金属的硅晶片通常是易碎且昂贵的。超薄玻璃被发现相对于金属箔而言更光滑，由此消除了附加抛光、清洁和去毛刺处理的需要，这些处理对于金属都是需要的。超薄玻璃通常在干净房间环境中被制造，并且其可像金属箔那样地被卷到线管上，以至超薄玻璃的线管可被利用在卷对卷式的制程中用于制造电容器。超薄玻璃方便卷对卷制程的这一柔韧性也允许玻璃上的电容器被封装为管状。因为柔性超薄玻璃和薄金属化物结合起来实际应用到一侧模拟实现了一金属薄片－金属薄片的所有优势都可被实现(即柔性、导电和薄)且不需要金属薄片所需要的附加处理步骤(例如抛光)以满足表面粗糙度的规格。更进一步，在形成在超薄玻璃上的电容器被卷成管状型封装的情况下，超薄玻璃就是现成的介电层。
尽管本发明根据优选实施例描述，但并不是意味着这样限制，而只限于所附权利要求中记载的范围。
Claims (9)
1.一种电容器(10)，包括：
衬底(12)，由玻璃形成；
第一金属化物层(14)，被沉积在所述衬底(12)的顶侧以形成第一电极(18)；
介电层(20)，由沉积于所述第一金属化物层(14)上的锆钛酸镧铅(PLZT)形成；以及
第二金属化物层(22)，被沉积于所述介电层(20)上以形成第二电极(24)。
2.如权利要求1所述的电容器(10)，其特征在于，所述玻璃包括低于百万分之十(10ppm)的钠(Na)离子浓度。
3.如权利要求1所述的电容器(10)，其特征在于，所述玻璃的厚度低于一百微米(100um)。
4.如权利要求1所述的电容器(10)，其特征在于，所述第一电极(18)由铂、镍、铜、铝中的一个形成。
5.如权利要求1所述的电容器(10)，其特征在于，所述第二电极(24)由铂、镍、铜、铝中的一个形成。
6.如权利要求1所述的电容器(10)，其特征在于，所述电容器(10)包括：
第三金属化物层，被沉积于衬底(12)的底侧以形成第三电极(28)；
第二介电层(30)，由沉积于所述第三金属化物层上的锆钛酸镧铅(PLZT)形成；以及
第四金属化物层，被沉积于所述第二介电层(30)上以形成第四电极(32)。
7.一种形成电容器(10)的方法(200)，所述方法(200)包括：
提供(210)玻璃形成的衬底(12)；
通过电子束蒸发将第一电极(18)沉积于(220)所述衬底(12)的顶端；
沉积(230)介电层(20)，所述介电层由通过溶胶－凝胶处理被沉积于所述第一电极(18)的顶端的锆钛酸镧铅(PLZT)所形成；
通过电子束蒸发将第二电极(24)沉积于(250)所述介电层(20)的顶端。
8.如权利要求7所述的方法(200)，其特征在于，所述沉积介电层(20)包括：在650摄氏度(650℃)将所述介电层(20)退火至所述第一电极(18)和所述衬底(12)之上。
9.如权利要求7所述的方法(200)，其特征在于，所述方法(200)包括：将电容器(10)卷为管状，其中，管状的半径小于10毫米(10mm)。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14/065,837 | 2013-10-29 | ||
| US14/065,837 US9230739B2 (en) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | PLZT capacitor on glass substrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104576046A true CN104576046A (zh) | 2015-04-29 |
Family
ID=51655630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410587179.5A Pending CN104576046A (zh) | 2013-10-29 | 2014-10-28 | 玻璃衬底上的plzt电容器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US9230739B2 (zh) |
| EP (1) | EP2869321A3 (zh) |
| CN (1) | CN104576046A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105965670A (zh) * | 2016-07-14 | 2016-09-28 | 吴江佳亿电子科技有限公司 | 一种圆片式高压陶瓷电容器瓷介质芯片冲压装置 |
| CN107369555A (zh) * | 2016-05-11 | 2017-11-21 | 德尔福技术有限公司 | 增加电介质常数的plzt电容器和方法 |
| US11302480B2 (en) * | 2019-07-22 | 2022-04-12 | Tdk Corporation | Ceramic electronic device with varying roughness terminal electrode |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10128046B2 (en) * | 2014-06-16 | 2018-11-13 | Uchicago Argonne, Llc | Wound/stacked ceramic film capacitors, method for making ceramic film capacitors |
| US10957807B2 (en) * | 2017-04-19 | 2021-03-23 | The Board Of Trustees Of The University Of Alabama | PLZT thin film capacitors apparatus with enhanced photocurrent and power conversion efficiency and method thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4135224A (en) * | 1975-10-02 | 1979-01-16 | Sprague Electric Company | Ceramic capacitor having a bismuth-containing silver-doped dielectric of (Pb,La) (Zr,Ti)O3 |
| US6088216A (en) * | 1995-04-28 | 2000-07-11 | International Business Machines Corporation | Lead silicate based capacitor structures |
| CN102318020A (zh) * | 2009-02-10 | 2012-01-11 | 肖特公开股份有限公司 | 电容器以及制造这种电容器的方法 |
| CN102449713A (zh) * | 2009-07-23 | 2012-05-09 | 日本电气硝子株式会社 | 电容器用玻璃膜 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2449952A (en) | 1942-12-26 | 1948-09-21 | Magnavox Co | Method of manufacturing condensers |
| US3615757A (en) | 1968-05-31 | 1971-10-26 | Corning Glass Works | High dielectric constant niobate-titanate glass-ceramic articles |
| US7122874B2 (en) | 2004-04-12 | 2006-10-17 | Optopac, Inc. | Electronic package having a sealing structure on predetermined area, and the method thereof |
| KR100498708B1 (ko) | 2004-11-08 | 2005-07-01 | 옵토팩 주식회사 | 반도체 소자용 전자패키지 및 그 패키징 방법 |
| US7118940B1 (en) | 2005-08-05 | 2006-10-10 | Delphi Technologies, Inc. | Method of fabricating an electronic package having underfill standoff |
| KR100915134B1 (ko) | 2008-12-10 | 2009-09-03 | 옵토팩 주식회사 | 이미지 센서 카메라 모듈 및 그 제조 방법 |
| US8542475B2 (en) | 2009-10-09 | 2013-09-24 | The Penn State Research Foundation | Self healing high energy glass capacitors |
| WO2012096658A1 (en) | 2011-01-12 | 2012-07-19 | Sturzebecher Richard J | Capacitor forming method |
| US8647737B2 (en) * | 2011-09-30 | 2014-02-11 | Uchicago Argonne, Llc | Method for fabrication of crack-free ceramic dielectric films |
| US9646766B2 (en) * | 2012-06-14 | 2017-05-09 | Uchicago Argonne, Llc | Method of making dielectric capacitors with increased dielectric breakdown strength |
-
2013
- 2013-10-29 US US14/065,837 patent/US9230739B2/en active Active
-
2014
- 2014-10-03 EP EP14187617.7A patent/EP2869321A3/en not_active Withdrawn
- 2014-10-28 CN CN201410587179.5A patent/CN104576046A/zh active Pending
-
2015
- 2015-10-02 US US14/873,532 patent/US9299496B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4135224A (en) * | 1975-10-02 | 1979-01-16 | Sprague Electric Company | Ceramic capacitor having a bismuth-containing silver-doped dielectric of (Pb,La) (Zr,Ti)O3 |
| US6088216A (en) * | 1995-04-28 | 2000-07-11 | International Business Machines Corporation | Lead silicate based capacitor structures |
| CN102318020A (zh) * | 2009-02-10 | 2012-01-11 | 肖特公开股份有限公司 | 电容器以及制造这种电容器的方法 |
| CN102449713A (zh) * | 2009-07-23 | 2012-05-09 | 日本电气硝子株式会社 | 电容器用玻璃膜 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107369555A (zh) * | 2016-05-11 | 2017-11-21 | 德尔福技术有限公司 | 增加电介质常数的plzt电容器和方法 |
| CN107369555B (zh) * | 2016-05-11 | 2020-05-08 | 德尔福技术有限公司 | 增加电介质常数的plzt电容器和方法 |
| CN105965670A (zh) * | 2016-07-14 | 2016-09-28 | 吴江佳亿电子科技有限公司 | 一种圆片式高压陶瓷电容器瓷介质芯片冲压装置 |
| US11302480B2 (en) * | 2019-07-22 | 2022-04-12 | Tdk Corporation | Ceramic electronic device with varying roughness terminal electrode |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2869321A2 (en) | 2015-05-06 |
| US9230739B2 (en) | 2016-01-05 |
| US9299496B2 (en) | 2016-03-29 |
| US20150116894A1 (en) | 2015-04-30 |
| US20160027580A1 (en) | 2016-01-28 |
| EP2869321A3 (en) | 2015-08-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104576046A (zh) | 玻璃衬底上的plzt电容器 | |
| KR20110010093A (ko) | 유전체 막과 유전체 소자 및 그 제조 방법 | |
| JP5885150B2 (ja) | 高誘電性ナノシート積層体、高誘電性ナノシート積層体、高誘電体素子、および高誘電体薄膜素子の製造方法 | |
| JPWO2008078652A1 (ja) | 誘電体素子とその製造方法 | |
| CN101981636B (zh) | 电容器及其制造方法 | |
| RU2498461C2 (ru) | Активное полевое полупроводниковое электронное или оптоэлектронное устройство с энергонезависимой памятью и способ изготовления такого устройства | |
| JP5099710B2 (ja) | コンデンサ及びその製造方法 | |
| KR20130061176A (ko) | 초격자 구조를 갖는 강유전체 박막과 그 제조방법, 및 강유전체 소자와 그 제조방법 | |
| KR100951946B1 (ko) | 투명하고 플렉서블한 탄소나노튜브 박막 트랜지스터 및이의 제조방법 | |
| CN106663750A (zh) | 包含片状不连续元件的蓄电系统、片状不连续元件及其制造方法和应用 | |
| CN113889476A (zh) | 一种1t1c柔性铁电存储器及其制备方法 | |
| Kim et al. | Effect of growth temperature during the atomic layer deposition of the SrTiO3 seed layer on the properties of RuO2/SrTiO3/Ru capacitors for dynamic random access memory applications | |
| CN107731850A (zh) | 一种高导电性的三维存储器及其形成方法 | |
| Khan et al. | High-temperature dielectric responses in all-nanosheet capacitors | |
| US3149398A (en) | Silicon dioxide solid capacitor | |
| CN109273169B (zh) | 一种镓基透明导电薄膜及其制备方法、电子器件 | |
| Pu et al. | Effect of content ratio on solution-processed high-k titanium-aluminum oxide dielectric films | |
| Pan et al. | Structural and sensing properties of high-k Lu2O3 electrolyte-insulator-semiconductor pH sensors | |
| KR20160080722A (ko) | 고유연성 배리어 섬유기판 및 그의 제조방법 | |
| Roy et al. | Investigation of morphological and electrical properties of RTA-processed TiO 2 for memristor application | |
| US3179576A (en) | Process for fabricating a capacitor | |
| KR101875333B1 (ko) | Ptc 세라믹 서미스터 및 이의 제조방법 | |
| KR102558060B1 (ko) | 나이오베이트 유전체를 포함하는 나노시트 및 이를 포함하는 유전체 박막 | |
| CN100517608C (zh) | 非晶电介质薄膜及其制造方法 | |
| Whittam | Synthesis and electrical properties of thin film transition metal oxides |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150429 |