《基於納米結構的金屬-絕緣體-金屬超大容量電容器》是依託武漢大學，由劉昌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於納米結構的金屬-絕緣體-金屬超大容量電容器
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉昌
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高效的電能存儲和利用是當今社會普遍關注的問題之一。各種新型移動設備包括電子設備與汽車等，都需要具有高儲能密度和大功率的儲能器。與傳統的電池儲電方式相比，電容器儲電可以達到很高的功率密度，並且安全、高效、壽命長。但是較低的儲能密度限制了它的套用。當今的超級電容以電化學方法為儲電途徑，雖提高了儲能密度但同時降低了功率密度。本項目擬用原子層沉積（ALD）方法，在具有極高比表面積的納米材料模板上生長金屬-絕緣體-金屬（MIM）平板電容器結構，採用高k材料（比如TiO2）作為絕緣層，這種新型電容器既能提高儲能密度，又能保持非常高的功率密度。通過系統研究納米模板前期處理工藝、MIM生長工藝，以及器件後期加工工藝，製備出比能量接近或達到現有超級電容水平（1-10Wh/kg），比功率超過超級電容兩個數量級以上的MIM結構電容器，發表高水平研究論文，申請發明專利，為工業化生產打下良好的基礎。
結題摘要
本項目採用原子層沉積的方法在石英玻璃襯底上製備出性能相對優異的AZO薄膜，電阻率達到1.4×10-3 Ω.cm（厚度僅為100 nm），薄膜表面粗糙度可以低至1.5 nm，遠低於其他方法製備的AZO薄膜。在AZO的基礎上，為了增大電容密度和控制漏電流，介質層選用了Al2O3/TiO2/Al2O3的疊層結構。而且，為了製備出絕緣性能更好的TiO2，我們選用了氧化性更強的臭氧（O3）代替水（H2O）。通過最佳化生長工藝，得到了最高的電容密度達到14 fF/um2，對應介電常數41。採用臭氧作為氧化劑，可以將漏電流密度降到2×10-9 A/cm2 (在1V)。最後，我們對器件性能進行了測試和分析，發現如果能夠降低AZO電阻率，就可以進一步減少電容器的高頻損耗。 本項目執行期，課題組發表了SCI論文12篇，包括3篇APL，1篇Nanotechnology，1篇IEEE Electron Device Letters，1篇Scientific Reports，申請國家發明專利1項，國際會議邀請報告1個，小型會議或者雙邊會議邀請報告8個，主辦了國際（含雙邊）會議5次，國內會議1次。
