清華大學(xué)研究團隊在高頻超級電容器研究方面取得新進展

近日，由清華大學(xué)集成電路學(xué)院王曉紅教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊在高頻超級電容器的動態(tài)響應(yīng)極限研究方面取得了突破性進展。他們首次通過實驗量化了超級電容器的動態(tài)響應(yīng)頻率上限。

團隊利用微納制造技術(shù)構(gòu)建了表面絕對平坦、無孔的理想電極，并首次通過引入寄生電容屏蔽結(jié)構(gòu)和外部鎖相環(huán)放大來消除干擾，精確確定了超級電容器的動態(tài)響應(yīng)頻率上限。

在此基礎(chǔ)上，團隊創(chuàng)新性地提出了「介電-電化學(xué)」不對稱電容器的概念，即以低頻電化學(xué)效應(yīng)和高頻介電效應(yīng)為主的器件，在頻率響應(yīng)和電容密度上均取得雙重突破。基于這一概念開發(fā)的微型超級電容器芯片，其特征頻率超過 1 MHz，比商用超級電容器高出 6 個數(shù)量級，覆蓋了主流電源電路的工作頻率范圍。

近年來，王教授的團隊對高頻超級電容器的動力學(xué)機制、晶圓加工方法和芯片集成技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究。此前，該團隊成功攻克了電化學(xué)與半導(dǎo)體器件工藝不兼容的挑戰(zhàn)，提出了跨能量域異構(gòu)集成理論和三維架構(gòu)，建立了CMOS兼容的晶圓級全工藝制造系統(tǒng)，并開發(fā)了全球首個集成電化學(xué)功率整流濾波芯片。