CN101931095A - 消除金属锂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及消除金属锂的方法，特别是载体上的金属锂的方法，其包括等离子体施加步骤。所述等离子体是使用50W～400W的功率由碳源和氧源形成的。其将金属锂转变为碳酸锂。所述方法还包括碳酸锂在含水溶液中的溶解步骤。

Description

消除金属锂的方法
技术领域
本发明涉及消除载体上金属锂的方法，其包括等离子体施加步骤。
背景技术
制造微型电池的常用技术在于采用真空沉积技术例如PVD(物理气相沉积)通过存在凹槽的机械掩模而依次沉积微型电池的各薄层。将掩模置于基底上并且使其在整个沉积中保持在适当位置。在沉积之后，除去机械掩模并且基底呈现出所期望的图案。根据需要重复该步骤许多次以形成最终的薄膜器件。
使用这种技术需要严格控制掩模维护方案并且特别是严格控制清洁步骤。该步骤的优化遵守某些标准，特别是不损伤掩模的标准和工艺产率和时间的标准。在制造锂微型电池的情况下，在前述标准中可增加另一与安全有关的标准。清洁适用于表面上存在金属锂的掩模，所述金属锂是在与空气和水分接触时非常不稳定的材料。锂层的反应性与掩模上存在的量成正比，量越大生产速率越高。由于在水分存在下锂的不稳定性，用水清洁该掩模构成了相当大的安全风险。
欧洲专利申请EP 1845065描述了获得锂化或超锂化的过渡金属氧化物的方法。其包括在基于重质醇(heavy alcohol)的溶液中溶解金属锂膜的步骤。作为实例，在环境温度下在戊醛溶液中进行3g锂金属的溶解，反应在2小时后进行完全。该方法存在以下缺点：将金属锂从沉积设备转移至溶解浴液产生了锂与空气之间接触的风险，并且进行这样的过程所需的时间较长。而且，该方法实施起来麻烦并且不适合于清洁掩模。
论文“Plasma cleaning of lithium off of collector optics material for use inextreme ultraviolet lithography applications”(J.Micro/Nanolith.MEMSMOEMS 6(2)，023005，2007)描述了通过施加基于氦的等离子体清除聚光器上的锂的方法。通过包括13.56MHz射频电源的设备由氦产生等离子体。氦等离子体用于对远紫外光刻中使用的光学镜的表面上存在的锂进行喷射。由此通过在400℃的温度下施加射频等离子体而除去玻璃基底上的小厚度的金属锂层。然而，该方法缓慢并且不适合用于所有的锂层厚度。
发明内容
本发明的目的是提供消除现有技术缺点的用于除去金属锂的方法。更具体而言，本发明的目的是提供易于实施、使用简单且快速的除去方法。
根据本发明，该目的如下实现：等离子体由碳源和氧源形成并且将锂转变成碳酸锂；和所述方法包括碳酸锂在水中的溶解步骤。
具体实施方式
本方法在于施加将与布置在载体上的金属锂化学反应的等离子体。然后金属锂转变为在空气中稳定并且容易消除的化合物，优选通过将所述化合物溶解在水中而容易地消除。
在表面含有金属锂的载体上施加等离子体可在与等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备的腔室类似的腔室中进行。使用含有化学物质的反应性气体并将其注入到这样的设备中。所述设备通常包括产生电磁场的射频型AC电源。该电磁场使所述气体中存在的化学物质的一部分原子电离，从而产生等离子体。所述等离子体由碳源和氧源形成。所述碳源优选为二氧化碳(CO2)。其也可为式CxHy(x≥1和y≥1)，例如C2H2的化合物。所述氧源优选为水(H2O)或双原子氧(O2).
当使用双原子氧(dioxygen)和二氧化碳时，等离子体与金属锂的化学反应按照以下两个反应进行：
4Li(s)+O2(g)→2Li2O(s)
Li2O(s)+CO2(g)→Li2CO3(s)
在第一阶段中固态锂与气态双原子氧反应形成固态氧化锂Li2O。在第二阶段中，固态氧化锂Li2O与气态二氧化碳反应形成固态碳酸锂Li2CO3。
然后在含水浴液中溶解这些反应的结果获得的Li2CO3膜。溶解步骤着重的是几乎完全不存在锂与水反应的气体释放特性。由于反应几乎完全，未反应的金属锂的量最小。
可对载体进行加热以提高所涉及反应的动力。因此，优选将载体加热至20～200℃的温度。
等离子体施加步骤(也称为稳定步骤)例如在约233毫托的压力下在100℃的温度下进行20分钟。二氧化碳的气体流速为约1.1标准升/分钟(SLM)，和双原子氧的气体流速为约5标准升/分钟。等离子体是通过射频型AC信号产生的并且所得的施加功率优选为50W～400W。所述等离子体也可为低频、连续或脉冲连续型。
作为实例，该方法用于消除Si/SiO2(1000)/Si3N4(3000)基底上的具有3μm厚度的锂层，
由此，所述方法使得能够将金属锂转变为碳酸锂Li2CO3，所述碳酸锂Li2CO3为在空气中和在水中稳定的固态化合物。在沉积设备和清洁设备之间不存在掩模的转移，从而降低了锂与大气反应的风险。因此遵守了安全要求。此外，反应动力高，能够实现快速过程，从而促成了高的生产速率。
本方法适用于在各种应用中消除锂。特别有意义的是对形成用于制造锂微型电池的机械掩模的载体进行清洁。鉴于反应气体以及掩模材料的性质，所述方法不损伤机械掩模。还可将所述方法应用于清洁锂沉积室。
最后，所述方法产生在含水溶液中的碳酸锂Li2CO3，其可再循环用于后续应用。

Claims (5)

1.消除载体上的金属锂的方法，包括等离子体施加步骤，其特征在于所述等离子体由碳源和氧源形成并且将金属锂转变为碳酸锂，并且所述方法包括碳酸锂在含水溶液中的溶解步骤。
2.权利要求1的消除金属锂的方法，其特征在于所述等离子体的施加以50W～400W的功率进行。
3.权利要求1的消除金属锂的方法，其特征在于所述碳源为二氧化碳和所述氧源为双原子氧。
4.权利要求1的消除金属锂的方法，其特征在于将所述载体加热至20～200℃的温度。
5.权利要求1的消除金属锂的方法，其特征在于所述载体为在锂电池的制造中使用的机械掩模。
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