粗糙化

通过控制表面粗糙化增强片上集成微型超级电容器的电极沉积

摘要：集成能量收集器的片上微型超级电容器 (MSC) 对开发自供电无线传感器系统具有巨大潜力。然而，MSC 的传统制造技术与半导体制造技术不兼容，其中最显著的瓶颈是电极沉积技术。利用旋涂技术进行电极沉积已显示出在硅基板上提供多个互补金属氧化物半导体 (CMOS) 兼容 MSC 的潜力。然而，它们在基板上的电化学性能和产量有限一直是阻碍其后续集成的挑战。我们报告了一种简单的表面粗糙化技术，用于提高晶片产量和 CMOS 兼容 MSC 的电化学性能，特别是对于还原氧化石墨烯作为电极材料。在晶片基板上沉积并退火一层 4 纳米的铁层以增加表面粗糙度。与标准的非粗糙 MSC 相比，表面粗糙度的增加使电极厚度增加 78%，质量保持率提高 21%，旋涂电极的均匀性提高 57%，并且在 2 英寸硅基板上工作器件的产量高达 87%。此外，这些改进直接转化为更高的电容性能，并具有增强的速率能力、能量和功率密度。这项技术使我们更接近于在片上无线传感器电子设备的自供电系统中完全集成的 CMOS 兼容 MSC。