硅电容通常为单个 MIM（金属-绝缘体-金属）或多个 MIM 结构 静电电容器采用半导体技术制造。

硅 电介质是二氧化硅 (MIS) 或氮化硅 (MOS) 绝缘层；然而，原子层沉积（ALD）等半导体制造技术可用于在硅衬底顶部形成其他介电材料。高密度硅基电容器采用3D纳米结构电极来实现更大的表面积，从而获得更高的电容值。

介绍

二氧化硅和氮化硅等硅基电介质通常用于高密度电容器。采用硅电介质的电容器非常适合需要高稳定性、可靠性和耐高温能力的应用。这些电容器的性能特征使其成为恶劣环境应用的合适选择。以下是硅基电介质的主要优点和局限性。

硅电容的优点

高温稳定性高

大多数电容器的性能会受到高温的显着影响。硅电容器有不同的温度额定值，通常高达 250oC。高温硅电容器适用于各种恶劣环境的应用，包括飞机发动机控制、航空电子系统、汽车系统、井下石油勘探系统、军事应用等。此外，硅电容器提供高度稳定的电容性能，作为电压和电压的函数。温度。虽然硅电容的最大电容量有限，但不会出现电容量老化的情况。此外，与X7R和X8R电容器不同，硅电容器的可靠性和电容在直流偏置条件下不会降低。

小型化的巨大潜力

硅基电介质通常用于制造高密度电子器件。高密度硅电容器通常在超深沟槽中制造，具有非常低的漏电流和损耗因数。无源集成连接基板（PICS）是实现高密度电容器的最常见技术。该工艺允许实现多芯片模块（MCM）和板上芯片（COB），并有助于实现更小的元件和低功耗。此外，该工艺允许将许多基本功能集成到单个产品中，从而有助于降低制造成本。通过采用最新技术，实现了高容积效率。预计随着高性能和小型化元件需求的持续增长，硅电容器的体积效率将持续提高。迄今为止，已经实现了比多层陶瓷电容器（MLCC）技术更薄的硅电容器。

高温漏电流稳定性

漏电流是电容器在高温下可能受到影响的参数之一。介电材料是决定电容器漏电流的关键因素。对电介质材料施加过大的应力会显着增加漏电流。充电电压和介质厚度对电容器的漏电流也有轻微影响，与市场上大多数高温电容器相比，硅电容器具有令人印象深刻的漏电流-温度特性。此外，硅基电介质具有令人印象深刻的绝缘电阻，使其成为耦合、阻塞和定时电路无与伦比的选择。

故障率低

电容器在电子电路中有着广泛的应用。因此，它们是电子系统最常见的无源元件之一。电容器的可靠性是其故障率的一个因素。与其他无源元件相比，电容器的故障率较高。决定电容器故障率的一些关键因素包括运行时间和负载条件。可靠性对比测试表明，与高温 X8R 电容器相比，高温硅电容器具有更好的 FIT（及时失效）率。

硅基电介质的局限性

最大电容有限

尽管硅电容器具有令人印象深刻的特性，包括高温下的高稳定性、极低的漏电流、高绝缘电阻和高电容密度，但可以实现的最大电容是有限的。预计最新的技术进步将有助于克服这一技术限制。除了改进制造工艺之外，制造商还在探索替代电介质，以解决与硅基电介质相关的主要技术障碍。

电荷泄漏

SiO2 通常用于微电子器件电容器的制造。这些电容器是通过氧化硅并使用氧化物作为介电材料构建的。由于电容与介电材料的面积成正比并且与介电材料的厚度成反比，因此电子器件的制造商一直在减小介电材料的面积和厚度以获得小型化和高密度的器件。随着SiO2 电介质膜的厚度减小，通过电介质材料的电荷泄漏增加。超过一定限度，电容器会因漏电问题而难以存储电荷。尽管 DRAM 制造商正在使用深沟槽来克服泄漏问题，但电介质厚度限制是微电子器件小型化的主要障碍。除了改进实施过程之外，制造商还在探索替代电介质来克服这一限制。

硅基电容器的结构和特点

硅基电容器通常是采用半导体技术构建的单个 MIM（金属-绝缘体-金属）或多个 MIM 结构电容器。硅电介质是二氧化硅（MIS）或氮化硅（MOS）绝缘层；然而，原子层沉积（ALD）等半导体制造技术可用于在硅衬底顶部形成其他介电材料。高密度硅基电容器使用 3D 纳米结构电极来实现更大的表面积，从而获得更高的电容值。

半导体和 MOS 电容器的结构 - 其带隙图、功函数和电子亲和力概念超出了本文的范围。我们将重点介绍市场上的硅基电容器及其主要特性。

硅 MIS 和 MOS 电容器

硅基电介质通过半导体制造工艺用于高密度电子器件的半导体制造工艺中。用于电容器技术的硅基电介质通常基于二氧化硅 (MIS) 或氮化硅 (MOS) 绝缘层。

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