基于MEMS超级电容器的高介电常数CaCu3Ti4O12薄膜制备及电学特性研究

相对于电化学超级电容器,静电式电容器具有更高的功率密度和可靠性,但能量密度过低。本文提出制备基于高介电常数薄膜CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)的高能量密度MEMS静电式超级电容器。首先,以硅片为基底,通过溶胶-凝胶法在不同烧结温度(700℃、800℃、900℃)下制备CCTO薄膜,分别采用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(FE-SEM)对薄膜的形貌、组分和结晶状况进行表征,发现在800℃烧结温度下CCTO薄膜结晶状况最佳。然后,利用金属-绝缘层-半导体结构测试其I-V和C-V特性,计算得到薄膜的最大阈值电压和能量密度分别为47V和3.2J/cm₃。同时,首次对高介电常数介质膜中存在的介质充电现象进行了研究,并分析了介质充电对静电式超级电容器性能的影响。