集成电路通常没有内置电容器，DRAM 单元是少数例外之一。电容器所需的空间量令人望而却步。虽然集成这些设备并不困难，但资源昂贵。电容器的功率尺寸比使得将电容器放置在 IC 内部即使不是不可能，也具有挑战性。硅电容器在 DRAM 单元中工作，因为能量存储要求非常低，并且 DRAM 刷新周期提供定期维护电力。

伯克利实验室的科学家们一直在研究负电容材料，以降低 MOSFET 晶体管的阈值电压。他们发现，相对于能量存储，在传统电介质层顶部放置一层负电容电介质会增加电容。虽然两层传统电介质会降低电容，但一层负电介质层和一层传统电介质层具有相反的效果。

对于正电容，增加电压会增加电容器中的电荷。对于负电容，电荷的变化会导致电压沿相反方向变化。电压下降会增加电荷。这种效应有点类似于电感器中磁场崩溃所产生的电荷。

负电容电介质由二氧化铪和二氧化锆（HfO2 -ZrO2或HZO）组成 ，称为反铁电薄膜。HfO2和ZrO2的混合物使用原子层沉积直接在硅上生长，该工艺目前在芯片制造行业中很常见。

该团队通过他们的研究设备发现了创纪录的高能量存储密度（ESD）和功率密度（PD）。ESD一部分来自材料，一部分来自建筑架构。HZO 电容器在纵横比高达 100:1 的深 3D 沟槽中生长为分层薄膜。该结构的灵感来自 DRAM 电容器，也使用深 3D 沟槽。

与传统静电电容器相比，该微电容器具有创纪录的能量密度。芯片内帽的能量密度为80 mJ-cm-2 (9x)，功率密度为300 kW-cm-2 (170x)。

研究人员的最终目标是制造不需要外部电力存储的低功耗硅芯片。许多小型系统，例如远程传感器和物联网设备，大部分时间都处于深度睡眠模式，只需要短时间的供电。电容器非常适合此类应用。

虽然芯片集成电容器可能不具备较大的传统电池或大型外部电容器的总能量容量，但它可以快速提供电力，满足许多远程边缘计算代理的短突发模式电力要求。

它直接集成到硅中显着降低了传输和转换损耗。将超低功耗硅与片上电源相结合，有可能创造出比当今更小尺寸和更低成本的新型远程设备。

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