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中國科學(xué)院金屬研究所胡維進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出晶圓級儲能電容器一秒制造新方法，該項(xiàng)研究成果于11月15日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》期刊。該技術(shù)采用快速閃光退火工藝，實(shí)現(xiàn)每秒1000°C的升降溫速率，為高性能儲能器件生產(chǎn)開辟新路徑。

介電儲能電容器在電力電子設(shè)備中具有重要作用，其快速充放電特性適用于脈沖激光器與電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。研究團(tuán)隊(duì)通過閃光退火技術(shù)在硅晶圓上合成弛豫型反鐵電鋯酸鉛薄膜，成功將制造時(shí)間縮短至一秒。該方法可形成尺寸小于3納米的納米疇結(jié)構(gòu)，為提升器件性能奠定基礎(chǔ)。

與傳統(tǒng)工藝相比，新型閃光退火技術(shù)能有效抑制鉛元素?fù)]發(fā)，獲得更致密的薄膜結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該電容器儲能密度提升至63.5 J/cm3，且在-196°C至400°C溫度區(qū)間保持穩(wěn)定性能。胡維進(jìn)教授指出：“這項(xiàng)技術(shù)能夠有效地將材料的高溫順電相結(jié)構(gòu)‘凍結(jié)’在室溫下，形成尺寸小于3納米的納米疇。這些微小的結(jié)構(gòu)如同錯(cuò)綜復(fù)雜的迷宮，是觸發(fā)高性能弛豫鐵電體反鐵電行為并實(shí)現(xiàn)高效儲能的關(guān)鍵?！?/p>

該制造技術(shù)已成功應(yīng)用于兩英寸硅晶圓，制備出均勻性良好的功能性薄膜。這種晶圓級儲能電容器展現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性，經(jīng)極端溫度循環(huán)測試后，其儲能密度與效率衰減均低于3%。該特性使其適用于航天探測與地下資源開發(fā)等復(fù)雜環(huán)境。

這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步為芯片集成儲能解決方案提供新的技術(shù)支撐。通過優(yōu)化制造工藝與材料結(jié)構(gòu)，晶圓級儲能電容器有望推動(dòng)電力電子設(shè)備向高性能方向發(fā)展。

更多信息： Yizhuo Li 等人，《閃光退火法制備晶圓級弛豫型反鐵電體以提高儲能性能》，《科學(xué)進(jìn)展》 (2025)。期刊信息： 《科學(xué)進(jìn)展》

審核編輯 黃宇