DD231263A3

DD231263A3 - Hochkapazitives bauelement

Info

Publication number: DD231263A3
Application number: DD25108983A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Berger; Gerit Kampfrath; Claus Hamann; Kerstin Jost
Original assignee: Wolfgang Berger
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1985-12-24

Abstract

Das hochkapazitive Bauelement ist anwendbar in der Elektrotechnik und Elektronik, besonders in der Mikroelektronik. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, ein hochkapazitives Bauelement zu schaffen, das bei hoher Qualitaet mit den Technologien der Mikroelektronik kompatibel ist und eine hohe spezifische Kapazitaet bei gleichzeitig grosser Spannungsfestigkeit aufweist. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe geloest, indem das Dielektrikum zwischen den Elektroden aus einer Schichtkombination, aus einer leitfaehigen organischen Schicht und einer oder mehreren Isolatorschichten besteht, wobei mindestens eine der Isolatorschichten an der Grenzflaeche zur leitfaehigen organischen Schicht eine Polymerschicht ist. Fig. 2

Description

Ausführungsbeispiele

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung näher erläutern.

Es zeigen Fig. 1 eine Schichtkombination, bei der die Elektroden mehrfach übereinander angeordnet sind, Fig.2 eine Schichtkombination mit mehreren Isolatorschichten und

Fig. 3 die Abhängigkeit der Kapazität von der Frequenz.

1. Auf dem in Fig. 1 gezeigten isolierenden Substrat 1 aus Silizium befindet sich eine 300 nm dicke Grundelektrode 2 aus In. Diese wird mit einer 150 nm dicken aufgedampften leitfähigen organischen Schicht 3 aus Tetrathiafulvalen-Tetracyanchinodimethan (TTF-TCNQ) überzogen. Dann folgt eine 100nm starke Glimmpolymerschicht 4 aus Acetonitril. Die Schichtfolge wird mit einer 300 nm dicken Deckelektrode 5 aus In abgeschlossen. Diese Schichtfolge 3 und 4 wird wiederholt und die entsprechenden Elektroden aus In elektrisch leitend verbunden. Das so erhaltene Bauelement hat eine etwa zehnfach höhere Kapazität im Vergleich zu einem üblichen Polymer-Dünnschicht-Kondensator. Die Durchbruchspannung ist größer als 2 V, und das Bauelement ist nichtpolar.

2. Entsprechend Fig. 2 wird auf einer Aluminiumfolie als leitfähiges Substrat 1 in bekannter Weise eine Aluminiumoxidschicht 6 aufgebracht. Darauf befindet sich eine 150 nm dicke aufgedampfte TTF-TCNQ-Schicht als leitfähige organische Schicht 3. Die sich anschließende Isolierschicht ist eine 100 nm dicke Glimmpolymerschicht 4 aus Acetonitril. Auf dieser befindet sich eine 300 nm starke aufgedampfte Deckelektrode 5 aus In. Das erhaltene Bauelement hat eine spezifische Kapazität von 2/iF/cm² und kann außerdem als Sensor für eine Frequenz von 7 kHz dienen, bei der sich die Kapazität des Bauelements um das Zehnfache ändert.

Fig. 3 verdeutlicht die Wirkungsweise als Indikator für eine bestimmte Grenzfrequenz.

Claims

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Erfindungsanspruch:

1. Hochkapazitives Bauelement, bestehend aus einem Substrat und Elektroden, zwischen denen sich ein Dielektrikum aus einer einen Charge-Transfer-Komplex enthaltenden leitfähigen organischen Schicht und einer oder mehreren Isolatorschichten befindet, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens eine den Isolatorschichten an der Grenzfläche zur leitfähigen organischen Schicht eine Polymerschicht ist.
2. Hochkapazitives Bauelement nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Polymerschicht eine Glimmpolymerschicht (4) ist.
3. Hochkapazitives Bauelement nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtkombination mit den Elektroden mehrfach übereinander angeordnet ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein hochkapazitives Bauelement und ist in der Elektrotechnik und Elektronik, besonders der Mikroelektronik anwendbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Herkömmliche hochkapazitive Bauelemente besitzen entweder einen polaren Charakter, wie Elektrolytkondensatoren, oder eine niedrige Durchbruchspannung, wie Doppeischichtkondensatoren. Ein großer Nachteil bei diesen Bauelementen ist, daß bereits bei niedrigen Frequenzen der Verlustfaktor den Wert 1 annimmt (EP 36601, EP 36602).

Dünnschichtkondensatoren des bekannten Systems TaN_x-Ta₂0₅-Metall, wie sie z. B. in der DE-OS 2556696 beschrieben werden, haben niedrige Dielektrizitätskonstanten und demzufolge nur relativ kleine spezifische Kapazitäten. Außerdem ist man in der Auswahl des möglichen Elektrodenmaterials beschränkt, da mindestens eine Elektrode ein Ventilmetall sein muß. Nachteilig ist weiter, daß diese Anordnung ein polares Bauelement darstellt. Dickschichtkondensatoren in der Ausführung als Keramikvielschichtkondensator erreichen wohl höhere Kapazitäten, benötigen aber Herstellungsschritte, bei denen hohe Temperaturen auftreten, so daß sie nicht direkt auf einen gemeinsamen Chip mit aktiven Bauelementen aufgebracht werden <önnen. Auch ist die Dicke des Dielektrikums nicht frei wählbar, da die hier verwendete Technik des Siebdruckverfahrens bei der Aufbringung die Dielektrikums nicht beliebig dünne Dielektrikumsschichteh zuläßt.

MIe erwähnten Kondensatorenarten benötigen bei ihrer Herstellung Prozeßschritte, die unterschiedlichste Technologien ärfordern. Zum Teil sind diese Teilschritte unvereinbar mit den Technologien der Mikroelektronik, was die Herstellung eines lochkapazitiven Bauelements in einem ununterbrochenen Verfahrenszyklus erschwert. Die Uneinheitlichkeit der einzelnen 4erstellungsschritte (z. B. naßchemische Verfahren) bzw. die Verwendung teurer Materialien (z. B. Tantal) verhindern eine «ostengünstige Produktion. -

Ziel der Erfindung

liel der Erfindung ist ein hochkapazitives Bauelement, das kompatibel mit den Technologien der Mikroelektronik ist, eine hohe Qualität aufweist und preisgünstig herstellbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

3ie Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein hoch kapazitives Bauelement zu schaffen, das eine hohe spezifische Kapazität bei gleichzeitig großer Spannungsfestigkeit besitzt und integrierbar ist. Das hochkapazitive Bauelement besteht aus einem Substrat nit Elektroden, zwischen denen das Dielektrikum angeordnet ist.

Erfindungsgemäß besteht das Dielektrikum aus einer Schichtkombination aus einer leitfähigen organischen Schicht und einer )der mehreren Isolatorschichten, wobei mindestens einer der Isolatorschichten an der Grenzfläche zur leitfähigen organischen Schicht eine Polymerschicht ist. Die leitfähige organische Schicht ist beispielsweise ein Charge-Transfer-Komplex. Diese eitfähige organische Schicht wird ein- oder beiderseitig von einer polymeren Isolatorschicht umgeben. An dieser Grenzfläche wischen polymerer Isolatorschicht und leitfähiger organischer Schicht bildet sich ein Raumladungsgebiet aus. Das iaumladungsgebiet entsteht dadurch, daß die in der polymeren Isolatorschicht enthaltenen stabilen Radikale beim Aufbringen jer leitfähigen organischen Schicht reagieren und dort die Ausbildung von Störstellen im Valenz- bzw. Leitungsband verursachen. An diesen Störstellen werden dann die Elektronen gesammelt. Die Vielzahl der Störstellen bewirkt die hohe .adungsspeicherfähigkeit der Schichtkombination. Diese hohe Ladungsspeicherfähigkeit bleibt bis zu hohen Frequenzen srhalten.

Außerdem zeigt das erfindungsgemäße hochkapazitive Bauelement eine nichtpolare Charakteristik.

Zusätzliche Isolatorschichten auf der Elektrodenoberfläche können die Spannungsfestigkeit des Bauelements noch weiter irhöhen. Als Schichtmaterial für die Isolatorschichten kommen neben Polymeren auch Metalloxide in Frage.

)ie einzelnen Schichten können mit bekannten Verfahren aufgebracht werden. In der Mikroelektronik übliche vakuumtechnische 3eschichtungsverfahren können ohne Unterbrechung des Vakuums angewandt werden, wenn zur Aufbringung der 'olymerschicht eine Glimmpolymerisation zum Einsatz kommt.

)as erfindungsgemäße Bauelement kann diskret als auch auf einem Substrat in Form einer Folie, einem Chip bzw. einem -hipcarrier integriert hergestellt werden. Vorteilhaft wird dann mindestens eine der Isolatorschichten zur Passivierung des 'rägers eingesetzt. Günstig ist in diesem Falle die Ausbildung der Passivierungsschicht als Glimmpolymerschicht, da diese >ereits bei sehr geringen Schichtdicken homogen und geschlossen ist.

:ine weitere Erhöhung der spezifischen Kapazität kann durch mehrmalige vertikale Wiederholung der Schichtfolge erzielt verden, wobei die entsprechenden Elektroden elektrisch leitend zu verbinden sind. Infolge des funktioneilen Zusammenhangs wischen Kapazität und Verlustfaktor bzw. Frequenz der angelegten Spannung, kann das Bauelement als Indikator einer Srenzfequenz oder als frequenzabhängiger Sensor dienen, da sich innerhalb eines schmalen Frequenzbereiches die Kapazität les Bauelements sprunghaft ändert. Diese Kapazitätsänderung kan η in nachfolgenden Auswerte- bzw. Anzeigeeinheiten veiterverarbeitet werden.