Островковый тонкоплёночный конденсатор

Область техники
Полезная модель относится к области микро- и наноэлектроники, в частности к тонкоплёночному конденсатору.
Уровень техники
Основной причиной развития направления создания наноэлектронных устройств является потребность рынка в устройствах с низким энергопотреблением, высокой скоростью работы и быстротой коммутации между собой.
В документе [1] описан эффект «размерного квантования» энергетических уровней электрона, находящегося внутри островков. Электроны внутри наноразмерных островков так называемых «квантовых точек» ведут себя так же, как внутри трехмерной потенциальной ямы. В зависимости от расстояния между «квантовыми точками» (островками) преобладают различные механизмы электропроводимости. При сравнительно больших расстояниях (около 10 нм) – возникает термоэлектронный механизм электропроводимости, а при малых расстояниях (около 2,5 нм) – туннельный эффект переноса носителей.
В документе [2] описано влияние описанных «квантово-размерных» эффектов «размерного квантования» на увеличение времени хранения заряда с одновременным увеличением скорости записи/чтения информации. Этот эффект достигается за счет блокировки латерального переноса заряда внутри плавающего затвора, что уменьшает утечки через локальные дефекты в диэлектрике, т.к. носители заряда (электроны/дырки) локализованы на состояниях в квантовых точках.
Аналогом полезной модели является тонкоплёночный конденсатор, содержащий, слой в виде островков из окиси титана, путем напыления на поверхности слоя оксида кремния (патент US 5635420, H01L 21/70, опубликован 03.06.1997).
Недостатком этого устройства является поверхность слоя в виде островков, которая имеет достаточно хаотичную зернообразную структуру и поэтому слой в виде островков в этом устройстве оказывается "замурованным" в остальные функциональные слои.  Указанный недостаток не позволяет достичь в тонкоплёночном конденсаторе эффекта «размерного квантования» и туннельного эффекта переноса носителей, и, следовательно, достичь улучшения таких характеристик как ёмкость и одновременно с этим повышая быстродействие и снижая энергопотребление тонкоплёночного конденсатора.
Сущность полезной модели
Техническим результатом заявленной полезной модели является получение такой трёхмерной структуры слоя тонкоплёночного конденсатора, при котором будут обеспечены условия «размерного квантования» и туннельного эффекта в электронной структуре конденсатора и, следовательно, будет увеличено быстродействие (за счёт высокой скорости туннельной проводимости) и уменьшены потери заряда (за счёт нахождения электронов внутри островка аналогично их нахождению в потенциальной яме), а также снижено энергопотребление.
Технический результат достигается тем, что согласно предлагаемой полезной модели, островковый тонкоплёночный конденсатор, состоящий из верхней и нижней обкладок и диэлектрического слоя, содержит дополнительный проводящий слой, имеющий трёхмерную структуру в виде множества островков,причемвысота островков составляет около 25 нм и расстояние между любыми двумя соседними островками составляет от 2,25 до 2,75 нм. Предпочтительно, чтобы дополнительный проводящий слой был выполнен из одного из следующих материалов: цинк, алюминий, серебро, золото, платина, палладий. Также предпочтительно, чтобы диэлектрический слой был выполнен из диоксида кремния, с толщиной слоя около 100 нм. Также предпочтительно, чтобы диаметр островков составлял от 180 до 220 нм.
Перечень чертежей
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами, где схематично изображены:
Фиг.1 – структура дополнительного проводящего слоя, имеющего трёхмерную структуру в виде множества островков;
Фиг.2 ˗˗  конструкция тонкоплёночного конденсатора в виде готового изделия;
Фиг.3 – послойная структура конструкции тонкоплёночного конденсатора с дополнительным проводящим слоем.
Позиции на фигурах:
1 – диэлектрический слой;
2 – верхняя и нижняя обкладки;
3 – дополнительный островковый слой;
4 – корпус;
5 – контакты конденсатора.
Осуществление полезной модели
Устройство может быть осуществлено следующим образом. Как показано на фигуре 1, тонкоплёночный конденсатор имеет трёхслойную основу: нижняя обкладка, слой диэлектрика и верхняя обкладка. Обкладки представляют из себя фольгу, на которую наносятся островки, например, методом вакуумного напыления. В качестве материала обкладок используют легкоплавкие материалы с малой миграционной подвижностью атомов, имеющие хорошую электропроводность: цинк, алюминий, серебро, золото, платина, палладий. К обкладкам припаиваются электрические выводы. В качестве диэлектрика используют диоксид кремния, так как он обладает сравнительно большой удельной ёмкостью, низким температурным коэффициентом ёмкости и высокой электрической прочностью.
Вся конструкция тонкоплёночного конденсатора покрывается изолирующей твердеющей субстанцией, например, термоклеем, образуя тем самым корпус готового изделия.
Эксперименты показали, что указанные в формуле изобретения высота островков и расстояние между островками является оптимальной с точки зрения достижения эффекта «размерного квантования» и туннельного эффекта переноса носителей. Таким образом эти параметры являются существенными для достижения заявленного технического результата.
[1] Сидорова С. В., Юрченко П. И. Формирование островковых наноструктур в вакууме // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. Рег. No ФС77-48211. 2011. No 10.
[2] Алямкин С. А. Исследование процессов перезарядки МДП-элемента памяти с квантовыми точками германия в качестве плавающего затвора // 3-Физика полупроводников и диэлектриков. – С. 175.