证集流体的电极宽度为30um，相邻电极间距为15um，刻蚀电压为30kv，电流为2000pA，曝光剂量为 280 μ C/cm2；
[0084]6) Plasma清洗:使用O2的Plasma清洗娃片，功率为50W，清洗5min，02流量30_60mL/min ；
[0085]7)金属热蒸发(PVD):利用物理气相沉积技术制备出电容器的螺旋集流体的两电极，，Cr/Au (5nm/50nm)；
[0086]8)金属剥离:将蒸镀有金属的基片放在丙酮中静置12h，使MMA/PMMA全部剥离，然后用丙酮和异丙醇冲洗基片，氮气吹干；
[0087]9)用银浆把电容器的两集流体联接起来；
[0088]10)用三电极法恒电流电沉积在集流体上制备活性材料MnO2,甘汞电极作参比电极，铂电极作对电极，集流体作工作电极，电解液为0.0025M醋酸锰和0.1M醋酸钠溶液，电沉积参数为恒电流0.00001A，沉积时间1200s ；
[0089]11)配置固体电解质溶液，将4g KOH溶解在40ml 二次去离子水中，然后加入4g中分子量聚乙烯醇(PVA)，于80-90°C中水浴加热，直到PVA完全溶解；
[0090]12)将银浆划开，滴上固体电解质，然后进行性能测试。
[0091]以MnO2为活性材料，集流体电极宽度与间距的比例为30/15，柱子材料为光刻胶SU82002，用含有10%中分子量的PVA的KOH固体电解质测试时，圆形单螺旋集流体的循环伏安法测试区间为0-0.8V，在扫描速度为0.01V/s时，体积能量密度约为325F/cm3.
[0092]实施例5:
[0093]全固态对称三维螺旋微型超级电容器的制备方法，它包括如下步骤:
[0094]I)在带有氧化层的硅片基底上用匀胶机涂布光刻胶SU8 2002，转速为lOOOrpm，旋涂时间为40s，随后用电热板65°C烤胶5min，95°C烤胶5min，重复以上步骤4次；
[0095]2)利用电子束刻蚀制备三维阵列柱子，柱子的直径为2um，柱子沿切向方向圆心间距为10um，沿轴向方向间距为5um，刻蚀电压为30kv，电流为15pA，曝光剂量为3 μ C/cm2；
[0096]3)显影:将电子束曝光后的基片在显影液SU8_developer中浸泡lmin，然后在异丙醇中浸泡30s，氮气吹干；
[0097]4)碳化:将硅片放在管式炉中于400°C碳化4小时，升温速率为5°C /min ；
[0098]5)在有三维阵列柱子的衬底上用匀胶机涂布抗蚀剂MMA，转速为4000rpm，旋涂时间为40s，随后用电热板180°C烤胶5min，再涂布抗蚀剂PMMA，转速为4000rpm，时间为40s，随后用电热板180°C烤胶5min ；
[0099]6)利用电子束二次对准技术在光刻胶三维阵列柱周边刻蚀出螺旋集流体槽，保证集流体的电极宽度为30um，相邻电极间距为20um，刻蚀电压为30kv，电流为2000pA，曝光剂量为 280 μ C/cm2；
[0100]7) Plasma清洗:使用O2的Plasma清洗娃片，功率为50W，清洗5min，02流量30_60mL/min ；
[0101]8)金属热蒸发(PVD):利用物理气相沉积技术制备出电容器的螺旋集流体的两电极，Cr/Au (5nm/50nm)；
[0102]9)金属剥离:将蒸镀有金属的基片放在丙酮中静置12h，使MMA/PMMA全部剥离，然后用丙酮和异丙醇冲洗基片，氮气吹干；
[0103]10)用银浆把电容器的两集流体联接起来；
[0104]11)用三电极法恒电流电沉积在集流体上制备活性材料MnO2,甘汞电极作参比电极，铂电极作对电极，集流体作工作电极，电解液为0.0025M醋酸锰和0.1M醋酸钠溶液，电沉积参数为恒电流0.00001A，沉积时间1200s ；
[0105]12)配制固体电解质溶液，将4g KOH溶解在40ml 二次去离子水中，然后加入4g中分子量聚乙烯醇(PVA)，于80-90°C中水浴加热，直到PVA完全溶解；
[0106]13)将银浆划开，滴上固体电解质，然后进行性能测试。
[0107] 以MnO2为活性材料，柱子碳化处理，集流体电极宽度与间距的比例为30/20，柱子材料为光刻胶SU82002，用含有10%中分子量的PVA的KOH固体电解质测试时，圆形单螺旋集流体的循环伏安法测试区间为0-0.8V，在扫描速度为0.01V/s时，体积能量密度约为280F/Cm30
【主权项】
1.全固态对称三维螺旋微型超级电容器，包括有带有氧化层的硅片作为基底，活性材料和固体电解质，其特征在于基底上具有对称结构的螺旋集流体，螺旋集流体上布置有由光刻胶制成的三维阵列柱。
2.如权利要求1所述的全固态对称三维螺旋微型超级电容器，其特征在于所述的光刻胶为:SU82002 或 SU82000.5。
3.如权利要求1所述的全固态对称三维螺旋微型超级电容器，其特征在于所述的三维阵列柱为碳化的光刻胶三维阵列柱或导电金属包覆的碳化的光刻胶三维阵列柱。
4.如权利要求1所述的全固态对称三维螺旋微型超级电容器，其特征在于所述的螺旋集流体的形状为:圆形单螺旋，圆形双螺旋或方形单螺旋。
5.如权利要求1所述的全固态对称三维螺旋微型超级电容器，其特征在于所述的螺旋集流体间的耦合方式为:串联或并联。
6.如权利要求1所述的全固态对称三维螺旋微型超级电容器，其特征在于所述的活性材料为:Co (OH) 2或 MnO 2。
7.如权利要求1所述的全固态对称三维螺旋微型超级电容器，其特征在于螺旋集流体的电极宽度为30um，相邻电极间距为15?30um。
8.如权利要求1所述的全固态对称三维螺旋微型超级电容器，其特征在于固体电解质的组成为:去离子水，聚乙烯醇和Κ0Η。
9.权利要求1所述的全固态对称三维螺旋微型超级电容器的制备方法，其特征在于具有以下步骤: 1)在带有氧化层的硅片基底上用匀胶机涂布光刻胶； 2)在步骤I)的基础上，利用电子束刻蚀制备光刻胶三维阵列柱； 3)在步骤2)的基础上，用匀胶机涂布抗蚀剂； 4)在步骤3)的基础上，利用电子束二次对准技术在光刻胶三维阵列柱周边刻蚀出螺旋集流体槽； 5)在步骤4)的基础上，利用物理气相沉积技术制备出电容器的螺旋集流体的两电极； 6)在步骤5)的基础上，通过剥离技术将抗蚀剂溶解； 7)在步骤6)的基础上，用银浆把电容器的两电极联接起来； 8)在步骤7)的基础上，用电沉积法在螺旋集流体上沉积上活性材料； 9)在步骤8)的基础上，将银浆划开，滴上固体电解质，然后进行性能测试。
10.如权利要求9所述的全固态对称三维螺旋微型超级电容器的制备方法，其特征在于所述的螺旋集流体的形状为:圆形单螺旋，圆形双螺旋或方形单螺旋；所述的螺旋集流体间的耦合方式为:串联或并联。
【专利摘要】本发明涉及一种用于芯片上驱动的全固态对称三维螺旋微型超级电容器及其制备方法，包括有带有氧化层的硅片作为基底，活性材料和固体电解质，其特征在于基底上具有对称结构的螺旋集流体，螺旋集流体上布置有由光刻胶制成的三维阵列柱。本发明的有益效果是：本发明中提出了另外一种提高超级电容器能量密度的思路，即通过构筑三维导电柱子阵列实现了快速充放电条件下的能量密度的提高。同时，由于螺旋设计的独特性，方便容易地实现了电极的集成化和串并联耦合。
【IPC分类】H01G11-86, H01G11-36, H01G11-84, B82Y40-00, H01G11-70, H01G11-46
【公开号】CN104701030
【申请号】CN201510130642
【发明人】麦立强, 石孟竹, 田晓聪, 晏梦雨
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月24日