具有优异电容密度的多孔固态微超级电容器，适用于片上电源系统

《IEEE Electron Device Letters》：Porous Solid-state Micro-supercapacitors with Superior Capacitance Density for Power Supply System on Chip

本研究提出具有三维电极-电解质界面结构的固态多孔微超级电容器（PSMSC），通过交叉溅射技术制造多孔复合电极-电解质层，电容密度达486 μF/cm2，接近液态电解质器件性能，并具有优异循环稳定性、芯片级均匀性和超低漏电流，展示了其在下一代集成电源系统中的潜力。

　　

摘要：

当前片上电容器的低电容密度阻碍了全集成电源系统（PwrSoC）的发展。尽管电化学超级电容器具有更高的电容密度，但当它们以固态片上形式制造时，其性能会显著下降，主要原因是固体电极与电解质之间的反应面积有限。在这项工作中，我们提出了一种新型的多孔固态微超级电容器（PSMSC）概念，该电容器具有三维电极-电解质界面，极大地提高了有效界面面积和电容密度。通过开发一种交叉溅射技术，我们制备了具有多孔结构的复合电极-电解质层，实验结果显示其电容密度比传统的平面设计提高了一个数量级。所制备的器件具有高达486 μF/cm2的电容密度，接近液态电解质超级电容器的性能，并且具有优异的循环稳定性、晶圆级均匀性和超低漏电流。此外，我们还展示了多层PSMSC单片芯片在基于开关电容阵列的电源充电泵中的应用，凸显了它们在下一代PwrSoC实现中的潜力。