Condensadores de silicio macroporoso

Abstract

[ANGLÈS] The goal of this work is to develop the manufacturing process of macroporous silicon capacitors, and to produce and characterize them. For this, as one of the electrodes macroporous silicon was used. As the second electrode, it was proposed in the initial objectives of this project to use a metallic contact obtained by electroplating. This is desirable in order to obtain high conductivity. Also, regarding to the industrial application of these devices, the electroplating is a very economic process and easy to implement. A number of prototypes of macroporous silicon capacitors of high capacity have been fabricated, until the first stable capacitor was achieved, which also can work unpolarized. The prototype implements properly the original specifications without repair processes. The maximum achieved capacitance is 10μF , measured after aging for over two months. On the other hand, the stable capacitor by manufacturing implements 5,8μF in an area of 95mm2 , without noticeable variations during the same aging time. Implements the stable capacity in amplitude and offset voltage. The series resistance measured is below 1Ω and nevertheless it is still largely improvable through a simple contact optimization. The parallel resistance at direct current is above 1GΩ. All this in a useful volume of 0,03cm3 embedded in a twelfth of a wafer of one square inch, with a stable volumetric capacitance density of 182μF/cm3 . The maximum capacitance density achieved is 10μF/cm2 . The maximum capacity density feasible, with 4μm pitch, is 33μF/cm2 corresponding to an oxide thickness of 20 nm. At this reasonable limit the volumetric capacitance density becomes 1000μF/cm3 within ±20V .

[CASTELLÀ] El objetivo del presente trabajo es desarrollar la fabricación de condensadores de silicio macroporoso, producirlos y caracterizarlos. Para ello, como uno de los electrodos se ha utilizado silicio macroporoso. Como segundo electrodo, se planteó en los objetivos iniciales el contacto metálico mediante galvanoplastia. Éste es conveniente para obtener alta conductividad. Además, respecto a la aplicación industrial de estos dispositivos, la galvanoplastia es un proceso muy económico y sencillo de implementar. Se han fabricado varios prototipos de condensadores de silicio macroporoso de alta capacidad, hasta que se logró el primer condensador estable y además sin polaridad. El prototipo implementa correctamente las especificaciones originales sin procesos de reparación. La capacidad máxima lograda es de 10μF, medido tras un envejecimiento superior a dos meses. Por otro lado, el condensador estable por fabricación implementa 5,8μF en un área de 95mm2, sin apreciables variaciones durante el mismo tiempo de envejecimiento. Implementa una capacidad estable en amplitud y en offset de tensión. La resistencia serie medida es inferior a 1Ω y sin embargo sigue siendo ampliamente mejorable mediante una simple optimización de los contactos. La resistencia paralelo en corriente continua es superior a 1GΩ. Todo ello en un volumen útil de 0,03cm3 embebido en un doceavo de oblea de una pulgada cuadrada, con una densidad capacitiva volumétrica estable de 182μF/cm3 . La máxima densidad capacitiva lograda es 10μF/cm2 . La máxima densidad capacitiva viable, con 4μm de paso, es de 33μF/cm2 correspondiente a un óxido de 20nm de espesor. En este límite razonable la densidad capacitiva volumétrica llega a 1000μF/cm3 entre ±20V.

[CATALÀ] L’objectiu del present treball es desenvolupar la fabricació de condensadors de silici macroporós, produir-los i caracteritzar-los. Per a això, com a un dels elèctrodes s'ha utilitzat silici macroporós. Com a segon elèctrode, es va plantejar en els objectius inicials el contacte mitjançant galvanoplàstia. Aquest és convenient per a obtenir alta conductivitat. A més, respecte a la aplicació industrial d’aquests dispositius, la galvanoplàstia és un procés molt econòmic i senzill d’implementar. S’han implementat diversos prototips de condensadors de silici macroporós de gran capacitat, fins a aconseguir el primer condensador estable i, a més, sense polaritat. El prototip implementa correctament les especificacions originals sense processos de reparació. La capacitat màxima aconseguida és de 10μF, mesurat després d’un envelliment superior a dos mesos. D’altra banda, el condensador estable per fabricació implementa 5,8μF en una àrea de 95mm2 , sense variacions durant el mateix temps d’envelliment. Implementa una capacitat estable també en amplitud i offset de tensió. La resistència sèrie mesurada és inferior a 1Ω i àmpliament millorable mitjançant una simple optimització dels contactes. La resistència paral lel en corrent contínua és superior a 1GΩ. Tot això en un volum útil de 0,03cm3 embegut en un dotzè d’oblia d’una polzada cuadrada, amb una densitat capacitiva volumètrica estable de 182μF/cm3 . La màxima densitat capacitiva aconseguida és 10μF/cm2. La màxima densitat capacitiva viable, amb 4μm de pas, és de 33μF/cm2 corresponent a un òxid de 20nm de gruix. En aquest límit raonable la densitat capacitiva volumètrica arriba a 1000μF/cm3 entre ±20V.