Kapazitive Speicherung von elektrischer Energie in der Oxid-stabilisierten inneren Oberfläche meso-porösen Siliziums (porSi-Cap)

Forschungsprojekt

Das Projekt adressierte 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 [1]. 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 sollten hohe und lineare Kapazitäten im Bereich bis zu einigen Millifarad pro Quadratzentimeter Silizium-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.

In dem vom IFAF Berlin geförderten Projekt sollten 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.

Projektlaufzeit

01.04.2020 - 30.09.2022

Projektleitung

Projektmitarbeiter_innen

Mittelgeber

IFAF - Institut für angewandte Forschung Berlin e. V.

Kooperationspartner

Beuth Hochschule für Technik Berlin (BHT)

Helmholtz Zentrum Berlin (HZB)

Rhefor Deutschland GmbH

Technische Universität Hamburg (TUHH)

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Förderprogramme

IFAF VERBUND Förderlinie 1

Homepage

https://www.ifaf-berlin.de/projekte/porsi-cap/