DE112011105957T5

DE112011105957T5 - Überwinden von Abweichung bei gestapelten Kondensatoren

Info

Publication number: DE112011105957T5
Application number: DE112011105957.4T
Authority: DE
Inventors: Eric C. Hannah; Pint Cary L.; Charles W. Holzwarth
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2014-08-21
Also published as: CN103988270A; WO2013089710A1; CN103988270B; US20160329163A1; US20140036412A1; TW201331970A; TWI467611B; US9299505B2; US10014123B2

Abstract

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Bilden einer Energiespeichervorrichtung beschrieben, bei dem eine poröse Struktur eines elektrisch leitfähigen Substrats in situ gemessen wird, während sie in einem elektrochemischen Ätzbad elektrochemisch geätzt wird, bis ein vorbestimmter Wert erzielt wird, an dem das elektrisch leitfähige Substrat aus dem elektrochemischen Ätzbad entfernt werden kann. Bei einer anderen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Bilden einer Energiespeichervorrichtung beschrieben, bei dem eine elektrisch leitfähige poröse Struktur gemessen wird, um die Energiespeicherkapazität der elektrisch leitfähigen porösen Struktur zu ermitteln. Die Energiespeicherkapazität der elektrisch leitfähigen porösen Struktur wird dann reduziert, bis ein vorbestimmter Wert der Energiespeicherkapazität erzielt wird.

Description

Die offenbarten Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein Energiespeichervorrichtungen und insbesondere Verfahren zum Überwinden von Abweichung zwischen Kondensatoren.
Die modernen Gesellschaften hängen von der bequemen Verfügbarkeit von Energie ab. Mit zunehmender Nachfrage nach Energie, gewinnen Geräte, die fähig sind, Energie effizient zu speichern, zunehmend an Bedeutung. Energiespeichervorrichtungen, die Batterien, Kondensatoren, elektrochemische Kondensatoren (ECs) (inklusive Pseudo-Kondensatoren und elektrische doppelschichtige Kondensatoren (EDKCs), unter anderen Bezeichnungen auch als Ultrakondensatoren bekannt), hybride ECs und dergleichen enthalten, werden in zunehmendem Ausmaß im Bereich der Elektronik und darüber hinaus verwendet. Insbesondere werden Kondensatoren umfassend für Anwendungen benutzt, die von elektrischen Schaltungen und Leistungslieferung zu Spannungsregelung und Batterieersetzen reichen. Elektrochemische Kondensatoren sind durch hohe Energiespeicherkapazität sowie andere wünschenswerte Merkmale gekennzeichnet, darunter hohe Leistungsdichte, kleine Größe und geringes Gewicht, und wurden daher zu viel versprechenden Kandidaten für den Gebrauch bei mehreren Energiespeicheranwendungen.
Bei einer verwandten Anmeldung, PCT/US2010/029821, veröffentlicht als WO 2011/123135 , sind dreidimensionale Strukturen zum Bilden elektrochemischer Kondensatoren mit hoher Energiedichte offenbart. Bei einigen der offenbarten Ausführungsformen wird ein Nassätzverfahren zum Ätzen von Poren tief in eine Siliziumstruktur verwendet, und die Poren werden mit einem Elektrolyt oder mit High-K-Dielektrikummaterial und/oder einer dünnen leitfähigen Folie kombiniert mit einem Elektrolyt gefüllt. Weil ein Elektrolyt verwendet wird, kann ein derartiger elektrochemischer Kondensator nur bis zu einigen wenigen Volt aufgeladen werden, bevor elektrochemische Reaktionen den Elektrolyt abbauen, Gas erzeugen und das Bauteil zerstören.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die offenbarten Ausführungsformen werden besser bei der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung kombiniert mit den begleiteten Figuren verstanden, in denen:
die 1–2 Querschnitt-Seitenansicht-Darstellungen einer Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind.
3 ein Querschnitt-Seitenansicht-Scanner-Elektronenmikroskopbild eines Teils porigen Siliziums nach einer Ausführungsform der Erfindung ist,
4 eine Querschnitt-Seitenansicht-Darstellung einer elektrischen Doppelschicht innerhalb einer porösen Struktur einer Energiespeichervorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung ist,
5 eine Querschnitt-Seitenansicht-Darstellung einer Schicht zwischen dem Elektrolyt und der porösen Struktur einer Energiespeichervorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung ist, die 6A–6B Querschnitt-Seitenansicht-Darstellungen eines elektrochemischen Ätzbads gemäß Ausführungsformen der Erfindung sind,
7 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Bilden einer Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,
8 eine Darstellung einer galvanostatischen Lade-Entlade-Messung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist,
9 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Bilden einer Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,
10A eine Draufsicht einer Energiespeichervorrichtung ist, das einen Bulk-Kondensatorbereich und einen verschmolzenen Abgleichkondensatorbereich, der von dem Massenkondensator getrennt ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist,
10B eine Querschnitt-Seitenansicht-Darstellung entlang der Linie A-A in 10A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist,
11A eine Draufsicht einer Energiespeichervorrichtung ist, das einen Bulk-Kondensatorbereich und einen verschmolzenen Abgleichkondensatorbereich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist,
11B eine Querschnitt-Seitenansicht-Darstellung entlang der Linie B-B in 11A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist,
12A eine Draufsicht einer Energiespeichervorrichtung ist, das einen Bulk-Kondensatorbereich und einen Abgleichkondensatorbereich elektrisch von dem Bulk-Kondensatorbereich getrennt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist,
12B eine Querschnitt-Seitenansicht-Darstellung entlang der Linie C-C in 12A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist,
13 eine Blockschaltbilddarstellung eines mobilen elektronischen Geräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist, und
14 eine Blockschaltbilddarstellung eines mikroelektronischen Geräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
Der Einfachheit und Klarheit der Darstellung halber, veranschaulichen die Figuren die allgemeine Bauweise, und Beschreibungen und Einzelheiten gut bekannter Merkmale und Techniken können weggelassen werden, um unnötige Verschleierung der Erörterung der beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung zu vermeiden. Zusätzlich sind Elemente in den Figuren nicht unbedingt maßstabgerecht gezeichnet. Die Maße einiger der Elemente in den Figuren können zum Beispiel im Vergleich zu anderen Elementen übertrieben sein, um das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu verbessern. Bestimmte Figuren können in idealisierter Art gezeigt sein, um das Verständnis zu unterstützen, wie zum Beispiel, wenn Strukturen mit geraden Linien, scharfen Winkeln und/oder parallelen Ebenen oder dergleichen gezeigt sind, die in Wirklichkeit wahrscheinlich signifikant weniger symmetrisch und ordentlich wären. Dieselben Bezugszeichen bezeichnen in verschiedenen Figuren dieselben Elemente, während ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen können, was aber nicht zwingend der Fall ist.
Die Begriffe „erster”, „zweiter”, „dritter”, „vierter” und dergleichen in der Beschreibung und in den Ansprüchen werden, falls vorhanden, zum Unterscheiden zwischen ähnlichen Elementen verwendet und nicht unbedingt zum Beschreiben einer besonderen Sequenz oder chronologischen Reihenfolge. Man muss verstehen, dass die so verwendeten Begriffe unter entsprechenden Umständen gegenseitig derart austauschbar sind, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung zum Beispiel in anderen Sequenzen als den hier veranschaulichten oder anderswie beschriebenen arbeiten können. Ebenso wenn ein Verfahren hier als eine Reihe von Schritten umfassend beschrieben ist, ist die Reihenfolge solcher Schritte, wie sie hier präsentiert ist, nicht zwingend die einzige Reihenfolge, in der solche Schritte ausgeführt werden können, und bestimmte der angegebenen Schritte können möglicherweise weggelassen werden und/oder bestimmte andere Schritte, die hier nicht beschrieben sind, können möglicherweise zu dem Verfahren hinzugefügt werden. Außerdem sind die Begriffe „aufweisen”, „enthalten”, „haben” und irgendwelche Variationen davon dazu bestimmt, einen nicht exklusiven Einschluss zu decken, so dass ein Vorgang, Verfahren, Artikel oder Vorrichtung das/der eine Liste von Elementen aufweist, nicht unbedingt auf diese Elemente beschränkt ist, sondern andere Elemente enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgelistet oder in einem solchen Vorgang, Verfahren, Artikel oder Gerät inhärent sind.
Die Begriffe „links”, „rechts”, „vorn”, „hinten”, „oben”, „unten”, „über”, „unter” und dergleichen in der Beschreibung und in den Ansprüchen, werden, falls vorhanden, zu Beschreibungszwecken und nicht unbedingt zum Beschreiben dauerhafter relativer Positionen verwendet, sofern nicht entweder speziell oder durch den Kontext anders angegeben ist. Man muss verstehen, dass die so verwendeten Begriffe unter entsprechenden Umständen gegenseitig austauschbar sind, und dass die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung zum Beispiel in anderen Ausrichtungen, als den hier veranschaulichten oder anderswie beschrieben arbeiten können. Der Begriff „gekoppelt”, wie er hier verwendet wird, ist als direkt oder indirekt auf elektrische oder nicht elektrische Art verbunden definiert. Objekte, die hier als „neben” einander beschrieben sind, können sich physisch gegenseitig berühren, in naher Nähe zueinander sein, oder in demselben allgemeinen Bereich oder einer Zone zueinander, wie für den Kontext, in dem der Satz verwendet wird, geeignet ist. Das Auftreten des Satzes „bei einer (1) Ausführungsform” bezieht sich hier nicht unbedingt auf dieselbe Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer Energiespeichervorrichtung beschrieben, bei dem eine poröse Struktur eines elektrisch leitfähigen Substrats in situ gemessen wird, während es in einem elektrochemischen Ätzbad elektrochemisch geätzt wird, bis ein vorbestimmter Wert erzielt wird, bei dem das elektrisch leitfähige Substrat aus dem elektrochemischen Ätzbad entfernt werden kann. Die poröse Struktur bildet sich in dem elektrisch leitfähigen Substrat, wenn das elektrisch leitfähige Substrat elektrochemisch geätzt wird, und die entsprechende Oberfläche und die Energiespeicherkapazität der porösen Struktur können als eine Funktion von der Ätzzeit zunehmen. Auf diese Art wird die In-Situ-Messung als ein Feedback verwendet, um den elektrochemischen Ätzvorgang an einem spezifischen Punkt, der spezifischen Oberfläche, die geätzt wurde, und resultierender Energiespeicherkapazität der porigen Struktur entspricht, zu beenden.
Bei einer anderen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Bilden einer Energiespeichervorrichtung beschrieben, bei dem eine elektrisch leitfähige poröse Struktur gemessen wird, um die Energiespeicherkapazität der elektrisch leitfähigen porösen Struktur zu bestimmen. Basierend auf dem Messwert, wird die Energiespeicherkapazität der elektrisch leitfähigen porösen Struktur dann verringert, bis ein vorbestimmter Wert der Energiespeicherkapazität erzielt wird. Das kann zum Beispiel verwirklicht werden, indem der Oberflächenbereich der elektrisch leitfähigen porösen Struktur durch selektives Laserschmelzen eines Abgleichkondensatorbereichs oder elektrisches Abtrennen eines Abgleichkondensatorbereichs von einem Bulk-Kondensatorbereich reduziert wird. Derart kann eine Energiespeichervorrichtung anfänglich mit einem bestimmten Bereich an Energiespeicherkapazität gefertigt und später auf einen genaueren Wert der Energiespeicherkapazität abgestimmt werden. Eine derartige Reduktionstechnik kann verwendet werden, um den Wert der Energiespeicherkapazität für mehrere Energiespeichervorrichtungen aneinander anzupassen.
Bei einem Aspekt stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Verfahren und Strukturen bereit, die verwendet werden können, um die präzise Energiespeicherkapazität in jeder Platte (die eine elektrisch leitfähige poröse Struktur aufweist) einer Energiespeichervorrichtung, wie zum Beispiel eines elektrochemischen Kondensators aus porösem Silizium zu beherrschen. Das kann sehr knappes Abstimmen der Kondensatoren ermöglichen und daher das Stapeln großer Anzahlen elektrochemischer Kondensatoren in Serien für höhere Betriebsspannung mit minimaler Verringerung der Energiespeichereffizienz ermöglichen. Bei einem anderen Aspekt können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Notwendigkeit komplizierter Steuerschaltungen verbunden mit dem Stapeln elektrochemischer Kondensatoren in Reihe signifikant verringern.
Viele Schaltungen auf Siliziumbasis müssen mit Eingangsspannungen von mehr als 3 Volt aufgrund ihrer Bandlücken-Energie, dem Erfordernis einer starken Einschaltvorspannung und der Tatsache, dass die meisten Schaltungen mehrere Transistoren stapeln, um Push-Pull-Schaltungen zu bilden, arbeiten. Da viele elektrochemische Kondensatoren Elektrolyte oder ionische Lösungen enthalten, die dazu tendieren, bei Spannungen über 3 Volt zu zerfallen, sind solche einzelnen elektrochemischen Kondensatoren aufgrund von Leistungsregelung nicht mit einer auf Silizium basierenden Schaltung verbunden. Mehrere elektrochemische Kondensatoren werden auch nicht in Reihe gestapelt, um eine Energiespeichervorrichtung zu schaffen, die mit n-facher Arbeitsspannung jedes elektrochemischen Kondensators arbeitet, weil die derzeitigen Herstellungstechniken typischerweise in elektrochemischen Kondensatoren mit ±20% Abweichung ihrer Kapazität resultieren.
Man betrachte zum Beispiel zwei Kondensatoren in Reihe: C und C(1–ε), wobei ε von 0 bis 1 variiert und die Spitze-zu-Spitze-Variation der zwei Kondensatoren darstellt. Wenn zum Beispiel ein Kondensator +20% über seinem spezifizierten Wert liegt und der andere Kondensator –20% unterhalb seines spezifizierten Werts liegt, wäre ε gleich 0,40. Wenn Strom an den Stapel angelegt wird, fließen gleiche Mengen von Strom durch jeden Kondensator, was in jedem Kondensator einen Spannungsanstieg verursacht. Wenn die niedrigste Kapazität ihre maximale Spannung (Vmax) erreicht, muss das Anlegen von Strom gestoppt werden, um eine Beschädigung des Kondensators zu vermeiden. Der größere Kondensator bleibt unterhalb von Vmax, weil er mehr Ladung benötigt, um diese Spannung zu erreichen. Die in der Energiespeichervorrichtung gespeicherte Gesamtenergie ist die Summe der zwei Terme ½CV² für jeden Kondensator. Wenn man das Verhältnis der gespeicherten Energie zu dem maximal möglichen gespeicherten Wert mit zwei Kondensatoren aufgestellt wird, beträgt die Effizienz: Effizienz = ½(2 – 3ε + ε²)
Die fehlangepassten Kondensatoren können daher nicht die maximal mögliche Energie speichern. Bei der Anwendung bedeuten ±20% Abweichung der Kapazität im ungünstigsten Fall eine Fehlanpassung von 40%. Das bedeutet, dass zwei Kondensatoren nur ½ der idealen Energiemenge speichern, was so viel ist wie ein einzelner Kondensator. Das Stapeln von mehr als zwei elektrochemischen Kondensatoren, die unter Einsatz der derzeit verfügbaren Herstellungsverfahren und Strukturen gefertigt werden, ist daher ohne komplizierte Vorspannschaltung praktisch unmöglich.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen Verfahren und Strukturen bereit, die verwendet werden können, um der Abweichung zwischen Kondensatoren zu begegnen, indem die präzise Energiespeicherkapazität in jeder Platte eines Energiespeichervorrichtung, wie zum Beispiel eines elektrochemischen Kondensators mit porösem Silizium, beherrscht wird. Derart kann sehr knappes Abstimmen der Kondensatoren verwirklicht werden, was es ermöglicht, große Anzahlen elektrochemischer Kondensatoren in Reihe für höhere Betriebsspannung mit minimaler Verringerung der Energiespeichereffizienz zu stapeln. Zusätzlich kann die Notwendigkeit komplizierter Vorspannschaltung, die mit dem Stapel elektrochemischer Kondensatoren in Reihe verbunden ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung signifikant reduziert werden.
Obwohl sich ein Großteil der Diskussion hier auf elektrochemische Kondensatoren (inklusive Pseudokondensatoren und elektrische Doppelschicht-Kondensatoren) konzentrieren wird, schließt die Bezeichnung „Energiespeichervorrichtung” explizit zusätzlich zu ECs, hybride ECs sowie Batterien, Kraftstoffzellen und ähnliche Vorrichtungen ein, die Energie speichern. Energiespeichervorrichtung gemäß den Ausführungsformen der Erfindung können für eine umfangreiche Vielfalt von Anwendungen verwendet werden, darunter in Kraftfahrzeugen, Bussen, Zügen, Flugzeugen, anderen Transportfahrzeugen, Energiespeicherung für den Hausgebrauch, Speichern für Energie, die durch Sonnen- oder Windkraftgeneratoren (insbesondere Energie gewinnende Geräte) erzeugt wird und vielen anderen.
Elektrochemische Kondensatoren arbeiten gemäß Konzepten, die denjenigen ähnlich sind, welchen herkömmliche Plattenkondensatoren unterliegen, aber es bestehen bestimmte wichtige Unterschiede. Ein signifikanter Unterschied betrifft den Ladungstrennungsmechanismus. Bei einer wichtigen Klasse von ECs hat dieser typisch die Form einer so genannten elektrischen Doppelschicht oder EDL an Stelle des Dielektrikums eines herkömmlichen Kondensators. Die EDL wird durch das elektrochemische Verhalten von Ionen an einer Grenzfläche zwischen einer Elektrode mit großer Oberfläche und einem Elektrolyt geschaffen und resultiert in einer effektiven Trennung der Ladung trotz der Tatsache, dass die Schichten so nahe aneinander liegen. (Die physischen Trennungsabstände liegen in der Größenordnung von einem einzigen Nanometer.) Ein typischer EDL-Kondensator kann daher als eine Ladung in seiner EDL speichernd betrachtet werden. Jede Schicht der EDL ist elektrisch leitend, aber die Eigenschaften der Doppelschicht hindern Strom daran, über die Grenze zwischen ihnen zu fließen. (Die EDL wird unten ausführlicher in Verbindung mit 4 besprochen.)
Wie bei herkömmlichen Kondensatoren, ist die Kapazität in einem elektrochemischen Kondensator zu der Oberfläche der Elektroden proportional und zu der Ladungstrennungsentfernung umgekehrt proportional. Die sehr hohen Kapazitäten, die man in einem elektrochemischen Kondensator erzielen kann, sind teils auf die sehr große Oberfläche zurückzuführen, die der porösen Multikanal-Struktur zuzuschreiben ist, und der Nanometer-Größenordnung der Ladungstrennungsentfernung, die der EDL zuzuschreiben ist, die sich aufgrund der Gegenwart eines Elektrolyts, wie oben erklärt, ergibt. Ein Elektrolyttyp, der gemäß Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann, ist eine Ionenlösung (flüssig oder fest). Ein anderer ist ein Elektrolyt (zum Beispiel Li₂SO₄, LiPF₆), der ein Ionen enthaltendes Lösemittel aufweist. Organische Elektrolyte und Festkörperelektrolyte sind ebenfalls möglich.
Ein elektrochemischer Kondensator einer anderen Klasse ist der Pseudokondensator, bei dem an Stelle von EDL-Kapazität eine andere Art von Kapazität ist, nämlich eine faradaysche und in ihrem Ursprung nicht elektrostatische Kapazität, die bei bestimmten Elektrodentypen entstehen kann. Diese unterschiedliche Art von Kapazität wird „Pseudokapazitanz” genannt. Pseudokondensatoren sind Energiespeichervorrichtung, die sich wie Kondensatoren verhalten, die aber auch Reaktionen zeigen, die in Ladungsspeicherung resultieren. Typisch ist eine der Elektroden eines Pseudokondensators mit einem Übergangsmetalloxid beschichtet, wie zum Beispiel MnO₂, RuO₂, NiO_x, Nb₂O₅, V₂O₅ usw., oder mit anderen Materialien, enthalten Mo₂N, VN, W₂N, W₂C (Wolframkarbid), Mo₂C, VC, ein geeignetes leitendes Polymer oder ähnliches Material. Diese Materialien können mit einem Elektrolyt, wie zum Beispiel Kaliumhydroxid (KOH) verwendet werden; wenn das Gerät aufgeladen wird, reagiert der Elektrolyt mit dem Material in einer Reaktion, die es erlaubt, Energie auf eine Art zu speichern, die Ähnlichkeiten mit dem Speichern von Energie bei einer Batterie hat. Genauer genommen speichern diese Materialien Energie durch hoch umkehrbare Oberflächen- und Randschichten- Redox (faradaysche) Reaktionen, aber gleichzeitig bleibt auch der elektrische Doppelschicht-Energiespeichermechanismus gegeben und liefert das Potenzial für hohe Leistung. Hybride elektrochemische Kondensatoren sind Energiespeichervorrichtungen, die die Attribute von ECs und Batterien kombinieren. Bei einem Beispiel wird eine Elektrode, die mit einem Lithiumionenmaterial beschichtet ist, mit einem elektrochemischen Kondensator kombiniert, um eine Vorrichtung zu schaffen, die schnelle Aufladen und Entlademerkmale eines EC sowie die hohe Energiedichte einer Batterie aufweist. Andererseits haben hybride ECs ebenso wie Batterien kürzere erwartete Lebenszeiten als elektrochemische Kondensatoren.
Die 1–2 sind Querschnittansichten einer Energiespeichervorrichtung 100 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, weist das Energiespeichergerät 100 eine elektrische leitfähige Struktur 110 und eine elektrisch leitfähige Struktur 120 auf, die voneinander durch einen Separator 130 getrennt sind, der ein elektrischer Isolator und ein Ionenleiter ist. Der Separator 130 verhindert, dass sich die elektrisch leitfähigen Strukturen 110 und 120 gegenseitig physisch berühren, um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden. Bei anderen Ausführungsformen ist ein Separator nicht erforderlich und kann weggelassen werden.
Mindestens eine der elektrisch leitfähigen Strukturen 110 und 120 weist eine poröse Struktur auf. Bei der in den 1–2 veranschaulichten Ausführungsform, weisen beide elektrisch leitfähige Strukturen eine elektrisch leitfähige poröse Struktur auf. Gemäß einigen Ausführungsformen, enthält die poröse Struktur mehrere Kanäle, von welchen jeder eine Öffnung zu einer Oberfläche der porösen Struktur aufweist. Dieses Merkmal kann das Resultat eines elektrochemischen Ätzvorgangs, der unten beschrieben ist, sein, der zum Bilden der porösen Struktur verwendet wird. Beispielhaft kann die poröse Struktur innerhalb eines elektrisch leitfähigen Materials ausgebildet werden, wie zum Beispiel als ein leitfähiges Material oder Halbleitermaterial. Alternativ kann die poröse Struktur innerhalb eines Isoliermaterials (zum Beispiel Aluminiumoxid) ausgebildet werden, das mit einer elektrisch leitfähigen Folie beschichtet wurde (zum Beispiel eine leitfähige ALD-Folie, wie zum Beispiel Titannitrid (TiN)). In diesem Hinblick sind Materialien, die höhere elektrische Leitfähigkeit haben, vorteilhaft, weil sie den effektiven Reihenwiderstand (ESR) verringern. Bei den dargestellten Ausführungsformen weisen sowohl die elektrisch leitfähige Struktur 110 als auch die elektrisch leitfähige Struktur 120 eine derartige poröse Struktur auf. Die elektrisch leitfähige Struktur 110 weist folglich Kanäle 111 mit Öffnungen 112 zu einer Oberfläche 115 der entsprechenden porösen Struktur auf, und die elektrisch leitfähige Struktur 120 weist Kanäle 121 mit Öffnungen 122 zu einer Oberfläche 125 der entsprechenden porösen Struktur auf. Bei einer Ausführungsform, bei der nur eine der elektrisch leitfähige Strukturen 110 und 120 eine porösen Struktur mit mehreren Kanälen aufweist, kann die andere elektrisch leitfähige Struktur zum Beispiel eine Metallelektrode oder eine PolySiliziumstruktur sein.
Verschiedene Konfigurationen der Energiespeichervorrichtung 100 sind möglich. Bei der Ausführungsform der 1 weist die Energiespeichervorrichtung 100 zum Beispiel zwei getrennte elektrisch leitfähige poröse Strukturen auf (das heißt eine elektrisch leitfähige Struktur 110 und eine elektrisch leitfähige Struktur 120), die Seite an Seite mit dem Separator 130 dazwischen zusammengeklebt wurden. Als ein anderes Beispiel weist die Energiespeichervorrichtung 100 in der Ausführungsform der 2 eine einzige flache elektrisch leitfähige poröse Struktur auf, in der ein erster Abschnitt (elektrisch leitfähige Struktur 110) von einem zweiten Abschnitt (elektrisch leitfähige Struktur 120) durch einem Graben 231, der den Separator 130 enthält, getrennt ist. Eine der elektrisch leitfähigen Strukturen wird die positive Seite sein, und die andere elektrisch leitfähige Struktur wird die negative Seite sein. Der Separator 130 könnte zum Beispiel eine durchlässige Membran oder ein anderer poröserPolymerseparator sein. Im Allgemeinen verhindert der Separator die physische Berührung einer Anode und Katode (die zu einer elektrischen Fehlfunktion in der Vorrichtung führen würde), während der Transfer Ionenladungsträger erlaubt wird. Zusätzlich zu den Polymerseparatoren, sind mehrere andere Separatortypen möglich. Darunter befinden sich Vliesfasertücher, flüssige Membranen, Polymerelektrolyte, feste Ionenleiter und dergleichen.
2 zeigt eine kleine Brücke aus Material, die die elektrisch leitfähige Struktur 110 und die elektrisch leitfähige Struktur 120 verbindet. Wenn sie unbehandelt bleibt, kann diese Brücke als ein elektrischer Kurzschluss zwischen den zwei elektrisch leitfähigen Strukturen wirken. Es gibt jedoch mehrere mögliche Lösungen. Die Brücke kann zum Beispiel mittels eines Poliervorgangs entfernt werden (und die leitfähige Struktur wird durch irgendwelche andere Mittel auseinandergehalten). Alternativ können die elektrisch leitfähigen Strukturen in einer stark dotierten oberen Schicht oder Region eines Wafers ausgebildet werden, während sich der Graben zu einem darunterliegenden leicht dotierten Substrat, das kein sehr guter Leiter ist, hinunter erstreckt. Oder es kann eine Struktur aus Silizium auf Isolator verwendet werden.
Beispielhaft kann die poröse Struktur der elektrisch leitfähigen Strukturen 110 und 120 durch einen Nassätzvorgang geschaffen werden, bei dem ein flüssiges Ätzmittel auf einer Oberfläche der elektrisch leitfähigen Strukturen Teile der elektrisch leitfähigen Struktur auf eine Art wegätzt, die mindestens etwas der Art ähnelt, in der Wasser Kanäle in Gestein graben kann. Daher hat jeder der Kanäle eine Öffnung zu der Oberfläche der elektrisch leitfähigen Struktur, wobei das Nassätzverfahren nicht in der Lage ist, völlig eingeschlossene Hohlräume, das heißt Hohlräume ohne Öffnung zu der Oberfläche, wie eine Luftblase, die innerhalb eines Steins gefangen ist, innerhalb der porösen Struktur zu schaffen. Das heißt nicht, dass diese Öffnungen aufgrund der Gegenwart oder Hinzufügung anderer Materialien nicht mit anderen Materialien abgedeckt oder anders verschlossen werden können, was in der Tat wahrscheinlich bei mehreren Ausführungsformen auftritt, aber ob sie nun abgedeckt sind oder nicht, sind die beschriebenen Öffnungen zu der Oberfläche ein Merkmal jedes Kanals in jeder porösen Struktur gemäß mindestens einer Ausführungsform der Erfindung. (Eine Ausführungsform, bei der die Öffnungen abgedeckt sein können, ist eine, bei der man eine Schicht epitaktisches Silizium als eine Stelle für Schaltungen oder andere Verdrahtung oberhalb der Kanäle wachsen lässt.
Mit dem richtigen Ätzmittel sollte es möglich sein, poröse Strukturen aus einer großen Vielfalt von Materialien herzustellen, die die beschriebenen Merkmale aufweisen. Bei einer Ausführungsform kann eine poröse Siliziumstruktur geschaffen werden, indem ein elektrisch leitfähiges Siliziumsubstrat mit einem Gemisch aus Fluorwasserstoffsäure und Ethanol in einem elektrochemischen Ätzbad geätzt wird. Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch nicht auf poröse Siliziumstrukturen beschränkt, und Ausführungsformen der Erfindung sind auch nicht auf elektrochemisches Ätzen beschränkt. Elektrochemisches Ätzen wird hier als ein Verfahren zum Ausbilden einer porösen Struktur in einer elektrisch leitfähigen Struktur beschrieben, in der die poröse Struktur in situ gemessen werden kann, um zu bestimmen, wann der Ätzvorgang, entsprechend einer spezifischen Oberfläche und resultierenden Energiespeicherkapazität der porösen Struktur, zu beenden ist.
Neben porösem Silizium, sind einige anderen Materialien, die besonders gut für Energiespeichervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen der Erfindung geeignet sein können, poröses Germanium und poröses Zinn. Zu den möglichen Vorteilen des Gebrauchs von porösem Silizium gehört seine Kompatibilität mit existierender Siliziumtechnologie. Poröses Germanium ist als ein Resultat existierender Technologie für dieses Material ähnlich vorteilhaft, und genießt, verglichen mit Silizium, den weiteren möglichen Vorteil, dass sein natives Oxid (Germaniumoxid) wasserlöslich ist und daher leicht entfernt werden kann. (Das native Oxid, das sich auf der Oberfläche von Silizium bildet, kann Ladung fangen, was ein unerwünschtes Resultat ist, insbesondere, wenn die Siliziumporosität größer ist als etwa 20 Prozent.) Poröses Germanium ist auch weitgehend mit Siliziumtechnologie kompatibel. Die möglichen Vorteile des Gebrauchs von porösem Zinn, das ein Material mit null Bandlücke ist, umfassen seine verbesserte Leitfähigkeit im Vergleich zu bestimmten anderen leitenden und halbleitenden Materialien. Anderen Materialien können ebenfalls für die poröse Struktur verwendet werden, darunter Siliziumkarbid, Legierungen, wie zum Beispiel Legierung aus Silizium und Germanium, sowie Metalle, wie zum Beispiel Kupfer, Aluminium, Nickel, Kalzium, Wolfram, Molybdän und Mangan.
Man sollte auch zur Kenntnis nehmen, dass die Abbildungen der porösen Strukturen in den 1–2 dadurch stark idealisiert sind, dass alle Kanäle 111 und 121 als sich nur vertikal erstreckend gezeigt sind, um nur ein Beispiel zu nennen. In Wirklichkeit würden sich die Kanäle in mehrere Richtungen verzweigen, um ein verwirrtes, ungeordnetes Muster zu bilden, das ähnlich aussehen kann wie die poröse Struktur, die in 3 gezeigt ist.
3 ist ein Querschnitt-Seitenansicht-Scanner-Elektronenmikroskopbild (SEM) eines Teils von porösem Silizium, in einem elektrochemischen Ätzbad geätzt, nach einer Ausführungsform der Erfindung. Wie veranschaulicht, enthält die poröse Struktur 300 mehrere Kanäle 311. Man muss verstehen, dass sich die Kanäle 311 wahrscheinlich entlang ihrer Längen derart wenden und kehren, dass ein einziger Kanal sowohl vertikale als auch horizontale Teile haben kann, sowie Teile, die weder komplett vertikal noch komplett horizontal sind, sondern irgendwo dazwischen fallen. Bei der in 3 veranschaulichten Ausführungsform erstrecken sich die Kanäle nahe eines Bodens der letzten Struktur, ohne ihn jedoch zu erreichen, somit eine Schicht 302 ungeätztes Silizium unterhalb der Kanäle belassend. Bei einer Ausführungsform wirkt eine ungeätzte Schicht 302 als eine Tragstruktur für die poröse Struktur 300 (und für das entsprechende Energiespeichergerät, nicht gezeigt).
Unter erneuter Bezugnahme auf die 1–2 kann die Energiespeichervorrichtung 100 ferner eine elektrisch leitfähige Beschichtung 140 auf mindestens einem Teil der porösen Struktur und in mindestens einigen der Kanäle 111 und/oder Kanäle 121 enthalten. Eine solche elektrisch leitfähige Beschichtung kann erforderlich sein, um die Leitfähigkeit der porösen Struktur aufrecht zu erhalten oder zu verbessern, oder sie kann beim Reduzieren von ESR hilfreich sein, wodurch die Leistung verbessert wird. Eine Vorrichtung, die einen niedrigeren ESR aufweist, kann höhere Leistung liefern (die sich als größere Beschleunigung, mehr Pferdestärken usw. zeigen kann). Im Gegensatz dazu beschränkt höherer ESR (ein Zustand, der innerhalb einer typischen Batterie vorherrscht) die Menge an verfügbarer Energie, wenigstens teilweise aufgrund der Tatsache, dass viel der Energie als Hitze vergeudet wird. Beispielhaft kann die elektrisch leitfähige Beschichtung 140 ein Silicid sein. Als ein anderes Beispiel kann die elektrisch leitfähige Beschichtung 140 eine Beschichtung aus Metall sein, wie zum Beispiel Aluminium, Kupfer und Wolfram, oder andere elektrische Leiter, wie zum Beispiel Wolframnitrid, Titannitrid und Tantalnitrid. Jedes der aufgelisteten Materialien weist den Vorteil auf, dass es in existierender CMOS-Technologie verwendet wird. Andere Metalle, wie zum Beispiel Nickel und Calcium, können ebenfalls als elektrisch leitfähige Beschichtung 140 verwendet werden. Diese Materialien können unter Einsatz von Verfahren aufgebracht werden, wie zum Beispiel galvanische Beschichtung, chemische Dampfphasenabscheidung (CVD) und/oder atomare Gasphasenabscheidung (ALD).
In den 1–2 ist ein Elektrolyt 150 veranschaulicht, der die EDL entstehen lässt. Bei einigen Ausführungsformen ist der Elektrolyt 150 organisch. Ein Elektrolyttyp, der gemäß Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann, ist eine Ionenlösung (flüssig oder fest). Ein anderer ist ein Elektrolyt (zum Beispiel Li₂SO₄, LiPF₆), der ein Ionen enthaltendes Lösemittel aufweist. Als ein Beispiel kann der Elektrolyt eine Flüssigkeit oder eine feste Lösung aus organischen Materialien, wie zum Beispiel Tetraethylammonium-Tetrafluroborat in Acetonnitril sein. Andere Beispiele umfassen Lösungen auf der Grundlage von Borsäure, Borax oder schwachen organischen Säuren. Organische Elektrolyte und Festkörperelektrolyte sind ebenfalls möglich. Der Elektrolyt 150 (sowie andere hier beschriebene Elektrolyte) ist in den Zeichnungen anhand einer willkürlichen Anordnung von Kreisen dargestellt. Diese Darstellung soll die Idee vermitteln, dass der Elektrolyt eine Substanz (flüssig oder fest, inklusive gelartige Materialien), die freie Ionen enthält, ist. Die Kreise wurden aus praktischen Gründen ausgewählt und sollen keinerlei Einschränkung hinsichtlich der Komponenten oder Vorzüge, darunter irgendwelche Einschränkungen in Zusammenhang mit der Größe, der Form oder der Anzahl der Ionen unterstellen.
Die elektrische Doppelschicht ist in 4 schematisch abgebildet. Wie in 4 veranschaulicht, wurde eine elektrische Doppelschicht (EDL) 430 innerhalb eines der Kanäle 111 ausgebildet. Die EDL 430 besteht aus zwei Ladungsschichten, von welchen eine die elektrische Ladung der Seitenwände des Kanals 111 ist (in 4 als positiv dargestellt, die aber auch negativ sein könnte), und von welchen die andere durch freie Ionen in dem Elektrolyt gebildet wird. Die EDL 430 isoliert die Oberfläche elektrisch und stellt daher die Ladungstrennung bereit, die für das Funktionieren des Kondensators erforderlich ist. Die große Kapazität und daher das Energiespeicherpotenzial von EDLCs ergibt sich aufgrund der kleinen Trennung (in etwa 1 nm) zwischen Elektrolytionen und der Elektrodenoberflächenladung.
Bei einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 515 zwischen dem Elektrolyt 150 und dem Kanal 111 der porösen Struktur, wie in 5 veranschaulicht, platziert werden. Die EDL ist in 5 nicht gezeigt, um ein unnötiges Überladen der Zeichnung zu vermeiden. Die dielektrische Schicht 515 kann eingeführt werden, um die Kapazität des Energiespeichergeräts weiter zu verbessern, oder aus anderen Gründen, wie zum Beispiel, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Verbesserung der Oberflächenpassivierung und der Benetzbarkeit.
Wie oben beschrieben, kann bei einigen Ausführungsformen eine poröse Struktur in ein elektrisch leitfähiges Substrat in einem elektrochemischen Ätzbad geätzt werden. Das elektrochemische Ätzbad kann zum Beispiel ein elektrochemisches Doppelzellen-Ätzbad, wie in 6A veranschaulicht, oder ein horizontales elektrochemisches Ätzbad, wie in 6B veranschaulicht, sein. Unter Bezugnahme auf 6A kann das elektrochemische Ätzbad 600 ein Paar Elektroden 602, 604 aufweisen, wie zum Beispiel Platinnetzelektroden, die in jeder Seite des Behälters 606 montiert sind. Das Substrat 610 kann in eine abnehmbare Substrathalterung 620 montiert sein, die vor einer Öffnung in der Trennplatte 630 platziert und mit einem Bajonettverschluss in situ fixiert werden kann. Wenn der Verschluss verschlossen ist, sind das linke und das rechte Fach voneinander elektrisch isoliert. Das elektrochemische Ätzbad 600 kann mit ausreichend Ätzlösung 640 gefüllt sein, um das elektrisch leitfähige Substrat 610 und die Elektroden 602, 604 abzudecken. Wenn das Substrat zum Beispiel Silizium enthält, umfassen beispielhafte Ätzlösungen Fluorwasserstoffsäure (HF) und HF-Ethanol-Lösungen.
Das elektrochemische Ätzen einer porösen Struktur 612 in das elektrisch leitende Substrat 610 kann gemäß herkömmlichen Techniken ausgeführt werden. Ein konstanter Strom kann zum Beispiel zwischen der negativen und der positiven Elektrode 602, 604 aufrechterhalten werden. Es kann erforderlich sein, dass die Spannung etwas während des elektrochemischen Ätzens aufgrund von Verlust an elektrischer Leitfähigkeit der Ätzlösung 640 in dem Ätzbad 600 verändert werden muss. Wie veranschaulicht, kann eine poröse Struktur 612 in das Substrat 610 auf der Seite der negativ geladenen Elektrode 602 geätzt werden. Unter Bezugnahme auf 6B ist ein horizontales elektrochemisches Ätzbad 600 im Wesentlichen ähnlich wie das in 6A, mit der Ausnahme, dass keine Trennplatte vorhanden, und die Elektrode 604 in die Substrathalterung 622 eingebettet ist, die derart ausgelegt ist, dass keine Ätzlösung 640 die Rückseite des Substrat 610 berührt.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bilden einer Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Bei Vorgang 710 wird ein elektrisch leitfähiges Substrat 610 in ein elektrochemisches Ätzbad 600 getaucht. Bei Vorgang 720, wird eine poröse Struktur 612 des elektrisch leitfähigen Substrats 610 in situ gemessen, während das elektrisch leitfähige Substrat 610, das in das elektrochemische Ätzbad 600 getaucht ist, elektrochemisch geätzt wird. Bei Vorgang 730 wird das elektrisch leitende Substrat 610 aus dem elektrochemischen Ätzbad 600 bei Erzielen eines vorbestimmten Werts entfernt. Die resultierende poröse Struktur 612 kann der porösen Struktur ähnlich sein, die in der elektrisch leitfähigen Struktur 110 oder 120, wie oben unter Bezugnahme auf die 1–2 beschrieben, ausgebildet wird.
Bei einer Ausführungsform entspricht das Messen der porösen Struktur des elektrisch leitfähigen Substrats 610 der Durchführung einer standardmäßigen galvanostatischen Lade-Entlade-Messung in Echtzeit während des elektrochemischen Ätzvorgangs. 8 zeigt eine Darstellung einer galvanostatischen Lade-Entlade-Messung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Bei einer solchen Ausführungsform wirken Ionen in dem Ätzbad 640, wie zum Beispiel H⁺- und F^–Ionen, als ein schwacher Elektrolyt. Das Messen der elektrischen Reaktionen auf variierende Spannung über die Elektroden 602, 604 in dem Ätzbad 600 ergibt die Doppelschicht-Kapazität an einer Grenzfläche der porösen Struktur 612 und daher die exakte Oberfläche der porösen Struktur 612, die in das elektrisch leitfähige Substrat 610 geätzt wurde. Diese Messung kann als ein Feedback verwendet werden, um den elektrochemischen Ätzvorgang an einem spezifischen Punkt, der einer spezifischen Oberfläche, die geätzt wurde, und resultierender Energiespeicherkapazität der porösen Struktur 612 entspricht, zu beenden.
Eine galvanostatische In-Situ-Lade-Entlade-Messung kann auf eine Vielzahl von Arten ausgeführt werden. Bei einer Ausführungsform kann der Ätzstrom gestoppt und dann die Doppelschicht-Kapazität der Struktur mit einer galvanostatischen Lade-Entlade-Messung gemessen werden. Bei einer anderen Ausführungsform wird der Ätzstrom über das elektrisch leitfähige Substrat 610 mit dem Strom der galvanostatischen Ladungs-Entlade-Messung moduliert. Zusätzlich zu dem Messen der porösen Struktur der elektrisch leitfähigen Struktur 110, um eine Kapazität an einer Grenzfläche der porösen Struktur zu ermitteln, können auch andere Messungen verwendet werden. Messungen der optischen Reflexion und Ultraschallreflexion an der porösen Struktur können ebenfalls verwendet werden, um die spezifische Oberfläche, die geätzt wurde (oder die Dicke der porösen Struktur 612) und die resultierende Energiespeicherkapazität der porösen Struktur 612 zu schätzen. Messungen der optischen Reflexion und Ultraschallreflexion können sowohl, während der Ätzstrom gestoppt wird, als auch während er über das elektrisch leitfähige Substrat 610 angelegt wird, ausgeführt werden.
Wie oben beschrieben, kann das elektrochemische Ätzen des elektrisch leitfähigen Substrats 610 dem elektrochemischen Ätzen der elektrisch leitfähigen Struktur 110 oder 120, wie oben unter Bezugnahme auf die 1–2 beschrieben, entsprechen. Bei einer besonderen Ausführungsform, können die elektrisch leitfähigen Strukturen 110 und 120 der 1 elektrochemisch in getrennten elektrochemischen Ätzbädern 600 oder sequenziell in demselben elektrochemischen Ätzbad 600 geätzt und dann kombiniert werden, um eine Energiespeichervorrichtung 100, wie die in 1 veranschaulichte, zu bilden. Auf diese Art hat jede elektrische leitfähige Struktur 110 und 120 dieselbe Energiespeicherkapazität. Ferner können mehrere Energiespeichervorrichtung 100 in Reihe gestapelt werden, um eine Betriebsspannung von n Mal der Arbeitsspannung jeder Energiespeichervorrichtung 100 zu erzielen, die es dem Energiespeichergerätstapel erlaubt, mit einer Schaltung auf Siliziumbasis ohne das Erfordernis übermäßiger Vorspannschaltungen verbunden zu werden.
9 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bilden einer Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, kann die in 9 veranschaulichte Ausführungsform zum Feinabstimmen der Energiespeicherkapazität in einer Energiespeichervorrichtung oder in einem Teil einer Energiespeichervorrichtung nach dem Bilden einer porösen Struktur in der elektrisch leitfähigen Struktur nützlich sein. Die Kapazität der elektrisch leitfähigen Strukturen 110 und 120 der 1 kann zum Beispiel eingestellt werden, nachdem der elektrochemische Ätzvorgang abgeschlossen wurde, oder alternativ, nachdem die elektrisch leitfähigen Strukturen in eine Energiespeichervorrichtung 100, ein mobiles elektronisches Gerät (zum Beispiel 13) oder mikroelektronisches Gerät (zum Beispiel 14) eingebaut wurden. Beispielhaft erfolgt die folgende Beschreibung der 9 unter Bezugnahme auf 1. Es ist jedoch klar, dass Ausführungsformen nicht derart beschränkt sind, und dass die Ausführungsform der 9 mit anderen porösen Strukturen ausgeführt werden kann.
Bei Vorgang 910 wird eine Oberfläche einer elektrisch leitfähigen porösen Struktur gemessen, um eine Energiespeicherkapazität der elektrisch leitfähigen porösen Struktur zu ermitteln. Die elektrisch leitfähige poröse Struktur kann die poröse Struktur der elektrisch leitfähigen Strukturen 110 oder 120 sein. Die Oberfläche kann unter Einsatz einer Vielzahl von Techniken gemessen werden, wie zum Beispiel, ohne auf sie beschränkt zu sein, eine galvanostatische Lade-Entlade-Messung, um Kapazität an einer Grenzstelle der porösen Struktur zu ermitteln, optischen Reflexion an der porösen Struktur und Ultraschallreflexion an der porösen Struktur.
Bei Vorgang 920 wird die Energiespeicherkapazität der elektrisch leitfähigen porösen Struktur reduziert. Bei einer Ausführungsform umfasst das Reduzieren der Oberfläche selektives Laserschmelzen eines Abgleichkondensatorbereichs, wie unter Bezugnahme auf die FIG. des 10A–11B ausführlicher beschrieben. Bei einer Ausführungsform umfasst das Reduzieren der Oberfläche das elektrische Trennen eines Abgleichkondensatorbereichs von einem Bulk-Kondensatorbereich, zum Beispiel durch Laserstrukturierung oder Durchbrennen einer Sicherung, wie ausführlicher unter Bezugnahme auf die 12A–12B erklärt.
Nach dem Reduzieren der Energiespeicherkapazität bei Vorgang 920 kann die elektrisch leitfähige poröse Struktur optional wieder gemessen werden, um zu ermitteln, ob die Energiespeicherkapazität auf einen vorbestimmten Wert (oder Wert innerhalb eines Bereichs) reduziert wurde. Wenn der Energiespeicherwert noch nicht auf den vorbestimmten Wert reduziert ist, werden der Vorgang 920 und optional der Vorgang 930 wiederholt, bis eine vorbestimmte Energiespeicherkapazität erzielt wird.
10A zeigt eine Draufsicht einer Energiespeichervorrichtung, die einen Bulk-Kondensatorbereich und einen verschmolzenen Abgleichkondensatorbereich aufweist, der von dem Bulk-Kondensatorbereich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung getrennt ist, und 10B ist eine Querschnitt-Seitenansicht-Darstellung entlang der Linie A-A in 10A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie veranschaulicht, kann eine Energiespeichervorrichtung 1000 eine elektrisch leitfähige poröse Struktur 1010 aufweisen, die einen Bulk-Kondensatorbereich 1004, der eine Massenoberfläche aufweist, und eine Anordnung von Abgleichkondensatorbereichen 1006 aufweist, die von dem Bulk-Kondensatorbereich 1004 getrennt sind. Die Anordnung von Abgleichkondensatorbereichen 1006 kann von dem Bulk-Kondensatorbereich 1004 unter Einsatz von Standard-Lithographietechniken getrennt werden. Die Anordnung von Abgleichkondensatorbereichen 1006 kann eine Vielzahl unterschiedlicher Oberflächen aufweisen, die zum Beispiel der Porositätsdichte oder Größe (zum Beispiel einer Breite in der Draufsicht der 10A) der Abgleichkondensatorbereiche 1006 in Bezug auf den Bulk-Kondensatorbereich 1004 entsprechen. Beim Betrieb hängt die Gesamtenergiespeicherkapazität der Energiespeichervorrichtung 1000 mit der Summe der Oberflächen des Bulk-Kondensatorbereichs 1004 und der Abgleichkondensatorbereiche 1006 zusammen. Wie unter Bezugnahme auf 9 beschrieben, kann die Gesamtenergiespeicherkapazität der Energiespeichervorrichtung 1000 durch selektives Laserschmelzen eines Abgleichkondensatorbereichs, wie von Abgleichkondensatorbereich 1008 in den 10A–10B dargestellt, reduziert werden. Da die Anordnung der Abgleichkondensatorbereiche 1006 eine Vielzahl unterschiedlicher Oberflächen aufweist, kann ein besonderer Abgleichkondensatorbereich 1006, der einer spezifischen Oberfläche entspricht, zum selektiven Laserschmelzen basierend auf der gewünschten Verringerungsmenge der Speicherenergiekapazität ausgewählt werden.
Bei einer Ausführungsform kann die elektrisch leitfähige poröse Struktur die elektrisch leitfähige Struktur 110 oder 120 der 1 sein, die mehrere Kanäle 111, 121 enthält, wobei jeder der Kanäle eine Öffnung 112, 122 zu einer Oberfläche 115, 125 der elektrisch leitfähigen Struktur 110 oder 120 aufweist. Bei einer solchen Ausführungsform schmilzt das Verschmelzen des Abgleichkondensatorbereichs 1008 durch selektives Laserschmelzen die poröse Struktur, die die mehreren Kanäle enthält, so dass die Öffnungen 112, 122 verschmolzen werden, wodurch die Oberfläche des verschmolzenen Abgleichkondensators 1008 und Gesamtenergiespeicherkapazität der elektrisch leitfähigen porösen Struktur und der Energiespeichervorrichtung 100 reduziert wird.
Bei einer Ausführungsform, kann die elektrisch leitfähige poröse Struktur 1010 auf einer elektrisch leitfähigen Schicht 1012 ausgebildet werden, wie zum Beispiel, ohne aber darauf beschränkt zu sein, auf einer Metallfolie. Bei einer anderen Ausführungsform kann die elektrisch leitfähige poröse Struktur 1010 in einer oberen Oberfläche eines nicht porösen Massenmaterials ausgebildet werden, wie zum Beispiel das nicht poröse Silizium 302, das in 3 veranschaulicht ist.
11A zeigt eine Draufsicht einer Energiespeichervorrichtung, die einen Bulk-Kondensatorbereich und einen verschmolzenen Abgleichkondensatorbereich gemäß einer Ausführung der Erfindung aufweist, und 11B zeigt eine Querschnitt-Seitenansicht-Darstellung entlang der Linie B-B in 11A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Anders als die Energiespeichervorrichtung 1000 der 10A–10B, weist die Energiespeichervorrichtung 1100 der 11A–11B keine Anordnung von Abgleichkondensatorbereichen 1006 auf, die von einem Bulk-Kondensatorbereich 1004 getrennt wurden. Die Gesamtenergiespeicherkapazität der Energiespeichervorrichtung 1100 kann stattdessen durch selektives Laserschmelzen verschiedener Stellen der leitfähigen porösen Struktur 1110 reduziert werden. Da die gewünschte Menge an Reduzierung der Energergiespeicherkapazität mit der Oberfläche zusammenhängt, kann die Gesamtenergiespeicherkapazität-Reduzierung durch Variieren der Anzahl von Stellen der zum selektiven Laserschmelzen oder der Größe (zum Beispiel einer Breite in der Draufsicht der 11A) des Lasers, der zum Formen verschmolzener Abgleichkondensatorbereiche 1108 verwendet wird, erzielt werden. Bei einer Ausführungsform kann die elektrisch leitfähige poröse Struktur 1110 auf einer elektrisch leitfähigen Schicht 1112 ausgebildet werden, wie zum Beispiel, ohne aber darauf beschränkt zu sein, auf einer Metallfolie. Bei einer anderen Ausführungsform kann die elektrisch leitfähige poröse Struktur 1110 in einer oberen Oberfläche eines nicht porösen Massenmaterials ausgebildet werden, wie zum Beispiel das nicht poröse Silizium 302, das in 3 dargestellt ist.
12A zeigt eine Draufsicht einer Energiespeichervorrichtung, die einen Bulk-Kondensatorbereich und einen Abgleichkondensatorbereich, der von dem Bulk-Kondensatorbereich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung getrennt ist, aufweist, und 12B ist eine Querschnitt-Seitenansicht-Darstellung entlang der Linie C-C in 12A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie die Energiespeichervorrichtung 1000 der 10A–10B weist die elektrisch leitfähige poröse Struktur 1210 der Energiespeichervorrichtung 1200 der 12A–12B eine Anordnung von Abgleichkondensatorbereichen 1206 auf, die von einem Bulk-Kondensatorbereich 1204 getrennt ist. Bei einer Ausführungsform ist die elektrisch leitfähige poröse Struktur 1210 auf einer strukturierten elektrisch leitfähigen Schicht 1212 ausgebildet. Bei einer Ausführungsform kann die elektrisch leitfähige poröse Struktur 1210 auf einer elektrisch leitfähigen Schicht 1212 ausgebildet werden, wie zum Beispiel, ohne aber darauf beschränkt zu sein, auf einer Metallfolie. Bei einer anderen Ausführungsform kann die elektrisch leitfähige poröse Struktur 1210 in einer oberen Oberfläche eines nicht porösen Massenmaterials ausgebildet werden, wie zum Beispiel das nicht poröse Silizium 302, das in 3 veranschaulicht ist.
Unter Bezugnahme auf 12A, ist die elektrisch leitfähige Schicht 1212 strukturiert, um ein Massenpad (bulk pad) 1205 unter dem Bulk-Kondensatorbereich 1204 und eine Anordnung von Pads 1207 unter der Anordnung von Abgleichkondensatorbereichen 1206 aufzuweisen, und eine Mehrzahl von Bahnen 1216, die die Anordnung von Pads 1207 mit dem Massenpad 1205 verbindet.
Wie in Zusammenhang mit 9 beschrieben, kann die Gesamtenergiespeicherkapazität der Energiespeichervorrichtung 1000 durch elektrisches Trennen eines Abgleichkondensatorbereichs 1208 von einem Bulk-Kondensatorbereich, wie durch die Trennung 1214 in der Bahn 1216 veranschaulicht, reduziert werden. Bei einer Ausführungsform wird das durch Laserstrukturierung der Bahn 1216 erzielt. Bei einer anderen Ausführungsform wird das durch Durchbrennen einer Sicherung in elektrischer Verbindung mit dem leitfähigen Pad 1207, das mit dem Abgleichkondensatorbereich 1206 verbunden ist, erzielt. Bei einer Ausführungsform kann eine Tragschicht 1220 vorgesehen werden, um die abtrennbare Struktur zu tragen.
13 zeigt ein Blockschaltbild eines mobilen elektronischen Geräts 1300 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie in 13 veranschaulicht, weist das mobile elektronische Gerät 1300 ein Substrat 1310 auf, auf dem ein Mikroprozessor 1320 und eine Energiespeichervorrichtung 1330, die mit dem Mikroprozessor 132 verbunden ist, angeordnet sind. Die Energiespeichervorrichtung 1330 kann sich entweder auf dem Substrat 1310 von dem Mikroprozessor 1320 beabstandet, wie in durchgehenden Linien veranschaulicht, befinden, oder sie kann sich auf dem Mikroprozessor 1320 selbst, wie in gestrichelten Linie veranschaulicht, befinden. Bei einer Ausführungsform weist die Energiespeichervorrichtung 1330 eine erste und eine zweite elektrisch leitfähige Struktur auf, die voneinander durch einen Separator getrennt sind, wobei mindestens die erste und/oder die zweite elektrisch leitfähige Struktur eine poröse Struktur aufweist, die mehrere Kanäle enthält. Als ein Beispiel kann diese Ausführungsform einer oder mehreren der in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen, die in dem begleitenden Text beschrieben sind, ähneln. Bei einer anderen Ausführungsform weist die Energiespeichervorrichtung 1330 eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Strukturen auf, die in Reihe gestapelte poröse Strukturen aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform weist die Energiespeichervorrichtung 1330 eine poröse Struktur auf, die einen Bulk-Kondensatorbereich und mindestens einen Abgleichkondensatorbereich aufweist. Bei einer Ausführungsform wird die Oberfläche der porösen Struktur in dem Abgleichkondensatorbereich mit einer Laserstrukturierung, durchgebrannten Sicherung oder verschmolzenen Öffnung reduziert.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist die Energiespeichervorrichtung 1330 eine Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen, die in Reihe gestapelt werden können, (die alle in 13 durch den Block 1330 dargestellt sind), die innerhalb des mobilen elektronischen Geräts 1300 enthalten sind. Bei einer oder mehreren dieser Ausführungsformen weist das mobile elektronische Gerät 1300 ferner ein Schaltnetzwerk 1340, das mit den Energiespeichervorrichtungen verbunden ist, auf. Wenn ein Kondensator entladen wird, erhält er keine konstante Spannung aufrecht, sondern klingt exponentiell ab (anders als eine Batterie, bei der die Spannung während des Entladens relativ konstant bleibt). Das Schaltnetzwerk 1340 weist Schaltungen oder einige andere Mechanismen auf, die verschiedene Kondensatoren ein- und ausschalten, so dass eine relativ konstante Spannung aufrecht erhalten wird. Die Energiespeichervorrichtungen könnten ursprünglich zum Beispiel miteinander parallel geschaltet sein, und, dann, nach einer bestimmten Menge an Spannungsabklingen, könnte ein Untersatz von Energiespeichervorrichtungn durch das Schaltnetzwerk derart gewechselt werden, dass sie in Reihe geschaltet ist, so dass ihre einzelnen Spannungsbeiträge die abnehmende Gesamtspannung boosten können. Bei einer Ausführungsform könnte das Schaltnetzwerk 1340 unter Einsatz existierender Siliziumvorrichtungstechnologie umgesetzt werden, wie sie gemäß dem Stand der Technik verwendet wird (Transistoren, Thyristoren (SCRs) usw.), während es bei anderen Ausführungsformen umgesetzt werden könnte, indem mikroelektromechanische Systeme (MEMS) Relais oder Schalter (die, wie man erwähnen sollte, dazu tendieren, sehr niedrige Widerstände zu haben) verwendet werden.
Bei einigen Ausführungsformen weist das mobile elektronische Gerät 1300 ferner ein Sensornetzwerk 1350, das mit den Energiespeichervorrichtungen 1330 verbunden ist, auf. Bei mindestens einigen Ausführungsformen hat jede der Vielzahl von Energiespeichervorrichtungen ihren eigenen Sensor, der bestimmte Verhaltensparameter der Energiespeichervorrichtung anzeigt. Die Sensoren können zum Beispiel existierende Spannungspegel anzeigen sowie die laufende Entladereaktion, die beide Parameter sind, die von dem Schaltnetzwerk verwendet werden können, insbesondere in Fällen, in welchen das dielektrische Material (oder ein anderer elektrischer Isolator), das verwendet wird, nicht linear ist, sondern stattdessen eine dielektrische Konstante hat, die mit der Spannung variiert. In diesen Fällen kann es vorteilhaft sein, gemeinsam mit dem Sensornetzwerk einen endlichen Zustandsautomaten vorzusehen, wie zum Beispiel eine Spannungssteuereinheit 1360, die weiß, wie sich das Dielektrikum verhält und entsprechend reagiert. Eine Spannungssteuereinheit, die weiß, wie sich das Dielektrikum verhält, kann irgendwelche Linearitätsabweichungen ausgleichen. Ein Temperatursensor 1370, der mit Energiespeichergeräten 1330 verbunden ist, kann ebenfalls enthalten sein, um Temperatur (oder andere sicherheitsorientierte Parameter) zu erfassen. Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung weist das mobile elektronische Gerät 1300 ferner eines oder mehrere der folgenden Elemente auf: ein Display 1381, Antennen-/HF-Elemente 1382, eine Netzschnittstelle 1383, eine Dateneingabeeinrichtung 1384 (zum Beispiel ein Tastaturfeld oder ein Touchscreen), ein Mikrofon 1385, eine Kamera 1386, einen Videoprojektor 1387, einen Global Positioning System (GPS)-Empfänger 1388 und dergleichen.
14 zeigt ein Blockschaltbild, das ein mikroelektronisches Gerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Wie in 14 veranschaulicht, weist das mikroelektronische Gerät 1400 ein Substrat 1410, einen Mikroprozessor 1420 über dem Substrat 1410, und eine Energiespeichervorrichtung 1430, das mit dem Mikroprozessor 1420 verbunden ist, auf. Die Energiespeichervorrichtung 1430 kann sich entweder auf dem Substrat 1410 von dem Mikroprozessor 1420 beabstandet, wie in durchgehenden Linien veranschaulicht, befinden, oder es kann sich auf dem Mikroprozessor 1420 selbst (zum Beispiel in einer Aufbauschicht oberhalb des Mikroprozessors), wie in gestrichelten Linien veranschaulicht, befinden. Bei einer Ausführungsform weist die Energiespeichervorrichtung 1430 eine erste und eine zweite elektrisch leitfähige Struktur auf, die voneinander durch einen Separator getrennt sind, wobei mindestens die erste und/oder die zweite elektrisch leitfähige Struktur eine poröse Struktur aufweist. Als ein Beispiel kann diese Ausführungsform einer oder mehreren der in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen, die in den begleitenden Text beschrieben sind, ähneln. Bei einer anderen Ausführungsform weist die Energiespeichervorrichtung 1430 eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Strukturen auf, die in Reihe gestapelte poröse Strukturen aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform weist die Energiespeichervorrichtung 1430 eine poröse Struktur auf, die einen Bulk-Kondensatorbereich und mindestens einen Abgleichkondensatorbereich aufweist. Bei einer Ausführungsform wird die Oberfläche der porösen Struktur in dem Abgleichkondensatorbereich mit einer Laserstrukturierung, durchgebrannten Sicherung oder verschmolzenen Öffnung reduziert.
Die Energiespeichervorrichtungen, die hier offenbart sind, können bei einigen Ausführungsformen als ein Entkopplungskondensator innerhalb des mikroelektronischen Geräts 1400 verwendet werden, einer, der kleiner ist und der aus hierin anderswo beschriebenen Gründen viel höhere Kapazität und viel niedrigere Impedanz als existierende Entkopplungskondensatoren bietet. Wie bereits erwähnt, kann die Energiespeichervorrichtung 1430 Teil einer integrierten Schaltung (IC) auf Träger oder Chip sein oder sich auf dem Mikroprozessorchip selbst befinden. Beispielhaft könnte man gemäß Ausführungsformen der Erfindung in der Lage sein, Bereiche aus porösem Silizium (oder dergleichen, wie oben beschrieben) auf einem Mikroprozessorchip auszubilden und dann einen eingebetteten Entkopplungskondensator mit größerer Oberfläche gleich auf dem Substrat des Mikroprozessorchips schaffen. Aufgrund der Porosität von Silizium, hätte der eingebettete Kondensator eine größere Oberfläche. Andere mögliche Verwendungen für die offenbarten Energiespeichervorrichtung umfassen den Gebrauch als Speicherelement (wobei Probleme mit der Größe in z-Richtung eingebetteter DRAM-Ansätze durch starkes Erhöhen der Farad pro Flächeneinheit gelöst werden können), oder als ein Bauteil von Spannungswandlern in Spannungsverstärkungsschaltungen, eventuell für den Gebrauch mit Schaltungsblöcken, Einzelmikroprozessorkernen oder dergleichen.
Beispielhaft könnten höhere Kapazitätswerte in diesem Kontext vorteilhaft sein, weil Teile der Schaltung dann nominal mit einer bestimmten (relativ niedrigen) Spannung funktionieren könnten, aber dann könnte an Stellen, an welchen höhere Spannung erforderlich ist, um die Geschwindigkeit zu steigern (zum Beispiel Cache-Speicher, Eingangs-/Ausgangs (E/A)-Anwendungen) die Spannung auf einen höheren Wert geboostet werden. Ein Betriebsschema dieser Art könnte einem vorgezogen werden, bei dem die höhere Spannung anderswo verwendet wird, das heißt in Fällen, in welchen nur eine kleine Menge der Schaltungen eine höhere Spannung erfordert, es wahrscheinlich vorzuziehen wäre, die Spannung von einer niedrigeren Basisspannung für den kleinen Teil der Schaltung zu boosten, als Spannung von einem höheren Basiswert für den Großteil der Schaltungen zu senken. Zukünftige Mikroprozessorgenerationen können Spannungswandler des hier beschriebenen Typs ebenfalls nutzen. Die Verfügbarkeit von mehr Kapazität zum Verwenden um ein Package oder um einen Mikroprozessorchip, kann dabei helfen, das existierende Problem der unzulässig hohen Induktivität zwischen Transistoren, die Spannung um eine Schaltung übertragen, zu lösen.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können, ohne den Sinn oder den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen. Die Offenbarung der Ausführungsformen der Erfindung soll daher für den Geltungsbereich der Erfindung veranschaulichend sein und bezweckt nicht, ihn einzuschränken. Es wird beabsichtigt, dass der Geltungsbereich der Erfindung nur in dem Ausmaß beschränkt ist, das von den anliegenden Ansprüchen gefordert wird. Für einen Fachmann ist zum Beispiel leicht erkennbar, dass Energiespeichervorrichtung und verwandte Strukturen und Verfahren, die hier besprochen sind, in einer Vielfalt von Ausführungsformen umgesetzt werden können, und dass die oben stehende Diskussion bestimmter dieser Ausführungsformen nicht unbedingt eine komplette Beschreibung aller möglichen Ausführungsformen darstellt.
Außerdem wurden Vorzüge, andere Vorteile und Lösungen für Probleme in Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Die Vorzüge, Vorteile, Lösungen für Probleme und irgendein anderes Element oder irgendwelche anderen Elemente, die irgendeinen Vorzug, Vorteile oder eine Lösung erscheinen lassen oder ausgeprägter werden, sollen nicht als kritische, geforderte oder wesentliche Merkmale oder Elemente eines oder aller der Ansprüche ausgelegt werden.
Außerdem sind Ausführungsformen und Einschränkungen, die hier offenbart sind, gemäß der Widmungslehre nicht dem öffentlichen Bereich gewidmet, wenn die Ausführungsformen und/oder Einschränkungen: (1) in den Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind, und (2) Äquivalente oder potentielle Äquivalente ausdrücklicher Elemente und/oder Einschränkungen in den Ansprüchen gemäß der Äquivalenzlehre sind.

Claims

Verfahren zum Bilden einer Energiespeichervorrichtung, das Folgendes aufweist: Eintauchen eines elektrisch leitfähigen Substrats in ein elektrochemisches Ätzbad, Messen einer porösen Struktur des elektrisch leitfähigen Substrats in situ, während das elektrisch leitfähige Substrat, das in das elektrochemische Ätzbad eingetaucht ist, elektrochemisch geätzt wird, und Entfernen des elektrisch leitfähigen Substrats aus dem elektrochemischen Ätzbad nach Erzielen eines vorbestimmten Werts.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Messen der porösen Struktur des elektrisch leitfähigen Substrats in situ das Ermitteln einer Kapazität an einer Grenzfläche der porösen Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen der porösen Struktur des elektrisch leitfähigen Substrats das Messen einer optischen Reflexion an der porösen Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen der porösen Struktur des elektrisch leitfähigen Substrats das Messen einer Ultraschallreflexion an der porösen Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das elektrochemische Ätzen des elektrisch leitfähigen Substrats das Ätzen der porösen Struktur in das elektrisch leitfähigen Substrat aufweist, wobei die poröse Struktur mehrere Kanäle in dem elektrisch leitfähigen Substrat aufweist, wobei jeder der Kanäle eine Öffnung zu einer Oberfläche der porösen Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner Folgendes aufweist: Eintauchen eines zweiten elektrisch leitfähigen Substrats in ein elektrochemisches Ätzbad, Messen einer zweiten porösen Struktur des zweiten elektrisch leitfähigen Substrats in situ, während das zweite elektrisch leitfähige Substrat, das in das elektrochemische Ätzbad eingetaucht ist, elektrochemisch geätzt wird, und Entfernen des zweiten elektrisch leitfähigen Substrats aus dem elektrochemischen Ätzbad nach Erzielen eines vorbestimmten Werts, wobei das elektrochemische Ätzen des zweiten elektrisch leitfähigen Substrats das Ätzen der zweiten porösen Struktur in dem zweiten elektrisch leitfähigen Substrat aufweist, wobei die zweite poröse Struktur mehrere Kanäle in dem zweiten elektrisch leitfähigen Substrat aufweist, wobei jeder der Kanäle eine Öffnung zu einer Oberfläche der zweiten porösen Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die poröse Struktur und die zweite poröse Struktur in etwa dieselbe Oberfläche haben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen der porösen Struktur des elektrisch leitfähigen Substrats in situ das Messen der porösen Struktur aufweist, während ein Anlegen von Ätzstrom über das elektrisch leitfähige Substrat gestoppt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen der porösen Modulieren eines Ätzstroms mit einem Messstrom über das elektrisch leitfähige Substrat aufweist.
Verfahren zum Bilden einer Energiespeichervorrichtung, das Folgendes aufweist: Messen einer elektrisch leitfähigen porösen Struktur zum Ermitteln einer Energiespeicherkapazität der elektrisch leitfähigen porösen Struktur, und Reduzieren der Energiespeicherkapazität der elektrisch leitfähigen porösen Struktur, bis ein vorbestimmter Energiespeicherkapazitätswert erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die elektrisch leitfähige poröse Struktur mehrere Kanäle enthält, wobei jeder der Kanäle eine Öffnung zu einer Oberfläche der elektrisch leitfähigen porösen Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Messen der elektrisch leitfähigen porösen Struktur das Messen einer Kapazität an einer Grenzfläche der elektrisch leitfähigen porösen Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Messen der elektrisch leitfähigen porösen Struktur das Messen einer optischen Reflexion an einer Grenzfläche der elektrisch leitfähigen porösen Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Messen der elektrisch leitfähigen porösen Struktur das Messen einer Ultraschallreflexion an der elektrisch leitfähigen porösen Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Reduzieren der Energiespeicherkapazität der elektrisch leitfähigen porösen Struktur das Reduzieren einer Oberfläche der elektrisch leitfähigen porösen Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Reduzieren der Oberfläche selektives Laserschmelzen eines Abgleichkondensatorbereichs aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Abgleichkondensatorbereich von einem Bulk-Kondensatorbereich getrennt ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Reduzieren der Energiespeicherkapazität der elektrisch leitfähigen porösen Struktur das elektrische Trennen eines Abgleichkondensatorbereichs von einem Bulk-Kondensatorbereich aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das elektrische Trennen ferner das Laserstrukturieren aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das elektrische Trennen das Durchbrennen einer Sicherung in elektrischer Verbindung mit dem Abgleichkondensatorbereich aufweist.
Energiespeichervorrichtung, die Folgendes aufweist: eine elektrisch leitfähige poröse Struktur, wobei die elektrisch leitfähige poröse Struktur einen Bulk-Kondensatorbereich aufweist, der eine Massenoberfläche hat, und eine Anordnung von Abgleichkondensatorbereichen, die von dem Bulk-Kondensatorbereich getrennt sind, wobei die Abgleichkondensatorbereiche eine Vielzahl unterschiedlicher Oberflächen aufweisen.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 21, wobei die elektrisch leitfähige poröse Struktur mehrere Kanäle enthält, wobei jeder der Kanäle eine Öffnung zu einer Oberfläche der elektrisch leitfähigen porösen Struktur aufweist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 21, wobei die elektrisch leitfähige poröse Struktur auf einer Metallschicht ausgebildet ist, wobei die Metallschicht ein Massenpad unter dem Bulk-Kondensatorbereich, eine Anordnung von Pads unter der Anordnung Abgleichkondensatorbereiche und eine Mehrzahl von Spuren aufweist, die die Anordnung von Pads mit dem Massenpad verbindet.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 21, die ferner eine Sicherung aufweist, die mit mindestens einem der Abgleichkondensatorbereiche elektrisch verbunden ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Energiespeichervorrichtung innerhalb eines elektronischen Geräts enthalten und mit einem Mikroprozessor verbunden ist.
Energiespeichervorrichtung, die Folgendes aufweist: eine elektrisch leitende poröse Struktur, wobei die elektrisch leitfähige poröse Struktur einen Bulk-Kondensatorbereich aufweist, der eine Masseneinheitsoberfläche und mindestens einen Abgleichkondensatorbereich aufweist, in dem die leitfähige poröse Struktur verschmolzen ist und eine reduzierte Einheitsoberfläche aufweist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 26, wobei der Bulk-Kondensatorbereich mehrere Kanäle enthält, wobei jeder der Kanäle eine Öffnung zu einer Oberfläche der elektrisch leitfähigen porösen Struktur aufweist und der Abgleichkondensatorbereich eine verschmolzene Kanalöffnung aufweist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 26, die ferner eine Vielzahl Abgleichkondensatorbereiche aufweist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 26, die ferner eine Vielzahl Abgleichkondensatorbereiche aufweist, die eine Vielzahl unterschiedlicher Breiten haben, die eine Oberfläche der elektrisch leitfähigen porösen Struktur überspannt.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Energiespeichervorrichtung innerhalb eines elektronischen Geräts enthalten und mit einem Mikroprozessor verbunden ist.