WO2022015201A1 - Островковый тонкоплёночный конденсатор - Google Patents
Островковый тонкоплёночный конденсатор Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022015201A1 WO2022015201A1 PCT/RU2021/050075 RU2021050075W WO2022015201A1 WO 2022015201 A1 WO2022015201 A1 WO 2022015201A1 RU 2021050075 W RU2021050075 W RU 2021050075W WO 2022015201 A1 WO2022015201 A1 WO 2022015201A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- islands
- thin
- film capacitor
- layer
- capacitor
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 18
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 4
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000004831 Hot glue Substances 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 150000002290 germanium Chemical class 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 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
- H01G4/33—Thin- or thick-film capacitors
Definitions
- the utility model relates to the field of micro- and nanoelectronics, in particular to a thin-film capacitor.
- the document [1] describes the effect of "dimensional quantization” of the energy levels of an electron located inside the islands. Electrons inside nanoscale islands of so-called “quantum dots” behave in the same way as inside a three-dimensional potential well. Depending on the distance between "quantum dots” (islands), different mechanisms of electrical conductivity prevail. At relatively large distances (about 10 nm) - there is a thermionic mechanism of electrical conductivity, and at small distances (about 2.5 nm) - the tunneling effect of carrier transfer.
- Document [2] describes the influence of the described “quantum size” effects of “size quantization” on increasing the charge storage time with a simultaneous increase in the speed of writing/reading information. This effect is achieved by blocking the lateral charge transfer inside the floating gate, which reduces leakage through local defects in the dielectric, since charge carriers (electrons/holes) are localized on states in quantum dots.
- An analogue of the utility model is a thin-film capacitor containing a layer in the form of islands of titanium oxide, by sputtering a layer of silicon oxide on the surface (patent US 5635420, H01L 21/70, published 03.06.1997).
- the disadvantage of this device is the surface of the layer in the form of islands, which has a rather chaotic grain-like structure and therefore the layer in the form of islands in this device is “walled” in the remaining functional layers.
- This disadvantage does not allow to achieve the effect of "dimensional quantization” and the tunneling effect of carrier transfer in a thin-film capacitor, and, therefore, to achieve an improvement in such characteristics as capacitance and at the same time increase the speed and reduce the power consumption of a thin-film capacitor.
- the technical result of the claimed utility model is to obtain such a three-dimensional structure of a layer of a thin-film capacitor, under which the conditions of "dimensional quantization" and the tunnel effect in the electronic structure of the capacitor will be provided and, therefore, the speed will be increased (due to the high speed of tunneling conduction) and charge losses will be reduced ( at the expense finding electrons inside the island is similar to their being in a potential well), as well as reduced energy consumption.
- an island thin-film capacitor consisting of upper and lower plates and a dielectric layer, contains an additional conductive layer having a three-dimensional structure in the form of a plurality of islands, the height of the islands being about 25 nm and the distance between any two neighboring islands is from 2.25 to 2.75 nm.
- the additional conductive layer is made of one of the following materials: zinc, aluminium, silver, gold, platinum, palladium.
- the dielectric layer is made of silicon dioxide, with a layer thickness of about 100 nm. It is also preferred that the diameter of the islands is between 180 and 220 nm.
- Fig.1-structure of an additional conductive layer having a three-dimensional structure in the form of many islands
- Fig.2-design of a thin-film capacitor in the form of a finished product Fig. 3-layer structure of the construction of a thin-film capacitor with an additional conductive layer.
- a thin film capacitor has a three-layer base: a bottom plate, a dielectric layer and a top plate.
- the plates are a foil on which islands are deposited, for example, by vacuum deposition.
- low-melting materials with low migration mobility of atoms and good electrical conductivity are used: zinc, aluminum, silver, gold, platinum, palladium. Electrical leads are soldered to the plates.
- Silicon dioxide is used as a dielectric, since it has a relatively large specific capacitance, low temperature coefficient of capacitance and high electrical strength.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области микро- и нано- электронике, 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, причем высота 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
Островковый тонкоплёночный конденсатор
Область техники
Полезная модель относится к области микро- и нано- электроники, 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, термо клеем, 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. Per. 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 слой выполнен из одного из следующих материалов: цинк, алюминий, серебро, золото, платина, палладий.
3 . Островковый тонкоплёночный конденсатор по любому из п.п.1-2, отличающийся тем, что диэлектрический слой выполнен из диоксида кремния, с толщиной слоя около 100 н .
4. Островковый тонкоплёночный конденсатор по п.1, отличающийся тем, что диаметр островков составляет от 180 до 220 нм.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020123399 | 2020-07-15 | ||
| RU2020123399 | 2020-07-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2022015201A1 true WO2022015201A1 (ru) | 2022-01-20 |
Family
ID=79555752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2021/050075 WO2022015201A1 (ru) | 2020-07-15 | 2021-03-18 | Островковый тонкоплёночный конденсатор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2022015201A1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5122923A (en) * | 1989-08-30 | 1992-06-16 | Nec Corporation | Thin-film capacitors and process for manufacturing the same |
| US5635420A (en) * | 1994-06-29 | 1997-06-03 | Texas Instruments Incorporated | Method of making a semiconductor device having a capacitive layer |
| EP0835517A1 (en) * | 1995-06-19 | 1998-04-15 | Intag International Limited | Fabrication of capacitors |
| KR20000042395A (ko) * | 1998-12-24 | 2000-07-15 | 김영환 | 상부전극의 축소를 방지할 수 있는 캐패시터 제조 방법 |
| KR20020043911A (ko) * | 2000-12-04 | 2002-06-12 | 박종섭 | 캐패시터의 제조 방법 |
| RU2343587C2 (ru) * | 2006-12-07 | 2009-01-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ) | Запоминающее устройство с диэлектрическим слоем на основе пленок диэлектриков и способ его получения |
-
2021
- 2021-03-18 WO PCT/RU2021/050075 patent/WO2022015201A1/ru active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5122923A (en) * | 1989-08-30 | 1992-06-16 | Nec Corporation | Thin-film capacitors and process for manufacturing the same |
| US5635420A (en) * | 1994-06-29 | 1997-06-03 | Texas Instruments Incorporated | Method of making a semiconductor device having a capacitive layer |
| EP0835517A1 (en) * | 1995-06-19 | 1998-04-15 | Intag International Limited | Fabrication of capacitors |
| KR20000042395A (ko) * | 1998-12-24 | 2000-07-15 | 김영환 | 상부전극의 축소를 방지할 수 있는 캐패시터 제조 방법 |
| KR20020043911A (ko) * | 2000-12-04 | 2002-06-12 | 박종섭 | 캐패시터의 제조 방법 |
| RU2343587C2 (ru) * | 2006-12-07 | 2009-01-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ) | Запоминающее устройство с диэлектрическим слоем на основе пленок диэлектриков и способ его получения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101771022B (zh) | 采用石墨烯的电路结构及其制造方法 | |
| CN107017285A (zh) | 场效应晶体管以及包括该场效应晶体管的半导体器件 | |
| JP2005521245A5 (ru) | ||
| KR20110105874A (ko) | 전계-효과 트랜지스터의 성능 향상 방법과 그에 의해 제조된 전계-효과 트랜지스터 | |
| CN111490045B (zh) | 一种基于二维材料的半浮栅存储器及其制备方法 | |
| CN111540745A (zh) | 一种低功耗二维材料半浮栅存储器及其制备方法 | |
| WO2022015201A1 (ru) | Островковый тонкоплёночный конденсатор | |
| RU200183U1 (ru) | Островковый тонкоплёночный конденсатор | |
| CN101393966A (zh) | 一种双介质层有机场效应晶体管及其制作方法 | |
| JP2671899B2 (ja) | 半導体記憶装置 | |
| JP2524002B2 (ja) | 垂直構造を有するバイポ―ラ形ダイナミックｒａｍを製造する方法およびそのダイナミックｒａｍの構造 | |
| EA045150B1 (ru) | Островковый тонкоплёночный конденсатор | |
| CN108376711B (zh) | 制备具有顶栅结构和聚合物电解质介质层的二维半导体晶体管的方法 | |
| CN114551599A (zh) | 逻辑和存储功能可重构的铁电晶体管器件及其制备方法 | |
| CN115360233A (zh) | 一种无电容动态随机存储器及其制备方法 | |
| JPS6195563A (ja) | 半導体記憶装置 | |
| JPS62155557A (ja) | 半導体記憶装置 | |
| CN114203787A (zh) | 一种显示面板及其制备方法 | |
| CN207038531U (zh) | 一种垂直沟道结构双电层薄膜晶体管 | |
| CN220172135U (zh) | 过渡金属硫化物垂直场效应晶体管 | |
| CN117042450A (zh) | 一种高密度动态随机存储器垂直单元及其制备方法 | |
| CN108767014A (zh) | 场效应晶体管、存储记忆体及其应用 | |
| JPS63226955A (ja) | 容量素子の製造方法 | |
| CN214625089U (zh) | 一种基于过渡金属硫族化合物堆垛式忆阻器 | |
| CN116190436B (zh) | 一种二维同质结型逻辑反相器及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21842950 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 26/06/2023) |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21842950 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |