日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（以下簡(jiǎn)稱“產(chǎn)綜研”）開發(fā)出了使用碳納米管（CNT）作為電極的“CNT集成化微型電容器（IEDC）”。IEDC是利用類似IC的工藝在硅晶圓上制造的超薄雙電層電容器（EDLC）。

IEDC性能上的特點(diǎn)是能量密度、輸出功率密度及充放電速度均比現(xiàn)有的鋁（Al）電解電容器高，能量密度約為后者的1000倍（圖1）。與通過小型化不斷擴(kuò)大市場(chǎng)份額的多層陶瓷電容器（MLCC）相比，IEDC也薄很多。

采用超薄梳狀電極

這些高性能源于（1）元件結(jié)構(gòu)采用的全新設(shè)計(jì)的EDLC“微型EDLC”，（2）基于光刻技術(shù)的微細(xì)、高精度、高密度加工技術(shù)，（3）高純度碳納米管（CNT）的高導(dǎo)電性和較大的比表面積等。

微型EDLC將電容器的兩個(gè)電極做成薄膜并采用梳狀，使電極之間相互咬合（圖1（b））。單個(gè)芯片的尺寸不到1mm見方，CNT層的厚度為1～2μm。工作電壓約為1V，靜電容量約為30μF。微型EDLC的研究從2010年左右就開始了，但此次是首次高密度集成到硅晶圓上。

圖1：充放電時(shí)間比通常的雙電層電容器短很多

將4并4串共16個(gè)IEDC組成的單元，與工作電壓、靜電容量相同的鋁電解電容器進(jìn)行比較（a），體積只有鋁電解電容器的約1/838。1個(gè)IEDC的結(jié)構(gòu)和尺寸（b）。與鋁電解電容器、各種雙電層電容器（EDLC）及鋰離子二次電池進(jìn)行比較（c）。充放電時(shí)間與鋁電解電容器相同，在EDLC中是非常短的。

制造高純度CNT采用的是產(chǎn)綜研開發(fā)的“超生長(zhǎng)（SG）法”，純度為99.98％。SG法已達(dá)到量產(chǎn)水平。日本瑞翁公司（Zeon）將于2015年下半年開始量產(chǎn)。

IEDC的生產(chǎn)方面，采用的是可批量生產(chǎn)的光刻技術(shù)（圖2）。將CNT分散到水性溶劑中，制成CNT膏，然后用刀片將其涂在繪好圖案的金集電體上。然后，通過光刻和蝕刻，將CNT層加工成與金集電體相同的形狀。此次利用這樣的工藝，在4英寸（約100mm）硅晶圓上制造了4700個(gè)IEDC。

圖2：利用光刻技術(shù)制成CNT層

IEDC制造工藝的概要：（1）將U形金集電體組合成梳狀，然后利用對(duì)電解質(zhì)稀硫酸有很強(qiáng)防水性的環(huán)氧樹脂（SU8）制作電極隔板。（2）用刀片在其上涂抹CNT膏，（3）利用光刻和蝕刻技術(shù)形成CNT層。此次采用了稀硫酸作為電解質(zhì)。