産総研、単層CNTを電極材料に活用したマイクロキャパシタを開発

産業技術総合研究所(産総研)は7月7日、アルミ電解コンデンサと同等性能(作動電圧4V、静電容量30μF、充放電速度(緩和時定数)数ms)を実現しつつ、体積を1/1000に減らすことが可能な単層カーボンナノチューブ(CNT)集積化マイクロキャパシタを開発したと発表した。

同成果は、産総研ナノチューブ実用化研究センター CNT用途チームの小橋和文 主任研究員、ラスチェスカ カロリーナ アーズラ 産総研特別研究員(現 単層CNT融合新材料研究開発機構 パートナー研究員)らによるもの。詳細はドイツの学術誌「Advanced Energy Materials」に掲載された。

今回開発されたのは、集電体配線が載ったシリコン基板上のCNT膜をリソグラフィによって、くし型マイクロキャパシタ電極形状に微細加工する技術と、各CNT電極を直列で接続するための電極の隔離壁を構築する技術。研究では、8mm×10mmのシリコン基板上でCNTマイクロキャパシタ100個を直列に接続し、100Vでの充放電動作を実証したとするほか、4インチシリコンウェハ上に4700個のCNTマイクロキャパシタを集積化し、リソグラフィによる量産化の可能性も確認したとしている。

また、性能としても、アルミ電解コンデンサと比べて同等出力の場合、体積は1/1000に削減できることを確認しており、高性能エネルギーデバイスとして有望であることが示されたとする。

リソグラフィを用いたCNT集積化マイクロキャパシタの製造法

なお研究グループでは今後、電子機器関連の産業界、特にコンデンサ、キャパシタ、電池、半導体メーカーに対してニーズ調査を行うとともに、同技術に興味を持った企業と連携した開発を行っていくとするほか、CNTマイクロキャパシタが集積度・電極デザインの設計により作動電圧、容量、出力、充放電速度を幅広く制御できることを明らかにしていくとともに、半導体バックエンドなどでの量産化技術の開発に取り組み、用途の開拓を進める予定としている。

左上が100個を直列接続して集積化したCNTマイクロキャパシタ。左下はその100V充放電動作の実証。右はは4インチシリコンウェハ上に4700個を集積化したCNTマイクロキャパシタ



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