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清華曲良體教授團(tuán)隊(duì)，最新Nature！

來(lái)源：時(shí)間：2023-11-20 11:28:07 瀏覽：2999次

第一作者：Yajie Hu、Mingmao Wu

通訊作者：曲良體教授

通訊單位：清華大學(xué)

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06712-2

研究背景

線路濾波對(duì)于集成電路的精確供電至關(guān)重要，例如中央處理器（CPUs）和存儲(chǔ)器件。在電路小型化和器件便攜性方面，電化學(xué)電容器具有高比電容的特點(diǎn)，可作為傳統(tǒng)電解電容器（ELCs）的替代品，因此電化學(xué)電容器有望在集成電路和便攜式電子產(chǎn)品的線路濾波中取代傳統(tǒng)的電解電容器，但由于難以協(xié)同實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)、高比電容、小型化和電路兼容集成，電化學(xué)電容器在線路濾波電路中的實(shí)際應(yīng)用尚未實(shí)現(xiàn)。基于此，清華大學(xué)曲良體教授等人報(bào)道了一種電場(chǎng)增強(qiáng)策略，以促進(jìn)電極材料和電解質(zhì)內(nèi)的離子遷移，導(dǎo)致串聯(lián)電阻急劇降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。不同于在頻率特性和電容之間進(jìn)行平衡的傳統(tǒng)策略，自感強(qiáng)電場(chǎng)可以同時(shí)改善頻率特性和電容。

文章要點(diǎn)

1、通過(guò)飛秒激光蝕刻減小通道寬度，在窄通道平面內(nèi)線濾波電化學(xué)電容器（NCEC）中構(gòu)建了一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，在電極材料和電解質(zhì)中顯示出大幅降低的離子電阻，從而在120 Hz時(shí)達(dá)到39 mΩ cm²的超低串聯(lián)電阻。在120 Hz下，相位角為-80°時(shí)，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)5.2 mF cm^-2的超高面電容，是已報(bào)道的最高面電容的兩倍，并且在1000000次循環(huán)后幾乎沒(méi)有觀察到退化。

2、該電化學(xué)電容器可擴(kuò)展集成到微電路中，顯示出80 cells?cm^-2的高集成密度，并可按需定制電容和電壓。鑒于其優(yōu)良的濾波性能和電路兼容性，本工作為線濾波電化學(xué)電容器在集成電路和柔性電子領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用邁出了重要的一步。

圖文展示

圖1. NCEC的設(shè)計(jì)原理與制備

圖2. NCEC的電化學(xué)性能

圖3.NCECs串聯(lián)電阻降低的潛在機(jī)制

圖4. NCECs的可擴(kuò)展集成和線路濾波電路性能

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