著人工智能和高性能計算的快速發(fā)展，算力與電力需求呈指數(shù)級增長，這對電源管理芯片的供電密度和效率提出了雙重挑戰(zhàn)。在此背景下，電源管理芯片正朝無源元件片上集成化方向發(fā)展，以實現(xiàn)高密度立體三維供電。然而，傳統(tǒng)硅基無源元件的性能密度已接近物理極限，難以滿足需求。

英特爾創(chuàng)始人、“摩爾定律”提出者戈登·摩爾博士指出（Proceedings of the IEEE, 1998, 82）：大容量電容和電感的缺失是集成電子學發(fā)展的根本性瓶頸。近年來發(fā)展的微型電化學超級電容器雖然展現(xiàn)出高電容密度特性，然而其本真靜態(tài)特性難以應用于交流高頻信號為主的集成電路。

近日，清華大學集成電路學院王曉紅團隊在針對高頻超級電容器動態(tài)響應極限的研究中取得突破，該研究首次通過實驗定量測量了超級電容器動態(tài)響應頻率的上限。

研究團隊采用微納加工技術構建了無孔隙結構的絕對平面理想電極，并通過寄生電容屏蔽層結構及外部鎖相環(huán)放大等方法消除干擾，從而首次精確測定了超級電容器動態(tài)響應頻率的上界。

在此基礎上，團隊創(chuàng)新性提出“介電-電化學”非對稱電容器概念——該器件在低頻段以電化學效應為主，在高頻段則以介電效應為主，實現(xiàn)了頻率響應和電容密度的雙重突破?；谠摳拍钪苽涞奈⑿统夒娙萜餍酒卣黝l率突破1MHz，較商用超級電容器高出六個數(shù)量級，覆蓋主流電源電路工作頻段。

王曉紅教授團隊近年來系統(tǒng)性地開展了高頻超級電容器動態(tài)機制、晶圓加工方法與芯片集成技術等方面的研究。此前，團隊成功克服了電化學器件與半導體器件工藝不兼容的難題，提出跨能域異質集成理論與三維架構，建立了CMOS兼容的晶圓級全流程加工體系，并研制出世界首枚集成電化學電源整流濾波芯片。