专利名称：储存电能的元件的制作方法
技术领域：
本发明有关一种储存电能的元件，且特别是有关于一种借助磁性材料储存电能 的元件。
背景技术：
储存能量的零件对我们的生活相当重要，例如电路中的电容器，可携式电子装 置中的电池，储存电能的零件影响电子装置的效能以及工作时间。
然而，传统储存电能的零件有些毛病，例如电容器有漏电流的问题，造成电容 器效能低落；而电池在充放电的时候，会有存储效应，造成电池效能低落。
巨磁阻效应(The Giant Magnetoresistance Effect)是一种量子物理的效应。在两 片磁性材料夹住一片非磁性材料的结构中观察巨磁阻效应，其为电阻值随磁场变化 而改变，当两片磁性材料磁化方向相同时，电阻较小；当两片磁性材料磁化方向相 反时，电阻较大。
因此，巨磁阻效应可用做绝缘体，并提供较佳的效能。元件可用巨磁阻效应来 储存电能。然而元件尺寸愈做愈小，必须在有限的面积内增加电容值。
基于上述的原因，需要一种利用巨磁阻效应的元件，用来储存电能以及提高电 容值。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用巨磁阻效应的元件，用来储存电能。 依照本发明一较佳实施例，该元件包含 一第一磁性片、 一第二磁性片与一半 导体片，该半导体片夹在第一磁性片与第二磁性片之间，其中半导体片与第一、第 二磁性片之间的接面形成二极管的位障以防止电流由第一磁性片导通至第二磁性 片，并借此储存电能。
依照本发明另一较佳实施例，该元件包含多个磁性片与多个半导体片，这些
半导体片夹在这些磁性片之间，其中每一半导体片与这些磁性片之间的接面形成二 极管的位障以防止这些磁性片之间有电流导通，并借此储存电能。
二极管的位障如同高介电常数的介电值，大约为一般介电值的5到9倍。因为 电容值与介电常数成正比，所以，在储存电能的装置中，提高介电常数即可增加电 容值。
依照本发明又一较佳实施例，借助减少半导体片的厚度来增加电容值。因为第 一磁性片与第二磁性片间隔的距离与电容值成反比，所以，在储存电能的装置中， 减少半导体片的厚度即可增加电容值。
此外，接面面积与电容值成正比，粗糙的接面使得接面面积变大，所以，在储 存电能的装置中，借助粗糙的接面来增加电容值。
以下将以一实施例对上述的说明以及接下来的实施方式做详细的描述，并对本 发明提供更进一步的解释。
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点更明显易懂，以下将结合附图对本
发明的较佳实施例进行详细说明
图1是依照本发明第一较佳实施例的一种储存电能元件的剖面图。
图1A代表一半导体片与第一、第二磁性片之间的接面形成二极管的位障的等
效电路图。
图2是依照本发明第二较佳实施例的一种储存电能元件的剖面图。
具体实施例方式
以下为本发明的附图及各种实施例，附图中相同的号码代表相同的物件。
图1是依照本发明第一较佳实施例的一种储存电能元件的剖面图。元件100 用来储存电能，包含 一第一磁性片110、 一第二磁性片120与一半导体片130， 该半导体片130夹在第一磁性片IIO与第二磁性片120之间，其中第一磁性片110、 第二磁性片120与半导体片130可为薄膜；半导体片130以半导体材料制成；半导 体片130与第一、第二磁性片的接面140，形成二极管的位障150。图1A是元件 IOO的等效电路图，二极管的位障150防止电流由第一磁性片IIO导通至第二磁性
片120，并借此储存电能。
二极管的位障可为萧基二极管的位障150，其具有整流特性，当小顺向偏压施 于萧基二极管的位障150，而萧基二极管仍处于截止状态，此时小顺向偏压小于二 极管的位障，其中截止状态防止第一磁性片110与第二磁性片120之间有电流导通。 由于二极管的位障150具有防止电流导通的特性，使得半导体片130具有介电质的 特性。第一磁性片110与第二磁性片120提供一磁场，作用于半导体片130，使二 极管的位障150有更佳的介电质特性。该磁场就像扮演一个强行阻止电荷从半导体 片130逃跑的角色，因此磁场增加二极管的位障150的绝缘能力。 一材料的绝缘能 力与该材料的介电常数相关，其中介电常数与电容值的关系，用公式(l)可表示成
"(1)
其中，C代表元件的电容值，eo代表真空中的介电常数，第一磁性片110与第 二磁性片120之间的材料的相对介电常数以ek表示，A代表接面面积，r代表第一 磁性片IIO与第二磁性片120之间的距离。由公式(l)可知，假如第一磁性片110 与第二磁性片120之间的材料的相对介电常数增加，使电容值随之增加。如此一来， 借助二极管的位障与磁场增加绝缘能力，得半导体片130的介电常数大于一般介 电值的介电常数，其中半导体片130的介电常数是一般介电值的介电常数的5到9 倍。
本发明提供两个方法，用来增加元件100的电容值。首先说明第一个方法，由 公式(l)可知，假如第一磁性片110与第二磁性片120之间的距离縮短，可增加电 容值。因此，縮小薄膜半导体片130的厚度，使得元件100的电容值增加。举例来 说，半导体片130的厚度降至30埃以下时，其电容值远大于典型电容器的电容值， 其中典型电容器的半导体片130的厚度在毫米等级。当厚度降至30埃以下时，用 泰勒级数展开法对电容值的变化进行分析，其中二次方项或三次方项指出元件100 的崩溃电压降低，因此，电容值与崩溃电压之间，必须做出取舍，否则縮小半导体 片130的厚度，将会造成崩溃电压降低。
接着首先说明第二个方法，由公式(l)可知，电容值正比于接面面积。当第一 磁性片IIO、第二磁性片120与半导体片130之间的接面不平坦时，使得接面140
的面积增加，其是由于粗操表面的有效面积大于平坦表面的有效面积，并借此增加 电容值。
依照本发明第二较佳实施例，元件100堆迭成多层平行排列的元件200，用来 储存电能。请参照图2，元件200包含多个磁性片202与多个半导体片204，这 些半导体片204夹在这些磁性片202之间，每个接面206并联产生大电容值。类似 本发明第一较佳实施例中，每一半导体片与这些磁性片的接面206之间形成二极管 的位障以防止这些磁性片之间有电流导通，元件200借此储存电能。
本发明的目的就是在提供一种元件，用来储存电能。该元件的电容值大于标准 电容器的电容值，在许多应用方面，该元件可以当做电池，且充放电的速度比正规 的电池还快。该元件不像电池一样受到存储效应的限制，该元件在每次充电前，不 管是完全放电或不完全放电都不会造成电容量在实质的表现上减少，因此该元件与 正规的电池相比，该元件可连续进行多次充放电。最后，该元件以磁性材料制成， 因此电池的散热问题不在本发明实施例的讨论范围内。
虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟 悉本技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种等同的更动与润饰， 因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。
权利要求
1.一种储存电能的元件，包含一第一磁性片；一第二磁性片；以及一半导体片，其夹在第一磁性片与第二磁性片之间；其中，该半导体片与该第一、该第二磁性片之间的一接面形成一二极管的位障，以防止电流由该第一磁性片导通至该第二磁性片，并借此储存电能。
2. 根据权利要求1所述的储存电能的元件，其特征在于该半导体片为一薄膜。
3.根据权利要求2所述的储存电能的元件，其特征在于该薄膜的厚度小于30埃。
4. 根据权利要求1所述的储存电能的元件，其特征在于该半导体片由半导体材 料所制成。
5. 根据权利要求1所述的储存电能的元件，其特征在于该第一磁性片为薄膜。
6. 根据权利要求1所述的储存电能的元件，其特征在于该第二磁性片为薄膜。
7. 根据权利要求1所述的储存电能的元件，其特征在于该接面有一不平坦表面。
8. 根据权利要求1所述的储存电能的元件，其特征在于一偏压施于该二极管的 位障，且该偏压小于一导通电压。
9. 根据权利要求1所述的储存电能的元件，其特征在于当磁场应用在该二极管 的位障，则该二极管的位障储存电能。
10. 根据权利要求1所述的储存电能的元件，其特征在于该二极管的位障为萧 基二极管的位障。
11. 一种储存电能的元件，包含 多个磁性片；以及多个半导体片，其夹在该些磁性片之间；其中每一个这些半导体片与这些磁性片之间的多个接面形成一二极管的位障， 以防止这些磁性片之间有电流导通，并借此储存电能。
12. 根据权利要求ll所述的储存电能的元件，其特征在于该半导体片为薄膜。
13. 根据权利要求12所述的储存电能的元件，其特征在于该薄膜的厚度小于 30埃。
14. 根据权利要求11所述的储存电能的元件，其特征在于该半导体片由半导 体材料所制成。
15. 根据权利要求11所述的储存电能的元件，其特征在于该第一磁性片为薄膜。
16. 根据权利要求11所述的储存电能的元件，其特征在于该第二磁性片为薄膜。
17. 根据权利要求11所述的储存电能的元件，其特征在于该接面有一不平坦 表面。
18. 根据权利要求11所述的储存电能的元件，其特征在于一偏压施于该二极 管的位障，且该偏压小于一导通电压。
19. 根据权利要求11所述的储存电能的元件，其特征在于当磁场应用在该二 极管的位障，则该二极管的位障储存电能。
20. 根据权利要求11所述的储存电能的元件，其特征在于该二极管的位障为 萧基二极管的位障。
全文摘要
一种储存电能的元件，该元件包含一第一磁性片、一第二磁性片与一半导体片，该半导体片夹在第一磁性片与第二磁性片之间，其中半导体片与第一、第二磁性片之间的一接面形成二极管的位障(diode barrier)以防止电流从第一磁性片导通至第二磁性片，并借此储存电能。
文档编号H01L43/00GK101373812SQ20071016701
公开日2009年2月25日 申请日期2007年10月23日 优先权日2007年8月21日
发明者J·赖锜, 汤姆·A·阿甘 申请人:北极光股份有限公司