[发明专利]用于制作超级电容器的结构

说明书

技术领域

本发明涉及用于便携式电子装置的超级电容器，并且更具体地讲，用于可穿戴电子装置的超级电容器。

背景技术

便携式电子装置经常被握在手中，捆扎到皮带上等等，并且易于体积大。当不存在电源插座或便携式发电机时，便携式电子装置也依赖于电池功率。结合许多便携式电子装置的紧凑尺寸，这经常意味着昂贵的电池必须被用于为便携式电子装置供电。电池也需要被定期地充电。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的柔性纤维的透视图。

图2是根据本发明的实施例的单线电容器的透视图。

图3是根据本发明的实施例的双线电容器的透视图。

图4是根据本发明的实施例的单线电容器的透视图。

图5是根据本发明的实施例的通道晶体管的透视图。

图6是根据本发明的实施例的多部件纤维的透视图。

图7A是根据本发明的实施例的多部件纤维的透视图。

图7B是根据本发明的实施例的流向电容器的电流的透视图。

图7C是根据本发明的实施例的存储在电容器中的电荷的透视图。

图7D是根据本发明的实施例的来自电容器的流动的电流的透视图。

图8-9是根据本发明的实施例的用于制作单线电容器的系统的透视图。

图10是根据本发明的实施例的用于制作纤维部件的系统的透视图。

图11-18是根据本发明的实施例的用于制作多部件纤维的系统和方法的透视图。

图19A-19H是根据本发明的实施例的形成交叉指状电容器的方法的剖视侧视图。

图20是根据本发明的实施例的与可穿戴电子装置集成的多部件纤维的示意图。

具体实施方式

在各种实施例中，参照附图描述电荷存储纤维和形成的方法。然而，可在没有这些特定细节中的一个或多个特定细节的情况下或结合其它已知方法和材料实施某些实施例。在下面的描述中，阐述许多特定细节(诸如，特定材料、维度和处理等)，以便提供对本发明的彻底的理解。在其它实例中，未特别详细地描述公知半导体处理和制造技术以免不必要地模糊本发明。在整个本说明书中对“实施例”的提及意味着：结合该实施例描述的特定特征、结构、材料或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在实施例中”在整个本说明书的各种地方的出现不一定表示本发明的相同的实施例。另外，所述特定特征、结构、材料或特性可在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

在一个方面，本发明的实施例将半导体制造技术(诸如，化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD))结合到用于形成柔性电荷存储纤维的处理序列中。在利用本发明的实施例时，预期包括围绕柔性纤维缠绕的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构的简单单线超级电容器结构能够实现柔性纤维表面的高达大约每平方微米50毫微微法拉(50 fF/μm2)。例如，示例性尺寸69尼龙柔性纤维具有0.25 mm的直径(0.8 mm周长)。假设沿x和y方向中的每个方向(单股)并在编织线的一平方米表面面积中编织这种纤维的80线/cm，对于单层MIM超级电容器结构，这产生0.25 F的电容。通过增加电容器层的数量，对于每个层，电容能够增加0.25 F。以这种方式，柔性电荷存储纤维可被用作衣服自身的织物，或附接到衣服以用于便携式电子装置的充电或作为便携式电子装置自身的一部分。

在另一方面，本发明的一些实施例描述使用柔性导电纤维形成特定纤维部件的方式。例如，柔性导电纤维能够是涂覆纤维结构或未涂覆纤维结构。在实施例中，柔性导电纤维能够包括涂覆有金属涂层或半导电涂层的绝缘柔性纤维。在实施例中，柔性导电纤维能够是柔性金属线或柔性半导电纳米线。根据本发明的实施例，设想了各种配置。

现在参照图1，提供根据本发明的实施例的柔性纤维的透视图。柔性纤维100可由各种合适的纺织品材料形成，所述合适的纺织品材料能够承受至少100 oC的半导体装置制造装备(诸如，化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)装备)的最小沉积温度。CVD和ALD沉积技术可能特别合适于围绕柔性纤维的圆周提供可再生产的均匀的涂层。在表1中提供合适的柔性纤维材料的非排他性列表以及织物的熔化温度、软化/粘结温度和安全熨烫温度的可用信息(全部为摄氏度)。

表1.