日本產業技術綜合研究所開發出了電極使用碳納米管(CNT)的電容器“CNT集成化微型電容器”。以相當于鋁電解電容器1/1000的體積實現了同等的性能。這種電容器有望使占據印刷布線基板很大體積的電解電容器實現大幅薄型化,并通過采用光刻技術進行量產來大幅降低制造成本。

開發品(左)與能量容量相同的鋁電解電容器(右)的尺寸比較。工作電壓為4V,靜電容量為30μF,充放電速度(衰減時間常數)為數ms。(圖片:產綜研)(點擊放大)

開發品(星號)與現有電容器、鋰離子電池等的對比 (圖:產綜研)(點擊放大)

在4英寸晶圓上制作的CNT集成化微型電容器及其在100V電壓下的充放電特性(左下)(點擊放大)
能量密度為鋁電解電容器的1000倍
此次開發的電容器有兩大特點。(1)具備非常大的能量密度和很高的輸出功率密度,(2)可采用光刻技術在硅晶圓上制作,量產效率和電容器的設計自由度大幅提高。
關于(1),此次的開發品在能量密度上達到了鋁電解電容器平均值的約1000倍。輸出功率密度也能與鋁電解電容器的最高值相匹敵。由此,與能量容量和輸出功率密度相同的鋁電解電容器相比,可以實現大幅薄型化。
關于(1)得以實現的原因,電極使用的CNT的較大比表面積似乎發揮了重要作用。盡管此次并未公布詳情,但產綜研曾在2010年6月利用通過局部氧化CNT等措施使比表面積增至2240m2/g的纖維狀電極材料,試制出了電容器。
可在硅晶圓上量產分立元件電容器
(2)是首先在整個元件上形成厚度均勻的CNT層之后,再采用光刻和干蝕刻技術使CNT曝光(Patterning)成集電體布線形狀來實現的。此次采用這種技術在4英寸硅晶圓上制作了4700個CNT集成化微型電容器。
據產綜研介紹,實現集成之后,電容器的設計自由度也獲得提高。比如,如果單個電容器最高只能在1V電壓下充放電,那么就可以通過串聯多個電容器,使其能夠在100V電壓下使用。