RU200183U1

RU200183U1 - Островковый тонкоплёночный конденсатор

Info

Publication number: RU200183U1
Application number: RU2020123399U
Authority: RU
Inventors: Овсеп Гагикович Андреасян; Светлана Владимировна Сидорова
Original assignee: Овсеп Гагикович Андреасян
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2020-10-08

Abstract

Полезная модель относится к области микро- и наноэлектроники, в частности к тонкоплёночному конденсатору. Островковый тонкоплёночный конденсатор состоит из верхней и нижней обкладок и диэлектрического слоя и содержит дополнительный проводящий слой, имеющий трёхмерную структуру в виде множества островков,причемвысота островков составляет около 25 нм, расстояние между любыми двумя соседними островками составляет от 2,25 до 2,75 нм, диаметр островков составляет от 180 до 220 нм.

Description

Область техники

Полезная модель относится к области микро- и наноэлектроники, в частности к тонкоплёночному конденсатору.

Уровень техники

Основной причиной развития направления создания наноэлектронных устройств является потребность рынка в устройствах с низким энергопотреблением, высокой скоростью работы и быстротой коммутации между собой.

В документе [1] описан эффект «размерного квантования» энергетических уровней электрона, находящегося внутри островков. Электроны внутри наноразмерных островков так называемых «квантовых точек» ведут себя так же, как внутри трехмерной потенциальной ямы. В зависимости от расстояния между «квантовыми точками» (островками) преобладают различные механизмы электропроводимости. При сравнительно больших расстояниях (около 10 нм) – возникает термоэлектронный механизм электропроводимости, а при малых расстояниях (около 2,5 нм) – туннельный эффект переноса носителей.

В документе [2] описано влияние описанных «квантово-размерных» эффектов «размерного квантования» на увеличение времени хранения заряда с одновременным увеличением скорости записи/чтения информации. Этот эффект достигается за счет блокировки латерального переноса заряда внутри плавающего затвора, что уменьшает утечки через локальные дефекты в диэлектрике, т.к. носители заряда (электроны/дырки) локализованы на состояниях в квантовых точках.

Аналогом полезной модели является тонкоплёночный конденсатор, содержащий, слой в виде островков из окиси титана, путем напыления на поверхности слоя оксида кремния (патент US 5635420, H01L 21/70, опубликован 03.06.1997).

Недостатком этого устройства является поверхность слоя в виде островков, которая имеет достаточно хаотичную зернообразную структуру и поэтому слой в виде островков в этом устройстве оказывается "замурованным" в остальные функциональные слои. Указанный недостаток не позволяет достичь в тонкоплёночном конденсаторе эффекта «размерного квантования» и туннельного эффекта переноса носителей, и, следовательно, достичь улучшения таких характеристик как ёмкость и одновременно с этим повышая быстродействие и снижая энергопотребление тонкоплёночного конденсатора.

Сущность полезной модели

Техническим результатом заявленной полезной модели является получение такой трёхмерной структуры слоя тонкоплёночного конденсатора, при котором будут обеспечены условия «размерного квантования» и туннельного эффекта в электронной структуре конденсатора и, следовательно, будет увеличено быстродействие (за счёт высокой скорости туннельной проводимости) и уменьшены потери заряда (за счёт нахождения электронов внутри островка аналогично их нахождению в потенциальной яме), а также снижено энергопотребление.

Технический результат достигается тем, что согласно предлагаемой полезной модели, островковый тонкоплёночный конденсатор, состоящий из верхней и нижней обкладок и диэлектрического слоя, содержит дополнительный проводящий слой, имеющий трёхмерную структуру в виде множества островков, причем высота островков составляет около 25 нм и расстояние между любыми двумя соседними островками составляет от 2,25 до 2,75 нм. Предпочтительно, чтобы дополнительный проводящий слой был выполнен из одного из следующих материалов: цинк, алюминий, серебро, золото, платина, палладий. Также предпочтительно, чтобы диэлектрический слой был выполнен из диоксида кремния, с толщиной слоя около 100 нм. Также предпочтительно, чтобы диаметр островков составлял от 180 до 220 нм.

Перечень чертежей

Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами, где схематично изображены:

Фиг.1 – структура дополнительного проводящего слоя, имеющего трёхмерную структуру в виде множества островков;

Фиг.2 ˗˗ конструкция тонкоплёночного конденсатора в виде готового изделия;

Фиг.3 – послойная структура конструкции тонкоплёночного конденсатора с дополнительным проводящим слоем.

Позиции на фигурах:

1 – диэлектрический слой;

2 – верхняя и нижняя обкладки;

3 – дополнительный островковый слой;

4 – корпус;

5 – контакты конденсатора.

Осуществление полезной модели

Устройство может быть осуществлено следующим образом. Как показано на фигуре 1, тонкоплёночный конденсатор имеет трёхслойную основу: нижняя обкладка, слой диэлектрика и верхняя обкладка. Обкладки представляют из себя фольгу, на которую наносятся островки, например, методом вакуумного напыления. В качестве материала обкладок используют легкоплавкие материалы с малой миграционной подвижностью атомов, имеющие хорошую электропроводность: цинк, алюминий, серебро, золото, платина, палладий. К обкладкам припаиваются электрические выводы. В качестве диэлектрика используют диоксид кремния, так как он обладает сравнительно большой удельной ёмкостью, низким температурным коэффициентом ёмкости и высокой электрической прочностью.

Вся конструкция тонкоплёночного конденсатора покрывается изолирующей твердеющей субстанцией, например, термоклеем, образуя тем самым корпус готового изделия.

Эксперименты показали, что указанные в формуле изобретения высота островков и расстояние между островками является оптимальной с точки зрения достижения эффекта «размерного квантования» и туннельного эффекта переноса носителей. Таким образом эти параметры являются существенными для достижения заявленного технического результата.

[1] Сидорова С. В., Юрченко П. И. Формирование островковых наноструктур в вакууме // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. Рег. No ФС77-48211. 2011. No 10.

[2] Алямкин С. А. Исследование процессов перезарядки МДП-элемента памяти с квантовыми точками германия в качестве плавающего затвора // 3-Физика полупроводников и диэлектриков. – С. 175.

Claims

1. Островковый тонкоплёночный конденсатор, состоящий из верхней и нижней обкладок и диэлектрического слоя, отличающийся тем, что содержит дополнительный проводящий слой, имеющий трёхмерную структуру в виде множества островков, причём высота островков составляет около 25 нм и расстояние между любыми двумя соседними островками составляет от 2,25 до 2,75 нм.

2. Островковый тонкоплёночный конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный проводящий слой выполнен из одного из следующих материалов: цинк, алюминий, серебро, золото, платина, палладий.

3. Островковый тонкоплёночный конденсатор по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что диэлектрический слой выполнен из диоксида кремния, с толщиной слоя около 100 нм.

4. Островковый тонкоплёночный конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что диаметр островков составляет от 180 до 220 нм.