ИОНИСТОР Российский патент 1994 года по МПК H01M6/18 

Изобретение относится к элементной базе микроэлектроники, в частности к твердотельным конденсаторам с двойным электрическим слоем - ионистором, и может быть использовано в интегральных схемах.

Известен ионистор, содержащий угольный поляризуемый и серебряный неполяризуемый электроды, разделенные слоем Ag⁺ - проводящего твердого электролита на основе иодида серебра, например, Ag₆I₄WO₄, Ag₃Si и др. [1] .

Однако вследствие малой ионной проводимости этих твердых электролитов ионисторы имеют большое внутреннее сопротивление и соответственно малую удельную электрическую емкость.

Известен ионистор, содержащий металлический или угольный поляризуемый и серебряный неполяризуемый электроды, разделенные слоем высокопроводящего по Ag⁺-ионам твердого электролита на основе иодида серебра - RbAg₄I₅ [1] .

Однако такой ионистор, выполненный в виде тонкопленочной структуры, невозможно использовать из-за значительного (в 10-100 раз) возрастания внутреннего сопротивления при хранении. Так, тонкопленочная структура толщиной ≈ 1 мкм выходит из строя примерно за 10 дней.

Известен ионистор, выполненный в виде тонкопленочной структуры, содержащий поляризуемый и неполяризуемые электроды, разделенные слоем высокопроводящего твердого электролита, выполненного из СsAg₄Br_3-x I_2+x, где 0,25 ≅ х ≅ 1. [2] .

Однако внутреннее сопротивление его также быстро возрастает при длительном хранении .

Цель изобретения - повышение временной стабильности внутреннего сопротивления тонкопленочных структур.

Цель достигается тем, что в ионисторе твердый электролит выполнен из СsAg₄Br_3-ХI_2-Х, где 0 ≅ Х ≅ 0,8.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

На чертеже представлен ионистор, выполненный в виде тонкопленочной структуры.

На основе высокопроводящих (Ag^+-ионы) твердых электролитов нами впервые получены тонкопленочные ионисторы с малым и стабильным во времени внутренним сопротивлением. Такая повышенная стабильность в настоящее время не имеет научного объяснения. Можно предположить, что известные тонкопленочные ионисторы, содержащие высокопроводящие твердые электролиты (RbAg₄I₅; K Ag₄I₅; NH₄Ag₄I₅, Rb_1-XC_sXAg₄I₅), быстро выходят из строя из-за термодинамической нестабильности системы высокопроводящий твердый электролит - серебро, а системы CsAg₄Br_3-XI_2+X (0 ≅ X ≅ 0,8)-серебро являются термодинамически стабильными.

Нами экспериментально показано, что тонкопленочный ( ≈ 1 мкм) ионистор, в котором высокопроводящий твердый электролит выполнен из СsAg₄Br_3-XI_2+X, где 0 ≅ Х ≅ 0,8, в течение года и более сохраняет внутреннее сопротивление при влажности 10^-5 мг Н₂О на 1 дм³ воздуха (осушение воздуха с помощью Р₂О₅).

Таким образом, заявляемый ионистор обладает новыми свойствами, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

Цель достигается только при выполнении пленки твердого электролита из СsAg₄Br_3-XI_2+X, где 0 ≅ Х ≅ 0,8. Для X> 0,8 при хранении происходит быстрое увеличение сопротивления структуры.

Данное положение иллюстрируется таблицей, в которой приведены данные об изменении относительного сопротивления планарных структур типа Ag(CsAg₄Br_3-XI_2+X) и AgCsAg₄Br_3-XI_2+XAg (толщина пленки высокопроводящего твердого электролита ~ 0,25 мкм) при хранении их при комнатной температуре на воздухе, осушаемом с помощью Р₂О₅.

П р и м е р. Ионистор содержит пленку твердого электролита CsAg₄Br_3-XI_2+X (1), осажденную на подложку из SiO₂ или другого диэлектрика (2), а также гребенчатые пленочные электроды из серебра (3) и платины (золота) (4).

Ионистор работает следующим образом. При подаче на поляризуемый платиновый электрод напряжения положительной полярности подвижные Ag⁺-ионы смещаются от электрода и вблизи него образуется область двойного электрического слоя, где концентрируется энергия электрического поля. При этом на серебряном электроде идет реакция Ag⁺+ _→ A_g^o, т. е. при работе ионистора этот электрод выполняет функцию источника и стока подвижных Ag⁺-ионов. Удельная электрическая емкость ионистора с твердым электролитом СsAg₄Br_3-XI_2+X составляет 10³ мкФ/см².

Предлагаемый ионистор изготовляют, например, следующим образом.

Пленку твердого электролита осаждают на подложку со сформированными на ней по стандартной методике вставленными одна в другую пленочными гребенками из серебра и платины (золото, уголь). Для получения пленки СsAg₄BrI_2+X используют метод импульсного термического испарения композиции, где галогениды серебра AgI и AgBr берут в избытке, примерно, 4-5 моль% по отношению к стехиометрическому количеству СsI. Необходимость такого соотношения обусловлена разложением части галогенидов серебра при нахождении на испарителе, температуру которого поддерживают в интервале 850-1050 К. Порошок композиции подают на испаритель с помощью дозатора.

Сопротивление пленки твердого электролита определяют путем сравнения напряжения на выходных клеммах генератора гармонических сигналов и на включенном последовательно со структурой эталонном сопротивлении. В качестве измерителя напряжений используют селективный усилитель, например, типа Unipan 237 (Польша). Частотный диапазон применяемых напряжений 10²-10⁴ Гц, а амплитуда напряжений 1-10 В.

Использование высокопроводящих твердых электролитов CsAg₄Br_3-XI_2+X, где 0≅ Х ≅ 0,8, позволяет увеличить стабильность внутреннего сопротивления тонкопленочных ионисторов. Так, тонкопленочные ионисторы толщиной ≈ 1 мкм, с твердыми электролитами СsAg₄Br_3-XI_2+Х сохраняют неизменным в течение 1 года свое внутреннее сопротивление (точность регистрации сопротивления ≈1% ).

Использование: изобретение относится к элементной базе микроэлектроники, в частности к высокоемким твердотельным конденсаторам с двойным электрическим слоем - ионисторам, и может быть использовано в интегральных схемах. Сущность изобретения: устройство содержит металлический или угольный поляризуемый и серебряный неполяризуемый электроды, разделенные пленочным слоем высокопроводящего твердого электролита на основе иодида серебра. С целью повышения временной стабильности внутреннего сопротивления тонкопленочных структур твердый электролит, выполненный из CrAd₄Br_3-xJ_2+x отвечает стехиометрическому составу, где 0≅ x≅ 0,8. 1 ил. , 1 табл.

ИОНИСТОР, выполненный в виде тонкопленочной структуры, содержащий металлический или угольный поляризуемый и серебряный неполяризуемый электроды, разделенные пленочным слоем высокопроводящего твердого электролита, выполненного из CsAg₄Br_3-xI_2+x, отличающийся тем, что, с целью повышения временной стабильности внутреннего сопротивления тонкопленочной структуры, твердый электролит, выполненный из CsAg₄Br_3-xI_2+x, отвечает стехиометрическому составу, где 0 ≅ x ≅ 0,8.