porSi-Cap - Kapazitive Speicherung von elektrischer Energie in der Oxid-stabilisierten inneren Oberfläche mesoporösen Siliziums

Projektlaufzeit: 01.04.2020 bis 31.03.2022
Projektleitung:
Projektpartner:Opens external link in new windowRhefor (Deutschland) GmbH
Opens external link in new windowWürth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG
Opens external link in new windowHelmholtz-Zentrum Berlin (HZB)
Opens external link in new windowInstitut für Werkstoffphysik der TU Hamburg

Kurzbeschreibung:

Das Vorhaben adressiert die Entwicklung eines neuen Kondensator-Konzepts auf Basis meso-porösen Siliziums. Dieser Werkstoff besitzt ein enormes Oberflächen-Volumen-Verhältnis von bis zu 500 m2/cm3. Die extrem große offenporöse Oberfläche soll mit einer geschlossenen homogenen Oxid-Schicht von wenigen Moleküllagen bedeckt und mit einer geeigneten elektrisch leitfähigen „Gegenelektrode“ infiltriert werden. Auf diese Weise sollen hohe und lineare Kapazitäten im Bereich bis zu einigen Millifarad pro QuadratzentimeterSilizium-Wafer realisiert werden, welche sich durch eine geringe Selbstentladung, eine sehr hohe Leistungsdichte (geringer Serienwiderstand, ESR), einen geeigneten Betriebsspannungsbereich (> 3V) sowie Arbeitstemperaturen von – 40 °C bis + 125 °C auszeichnen.

Im Projekt sollen Demonstratoren entwickelt und anhand derer die Tragweite des Konzeptes im Vorfeld einer Produktentwicklung validiert werden.MLCCs (multi layer ceramic capacitors) sind die am häufigsten eingesetzten diskreten Kondensatoren in der Elektronik. Die verfügbaren Kapazitäten reichen von pF bis hin zu einigen hundert µF. Sie weisen jedoch erhebliche aufbauspezifische Schwächen auf, welche bereits in Schaltkreis-Simulationsprogrammen berücksichtigt werden und auf Herstellerseite bislang durch keine adäquaten Lösungen minimiert werden konnten.

Bei Projekterfolg entsteht auf Basis des porSi-Cap Konzeptes eine Alternative zu den MLCCs, die aufgrund der ausbleibenden piezoelektrischen Effekte, der Konstanz der Kapazität unter Variation von Temperatur, Frequenz und DC Bias sowie insbesondere bezüglich der Produktionskosten pro pF/nF signifikante Potenziale bietet.

 

 

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