[发明专利]包括细长体导电元件阵列的微米级电容器和纳米级电容器

说明书

联邦资助声明

本文描述的发明根据NASA合同执行工作，并遵守公法96-517(35U.S.C.202)的规定，其中立约人选择保留所有权。

技术领域

本发明大体涉及电容器。

背景技术

电容器是能够存储电荷的设备，且通常包括两个彼此相邻放置但不相互接触的两个导电体。电容器被广泛应用于电子电路中。例如，它们可以被用于存储电荷以供以后使用，比如在照相机闪光灯、或可替换地作为能量备份，以防发生电源故障。电容器还可以用来：阻挡电荷和能量的浪涌以保护电路；构成无线电的组成部分；和作为存储器用于存储随机存取存储器(RAM)中的二进制码。电容器存储的电荷与施加的电压成比例，并且与它的电容量成比例，这是电容器的固有属性。因此，开发具有更大的电容量的电容是有用的，这使得电容器能够存储更多的电荷。

发明内容

根据本发明的实施方案的系统和方法实现了微米级电容器和纳米级电容器，其包括符合细长体阵列形状的导电元件。在一个实施方案中，包括符合细长体阵列形状的导电元件的电容器，包括：符合细长体阵列形状的第一导电元件；符合细长体阵列形状的第二导电元件；和布置在第一导电元件和第二导电元件之间且由此物理地分隔它们的电介质材料。

在另一个实施方案中，第一导电元件和第二导电元件被布置为相互交叉但物理上彼此不接触的不同结构。

在另一个实施方案中，电极间的间隙小于约10μm。

在又一个实施方案中，第一导电元件和第二导电元件各自符合圆柱阵列形状。

在又一个另外的实施方案中，第一导电元件和第二导电元件各符合六边形细长体阵列形状。

在其他的另一个实施方案中，第一导电元件和第二导电元件各自构成细长体阵列。

在其他另外的实施方案中，第一导电元件和第二导电元件各自构成沉积在细长体阵列上的涂层。

在其他的又一个实施方案中，电介质材料是聚苯并咪唑。

在其他的又一个另外的实施方案中，电介质材料是聚苯并咪唑材料。

在另一个实施方案中，第一导电元件是布置到细长体阵列上的层；电介质材料是布置在第一导电元件上的层；且第二导电元件是布置在电介质材料上的层。

在另外的实施方案中，细长体的阵列包括导电硅。

在又一个实施方案中，细长体的阵列包括布置在导电硅上的电介质材料层。

在又一个另外的实施方案中，第一导电元件和第二导电元件各自包括TiN。

在又一个实施方案中，电介质材料包括Al₂O₃。

在又一个另外的实施方案中，细长体阵列包括碳纳米管。

在其他的又一个另外的实施方案中，细长体阵列包括在碳纳米管上的氧化硅层。

在其他的又一个另外的实施方案中，第一导电元件和第二导电元件各自包括TiN。

在另一个实施方案中，电介质材料包括Al₂O₃。

在另外的实施方案中，电容器包括：第二电介质材料、第三导电元件、第三电介质材料、第四导电元件、第四电介质材料、以及第五导电元件；其中：第二电介质材料是布置在第二导电元件上的层、第三导电元件是布置在第二电介质材料上的层、第三电介质材料是布置在第三导电元件上的层、第四导电元件是布置在第三电介质材料上的层、第四电介质材料是布置在第四导电元件上的层、以及第五导电元件是布置在第四电介质材料上的层。

在又一个实施方案中，电介质材料为BaTiO₃。

在又一个另外的实施方案中，第一导电元件、第二导电元件和电介质材料具有相似的热膨胀系数。

在其他的另一个实施方案中，第一导电元件、第二导电元件和电介质材料允许电容器在大约20℃到360℃之间的温度范围内进行操作。

附图说明

图1A和1B根据本发明的实施方案示出了一种电容器，其包括两个各自符合细长体阵列形状的导电元件，且这两个导电元件各自具有不同的结构，且被配置为相互交叉。

图2描述了参数，其被用于表征被配置为相互交叉的两个导电元件之间的空间关系。

图3根据本发明的实施方案，描述了被配置为相互交叉的两个导电元件的预期电容量，其为它们空间关系的函数。

图4描述了蜂窝结构，根据本发明的实施方案，细长体可采取这种结构形式。