CN110419088A - 蓄电设备和固体电解质层的制造方法 - Google Patents
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Abstract
蓄电设备(30)具备：第1导电型的第1氧化物半导体层(14)；固体电解质层(18K)，其配置于第1氧化物半导体层(14)上、且包含质子能移动的固体电解质；绝缘物层(18N)，其配置于固体电解质层(18K)与第1氧化物半导体层(14)之间、且具备绝缘物；和，第2导电型的第2氧化物半导体层(24)，其配置于固体电解质层(18K)上。提供：即使增大蓄电容量、且增加充电电压也不劣化而能进行充电的可靠性得到改善的蓄电设备。
Description
技术领域
本实施方式涉及蓄电设备和固体电解质层的制造方法。
背景技术
作为从两侧以电极夹持绝缘层的结构，通常为电容器。
另外，还提出了如下结构的蓄电设备：依次层叠有n型半导体层、含水性多孔的绝缘层、p型半导体层，且在上下形成有电极。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-82445号公报
发明内容
发明要解决的问题
本实施方式提供：即使增大蓄电容量、且增加充电电压也不劣化而能进行充电的可靠性得到改善的蓄电设备和固体电解质层的制造方法。
用于解决问题的方案
根据本实施方式的一方案，提供一种蓄电设备，其具备：第1导电型的第1氧化物半导体层；固体电解质层，其配置于前述第1氧化物半导体层上、且包含质子能移动的固体电解质；和，第2导电型的第2氧化物半导体层，其配置于前述固体电解质层上。
根据本实施方式的另一方案，提供一种固体电解质层的制造方法，通过包括如下工序而制造：将经稀释的硅油进行涂布的工序；将经涂布的硅油进行焙烧的工序；和，对经焙烧的硅油进行紫外线照射的工序。
发明的效果
根据本实施方式，可以提供：即使增大蓄电容量、且增加充电电压也不劣化而能进行充电的可靠性得到改善的蓄电设备和固体电解质层的制造方法。
附图说明
图1的(a)为比较例1的蓄电设备的示意性截面结构图，图1的(b)为比较例1的蓄电设备的充放电特性图。
图2的(a)为比较例2的蓄电设备的示意性截面结构图，图2的(b)为比较例2的蓄电设备的充放电特性图。
图3的(a)为实施方式的蓄电设备的示意性截面结构图，图3的(b)为实施方式的蓄电设备的充放电特性图。
具体实施方式
接着，参照附图，对本实施方式进行说明。以下中说明的附图的记载中，对相同或类似的部分标注相同或类似的符号。但是，附图为示意性的，应注意的是，各构成部件的厚度与平面尺寸的关系等与现实的情况不同。因此，具体的厚度、尺寸应参照以下的说明进行判断。另外，当然包含附图的相互间彼此的尺寸的关系、比率不同的部分。
另外，以下所示的实施方式示例了用于使技术构思具体化的装置、方法，不特定各构成部件的材质、形状、结构、配置等。该实施方式可以在权利要求的范围内加以各种变更。
以下的实施方式的说明中，第1导电型例如是指n型，第2导电型是指与第1导电型相反导电型的p型。
(比较例1)
比较例1的蓄电设备30A的示意性截面结构如图1的(a)所示那样表示，其充放电特性如图1的(b)所示那样示意性表示。
比较例1的蓄电设备30A如图1的(a)所示那样，在第1电极(E1)12与第2电极(E2)26之间具备：第1氧化物半导体层14；配置于第1氧化物半导体层14上的绝缘物层15N；和，配置于绝缘物层15N上的第2氧化物半导体层24。
绝缘物层15N例如可以由SiNy形成。
第2氧化物半导体层24可以由作为p型的氧化物半导体的氧化镍(NiO)形成。
比较例1的蓄电设备的充放电特性如下：例如如图1的(b)所示那样，对于充电时的电压V(V1～V5)，在时刻t0后的时刻t1下，电压V1变化为0V，在时刻t2下，电压V2变化为0V，在时刻t3下，电压V3变化为0V，在时刻t4下，电压V4变化为0V，在时刻t5下，电压V5变化为0V，分别成为放电状态。即，图1的(b)所示的充放电特性对应于电容器的充放电特性。比较例1的蓄电设备的放电特性如图1的(b)所示那样示出直线的特性。
根据比较例1的蓄电设备，只有绝缘物层15N的情况下，仅形成电容器，并且蓄电量也小。
(比较例2)
比较例2的蓄电设备30A的示意性截面结构如图2的(a)所示那样表示，其充放电特性如图2的(b)所示那样示意性表示。
比较例2的蓄电设备30A如图2的(a)所示那样，在第1电极(E1)12与第2电极(E2)26之间具备：第1氧化物半导体层14；固体电解质层16K，其配置于第1氧化物半导体层14上、且具有质子能移动的固体电解质；和，第2氧化物半导体层24，其配置于固体电解质层16K上。
固体电解质层16K例如能由氧化硅(SiOx)形成。其他构成与比较例1同样。
比较例2的蓄电设备的充放电特性如下：如图2的(b)所示那样，对于充电时的电压V(V1～V5)，在时刻t0后的时刻t3下，电压V3变化为0V，在时刻t4下，电压V4变化为0V，在时刻t5下，电压V5变化为0V，分别成为放电状态。比较例2的蓄电设备的放电特性如图2的(b)所示那样示出减少的特性。
根据比较例2的蓄电设备的充放电特性，恒定电流下的长时间充电的情况下，也可以得到大于比较例1的蓄电设备的蓄电量。
比较例1的蓄电设备30A示出电容器特性，因此，蓄电量小。然而，比较例2的蓄电设备30A与比较例1的蓄电设备30A相比，具备固体电解质层16K与第2氧化物半导体层24接触的结构，因此，相对于第1电极(E1)12，在使第2电极(E2)26为高电位的电压施加状态下，质子从第2氧化物半导体层24向第1氧化物半导体层14变得容易移动。因此，相对于比较例1的蓄电设备30A，比较例2的蓄电设备30A能较多地蓄电。
比较例1的蓄电设备30A中，具备绝缘物层15N与第2氧化物半导体层24接触的结构，因此认为，来自第2氧化物半导体层24的质子移动被绝缘物层15N妨碍，向第1氧化物半导体层14的移动变困难。
然而，比较例2的蓄电设备30A中，如图2的(b)所示那样，泄漏试验中充电时的电压V成为V3(例如约3.0V)以上时，固体电解质层16K也变得无法耐受电压，因此，蓄电量的降低明显。
(实施方式)
实施方式的蓄电设备30的示意性截面结构如图3的(a)所示，其充放电特性如图3的(b)所示那样示意性地表示。
实施方式的蓄电设备30如图3的(a)所示那样，在第1电极(E1)12与第2电极(E2)26之间具备：第1导电型的第1氧化物半导体层14；固体电解质层18K，其配置于第1氧化物半导体层14上、且具有质子能移动的固体电解质；和，第2导电型的第2氧化物半导体层24，其配置于固体电解质层18K上。
此处，第1导电型的第1氧化物半导体层14是指，由第1导电型的第1氧化物半导体形成的氧化物半导体层。第2导电型的第2氧化物半导体层24是指，由第2导电型的第2氧化物半导体形成的氧化物半导体层。以下同样。
另外，在固体电解质层18K与第1氧化物半导体层14之间，可以配置具有绝缘物的绝缘物层18N。
另外，固体电解质层18K中，可以还包含绝缘物。此处，固体电解质层18K中可以包含例如由SiO形成的固体电解质和由SiN形成的绝缘物。
另外，固体电解质可以比绝缘物还多地存在于固体电解质层18K的第2氧化物半导体层24侧。即，例如由SiO形成的固体电解质可以比由SiN形成的绝缘物还多地存在于固体电解质层18K的第2氧化物半导体层24侧。
实施方式的蓄电设备30中，与比较例2的蓄电设备30A相比，固体电解质层18K与绝缘物层18N接触，因此，耐压上升。
固体电解质层16K例如可以由SiOx形成。绝缘物层18N例如具备非含水性、且为非多孔的P(等离子体)-SiNy(第2绝缘物)。绝缘物层18N具有膜密度高的层，具有与SiOx相比难以含水的性质。
SiOx的厚度例如为约20nm～70nm左右。
绝缘物层18N例如可以由SiNy形成。此处，形成等离子体-氮化硅(P-SiNy)作为SiNy的情况下，其厚度例如为约10nm以下。进一步期望为例如约7nm～10nm左右。
分别地，第1电极12例如可以通过W与Ti的层叠或铬(Cr)形成，第2电极26例如可以由Al形成。第1电极12配置于第1氧化物半导体层14的不面对绝缘物层18N的面。另外，第2电极26配置于第2氧化物半导体层24的不面对固体电解质层18K的面。
第1氧化物半导体层14例如可以由n型的氧化物半导体即氧化钛(TiO2)形成。
第2氧化物半导体层24可以由p型的氧化物半导体即氧化镍(NiO)形成。氧化镍(NiO)的厚度例如为约200nm。
根据实施方式的蓄电设备30，如图3的(b)所示那样，对于充电时的电压V(V1～V5)，在时刻t0后的时刻t5下，电压V5变化为0V，成为放电状态。
实施方式的蓄电设备30的情况下，例如如图3的(b)所示那样，充电时的电压V成为V5(例如约5.0V)以上时首次观测到固体电解质层18K的劣化所导致的蓄电量的降低。另外，实施方式的蓄电设备30的情况下，比较例2的蓄电设备30A中可见的氧化硅(SiOx)、单层时的减少在5V下可以观察到。
实施方式的蓄电设备30的放电特性如图3的(b)所示那样，对于充电时的电压V为(V1～V4)，体现大致平坦的特性，充电时的电压V成为V5(例如约5.0V)以上时，首次体现放电时间减少的特性(比较例2中，放电时间在3V下减少)。
根据实施方式的蓄电设备30，恒定电流下的长时间充电的情况下，与比较例1、比较例2的蓄电设备相比，也可以确认大的蓄电量。
根据实施方式的蓄电设备30，以插入了绝缘物层18N的SiNy/SiOx的2层结构，可以维持比电容器大幅增大了的蓄电量，且也可以改善充电时的耐压。即使为恒定电流下的长时间充电，也确认到比电容器还大的蓄电量。这是由于形成2层，因此，降低了由SiOx的电压所导致的劣化的结果。
另外，SiNy的膜耐压高，因此，形成插入了绝缘物层18N的SiNy/SiOx的2层结构，从而耐压得到改善，蓄电设备30整体的耐压得到改善。
另外，SiOx可以由硅油形成。
另外，SiOx可以由包含有机硅的金属形成。
另外，固体电解质层18K可以通过包括如下工序而制造：将经稀释的硅油涂布于第1氧化物半导体层14上的工序；将经涂布的硅油进行焙烧的工序；和，对经焙烧的硅油进行紫外线照射的工序。
另外，上述固体电解质层18K的制造方法可以包括如下工序：将经稀释的硅油进行涂布的工序；将经涂布的硅油进行焙烧的工序；和，对经焙烧的硅油进行紫外线照射的工序。
根据实施方式，可以提供：即使增大蓄电容量、且增加充电电压也不劣化而能进行充电的可靠性得到改善的蓄电设备。
[其他实施方式]
如上述，记载了实施方式，但作为公开的一部分的论述和附图是示例性的，不应理解为限定性的。由该公开，对于本领域技术人员来说，各种代替实施方式、实施例和运用技术是显而易见的。
如此，本实施方式包含此次未记载的各种实施方式等。
产业上的可利用性
本实施方式的蓄电设备可以用于各种民生用仪器、产业设备，能用于通信终端、面向无线传感器网络的蓄电设备等面向能将各种传感器信息进行低消耗电力传输的系统应用的蓄电设备等广泛的应用领域。
附图标记说明
12…第1电极(E1)
14…第1氧化物半导体层(TiO2层)
15N、18N…绝缘物层
16K、18K…固体电解质层
24…第2氧化物半导体层(NiO)
26…第2电极(E2)
30、30A…蓄电设备
Claims (15)
1.一种蓄电设备，其特征在于，具备：
第1导电型的第1氧化物半导体层；
固体电解质层，其配置于所述第1氧化物半导体层上、且包含质子能移动的固体电解质；和，
第2导电型的第2氧化物半导体层，其配置于所述固体电解质层上。
2.根据权利要求1所述的蓄电设备，其特征在于，在所述固体电解质层与所述第1氧化物半导体层之间配置有绝缘物层。
3.根据权利要求1所述的蓄电设备，其特征在于，所述固体电解质层中还包含绝缘物。
4.根据权利要求3所述的蓄电设备，其特征在于，所述固体电解质比所述绝缘物还多地存在于所述固体电解质层的所述第2氧化物半导体层侧。
5.根据权利要求1或3所述的蓄电设备，其特征在于，所述固体电解质层包含SiOx。
6.根据权利要求2所述的蓄电设备，其特征在于，所述绝缘物层包含SiNy。
7.根据权利要求2或6所述的蓄电设备，其特征在于，所述绝缘物层的厚度为10nm以下。
8.根据权利要求2、6或7中任一项所述的蓄电设备，其特征在于，所述绝缘物层为非含水性、且为非多孔的等离子体-SiNy。
9.根据权利要求1或3所述的蓄电设备，其特征在于，所述第1氧化物半导体层包含TiO2。
10.根据权利要求1或3所述的蓄电设备，其特征在于，所述第2氧化物半导体层包含NiO。
11.根据权利要求2、6或7中任一项所述的蓄电设备，其特征在于，具备：
第1电极，其配置于所述第1氧化物半导体层的不面对所述绝缘物层的面；和，
第2电极，其配置于所述第2氧化物半导体层的不面对所述固体电解质层的面。
12.根据权利要求5所述的蓄电设备，其特征在于，所述SiOx由硅油形成。
13.根据权利要求5所述的蓄电设备，其特征在于，所述SiOx由包含有机硅的金属形成。
14.根据权利要求1或3所述的蓄电设备，其特征在于，所述固体电解质层是通过包括如下工序而制造的：
将经稀释的硅油涂布于第1氧化物半导体层上的工序；
将经涂布的硅油进行焙烧的工序；和，
对经焙烧的硅油进行紫外线照射的工序。
15.一种固体电解质层的制造方法，其特征在于，其为权利要求1或3所述的所述固体电解质层的制造方法，通过包括如下工序而制造：
将经稀释的硅油进行涂布的工序；
将经涂布的硅油进行焙烧的工序；和，
对经焙烧的硅油进行紫外线照射的工序。
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