Metalloitujen ohutkalvokondensaattoreiden kehitysnäkymät

Abstract

Kondensaattorit ovat erittäin kriittisiä komponentteja monissa eri sähköjärjestelmissä, kuten sähköenergiatekniikan sovelluksissa ja elektroniikkapiireissä. Ohutkalvokondensaattoreiden elektrodien toteuttaminen metalloinnilla mahdollistaa kondensaattoreiden käytön suuremmilla sähkökentillä itseparantumiskyvyn ansiosta. Suuremmilla sähkökentän voimakkuuksilla myös kondensaattorin energiatiheys kasvaa, mikä on suotavaa kaikissa tapauksissa. Itseparantumisen ansiosta metalloidut ohutkalvokondensaattorit ovat myös luotettavampia, sillä ne kykenevät kestämään useita rakenteessa tapahtuvia läpilyöntejä. Jatkuva tekniikan kehitys vaatii kondensaattoreilta enemmän esimerkiksi energiatiheyden, käyttölämpötilan ja lämmönjohtavuuden kannalta. Metalloiduilla ohutkalvokondensaattoreilla on myös rajoituksia maksimivirralle sekä ne ovat alttiita erilaisille korroosioprosesseille. Näiden vaatimusten ja rajoitteiden rajoissa ei välttämättä ole mahdollista pysyä perinteisillä eristemateriaaleilla, vaan kondensaattoreihin on kehitelty useita erilaisia uusia eristemateriaaliratkaisuja, esimerkiksi muokkaamalla perinteisiä eristemateriaaleja tai kehittelemällä täysin uusia eristemateriaaleja. Eräs erittäin lupaava ratkaisu on nanokomposiittien hyödyntäminen. Vaikka metalloitujen ohutkalvokondensaattoreiden kehitys onkin pääosin eristemateriaaleissa, on myös tuotannon ja rakenteen toteutuksessa parantumisen varaa. Uudet eristemateriaalit on pystyttävä tuottamaan tehokkaasti ja taloudellisesti, mikä vaatii tuotantomenetelmien optimointia ja suunnittelua. Elektrodien ja muun rakenteen suunnittelussa täytyy ottaa huomioon muun muassa itseparantumisilmiö sekä lämpöhäviöt. Tässä kandidaatintyössä tutustutaan aluksi eristeiden ja kondensaattoreiden teoreetti-seen taustaan, minkä jälkeen perehdytään tarkemmin metalloituihin ohutkalvokonden-saattoreihin ja niissä käytettäviin eristemateriaaleihin. Kehitysnäkymiä työssä tarkastellaan pääosin eristemateriaaliratkaisujen kannalta, mutta myös muutamia tuotantoon ja rakenteelliseen toteutukseen liittyviä asioita käydään läpi.