儲存電能的元件的製作方法

2023-08-10 20:26:31

專利名稱：儲存電能的元件的製作方法
技術領域：
本發明有關一種儲存電能的元件，且特別是有關於一種藉助磁性材料儲存電能 的元件。
背景技術：
儲存能量的零件對我們的生活相當重要，例如電路中的電容器，可攜式電子裝 置中的電池，儲存電能的零件影響電子裝置的效能以及工作時間。
然而，傳統儲存電能的零件有些毛病，例如電容器有漏電流的問題，造成電容 器效能低落；而電池在充放電的時候，會有存儲效應，造成電池效能低落。
巨磁阻效應(The Giant Magnetoresistance Effect)是一種量子物理的效應。在兩 片磁性材料夾住一片非磁性材料的結構中觀察巨磁阻效應，其為電阻值隨磁場變化 而改變，當兩片磁性材料磁化方向相同時，電阻較小；當兩片磁性材料磁化方向相 反時，電阻較大。
因此，巨磁阻效應可用做絕緣體，並提供較佳的效能。元件可用巨磁阻效應來 儲存電能。然而元件尺寸愈做愈小，必須在有限的面積內增加電容值。
基於上述的原因，需要一種利用巨磁阻效應的元件，用來儲存電能以及提高電 容值。

發明內容
本發明的目的是提供一種利用巨磁阻效應的元件，用來儲存電能。 依照本發明一較佳實施例，該元件包含 一第一磁性片、 一第二磁性片與一半 導體片，該半導體片夾在第一磁性片與第二磁性片之間，其中半導體片與第一、第 二磁性片之間的接面形成二極體的位障以防止電流由第一磁性片導通至第二磁性 片，並藉此儲存電能。
依照本發明另一較佳實施例，該元件包含多個磁性片與多個半導體片，這些
半導體片夾在這些磁性片之間，其中每一半導體片與這些磁性片之間的接面形成二 極管的位障以防止這些磁性片之間有電流導通，並藉此儲存電能。
二極體的位障如同高介電常數的介電值，大約為一般介電值的5到9倍。因為 電容值與介電常數成正比，所以，在儲存電能的裝置中，提高介電常數即可增加電 容值。
依照本發明又一較佳實施例，藉助減少半導體片的厚度來增加電容值。因為第 一磁性片與第二磁性片間隔的距離與電容值成反比，所以，在儲存電能的裝置中， 減少半導體片的厚度即可增加電容值。
此外，接面面積與電容值成正比，粗糙的接面使得接面面積變大，所以，在儲 存電能的裝置中，藉助粗糙的接面來增加電容值。
以下將以一實施例對上述的說明以及接下來的實施方式做詳細的描述，並對本 發明提供更進一步的解釋。


為讓本發明的上述和其他目的、特徵、優點更明顯易懂，以下將結合附圖對本
發明的較佳實施例進行詳細說明
圖1是依照本發明第一較佳實施例的一種儲存電能元件的剖面圖。
圖1A代表一半導體片與第一、第二磁性片之間的接面形成二極體的位障的等
效電路圖。
圖2是依照本發明第二較佳實施例的一種儲存電能元件的剖面圖。
具體實施例方式
以下為本發明的附圖及各種實施例，附圖中相同的號碼代表相同的物件。
圖1是依照本發明第一較佳實施例的一種儲存電能元件的剖面圖。元件100 用來儲存電能，包含 一第一磁性片110、 一第二磁性片120與一半導體片130， 該半導體片130夾在第一磁性片IIO與第二磁性片120之間，其中第一磁性片110、 第二磁性片120與半導體片130可為薄膜；半導體片130以半導體材料製成；半導 體片130與第一、第二磁性片的接面140，形成二極體的位障150。圖1A是元件 IOO的等效電路圖，二極體的位障150防止電流由第一磁性片IIO導通至第二磁性
片120，並藉此儲存電能。
二極體的位障可為蕭基二極體的位障150，其具有整流特性，當小順向偏壓施 於蕭基二極體的位障150，而蕭基二極體仍處於截止狀態，此時小順向偏壓小於二 極管的位障，其中截止狀態防止第一磁性片110與第二磁性片120之間有電流導通。 由於二極體的位障150具有防止電流導通的特性，使得半導體片130具有介電質的 特性。第一磁性片110與第二磁性片120提供一磁場，作用於半導體片130，使二 極管的位障150有更佳的介電質特性。該磁場就像扮演一個強行阻止電荷從半導體 片130逃跑的角色，因此磁場增加二極體的位障150的絕緣能力。 一材料的絕緣能 力與該材料的介電常數相關，其中介電常數與電容值的關係，用公式(l)可表示成
"(1)
其中，C代表元件的電容值，eo代表真空中的介電常數，第一磁性片110與第 二磁性片120之間的材料的相對介電常數以ek表示，A代表接面面積，r代表第一 磁性片IIO與第二磁性片120之間的距離。由公式(l)可知，假如第一磁性片110 與第二磁性片120之間的材料的相對介電常數增加，使電容值隨之增加。如此一來， 藉助二極體的位障與磁場增加絕緣能力，得半導體片130的介電常數大於一般介 電值的介電常數，其中半導體片130的介電常數是一般介電值的介電常數的5到9 倍。
本發明提供兩個方法，用來增加元件100的電容值。首先說明第一個方法，由 公式(l)可知，假如第一磁性片110與第二磁性片120之間的距離縮短，可增加電 容值。因此，縮小薄膜半導體片130的厚度，使得元件100的電容值增加。舉例來 說，半導體片130的厚度降至30埃以下時，其電容值遠大於典型電容器的電容值， 其中典型電容器的半導體片130的厚度在毫米等級。當厚度降至30埃以下時，用 泰勒級數展開法對電容值的變化進行分析，其中二次方項或三次方項指出元件100 的崩潰電壓降低，因此，電容值與崩潰電壓之間，必須做出取捨，否則縮小半導體 片130的厚度，將會造成崩潰電壓降低。
接著首先說明第二個方法，由公式(l)可知，電容值正比於接面面積。當第一 磁性片IIO、第二磁性片120與半導體片130之間的接面不平坦時，使得接面140
的面積增加，其是由於粗操表面的有效面積大於平坦表面的有效面積，並藉此增加 電容值。
依照本發明第二較佳實施例，元件100堆迭成多層平行排列的元件200，用來 儲存電能。請參照圖2，元件200包含多個磁性片202與多個半導體片204，這 些半導體片204夾在這些磁性片202之間，每個接面206並聯產生大電容值。類似 本發明第一較佳實施例中，每一半導體片與這些磁性片的接面206之間形成二極體 的位障以防止這些磁性片之間有電流導通，元件200藉此儲存電能。
本發明的目的就是在提供一種元件，用來儲存電能。該元件的電容值大於標準 電容器的電容值，在許多應用方面，該元件可以當做電池，且充放電的速度比正規 的電池還快。該元件不像電池一樣受到存儲效應的限制，該元件在每次充電前，不 管是完全放電或不完全放電都不會造成電容量在實質的表現上減少，因此該元件與 正規的電池相比，該元件可連續進行多次充放電。最後，該元件以磁性材料製成， 因此電池的散熱問題不在本發明實施例的討論範圍內。
雖然本發明已以一較佳實施例揭示如上，然而其並非用以限定本發明，任何熟 悉本技術的人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種等同的更動與潤飾， 因此本發明的保護範圍當視後附的本申請權利要求範圍所界定的為準。
權利要求
1.一種儲存電能的元件，包含一第一磁性片；一第二磁性片；以及一半導體片，其夾在第一磁性片與第二磁性片之間；其中，該半導體片與該第一、該第二磁性片之間的一接面形成一二極體的位障，以防止電流由該第一磁性片導通至該第二磁性片，並藉此儲存電能。
2. 根據權利要求1所述的儲存電能的元件，其特徵在於該半導體片為一薄膜。
3.根據權利要求2所述的儲存電能的元件，其特徵在於該薄膜的厚度小於30埃。
4. 根據權利要求1所述的儲存電能的元件，其特徵在於該半導體片由半導體材 料所製成。
5. 根據權利要求1所述的儲存電能的元件，其特徵在於該第一磁性片為薄膜。
6. 根據權利要求1所述的儲存電能的元件，其特徵在於該第二磁性片為薄膜。
7. 根據權利要求1所述的儲存電能的元件，其特徵在於該接面有一不平坦表面。
8. 根據權利要求1所述的儲存電能的元件，其特徵在於一偏壓施於該二極體的 位障，且該偏壓小於一導通電壓。
9. 根據權利要求1所述的儲存電能的元件，其特徵在於當磁場應用在該二極體 的位障，則該二極體的位障儲存電能。
10. 根據權利要求1所述的儲存電能的元件，其特徵在於該二極體的位障為蕭 基二極體的位障。
11. 一種儲存電能的元件，包含 多個磁性片；以及多個半導體片，其夾在該些磁性片之間；其中每一個這些半導體片與這些磁性片之間的多個接面形成一二極體的位障， 以防止這些磁性片之間有電流導通，並藉此儲存電能。
12. 根據權利要求ll所述的儲存電能的元件，其特徵在於該半導體片為薄膜。
13. 根據權利要求12所述的儲存電能的元件，其特徵在於該薄膜的厚度小於 30埃。
14. 根據權利要求11所述的儲存電能的元件，其特徵在於該半導體片由半導 體材料所製成。
15. 根據權利要求11所述的儲存電能的元件，其特徵在於該第一磁性片為薄膜。
16. 根據權利要求11所述的儲存電能的元件，其特徵在於該第二磁性片為薄膜。
17. 根據權利要求11所述的儲存電能的元件，其特徵在於該接面有一不平坦 表面。
18. 根據權利要求11所述的儲存電能的元件，其特徵在於一偏壓施於該二極 管的位障，且該偏壓小於一導通電壓。
19. 根據權利要求11所述的儲存電能的元件，其特徵在於當磁場應用在該二 極管的位障，則該二極體的位障儲存電能。
20. 根據權利要求11所述的儲存電能的元件，其特徵在於該二極體的位障為 蕭基二極體的位障。
全文摘要
一種儲存電能的元件，該元件包含一第一磁性片、一第二磁性片與一半導體片，該半導體片夾在第一磁性片與第二磁性片之間，其中半導體片與第一、第二磁性片之間的一接面形成二極體的位障(diode barrier)以防止電流從第一磁性片導通至第二磁性片，並藉此儲存電能。
文檔編號H01L43/00GK101373812SQ20071016701
公開日2009年2月25日 申請日期2007年10月23日 優先權日2007年8月21日
發明者J·賴錡, 湯姆·A·阿甘 申請人:北極光股份有限公司