[发明专利]存储设备和电容储能设备

说明书

公开了电容储能设备(CESD)以及制造和使用CESD的方法。所述CESD包括电极阵列，在电极之间具有空间。介电材料占据在电极之间的空间；位于相邻电极之间的介电材料的区域限定电容元件。所公开的CESD可用作为储能设备和/或内存存储设备。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年12月2日提交的美国临时申请第62/429,651号和于2017年2月13日提交的美国临时申请第62/458,426号的权益，其中的各项的全部内容都通过引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及电容储能设备以及用于制造和使用该设备的方法的实施例。

背景技术

使用电容器作为能量存储和/或内存存储设备，需要使用导电电极以电荷的形式存储电能。作为储能的方法，静电电容器在其可以积累和释放能量的速度方面很擅长。通常，在介电材料中传统静电能量存储的充电和放电机制处于皮秒至数百微秒的时域范围内。在计算机内存存储器中由电容元件对电荷储存的利用是针对闪存(ROM，只读存储器)和DRAM(动态随机存取存储器)两者的大部分内存存储的基础。

需要包括多个电容元件以及具有多功能性的电容储能设备，以用作能量存储和/或内存存储设备。

发明内容

公开了电容储能设备(CESD)连同制造和使用CESD的方法的实施例。CESD包括电极平面阵列，在电极之间具有空间，该阵列包括在一个或多个平面中的n组电极，其中，n是大于或等于2的整数。介电材料占据在电极之间的空间以及与电极接触，其中，位于相邻电极之间的介电材料的区域限定电容元件。

在一个实施例中，CESD是堆叠的CESD，以及阵列包括n组间隔开的平行电极，形成平行电极的n个堆叠平行平面，各电极具有平行于电极所在平面的中心轴。在各平面中的平行电极是相对于在各相邻平面中的平行电极旋转0-90°的。在任何或所有前述实施例中，所述CESD可以具有限定四个侧边的四边形配置，其中各电极具有从CESD的一个侧边突出的端部，以及所述CESD还包括导电材料，所述导电材料施加到CESD的两个或更多个侧边，以及与电极的从施加导电材料的侧边突出的端部相接触。在任何或所有前述实施例中，电极可以包括具有弯曲曲线的导线或包括沿导线的长度的周期性突起的导线。

在独立实施例中，阵列包括对准的电极行，各行构成一组电极。在另一独立实施例中，阵列包括交错的电极行，各行构成一组电极。在独立实施例中，阵列包括交错的电极行，各行还包括串行地连接在行中的一组交替电极的行电互连，以及未通过行电互连连接的交错电极组是通过列电互连来成列连接的，所述列电互连从交错电极的中心轴偏移，其中在行电互连与列电互连交叉的各交叉点处，存在垂直空间分离。在另一独立实施例中，所述阵列包括电极的行和列的网格图案，其中各行包括与多个列组中的电极交替的行组中的电极；各行组还包括串行地连接行组中的各电极的行电互连；以及各列组还包括串行地连接列组中的各电极的列电互连，其中，在行电互连与列电互连交叉的各交叉点处，存在垂直空间分离。在任何前述实施例中，CESD还可以包括(i)绝缘层，其设置在行电互连与列电互连之间，使得行电互连在绝缘层上方，以及列电互连在绝缘层下方；以及(ii)通孔，其是由绝缘层针对行组中的各电极来限定的，所述通孔将电极连接到行电互连。

在一些实施例中，CESD包括单位晶格，所述单位晶格包括：(i)多个电极，其至少形成多边形的形状，在多边形的各顶点具有一电极；(ii)多个电互连，其数量等于在单位晶格中电极的数量，各电互连连接到在单位晶格中的单个电极，其中在两个或更多个电互连的各交叉点处，存在垂直空间分离；以及(iii)介电材料，其占据在电极之间的空间，其中位于相邻电极之间的介电材料的区域限定电容元件。单位晶格还可以包括在多边形的中心处的电极。在任何或所有前述实施例中，CESD还可以包括设置在交叉电互连之间的绝缘层以及由绝缘层限定的通孔，用于将在绝缘层上方的电互连连接到在电互连和绝缘层下方的电极。在一些实施例中，CESD包括单位晶格的阵列。在两个或更多个单位晶格中相应位置的共线电极可以是串行地通过电互连来连接的。