WO2024070465A1 - コンデンサ - Google Patents
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Abstract
コンデンサは、陽極と、積層膜と、陰極とを、この順に積層するように備える。積層膜は、少なくとも二つの絶縁体層と、少なくとも一つの半導体層とを備え、かつ絶縁体層と半導体層とは交互に積層する。絶縁体層は、陽極と接する第一の絶縁体層と、陰極と接する第二の絶縁体層と、を含む。第二の絶縁体層の厚みが、第一の絶縁体層の厚みよりも薄い。
Description
本開示は、コンデンサに関し、より詳しくは、二つの電極と、その二つの電極の間に絶縁体を有するコンデンサに関する。
非特許文献１には、二つの電極と、その二つの電極の間に、ＨｆＯ２からなる層と、ＺｎＯからなる層とが交互に積層した積層膜を有する積層構造が開示されている。
Ｑｉａｎｎａｎ Ｚｈａｎｇ 他「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＺｎＯ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ Ｍａｘｗｅｌｌ－Ｗａｇｎｅｒ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｉｎ ＨｆＯ２／ＺｎＯ ｎａｎｏｌａｍｉｎａｔｅｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｄ：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ. ４７ ５０５３０２（２０１４）
本開示の一態様に係るコンデンサは、陽極と、積層膜と、陰極とを、この順に積層するように備える。前記積層膜は、少なくとも二つの絶縁体層と、少なくとも一つの半導体層とを備え、かつ前記絶縁体層と前記半導体層とは交互に積層する。前記絶縁体層は、前記陽極と接する第一の絶縁体層と、前記陰極と接する第二の絶縁体層と、を含む。前記第二の絶縁体層の厚みが、前記第一の絶縁体層の厚みよりも薄い。
本開示によれば、絶縁体層と半導体層とが積層した積層膜を備えるコンデンサに関し、周波数変化に伴う静電容量の変化が抑制されうるコンデンサを提供することができる。
本開示の課題は、絶縁体層と半導体層とが積層した積層膜を備えるコンデンサに関し、周波数変化に伴う静電容量の変化が抑制されうるコンデンサを提供することである。
（１）実施形態１
（１．１）概要
本開示のコンデンサ１に至った経緯について説明する。
（１．１）概要
本開示のコンデンサ１に至った経緯について説明する。
非特許文献１には、二つの電極と、その二つの電極の間に、ＨｆＯ２からなる絶縁体層と、ＺｎＯからなる半導体層とが交互に積層した積層膜を有する積層構造が開示されている。この積層構造は、積層膜における絶縁体層と半導体層との合計の積層数が増加することによって、静電容量が高められるものである。しかし、上記の積層構造は、周波数変化に伴い静電容量が変化しやすい問題がある。
そこで、発明者は、絶縁体層と半導体層とが積層した積層膜を備える積層構造に関し、周波数変化に伴う静電容量の変化が抑制されうるようにするべく、鋭意研究を行った結果、本開示の発明に至った。
実施形態及び変形例について、図１Ａから図１１を参照して説明する。なお、下記の実施形態及び変形例は、本開示の様々な実施形態の一部に過ぎない。また、下記の実施形態及び変形例は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、変形例の構成を適宜組み合わせることも可能である。
以下において参照する図は、いずれも模式的な図であり、図中の構成要素の寸法比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
まず、コンデンサ１の概要について、図１Ａ及び図１Ｂを参照しながら説明する。コンデンサ１は、図１Ａに示すように、電極として、陽極３と、陰極４とを備え、陽極３と、陰極４との間に積層膜２を備える。すなわち、コンデンサ１は、陽極３と、積層膜２と、陰極４とを、この順に積層するように備える。
積層膜２は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、少なくとも二つの絶縁体層２１と、少なくとも一つの半導体層２２とを備え、かつ絶縁体層２１と半導体層２２とは交互に積層する。言い換えれば、積層膜２において、半導体層２２は、二つの絶縁体層２１、２１の間に位置することとなり、積層膜２の最外に位置する層は、いずれも絶縁体層２１となる。陽極３及び陰極４は、それぞれ異なる絶縁体層２１と接しており、本開示では、陽極３と接する絶縁体層２１を、第一の絶縁体層２１１とし、陰極４と接する絶縁体層２１を、第二の絶縁体層２１２としている。つまり、絶縁体層２１は、陽極３と接する第一の絶縁体層２１１と、陰極４と接する第二の絶縁体層２１２とを含む。コンデンサ１は、上記のような積層膜２を備えているため、高い静電容量が確保されうる。
積層膜２の最外に位置する第一の絶縁体層２１１及び第二の絶縁体層２１２に関し、第二の絶縁体層２１２の厚みが、第一の絶縁体層２１１の厚みよりも薄い。これにより、周波数変化に伴う静電容量の変化が抑制されうる。特に、コンデンサ１は、交流電圧が印加された時の静電容量が、周波数変化に伴い変化しにくい傾向がある。このため、コンデンサ１が、直流電源に接続されて、回路内に設置された場合、その直流電源から生じる交流成分（電圧ノイズ）が除去され、これにより、電源から供給される電圧が安定化しうる。言い換えれば、コンデンサ１は、電圧ノイズを除去するために回路に設置されるバイパスコンデンサとして好適に使用される。なお、コンデンサ１の用途は、バイパスコンデンサのみに限定されない。コンデンサ１は、種々の用途に適用されうる。
（１．２）詳細
コンデンサ１の詳細について説明する。
コンデンサ１の詳細について説明する。
（陽極・陰極）
コンデンサ１は、上記の通り、電極として、陽極３と、陰極４とを備える。つまり、コンデンサ１が回路内に設置される場合、コンデンサ１の陽極３が、電源の正極と電気的に接続され、陰極４は、電源の負極又はグランド（例えば、接地）と電気的に接続されるようにして使用される。本実施形態では、コンデンサ１の有する二つの電極のうち、いずれが陽極３であり、いずれが陰極４であるかが判別できるように区別されている。陽極３と陰極４とを区別する方法に特に制限はない。例えば、コンデンサ１に陽極３と陰極４との区別を表示するマーキングを施すこと、陽極３の形状と、陰極４の形状とを相違させること、又はコンデンサ１における陽極３と陰極４との位置関係を規定することなどで、陽極３と陰極４とが区別される。
コンデンサ１は、上記の通り、電極として、陽極３と、陰極４とを備える。つまり、コンデンサ１が回路内に設置される場合、コンデンサ１の陽極３が、電源の正極と電気的に接続され、陰極４は、電源の負極又はグランド（例えば、接地）と電気的に接続されるようにして使用される。本実施形態では、コンデンサ１の有する二つの電極のうち、いずれが陽極３であり、いずれが陰極４であるかが判別できるように区別されている。陽極３と陰極４とを区別する方法に特に制限はない。例えば、コンデンサ１に陽極３と陰極４との区別を表示するマーキングを施すこと、陽極３の形状と、陰極４の形状とを相違させること、又はコンデンサ１における陽極３と陰極４との位置関係を規定することなどで、陽極３と陰極４とが区別される。
上記の通り、絶縁体層２１は、陽極３と接する第一の絶縁体層２１１と、陰極４と接する第二の絶縁体層２１２とを含み、第二の絶縁体層２１２の厚みは、第一の絶縁体層２１１の厚みよりも薄い。言い換えれば、積層膜２の最外に位置する二つの絶縁体層２１、２１のうち、より厚みの薄い絶縁体層２１と接する電極を陰極４とすることができ、その反対側に位置する、より厚みの厚い絶縁体層２１と接する電極を陽極３とすることができる。
陽極３及び陰極４のうち少なくとも一方は、例えば、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）及び金（Ａｕ）等よりなる群から選択される少なくとも１種を含む。そして、陽極３及び陰極４のうち少なくとも一方は、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｌのうち少なくとも１種を含むことが好ましい。この場合、コンデンサ１の静電容量が高まりうる。
コンデンサ１において、陽極３の厚みは、例えば、０．０１μｍ以上１ｍｍ以下であり、陰極４の厚みは、例えば、０．０１μｍ以上１ｍｍ以下である。
陽極３と陰極４の各々は、例えば、電子ビーム蒸着法により作製されうる。この場合、陽極３と陰極４の各々の厚みが調整されやすくなる。また、陽極３と陰極４の各々は、例えば金属箔であってもよい。また、金属箔は、その表面が粗面化されていてもよい。これにより、金属箔の表面積を増やすことができ、金属箔と接する積層膜２の面積も増やすことができる。粗面化する方法は、特に限定されず、例えば、エッチング法を採用することができる。更に、陽極３と陰極４の各々は、多孔質体であってもよい。言い換えれば、陽極３と陰極４の各々が含む金属は、例えば多孔質金属であってもよい。この場合、コンデンサ１の静電容量が高まりうる。
陰極４は、例えば、導電性高分子を含んでいてもよい。また、導電性高分子は、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン及びこれらの誘導体等よりなる群から選択される少なくとも一種の成分を含む。
（積層膜）
コンデンサ１は、上記の通り、積層膜２を備える。積層膜２は、少なくとも二つの絶縁体層２１と、少なくとも一つの半導体層２２とを備え、かつ絶縁体層２１と、半導体層２２とが交互に積層する。また、上記の通り、積層膜２の最外に位置する二つの層はいずれも絶縁体層２１、２１である。すなわち、一つの絶縁体層２１に一つの半導体層２２が重ねられ、この半導体層２２に一つの絶縁体層２１が重ねられ、或いは更に半導体層２２と絶縁体層２１とが交互に重ねられ、最後に絶縁体層２１が最も外側に重ねられている。したがって、積層膜２において、半導体層２２の層数は、絶縁体層２１の層数よりも一つ少なくなる。
コンデンサ１は、上記の通り、積層膜２を備える。積層膜２は、少なくとも二つの絶縁体層２１と、少なくとも一つの半導体層２２とを備え、かつ絶縁体層２１と、半導体層２２とが交互に積層する。また、上記の通り、積層膜２の最外に位置する二つの層はいずれも絶縁体層２１、２１である。すなわち、一つの絶縁体層２１に一つの半導体層２２が重ねられ、この半導体層２２に一つの絶縁体層２１が重ねられ、或いは更に半導体層２２と絶縁体層２１とが交互に重ねられ、最後に絶縁体層２１が最も外側に重ねられている。したがって、積層膜２において、半導体層２２の層数は、絶縁体層２１の層数よりも一つ少なくなる。
積層膜２が備える絶縁体層２１と半導体層２２との合計の積層数は、３以上９以下であることが好ましい。この場合、周波数変化に伴う静電容量の変化がより抑制されうる。また、積層膜２における絶縁体層２１と半導体層２２との合計の積層数は３であることが特に好ましい。言い換えれば、絶縁体層２１が、第一の絶縁体層２１１及び第二の絶縁体層２１２のみを含むことが特に好ましい。この場合、周波数変化に伴う静電容量の変化がより抑制されうるコンデンサ１が、効率良く生産されうる。なお、積層膜２が備える絶縁体層２１と半導体層２２との合計の積層数が３である場合、絶縁体層２１の数は２であり、半導体層２２の数は１である。
＜絶縁体層＞
積層膜２は、上記の通り、絶縁体層２１を備える。
積層膜２は、上記の通り、絶縁体層２１を備える。
絶縁体層２１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）及びハフニウム（Ｈｆ）等よりなる群から選択される少なくとも一種の金属の化合物を含む。より詳細には、絶縁体層２１は、例えば、上記の金属の酸化物であるＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５及びＨｆＯ２等よりなる群から選択される少なくとも一種を含む。この場合、コンデンサ１の静電容量が高まりうる。また、絶縁体層２１のうち少なくとも一つが、Ａｌ２Ｏ３を含むことが特に好ましい。この場合、コンデンサ１の静電容量が特に高まりうる。なお、一つの絶縁体層２１に含まれる金属の化合物は、１種類のみであってもよく、２種類以上であってもよい。
また、陽極３となりうる金属を陽極酸化法により金属の表面を酸化することによって、酸化被膜を有する金属を作製し、その酸化被膜部分を第一の絶縁体層２１１としてもよい。また、このとき酸化されていない部分を陽極３とすることができる。なお、陽極酸化法で得られた酸化被膜を有する金属は、陰極４に用いられてもよい。この場合、酸化被膜を有する金属の酸化被膜部分を第二の絶縁体層２１２とすることができ、酸化されていない部分を陰極４とすることができる。
第一の絶縁体層２１１の厚みと第二の絶縁体層２１２の厚みとの差に関し、第二の絶縁体層２１２の厚みは、第一の絶縁体層２１１の厚みの９０％以下の厚みとすることが好ましい。この場合、コンデンサ１に関し、周波数変化に伴う静電容量の変化が抑制されながら、かつ静電容量が高まりうる。更に詳しく説明すると、１ＭＨｚにおけるコンデンサ１の静電容量は、第二の絶縁体層２１２の膜厚が薄くなるほど、高まる傾向があり、１ＭＨｚにおけるコンデンサ１の静電容量を５％以上向上させるためには、第二の絶縁体層２１２の厚みは、第一の絶縁体層２１１の厚みの９０％以下の厚みとすることが好ましい。この場合、コンデンサ１に関し、周波数変化に伴う静電容量の変化が抑制されながら、かつ静電容量が高まりうる。
第二の絶縁体層２１２の厚みは、例えば２．５ｎｍ以上１８．０ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、コンデンサ１に関し、耐圧特性の劣化が抑制されながら、かつ周波数変化に伴う静電容量の変化が抑制されうる。上記の通り、第二の絶縁体層２１２の厚みが２．５ｎｍ以上である場合、コンデンサ１の耐圧特性の劣化が抑制されうる、言い換えれば、コンデンサ１の電流電圧特性が良好に維持されうる。これにより、コンデンサ１が、バイパスコンデンサ等に適用されやすくなる。また、コンデンサ１の電流電圧特性は、半導体パラメータアナライザ８（品名：半導体パラメータアナライザ４１５５Ｃ、販売元：キーサイト・テクノロジー社）を使用することで確認することができる。より具体的には、コンデンサ１と、半導体パラメータアナライザ８とを含む評価回路１０（図６Ｃ参照）を作製し、コンデンサ１に、掃引電圧ステップ幅５０ｍＶで、掃引電圧を０Ｖから絶縁破壊が生じる電圧（絶縁破壊電圧）まで、陽極３と陰極４との間に電圧を印加することによって得られる電圧と、電流密度との関係から、コンデンサ１の電流電圧特性を確認することができる。
本開示では、陽極３の電位が陰極４の電位よりも高くなるように陽極３と陰極４との間に電圧を印加すること（順バイアス）によって得られた電圧と、電流密度との関係からコンデンサ１の電流電圧特性を確認することができ、また、陽極３の電位が陰極４の電位よりも低くなるように陽極３と陰極４との間に電圧を印加すること（逆バイアス）によって得られた電圧と、電流密度との関係からコンデンサ１の電流電圧特性を確認することができる。
また、「電流電圧特性が維持される」とは、コンデンサ１に関し、陽極３に印加する電圧の絶対値を少しずつ大きくしていった場合において、陽極３の電位と陰極４の電位との差が大きくなるに伴い、電流密度が緩やかに増加していく状態を維持し、急な電流密度の変化がないことを示す（図８Ｂの実施例２～４を参照）。
絶縁体層２１の厚みは、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）を用いて測定することができる。より詳細には、絶縁体層２１の厚みは、ＴＥＭを用いて、任意に選択した５点以上の厚みを測定し、その５点以上の測定値の平均値とすることができる。
＜半導体層＞
積層膜２は、上記の通り、半導体層２２を備える。上記の通り、積層膜２の最外に位置する層は絶縁体層２１である。したがって、半導体層２２と、陽極３及び陰極４とは接しない。更に言い換えれば、半導体層２２と、陽極３及び陰極４とは短絡しておらず、また、半導体層２２が複数である場合、複数の半導体層２２のいずれもが、陽極３及び陰極４とは短絡していない。
積層膜２は、上記の通り、半導体層２２を備える。上記の通り、積層膜２の最外に位置する層は絶縁体層２１である。したがって、半導体層２２と、陽極３及び陰極４とは接しない。更に言い換えれば、半導体層２２と、陽極３及び陰極４とは短絡しておらず、また、半導体層２２が複数である場合、複数の半導体層２２のいずれもが、陽極３及び陰極４とは短絡していない。
半導体層２２は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）及びチタン（Ｔｉ）等よりなる群から選択される少なくとも一種の金属の化合物を含む。より詳細には、半導体層２２は、上記の金属の酸化物であるＺｎＯ及びＴｉＯ２等よりなる群から選択される少なくとも一種を含む。この場合、コンデンサ１の静電容量が高まりうる。半導体層２２が、ＺｎＯを含むことが特に好ましく、また、積層膜２が備える半導体層２２が複数、つまり２以上である場合、その複数の半導体層２２の少なくとも一つが、ＺｎＯを含んでいることが特に好ましい。この場合、コンデンサ１の静電容量が特に高まりうる。
半導体層２２の厚みは、２．５ｎｍ以上１５．０ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、コンデンサ１に関し、周波数変化に伴う静電容量の変化が特に抑制されうる。半導体層２２の厚みは５．０ｎｍ以上であることがより好ましい。半導体層２２の厚みは１０．０ｎｍ以下であることがより好ましい。また、半導体層２２の厚みは、絶縁体層２１の場合と同じ方法で測定することができる。
（１．３）作製方法
コンデンサ１の作製方法について、図２Ａ～図２Ｂ、図３Ａ～図３Ｄ、図４及び図５を参照しながら説明する。なお、下記のコンデンサ１の作製方法は、コンデンサ１を作製する方法の一例である。すなわち、コンデンサ１の作製方法は、そのコンデンサ１の使用用途、使用目的に応じて、適宜の作製方法を採用することができる。
コンデンサ１の作製方法について、図２Ａ～図２Ｂ、図３Ａ～図３Ｄ、図４及び図５を参照しながら説明する。なお、下記のコンデンサ１の作製方法は、コンデンサ１を作製する方法の一例である。すなわち、コンデンサ１の作製方法は、そのコンデンサ１の使用用途、使用目的に応じて、適宜の作製方法を採用することができる。
コンデンサ１の作製方法は、基板５の上に、陰極４、積層膜２及び陽極３が順次作製されるものである（図２Ａから図５参照）。言い換えれば、コンデンサ１の作製方法は、陰極作製工程と、積層膜作製工程と、陽極作製工程と、エッチング工程と、を含む。以下、これらの工程について詳しく説明する。
＜陰極形成工程＞
陰極作製工程では、まず、図２Ａに示すような、基板５を用意する。基板５は、例えばＳｉ基板等が使用される。続いて、基板５をエッチング剤等で洗浄することにより、基板５の表面に付着した有機物等の汚れを除去する。エッチング剤としては、バッファードフッ酸（フッ化水素酸及びフッ化アンモニウムの混合液）が好適に用いられる。
陰極作製工程では、まず、図２Ａに示すような、基板５を用意する。基板５は、例えばＳｉ基板等が使用される。続いて、基板５をエッチング剤等で洗浄することにより、基板５の表面に付着した有機物等の汚れを除去する。エッチング剤としては、バッファードフッ酸（フッ化水素酸及びフッ化アンモニウムの混合液）が好適に用いられる。
そして、図２Ｂに示すように、洗浄した基板５の上に、陰極４を作製する。陰極４を作製する方法としては、電子ビーム蒸着法により連続成膜することによって、適宜の金属を含む陰極４を作製する方法が挙げられる。なお、電子ビーム蒸着法とは、真空中で電子線を蒸着材料に照射し、加熱・蒸発させ、蒸着材料を基板５へ堆積させて薄膜を作製する方法である。本開示において、陰極４を作製するために使用される蒸着材料としては、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ａｕ等が挙げられる。
＜積層膜作製工程＞
まず、陰極４の上に、第二の絶縁体層２１２を作製する（図３Ａ及び図３Ｂ参照）。続いて、陰極４の上に作製された第二の絶縁体層２１２の上に、半導体層２２を作製する（図３Ｃ参照）。そして、その半導体層２２の上に、第一の絶縁体層２１１を作製する（図３Ｄ参照）。このような手順によって、積層膜２を作製する。なお、必要により、第二の絶縁体層２１２の上に作製された半導体層２２の上に、更に一つ以上の絶縁体層２１と、一つ以上の半導体層２２とを交互に作製し、最後に、第一の絶縁体層２１１を作製するといった手順によって、絶縁体層２１と半導体層２２との合計の積層数が３以上となる積層膜２を作製することもできる。
まず、陰極４の上に、第二の絶縁体層２１２を作製する（図３Ａ及び図３Ｂ参照）。続いて、陰極４の上に作製された第二の絶縁体層２１２の上に、半導体層２２を作製する（図３Ｃ参照）。そして、その半導体層２２の上に、第一の絶縁体層２１１を作製する（図３Ｄ参照）。このような手順によって、積層膜２を作製する。なお、必要により、第二の絶縁体層２１２の上に作製された半導体層２２の上に、更に一つ以上の絶縁体層２１と、一つ以上の半導体層２２とを交互に作製し、最後に、第一の絶縁体層２１１を作製するといった手順によって、絶縁体層２１と半導体層２２との合計の積層数が３以上となる積層膜２を作製することもできる。
絶縁体層２１及び半導体層２２を作製する方法としては、例えば、原子層堆積法（ＡＬＤ法）による手法が挙げられる。原子層堆積法とは、原子層堆積装置（ＡＬＤ装置）を用いることにより、対象物が配置された反応室に金属を含む原料ガスと、酸化剤とを交互に供給して、対象物の表面に金属の酸化物を含む層を作製する成膜法である。原子層堆積法では、自己停止作用が機能するため、金属は原子層単位で対象物の表面に堆積する。このため、原料ガスの供給による金属原料の吸着、原料ガスの排気（パージ）による余剰原料の除去、酸化剤の供給による金属原料の酸化及び酸化剤の排気（パージ）を１サイクルとし、そのサイクル数により、作製される層の厚みが制御できる。原料ガスとしては、有機金属化合物をガス化させたものが好ましく使用される。また、成膜する前に反応室を減圧雰囲気下とし、減圧雰囲気下の反応室で積層膜２を作製することが好ましく、具体的には、反応室の圧力は、例えば２６．７Ｐａ以下まで減圧される。
成膜に関し、例えば、成膜中は反応室に一定の流量で不活性ガスを流しながら行われる。不活性ガスとしては、例えばＮ２、Ａｒが使用される。不活性ガスの流量は、例えば４．３９×１０－１Ｐａ・ｍ３／ｓである。
金属原料を吸着させるために原料ガスを供給する時間は、例えば０．１２秒以上０．１４秒以下で行われる。余剰の原料ガスの排気（パージ）は、不活性ガスを流すことによって行われる。不活性ガスとしては、Ｎ２、Ａｒが使用される。なお、余剰の原料ガスを排気（パージ）する際の不活性ガスの流量は、例えば、上記の通り、４．３９×１０－１Ｐａ・ｍ３／ｓである。余剰の原料ガスを排気（パージ）する際の時間は、例えば１０秒以上２０秒以下で行われる。
吸着させた金属原料を酸化させるために酸化剤を供給する時間は、例えば０．０６秒以上０．０７秒以下で行われる。なお、酸化剤としては、例えばＨ２Ｏ、Ｏ２プラズマ、Ｏ３等を使用することができるが、これらの中でも、Ｈ２Ｏが好ましく使用される。余剰の酸化剤の排気（パージ）は、不活性ガスを流すことによって行われる。不活性ガスとしては、Ｎ２、Ａｒが使用される。なお、余剰の酸化剤を排気（パージ）する際の不活性ガスの流量は、余剰の原料ガスを排気（パージ）する際の不活性ガスの流量と同じとすることができる。余剰の酸化剤を排気（パージ）する際の時間は、例えば１０秒以上２０秒以下で行われる。
また、原子層堆積法で層を成膜するにあたり、成膜時の温度は、例えば、１５０℃とすることができる。これにより、絶縁体層２１及び半導体層２２が作製される際に生じる化学反応が調整されやすくなり、絶縁体層２１及び半導体層２２を安定して成膜することが可能となる。
絶縁体層２１を作製する際に使用される原料ガスは、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ及びＨｆ等よりなる群から選択される少なくとも一種の金属の化合物を含む。更に言い換えれば、絶縁体層２１を作製する際に使用される原料ガスは、例えば、Ａｌを含む有機金属化合物、Ｓｉを含む有機金属化合物、Ｔａを含む有機金属化合物及びＨｆを含む有機金属化合物等よりなる群から選択される少なくとも一種を含む。
Ａｌを含む有機金属化合物は、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ、（ＣＨ３）３Ａｌ）等が挙げられる。Ａｌを含む有機金属化合物が用いられた場合、厚みが調整されたＡｌ２Ｏ３を含む絶縁体層２１が作製されうる。
Ｓｉを含む有機金属化合物は、例えばトリス（ジメチルアミノ）シラン（３ＤＭＡＳ、ＨＳｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３）等が挙げられる。Ｓｉを含む有機金属化合物が用いられた場合、厚みが調整されたＳｉＯ２を含む絶縁体層２１が作製されうる。
Ｔａを含む有機金属化合物は、例えば（ｔ－ブチルイミド）トリス（エチルメチルアミノ）タンタル（Ｖ）（ＴＢＴＥＭＴ、（ＣＨ３）３ＣＮＴａ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）ＣＨ３］３）等が挙げられる。Ｔａを含む有機金属化合物が用いられた場合、厚みが調整されたＴａ２Ｏ５を含む絶縁体層２１が作製されうる。
Ｈｆを含む有機金属化合物は、例えばテトラキス（エチルメチルアミノ）ハフニウム（ＴＥＭＡＨ、Ｈｆ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）ＣＨ３］４）等が挙げられる。Ｈｆを含む有機金属化合物が用いられた場合、厚みが調整されたＨｆＯ２を含む絶縁体層２１が作製されうる。
半導体層２２を作製する際に使用される原料ガスは、例えば、Ｚｎ及びＴｉ等よりなる群から選択される少なくとも一種の金属の化合物を含む。更に言い換えれば、半導体層２２を作製する際に使用される原料ガスは、例えば、Ｚｎを含む有機金属化合物及びＴｉを含む有機金属化合物等よりなる群から選択される少なくとも一種を含む。
Ｚｎを含む有機金属化合物は、例えばジエチル亜鉛（ＤＥＺ、Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２）等が挙げられる。Ｚｎを含む有機金属化合物が用いられた場合、厚みが調整されたＺｎＯを含む半導体層２２が作製されうる。
Ｔｉを含む有機金属化合物は、例えばテトラキス（ジメチルアミド）チタニウム（ＴＤＭＡＴ、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）等が挙げられる。Ｔｉを含む有機金属化合物が用いられた場合、厚みが調整されたＴｉＯ２を含む半導体層２２が作製されうる。
＜陽極作製工程＞
積層膜２の最外に位置する絶縁体層２１、すなわち、第一の絶縁体層２１１の上に、陽極３を作製する（図４参照）。この陽極３を作製するために、陰極４を作製した方法と同様の方法が適用でき、例えば、電子ビーム蒸着法により適宜の金属を含む陽極３を作製することができる。また、陰極４を作製したときに使用した蒸着材料と同じものを使用して陽極３を作製することができる。
積層膜２の最外に位置する絶縁体層２１、すなわち、第一の絶縁体層２１１の上に、陽極３を作製する（図４参照）。この陽極３を作製するために、陰極４を作製した方法と同様の方法が適用でき、例えば、電子ビーム蒸着法により適宜の金属を含む陽極３を作製することができる。また、陰極４を作製したときに使用した蒸着材料と同じものを使用して陽極３を作製することができる。
陽極３は、例えば第一の絶縁体層２１１の陽極３側の面を部分的に覆うようにして作製される（図４参照）。これにより、積層膜２における、陽極３と、陰極４とによって挟まれていない部分を後述のエッチング工程で除去しやすくすることができる。
＜エッチング工程＞
積層膜２における、陽極３と、陰極４とによって挟まれていない部分をエッチングにより除去する（図５参照）。これにより、陰極４の一部を露出させることができ、その結果、陰極４における露出した部分と、電源の負極又はグランドとを電気的に接続することができる。なお、上記説明では陽極３をマスクとしてエッチングを行っているが、陽極３や、陽極３と第一の絶縁体層２１１との界面をエッチング時のダメージから保護するため、陽極３ならびに周辺部をレジスト等で保護した後にエッチングを行っても良い。
積層膜２における、陽極３と、陰極４とによって挟まれていない部分をエッチングにより除去する（図５参照）。これにより、陰極４の一部を露出させることができ、その結果、陰極４における露出した部分と、電源の負極又はグランドとを電気的に接続することができる。なお、上記説明では陽極３をマスクとしてエッチングを行っているが、陽極３や、陽極３と第一の絶縁体層２１１との界面をエッチング時のダメージから保護するため、陽極３ならびに周辺部をレジスト等で保護した後にエッチングを行っても良い。
上記のような手順に従って、コンデンサ１は作製される。なお、コンデンサ１を作製するにあたり、上記のように、基板５の上に、陰極４、積層膜２及び陽極３を順次作製する手順に限らず、基板５の上に、陽極３、積層膜２、陰極４を、順次作製する方法が採用されても構わない。
（１．４）性能
コンデンサ１の性能について説明する。
コンデンサ１の性能について説明する。
コンデンサ１は、上記の通り、絶縁体層２１と、半導体層２２とが交互に積層する積層膜２を備える。これにより、コンデンサ１は、下記式（１）で表される直列静電容量の理論値Ｃよりも高い静電容量が実現できる。
Ｃ：直列静電容量の理論値
εｋ：第一の絶縁体層を１番目としたときに、陽極から陰極へ向かう方向に対して、ｋ番目に位置する絶縁体層の比誘電率
ε０：真空の誘電率
Ｓ：陽極と陰極とが対向する範囲の面積
ｎ：絶縁体層の総数
ｄｋ：第一の絶縁体層を１番目としたときに、陽極から陰極へ向かう方向に対して、ｋ番目に位置する絶縁体層の厚み
上記式（１）におけるεｋは、第一の絶縁体層２１１を１番目としたときに、陽極３から陰極４へ向かう方向に対して、ｋ番目に位置する絶縁体層２１の比誘電率である。また、ε０は、真空の誘電率（８．８５×１０－１２Ｆ／ｍ）である。
εｋ：第一の絶縁体層を１番目としたときに、陽極から陰極へ向かう方向に対して、ｋ番目に位置する絶縁体層の比誘電率
ε０：真空の誘電率
Ｓ：陽極と陰極とが対向する範囲の面積
ｎ：絶縁体層の総数
ｄｋ：第一の絶縁体層を１番目としたときに、陽極から陰極へ向かう方向に対して、ｋ番目に位置する絶縁体層の厚み
上記式（１）におけるεｋは、第一の絶縁体層２１１を１番目としたときに、陽極３から陰極４へ向かう方向に対して、ｋ番目に位置する絶縁体層２１の比誘電率である。また、ε０は、真空の誘電率（８．８５×１０－１２Ｆ／ｍ）である。
上記式（１）におけるＳは、陽極３と陰極４との対向面積である。陽極３と陰極４との対向面積とは、陽極３における陰極４側の面の、陰極４と対向する部分の電極の面積であり、かつ陰極４における陽極３側の面の、陽極３と対向する部分の電極の面積でもある。
上記式（１）におけるｎは、絶縁体層２１の総数である。上記の通り、積層膜２に関し、絶縁体層２１は、少なくとも二つの絶縁体層２１を含む。また、上記の通り、積層膜２において、半導体層２２の総数は、絶縁体層２１の総数よりも一つ少ない。したがって、上記式（１）において、絶縁体層２１の総数がｎで表される場合、半導体層２２の総数は（ｎ－１）で表される。
上記式（１）におけるｄｋは、第一の絶縁体層２１１を１番目としたときに、陽極３から陰極４へ向かう方向に対して、ｋ番目に位置する絶縁体層２１の厚みである。
また、コンデンサ１は、測定周波数が低下するにつれて、静電容量が向上する傾向がみられ、具体的には、コンデンサ１の静電容量は、測定周波数１Ｍｚ以下で向上する傾向があり、測定周波数１，０００Ｈｚ以下でより向上する傾向がある。更に、コンデンサ１は、測定周波数が１００Ｈｚのときに静電容量が特に向上する傾向があり、上記式（１）で表される直列静電容量の理論値Ｃより高い静電容量が特に実現できる。
更に、本開示のコンデンサ１に関し、特定の測定周波数域において、周波数変化に伴う静電容量の変化が抑制される効果が顕著にみられる。より詳しく説明すると、コンデンサ１に関し、第二の絶縁体層２１２の厚さが、第一の絶縁体層２１１の厚さよりも薄いことにより、第一の絶縁体層２１１の厚さと、第二の絶縁体層２１２の厚さとが同じであるコンデンサ、若しくは第二の絶縁体層２１２の厚さが、第一の絶縁体層２１１の厚さよりも厚いコンデンサと比較して、測定周波数１００Ｈｚ以上１ＭＨｚ以下の範囲で、周波数変化に伴う静電容量の変化が抑制される効果が顕著にみられる。その結果、コンデンサ１に関し、測定周波数１００Ｈｚ以上１ＭＨｚ以下の範囲において発生する電圧ノイズを除去する性能が高まりうる。また、コンデンサ１に関し、測定周波数１，０００Ｈｚ以上１ＭＨｚ以下の範囲で、静電容量の変化が抑制される効果がより顕著にみられ、測定周波数１０，０００Ｈｚ以上１ＭＨｚ以下の範囲において、静電容量の変化が抑制される効果が更に顕著にみられ、測定周波数１ＭＨｚで静電容量の変化が抑制される効果が特に顕著にみられる。
上記の通り、コンデンサ１に関し、測定周波数１ＭＨｚにおいて、周波数変化に伴う静電容量の変化が特に顕著に抑制されるため、測定周波数１ＭＨｚにおけるコンデンサ１の静電容量と、測定周波数１００Ｈｚにおけるコンデンサ１の静電容量との差が小さくなりうる。具体的には、コンデンサ１に関し、測定周波数１００Ｈｚにおける、陽極３と陰極４の間の静電容量は、測定周波数１ＭＨｚにおける、陽極３と陰極４の間の静電容量の１．６倍以下とすることができ、また、１．３倍以下とすることができ、更に、１．２倍以下とすることができる。
なお、コンデンサ１に関し、測定周波数１００Ｈｚから１ＭＨｚにおける、陽極３と陰極４の間の静電容量は、インピーダンスアナライザ６（品名：インピーダンスアナライザ４２９４Ａ、販売元：キーサイト・テクノロジー社）を使用することで得られる測定値である。より具体的には、コンデンサ１と、インピーダンスアナライザ６とを含む評価回路１０（図６Ａ及び図６Ｂ参照）を作製し、交流電圧を５００ｍＶとして陽極３と陰極４との間に電圧を印加し、測定周波数を１００Ｈｚから１ＭＨｚに設定したときに得られる測定値から静電容量を確認することができる。また、評価回路１０に関しては、インピーダンスアナライザ６と、コンデンサ１の陽極３及び陰極４とを接続するようにし、更に陰極４はグランド７と接続するようにして作製されている。
（２）変形例
コンデンサ１の変形例について、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら説明する。なお、変形例は、実施形態の構成を部分的に変更、追加、削除等したバリエーションの例である。また、変形例に関し、実施形態のコンデンサ１と同様の構成については、同一の符号をして説明を省略する。
コンデンサ１の変形例について、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら説明する。なお、変形例は、実施形態の構成を部分的に変更、追加、削除等したバリエーションの例である。また、変形例に関し、実施形態のコンデンサ１と同様の構成については、同一の符号をして説明を省略する。
変形例において、陽極３は、細孔３１を有する多孔質体であり、陰極４の一部が陽極３の細孔３１内に入り込んでいる（図７Ａ参照）。細孔３１の内面と、陰極４における細孔３１内にある部分との間に、積層膜２（図７Ｂ参照）が介在している。陰極４が、細孔３１に入り込んでいることにより、陽極３と、陰極４との対向面積が増加しうる。その結果、コンデンサ１の静電容量が高まりうる。なお、陰極４が細孔３１を有する多孔質体であり、陽極３の一部が陰極４に入り込む形態を採用することもできる。
また、コンデンサ１は、電極の材質にかかわらず、静電容量が高められるものであり、陽極３が、アルミニウム（Ａｌ）を含み、かつ陰極４が、導電性高分子を含むことが可能である。より詳しくは、コンデンサ１は、Ａｌを含む陽極３と、絶縁体層２１及び半導体層２２が交互に積層した積層膜２と、導電性高分子を含む陰極４とを、この順に備えており、かつ陽極３と接している第一の絶縁体層２１１がＡｌ２Ｏ３を含むことができる。この場合、コンデンサ１は、陽極３として多孔質体のＡｌが適用されていることにより高い静電容量を有しながら、かつ陰極４に導電性高分子を適用することができる。これにより、コンデンサ１が、導電性高分子アルミ電解コンデンサとして適用しうる。このとき、積層膜２が備える半導体層２２は、例えばＺｎＯを含む。また、積層膜２は、陽極３と、陰極４との間に位置し、かつ陰極４を覆う誘電体皮膜となりうる。そして、このようにＡｌを含む陽極３が、多孔質体である場合においても、原子層堆積法により、Ａｌ２Ｏ３を含む第一の絶縁体層２１１と、ＺｎＯを含む半導体層２２と、Ａｌ２Ｏ３を含む第二の絶縁体層２１２とからなる３層構造の積層膜２を作製することができる。また、陽極３が、その表面にＡｌ２Ｏ３を含む陽極酸化被膜を有する場合でも、その陽極酸化被膜を第一の絶縁体層２１１とし、その上に原子層堆積法でＺｎＯを含む半導体層２２と、Ａｌ２Ｏ３を含む第二の絶縁体層２１２の２層を作製することによって積層膜２を作製することもできる。
なお、陰極４は、導電性高分子と、金属を含む電極との両方を含んでいてもよい。また、陰極４は、導電性高分子を含んでいなくてもよい。言い換えれば、変形例において、コンデンサ１は、陰極４が導電性高分子を含まず、第二の絶縁体層２１２と、銀などの金属を含む陰極４との間に導電性高分子を含む層が積層する構成であってもよい。
１．コンデンサの評価（１）
１．１ 評価回路の作製方法
以下の手順に従って、実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１を作製し、このコンデンサ１を含む評価回路１０を作製した（図６Ａ及び図６Ｃ参照）。
１．１ 評価回路の作製方法
以下の手順に従って、実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１を作製し、このコンデンサ１を含む評価回路１０を作製した（図６Ａ及び図６Ｃ参照）。
＜コンデンサの作製＞
次のような方法で、コンデンサ１を作製した。
次のような方法で、コンデンサ１を作製した。
まず、基板５（材質Ｓｉ）を準備し、その基板５をバッファードフッ酸で洗浄した。洗浄後の基板５の上に、電子ビーム蒸着法によりＴｉを含む陰極４（厚み１００ｎｍ）を作製した。
そして、陰極４が重ねられた基板５をアセトン、イソプロピルアルコール等の有機溶媒に浸漬させながら超音波により洗浄を行った。
続いて、陰極４の上に原子層堆積法により、トリメチルアルミニウムのガスを供給、トリメチルアルミニウムのガスを排気、Ｈ２Ｏガスの供給及びＨ２Ｏガスの排気を１サイクルとし、このサイクルを順次繰り返すことによって、Ａｌ２Ｏ３を含む第二の絶縁体層２１２を作製した。
次いで、トリメチルアルミニウムのガスを、ジエチル亜鉛のガスに置き換えたことを除いて、第二の絶縁体層２１２を作製したのと同様の手順で、第二の絶縁体層２１２の上にＺｎＯを含む半導体層２２を作製した。そして、その半導体層２２の上に、第二の絶縁体層２１２を作製した手順と同様の手順に従って、Ａｌ２Ｏ３を含む第一の絶縁体層２１１を作製した。
続いて、その第一の絶縁体層２１１の上に、電子ビーム蒸着法によりＴｉを含む陽極３（厚み１００ｎｍ）を作製した。
そして、陰極４における陽極３側の面の、陽極３と対向していない部分の積層膜２をエッチングによって除去し、陰極４の一部を露出させることでコンデンサ１を作製した。
実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１に関し、第一の絶縁体層２１１の厚み、第二の絶縁体層２１２の厚み及び半導体層２２の厚みは、表１に示す数値に調整した。なお、上記の通り、絶縁体層２１（第一の絶縁体層２１１、第二の絶縁体層２１２）及び半導体層２２は、原子層堆積装置（品名：Ｆｉｊｉ Ｆ２００、販売元：ＣａｍｂｒｉｄｇｅＮａｎｏｔｅｃｈ製）を用いて、原子層堆積法によって作製したが、原子層堆積法により絶縁体層２１（第一の絶縁体層２１１、第二の絶縁体層２１２）及び半導体層２２を作製した際の１サイクル当たりの成膜条件は、以下の通りである。
＜絶縁体層＞
成膜温度：１５０℃
金属原料の吸着のための原料ガスの供給時間：０．１２秒
余剰の原料ガスを排気（パージ）する時間：１０秒
金属原料を酸化するための酸化剤の供給時間：０．０６秒
酸化剤を除去するための酸化剤の排気（パージ）時間：１０秒
＜半導体層＞
成膜温度：１５０℃
金属原料の吸着のための原料ガスの供給時間：０．１４秒
余剰の原料ガスを排気（パージ）する時間：２０秒
金属原料を酸化するための酸化剤の供給時間：０．０７秒
酸化剤を除去するための酸化剤の排気（パージ）時間：２０秒
なお、成膜時には、不活性ガスとしてＡｒを用い、不活性ガスを一定の流量で流した。不活性ガスの流量は、４．３９×１０－１Ｐａ・ｍ３／ｓとした。つまり、金属原料を酸化するための酸化剤及び酸化剤を除去するための酸化剤の排気（パージ）は、前記の流量で行われている。また、原子層堆積法における成膜の際のサイクル数に関しては、第一の絶縁体層２１１の厚み、第二の絶縁体層２１２の厚み及び半導体層２２の厚みが、表１に記載している値になるように調整した。
成膜温度：１５０℃
金属原料の吸着のための原料ガスの供給時間：０．１２秒
余剰の原料ガスを排気（パージ）する時間：１０秒
金属原料を酸化するための酸化剤の供給時間：０．０６秒
酸化剤を除去するための酸化剤の排気（パージ）時間：１０秒
＜半導体層＞
成膜温度：１５０℃
金属原料の吸着のための原料ガスの供給時間：０．１４秒
余剰の原料ガスを排気（パージ）する時間：２０秒
金属原料を酸化するための酸化剤の供給時間：０．０７秒
酸化剤を除去するための酸化剤の排気（パージ）時間：２０秒
なお、成膜時には、不活性ガスとしてＡｒを用い、不活性ガスを一定の流量で流した。不活性ガスの流量は、４．３９×１０－１Ｐａ・ｍ３／ｓとした。つまり、金属原料を酸化するための酸化剤及び酸化剤を除去するための酸化剤の排気（パージ）は、前記の流量で行われている。また、原子層堆積法における成膜の際のサイクル数に関しては、第一の絶縁体層２１１の厚み、第二の絶縁体層２１２の厚み及び半導体層２２の厚みが、表１に記載している値になるように調整した。
＜静電容量測定に用いた評価回路の作製＞
実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１に関し、陽極３と、露出させた陰極４の一部をインピーダンスアナライザ６と接続し、更に陰極４をグランド７と接続することによって、評価回路１０を作製した（図６Ａ参照）。なお、インピーダンスアナライザ６は、インピーダンスアナライザ４２９４Ａ（キーサイト・テクノロジー社製）を用いた。
実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１に関し、陽極３と、露出させた陰極４の一部をインピーダンスアナライザ６と接続し、更に陰極４をグランド７と接続することによって、評価回路１０を作製した（図６Ａ参照）。なお、インピーダンスアナライザ６は、インピーダンスアナライザ４２９４Ａ（キーサイト・テクノロジー社製）を用いた。
＜電流電圧特性測定に用いた評価回路の作製＞
実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１に関し、陽極３と、露出させた陰極４の一部を半導体パラメータアナライザ８と接続し、更に陰極４をグランド７と接続することによって、評価回路１０を作製した（図６Ｃ参照）。なお、半導体パラメータアナライザ８は、半導体パラメータアナライザ４１５５Ｃ（キーサイト・テクノロジー社製）を用いた。
実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１に関し、陽極３と、露出させた陰極４の一部を半導体パラメータアナライザ８と接続し、更に陰極４をグランド７と接続することによって、評価回路１０を作製した（図６Ｃ参照）。なお、半導体パラメータアナライザ８は、半導体パラメータアナライザ４１５５Ｃ（キーサイト・テクノロジー社製）を用いた。
１．２ 評価結果
＜静電容量＞
実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１を含む評価回路１０に関し、１００Ｈｚから１ＭＨｚまでの周波数帯域で、交流電圧５００ｍＶとして陽極３と陰極４との間に電圧を印加することにより、実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１の静電容量を測定した。実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１に関し、測定周波数と静電容量との関係を図９に示した。測定周波数１００Ｈｚ及び１ＭＨｚのときに得られた静電容量の測定結果を表１に記載した。なお、実施例１～４、比較例１～２のコンデンサの直列容量理論値は、「（１．４）性能」に記載した式（１）に従って、算出した値を記載した。
＜静電容量＞
実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１を含む評価回路１０に関し、１００Ｈｚから１ＭＨｚまでの周波数帯域で、交流電圧５００ｍＶとして陽極３と陰極４との間に電圧を印加することにより、実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１の静電容量を測定した。実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１に関し、測定周波数と静電容量との関係を図９に示した。測定周波数１００Ｈｚ及び１ＭＨｚのときに得られた静電容量の測定結果を表１に記載した。なお、実施例１～４、比較例１～２のコンデンサの直列容量理論値は、「（１．４）性能」に記載した式（１）に従って、算出した値を記載した。
＜電流電圧特性＞
実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１を含む評価回路１０に関し、掃引電圧ステップ幅５０ｍＶとし、掃引電圧を０Ｖから絶縁破壊が生じる電圧（絶縁破壊電圧）まで、陽極３に電圧を印加し、印加した電圧に対応した電流密度を測定することによって、実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１における電圧と、電流密度との関係を確認した。
実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１を含む評価回路１０に関し、掃引電圧ステップ幅５０ｍＶとし、掃引電圧を０Ｖから絶縁破壊が生じる電圧（絶縁破壊電圧）まで、陽極３に電圧を印加し、印加した電圧に対応した電流密度を測定することによって、実施例１～４、比較例１～２のコンデンサ１における電圧と、電流密度との関係を確認した。
陽極３の電位が陰極４の電位よりも高くなるように陽極３と陰極４との間に電圧を印加すること（順バイアス）によって得られた電圧と、電流密度との関係をグラフ（図８Ａ参照）にまとめ、また、陽極３の電位が陰極４の電位よりも低くなるように陽極３と陰極４との間に電圧を印加すること（逆バイアス）によって得られた電圧と、電流密度との関係をグラフ（図８Ｂ参照）にまとめた。そして、図８Ａ及び図８Ｂのグラフから、耐圧特性の劣化が確認された実施例、比較例については、表１の「電流電圧特性」の欄に、「耐圧特性劣化」と記載した。
第二の絶縁体層２１２の厚みが、第一の絶縁体層２１１の厚みよりも薄い実施例１～４のコンデンサ１は、第二の絶縁体層２１２の厚みが、第一の絶縁体層２１１の厚みよりも厚い比較例１のコンデンサ１及び第一の絶縁体層２１１の厚みと、第二の絶縁体層２１２の厚みとが同じ比較例２のコンデンサ１と共に、１００Ｈｚにおいて直列静電容量理論値よりも高くなっていることが確認できた。
第二の絶縁体層２１２の厚みが、第一の絶縁体層２１１の厚みよりも薄い実施例１～４のコンデンサ１は、第二の絶縁体層２１２の厚みが、第一の絶縁体層２１１の厚みよりも厚い比較例１のコンデンサ１及び第一の絶縁体層２１１の厚みと、第二の絶縁体層２１２の厚みとが同じ比較例２のコンデンサ１と比較して、測定周波数１ＭＨｚにおける、静電容量が高くなっており、更に第二の絶縁体層２１２の厚みが小さくなるほど、より静電容量が大きくなっていることが示された。
第二の絶縁体層２１２の厚みが、第一の絶縁体層２１１の厚みよりも薄い実施例１～４のコンデンサは、第二の絶縁体層２１２の厚みが、第一の絶縁体層２１１の厚みよりも厚い比較例１のコンデンサ１及び第一の絶縁体層２１１の厚みと、第二の絶縁体層２１２の厚みとが同じ比較例２のコンデンサ１と比較して、測定周波数１００Ｈｚにおける静電容量と、測定周波数１ＭＨｚにおける静電容量との差が小さくなっており、更に第二の絶縁体層２１２の厚みが小さくなるほど、より差が小さくなっていることが示された。
実施例１～４のコンデンサ１に関し、測定周波数１００Ｈｚにおける静電容量は、直列容量理論値よりも大きいことが示された。
実施例２～４のコンデンサ１は、第二の絶縁体層２１２が適度な厚みを有するため、実施例１のコンデンサ１のように、急激に電流密度が増加すること（図８Ｂの実施例１参照）は見られず、電流電圧特性が維持されやすいことが示された。
２．コンデンサの評価（２）
２．１ 評価回路の作製方法
「１．コンデンサの評価１ １．１ 評価回路の作製方法」に記載した手順に従って、実施例５、比較例３の、Ｔｉを含む陽極３（厚み１００ｎｍ）、積層膜２及びＴｉを含む陰極４（厚み１００ｎｍ）を備えるコンデンサ１を作製し、そのコンデンサ１と、インピーダンスアナライザ６とを含む評価回路１０（図６Ａ参照）を作製した。
２．１ 評価回路の作製方法
「１．コンデンサの評価１ １．１ 評価回路の作製方法」に記載した手順に従って、実施例５、比較例３の、Ｔｉを含む陽極３（厚み１００ｎｍ）、積層膜２及びＴｉを含む陰極４（厚み１００ｎｍ）を備えるコンデンサ１を作製し、そのコンデンサ１と、インピーダンスアナライザ６とを含む評価回路１０（図６Ａ参照）を作製した。
積層膜２は、Ａｌ２Ｏ３を含む第一の絶縁体層２１１、ＺｎＯを含む半導体層２２、Ａｌ２Ｏ３を含む第二の絶縁体層２１２からなる３層構造を有する。いずれの絶縁体層２１も「１．コンデンサの評価１ １．１ 評価回路の作製方法」に記載した絶縁体層２１を作製する手順と同様の手順で作製されており、また、半導体層２２も「１．コンデンサの評価１ １．１ 評価回路の作製方法」に記載した半導体層２２を作製する手順と同様の手順で作製されている。
絶縁体層２１の厚み（第一の絶縁体層２１１の厚み、第二の絶縁体層２１２の厚み）及び半導体層２２の厚みは、表２に示す数値に調整した。なお、原子層堆積法における成膜の際のサイクル数に関しては、第一の絶縁体層２１１の厚み、第二の絶縁体層２１２の厚み及び半導体層２２の厚みが、表２に記載している値になるように調整した。
２．２ 評価結果
実施例５、比較例３のコンデンサ１を含む評価回路１０に関し、１００Ｈｚから１ＭＨｚまでの周波数帯域で、交流電圧５００ｍＶとして陽極３と陰極４との間に電圧を印加することにより、実施例５、比較例３のコンデンサ１の静電容量の評価を行った。実施例５、比較例３のコンデンサ１に関し、測定周波数と静電容量との関係を図１０に示した。測定周波数１００Ｈｚ及び１ＭＨｚのときに得られた静電容量の測定結果を表２に記載した。なお、実施例５、比較例３の直列容量理論値は、「（１．４）性能」に記載した式（１）に従って、算出した値を記載した。
実施例５、比較例３のコンデンサ１を含む評価回路１０に関し、１００Ｈｚから１ＭＨｚまでの周波数帯域で、交流電圧５００ｍＶとして陽極３と陰極４との間に電圧を印加することにより、実施例５、比較例３のコンデンサ１の静電容量の評価を行った。実施例５、比較例３のコンデンサ１に関し、測定周波数と静電容量との関係を図１０に示した。測定周波数１００Ｈｚ及び１ＭＨｚのときに得られた静電容量の測定結果を表２に記載した。なお、実施例５、比較例３の直列容量理論値は、「（１．４）性能」に記載した式（１）に従って、算出した値を記載した。
実施例５及び比較例３のコンデンサ１は、実施例１～４及び比較例１～２のコンデンサ１と比較して、第一の絶縁体層２１１の厚みが厚くなっているが、測定周波数が１ＭＨｚの場合において、実施例５のコンデンサ１は、比較例３のコンデンサ１と比較して、第二の絶縁体層２１２の厚みが、第一の絶縁体層２１１の厚みよりも薄いため、静電容量が高くなっていることが示された。
また、実施例５及び比較例３のコンデンサ１は、実施例１～４及び比較例１～２のコンデンサ１と比較して、第一の絶縁体層２１１の厚みが厚くなっているが、第二の絶縁体層２１２の厚みが、第一の絶縁体層２１１の厚みよりも薄い実施例５のコンデンサ１は、第一の絶縁体層２１１の厚みと、第二の絶縁体層２１２の厚みとが同じ比較例３のコンデンサ１と比較して、測定周波数１００Ｈｚにおける静電容量と、測定周波数１ＭＨｚにおける静電容量との差が小さくなっていることが示された。
３．コンデンサの評価（３）
３．１ 評価回路の作製方法
「１．コンデンサの評価１ １．１ 評価回路の作製方法」に記載した手順に従って、実施例５、比較例３の、Ｔｉを含む陽極３（厚み１００ｎｍ）、積層膜２及びＴｉを含む陰極４（厚み１００ｎｍ）を備えるコンデンサ１を作製し、そのコンデンサ１と、インピーダンスアナライザ６とを含む評価回路１０（図６Ｂ参照）を作製した。
３．１ 評価回路の作製方法
「１．コンデンサの評価１ １．１ 評価回路の作製方法」に記載した手順に従って、実施例５、比較例３の、Ｔｉを含む陽極３（厚み１００ｎｍ）、積層膜２及びＴｉを含む陰極４（厚み１００ｎｍ）を備えるコンデンサ１を作製し、そのコンデンサ１と、インピーダンスアナライザ６とを含む評価回路１０（図６Ｂ参照）を作製した。
積層膜２は、Ａｌ２Ｏ３を含む絶縁体層２１と、ＺｎＯを含む半導体層２２とが交互に重ねられた９層構造を有している。いずれの絶縁体層２１も「１．コンデンサの評価１ １．１ 評価回路の作製方法」に記載した絶縁体層２１を作製する手順と同様の手順で作製されており、また、いずれの半導体層２２も「１．コンデンサの評価１ １．１ 評価回路の作製方法」に記載した半導体層２２を作製する手順と同様の手順で作製されている。
絶縁体層２１の厚み（第二の絶縁体層の厚み２１２、第二の絶縁体層２１２以外の絶縁体層２１の厚み）及び半導体層２２の厚みは、表３に示す数値に調整した。なお、実施例６、比較例４のコンデンサ１において、第二の絶縁体層２１２以外の絶縁体層２１の厚みは、全て同じ厚みであり、また、複数の半導体層２２の厚みは、全て同じ厚みである。また、原子層堆積法における成膜の際のサイクル数に関しては、第二の絶縁体層２１２の厚み、第二の絶縁体層２１２以外の絶縁体層２１の厚み及び半導体層２２の厚みが、表３に記載している値になるように調整した。
３．２ 評価結果
実施例６、比較例４のコンデンサ１を含む評価回路１０に関し、１００Ｈｚから１ＭＨｚまでの周波数帯域で、交流電圧５００ｍＶとして陽極３と陰極４との間に電圧を印加することにより、実施例６、比較例４のコンデンサ１の静電容量の評価を行った。実施例６、比較例４のコンデンサ１に関し、測定周波数と静電容量との関係を図１１に示した。測定周波数１００Ｈｚ及び１ＭＨｚのときに得られた静電容量の測定結果を表３に記載した。なお、実施例６、比較例４の直列容量理論値は、「（１．４）性能」に記載した式（１）に従って、算出した値を記載した。
実施例６、比較例４のコンデンサ１を含む評価回路１０に関し、１００Ｈｚから１ＭＨｚまでの周波数帯域で、交流電圧５００ｍＶとして陽極３と陰極４との間に電圧を印加することにより、実施例６、比較例４のコンデンサ１の静電容量の評価を行った。実施例６、比較例４のコンデンサ１に関し、測定周波数と静電容量との関係を図１１に示した。測定周波数１００Ｈｚ及び１ＭＨｚのときに得られた静電容量の測定結果を表３に記載した。なお、実施例６、比較例４の直列容量理論値は、「（１．４）性能」に記載した式（１）に従って、算出した値を記載した。
実施例６のコンデンサ１は、実施例３のコンデンサ１と比較して、積層膜の積層数が増加しているため、第二の絶縁体層２１２を薄くしても、１ＭＨｚにおける静電容量向上が小さいことが示された。これにより、積層膜の層数を減らすことによって、周波数依存性を抑制する効果が高まりうることが示された。
（３）まとめ
以上述べた実施形態から明らかなように、本開示の第一の態様のコンデンサ（１）は、陽極（３）と、積層膜（２）と、陰極（４）とを、この順に積層するように備える。積層膜（２）は、少なくとも二つの絶縁体層（２１）と、少なくとも一つの半導体層（２２）とを備え、かつ絶縁体層（２１）と半導体層（２２）とは交互に積層する。絶縁体層（２１）は、陽極（３）と接する第一の絶縁体層（２１１）と、陰極（４）と接する第二の絶縁体層（２１２）と、を含む。第二の絶縁体層（２１２）の厚みが、第一の絶縁体層（２１１）の厚みよりも薄い。
以上述べた実施形態から明らかなように、本開示の第一の態様のコンデンサ（１）は、陽極（３）と、積層膜（２）と、陰極（４）とを、この順に積層するように備える。積層膜（２）は、少なくとも二つの絶縁体層（２１）と、少なくとも一つの半導体層（２２）とを備え、かつ絶縁体層（２１）と半導体層（２２）とは交互に積層する。絶縁体層（２１）は、陽極（３）と接する第一の絶縁体層（２１１）と、陰極（４）と接する第二の絶縁体層（２１２）と、を含む。第二の絶縁体層（２１２）の厚みが、第一の絶縁体層（２１１）の厚みよりも薄い。
第一の態様によれば、絶縁体層（２１）と半導体層（２２）とが積層した積層膜（２）を備えるコンデンサ（１）に関し、周波数変化に伴う静電容量の変化が抑制されうるコンデンサ（１）を提供することができる。
本開示の第二の態様のコンデンサ（１）は、第一の態様において、絶縁体層（２１）のうち少なくとも一つが、Ａｌ２Ｏ３を含む。
第二の態様によれば、コンデンサ（１）の静電容量が特に高まりうる。
本開示の第三の態様のコンデンサ（１）は、第一又は第二の態様において、第二の絶縁体層（２１２）の厚みが、２．５ｎｍ以上１８．０ｎｍ以下である。
第三の態様によれば、コンデンサ（１）に関し、耐圧特性の劣化が抑制されながら、かつ周波数変化に伴う静電容量の変化が抑制されうる。
本開示の第四の態様のコンデンサ（１）は、第一から第三のいずれか一の態様において、絶縁体層（２１）が、第一の絶縁体層（２１１）及び第二の絶縁体層（２１２）のみを含む。
第四の態様によれば、周波数変化に伴う静電容量の変化が抑制されうるコンデンサ（１）が、効率良く生産されうる。
本開示の第五の態様のコンデンサ（１）は、第一から第四のいずれか一の態様において、測定周波数１００Ｈｚにおける、陽極（３）と、陰極（４）との間の静電容量が、下記式（１）で表される絶縁体層（２１）の直列静電容量の理論値よりも大きい。
Ｃ ：直列静電容量の理論値
εｋ：第一の絶縁体層を１番目としたときに、陽極から陰極へ向かう方向に対して、ｋ番目に位置する絶縁体層の比誘電率
ε０：真空の誘電率
Ｓ ：陽極と陰極との対向面積
ｎ ：絶縁体層の積層数
ｄｋ：第一の絶縁体層を１番目としたときに、陽極から陰極へ向かう方向に対して、ｋ番目に位置する絶縁体層の厚み
第五の態様によれば、測定周波数１００Ｈｚにおけるコンデンサ（１）の静電容量が特に高まりうる。
εｋ：第一の絶縁体層を１番目としたときに、陽極から陰極へ向かう方向に対して、ｋ番目に位置する絶縁体層の比誘電率
ε０：真空の誘電率
Ｓ ：陽極と陰極との対向面積
ｎ ：絶縁体層の積層数
ｄｋ：第一の絶縁体層を１番目としたときに、陽極から陰極へ向かう方向に対して、ｋ番目に位置する絶縁体層の厚み
第五の態様によれば、測定周波数１００Ｈｚにおけるコンデンサ（１）の静電容量が特に高まりうる。
本開示の第六の態様のコンデンサ（１）は、第一から第五のいずれか一の態様において、半導体層（２２）が、ＺｎＯを含む。
第六の態様によれば、コンデンサ（１）の静電容量が特に高まりうる。
本開示の第七の態様のコンデンサ（１）は、第一から第六のいずれか一の態様において、陽極（３）及び陰極（４）のうち少なくとも一方は、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｌのうち少なくとも１種を含む。
第七の態様によれば、コンデンサ（１）の静電容量が高まりうる。
本開示の第八の態様のコンデンサ（１）は、第一から第七のいずれか一の態様において、陽極（３）が、Ａｌを含み、かつ陰極（４）が、導電性高分子を含む。
第八の態様によれば、コンデンサ（１）が、導電性高分子アルミ電解コンデンサに適用されうる。
１ コンデンサ
２ 積層膜
３ 陽極
４ 陰極
２１ 絶縁体層
２２ 半導体層
３１ 細孔
２１１ 第一の絶縁体層
２１２ 第二の絶縁体層
２ 積層膜
３ 陽極
４ 陰極
２１ 絶縁体層
２２ 半導体層
３１ 細孔
２１１ 第一の絶縁体層
２１２ 第二の絶縁体層
Claims (8)
- 陽極と、積層膜と、陰極とを、この順に積層するように備え、
前記積層膜は、少なくとも二つの絶縁体層と、少なくとも一つの半導体層とを備え、かつ前記絶縁体層と前記半導体層とは交互に積層し、
前記絶縁体層は、前記陽極と接する第一の絶縁体層と、前記陰極と接する第二の絶縁体層と、を含み、
前記第二の絶縁体層の厚みが、前記第一の絶縁体層の厚みよりも薄い、
コンデンサ。 - 前記絶縁体層のうち少なくとも一つが、Ａｌ２Ｏ３を含む、
請求項１に記載のコンデンサ。 - 前記第二の絶縁体層の厚みが、２．５ｎｍ以上１８．０ｎｍ以下である、
請求項１又は２に記載のコンデンサ。 - 前記絶縁体層が、前記第一の絶縁体層及び前記第二の絶縁体層のみを含む、
請求項１又は２に記載のコンデンサ。 - 測定周波数１００Ｈｚにおける、前記陽極と、前記陰極との間の静電容量が、下記式（１）で表される前記絶縁体層の直列静電容量の理論値よりも大きい、
請求項１又は２に記載のコンデンサ。
εｋ：第一の絶縁体層を１番目としたときに、陽極から陰極へ向かう方向に対して、ｋ番目に位置する絶縁体層の比誘電率
ε０：真空の誘電率
Ｓ ：陽極と陰極との対向面積
ｎ ：絶縁体層の積層数
ｄｋ：第一の絶縁体層を１番目としたときに、陽極から陰極へ向かう方向に対して、ｋ番目に位置する絶縁体層の厚み - 前記半導体層が、ＺｎＯを含む、
請求項１又は２に記載のコンデンサ。 - 前記陽極及び前記陰極のうち少なくとも一方は、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｌのうち少なくとも１種を含む、
請求項１又は２に記載のコンデンサ。 - 前記陽極が、Ａｌを含み、かつ前記陰極が、導電性高分子を含む、
請求項１又は２に記載のコンデンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022-159066 | 2022-09-30 | ||
| JP2022159066A JP2024052383A (ja) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | コンデンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2024070465A1 true WO2024070465A1 (ja) | 2024-04-04 |
Family
ID=90477351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2023/031728 WO2024070465A1 (ja) | 2022-09-30 | 2023-08-31 | コンデンサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024052383A (ja) |
| WO (1) | WO2024070465A1 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0465813A (ja) * | 1990-07-06 | 1992-03-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | コンデンサとその製造方法 |
-
2022
- 2022-09-30 JP JP2022159066A patent/JP2024052383A/ja active Pending
-
2023
- 2023-08-31 WO PCT/JP2023/031728 patent/WO2024070465A1/ja unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0465813A (ja) * | 1990-07-06 | 1992-03-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | コンデンサとその製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MUDIT UPADHYAY: "Development and characterization of high-k sub-nanometric laminates of binary oxides for applications in high density capacitances", THESIS ELECTRONICS. NORMANDIE UNIVERSITÉ, 1 January 2021 (2021-01-01), pages 1 - 153, XP093156442 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024052383A (ja) | 2024-04-11 |
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