Recent years, supercapacitors have been attracting a growing attention as an efficient energy storage, due to their long-lifetime, device reliability, simple device structure and operation mechanism and, most importantly, high power density. Along with the increasing interest in flexible/stretchable electronics, the supercapacitors with compatible mechanical properties have been also required. A eutectic gallium-indium (EGaIn) liquid metal could be a strong candidate as a soft electrode material of the supercapacitors because of its insulating surface oxide layer for electric double layer formation. Here, we report the electrochemical study on the charging/reaction process at the interface of EGaIn liquid metal and electrolyte. Numerical fitting of the charging current curves provides the capacitance of EGaIn/insulating layer/electrolyte (${\sim}38F/m^2$). This value is two orders of magnitude higher than a capacitance of a general metal electrode/electrolyte interface.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.319-319
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2013
Even though the fabrication methods of metal oxide based thin film capacitor have been well established such as RF sputtering, Sol-gel, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), ion beam assisted deposition (IBAD) and pulsed laser deposition (PLD), an applicable capacitor of printed circuit board (PCB) has not realized yet by these methods. Barium Strontium Titanate (BST) and other high-k ceramic oxides are important materials used in integrated passive devices, multi-chip modules (MCM), high-density interconnect, and chip-scale packaging. Thin film multi-layer technology is strongly demanded for having high capacitance (120 nF/$mm^2$). In this study, we suggest novel multi-layer thin film capacitor design and fabrication technology utilized by plasma assisted deposition and photolithography processes. Ba0.6Sr0.4TiO3 (BST) was used for the dielectric material since it has high dielectric constant and low dielectric loss. 5-layered BST and Pt thin films with multi-layer sandwich structures were formed on Pt/Ti/$SiO_2$/Si substrate by RF-magnetron sputtering and DC-sputtering. Pt electrodes and BST layers were patterned to reveal internal electrodes by photolithography. SiO2 passivation layer was deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PE-CVD). The passivation layer plays an important role to prevent short connection between the electrodes. It was patterned to create holes for the connection between internal electrodes and external electrodes by reactive-ion etching (RIE). External contact pads were formed by Pt electrodes. The microstructure and dielectric characteristics of the capacitors were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and impedance analyzer, respectively. In conclusion, the 0402 sized thin film multi-layer capacitors have been demonstrated, which have capacitance of 10 nF. They are expected to be used for decoupling purpose and have been fabricated with high yield.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.3
no.3
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pp.132-138
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2003
We investigated the polarization retention characteristics of ferroelectric capacitors with $Pb(Zr,Ti)O_3$ (PZT) thin films which were fabricated by different deposition methods. In thermally-accelerated retention tests, PZT films which were prepared by a chemical solution deposition (CSD) method showed rapid decay of retained polarization charges as the thickness of the films decreased down to 100 nm, while the films which were grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) retained relatively large non-volatile charges at the corresponding thickness. We concluded that in the CSD-grown films, the thicker interfacial passive layer compared with the MOCVD-grown films had an unfavorable effect on retention behavior. We observed the existence of such interfacial layers by extrapolation of the total capacitance with thickness of the films and the capacitance of these layers was larger in MOCVD-grown films than in CSD-grown films. Due to incomplete compensation of surface polarization charges by the free charges in the metal electrodes, the interfacial field activated the space charges inside the interfacial layers and deposited them at the boundary between the ferroelectric layer and the interfacial layer. Such space charges built up an internal field inside the films, which interfered with domain wall motion, so that retention property at last became degraded. We observed less imprint which was a result of less internal field in MOCVD-grown films while large imprint was observed in CSD-grown films.
Composite electrodes for redox supercapacitor were prepared potentiodynamically by the deposition of $RuO_2$ and the co-deposition of Ru-Co mixed oxide on the surface of single-walled carbon nanotube. Electrode of Ru-Co mixed oxide, in which Ru(13.13 wt%) and Co(2.89 wt%) were deposited on the carbon nanotube, exhibited a similar specific capacitance(${\sim}620\;F\;g^{-1}$) with $RuO_2$ electrode at a low potential scan rate($10\;mV\;s^{-1}$), but showed a superior one ($570\;F\;g^{-1}$) at a high scan rate($500\;mV\;s^{-1}$) than that of $RuO_2$($475\;F\;g^{-1}$). Such increase in the specific capacitance at high scan rate by the co-deposition of Ru and Co species was due to the structural support of Co species to provide the electronic conduction through Ru species.
Yang Chun-Mo;Kim H.J.;Cho W.I.;Cho B.W.;Yun K.S.;Rim Byung-O
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.4
no.3
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pp.98-103
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2001
The electrochemical characteristics and specific capacitance were investigated by preparation processes (dip coating method, doctor blade coating method and paste rolling method) of activated carbon electrode for an EDLC(electric double layer capacitor). The EDLC using $LiPF_6$ salts and PC-DEC solvents showed good specific capacitance, 130F/g and small IR-drop at linear time-voltage curve. 0.11V, Cyclic voltammetry analysis using the activated carbon electrode prepared by dip coating method was shown closer to ideal EDLC characterization.
Zn diffusions in InP have been studied by electrochemical capacitance voltage. The InP layer was grown by metal organic chemical vapor deposition, and $Zn_3P_2$ thin film was deposited on the epitaxial substrates. The samples annealed in a rapid thermal annealing. It is demonstrated that surface hole concentration as high as $1\times10^{19}\textrm{cm}^{-3}$ can be achieved. When the Zn diffusion was carried at $550^{\circ}C$ and 5-20 min., the diffusion depth of hole concentration moves from 1.51$\mu\textrm{m}$ to 3.23 $\mu\textrm{m}$, and the diffusion coeffcient of Zn is $5.4\times10^{-11}\textrm{cm}^2$/sec. After activation, the concentration is two orders higher than that of untreated sample at 0.30 $\mu\textrm{m}$ depth. As the annealing time is increase, the hole concentration remains almost constant, except deep depth. It means that excess Zn interstitials exist in the doped region is rapidly diffusion into the undoped region and convert into substitutional When the thickness of $SiO_2$ thin film is above 1,000$\AA$, the hole concentration becomes stable distribution.
In this work, nano-flake shaped nickel oxide (NiO) films were synthesized by chemical bath deposition technique for electrochemical capacitors. The deposition was carried out for 1 and 2 h at room temperature using nickel foam as the substrate and the current collector. The structure and morphology of prepared NiO film were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). And, electrochemical properties were characterized by cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and AC impedence measurement. It was found that the NiO film was constructed by many interconnected NiO nano-flakes which arranged vertically to the substrate, forming a net-like structure with large pores. The open macropores may facilitate the electrolyte penetration and ion migration, resulted in the utilization of nickel oxide due to the increased surface area for electrochemical reactions. Furthermore, it was found that the deposition onto nickel foam as substrate and curent collector led to decrease of the ion transfer resistance so that its specific capacitance of a NiO film had high value than NiO nano flake powder.
Kim, Byung-Woo;Chung, Hae-Geun;Min, Byoung-Koun;Kim, Hong-Gon;Kim, Woong
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.31
no.12
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pp.3697-3702
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2010
We demonstrate that vertically aligned carbon nanotubes can be synthesized directly on tantalum substrate via water-assisted chemical vapor deposition and evaluate their properties as electrochemical capacitors. The mean diameter of the carbon nanotubes was $7.1{\pm}1.5\;nm$, and 70% of them had double walls. The intensity ratio of G-band to D-band in Raman spectra was as high as 5, indicating good quality of the carbon nanotubes. Owing to the alignment and low equivalent series resistance, the carbon nanotube based supercapacitors showed good rate performance. Rectangular shape of cyclic voltammogram was maintained even at the scan rate of > 1 V/s in 1 M sulfuric acid aqueous solution. Specific capacitance was well-retained (~94%) even when the discharging current density dramatically increased up to 145 A/g. Consequently, specific power as high as 60 kW/kg was obtained from as-grown carbon nanotubes in aqueous solution. Maximum specific energy of ~20 Wh/kg was obtained when carbon nanotubes were electrochemically oxidized and operated in organic solution. Demonstration of direct synthesis of carbon nanotubes on tantalum current collectors and their applications as supercapacitors could be an invaluable basis for fabrication of high performance carbon nanotube supercapacitors.
Composite material of the graphene ball (GB) inserted graphene oxide (GO) sheet for a supercapacitor electrode was studied. Chemical vapor deposition (CVD) process used to make GBs on the silicon oxide nanoparticles. The GBs mixed into the GO sheets to make GOGB and reduced it to create a reduced GOGB(RGOGB) composite. The RGOGB composite electrode had a large surface area and improved electrochemical properties. Specific capacitance of the RGBGO composite electrode was higher over 20 times than a pure GO and GOGB electrode in cyclic voltammetry(CV) tests, and the Z' and Z" impedance measured by an electrochemical impedance spectrometry(EIS) also low. So, the RGBGO composite electrode would use effectively to expand a performance of supercapacitor.
Lead zirconate titanate (PZT) thin fills were deposited onto the Pt/Ti/SiO2/Si substrate by the pulsed laser deposition with the second harmonic wavelength (532 nm) of Nd:YAG laser. In order to determine the optimum conditions for the film deposition, the phase of the films were investigated as functions of ambient oxygen pressure, substrate temperature, and laser fluence. Also the chemical composition analysis was conducted for the PZT films deposited under various ambient oxygen pressure. When the distance between substrate and bulk PZT target is set to 20 mm, the optimum conditions have been determined to be 3 torr of oxygen pressure, 1.5 J/cm2 of laser fluence, and 823-848(±10) K range of substrate temperature. At these conditions, perovskite phase PZT films were obtained on platinized silicon. The chemical composition of the films is very similar to that of PZT bulk target. The physical structure of the deposited films analyzed by scanning electron microscopy shows a columnar morphology perpendicular to the substrate surface. Capacitance-Voltage hysteresis loop measurements show also a typical characteristics of ferroelectric thin film. The dielectric constant is found to be 528 for the 0.48 μm thickness of PZT thin film.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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